망초, 황산나트륨(Na2SO4)

이차전지 배터리에서 언급되는 망초에 대해 정리해보고자 한다.

 

망초는 화학식으로 Na2SO4 황산나트륨(sodium sulfate)이다.

 

망초의 유래는 한의학 용어에서 유래되었으며, " 유산염류(硫酸鹽類)의 광물인 망초족(芒硝族)에 속한 망초 Mirabilite를 가공 정제(精製)하여 얻은 결정체" 이다.

 → 용어가 어려운데, 유산염류는 황산염종류를 의미한다. 한자로 "유"는 황 유(硫), "산"은 산성 산(酸), "염"은 소금 염(鹽), "류"는 무리 류(類)로 표기이다.

 

물질안전보건자료(Material Safety Data Sheets, MSDS)에 의하면 무취의 흰색, 흡수성의 결정이나 쓴염맛의 분말 형태로 상온 및 상압에서 안정하며 피해야 할 조건이나 물질은 따로 보고된 바 없다.

 

황산나트륨

 

분자구조

 

배터리 재활용공정에서 금속이온 침출시 용매로 황산을 많이 사용하는데 이 때 중화제로 가성소다를 사용한다. 이로 인해 발생하는 것이 황산나트륨인 것이다. 부생(byproduct)로 생성되서 부생망초라고 한다.

 

화학반응식 : H2SO4 + 2(NaOH) → 2H2O + Na2SO4

 

황산나트륨을 처리하는 전기화학적인 기술로 전기투석장치(Electrodialysis, ED)로 적용하고 있다.

 

"Na2SO4염이 셀내에 투입되면 양극실에서는 순수한 H2SO4, 음극실에서는 순수한 NaOH가 생성되고 전환율 100%"

즉 ,Na2SO4폐액으로 NaOH 및 H2SO4 재생이 가능하다는 연구가 있다.

"금속회수공정에서 발생되는 Na2SO4 폐액으로 부터 NaOH 및 H2SO4 재생을 위한 Electro-membrane 응용", 조연철 등,2022

 

부생망초는 전기투석을 통해 황산과 가성소다를 재활용할 수 있다는 것이다.

논문에 의하면 순수하게 산과 알칼리가 생성되기 떄문에 전기투석에 있는 이온교환막 내구성이 괜찮을 지는 의문이다.

 

황산나트륨 생성의 역반응을 통해 황산과 가성소다를 재생하는 것으로 원리이다.

 

환경부에서 사업화과제로 공공하였으니 참조하시길 바랍니다.

https://moolung.tistory.com/entry/%ED%99%98%EA%B2%BD%EB%B6%802024%EB%85%84%EB%8F%84-%ED%99%98%EA%B2%BD%EA%B8%B0%EC%88%A0%EA%B0%9C%EB%B0%9C%EC%82%AC%EC%97%85%EC%8B%A0%EA%B7%9C%EA%B3%BC%EC%A0%9C%EC%9D%B4%EC%B0%A8%EC%A0%84%EC%A7%80-%EC%88%9C%ED%99%98%EC%9D%B4%EC%9A%A9%EC%84%B1-%ED%96%A5%EC%83%81-%EA%B8%B0%EC%88%A0%EA%B0%9C%EB%B0%9CRD

환경부_2024년도 환경기술개발사업신규과제_이차전지 순환이용성 향상 기술개발(R&D)

 

이차전지 배터리 재활용 공정에서는  황산나트륨이 산업에서 많이 사용하지만 이를 순도를 높여 재활용하는 것보다 폐기물을 최소화하고 유가금속, 용매를 재회수하는 것이 중요해 보인다.