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손정수 ( Jeong-soo Sohn ),김홍인 ( Hong-in Kim ),김수경 ( Soo-kyung Kim ),양동효 ( Dong-hyo Yang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
전 세계적인 환경오염 문제를 해결하기 위한 노력에 힘입어 국내 전기자동차 등록대수가 2020년 3월, 10만대를 돌파하면서 본격적인 전기자동차 시대가 열리고 있다. 우리나라 전기자동차 등록대수는 2011년 344대에서 2016년 10,855대로 1만대를 넘어섰으며 2019년에는 34,162대로 급증하여 2019년까지 등록된 전기자동차는 총 89,918대에 달한다. 환경부에서는 2020년도에는 승용차 6만5천대, 화물차 7,500대, 버스 650대 등 총 84,150대의 전기자동차에 보조금을 지급할 계획을 갖고 있으며 2020년까지 전기자동차를 433,000대까지 늘린다는 계획을 갖고 있다. 전기자동차 보급이 확대됨에 따라 전기자동차 폐배터리 발생량도 증가하여 2024년도에는 1만대, 2031년도에는 10만대 이상이 배출될 것으로 예상하고 있다. 이에 환경부에서는 거점수거센터 구축 등 미래폐기물 재활용 관련 입법 등 이에 대비하고 있다. 현재 국내외적으로 전기자동차용 폐배터리 재활용에 대한 관심이 높아지고 있으며 2018년 기준 약 20개의 재활용회사가 글로벌하게 운영되고 있으며 그 중 5개 재활용업체가 시장을 선도하고 있다. 그러나 Umicore, BRUNP, Huayou cobalt, GEM, 성일하이텍 등 5개 회사들도 배터리 제조공정 스크랩과 소형 폐배터리 재활용을 통해 기술을 상용화하였을 뿐 자동차에 사용되는 대용량 리튬이온배터리의 처리에 대해서는 기존 공정을 응용하는 정도에 그치고 있다. 대용량전지의 경우 해체에서부터 방전, 파쇄, 선별 등의 전처리 공정이 기존 공정과 다르며 처리물량 또한 규모에서 차이가 나기 때문에 새로운 기술개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 기존 재활용현황을 살펴보고 최근 3년간의 자동차용 대용량 폐배터리 재활용 연구결과를 바탕으로 향후 개발해야 할 기술의 방향을 제안하였다.
Study of Physical Treatment of Spent Military Use Lithium Primary Batteries for Recycling
손정수,신선명,Dong-Hyo Yang,강진구,유경근 한국자원공학회 2007 Geosystem engineering Vol.10 No.2
Physical treatment of lithium primary batteries without explosion is required to recycle the lithium primary batteries which could be exploded by heating too much or crushing. The safe dismantlement method of the spent lithium primary batteries has been required to recycle the batteries because the batteries contain lithium metal although the batteries are discharged. In the present study, safe dismantlement of the spent batteries was investigated, and then feasibility study was performed to recycle scraps of the spent batteries. As written above, the batteries were safely crushed, and metals such as nickel were recovered. Further study was required to increase recovery ratio and purity of metal.
손정수,김수경,이철경,Shun-Myung Shin,Dong-Hyo Yang 한국자원공학회 2006 Geosystem engineering Vol.9 No.1
Physical treatment and chemical treatment of spent lithium-ion battery were studied in our research team. Especially we developed two types of acidic leaching for crushed powders containing LiCoO2 of spent lithium ion battery. One of them is sulfuric acid leaching with H2O2 as a reducing agent. The leaching rates of cobalt, lithium and the other metals were above 99 % at the condition of 2 M H2SO4, 10 vol. % H2O2, 75oC, 300 rpm agitation speed, 250 g/5L solid liquid ratio and 75 minutes reaction time. And the other leaching process is the oxalic acid leaching. In this process more than 99% of Li and less than 1% of Co were dissolved at the condition of 3M oxalic acid, 80oC reaction temperature, 300rpm agitation speed, 50g/L initial solid/liquid ratio and 90min extraction time. Each process has its advantage and disadvantage. In sulfuric acid leaching, leaching reagent is very cheap and cobalt could be recovered into cobalt hydroxide. On the other hand, oxalic acid is more expensive than sulfuric acid but lithium could be dissolved selectively. Also cobalt could be recovered into cobalt oxalate and it could be changed into cobalt oxide after heat treatment. In order to select the effective recycling process, recovery rate and purity of cobalt hydroxide and cobalt oxalate were compared and it was investigated which process was more environment- friendly and economical.
