• Article Review

    Current Status of Nickel Smelting Technology

    니켈 제련기술의 현황

    Ho-Sang Sohn

    손호상

    Nickel is widely used due to its excellent toughness, malleability and enhanced corrosion resistance. Therefore, nickel is indispensable in our daily lives ...

    니켈은 우수한 인성, 전성과 함께 내식성 향상 효과 때문에 널리 사용된다. 따라서 니켈은 우리 일상 생활에서 없어서는 안 될 금속으로, 스테인리스강, 고강도합금 ...

    + READ MORE
    Nickel is widely used due to its excellent toughness, malleability and enhanced corrosion resistance. Therefore, nickel is indispensable in our daily lives, and it is widely used in basic to advanced applications such as stainless steel, super alloys and electronic devices. Recently, nickel has been widely used as the major material in secondary batteries and capacitors. The use of nickel continues to rise and has increased from 800 thousand tonnes per year worldwide in the 1970s to about 2 million tonnes in the 2010s. However, nickel is a representative rare metal and ranks 23rd among the abundant elements in the earth’s crust. This study reviews the current status of the nickel smelting processes as well as the trend in production amount and use. Nickel is extracted by a wide variety of smelting methods depending on the type of ore. These smelting methods are essential for the development of new recycling processes that can extract nickel from secondary nickel resources.


    니켈은 우수한 인성, 전성과 함께 내식성 향상 효과 때문에 널리 사용된다. 따라서 니켈은 우리 일상 생활에서 없어서는 안 될 금속으로, 스테인리스강, 고강도합금, 전자기기 등 기초부터 첨단 응용 분야까지 널리 사용되고 있다. 최근 니켈은 2차 전지 및 커패시터의 주요 소재로 널리 사용되고 있다. 니켈의 사용량은 계속 증가하여 1970년대 전 세계적으로 연간 80만 톤에서 2010년대에는 약 200만 톤으로 증가했다. 그러나, 니켈은 지각 중 원소 존재도에서 23번째로 대표적인 희소금속이다. 본 연구에서는 니켈 제련기술의 현황과 생산량 및 사용 동향에 대해 조사하였다. 니켈은 광석의 종류에 따라 매우 다양한 제련법으로 추출된다. 이러한 다양한 니켈 제련기술은 니켈 2차 자원으로부터 니켈을 추출하는 새로운 재활용 프로세스의 개발에 필수적일 것이다.

    - COLLAPSE
    April 2021
  • Research Paper

    Leaching Behavior of Heavy Metals from an Ore Containing High Concentration as Utilizing Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans

    Acidithiobacillus ferrooxidansAcidithiobacillus thiooxidans를 활용한 고농도 비소 함유 광석 내 중금속 용출 거동 연구

    Gahee Kim, Rina Kim, Kwanho Kim and Kwang-suk You

    김가희, 김리나, 김관호, 유광석

    To investigate the potential for leaching of heavy metals by bacteria from ores stacked on actual mining sites, leaching tests of a ...

    실제 광산 현장에서 적재된 광석으로부터 미생물에 의한 중금속 용출 가능성을 알아보고자 호산성 미생물인 Acidithiobacillus ferrooxidansAcidithiobacillus thiooxidans를 이용하여 초기 산성조건에서 ...

    + READ MORE
    To investigate the potential for leaching of heavy metals by bacteria from ores stacked on actual mining sites, leaching tests of a complex metallic ore (Pb-Zn-As ore) were conducted over 60 days using acidophile bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans under initial acidic conditions. Initially, a small amount of heavy metals was leached due to the initial acidic conditions. After 20 days, when A. thiooxidans in the reactor was adapted to the ore, the amount of leached heavy metals rapidly increased; the concentrations of leached arsenic, iron, and zinc reached a maximum of 2800, 3700, and 2500 mg/L, respectively. On the other hand, in the presence of A. ferrooxidans or in the control test without bacteria, heavy metals, except zinc, were barely detected in leaching. Through this study, it was confirmed that (i) bacteria could leach heavy metals at mining sites under acidic conditions and (ii) leaching of heavy metals from a high arsenic-containing ore by A. thiooxidans was more significant than that by A. ferrooxidans.


