본 연구에서는 폐기물가스화 후 생성되는 합성가스의 고순도 수소화를 위해 고온 수성가스전이반응(HT-WGS : High Temperature-Water Gas Shift) 반응용 특정 산화물(CeO2, ZrO2, TiO2 및 Al2O3)에 코발트를 담지한 촉매를 제조하고 그 산화환원특성을 비교 분석하였다. 특정 산화물에 Co를 함침법을 이용하여 담지하여 Co/CeO2, Co/ZrO2, Co/Al2O3, Co/TiO2 촉매를 각각 제조하였다. 제조된 Co 기반 촉매의 물리적 특성 분석은 BET 비표면적과 XRD 분석을 통해 수행하였고 CO 화학흡착과 H2-TPR 분석을 통해 산화환원 특성을 파악하고 동시에 물리-화학적 특성간의 상관관계를 해석하였다. H2-TPR 분석 및 CO 화학흡착 분석 결과, 코발트의 분산이 지지체 산화물의 환원성과 밀접한 상관관계를 가지고 있음을 알 수 있었다. 이 연구 결과는 Co/CeO2가 반응온도 350 ~ 550℃에서 활성 평가한 촉매 중에서 가장 우수한 활성을 나타내었다. 또한, Co/CeO2 촉매가 Co/ZrO2 및 Co/Al2O3 촉매보다 높은 촉매 활성 및 안정성을 나타내었다. Co/CeO2 촉매의 탁월한 활성 및 안정성은 지지체의 환원성과 높은 Co 금속의 분산에 기인하는 것으로 나타났다. 결과적으로 폐기물가스화로부터 생산된 합성가스를 고순도 수소로 전환하기 위한 HT-WGS 반응에서 Co/CeO2 촉매는 매우 유망한 촉매임을 알 수 있었다.

The flow of products containing valuable metal resources after discharging to waste means that it is necessary to form a plan to improve resource circulation to enhance the circulation of metal resources. In this study, waste resource circulation flow analysis of products containing cobalt and palladium after disposal was performed by classifying five stages: (1) discharge/import, (2) collection/discarding, (3) pretreatment, (4) resource recovery, and (5) product production/export. The mobile phone was one of products which were the most generating cobalt. Discharged cobalt was kept for processing or was produced as pure cobalt, cobalt oxide, or cobalt sulfate, and was used as a raw material for locks, speakers, AlNiCo magnets, tire, batteries, etc. The total amount of cobalt in the waste products was 994 tons and the recycling rate was 53.7%, indicating that 543 ton of cobalt was recycled. Palladium was discharged from waste electrical and electronic products, precious metals, petrochemical catalysts, vehicles catalysts at the end of their life, and medical equipment (dental). The palladium recovered by pre-treatment and resource recovery was recycled as a metal resource or exported. The amount of palladium recycled was 2.412 tons, of which a total of 2.512 or 96% tons is estimated to be recycled. Future research may be necessary to suggest institutional improvements, including the waste resource classification and market expansion for the recycling in the five steps based on the results of this study.

최근 휴대전화와 노트북 PC등 휴대전자기기의 보급과 함께 이온전지의 수요가 해마다 늘어나고 있고, 특히 개인용 휴대장비의 발달과 함께 동력원으로 사용되고 있는 이온전지의 기술이 빠르게 발전하여 왔다. 현재 국내에서 상용되고 있는 리튬이온전지(Lithium Ion Battery)는 거의 대부분 사용 후 폐기되고 있는 실정이며, 대기업 중심의 소형 리튬이온전지 양산에 주력해 현재 세계 2위 수준으로 성장하였지만, 여전히 소재와 부품은 상당 부분 수입에 의존하고 있어 상대적으로 산업기반이 취약한 실정이다. 국내에서도 폐전지 재활용을 통하여 전략 광물인 코발트(Co), 망간, 아연, 니켈 등을 국내에서 원료로 확보 가능하며, 폐전지로 인한 환경오염문제를 해결함으로써 전지 산업의 활성화와 더불어 국내 제조 산업의 경쟁력을 향상할 필요성이 대두되고 있다. 이에 본 연구에서는 폐리튬이온전지로부터 코발트(Co)회수 기술개발 및 회수효율 향상을 위하여 공정장비를 제작/최적화 하고, 물리적 처리공정 기술개발을 통한 회수율 향상 및 화학적 처리공정을 통한 최적의 코발트 추출 기술을 도출하였다. 또한 이러한 추출된 코발트(Co)를 이용한 재생 Battery를 제작, 리튬이온전지 평가(Full cell&Coin Cell) 및 인증기관평가(KOLAS)를 통한 검증 과정도 진행하였다. 그 결과 폐이온전지의 물리적 파쇄 공정 기술 및 파쇄기 제작, 추출/회수를 위한 최적의 화학적 처리공정 확립, 폐코발트를 활용한 리튬이온전지 제조기술을 확보하였다. 현재 첨단 소재산업 및 녹색 성장 소재산업에서 희유금속의 수요가 급증할 것으로 예상되며, 이러한 연구개발을 통하여 경제적 효과는 물론, 원료 확보도 가능할 것으로 기대된다.