戰略金屬 스크랩 資源化를 위한 코발트 物質흐름 現況調査
손정수,양동효,신선명,강은희,Sohn, Jeong-Soo,Yang, Dong-Hyo,Shin, Shun-Myung,Kang, Eun-Hee 한국자원리싸이클링학회 2005 資源 리싸이클링 Vol.14 No.2
세계의 인구증가와 경제성장에 따라 천연자원 특히 전략금속의 수요가 급격히 증가하고 있다. 국가가 보유하고 있는 자원의 양은 천연자원 뿐 아니라 재활용을 통하여 얻을 수 있는 폐자원을 함께 포함해야 한다. 본 연구에서는 전략금속의 안정적 확보와 폐자원의 효율적 재활용을 위하여 코발트의 국내외 사용현황 등을 조사하였으며 아울러 미국 내에서의 코발트 물질흐름에 대한 자료를 정리하였다. 그 결과 미국에서는 2003년도에 약 8,000톤의 코발트가 사용되었으며 원료로 재사용된 스크랩의 양은 총사용량의 28%인 2,200톤이었다. 미국의 경우 초합금과 촉매의 재활용은 잘 이루어지고 있으나 자석류와 초경합금의 경우 재활용율이 다소 낮음을 알 수 있었다. As world population increases and the world economy expalds, so does the demand for natural resources especially strategic metals such as cobalt. An accurate assesment of the nation's minerals must include not only the resources available in the ground but also those that become available through recycling. In this paper, data on domestic and international supply of cobalt and its applications by end-user were analyzed for stable security of cobalt resources and effective recycling of cobalt scraps. Also, an initial evaluation of the flow of cobalt-containing materials in the United States was prepared. In 2003, 8,000 metric tons of cobalt were consumed in the United States and an estimated 28% of U.S. cobalt supply was derived from scrap. The superalloy industry and catalyst industries have well-established recycling or cobalt recovery practices. Recycling rates of cobalt scraps from magnet alloy and cemented carbide were relatively low.
가정용(家庭用) 폐건전지(廢乾電池)의 재활용(再活用) 상용화(商用化)를 위한 물리적(物理的) 처리(處理)
박진태,강진구,손정수,양동효,신선명,Park, Jin-Tae,Kang, Jin-Gu,Sohn, Jeong-Soo,Yang, Dong-Hyo,Shin, Shun-Myung 한국자원리싸이클링학회 2006 資源 리싸이클링 Vol.15 No.6
가정용 폐건전지의 재활용 상용화를 위하여 물리적 처리방안에 대한 재활용 기술을 확립하기 위한 형상선별, 파쇄, 자력선별, 입도분리 그리고 와전류 정전선별을 통한 물리적 처리연구를 수행하였다. 그 결과 형상선별기를 이용하여 폐망간전지를 형상별 중량별로 시간당 $400{\sim}600$개의 속도로 분리하는 기술을 확립하였다. 파쇄, 자력선별 그리고 입도분리를 통해 망간, 아연, 철의 함량을 조사해본 결과, 자성체에는 망간과 아연 둥의 불순물 함량이 각각 0.1%이하였으며 99%이상이 Fe임을 알 수 있었다. 또한 비자성체의 경우에는 폐망간전지 종류에 따라 Zn이 $22{\sim}30%$, Mn이 $16{\sim}22%$ 그리고 Fe는 $1{\sim}3%$정도였고 기타 탄소봉과 플라스틱, 종이 등이 대략 $37{\sim}50%$정도였다. 와류 정전선별기로 Zn 판상을 회수한 결과, 최적실험 조건인 선속 $2,250m/min{\sim}2,750m/min$ 사이에서 96%이상의 회수가 이루어졌다. This study was carried out for establishing the physical recycling technique for commercializing process on household batteries. The procedure involves shape separator, crushing, magnetic separation, classification and eddy current separation in sequence. The separation capacity was 400-600 unit cell/hr with shape separation system. The impurities such as manganese and zinc in the magnetic product were below 0.1% respectively, the concentration of iron was above 99% in spent carbon zinc battery. Also non-magnetic products are composed of 22-30% En, 16-22% Mn, 1-3% Fe in the case oi spent zinc carbon battery. The amounts of other components such as carbon rod, plastics and separator were about 37-50%. From the eddy current separation of nonferrous products, the plate-type zinc components were separated up to 96% with 2,250-2,750 meter/min of the conveyor speed.
신선명,강진구,Dong-Hyo Yang,Tae-Hyun Kim,손정수 한국자원공학회 2007 Geosystem engineering Vol.10 No.2
The spent zinc-carbon batteries are composed of approximately 20% of Mn, 20% of Zn, magnetic materials and small amounts of carbon, plastics and electrolyte. Some of zinc metals in the spent battery reacted into zinc oxides and some of MnO2 reduced into Mn2O3 after discharging reaction. In this study, acid and alkaline processes of spent zinc-carbon battery are proposed and there performances are compared. In case of H2SO4, the results of zinc and manganese dissolution rates obtained by adding H2O2 were 93.3% and 82.2%, respectively at 100g/L solid/liquid ratio, 2.0M H2SO4, 60℃ and 200 rpm. In case of NaOH, the results of zinc and manganese dissolution rates obtained at 100g/L solid/liquid ratio, 4M NaOH, 80℃ and 200 r.p.m. were 82% and below 0.1% respectively. Therefore, the efficiency of selective extraction of Zn was very high.