폐비닐 재활용을 위한 재생원료 분석 및 배합비율에 따른 특성 평가

안낙균,이찬기,김정환,박필환,김승환,윤진호 한국자원리싸이클링학회 2021 資源 리싸이클링 Vol.30 No.1

생활계에서 발생되는 폐비닐은 토사, 금속, 유리 등의 이물질로 인해 고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel)로 사용되었지만 최근 환경문제로 인해 고형연료의 사용량이 감소하고 있어 재활용이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 폐비닐 재활용을 위해 우선 생활계 폐비닐로 생산된 복합 재생원료와 영농폐비닐로 생산된 PE 단일 재생원료에 대해 분석을 진행하였다. 원료 분석 결과, 폐비닐은 주로 폴리에틸렌으로 이루어져 있고 복합 재생원료는 약 2%의 회분이 잔존하고 있으며 PE 단일 재생원료의 경우는 회분이 없는 것을 확인하였다. 또한 두재생원료의 배합비율에 따른 인장강도를 측정한 결과 열처리 온도 200 ℃, 압착 압력 30 MPa, 배합비율 3:7 (복합:PE 단일) 조건에서 인장강도가 최대 약 16 MPa임을 확인하였다. 굽힘강도는 열처리 온도 200 ℃, 압착 압력 30 MPa, 배합비율 3:7 (복합:PE 단일) 조건에서최대 약 39 MPa임을 확인하였다. 따라서 재생원료들의 배합비율에 따른 강도 특성 변화를 확인함으로써 폐비닐의 재활용 가능성을 제시하고자 하였다. Waste vinyl generated from household waste has been used as a solid refuse fuel (SRF) due to the presence of impurities such as soil, metal, and glass; however, the amount of SRF used has been decreasing owing to recent environmental problems, thereby necessitating the need for recycling. In this study, the mixed recycled raw material produced from household waste vinyl and polyethylene (PE) single recycled raw material produced from agricultural waste vinyl were examined. Raw material analysis revealed that waste vinyl was mainly composed of polyethylene, and approximately 2% of ash remained in the mixed recycled raw material, whereas no ash was found in the PE single recycled raw material. In addition, the analysis of tensile strength according to the mixing ratio of the two recycled raw materials revealed that the highest tensile strength was approximately 16 MPa under the heat treatment temperature of 200 °C, compression pressure of 30 MPa, and a mixing ratio of 3:7 (mixed:PE single). In addition, the highest bending strength was approximately 39 MPa under the heat treatment temperature of 200 °C, compression pressure of 30 MPa, and a mixing ratio of 3:7 (mixed:PE single). Therefore, the possibility of recycling waste vinyl was suggested by investigating the change in strength characteristics according to the mixing ratio of the recycled raw materials.

저농도 희토류 용액으로부터 PC88A를 이용한 중희토류의 용매추출 연구

안낙균,임병용,이지은,박재량,이찬기,박경수,Ahn, Nak-Kyoon,Im, Byoungyong,Lee, Jieun,Park, Jae Ryang,Lee, Chan-Gi,Park, Kyung-Soo 한국자원리싸이클링학회 2017 資源 리싸이클링 Vol.26 No.4

