수소 전기자동차의 사용 후 안전관리 및 재사용·재활용 방안

손정수 ( Jeongsoo Sohn ),송호연 ( Hoyeon Song ),오신원 ( Sinwon Oh ),남준희 ( Juny Nam ) 한국폐기물자원순환학회 2022 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2022 No.1

수소 전기자동자의 사용 후 안전관리 및 재사용·재활용 방안

손정수 ( Jeongsoo Sohn ),송호연 ( Hoyeon Song ),오신원 ( Sinwon Oh ),남준희 ( Juny Nam ) 한국폐기물자원순환학회 2022 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2022 No.-

시안을 이용한 PCB 금 박리용액으로부터 사이클론 전해조에서의 금 회수거동에 미치는 차아염소산나트륨과 금 도금첨가제의 영향

조현지,유경근,배무기,손정수,양동효,김수경,Jo, Hyeonji,Yoo, Kyoungkeun,Bae, Mooki,Sohn, Jeongsoo,Yang, Donghyo,Kim, Sookyung 한국자원리싸이클링학회 2017 資源 리싸이클링 Vol.26 No.4

시안을 이용한 PCB 금 박리용액으로부터 사이클론 형태의 전해조를 적용하여 금 회수 연구를 수행하였다. 이때 첨가제로서 전해생성 된 차아염소산나트륨(NaOCl)과 금 도금 첨가제(KG-120)를 사용하였고 이들의 농도와 반응시간에 따른 금의 전해회수 거동을 조사하였다. 전해생성 NaOCl은 침출액 내의 시안과 알칼리 염소화 반응을 촉진함으로써 $NaOCl(g)/CN^-(g)$ 비율 1.0 이상에서 약 99% 이상 시안을 제거할 수 있었다. 금 전해회수 시 전해생성 NaOCl을 첨가할 경우 $NaOCl(g)/CN^-(g)$ 비율이 0.5~2.5일 때 480분 내에 금은 98% 회수되었으며 비율이 3.0이상에서는 오히려 금의 회수율이 현저히 감소하는 것을 알 수 있었다. KG-120 용액의 경우, 1.5~4.5%(v/v)까지의 농도범위에서 480분 내에 금이 99% 회수되었으며, 특히 KG-120의 농도가 3.5 및 4.5%(v/v) 일 경우 240분 내에 금이 96% 이상 회수되어 반응 초기 회수속도가 상대적으로 더 빨랐다. 이로부터 경제성과 효율성을 감안한 최적의 KG-120의 농도는 3.5%(v/v)로 판단된다. The recovery of gold in cyclone type electrolytic cell was conducted from solution for stripping gold of PCB by cyanide. The electrolytic recovery behaviors of gold was investigated by reaction time and addition of electrolytic sodium hypochlorite (NaOCl) and gold plating additive (KG-120). Because the electrolysis generated NaOCl reacted with the cyanide in the leachate by alkaline chlorination, more than 99% of the cyanide was removed at a $NaOCl(g)/CN^-(g)$ ratio of 1.0. When NaOCl was added during the recovery of the gold from cyanide leachate in the cyclone electrolytic cell, the recovery of gold was 98% at the ratio of $NaOCl(g)/CN^-(g)$ from 0.5 to 2.5 in 480 minutes and decreased rapidly over the ratio of 3.0. Gold was recovered more than 99% by adding 1.5 and 4.5%(v/v) of KG-120 with NaOCl in 480 minutes. In particular, when the concentration of KG-120 was 3.5 and 4.5%(v/v), more than 96% of gold was recovered within 240 minutes and the initial recovery rate was relatively faster. The optimum concentration of KG-120 is 3.5%(v/v) considering the economic feasibility and efficiency.

