Cheong, Young-Wook;Cho, Dong-Wan;Lee, Jin-Soo;Hur, Won
Applied Chemistry for Engineering
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v.33
no.1
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pp.109-112
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2022
Lime has been used for the neutralization of acidic waste because it is cheap and available in large quantities. The resulting sludge often contains a considerable amount of unreacted lime due to alkali overdosing, even during automatic neutralization processes, which mainly arises from the poor solubility of lime. The sludge cake from lime neutralization of Ilkwang Mine also contained high percentages of calcium and magnesium. The elemental content of the sludge cake was compared with those obtained from a simulation of the lime neutralization facility installed at Ilkwang Mine. A Goldsim® model estimated the degree of lime overdosing to be 19.1% based on the fractions of ferrous oxide. The analysis suggests that resolubilization of aluminum hydroxide could occur in the settling basin, in which pH exceeded 10 due to the continued dissolution of the overdosed lime. The present study demonstrated that chemical analysis of sludge combined with process simulation could provide a reasonable estimate of mass balance and chemistry in a neutralization facility for acid mine drainage.
The lab scale experiments to investigate the geochemical reaction among supercritical $CO_2$-mineral-brine which occurs at $CO_2$ sequestration sites were performed. High pressurized cell system (l00 bar and $50^{\circ}C$) was designed to create supercritical $CO_2$ in the cell, simulating the sub-surface $CO_2$ storage site. From the high pressurized cell experiment, the surface changes of Ca-feldspar, amphibole (tremolite) and olivine, resulted from the supercritical $CO_2$-mineral-brine reaction, were observed and the dissolution of minerals into the brine was also investigated. The mineral slabs were polished and three locations on the surface were randomly selected for the image analysis of SPM and the surface roughness value (SRV) of those locations were calculated to quantify the change of mineral surface for 30 days. At a certain time interval, SPM images and SRVs of the same mineral surface were acquired. The secondary minerals precipitated on the mineral surfaces were also analyzed on SEM/EDS after the experiment. From the experiments, the average SRV of Ca-feldspar increased from 2.77 nm to 20.87 nm for 30 days, suggesting that the dissolution of Ca-feldspar occurs in active when the feldspars contact with supercritical $CO_2$ and brine. For the amphibole, the average SRV increased from 2.54 nm to 8.31 nm and for the olivine from 0.77 nm to 11.03 run. For the Ca-feldspar, $Ca^{2+}$, $Na^+$, $Fe^{2+}$, $Si^{4+}$, $K^+$ and $Mg^{2+}$ were dissolved in the highest order and $Si^{4+}$, $Ca^{2+}$, $Fe^{2+}$ and $Mg^{2+}$ for the amphibole. Fe (or Mg) - oxides were precipitated as the secondary minerals on the surfaces of amphibole and olivine after 30 days reaction. Results suggested that $Ca^{2+}$, $Fe^{2+}$ and $Mg^{2+}$ rich minerals would be significantly weathered when it contacts with the supercritical $CO_2$ and brine at $CO_2$ sequestration sites.
The SO4 in the jarosite structure can be substituted by other oxyanions, and therefore, the transition of jarosite to goethite plays a very important role in controlling the behavior of oxyanions. In this study, the phase change according to the species of the oxyanion in jarosite and the related behavior of the oxyanion was studied by mineralogical and geochemical methods when jarosite, which is coprecipitated with various oxynions, undergoes a phase change by a reductive dissolution. Jarosite substituted by five oxyanions by 5 mol% was used in this study. The mineral phase change induced by reductive dissolution using ammonium oxalate was investigated, and the order of phase transition rate of jarosite to goethite was MoO4-jarosite ≥ SeO4-jarosite ≥ CrO4-jarosite > pure jarosite > SeO3-jarosite > AsO4-jarosite, showing that the transition rates vary depending on the substituted oxyanion. The resultant concentration of the leached Fe was slightly different depending on the type of oxyanion and time but did not show a noticeable difference. The concentration of each oxyanion leached according to the change of the mineral phase showed that the order of concentration of oxyanions was Mo > Se(SeO3) > As > Se(SeO4) > Cr in general, and showed a slight increase with time. This trend was related to the species of oxyanions rather than mineral phase change. The results of this study showed that the phase transition of jarosite to goethite was affected by the species of oxyanions, but this tendency did not affect the concentrations leached oxyanions.
