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폐니켈수소전지로부터 회수된 희토류 침전물의 희토류 산화물 분말 제조에 대한 연구
A Study on the Preparation of Rare Earth Oxide Powder for Rare Earth Precipitates Recovered from Spent Ni-MH Batteries 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.25 no.3, 2018년, pp.213 - 219  

김대원 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  안낙균 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  심현우 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  박경수 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  최희락 (부경대학교 재료공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We report a method for preparing rare earth oxides ($Re_xO_y$) from the recycling process for spent Ni-metal hydride (Ni-MH) batteries. This process first involves a leaching of spent Ni-MH powders with sulfuric acid at $90^{\circ}C$, resulting in rare earth precipitates (i.e.,...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 본 연구는 폐니켈수소전지에서 회수한 NaRE(SO4)2·H2O 형태의 희토류 침전물을 산업적으로 취급이 용이한 희토류 산화물 형태로 변형시키기 위하여 공기 분위기에서 단순 열처리를 진행하는 방법뿐 아니라 NaOH를 이용한 metathesis 반응을 통해 희토류 수산화물 형태로 만들고 이후 하소를 통해 희토류 산화물로 변환하고자 하였다.
  • 1200℃ 열처리 후 분말색은 갈색으로 변하여 기존 희토류 침전물이 다른 상으로 변환된 것을 간접적으로 알 수 있었다. 따라서 희토류 침전물을 단순 열처리 공정을 통해 산화 물화 하기 어렵다고 판단되어 NaOH를 이용한 metathesis 반응으로 희토류 수산화물 형태로 변환하고 이후 열처리를 통해 희토류 산화물로 얻고자 하였다(그림 5).
  • 본 연구에서는 폐니켈수소전지 분말을 황산 침출 및 알칼리 반응을 통하여 회수한 희토류 침전물인 NaRE(SO4)2·H2O 분말을 산업적으로 활용할 수 있도록 고온 열처리와 NaOH를 이용한 metathesis 반응을 통하여 희토류 산화물을 얻는 연구를 진행하였다.
  • 본 저자들은 이전 연구에서 폐니켈수소전지에 함유된 유가 금속(니켈, 코발트, 희토류)을 국내에서의 산업적 재활용을 위해 황산 침출하였고, NaOH를 이용한 침전법을 통해 희토류를 선택적으로 분리한 내용에 대하여 보고하였다[12,13]. 그러나 침전법을 통해 분리된 희토류는 NaRE(SO4)2·H2O(RE: Ce, La, Nd)의 결정상으로 존재하며 이러한 분말은 산업적으로 사용되지 않기 때문에 희토류가 주로 사용되는 산화물이나 메탈 형태로의 변형이 필요하다.
  • 는 희토류인 La, Ce, Nd를 의미한다. 위와 같은 반응에 의하여 확보된 희토류 침전물을 산업적으로 적용이 유리한 희토류 산화물로 변환 및 불순물 제거를 위해 본 연구에서는 우선적으로 공기 분위기에서 온도 변화에 따른 열처리를 진행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
희토류 원소는 어디에 사용되고 있는가? 희토류 원소는 분광학적 및 자기적 등의 특별한 특성으로 인하여 형광 재료, 레이저 소자, 영구자석, 수소흡장합금 그리고 연료전지 등에 사용되며, 첨단 제품에 필수적인 소재로서 사용된다. 이러한 희토류 자원은 지역편중성이 강한 원소로서 bastnasite, monazite, 및 xenotime과 같은 광석에 분포되어 있으며, 이로부터 희토류를 분리하는 연구가 많이 수행되어 왔다[9-11].
니켈수소전지는 어디에 사용되고 있는가? 니켈수소전지(Ni-MH; Nickel-Metal Hydride Battery)는기존에 사용되고 있는 니켈카드뮴전지보다 에너지 효율이 높고, 음극 활물질로 사용되고 있는 카드뮴의 유해성으로 인하여 대체 가능한 2차전지로서, 리튬이차전지와 더불어 전기자동차(EV; Electric Vehicle) 및 하이브리드 전기자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)의 배터리로 사용되고 있다[1]. 일본의 경우, Sanyo electric을 인수한 Panasonic에서 자동차 탑재용 니켈수소전지를 제조하고 있으며 Honda, Volkswagen 그리고 Ford 등의 하이브리드 자동차에 사용되고 있다.
폐니켈수소전지에 함유된 유가 금속을 침전법을 통해 분리할 시, 희토류를 산화물이나 메탈 형태로 변형이 필요한 이유는 무엇인가? 본 저자들은 이전 연구에서 폐니켈수소전지에 함유된 유가 금속(니켈, 코발트, 희토류)을 국내에서의 산업적 재활용을 위해 황산 침출하였고, NaOH를 이용한 침전법을 통해 희토류를 선택적으로 분리한 내용에 대하여 보고하였다[12,13]. 그러나 침전법을 통해 분리된 희토류는 NaRE(SO4)2·H2O(RE: Ce, La, Nd)의 결정상으로 존재하며 이러한 분말은 산업적으로 사용되지 않기 때문에 희토류가 주로 사용되는 산화물이나 메탈 형태로의 변형이 필요하다.
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참고문헌 (16)

  1. D. P. Park and L. H. Kim: J. Energy Eng., 23 (2014) 1 (Korean). 

  2. P. Zhang, T. Yokoyama, O. Itabashi, Y. Wakui, T. M. suzuki and K. Inoue: Hydrometallurgy, 50 (1998) 61. 

  3. D. A. Bertuol, A. M. Bernardes and J. A. S. Tenorio: J. Power Sources, 193 (2009) 914. 

  4. L. E. O. C. Rodrigues and M. B. Mansur: J. Power Sources, 195 (2010) 3735. 

  5. P. Dvorak and H. N. Vu: Journal of the Polish Mineral Engineering Society, 16 (2015) 1. 

  6. V. Innocenzi, N. M. Ippolito, I. D. Michelis, M. Prisciandaro, F. Medici, F. Veglio: J. Power Sources, 362 (2017) 202. 

  7. L. Pietrelli, B. Bellomo, D. Fontana, M. R. Montereali: Hydrometallurgy, 66 (2002) 135. 

  8. D. A. Bertuol, A. M. Bernardes, J. A. S. Tenorio: J. Power Sources, 193 (2009) 914. 

  9. S. Kim, H. S. Yoon, S. D. Kim, C. J. Kim and J. Y. Lee: J. of Korean Inst. of Resources Recycling, 13 (2004), 11. 

  10. M. S. Lee and H. S. Jeon: J. of Korean Inst. of Resources Recycling, 19 (2010) 27. 

  11. J. Y. Lee, H. S. Jeon and J. S. Kim: Minerals and Industry, 22 (2010) 26. 

  12. N. K. Ahn, D. W. Kim, and D. H. Yang; J. of Korean Inst. of Resources Recycling, 27 (2018) 3. 

  13. N. K. Ahn, D. W. Kim, H. W. Shim, J. H. Park, and Jeung-Jin park: Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology, 28 (2018) 85. 

  14. C. K. Gupta and N. Krishnamurthy: Int. Mater. Rev., 37 (1992) 197. 

  15. R. D. Abreu, C. A. Morais: Miner. Eng., 23 (2010) 536. 

  16. J. G. Kang, Y. I. Kim, D. W. Cho, and Y. Sohn: Mater. Sci. Semicond. Process., 40 (2015) 737. 

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