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폐 전지로부터 재활용 과정을 통한 란타넘, 네오디뮴 회수에 관한 연구
A Study on the Recovery of Lantanum and Neodymium from Waste Battery Through the Recycling Process 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.26 no.2, 2020년, pp.116 - 121  

채병만 (금오공과대학교 환경공학과) ,  이석환 ((주)케이엠씨) ,  김득현 ((주)케이엠씨) ,  서은주 ((주)케이엠씨) ,  김현일 ((주)케이엠씨) ,  이승환 (금오공과대학교 환경공학과) ,  이상우 ((주)케이엠씨)

초록
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본 연구에서는 유가금속 회수를 한 전기차 폐배터리 부산물의 재활용에 관하여 연구하였다. 폐배터리 부산물에는 희토류들이 남아있으나, 부산물의 형태로는 소재로서의 가치가 없기에 정제과정을 거쳐 희토류 산화물로 회수하였다. 희토류침전분말 형태의 부산물을 30% 수산화나트륨을 이용하여 가공이 편한 수산화물로 변환한 뒤, 옥살산용해도 차이를 이용하여 남아 있는 불순물을 정제한 뒤, D2EHPA (Di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid)를 사용하여 이트륨을 분리하였다. 과망가니즈산 칼륨을 이용하여 세륨을 분리 후, PC88A (2-ethylhexylphosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester)를 사용하여 란타넘과 네오디뮴을 분리하였다. 그 후 800 ℃의 온도에서 소성하여 란타넘, 네오디뮴 산화물로 재생하는 방법을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the recycling of waste Ni-MH battery by-products for electric vehicle is studied. Although rare earths elements still exist in waste Ni-MH battery by-products, they are not valuable as materials in the form of by-products (such as an insoluble substance). This study investigates the r...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 희토류금속 재활용 산업은 초기 단계에 머물러 있으며 관련 자료가 부족한 상황이다. 본 연구에서는 용매추출 및 스크러빙(scrubbing) 기법을 이용한 수소계 폐배터리 부산물로부터 희토류 회수에 대한 체계적인 조사를 진행하여, 주요한 희토류인 란타넘과 네오디뮴을 분리와 회수하는 방법을 정립하였다. 이를 위하여 용매추출 전 원료의 전처리 방법, 용매추출 단수 및 pH와 같은 조건의 결정, 스크러빙을 위한 조건 등을 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
희토류 금속의 장점은 무엇인가? 이 중 산업적으로 사용되는 대표적인 희토류 금속으로는 유로피움(Eu), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 란타넘(La), 디스프로슘(Dy), 사마륨(Sm), 세륨(Ce), 테르븀(Tb) 등의 원소들이 있다[1]. 희토류 금속은 일반적으로 높은 연성 및 상대적으로 높은 내식성을 가지고 있으며 화학적으로 매우 안정되며 열전도 특성도 우수하다. 디스플레이, 전기자동차 등 첨단 산업의 소재로 사용되고 있으며, 금속 산업에서는 합금 재료로도 사용된다.
희토류 금속은 무엇인가? 희토류 금속은 란타넘족(lanthanide)에 속하는 15종 금속과 스칸듐(Sc)과, 이트륨(Y)의 2종류 금속을 합한 총 17개 금속원소를 말한다. 이 중 산업적으로 사용되는 대표적인 희토류 금속으로는 유로피움(Eu), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 란타넘(La), 디스프로슘(Dy), 사마륨(Sm), 세륨(Ce), 테르븀(Tb) 등의 원소들이 있다[1].
폐배터리 부산물로부터 희토류를 회수, 분리 및 정제과정에서 수산화물을 침전 생성시켰을 때, 발생하는 불순물은 무엇이고 어떻게 제거하는가? 란타넘, 네오디뮴 용액이 약산성이기 때문에 중화반응을 고려하여 화학당량적으로 과잉 첨가하여 백색의 분말 형태 로 수산화물을 침전 생성시켰다. 공정상 불순물이라 볼 수 있는 나트륨은 증류수 및 알콜에 세척하여 제거가 가능하다. 수산화물로 회수된 란타넘 및 네오디뮴은 일반적으로 700 ℃에 산화가 되는 것으로 보고되었으며[14,15], 본 연구진은 800 ℃, 4 h 조건에서 수산화물을 산화물로 소성하였다[16-19].
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참고문헌 (23)

  1. Humphries, M., "Rare Earth Elements: The Global Supply Chain," Congressional Research Service., 16 (2013). 

  2. https://www.usgs.gov/centers/nmic/rare-earths-statistics-and-information (accessed Jan. 2019). 

  3. Lim, K., Han, J., and Park, S., "Mine Production and Reserves of Rare Earths," J. Korean Phys. Soc. Webzine Article., 28(9), 3-8 (2019). 

