지속가능 에너지 패러다임 변화속에서 석탄의 활용

박제현,양인재,이진수,이청룡,Park, Jay Hyun,Yang, In Jae,Lee, Jin Soo,Lee, Cheong Ryong 대한자원환경지질학회 2020 자원환경지질 Vol.53 No.6

그린뉴딜정책의 실현은 석탄을 연료에서 원료로 활용분야로의 전환을 촉진시킬 것이다. 석탄은 수소의 생산, 인조 흑연 및 활성탄의 제조 원료로 활용될 수 있다. 석탄은 Steam carbon(SC) 반응과 Water-Gas Shift(WGS) 반응 및 탄산화 반응을 통하여 수소를 생산할 수 있으며, CO2격리기술과 연동되어 사용되어야 한다. 인조흑연은 실리콘이나 철 등의 무기촉매의 존재하에서 탄화도가 높은 무연탄 등을 2400~2800℃의 흑연화 온도까지 열처리함으로서 제조될 수 있기 때문에 무연탄은 석유계 피치에 비해 원료 가격경쟁력 측면에서 잠재성이 있다. 한편, 최근 목질기원의 활성탄에 필적하는 넓은 비표면적 혹은 많은 양의 미세기공을 가진 석탄기원의 활성탄이 제조될 수 있음을 여러 연구를 통해 확인되었다. 따라서 석탄기원의 활성탄은 목질기원의 활성탄을 대체할 수 있을 것으로 기대된다. The policy for Green New Deal will promote the shift of the application to coal as feedstock from coal as fuel. Coal can be used as fuel for production of hydrogen and as feedstock materials such as synthetic graphite or activated carbon. Hydrogen is obtained from syngas produced through Steam carbon(SC), Water-Gas Shift(WGS), and Carbonation reactions, and these processes should be used in conjunction with CO2 sequestration technology. Anthracite has a potential in terms of cost advantage as a feedstock compared to a petroleum pitch, because Synthetic graphite is prepared by heat treating an anthracite with high rank to a graphitization temperature which is in the range of 2400~2800℃, in the presence of inorganic catalyst such as silicon or iron. From several studies, it has been confirmed that coal-based activated carbon(AC) is manufactured with quality similar to the large specific surface area and much micropore volume of lignin-based AC, can be prepared. Therefore it is expected that lignin-based AC is replaced to coal-based AC.

알루미늄 廢드로스를 活用한 세라믹 多孔體의 製造

김기석,박제현,박재구,Kim, Ki-Seok,Park, Jay-Hyun,Park, Jai-Koo 한국자원리싸이클링학회 2005 資源 리싸이클링 Vol.14 No.2

알루미늄 폐드로스를 이용한 다공성 경량세라믹의 제조조건을 제시함으로서 폐드로스의 요업용 원료로서의 재활용가능성을 살펴보았다. 알루미늄 폐드로스의 전처리 과정으로 4~7번의 수세와 900$^{\circ}%의 배소를 수행하여 수세와 배소 특성을 살펴보았다. 배소 후 드로스는 XRD분석에 의해 스피넬상이 형성되었다. 배소된 폐드로스는 슬러리 상태로 분쇄되었다. 분쇄시 슬러리의 분산성을 확보하여 고농도의 슬러리를 제조하기 위해 분산조제 첨가량에 따른 분산특성을 살펴보았다. 다공체는 슬러리 발포법을 사용하여 제조되었다. 발포조제로 계면활성제가 첨가되었으며 상온에서 자기체적의 2-3배로 발포된 후 성형-건조되었다. 3배 발포시켜 제조된 다공체는 기공율이 약 84%, bulk 밀도는 약 0.59 g/cm$^3$로 측정되었고, 50~500 ${\mu}m$ 크기범위의 기공들이 형성되었다. 화상해석결과 다공체 표면의 평균기공크기는 약 200 ${\mu}m$ 였다. 알루미늄 폐드로스 성형체는 1150$^{\circ}C-1250$^{\circ}C에서 소결되었으며, SEM관찰결과 1200$^{\circ}C에서 소결특성이 양호한 것으로 나타났다. The recycling possibility of aluminum waste dross(AWD) as a ceramic raw material of porous light-weight material was examined. A aluminum waste dross was washed 4-7 consecutive times and roasted at 900$^{\circ}% for 1hour as pre-treatments. The properties of the pre-treatment of aluminum waste dross was investigated. It was conformed by XRD result that the spinel crystalline was grown in AWD, after roasting. After the roasted AWD was ground in aqueous state, the sodium hexaphosphate(SHP) as a dispersant which is used for stabilizing the concentrated slurry was added to the AWD slurry. The porous material was prepared by slurry foaming method with surfactant at room temperature. The foamed slurry volumes were 2 and 3 times of the original slurry volume. The properties of porous material with extended volume of 3 times was following: the porosity was about 84%, bulk density was 0.59 g/cm$^3$, the range of pore was from 50 ${\mu}m$ to 500 ${\mu}m$ and mean pore size was about 200 ${\mu}m$. AWD porous material was sintered at 1150$^{\circ}C-1250$^{\circ}C. It was colcluded that AWD was sintered well at 1200$^{\circ}C from material surface observation by SEM.