순환자원으로부터 발생하는 리튬이온전지는 원광보다 높은 순도의 Co, Mn, Ni, Li과 같은 유가금속을 함유하고 있기 때문에 이로부터 유가금속을 회수하는 일은 경제적인 관점에서 매우 중요하다. 또한 핸드폰, 노트북, 캠코더와 같은 다양한 전자 장비의 전원으로 널리 쓰이기 때문에 리튬이온전지 사용의 증가는 폐기물의 발생의 증가를 의미하며 중금속 및 유해한 전해액을 함유하고 있어 환경적인 관점에서도 상당히 중요하다. 리튬이온전지 내 유가금속을 회수하는 습식법에 의한 일반적인 방법은 망간을 우선적으로 회수한 후 코발트 그리고 니켈을 회수한다. 이는 상대적으로 고가의 코발트와 니켈을 회수하기 위해 복잡한 공정을 초래한다. 따라서 현 연구는 혼합추출제에 의해 코발트와 니켈을 망간과 리튬으로부터 우선적으로 회수하는 기초 연구를 수행하였다.

In this study, as a fundamental study for the remediation of the radionuclides-contaminated soil, the adsorption of cobalt, strontium, and cesium on natural soil and kaolin were experimently investigated and adsorption characteristics were evaluated by using several adsorption kinetic and isotherm models. The pseudo-first-order kinetic model (PFOM), pseudo-second-order kinetic model (PSOM), one-site mass transfer model (OSMTM), and two compartment first-order kinetic model (TCFOKM) were used to evaluate the kinetic data and the pseudo-second-order kinetic model was the best with good correlation. The adsorption equilibria of cobalt, strontium, and cesium on natural soil were fitted successfully by Redlich-Peterson and Sips models. For kaolin, the adsorption equilibria of cobalt, strontium, and cesium were fitted well by Redlich-Peterson, Freundlich, and Sips models, respectively. The amount of adsorbed radionuclides on natural soil and kaolin was in the order of cesium > strontium > cobalt. It is considered that these results could be useful to predicting the adsorption behaviors of radionuclides such as cobalt, strontium, and cesium in soil environments.