본 연구에서는 저농도(약 1 ppm 이하)의 희토류가 함유되어 있는 산업폐수로부터 중희토류의 회수 가능성을 알아보기 위하여 PC88A를 이용한 중희토류 용매추출 거동을 확인하였다. 평형 pH, 추출제 농도, 추출 상비(A/O) 변화를 통해 PC88A에 의한 중희토류의 추출 거동을 확인하였고 $HNO_3$, HCl, $H_2SO_4$ 세 가지 무기산을 이용하여 탈거 거동을 확인하였다. 평형 pH 0에서 중희토류의 추출이 시작되었으며 평형 pH 1.0에서 중희토류의 추출이 95~100% 완료되었다. 모든 추출 조건에서 원자번호가 높은 물질부터 (Yb > Tm > Er > Dy > Nd > Pr > La) 우선적으로 추출되는 경향을 보였으며 추출 상비(A/O) 10/1일 때 Yb과 Tm이 최대로 농축되어 초기 농도 대비 각각 6배, 3배 증가하였다. 이 후 희토류의 탈거 거동을 확인하고자 희토류 원소가 추출된 유기상과 세가지 무기산을 각각 사용하여 비교하였고 $HNO_3$, $H_2SO_4$, HCl 순으로 최대 탈거율이 높게 나타났다. The behavior on the solvent extraction of heavy rare earths (HRE) by using PC88A was confirmed to demonstrate the possibility of recovery on the HRE from industrial wastewater, which consist of low concentration rare earth. We verified the extraction behavior of the HRE through a change of equilibrium pH, extractant concentration and A/O ratio, and also confirmed the stripping behavior depending on the type of mineral acids. At equilibrium pH 1.0, extraction of rare earth (RE) was completed from 95% to 100%. In all extraction conditions, it tend to be extracted in order of high atomic number. When A/O ratio was 10/1, Yb and Tm were concentrated at the maximum and increased 6-fold and 3-fold compared to initial concentration, respectively. To confirm the stripping behavior of the RE, three mineral acids were applied to the organic phase and consequently rate of stripping was increased in order of $HNO_3$, $H_2SO_4$ and HCl.

폐니켈수소전지로부터 희토류 산화물 분말의 회수에 대한 연구

안낙균,김대원,심현우,박재훈,박정진,Ahn, Nak-Kyoon,Kim, Dae-Weon,Shim, Hyun-Woo,Park, Jae-Hun,Park, Jeung-Jin 한국결정성장학회 2018 한국결정성장학회지 Vol.28 No.2

For the recovering rare earths in the spent nickel-metal hydride batteries, 10 M NaOH is added to the solution leached with sulfuric acid. The rare earth powders were precipitated at rate of 98 % at the condition of pH 2.0 or less. The recovered rare earth complex precipitate increased the leaching rate to nitric acid by heat treatment at $800^{\circ}C$ for 4 hours. Subsequently secondary precipitation was performed by adding oxalic acid to the solution in which the rare earth complex precipitate was dissolved. The re-precipitated rare earth powders were converted into oxide form through heat treatment at $800^{\circ}C$ for 4 hours with purity of 99.5 %. 폐니켈수소전지에 함유되어 있는 희토류를 회수하기 위하여 $H_2SO_4$로 침출한 용액에 10 M NaOH를 첨가하여 희토류를 pH 2.0 이하에서 약 98 % 침전시켰다. 이후 회수된 희토류 복합 침전물은 $800^{\circ}C$에서 4시간 동안 열처리를 통해 $HNO_3$에 대한 침출률을 증가시켰으며, 희토류 복합 침전물이 용해된 용액에 oxalic acid를 첨가하여 2차 침전을 실시하였다. 재침전된 희토류는 다시 $800^{\circ}C$에서 4시간 열처리를 통해 산화물 형태로 변환되었으며, 이때 희토류 산화물의 순도는 약 99.5 %를 나타내었다.

제4주제 : 미래교통을 선도하는 철도산업의 발전전략

안낙균 한국철도학회 2006 한국철도학회 세미나자료 Vol.- No.-

니켈수소 폐이차전지의 습식 재활용을 위한 산침출 및 희토류 회수에 대한 연구

안낙균,김대원,양대훈,Ahn, Nak-Kyoon,Kim, Dae-Weon,Yang, Dae-Hoon 한국자원리싸이클링학회 2018 資源 리싸이클링 Vol.27 No.1

In order to industrially recycle nickel, cobalt and rare earth elements included in waste NiMH batteries, electrode powder scraps were recovered by dismantle, crushing and classification from automobile waste battery module. As a result of leaching recovered electrode powder scrap with sulfuric acid solution, 99% of nickel, cobalt and rare earth elements were leached under reaction conditions of 1.0 M sulfuric acid solution, pulp density 25 g/L and reaction temperature $90^{\circ}C$ for 4 hours. In addition, the rare earth elements were able to separate from nickel / cobalt solution as cerium, lanthanum and neodymium precipitated under pH 2.0 using 10 M NaOH.

