Mine tailings generated during mining activity often contain high concentrations of heavy metals, with pyrite-containing mine tailings in particular being a major cause of environmental problems in mining areas. Chemical cell technology, or fuel cell technology, can be applied to leach heavy metals in pyrite-containing mine tailings. As pyrite dissolves through spontaneous oxidation (i.e. galvanic oxidation) in the anode compartment of the cell, $Fe^{3+}$, sulfuric acid are generated. A decrease in pH due to the generation of sulfuric acid allows heavy metals to be leached from pyrite-containing mine tailings. In this study, pyrite was dissolved for 4 weeks at $23^{\circ}C$ in an acidic solution (pH 2) and in a galvanic reactor, which induces galvanic oxidation, and total Fe leached from pyrite and pH were compared in order to investigate if galvanic oxidation can facilitate pyrite oxidation. The change in the pyrite surface was analyzed using a scanning electron microscope (SEM). Comparing the total Fe leached from the pyrite, there were 2.9 times more dissolution of pyrite in the galvanic reactor than in the acidic solution, and thus pH was lower in the galvanic reactor than in the acidic solution. Through SEM analysis of the pyrite that reacted in the galvanic reactor, linear-shaped cracks were observed on the surface of the pyrite. The study results show that pyrite dissolution was facilitated through the galvanic oxidation in the galvanic reactor, and also implied that the galvanic oxidation can be one remediation option for pyrite-containing mine tailings.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.115-115
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2017
티타늄에 있어서 주요 침입형 원소인 산소는 결함을 일으키는 원인으로 산소함량을 줄이는 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근 가장 많이 이용되는 탈산 방법은 칼슘 및 칼슘염화물의 높은 산소 친화력을 이용하는 것이다. 칼슘염화물 플럭스를 사용하여 칼슘을 용해하고, 티타늄과 반응한 탈산생성물인 칼슘산화물을 플럭스 내에 용해시키는 방법이다. 이러한 방법으로 티타늄 와이어 및 시트 내 산소를 저감한 연구가 보고되었다. 티타늄 탈산의 제일 큰 구동력은 티타늄 내 산소원자의 확산이다. 티타늄의 탈산온도가 1,155K 이상으로 증가하면 hcp에서 bcc 구조로 변태되는데 이러한 구조에서 산소의 확산은 더 활발해진다. 실제로 티타늄의 변태온도 이전에서는 확산속도가 낮아서 큰 변화가 없지만, 1,273K 고온의 bcc 구조에서는 확산속도가 빨라서 그 이전에 비해 100배 이상 빠르게 원자 이동이 일어나는 것으로 알려져 있다. 하지만 이러한 탈산 방법은 티타늄 원재료가 벌크 형태에서 주로 연구되었으며 티타늄 분말에 대한 탈산 연구는 보고된 바가 많지 않다. 이는 높은 탈산온도에서 칼슘의 용해로 인한 분말의 건전한 회수가 어렵기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구진은 칼슘 증기를 이용한 비접촉식 탈산 용기를 제작하여 티타늄 분말을 변태온도 이상에서 탈산하여 1,000ppm 이하 저산소 티타늄 분말을 회수하였다. 칼슘을 이용한 티타늄 내 산소의 제거 메커니즘을 깁스자유에너지와 각각의 분압에 의해 설명하고 있다. 가장 일반적인 설명은 티타늄 내 산소가 탈산온도에 따라 확산하게 되며 이러한 산소는 티타늄의 표면에서 티타늄 산화층을 형성한다. 이때 탈산제인 칼슘의 높은 산소 친화력으로 티타늄 산화층은 분해되어 칼슘산화물을 형성한다. 이러한 과정으로 티타늄 내 산소가 제거되는 것으로 알려져 있다. 하지만 많은 탈산 연구에도 불구하고 대부분의 연구 보고에서는 탈산 전후의 산소 농도 변화만 측정하였으며, 실제적으로 티타늄 탈산 전후의 표면산화층의 변화, 티타늄 내부의 산소농도 변화 및 격자 변형에 대한 연구는 보고된 바 없다. 따라서 본 연구는 1,000 ppm 이하 저산소 티타늄 분말 제조에 있어서 탈산 전후 표면 산화층 및 내부 산소 농도 등을 분석하여 탈산 거동에 대해 관찰하였다. 본 연구에서 비접촉식 탈산용기를 이용하여 칼슘 증기에 의한 탈산에 의하여 1,000 ppm 이하 저산소 티타늄 분말 제조하였고, 탈산된 분말을 티타늄 원재료와 비교하여 표면 산화층, 격자 변형, 내부 산소 농도 등을 분석하여 탈산에 따른 산소 거동을 살펴보았다. 탈산된 티타늄 분말의 표면 산화층은 원재료 대비 73% 제거되어 약 3nm로 줄었음을 확인하였고, 또한 표면 산화층 감소뿐만 아니라 티타늄 분말 내부에서도 원재료보다 산소 농도가 감소하였음을 확인하였다.