    실제 광산 현장에서 적재된 광석으로부터 미생물에 의한 중금속 용출 가능성을 알아보고자 호산성 미생물인 Acidithiobacillus ferrooxidansAcidithiobacillus thiooxidans를 이용하여 초기 산성조건에서 복합금속광(Pb-Zn-As 광석)을 대상으로 60일에 걸쳐 중금속 용출실험을 진행하였다. 용출 시험 초기에는 초기 산성 조건에 의해 용출되는 소량의 중금속 이외에 미생물의 활성화로 인한 중금속의 용출은 거의 검출되지 않았다. 그러나 A. thiooxidans이 시료의 환경에 적응한 20일 이후, 중금속 용출량이 급격히 증가하였으며, 독성 물질로 위험성이 높은 비소와 철, 아연이 각각 최대 2800 mg/L, 3700 mg/L, 그리고 2050 mg/L로 용출되는 것을 확인하였다. 반면 A. ferrooxidans을 주입한 반응기와 미생물을 주입하지 않은 대조실험 결과에서는 약간의 아연을 제외한 기타 중금속 용출이 전혀 발생하지 않았다. 이를 통해 산성조건의 광산 현장에서 토착 미생물에 의한 황화광 산화 및 중금속의 용출 가능성을 확인할 수 있었고, 본 연구에 사용된 고농도 비소를 함유한 광석 시스템에서는 A. ferrooxidans 보다 A. thiooxidans에 의한 중금속 용출이 더욱 위협적이라는 것을 확인하였다.

    - COLLAPSE
    April 2021
  • Research Paper

    Dismantling of Components from Waste Printed Circuit Boards Using Stannic Chloride Solution

    염화주석용액을 이용한 폐인쇄회로기판으로부터 부품의 분리

    Yujin Park and Kyoungkeun Yoo

    박유진, 유경근

    Dismantling tests were performed to separate components from waste printed circuit boards (PCBs) using HCl solution with Sn4+. Then, the effects ...

    폐인쇄회로기판으로부터 부품을 분리하기 위하여 4가 주석이온 (Sn4+)을 포함한 염산용액을 이용하여 탈착실험을 진행하고, 부품탈착에 대한 교반속도, 반응온도, 4가 주석이온농도, 염산용액농도의 영향을 ...

    + READ MORE
    Dismantling tests were performed to separate components from waste printed circuit boards (PCBs) using HCl solution with Sn4+. Then, the effects of agitation speed, reaction temperature, initial Sn4+ concentration, and HCl concentration on the dismantling of components were investigated. No significant effect on the dismantling speed was observed upon changing the agitation speed from 100 to 300 rpm. However, the dismantling rate increased with increasing reaction temperature, Sn4+ concentration, and HCl concentration. In the all-component dismantling tests, when the dismantling ratio increased to 100%, no solder was observed on the boards, and the Sn4+ concentration was ~1,500 mg/L. The dismantling ratio of the components from the PCB increased to 100% within 2 h when 1 mol/L HCl solution with 10,000 mg/L Sn4+ was used at an agitation speed and temperature of 200 rpm and 90 ℃, respectively.


    폐인쇄회로기판으로부터 부품을 분리하기 위하여 4가 주석이온 (Sn4+)을 포함한 염산용액을 이용하여 탈착실험을 진행하고, 부품탈착에 대한 교반속도, 반응온도, 4가 주석이온농도, 염산용액농도의 영향을 조사하였다. 100 rpm~300 rpm의 교반속도에서 PCB로부터 부품의 탈착속도는 큰 차이가 없었으며, 반응온도, 4가 주석이온농도, 그리고 염산용액농도를 증가시킴에 따라 탈착속도도 증가하였다. 모든 부품 탈착실험에서 탈착율이 100%에 도달하였을 때 기판에서 솔더는 관찰되지 않았으며 주석농도는 약 1,500 mg/L였다. 10,000 mg/L의 4가 주석이온을 포함한 1 mol/L의 염산용액에 폐하드디스크 PCB 1개를 투입하고, 교반속도와 반응온도를 각각 200 rpm과 90 °C로 조정한 탈착실험에서 PCB로부터 부품의 탈착은 2시간만에 100% 완료되었다.