Column Bioleaching of Arsenic from Mine Tailings Using a Mixed Acidophilic Culture: A Technical Feasibility Assessment

이은성,김희재,박제현,김현중,Borja, Danilo,Lee, Eunseong,Silva, Rene A.,Kim, Heejae,Park, Jay Hyun,Kim, Hyunjung 한국자원리싸이클링학회 2015 資源 리싸이클링 Vol.24 No.6

광미의 처리를 위한 heap bioleaching은 유망 기술이나 이 과정을 오랜 기간 수행한 연구는 부족한 상황이다. 본 연구는 약 436일 동안의 column bioleaching실험을 통해, 광미에서 고농도 비소의 제거특성을 평가하였다. 높이 350 mm의 플라스틱 column에 750 g의 광미와 A. thiooxidans 및 A. ferrooxidans로 구성된 호산성 박테리아를 접종하여 실험을 진행하였다. 비소제거 효율을 확인하고, 그 관련 기작을 이해하고자 침출액의 산화 환원전위와 pH, 액중 철 이온(ferrous와 ferric)의 생성 및 비소 농도를 측정하였다. 실험 436일 후, 비소의 제거율을 약 70%까지 달성 할 수 있었다. 하지만, 부분적으로 침출율이 감소하는 경향을 확인할 수 있었고, 이는 비소의 독성으로 인한 박테리아 군집의 활성도 저하에 의한 것으로 판단되었다. 본 연구의 결과는 향후 광미의 heap bioleaching 연구를 위한 기초 자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Heap bioleaching for detoxification of mine tailings is a promising technology; however, long-term studies that aim to understand the potential of this process are scarce. Therefore, this study assesses the feasibility of column bioleaching as an alternative technology for treatment of mine tailings with high concentrations of arsenic during a long-term experiment (436 days). To accomplish this objective, we designed a 350-mm plastic column that was packed with 750 g of mine tailings and inoculated with an acidophilic bacterial culture composed of A. thiooxidans and A. ferrooxidans. Redox potential, pH, ferric ion generation, and arsenic concentration of the off-solution were continuously monitored to determine the efficiency of the technology. After 436 days, we obtained up to 70% arsenic removal. However, several drops in removal rates were observed during the process; this was attributed to the harmful effect of arsenic on the bacteria consortium. We expect that this article will serve as a technical note for further studies on heap bioleaching of mine tailings.

부선(浮選) 광미(鑛尾)의 순환자원화(循環資源化)를 위한 비소성(非燒成) 토건재료(土建材料) 개발(開發)

김주익,정문영,박제현,이진수,Kim, Joo-Ik,Jung, Moon-Young,Park, Jay-Hyun,Lee, Jin-Soo 한국자원리싸이클링학회 2011 資源 리싸이클링 Vol.20 No.1