Magnesium silicate minerals such as serpentine [Mg3Si2O5(OH)4] have a high potential for the sequestration of CO2; thus, their reactivity toward dissolution under CO2-free and CO2-containing conditions in acidic solvents is a critical process with respect to their carbonation reactions. To examine the carbonation efficiency and dissolution mechanism of serpentine, hydrothermal treatment was performed to the starting material via a modified direct aqueous carbonation process at 100 and 150℃. The serpentine dissolution experiments were conducted in H2SO4 solution with concentration range of 0.3-1 M and at a CO2 partial pressure of 3 MPa. The initial pH of the solution was adjusted to 13 for the carbonation process. Under CO2-free and CO2-containing conditions, the carbonation efficiency increased in proportion to the concentration of H2SO4 and the reaction temperature. The leaching rate under CO2-containing conditions was higher than that under CO2-free conditions. This suggests that shows the presence of CO2 affects the carbonation reaction. The leaching and carbonation efficiencies at 150℃ in 1 M H2SO4 solution under CO2-containing conditions were 85 and 84%, respectively. The dissolution rate of Mg was higher than that of Si, such that the Mg : Si ratio of the reacted serpentine decreased from the inner part (approximately 1.5) to the outer part (less than 0.1). The resultant silica-rich layer of the reaction product ultimately changed through the Mg-depleted skeletal phase and the pseudo-serpentine phase to the amorphous silica phase. A passivating silica layer was not observed on the outer surface of the reacted serpentine.
The objective of this study is to investigate the geochemical change of feldspar minerals by supercritical $CO_2$, which exists at $CO_2$ sequestration sites. High pressurized cell system (100 bar and $50^{\circ}C$) was designed to create supercritical $CO_2$ in the cell and the surface change and the dissolution of plagioclase and orthoclase were observed when the mineral surface reacted with supercritical $CO_2$ and water (or without water) for 30 days. The polished slab surface of feldspar was contacted with supercritical $CO_2$ and an artificial brine water (pH 8) in the experiments. The experiments for the reaction of feldspar with only supercritical $CO_2$ (without brine water) were also conducted. Results from the first experiment showed that the average roughness value of the plagioclase surface was 0.118 nm before the reaction, but it considerably increased to 2.493 nm after 30 days. For the orthoclase, the average roughness increased from 0.246 nm to 1.916 nm, suggesting that the dissolution of feldspar occurs in active when the feldspars contact with supercritical $CO_2$ and brine water at $CO_2$ sequestration site. The dissolution of $Ca^{2+}$ and $Na^+$ from the plagioclase occurred and a certain part of them precipitated inside of the high pressurized cell as the form of amorphous silicate mineral. For the orthoclase, $Al^{3+}$, $K^+$, and $Si^{+4}$ were dissolved in order and the kaolinite was precipitated. In the experiments without water, the change of the average roughness value and the dissolution of feldspar scarcely occurred, suggesting that the geochemical reaction of feldspars contacted with supercritical $CO_2$ at the environment without the brine water is not active.
Mishra, Debaraj;Kim, Dong-Jin;Ahn, Jong-Gwan;Ralph, David E.
