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폐니켈-카드뮴 전지로부터 황산암모늄을 이용한 수산화니켈 제조 방안 연구
A study on the Synthesis of Nickel Hydroxide by Ammonium Sulfate from Waste Nickel-Cadmium Batteries 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.28 no.5, 2019년, pp.51 - 59  

김민준 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  박일정 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  김대원 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  정항철 (고등기술연구원 신소재공정센터)

초록
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폐니켈-카드뮴전지 내의 니켈과 카드뮴을 분리하기 위한 재활용 기술 중 황산암모늄($(NH_4)_2SO_4$)을 이용하여 니켈을 침전시킴으로써 분리하는 기술이 보고되고 있어, 실제 산업현장에서 사용 중인 침출액을 이용하여 pH, 온도, 황산암모늄의 투입량 등을 변수로 하여 최적의 니켈 회수 조건을 도출하였다. pH의 경우 중성, 염기성에 비해 산성의 침출액에 황산암모늄을 투입했을 때 안정적인 황산니켈암모늄($(NH_4)_2Ni(SO_4)_26H_2O$)이 형성되었으며, 침출액의 온도는 $60^{\circ}C$일 때 가장 높은 순도를 나타내었다. 황산암모늄의 투입량은 니켈 함량 대비 2배의 몰 비로 투입했을 때 높은 회수율과 가장 적은 불순물 함량을 나타내었다. 서로 다른 두 공정을 통한 수산화니켈 제조 결과, 황산니켈암모늄 이용 시 카드뮴이 1.4% 검출되었고 황화나트륨($Na_2S$)을 이용하여 카드뮴을 제거한 용액에서 수산화니켈 제조 시에는 침출액 내 포함되어 있던 철과 니켈이 동시에 석출되었다. 본 연구를 통해 황산암모늄을 이용한 니켈 회수가 유용한 재활용 기술이 될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study focused on the synthesis of the nickel hydroxide using ammonium sulfate in leaching solution from waste nickel-cadmium batteries. The effect of pH, temperature and the input amount of ammonium sulfate in leaching solution was investigated. The ammonium nickel sulfate with high purity was ...

주제어

#황산니켈암모늄   #니카드 전지   #수산화니켈   #재활용  

표/그림 (10)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이를 통해 황화나트륨을 이용한 수산화니켈 제조 공정과의 수산화니켈 품질을 비교하여 실제 산업에서의 적용이 용이한 고품질, 고순도의 니켈 부산물 회수를 위한 최적의 공정을 선정할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 산업에서 실제로 재활용을 위해 니켈-카드뮴전지로부터 얻어진 혼합 침출액을 기반으로 하여, 두 공정으로부터 얻어지는 반응물의 형상 및 품질 비교를 통해 중간 공정의 차이로 인한 니켈 화합물의 변화를 관찰해보고자 한다. ;
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
니켈 및 카드뮴 배출에 대한 규제가 엄격해지고 있는 이유는 무엇인가? 폐전지에는 전지종류에 따라 유가금속이 다양하게 포함되어 있기 때문에, 이를 그대로 폐기할 경우 금속자원의 경제적 손실이 크다. 또한 폐니켈-카드뮴 전지에 포함된 금속은 무분별한 배출 시 환경오염을 유발할 수 있어3) 세계적으로 니켈 및 카드뮴 배출에 대한 규제가 엄격해지고 있는 실정이다. 이러한 경제적 손실 및 환경오염 방지를 위하여 다양한 기술을 통해 폐전지의 회수 및 재활용이 활성화되고 있으며, 효율적인 재활용 기술 개발을 위한 연구가 활발히 진행 중이다.
낮은 pH를 유지한 채로 황산암모늄을 투입하는 것이 가자 적절한 이유는 무엇인가? 문헌에 서는 침출액에 암모니아를 먼저 투입할 경우 철과 망간의 수산화물을 형성하기 때문에 황산암모늄을 넣기 전불순물 제거를 위한 하나의 공정으로 암모니아수의 투입을 적용하고 있으며, 이후 중성에 가까운 5 ~ 6의 pH에서 황산암모늄을 투입하여 황산니켈암모늄을 형성하였다. 본 연구에서는 중성의 pH인 7과 염기성인 9의 침출액에서 석출되는 황산니켈암모늄의 품질을 비교하기 위해 암모니아수를 투입하였으나 암모니아 이온과 철과의 반응 및 니켈, 카드뮴 아민계 화합물 등의 복합체 형성으로 인하여18) 황산니켈암모늄의 직접적인 석출을 방해하는 요소로 작용한 것으로 판단된다. 따라서 초기 침출액의 낮은 pH를 유지한 채로 황산암모늄을 투입하는 것이 실제 산업에서의 경제성과 석출된 니켈 화합물의 품질 등을 고려하였을 때 적절한 방법이라고 판단된다.
폐전지 침출액 및 폐수로부터 금속을 회수하거나 재활용하는 방법에는 무엇이 있는가? 폐전지의 침출액이나 폐수로부터 금속을 회수하거나 재활용하는 방법으로는 역삼투압, 용매추출법, 흡착, 침전법, 치환법 등이 있다4-10). 특히 폐니켈-카드뮴 전지에 대한 연구의 경우, 전지의 전극을 황산용액에 침출시킨 침출액으로부터 카드뮴 또는 니켈을 선택적으로 회수하는 방법에 대한 연구가 국내외로 다양하게 진행 중이다.
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참고문헌 (19)

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  19. Safarzadeh, M. S., Moradkhani, D., and Ilkhchi, M. O., 2007 : Determination of the Optimum Conditions for the Cementation of Cadmium with Zinc Powder in Sulfate Medium, Chemical Engineering and Processing 46, pp.1332-1340. 

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