귀금속 농축을 위한 PCB 기반 양극동의 전해정련 특성

안낙균,심현우,박경수,박정진,Ahn, Nak-Kyoon,Shim, Hyun-Woo,Park, Kyung-Soo,Park, Jeung-Jin 한국자원리싸이클링학회 2018 資源 리싸이클링 Vol.27 No.5

본 연구에서는 구리와 귀금속이 함유된 PCB 스크랩을 양극동으로 사용하여 $H_2SO_4$농도, 전류밀도 변화에 대하여 전해정련 실험을 수행하였다. 전해정련 실험을 통해 각 전극에서 회수된 Cu와 slime에 대하여 농도 분석을 하고 원소들의 거동을 확인하였으며, 전류효율도 계산하였다. $H_2SO_4$ 농도가 증가할수록 전류효율과 Cu의 순도는 감소하였지만 양극 슬라임 내에 귀금속은 2.0 M $H_2SO_4$ 조건에서 최대로 농축되었다. 또한 전류밀도가 증가할수록 전류효율은 감소하였고 Cu의 순도는 증가하는 경향을 나타내었으며 양극 슬라임 내에 귀금속은 $300A/m^2$ 조건에서 최대로 농축되었다. Pilot scale 실험 결과, 양극 슬라임에 Au 함량은 8,705 mg/kg, Ag 함량은 35,092 mg/kg으로 나타났고, 초기의 함량과 비교했을 때 Au는 약 16배, Ag는 약 14배 농축이 가능하였다.

복합 폐비닐 재활용 기술에 대한 연구

안낙균 ( Nak-kyoon Ahn ),김승환 ( Seung Hwan Kim ),김정환 ( Jung Hwan Kim ),박필환 ( Pil Hwan Park ),윤진호 ( Jin-ho Yoon ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

우리 생활에 가장 일반적으로 쓰이는 자원인 비닐과 플라스틱은 우수한 편리성으로 일회용 음료용기, 필름, 섬유 등에서의 높은 활용도에 따라 넓은 분야에서 많이 사용되어 지고 있는 것에 비해 폐비닐, 폐플라스틱 재활용율은 약 25%이며, 이 외에는 소각이나 매립 등의 방법으로 처리되고 있다. 폐비닐, 폐플라스틱이 소각과 매립의 형태로 처리됨에 따른 환경오염 유발 및 활용 가능한 자원의 최종 폐기에 의한 경제적 손실이 나타남에 따라 국내에서도 효율적인 폐비닐 및 플라스틱 재활용기술 개발이 요구되고 있다. 일반적으로 폐비닐을 재활용하는 방법으로는 일반적으로 물질회수, 연료화, 유화환원 등이 알려져 있지만 다양한 종류와 이물질 및 불순물 혼입되어 선별과정을 거치게 되는데 이 과정에서 재활용에 대한 경제성 및 생산효율이 낮아지게 된다. 따라서 본 논문에서는 토사, 유리, 금속, 음식물, 목재 등의 다양한 불순물 및 이물질이 혼입된 생활계 복합 폐비닐을 효율적으로 선별, 분리하는 기술을 개발하여 복합재생원료로 재활용하는 방법에 대하여 연구하였다.

폐비닐 재활용을 위한 불순물 제거 및 재생원료 제조 공정 연구

안낙균 ( Nak-kyoon Ahn ),윤진호 ( Jin-ho Yoon ),김정환 ( Jung-hwan Kim ),김승환 ( Seung-hwan Kim ) 한국폐기물자원순환학회 2023 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2023 No.-

NaLa(SO₄)₂·H₂O 결정상으로부터 이온치환반응에 의한 산화란탄 (La₂O₃) 분말 합성에 관한 연구

김대원,안낙균,심현우,이찬기,최희락,홍현선,Kim, Dae-Weon,Ahn, Nak-Kyoon,Shim, Hyun-Woo,Lee, Chan-Gi,Choi, Hee-Lack,Hong, Hyun Seon 한국결정성장학회 2018 韓國結晶成長學會誌 Vol.28 No.5