  4. Gupta, C. K., and Krishnamurthy, N., "Extractive Metallurgy of Rare Earths," Int. Mater. Rev., 37(1), 197-248 (1992) 

  5. Abreu, R, D., and Morais, C, A., "Purification of Rare Earth Elements from Monazite Sulphuric Acid Leach Liquor and the Production of High-Purity Ceric Oxide," Miner. Eng., 23(6), 536-540 (2010). 

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  7. Kim, B., Ahn, N., Lee, S., and Kim, D., "A Study on the Separation of Cerium from Rare Earth Precipitates Recovered from Waste NiMH Battery," JKIRR., 28(6), 18-25 (2019). 

  8. Ahn, N., Kim, D., and Yang, D., "A Study on Recovery of Rare Earth and Acid Leaching for Wet Recycling of Waste NiMH Batteries," JKIRR., 27(1), 22-30 (2018). 

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  10. Yoon, H., Kim, C., Eom, H., and Kim, J., "Separation of Cerium Hydroxide from Wasted Cerium Polishing Powders by the Aeration and Acidity-Controlling Method," JKIRR., 14(6), 3-9 (2005). 

  11. Orhanovic, Z., Pokric, B., Furedi, H., and Branica, M., "Precipitation and Hydrolysis of Metallic Ions. III. Studies on the Solubility of Yttrium and Some Rare Earth Hydroxides," Croat. Chem. Acta., 38, 269-276 (1966). 

  12. Kao, H., Yen, P., and Juang, R., "Solvent Extraction of La(III) and Nd(III) from Nitrate Solutions with 2-Ethylhexylphosphonic Acid Mono-2-Ethylhexyl Ester," Chem. Eng. J., 119(2-3), 167-174 (2006). 

  13. Kashi, E., Habibpour, R., Gorzin, H., and Maleki, A., "Solvent Extraction and Separation of Light Rare Earth Elements (La, Pr and Nd) in the Presence of Lactic Acid as a Complexing Agent by Cyanex 272 in Kerosene and the Effect of Citric Acid, Acetic Acid and TitriplexIII as Auxiliary Agents," J. Rare Earth, 36(3), 317-323 (2018). 

  14. Golden, T. D., Shang, Y., Wang, Q., and Zhou, T., "Electrochemical Synthesis of Rare Earth Ceramic Oxide Coatings," Intech, (2015). 

  15. Duhan, S., "Effect of Sintering Time on Particle Size of Rare Earth Compounds (R Nd) Prepared by Wet Chemical Method," IJPAP, 47(12), 872-875 (2009). 

  16. Kepinski, L., Zawadzki, M., and Mista, W., "Hydrothermal Synthesis of Precursors of Neodymium Oxide Nanoparticles," Solid State Sci., 6(12), 1327-1336 (2004). 

  17. Rosynek, M. P., and Magnuson, D. T., "Preparation and Characterization of Catalytic Lanthanum Oxide" J. Catal., 46, 402-413 (1977). 

  18. Hussein, G. A. M., and Ismail, H. M., "Characterization of Lanthanum Oxide Formed as a Final Decomposition Product of Lanthanum Acetylacetonate: Thermoanalytical, Spectroscopic and Microscopic Studies" Powder Technol., 84(2), 185-190 (1995). 

  19. Duhan, S., Aghamkar, P., and Singh, M., "Synthesis and Characterization of Neodymium Oxide in Silica Matrix by Solgel Protocol Method," phys. res. int., 2008, (2008) 

  20. Adi, W. A., Wardiyati, S., and Dewi, S. H., "Nanoneedles of Lanthanum Oxide ( $La_2O_3$ ): A Novel Functional Material for Microwave Absorber Material," IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 202, (2017). 

  21. Aldebert, P., and Traverse, P. J., "Etude Par Diffraction Neutronique des Structures de Haute Temperature de $La_2O_3$ et $Nd_2O_3$ " Mater. Res. Bull., 14(3), 303-323 (1979). 

  22. Saravani, H., and Jehali, M., "Synthesis and Characterization of Lanthanum Oxide and Lanthanumoxid Carbonate Nanoparticles from Thermalizes of [La(acacen)( $NO_3$ )( $H_2O$ ) Complex," Orient. J. Chem., 31(4), 2351-2357 (2015) 

  23. Cheraitia, K., Lounis, A., Mohamed, M., Azzaz, M., and Osmane, K., "Neutron Activation Analysis of Nd-Fe-B Magnet and Determination of the Content of Nd After Oxalate Precipitation and Production of $Nd_2O_3$ ," Matter : Int. J. Sci. Technol, 1(1), 259-274 (2015). 

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