Resources Recycling
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v.17
no.2
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pp.30-35
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2008
Mixed acidophilic bacteria were approached for leaching of cobalt and lithium from wastes of lithium ion battery industries. The growth substrates for the mixed mesophilic bacteria are elemental sulfur and ferrous ion. Bioleaching of the metal was due to the protonic action of sulfate ion on the metals present in the waste. It was investigated that bioleaching of cobalt was faster than lithium. Bacterial action could leach out about 80 % of cobalt and 20 % of lithium from the solid wastes within 12 days of the experimental period. Higher solid/liquid ratio was found to be detrimental for bacterial growth due to the toxic nature of the metals. At high elemental sulfur concentration, the sulfur powder was observed to be in undissolved form and hence the leaching rate also decreased with increase of sulfur amount.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.7
no.1
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pp.33-38
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2009
An experiment for uranium sorption onto fresh and weathered biotites was performed. After centrifugation, concentrations of uranium in the supernatants were analyzed using ICP-MS, and biotite samples were investigated using XRD and SEM. With powdered biotites (<3 mm in size), we have conducted uranium sorption experiments about fresh and weathered biotites to obtain uranium sorption amounts in various pH conditions. The uranium sorption was not high at a low pH (e.g., pH 3), but increased with increasing pH. There were lower uranium sorption by the weathered biotites than by the fresh ones, and the difference was much larger at higher pH (e.g., pH 11). The lower sorption values of uranium by the weathered biotites may be caused by a change of mineral surfaces and a chemical behavior of surrounding dissolved elements. It seems that the uranium-mineral interaction has been diminished, especially, in the weathered biotite by a destruction and dissolution of preferential sorption sites on the mineral surfaces and by the colloidal formation from dissolved elements.
Lee Churl Kyoung;Chang Hankwon;Jang Hee Dong;Sohn Jeong-Soo
Resources Recycling
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v.14
no.6
s.68
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pp.37-43
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2005
[ $LiCoO_{2}$ ] nanoparticles were synthesized from leach liquor of lithium ion battery waste using flame spray pyrolysis. Electrode Materials containing lithium and cobalt could be concentrated with thermal and mechanical treatment. After dissolution of used cathode materials of the lithium battery with nitric acid, the molar ratio of Li/Co in the leach liquor was adjusted at 1.0 by adding a fresh $LiNO_{3}$ solution. The nanoparticles synthesized by the flame spray pyrolysis showed clear crystallinity and were nearly spherical, and their average primary particle diameters ranged from 11 to 35 nm. The average particle diameter increased with an increase in the molar concentration of the precursor. Raising the maximum flame temperature by controlling the gas flow rates also led to an increase in the average diameter of the particles. The $LiCoO_{2}$ powder was proved to have good characteristics as cathode active materials in charge/discharge capacity and cyclic performance.
Kim, Tae-Hyun;Lee, Seoung-Won;Sohn, Jeong-Soo;Kang, Jin-Gu;Shin, Shun-Myung
Resources Recycling
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v.17
no.1
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pp.66-72
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2008
Fundamental studies for the synthesis of Mn-Zn ferrite powder were investigated using a series of leaching and coprecipitation processes from spent alkaline manganese batteries. Zinc and Manganese dissolution rates obtained at the reaction conditions of 100g/L pulp density, 3.0M $H_2SO_4$, $60^{\circ}C$ and 200 rpm with 30 ml $H_2O_2$ as a reducing agent were more than 97.9% and 93.9% and coprecipitation of Mn-Zn ferrite powder was performed according to various reaction conditions such as temperature, time and amount of $O_2$ gas injection using the leaching solution. As a result of coprecipitation, Mn-Zn ferrite could be synthesized directly at low temperature in the reaction condition pH 12, $80^{\circ}C$, $O_2$ 1.3 L/min. and 400 rpm. The synthesized Mn-Zn ferrite powder was spherical powder of $0.143{\mu}m$ particle size and had a saturation magnetization about 80 emu/g.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2004.04a
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pp.318-322
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2004
Arsenic is a toxic and carcinogenic metalloid, whose sources in nature include mineral dissolution and volcanic eruption. Abandoned mines and hazardous waste disposal sites are another major source of arsenic contamination of soil and aquatic systems. To predict concentrations of the toxic inorganic arsenic in aqueous phase. the biogeochemical redox processes and transport behavior need to be studied together and be coupled in a reactive transport model. A new reaction module describing the fate and transport of inorganic arsenic species (As(II)), dissolved oxygen, nitrate, ferrous iron, sulfate, and dissolved organic carbon are developed and incorporated into the RT3D code.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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