산업화에 의해 생성된 여러 가지 오염물질 가운데 중금속인 니켈 (Ni)과 코발트 (CoⅡ)는 연안해역으로 유입 시 극히 미량일지라도 생체 내 축적되어 해양생물의 생리 및 발생에 장애를 일으키는 것으로 알려져 있으며, 먹이연쇄 (food chain)를 통해 생물확대 (biomagnification)됨으로써 해양생태계 전반에 영향을 미칠 수 있다. 성게는 중요한 수산생물로서 발생학 연구가 시작된 이래 해양생물 발생연구의 모델이 되어왔다. Metallothionein은 세포내 유해중금속을 제거하는 기능을 가진 금속결합단백질이며, TGF-β의 activin subfamily로 알려진 Nodal은 척추동물에서 중배엽 및 축 형성에 관여한다고 알려져 있다. 본 연구는 조간대 암반 지역에 서식하는 말똥성게 (Hemicentrotus pulcherrimus)를 이용하여 Ni과 CoⅡ가 말똥성게 (H. pulcherrimus)의 수정 및 배아 발생에 미치는 영향에 대하여 관찰하였다. 말똥성게 (H. pulcherrimus) 체강에 0.5 M KCl를 주입하여 방란 및 방정을 유도하였다. 수집한 정자는 Ni 농도 (0, 10, 25, 50, 100, 500 ppb) 및 CoⅡ 농도 (0, 10, 100, 500, 1,000, 2,500 ppb)에서 30분간 노출시킨 후, 난자와 수정을 시켰다. 수정 10분 후 수정막의 형성 여부를 관찰하여 수정률을 조사하였다. 정상적인 배아발생률은 정자와 난자를 인공수정시킨 후, 각각의 Ni 및 CoⅡ 농도에서 64시간 배양한 후, 플루테우스 유생 (pluteus larva)을 정상과 비정상으로 구분 관찰하여 정상적인 배아발생률을 조사하였다. Ni 노출 64시간째 플루테우스 유생을 대상으로 metallothionein 및 nodal mRNA 유전자 발현을 각각의 유전자 프라이머를 이용하여 annealing온도 50℃에서 중합효소연쇄반응법으로 관찰하였다. 연구결과 수정률은 Ni 및 CoⅡ 농도에 유의적인 영향을 받지 않았다. 정상적인 배아발생률은 Ni 및 CoⅡ 농도가 높을수록 농도 의존적으로 정상적으로 발생하는 개체가 유의적으로 감소하였다. Metallothionein mRNA 유전자는 Ni 농도 10 ppb에서부터 대조군에 비하여 발현이 높게 나타났다. Nodal mRNA 유전자는 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 말똥성게 (H. pulcherrimus) 배아 발생에 미치는 Ni 및 CoⅡ의 영향을 독성치로 나타낼 때, 무영향농도 (NOEC)는 ＜10 ppb로 같게 나왔으며, 최소영향농도 (LOEC)는 각각 25, 10 ppb를 나타냈으며, 반수영향농도 (EC50)는 각각 34.19 및 71.84 ppb를 나타내었다. 본 연구 결과, 말똥성게 (H. pulcherrimus)의 배아발생률을 이용한 생태독성평가 시 Ni＞ CoⅡ순으로 독성이 강한 것으로 나타났으며, 이들 중금속이 연안 해역에 유입되어 10 ppb를 초과할 경우, 연안 생태계 내에 서식하는 생물의 재생산에 유해한 영향을 미칠 것으로 사료된다.

콩고민주공화국의 중앙아프리카 구리광화대에서 수입하는 Cu-Co 광석의 광물학적 특성을 X-선 회절 분석, 2차원 X-선 회절 분석과 전자현미분석에 의하여 연구하였다. 검은색 광석은 코발트 광석광물인 헤테로제나이트와 구리 광석광물인 공작석, 초록색 광석은 공작석으로 주로 구성된다. 헤테로제나이트는 반사 현미경 하에서 매우 밝은 흰색을 나타내며 X-선 회절 분석에서는 4.39a과 2.316a 피크를 가지는 3R 다형으로 확인된다. 그러나 전형적인 3R형에 비하여 낮은 NiO와 Fe203의 함량으로 미루어 보아, 3R 다형 이외에 2H 다형도 일부 존재하는 것으로 판단된다. 공작석은 반사 현미경하에서 밝은 회색을 나타내며, 화학식은 Cu1.97Co0.02Fe2+0.01CO3(OH)2이다. 헤테로제나이트와 공작석은 중앙아프리카 구리광화대의 광화작용 중 최후기인 표성부화기에 형성되었으며, 코발트는 일차 광석보다는 표성작용에 의하여 형성된 (산)수산화 광석에 더 많이 부화되었을 것으로 추정된다.