콩고산 코발트 정광으로부터 제조한 매트의 고온고압침출

김건하,강가희,김수경,손정수,권경중,Kim, Gunha,Kang, Ga-hee,Kim, Sookyung,Sohn, Jeongsoo,Kwon, Kyungjung 한국자원리싸이클링학회 2015 資源 리싸이클링 Vol.24 No.4

이차전지 재료 등으로 사용되는 코발트는 콩고 민주공화국 등 일부 국가에 편중되어 있다. 국내 코발트의 안정적인 공급을 위한 해외 코발트광과 코발트 제련 기술의 확보는 필수적이다. 이에 본 실험에서는 콩고산 코발트 정광(Co ~ 8 wt%, Cu ~ 19 wt%, Fe ~ 3 wt%)을 용융환원시켜 얻어지는 합금상에 매트 내 황의 비율을 달리해 만든 2가지 조성의 매트를 제조했으며, 주된 원소는 19 ~ 21wt% Co, 39 ~ 41wt% Cu, 7 ~ 9wt% Fe이다. 매트 분쇄산물을 autoclave를 이용한 고온고압침출법으로 3가지의 영향(산화제 유무, 침출제인 황산 농도, 매트 제조 시 투입되는 황 함량)을 고려해 실험을 진행했다. 먼저 산화제(산소)의 존재는 Co 침출률 향상을 위해 필수적이며 낮은 농도의 황산을 사용하더라도 Co를 전량 침출시킬 수 있다. 둘째 산소 분위기에서 높은 황산농도는 Cu와 Fe의 침출률을 증가시켜 선택적인 Co 침출을 방해한다. 마지막으로 매트 내 황 함량은 Co의 침출률에는 영향이 크지 않음을 알 수 있었다. Cobalt is abundant only in some countries including Democratic Republic of the Congo. It would be necessary to secure overseas Co ores and Co extraction technology. Two kinds of matte varying the sulfur content were manufactured by smelting reduction of Co concentrate containing ~8 wt% Co, ~19 wt% Cu, and ~3 wt% Fe. The amount of Co, Cu and Fe was concentrated to 19~21 wt%, 39~41 wt%, and 7~9 wt% respectively in the resulting matte. High-pressure leaching of matte was performed in an autoclave with considering the effect of oxidizing agent, $H_2SO_4$ concentration as a lixiviant, and the amount of sulfur added to the matte. An oxidizing agent (oxygen) is necessary to improve Co leaching efficiency enabling usage of a dilute $H_2SO_4$ leaching agent. An increase in $H_2SO_4$ concentration prevents selective leaching of Co, and the sulfur content in matte has a minor influence on the Co leaching efficiency.

사이클론 전해조의 업그레이드와 이를 이용한 금 회수 최적화 실증 연구

배무기 ( Mooki Bae ),김수경 ( Sookyung Kim ),손정수 ( Jeongsoo Sohn ),김홍인 ( Hongin Kim ),문윤실 ( Yoonsil Moon ),장영주 ( Yungju Jang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

폐액 내 존재하는 금의 회수법은 크게 수지법, 금속치환법 그리고 전해채취법으로 나눌 수 있다. 수지법은 금 이온을 수지에 흡착하고 나중에 탈착하여 금을 분리정제하는 방법이며, 금속치환법은 아연이나 알루미늄 등 전위가 낮은 금속분말을 금 이온이 존재하는 용액에 넣음으로써 자신들은 용해되고 금은 환원시키는 방법이다. 전해채취법은 양극과 음극으로 된 전극에 일정한 전압과 전류를 제공함으로써 음극에 금을 환원석출시키는 방법이다. 수지법은 값비싼 수지로 인해 공정비용이 많이 들고 흡착과 탈착 반응이 오래 걸리는 문제가 있으며, 금속치환법은 상대적으로 비용이 저렴하나 석출되는 금의 순도가 90% 정도로 그리 높지 않고 환경부하가 큰 단점이 있다. 전해채취법은 기본적으로 금 이온의 농도가 수 천 ~ 수 만 ppm 이상이어야만 음극으로의 금 이온 물질이동에 따른 전해반응이 가능하여 금을 회수할 수 있어 금 이온 농도가 수 백 ppm 이하에서는 적용할 수 없다. 본 연구에서는 일반적 전해반응이 불가능한 수 백 ppm 이하의 금 이온 농도가 존재하는 폐액으로부터 금을 8시간에 99% 전해 회수할 수 있는 사이클론 전해조에 대하여 연구하였다. 특히, 실제 재활용 공정에 적용하여 보다 효율적으로 금을 회수하기 위한 사이클론 전해조의 업그레이드 방안과 폐액 발생 현장에 직접 적용하기 위한 금 회수 규모 확대 실험을 수행하여 최적의 금 회수 실증공정을 도출하고자 하였다. 그 결과 사이클론 전해조에서의 hull cell 시험으로 전류와 극간거리에 따른 금의 환원석출 거동에 대해 플랫폼 데이터를 확보하였으며, 전도보조제와 같은 첨가제의 농도에 따른 금 회수 최적 실증공정을 도출하였다. 사사: 이 논문은 과학기술정보통신부 산학연 협력ㆍ실용화ㆍ기술사업화사업의 2017년 연구성과사업화지원 기술업그레이드 R&D(1차) 사업에 의하여 연구되었으며, 이에 감사드립니다.