    - COLLAPSE
    April 2021
  • Research Paper

    Separation of Lanthanum(III) by Selective Precipitation from Sulfuric Acid Solution Containing Iron(III)

    황산철(III)용액에서 란타넘(III)의 선택적 침전 분리

    Si Jeong Song and Man Seung Lee

    송시정, 이만승

    To investigate the separation of La(III) from sulfuric acid solutions containing Fe(III), rare earth double salt precipitation experiments were performed ...

    철(III)과 란타넘(III)이 혼합된 황산용액에서 황산나트륨에 의한 란타넘 복염의 침전 및 분리를 조사했다. 복염 침전에 영향을 줄 수 있는 ...

    + READ MORE
    To investigate the separation of La(III) from sulfuric acid solutions containing Fe(III), rare earth double salt precipitation experiments were performed by adding sodium sulfate. In this work, the effect of sodium sulfate, Fe(III), and La(III) concentrations; reaction temperature; and time was investigated. The extent of precipitation of La(III) was proportional to the concentrations of Na+ and SO42- in the solution. As the reaction temperature increased to 100 °C, the extent of precipitation of La(III) increased. The extent of precipitation of Fe(III) decreased with increasing reaction time. The concentration ratio of Fe(III) to La(III) did not have a significant effect on the precipitation of La(III). Our results indicate that it is possible to separate La(III) from a ferric sulfate solution through selective precipitation by adding sodium sulfate.


    철(III)과 란타넘(III)이 혼합된 황산용액에서 황산나트륨에 의한 란타넘 복염의 침전 및 분리를 조사했다. 복염 침전에 영향을 줄 수 있는 여러 요인 중 황산나트륨 및 란타넘(III)의 농도, 반응온도 및 시간, 그리고 철(III) 농도에 대해 조사했다. 용액 중 Na+, SO42- 이온 및 란타넘(III) 농도가 높을수록 희토류 복염의 침전률이 증가했고, 반응온도가 100°C까지 증가함에 따라 란타넘 황산염 이온의 형성을 촉진해 희토류 복염의 침전률이 증가했다. 또한 반응시간이 증가할수록 철(III)의 침전률이 감소해 3시간 이후에는 거의 침전되지 않았고, 철(III) 농도는 복염 침전에 큰 영향을 미치지 않았다. 황산용액에 황산나트륨을 첨가하면 란타넘(III)을 선택적으로 침전시켜 철(III)과 분리할 수 있다.

    - COLLAPSE
    April 2021
  • Research Paper

    Recovery of Silver from Nitrate Leaching Solution of Silicon Solar Cells

    실리콘 태양전지 질산침출액에서 LIX63를 이용한 은(Ag) 회수

    Sung-Yong Cho, Tae-Young Kim and Pan-Pan Sun

    조성용, 김태영, 쑨판판

    Spent photovoltaic module is one of the important resource of silver, while related research concerning silver recovery remains limited. In our previous ...

    폐 태양광전지 처리과정에서 은은 실리콘 및 알루미늄을 회수 위해 제거 하거나 처리하지않고 버리고있는 현실이다. 경제적 및 환경보호 측면에 폐 태양광전지부터 은의 회수 ...

    + READ MORE
    Spent photovoltaic module is one of the important resource of silver, while related research concerning silver recovery remains limited. In our previous research, HNO3 was utilized to dissolve Ag(I) and Al(III) from the spent silicon solar cells. In order to recover Ag(I) from the leachate of a silicon solar cell, the present study made use of a nitrate solution containing Ag(I) and Al(III), which was subjected to a solvent extraction process with 5,8-diethyl-7-hydroxydodecan-6-oxime (LIX63). Ag(I) was selectively extracted with LIX63 over Al(III) from the nitrate leach solution. Subsequently, quantitative stripping of Ag(I) from the loaded LIX63 was performed by using 20% ammonia water. The McCabe–Thiele plots for the extraction and stripping isotherms of Ag(I) were also constructed. Extraction and stripping simulation tests confirmed an Ag(I) extraction and stripping efficiency of >99.99% and 98.9%, respectively with high purity Ag (99.998%) and Al (99.99%) solution. A process flow sheet for Ag(I) recovery from the nitrate leach solution was proposed.