The highly porous cellulosic aerogels were prepared by freeze-drying method using sodium hydroxide-urea aqueous solution in the process of dissolution, gelation, regeneration and organic solvent substitution. The structural characteristics of porous aerogel were analyzed using scanning electron microscopy and nitrogen adsorption apparatus. As a result, the dissolving pulp was completely dissolved, but filter papers and holocellulose were divided into two layers (dissolved and undissolved parts) in the process of centrifugation. The structure of aerogel from dissolved pulp showed porous pores in the surface and net-shaped network in the inner part. Aerogels from filter paper and holocellulose had the condensed porous network surface and the open-pore nano-fibril network inner structure. Undissolved form of fibers was observed in the aqueous solution of aerogel from holocellulose. The BET value ($S_{BET}$) of aerogel from dissolved pulp was ranged in 260~326 $m^2/g$, and it was decreased with the increase of concentration. Whereas, the $S_{BET}$ value of aerogel from filter paper (198~418 $m^2/g$) was increased with the increase of concentration. The $S_{BET}$ value of aerogel from holocellulose were 137 $m^2/g$ at 2% (w/w) of cellulose, and it was increased to maximum 401 $m^2/g$ at 4% (w/w) of cellulose. Then, it was decreased at 5% (w/w) of cellulose.
Lab scale experiments to investigate the dissolution reaction among supercritical $CO_2$-sandstone-groundwater by using sandstones from Gyeongsang basin were performed. High pressurized cell system (100 bar and $50^{\circ}C$) was designed to create supercritical $CO_2$ in the cell, simulating the sub-surface $CO_2$ storage site. The first-order dissolution coefficient ($k_d$) of the sandstone was calculated by measuring the change of the weight of thin section or the concentration of ions dissolved in groundwater at the reaction time intervals. For 30 days of the supercritical $CO_2$-sandstone-groundwater reaction, physical properties of sandstone cores in Gyeongsang basin were measured to investigate the effect of supercritical $CO_2$ on the sandstone. The weight change of sandstone cores was also measured to calculate the dissolution coefficient and the dissolution time of 1 g per unit area (1 $cm^2$) of each sandstone was quantitatively predicted. For the experiment using thin sections, mass of $Ca^{2+}$ and $Na^+$ dissolved in groundwater increased, suggesting that plagioclase and calcite of the sandstone would be significantly dissolved when it contacts with supercritical $CO_2$ and groundwater at $CO_2$ sequestration sites. 0.66% of the original thin sec-tion mass for the sandstone were dissolved after 30 days reaction. The average porosity for C sandstones was 8.183% and it increased to 8.789% after 30 days of the reaction. The average dry density, seismic velocity, and 1-D compression strength of sandstones decreased and these results were dependent on the porosity increase by the dissolution during the reaction. By using the first-order dissolution coefficient, the average time to dissolve 1 g of B and C sandstones per unit area (1 $cm^2$) was calculated as 1,532 years and 329 years, respectively. From results, it was investigated that the physical property change of sandstones at Gyeongsang basin would rapidly occur when the supercritical $CO_2$ was injected into $CO_2$ sequestration sites.