리튬이차전지 양극활물질의 암모니아 침출액에서 공침법에 의한 활물질 전구체의 합성에 대한 암모니아 농도의 영향

박상혁,구희숙,이경준,송준호,김수경,손정수,권경중,Park, Sanghyuk,Ku, Heesuk,Lee, Kyoung-Joon,Song, Jun Ho,Kim, Sookyung,Sohn, Jeongsoo,Kwon, Kyungjung 한국자원리싸이클링학회 2015 資源 리싸이클링 Vol.24 No.6

In a recycling scheme of spent lithium ion batteries, a co-precipitation process for the re-synthesis of precursor is essential after the leaching of lithium ion battery scraps. In this study, the effect of ammonia as impurity during the co-precipitation process was investigated in order to re-synthesize a precursor of Ni-rich cathode active material $LiNi_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}O_2$ (NCM 622). As ammonia concentration increases from 1 M (the optimum condition for synthesis of the precursors based on 2 M of metal salt solution) to 4 M, the composition of obtained precursors deviates from the designed composition, most notably for Ni. The Ni co-precipitation efficiency gradually decreases from 100% to 87% when the concentration of ammonia solution increases from 1 M to 4 M. Meanwhile, the morphological properties of the obtained precursors such as sphericity, homogeneity and size distribution of particles were also investigated. 폐리튬이차전지 양극재 재활용기술에 있어 침출과정을 통해 회수된 유가금속을 다시 원하는 조성의 전구체로 재합성하는 공침공정은 필수적이다. 본 연구에서는 고용량 특성의 Ni-rich 조성인 $LiNi_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}O_2$ (NCM 622) 양극재의 전구체 재합성 시 암모니아가 불순물로서 미치는 영향을 확인하는 공침실험을 수행하였다. SEM 및 EDS 분석결과 양극재 전구체 최적 합성조건(금속염 용액 농도 2 M 기준 암모니아수 농도 1 M)에서 암모니아 농도가 증가할수록 원하는 조성의 전구체가 제조되지 않음을 확인하였다. Ni의 설계함량인 60 mol%를 기준하여 암모니아수 농도 1 M ~ 4 M 조건에서 각각 100%, 98%, 95%, 87%에 해당하는 공침효율을 보여주었다. 또한 제조된 전구체 입자들의 구형화도, 균일도 및 크기분포특성 등의 형상학적 특징을 확인하였다.

폐리튬이온전지로부터 유가금속을 회수하기 위한 암모니아 침출법

구희숙,정여진,강가희,김송이,김수경,양동효,이강인,손정수,권경중,Ku, Heesuk,Jung, Yeojin,Kang, Ga-hee,Kim, Songlee,Kim, Sookyung,Yang, Donghyo,Rhee, Kangin,Sohn, Jeongsoo,Kwon, Kyungjung 한국자원리싸이클링학회 2015 資源 리싸이클링 Vol.24 No.3