    폐 태양광전지 처리과정에서 은은 실리콘 및 알루미늄을 회수 위해 제거 하거나 처리하지않고 버리고있는 현실이다. 경제적 및 환경보호 측면에 폐 태양광전지부터 은의 회수 중요하다고 판단함. 선행연구에서 1 mol/L 질산, 반응온도 70도, 반응시간 2h로 폐 태양광전지부터 Ag, Al을 침출 하었다. 이 침출액으로부터 은을 회수하기 위해 추출제 LIX63 및 탈거제 암모니아수 이용하였다. 추출 및 탈거 효율에 영향 미치는 조건: 침출액 pH, 금속이온 농도, 추출제의 농도, A/O ratio(수상 및 유기상 부피비율), 탈거제 농도 및 탁거과정에서 A/O ratio등을 변화시켜 조차하였다. McCabe–Thiele plots로부터 Ag(I)의 추출 및 탈거에 대한 이론 단수를 구하였으며, 향류 다단 모의 추출 시험을 통해 Ag(I)의 추출과 탈거에 대한 효율이 각각 >99.99%, 98.9% 이었다. Ag(I)와 Al(III)의 순도는 각각 99.998% 와 99.99%이었으며, 질산 침출액으로부터 Ag(I)및 Al(III)을 회수하기 위한 공정도를 제안하였다.

    - COLLAPSE
    April 2021
  • Research Paper

    Deoxidation of Off-grade Ti scrap by Molten Mg in YCl3-MgCl2 Molten Salt

    YCl3-MgCl2 혼합 용융염 중 용융 Mg에 의한 Off-grade Ti 스크랩의 탈산

    Jae-Heon Jung, So-Yeong Lee, Sung-Hun Park and Ho-Sang Sohn

    정재헌, 이소영, 박성훈, 손호상

    Off-grade Ti generated from smelting and mechanical processing has a high oxygen content. In this work, off-grade Ti was deoxidized using Mg ...

    타이타늄의 제련 및 가공 공정에서 산소 농도가 높은 off-grade 스크랩이 발생되고 있다. 본 연구에서 이러한 off-grade Ti 스크랩을 혼합 염화물을 플럭스로 사용하여 ...

    + READ MORE
    Off-grade Ti generated from smelting and mechanical processing has a high oxygen content. In this work, off-grade Ti was deoxidized using Mg and a chloride mixture as the reductant and flux, respectively. The experiments were conducted in the α-Ti temperature range (1,023~1,123 K) and the effects of the reaction time, reaction temperature, quantitiy of Mg and chloride ratio on deoxidation were investigated. Notably, when YCl3 is used as the flux to react with MgO, it is possible to reduce the activity of MgO. Therefore Ti can be deoxidized using Mg. In this study, the O content was decreased from 0.5 wt% to 0.1004 wt% at 1073 K, for 6 hours, with Mg=3.6 g and Xrm YCl3=0.22.


    타이타늄의 제련 및 가공 공정에서 산소 농도가 높은 off-grade 스크랩이 발생되고 있다. 본 연구에서 이러한 off-grade Ti 스크랩을 혼합 염화물을 플럭스로 사용하여 Mg으로 탈산하였다. 실험은 α-Ti 영역(1,023~1,123 K)에서 실시하였으며, 반응 시간, 반응 온도, Mg양, 염화물 비율의 영향에 대하여 조사하였다. 플럭스로 사용된 YCl3가 MgO와 반응하여 arm MgO의 활동도를 낮추어 Mg에 의한 Ti의 탈산이 가능하였으며, 1,073 K, 6시간 조건에서 Mg=3.6 g, Xrm YCl3=0.22 일때 Ti scrap의 산소 농도가 0.5 %에서 최저 농도인 0.1117 %까지 감소하였다.

    - COLLAPSE
    April 2021
  • Research Paper

    Leaching of Cobalt and Nickel from Metallic Mixtures by Inorganic and Organic Acid Solutions

    코발트와 니켈 금속혼합물로부터 무기산 및 유기산에 의한 침출

    Hyun Seung Moon, Si Jeong Song, Thanh Tuan Tran and Man Seung Lee

    문현승, 송시정, ThanhTuanTran, 이만승

    Leaching experiments from single metal and metallic mixtures were conducted to develop a process for the recovery of cobalt, copper, and nickel ...