부선 광미의 근원적 처리방안으로 경제성과 환경친화성을 고려히여 비소성 토건재료로 순환자원화 하는 연구를 수행하였다. 순신광산 광미의 평균입도는 $220\;{\mu}m$이고 삼광광산 광미의 평균입도는 $140\;{\mu}m$이었다. 따라서 이들 광미의 입도 특성을 고려하여 순신광산 광미는 비소성 투수블록의 원료 그리고 삼광광산 광미는 비소성 에코벽돌의 원료로 사용하여 제조한 시험체의 여러 특성을 조사하였다. 순신광산 광미 25 wt%이하의 배합조건에서 제조한 비소성 투수블록 시험체의 압축강도는 한국환경산업기술원(KEITI)에서 제시하고 있는 투수콘크리트 제품 규격(EL 245)인 14.70MPa 이상을 만족하였다. 그러나 투수계수 측정결과, 투수콘크리트 제품 규격(EL 245)인 $1.0{\times}10^{-2}\;cm/sec$ 이상을 만족하지 못하였다. 한편, 삼광광산 광미 40 wt% 이하의 배합조건에서 제조한 비소성 에코벽돌 시험체는 소성점토벽돌(KS L 4201) 3종 규격을 만족하였다. 또한 중금속용출시험(KSLT) 결과, 비소성 에코벽돌 시험체의 환경안정성이 확인되었다. This study was conducted to recycle flotation tailings as non-sintered construction materials considering the economic and eco-friendly treatments. The particle size distribution( median $220\;{\mu}m$) of flotation tailings from Soon-shin mine was confirmed to be larger than that(median $140\;{\mu}m$) of tailings from Sam-kwang mine. Thus we investigated the properties of non-sintered eco-brick producted with the tailings from Sam-kwang mine and non-sintered water permeable block producted with the tailings from Soon-shin mine. Compressive strength of non-sintered water permeable block which was made with less than 25 wt% of tailings from Soon-shin mine was met with products class(over 14.70 MPa) of water permeable concrete(EL 245) from KEITL. Meanwhile, the coefficient of its permeability wasn't met with the products class( over $1.0{\times}10^{-2}\;cm/sec$). The properties of non-sintered eco-brick with less than 40 wt% of tailings from Sam-kwang mine were satisfied with third class in sintered clay brick products standard(KS L 4201). The non-sintered eco-brick as a result of leaching test on heavy metals by KSLT was verified to be environmentally stabile.

금(金) 정광(精鑛)내의 비소(砒素)(As) 제거(除去) 및 회수(回收)에 관한 연구(硏究)

류경근,신선명,박제현,최의규,왕제필,Yoo, Kyoungkeun,Shin, Shun-Myung,Park, Jay Hyun,Choi, Ui Kyu,Wang, Jei-Pil 한국자원리싸이클링학회 2013 資源 리싸이클링 Vol.22 No.4

열분해법(thermal decomposition method)을 이용하여 금 정광으로부터 비소를 제거하기 위해 $700^{\circ}C$에서 반응시간을 변화시키면서 실험을 진행하였다. 또한, 금 정광으로부터 휘발된 비소는 bag-filter를 이용하여 회수하였다. 정광중의 비소 함량은 $700^{\circ}C$에서 1시간 소성한 결과 12.62 wt.%에서 1.40 wt.%로 급격히 감소하였으며, 2시간 이후부터는 1 wt.%이하로 감소하여 대략 95%의 비소 제거율을 보였다. A study on the removal of arsenic from gold concentrate was conducted using thermal decomposition method at $700^{\circ}C$ as a function of reaction time. In addition, the arsenic removed from the concentrate was also collected in the bag-filter as a form of AsS. The content of arsenic in the concentrate was dramatically decreased from 12.62 wt/% to 1.40 wt.% for 1 hour and even lower than 1 wt.% after two hours. The removal efficiency of arsenic was finally achieved to be about 95% after 2 hours at a given temperature.