전기자동차의 수요가 증가함에 따라 리튬이온전지의 생산량도 증가하여 효율적인 전지 재활용 기술이 요구된다. 폐리튬이온전지를 재활용하는 방법에는 크게 건식제련과 습식제련에 기반한 방법으로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 하이브리드 자동차에 사용된 폐리튬이온전지의 양극활물질을 습식제련에 기반한 암모니아침출법을 이용하여 활물질 내의 유용금속인 Ni, Mn, Co의 침출거동을 조사하였다. 물리적으로 처리된 활물질의 입자크기는 -65 mesh이며, 주된 원소는 14.0 wt% Ni, 13.0 wt% Mn, 5.7 wt% Co이다. 암모니아, 환원제 (아황산암모늄), pH 완충제 (탄산암모늄 혹은 황산암모늄)의 존재하에 각 금속의 침출거동을 확인하고, 또한 침출시간과 온도에 따른 침출률의 영향도 조사하였다. 환원제의 존재는 Ni과 Co의 침출률 향상을 위해 필수적이다. 암모니아침출법은 산침출법과 달리 Ni/Co와 Mn의 선택적인 침출이 가능하여 침출된 유용금속을 분리하는 단계를 줄일 수 있고, 산침출 후 수반되는 침전과정 시 필요로 하는 추가 염기성 시약의 사용을 줄일 수 있다. Recycling technologies would be required in consideration of increasing demand in lithium ion batteries (LIBs). In this study, the leaching behavior of Ni, Co and Mn is investigated with ammoniacal medium for spent cathode active materials, which are separated from a commercial LIB pack in hybrid electric vehicles. The leaching behavior of each metal is analyzed in the presence of reducing agent and pH buffering agent. The existence of reducing agent is necessary to increase the leaching efficiency of Ni and Co. The leaching of Mn is insignificant even with the existence of reducing agent in contrast to Ni and Co. The most conspicuous difference between acid and ammoniacal leaching would be the selective leaching behavior between Ni/Co and Mn. The ammoniacal leaching can reduce the cost of basic reagent that makes the pH of leachate higher for the precipitation of leached metals in the acid leaching.

PCB 금 도금 공정폐액으로부터 사이클론 고속전해에 의한 금 회수연구

김수경 ( Sookyung Kim ),배무기 ( Mooki Bae ),김홍인 ( Hongin Kim ),손정수 ( Jeongsoo Sohn ),양동효 ( Donghyo Yang ),장영주 ( Youngju Jang ),오영민 ( Youngmin Oh ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

인쇄회로기판(PCBs)의 금 도금 과정에서 생성된 폐액으로부터 금을 회수하는 새로운 방법론으로서 사이클론 형태의 반응조를 이용한 전해회수 연구를 수행하였다. 일반적으로 PCB 금 도금 폐액에는 금이 약 50~300 ppm정도 함유되어 있는데, 이 경우 금 이온 농도가 매우 낮기 때문에 전기분해 반응이 이뤄지지 않아 전해법으로는 금 회수가 불가능하다. 그래서 금 이온을 흡착/탈착 할 수 있는 수지를 이용하거나 아연과 같이 활성이 좋은 금속 분말을 폐액에 뿌려줌으로써 금을 회수하고 있는 실정이다. 그러나 이러한 방법들은 금을 회수하는데 있어 공정이 복잡하고 오랜 시간이 소요되며 회수율이 높지 않다는 문제가 있다. 무엇보다 금을 회수하기 위한 공정비용이 많이 들고 효율이 좋지 않다. 본 연구에서는 금 이온의 물질이동을 촉진시켜 비록 금 이온 농도가 매우 낮지만 금 회수반응을 가능케하고 또한 더욱 증가시키는 전해기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 전류, 유속, 전도보조제 농도, 음극 재질 등의 다양한 실험 변수에 따른 금 회수거동을 조사하였으며, 사용된 사이클론 형태의 전해조는 두 가지 크기의 사이클론(원추 형태와 실린더 부분의 길이가 거의 유사한 콘형과 원추 형태에 비해 실린더 부분의 길이 2배 이상 긴 원뿔형 사이클론)을 사용하여 연구를 수행하였다. 전류 51.3 A/m2, 유속 7.7 m/s, 전도보조제 농도 2.5%, 음극 재료 스테인레스 스틸의 조건에서 금의 회수율은 약 96% 이상이었다. 특히 원추 형태와 실린더 부분의 길이가 거의 유사한 콘형의 사이클론이 실린더 부분이 상대적으로 긴 원뿔형 사이클론 전해조에 비하여 금의 회수거동이 훨씬 안정적이고 높은 회수율을 나타내었는데, 이는 콘형의 사이클론 전해조 내 유체의 특성이 난류의 흐름을 만드는데 있어 보다 효율적이고 용이하기 때문인 것으로 판단된다.