    폐리튬이온배터리에 함유된 코발트, 니켈 및 구리를 회수하기 위한 공정 개발의 일환으로 단일금속과 금속혼합물의 침출을 조사했다. 이를 위해 산화제를 첨가하지 않은 무기산과 유기산을 ...

    + READ MORE
    Leaching experiments from single metal and metallic mixtures were conducted to develop a process for the recovery of cobalt, copper, and nickel in spent lithium ion batteries. Inorganic and organic acid solutions without oxidizing agents were employed. No copper was dissolved in the absence of an oxidizing agent in the leaching solutions. The leaching condition to completely dissolve single metal of cobalt and nickel was determined based on acid concentration, reaction temperature and time, and pulp density. The leaching condition to dissolve all of cobalt and nickel from the metallic mixtures was also obtained. Leaching of the metallic mixture with methanesulfonic acid led to selective dissolution of cobalt at low temperatures.


    폐리튬이온배터리에 함유된 코발트, 니켈 및 구리를 회수하기 위한 공정 개발의 일환으로 단일금속과 금속혼합물의 침출을 조사했다. 이를 위해 산화제를 첨가하지 않은 무기산과 유기산을 침출제로 사용했다. 본 논문의 실험조건에서 산화제가 없는 무기산과 유기산에서 구리는 전혀 침출되지 않았다. 염산과 황산용액에서 산의 농도, 반응온도, 반응시간 및 광액농도를 변화시켜 단일 금속를 모두 용해시킬 수 있는 조건을 구했다. 또한 염산과 황산용액에서 금속혼합물로부터 니켈과 코발트를 99% 이상 침출시킬 수 있는 조건을 조사했다. 메탄술폰산으로 코발트와 니켈 금속혼합물을 침출시 낮은 반응온도에서 코발트가 선택적으로 침출됐다.

    - COLLAPSE
    April 2021
  • Research Paper

    Chipped Titanium Scraps as Raw Materials for Cutting Tools

    타이타늄 밀링/터닝 스크랩의 절삭공구 소재화

    Hanjung Kwon and Jae-Won Lim

    권한중, 임재원

    Scraps are a byproduct of the machining process used for transforming titanium ingots into useful mechanical parts. Scraps take two forms, namely ...

    밀링 및 터닝 가공 중 발생되는 칩 형태 타이타늄 스크랩을 세라믹스 원료로 활용하기 위한 연구를 수행하였다. 우선, 칩 형태 타이타늄 스크랩에 포함되어 ...

    + READ MORE
    Scraps are a byproduct of the machining process used for transforming titanium ingots into useful mechanical parts. Scraps take two forms, namely, bulky scraps, which are produced by cutting, and chipped scraps, which are produced by milling. Bulky scraps are comparatively easier to recycle because of their small surface area and less oxygen content; as a result, they pose only a small risk of explosion. In contrast, chipped scraps pose a higher risk of explosion, because of which, their recycling is complicated, resulting in most such scraps being discarded. With the aim of avoiding this waste, we proposed a novel process for converting chipped scraps into stable carbide materials. Methods typically applied to reduce particle size and impair the formation of solid solution type phase in the carbide materials were used to improve the mechanical properties of carbides prepared from chipped scraps. Our novel recycling process reduced carbide production costs and improved carbide quality.