Lee, You Lee;Lee, Chang Hwa;Jeon, Min Ku;Kang, Kweon Ho
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.10
no.4
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pp.273-280
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2012
The electrochemical behaviors of 10 g-scale fresh and oxidized Zircaloy-4 cladding hulls were examined in $500^{\circ}C$ LiCl-KCl molten salts to confirm the feasibility of the electrorefining process for the treatment of hull wastes. In the results of measuring the potential-current response using a stainless steel basket filled with oxidized Zircaloy-4 hull specimens, the oxidation peak of Zr appears to be at -0.7 to -0.8 V vs. Ag/AgCl, which is similar to that of fresh Zircaloy-4 hulls, while the oxidation current is found to be much smaller than that of fresh Zircaloy-4 hulls. These results are congruent with the outcome of current-time curves at -0.78 V and of measuring the change in the average weight and thickness after the electrochemical dissolution process. Although the oxide layer on the surface affects the uniformity and rate of dissolution by decreasing the conductivity of Zircaloy-4 hulls, electrochemical dissolution is considered to occur owing to the defect of the surface and phase properties of the Zr oxide layer.
Electrochemical Quartz Crystal microbalance is a tool that is capable of measuring nanogram-scale mass change on electrode surface. When applying alternating voltage to the quartz crystal with metal electrode formed on both sides, a resonant frequency by inverse piezoelectric effect depends on its thickness. The resonant frequency changes sensitively by mass change on its electrode surface; frequency increase with metal dissolution and decrease with metal deposition on the electrode surface. The relationship between resonant frequency and mass change is shown by Sauerbrey equation so that the mass change during metal dissolution can be measured in real time. Especially, it is effective in the case of reaction mechanism and rate studies accompanied by precipitation, volatilization, compound formation, etc. resulting in difficulties on ex-situ AA or ICP analysis. However, it should be carefully considered during EQCM experiments that temperature, viscosity, and hydraulic pressure of solution, and stress and surface roughness can affect on the resonant frequency. Application of EQCM was shown as a case study on leaching of platinum using aqueous chlorine for obtaining activation energy. A platinum electrode of quartz crystal oscillator with 1000 Å thickness exposed to solution was used as leaching sample. Electrogenerated chlorine as oxidant was purged and its concentration was controlled in hydrochloric acid solution. From the experimental results, platinum dissolution by chlorine is chemical reaction control with activation energy of 83.5 kJ/mol.
We investigated chloride ion effects on anodic dissolution of copper using potentiodynamic method, cyclic voltammtery, chronoamperometry and chronocoulometry. The anodic dissolution reaction of copper in NaCl solution under argon atmosphere is $Cu+2Cl^{-}{\rightleftharpoons}{CuCl_2}^{-}+e^-$ and chloride ion adsorption process in copper surface can be explained by Temkin isotherm.
기포 펌프는 물과 공기 사이의 접촉 면적을 증가시켜 공기로부터 물로의 산소 용해를 높이는 기능을 가지고 있다. 이 연구에서는 기포 펌프에서 여러 가지 흐름 패턴을 설정하고, 이것을 근거로 하여 슬립모델을 확립하여, 기포 펌프의 산소 용해 특성을 조사하였다. 이 연구에서 수행한 실험 결과로부터, 산소 전달 계수는 흐름 패턴(기포 흐름, 기포-슬러그 흐름, 슬러그 흐름)에는 상당한 영향을 받았으나, 시료수의 오염 정도에 따른 영향은 그다지 크지 않음을 확인하였다. 그리고, 산소 전달양은 레이놀즈 수에 비례하여 증가하며, 산소 전달면을 증가시키기 위해서는 에어 스톤이나 디퓨저의 이용이 매우 효과적임을 확인하였다. 또한, 표면 활성 물질은 물의 오염 정도나 흐름 패턴에 관계없이 산소 전달에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.16
no.9
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pp.863-871
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2004
The use of fossil fuels like coal, oil and natural gases around the world causes an increase of the carbon dioxide content in the atmosphere. In order to reduce the concentration of the greenhouse gas, the idea of carbon dioxide sequestration in the ocean is proposed to be an effective mitigation strategy to counteract potential global warming due to the greenhouse effect. Therefore, in the present study, calculations of the dissolution behavior of carbon dioxide when liquid carbon dioxide is released at 1,000m and 1,500m in depth by fixed pipeline are performed. The results show that carbon dioxide droplets change to carbon dioxide bubbles in gas phase around 500m in depth, and the droplets are completely dissolved below 500 m in depth if the liquide carbon dioxide is released both at 1,000 m in depth with the initial diameter of 0.007m or less and at 1,500m in depth with the diameter of 0.011m or less.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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