본 연구에서는 라테라이트광의 건식 분쇄가 니켈 및 코발트의 침출에 미치는 영향을 조사하였다. 시료로 사용한 라테라이트광은 주로 SiO2, Fe2O3, MgO로 이루어져 있으며, 니켈과 코발트의 함량은 0.81% Ni, 0.02% Co이었다. 주 구성 광물은 리자다이트와 석영이며, 미량의 포스터라이트와 엔스터타이트를 함유하고 있었다. 분쇄가 진행됨에 따라 시료의 평균입도, 비표면적, 밀도는 감소하는 경향을 보였으며, X-선 회절분석을 통해 리자다이트의 비정질화가 진행됨을 확인하였다. 분쇄에 의한 석영의 물성변화는 나타나지 않았으나, 리자다이트의 Mg-OH 결합이 파괴됨으로써 니켈 및 코발트의 침출율이 향상됨을 알 수 있었다. 분쇄가 진행됨에 따라 니켈과 코발트의 침출율은 증가하였으며, 60분 분쇄한 시료의 경우, 사용한 무기산의 종류에 관계없이 니켈과 코발트의 침출율은 약 80%로 나타났다.

니켈 라테라이트광 황산침출액에 함유된 니켈과 코발트를 마그네슘으로부터 분리하는 것은 유가금속의 회수측면에서 중요하다. 세 금속간의 분리성을 조사하기 위해 니켈과 코발트 및 마그네슘이 단독으로 존재하는 황산용액과 혼합용액에서 Diphonix 수지에 의한 흡착거동을 조사하였다. 금속 농도는 100 ppm으로 고정시키고 황산용액의 pH를 5에서 7사이로 변화시켰다. 상온에서 Diphonix에 의한 세 금속이온의 흡착거동은 Langmuir 등온곡선과 잘 일치하였으며, 각 금속의 최대흡착량을 구했다. 세 금속이 혼합된 합성용액에서 Diphonix 농도에 따른 세 금속이온의 흡착거동은 동일하였으며 Diphonix 수지로 니켈과 코발트를 마그네슘으로부터 분리하는 것은 어렵다.

캐나다 온타리오주 코발트지역에는 시생대의 화산암을 부정합으로 피복하고 있는 원생대의 휴로니안 퇴적암 내에는 황화물이 농집된 광화작용이 발달한다. 황화광물들은 원생대에 발달했던 퇴적분지에 쌓인 기저역암 내에 농집되어 있다. 황화광물은 기저역암과 Coleman 역암에서는 파편형태로, 퇴적암 전체에서는 광범위한 산점상 형태, 그리고 Ag-Co-Ni-As 탄산염맥 주변의 산점상 형태 등으로 산출된다. 황화광물 파편들의 형태가 모가 나있고 사암과 이질암에서 점이적 퇴적구조를 나타내고 있는 것으로 보아 황화광물들이 기계적 운반작용에 의해 이동된 후 퇴적암 내에서 광화작용을 이루었음으로 시사한다. 한편, 탄산염맥 근처에서 발견되는 산점상 광석광물들은 열수작용에 의해 형성된 것으로 추정된다. 기반암인 시생대 화산암에 발달한 대규모의 화산성 황화물 광상이 퇴적암에 존재하는 광석광물의 공급원이었음을 알 수 있다. 사암 및 이질암에 존재하던 광석광물들은 후기에 관입한 휘록암에 수반된 열에 의해 재결정작용을 받았다.

Characteristics and variations of chemical compositions in Co-rich crusts occurred in the EEZ of the Republic of Marshall Islands were reviewed. Correlation coefficient analysis, hierarchical cluster analysis, and Q-mode factor analysis for 62 samples were done in this study. All data were selected and gathered from the open file report of the cooperative cruise done by United States Geological Survey with Scripps Institute of Oceanography, University of Hawaii or Korea Ocean Research Development Institute. The average of crust thickness. Co content, and Ni content of 62 samples from the 21 seamounts were 30mm, 0.58 wt% and 0.40%, respectively. The mineral phases and associated elements assigned by correlation coefficients, cluster analysis and Q-mode factor analysis are following four. 1) CFA: P, Ca, CO2, Y, Sr: 2) Mn-oxide mineral: As, Mn, Co, Na: 3) Al-silicate mineral: Pd,Si, Al, Cu, Fe: 4) PGE-bearing mineral: Rh, Pt, Ir.