The recovery of rare earth elements (REE) including La, Nd and Ce from spent batteries is important issues to reuse scarce resources. Herein, we present a simple recovery process to obtain lanthanum oxide ($La_2O_3$) from spent Ni-MH batteries, and demonstrate the conversion mechanism from $NaLa(SO_4)_2{\cdot}H_2O$ to $La_2O_3$. This strategy requires the initial preparation of $NaLa(SO_4)_2{\cdot}H_2O$ and subsequent metathesis reaction with $Na_2CO_3$ at $70^{\circ}C$. This metathesis reaction resulted in the crystalline lanthanum carbonate hydrate ($La_2(CO_3)_3{\cdot}xH_2O$) powder with plate-like morphology. On the basis of TGA result, the $La_2(CO_3)_3{\cdot}xH_2O$ powder was calcined in air at three different temperatures, that is, $300^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, and $1000^{\circ}C$. As the calcination temperature increased, the morphology of powder was changed; prism-like ($NaLa(SO_4)_2{\cdot}H_2O$) ${\rightarrow}$ platelike ($La_2(CO_3)_3{\cdot}xH_2O$) ${\rightarrow}$ aggregated irregular shape ($La_2O_3$). Futhermore, XRD results indicated that the crystalline $La_2O_3$ could be synthesized after the metathesis reaction with $Na_2CO_3$, followed by heat-treatment at $1000^{\circ}C$, along with a change of crystallographic structures; $NaLa(SO_4)_2{\cdot}H_2O$ ${\rightarrow}$ $La_2(CO_3)_3{\cdot}xH_2O$ ${\rightarrow}$ $La_2O_3$. 폐니켈수소전지에 함유된 희토류들의 회수는 자원 재활용을 위한 중요한 이슈 중의 하나이다. 본 논문에서는 폐니켈수소전지에 함유된 주요 희토류 성분 중의 하나인 란탄의 회수와 산화물로 전환되는 메커니즘 연구를 위하여, 재활용 공정에서 확보되는 희토류 침전물($NaRE(SO_4)_2{\cdot}H_2O$, RE = La, Nd, Ce)과 같은 단일 조성의 $NaLa(SO_4)_2{\cdot}H_2O$ 분말을 합성하였다. 합성된 분말은 $70^{\circ}C$에서 진행된 탄산나트륨과의 이온치환반응을 통해 판상형의 $La_2(CO_3)_3{\cdot}xH_2O$ 결정상을 나타냈으며, 비교를 위해 상온에서 진행된 치환 반응을 진행하였다. 이후 산화란탄 합성을 위해 TG 분석 결과를 바탕으로, $La_2(CO_3)_3{\cdot}xH_2O$ 분말을 $300^{\circ}C$, $500^{\circ}C$ 및 $1000^{\circ}C$에서 후열처리를 진행하였으며, 이에 따른 결정구조의 변화를 분석하였다. FESEM 결과 본 연구에서 합성된 각각의 분말들은 각기둥($NaLa(SO_4)_2{\cdot}H_2O$), 판상($La_2(CO_3)_3{\cdot}xH_2O$) 및 특정 형상 없이 불규칙적으로 응집된 형태($La_2O_3$)를 나타내었다.

폐니켈수소전지에서 회수된 희토류복합 침전분말로부터 세륨 회수에 대한 연구

김보람,안낙균,이상우,김대원,Kim, Boram,Ahn, Nak-Kyoon,Lee, Sang-Woo,Kim, Dae-Weon 한국자원리싸이클링학회 2019 資源 리싸이클링 Vol.28 No.6

In order to recover the cerium contained in the spent nickel metal hydride batteries (NiMH battery), the recovered rare earth complex precipitates from NIMH were converted into rare earth hydroxides through ion exchange reaction to react with NaOH aqueous solution at a reaction temperature of 70 ℃, for 4 hours. Rare earth hydroxides were oxidized by injecting air at 80 ℃ for 4 hours to oxidize Ce³⁺ to Ce⁴⁺. The oxidation rate of cerium was confirmed to be about 25 % through XPS, and the oxidized powder was separated from the rest of the rare earth using the difference in solubility in dilute sulfuric acid. The finally recovered powder has a crystal phase of cerium hydroxide (Ce(OH)₄). The cerium purity of the final product was about 94.6 %, and the recovery rate was 97.3 %.