중금속(重金屬) 오염토양(汚染土壤)의 구산(枸酸) 침출(浸出)에 대한 pH의 영향(影響)

정경배,박홍기,류경근,박제현,최의규,Jung, Kyungbae,Park, Hongki,Yoo, Kyoungkeun,Park, Jay Hyun,Choi, Ui Kyu 한국자원리싸이클링학회 2013 資源 리싸이클링 Vol.22 No.5

구리, 아연 및 납 등의 중금속으로 오염된 사격장 토양으로부터 중금속 성분을 제거하기 위한 친환경적인 공정을 개발하기 위해 구연산용액을 이용하여 중금속 침출거동에 대한 pH의 영향을 조사하였다. 구연산 침출실험은 구연산과 구연산나트륨을 혼합하여 pH를 조절한 용액을 이용하여 시료입도 $75{\mu}m$이하, 반응온도 $50^{\circ}C$, 구연산 농도 1 몰, 광액농도 5%, 교반속도 100 rpm, 그리고 침출시간 1 시간의 조건에서 진행하였다. 침출반응 전후의 pH 변화는 미미하여 침출에 미치는 수소이온농도의 직접적인 영향은 크지 않은 것으로 판단되었다. 구리, 아연, 납의 제거율은 pH가 증가함에 따라 감소하였고, 열역학적인 계산결과, 이와 같은 침출거동은 중금속 이온이 구연산염 이온종과 착이온을 형성하는 반응과 중금속이온이 수산화이온과 결합하여 수산화물로 침전하는 반응에 의해 결정되는 것으로 분석되었다. The effect of pH on the citrate leaching behavior of heavy metal ion was investigated to develop an eco-friendly process for removing heavy metals from soil contaminated with copper, zinc, and lead. The leaching tests were performed using citrate solution with pH adjusted by mixing citric acid and sodium citrate under the following leaching conditions: particle size, under $75{\mu}m$; temperature, $50^{\circ}C$; citrate concentration, $1kmol/m^3$; pulp density, 5%; shaking speed, 100 rpm; leaching time, 1 hour. The difference of pH before and after the leaching test was not observed, and this result indicates the direct effect of hydrogen ion concentration on the leaching of metals was insignificant. The removal ratios of copper, zinc, and lead from the contaminated soil decreased with increasing pH. The thermodynamic calculation suggests that the leaching behaviors of metal ions were determined by two reactions; one is the reaction to form complex ions between heavy metal ions and citrate ion species, and the other is the reaction to form metal hydroxide between heavy metal ions and hydroxide ion.

MIRECO EYE 시스템을 활용한 광산 지하공동의 수치화 및 형상화 분석 연구

김수로(Soo Lo Kim),박제현(Jay Hyun Park),양인재(In Jae Yang) 한국암반공학회 2018 터널과지하공간 Vol.28 No.5

광해방지사업은 인간의 과거 광산 활동과 현재의 삶(환경)과 밀접하게 관련되어 있다. 이는 광산지역이 국가적 관리가 필요한 이유 중 하나이다. 광해방지사업의 효율적 시행을 위해서는 폐광산 지하공간에 대한 정밀한 조사 및 분석이 필요하다. 한국광해관리공단은 지하공동을 실측하고 조사하는 실용화 기술을 개발해오고 있다. MIRECO EYE 시스템은 지하공동의 3차원 수치화 및 형상화 조사장비이다. 레이저, 소나 및 영상측정 기술이 융복합되어 있으며, 접근이 불가능하였던 지하공동에 대한 정보를 획득하고, 광산 지역의 침하 위험관리에 사용되고 있으며, 최근에는 도심지 싱크홀 분야 등 다양한 목적으로도 활용되고 있다. 본 연구는 MIRECO EYE 시스템을 통해 획득된 정밀 수치정보 및 형상정보의 분석에 관한 연구이다. Mine reclamation project is closely related to human’s past mining activities and the current human’s living environment. It is a reason for the national management. In order to efficiently carry out mine reclamation projects, a precise investigation and analysis of the underground space of the abandoned mine is required. Korea MINE RECLAMATION Corp. is developing a practical technology that is effective in investigating and actually measuring underground cavities. MIRECO EYE system is an exploration equipment for 3D digitization and figuration of underground cavities. As combining a laser, sonar and image acquisition technology, it enables access to information about inaccessible underground cavities and effective management of subsidence risk of mined area. and currently it is also utilized for various purposes in related areas such as investigating urban sinkholes. This article is precise numerical and geometric information analysis obtained through MIRECO EYE system.