    밀링 및 터닝 가공 중 발생되는 칩 형태 타이타늄 스크랩을 세라믹스 원료로 활용하기 위한 연구를 수행하였다. 우선, 칩 형태 타이타늄 스크랩에 포함되어 있는 다량의 절삭유와 철 성분 제거를 위해 유기세정 및 산 세정 과정을 거쳐 스크랩 표면 세척을 진행하였다. 아세톤과 질산을 사용한 세정 과정을 통해 스크랩 내 유기물과 철 함량은 5 wt.% 수준에서 0.07 wt.% 이하로 감소하는 것을 확인하였고 세정에 이어진 산화 과정을 통해 타이타늄 스크랩은 이산화타이타늄화 되었다. 타이타늄 스크랩의 이산화타이타늄화 과정은 800 ℃ 이상의 온도에서 이루어졌으며 이산화타이타늄은 고에너지 밀링 과정을 통해 나노 결정립으로 미세화되어 탄소에 의한 환원 및 탄화 반응은 기존 이산화타이타늄 탄화환원 온도인 1500 ℃보다 낮은 1200 ℃에서 가능하게 되었다. 이산화타이타늄 탄화환원을 통해 얻어지는 타이타늄 탄화물은 질소 및 타이타늄 이외 전이금속 원소의 첨가 및 고용을 통해 물성이 개선될 수 있었다. 타이타늄 탄화물 내 질소 첨가 및 고용상 형성 가능성은 열역학 계산을 통해 예측되었고 질소 첨가 및 전이금속 고용에 의해 타이타늄 탄화물의 특성 중 경도 및 파괴인성 제어가 가능하였다.

    - COLLAPSE
    April 2021
  • Research Paper

    Preparation and Characterization of Porous Catalyst for Formaldehyde Removal using Domestic Low-grade Silica

    국내산 저품위 실리카를 이용한 포름알데히드 제거용 다공성 촉매의 제조 및 특성

    Yosep Han, Ho-Seok Jeon and Seongmin Kim

    한요셉, 전호석, 김성민

    This study investigated formaldehyde (HCHO) removal by preparing porous supports using domestic low-grade silica coated with Co-ZSM5 and Cu-ZSM5 as the catalysts ...

    본 연구에서는 촉매 Co-ZSM5 및 Cu-ZSM5 코팅이 적용된 저품위 실리카를 사용하여 다공성 지지체를 제조하여 포름 알데히드 (HCHO) 제거를 수행하였다. 먼저, 지지체 원료는 ...

    + READ MORE
    This study investigated formaldehyde (HCHO) removal by preparing porous supports using domestic low-grade silica coated with Co-ZSM5 and Cu-ZSM5 as the catalysts. First, the sample of the raw material for the support contained 90% silica with quartz crystal phase, which was confirmed as low-grade silica. According to Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) analyses, the catalysts, Co-ZSM5 and Cu-ZSM5, were successfully coated on the surface of the porous silica supports. During the removal test of HCHO using the prepared Co-ZSM5 and Cu-ZSM5 coated beads, depending on the reaction temperature, the Co-ZSM5 coated beads exhibited higher removal efficiencies (>97%) than the Cu-ZSM5 beads at 200 °C. The higher efficiency of the Co-ZSM5 coating may be attributed to its superior surface activity properties (BET surface area and pore volume) that lead to the favorable HCHO decomposition. Therefore, Co-ZSM5 was determined to be the suitable catalyst for removing HCHO as a coating on a porous support fabricated using domestic low-grade silica.


    본 연구에서는 촉매 Co-ZSM5 및 Cu-ZSM5 코팅이 적용된 저품위 실리카를 사용하여 다공성 지지체를 제조하여 포름 알데히드 (HCHO) 제거를 수행하였다. 먼저, 지지체 원료는 실리카가 90 % 함유되어 있어 저급 실리카로 확인되었다. EDS 및 FT-IR 분석에 따르면 Co-ZSM5 및 Cu-ZSM5 촉매는 다공성 실리카 지지체의 표면에 성공적으로 코팅되었다. 제조 된 Co-ZSM5 및 Cu-ZSM5 코팅 된 비드를 사용하여 HCHO의 제거 테스트 결과, 반응 온도에 따라 Co-ZSM5 코팅 된 비드는 Cu-ZSM5 비드보다 높은 제거 효율 (> 97 %)을 나타났다. 200 °C. 전자의 더 높은 효율은 우수한 표면 활성 특성 (BET 표면적 및 기공 부피)에서 기인 할 수 있으며, 아마도 유리한 HCHO 분해로 이어질 수 있다. 따라서 Co-ZSM5 비드는 국산 저급 실리카를 사용하여 제작 된 다공성 지지체를 사용하여 HCHO 제거 용 촉매에 적합한 것으로 판단된다.

    - COLLAPSE
    April 2021