With a rapid expansion in electric vehicles, a huge amount of the spent Li-ion batteries (LIBs) could be discharged in near future. And thus, the proper handling of the spent LIBs is essential to sustainable development in the industry of electrical vehicles. Among various approaches such as pyrometallurgy, hydrometallurgy, and direct recycling, the hydrometallurgical manner has gained interest in recycling the spent LIBs due to its high effectiveness in recycling raw materials (e.g., lithium, nickel, cobalt, and manganese). However, the hydrometallurgical process not only requires the use of large amounts of acids and water resources but also produces toxic gases and wastewater leading to environmental and economic problems, considering potential economic and environmental problems. Thus, this review aims to provide an overview of conventional and state-of-the-art hydrometallurgical processes to recover valuable metals from spent LIBs. First, we briefly introduce the basic principle and materials of LIBs. Then, we briefly introduce the operations and pros-and cons- of hydrometallurgical processes. Finally, this review proposes future research directions in hydrometallurgy, and its potential opportunities in the fundamental and practical challenges regarding its deployment going forward.

본 사례는 최근 준공된 “구미하수처리장 하수처리수를 이용한 재이용시설”에 대한 것으로 이 시설은 구미하수처리장의 2차 처리수를 원수로, 응집침전시설, 전처리시설, 주처리시설과 재이용수 공급시설로 구성되어 있으며, 설비의 성능 확인을 위한 시운전을 완료하였다. 주처리시설로는 역삼투막(RO Membrane)을 적용하였으며, 하수처리수 내 잔류물질로 인한 역삼투막 성능저하방지와 수요처의 요구수질 충족을 위해 활성탄 주입을 포함한 응집침전공정과 정밀여과막(Micro Filter)을 전처리시설로 구성하였다. 사업 초기단계에 현재 시공된 것과 동일한 공정으로 구성된 Pilot Plant를 건설, 운영하여, 반영된 각 단계별 공정의 적정성과 주요 설계 인자를 확인하였으며, 일부 확인된 개선 사항은 실시설계시 반영하였다.

본 연구에서는 액-액 반응에 의한 액상탄산화법을 이용하여 탄산칼슘을 제조하였다. MEA를 사용하여 습식화학수법의 셔틀메카니즘을 도입하였다. MEA 30% 수용액에 고농도 이산화탄소(A)와 배 기가스(B)를 사용하여 이산화탄소를 포집하였으며, 액상탄산화과정을 통해 슬러지 mg 당 0.35 mg의 이 산화탄소를 고정하였다. 최종생성물의 SEM 분석결과 탄산칼슘의 구조는 calcite가 혼합되어 있으나 대 부분 구형 vaterite가 생성되었다.

In this study, a liquid carbonation method was applied for producing precipitate calcium carbonate by liquid-liquid reaction. We recycled the recycling water of ready-mixed concrete, one of construction waste for use source of carbonate ion. A supernatant separated from the recycling water of ready-mixed concrete, as a result of ICP analysis of a cation, Ca²+ was contained up to 1100 ppm. We used MEA as a CO₂ absorbent for the liquid carbonation. A precipitate CaCO₃ was produced at more than MEA 20 wt%. The precipitate CaCO₃ as a final product was separated and dried. The result of XRD was confirmed the generation of CaCO₃ to calcite structure.

정수장 슬러지는 수 처리 역 세척 과정에서 발생되는데, 기계적인 방법 또는 자연건조방법으로 탈수된 후 주로 해양투기, 매립등의 방법으로 처리한다. 최근에는 런던협약에 의해 해양투기가 상당히 제약을 받고 있다. 탈수된 정수장 슬러지를 위생매립장의 복토재로서의 활용가능성을 파악하기 위하여 실내실험을 통하여 정수장슬러지의 물리 화학적 특성과 지반공학적 특성을 파악하였다. 슬러지의 지반공학적 특성을 향상시키기 위하여 슬러지에 일반토사를 혼합한 시료에 비중계실험, 액 소성한계실험 비중실험, 다짐실험. 일축압측 실험등을 실시하였다. 슬러지에 일반토사를 혼합한 혼합토는 정수장슬러지와 비교하여 최대건조단위증량은 증가하고, 최적함수비는 감소하였고, 최대압축응력과 마찰각을 증가한 반면 점착력은 감소하였다. 미국환경청의 복토재 기준을 확보하기 위해서 슬러지와 일반토사를 3:7로 혼합하여야 하며, 혼합토의 압축강도는 3.6kg/cm2이다.

본 연구에서는 4종류의 탄소계 관형 세라믹막으포 제지공장의 방류수를 물로 주기적 역세척하면서 한외여과하였을 때, 물 역세척 주기와 막간압력차 (TMP), 유량의 영향과 최적운전조건을 규명하였다. 역세척 시간(BT)은 3초로 고정하였고, 역세척 주기(FT)는 여과시간을 15~60초로, TMP는 1.00~2.50kgf/cm2로, 유량은 0.25~1.75 L/min로 변화시켜 가면서 각각 그 영향을 살펴보았다. 또한, 최적조건은 무차원 투과선속 (J/JO) 및 총 여과부피 (VT), 막오염에 의한 저항 (Rf)의 측면에서 고찰하였다. 그 결과 최적 역세척 주기는 BT/FT=0.20로, 빈번한 역세척은 막오염을 감소시켰다. 한편, VT측면에서 최적 TMP는 1.00~1.55kgf/cm2로 TMP 증가는 막오염을 심화시켜 투과선속을 감소시켰으나, 유량 증가는 막오염을 감소시켜 투과선속을 증가시키는 경향을 보였다. 본 연구에서 사용한 탄소계 세라믹 분리막에 의한 오염물질 제거율은 탁도의 경우 88~98%로 높았으나, CODcr의 경우 48~72%, 총용존고형물 (TDS)의 경우 37~76%였다.

In this study, industrial by-products such as desulfurization gypsum and C12A7-based slag was used for activating recycling water. Consequently, it was verified via test that workability and compressive strength were not affected on activated-sludge.

동원 NMC 선광장의 부유선별 프로세스를 유지하면서 광미여과액을 순환수로 활용하기 위한 pH 조절 연구를 수행하였다. 휘수연석(molybdenite)과 석영의 등전점(IEP)은 각각 pH 3 이하와 pH 2.7이었으며 안정화(분산)된 영역은 pH 5~10이었다. 순환수 현탁액의 경우, 잔류응집제의 의해 휘수연석의 제타전위는 pH 4 이상에서 -10 mV 이하로 감소하였다. pH 조절에 의한 부유선별 결과, 알칼리 영역에서 폴리머 사슬의 신장 및 확장, 칼슘 양이온(Ca2+)의 가교(ion bridge), 그리고 일부 무극성 폴리머/소수성 입자의 상호작용에 의한 응집 현상으로 부선효율이 급격히 저하되었다. 반면 약산성 영역(pH 5.5~6)은 수소이온에 의해 음이온성 폴리머가 중화되고 고분자 사슬의 기능이 약화됨에 따라 부선효율이 향상되었다. 조선부선 이후 정선부선의 최적조건인 pH 5.5, 포수제(kerosene) 20 g/t, 기포제(AF65) 50 g/t, 억제제(Na2SiO3) 300 g/t, 정선횟수 2회에서 Mo 품위와 회수율이 각각 52.7%와 90.1%인 최종 정광을 얻어 광미여과액을 분쇄-조선-정선 공정에 지속적으로 재활용할 수 있는 기술을 개발하였다.