KR100665626B1 - 폐건전지의 코발트 건식 분리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐건전지의 코발트 건식 분리 방법에 관한 것으로, ⒜ 적어도 하나 이상의 폐리튬 이온 전지를 파쇄하는 단계와; ⒝ 상기 파쇄물을 건조하여 전해질을 제거하는 단계와; ⒞ 상기 전해질이 제거된 파쇄물을 미세 분쇄하고, 상기 미세 분쇄물로부터 코발트 화합물을 입도차를 이용하여 분리하는 단계와; ⒟ 상기 코발트 화합물을 환원시켜 순수한 코발트를 수득하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 폐리튬 이온 전지로부터 고가(高價)의 순수한 코발트를 다량 수득할 수 있음은 물론, 폐리튬 이온 전지의 재활용 과정에서 강산 또는 강알칼리를 사용하지 않기 때문에 작업 과정이 위험하지 않으며 이로 인한 2차 오염을 원천 방지할 수 있는 효과가 있다.
폐건전지, 건전지 재생, 코발트, 건식 분리
Description
본 발명은 폐건전지의 코발트 건식 분리 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 전지(1차 및 2차 전지 포함)는 고 에너지 밀도 및 경박 경량의 특성으로 인하여 소형 전기, 전자장비의 전원 등으로 폭넓게 활용되고 있다. 사용이 완료된 폐리튬 이온 전지는 환경 오염 및 자원 재활용의 측면에서 특정 방법에 의해 유가 물질이 수득되고 있다.
통상적으로, 폐리튬 이온 전지로부터 코발트 또는 코발트 산화물을 수득하는 기술은 대한민국 특허등록번호 10-0448273(2004.09.01), 대한민국 특허등록번호 10-040742(2003.10.27) 및 대한민국 특허공개번호 특2003-0011737(2003.02.11) 등에 다양하게 개시되어 있으며, 리튬-코발트 산화물을 수득하는 기술은 대한민국 특허공개번호 특2003-0093583호(2003.12.11)에 개시되어 있다.
이러한 기술들은 습식 방법에 의해 고순도의 코발트(또는 코발트 산화물) 및 리튬-코발트 산화물을 수득할 수 있으나, 수득 공정이 매우 복잡하고 정밀 제어가 요구되기 때문에 다량의 폐리튬 이온 전지를 처리할 수 없음은 물론, 강산 또는 강 알카리가 사용됨으로써 2차 오염을 유발할 수 있는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 본 발명의 목적은, 코발트 또는 코발트 산화물 수득 공정시 야기될 수 있는 2차 오염없이 폐리튬 이온 전지로부터 코발트 또는 코발트 산화물을 건식 방법으로 수득할 수 있는 폐건전지의 코발트 건식 분리 방법을 제공함에 있다.
이러한 본 발명의 목적은, ⒜ 적어도 하나 이상의 폐리튬 이온 전지를 파쇄하는 단계와; ⒝ 상기 파쇄물을 건조하여 전해질을 제거하는 단계와; ⒞ 상기 전해질이 제거된 파쇄물을 미세 분쇄하고, 상기 미세 분쇄물로부터 코발트 화합물을 입도차를 이용하여 분리하는 단계와; ⒟ 상기 코발트 화합물을 환원시켜 순수한 코발트를 수득하는 단계를 포함하여 폐건전지의 코발트 건식 분리 방법에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 상기 ⒜ 단계는 상기 폐리튬 이온 전지가 100 내지 1,600㎟의 면적을 갖도록 파쇄된다.
바람직하게는, 본 발명의 상기 ⒝ 단계는 상기 파쇄물을 300 내지 550℃로 열풍 건조하여 전해질을 완전 제거된다.
바람직하게는, 본 발명의 상기 ⒞ 단계는 상기 파쇄물을 진동 밀 또는 볼 밀을 이용하여 미세 분쇄하되, 코발트 화합물이 50 내지 100 메시(mesh)의 입도를 갖는 분말이 되도록 분쇄하는 ⒞ - 1 단계와, 상기 미세 분쇄물에 고압의 공기를 공급하여 코발트 화합물 분말을 비산시키는 ⒞ - 2 단계와, 상기 비산된 코발트 화합 물 분말을 불순물 제거용 필터를 통과시켜 불순물을 제거하여 순수한 코발트 화합물 분말을 포집 수득하는 ⒞ - 3 단계를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 상기 ⒞ 단계는 상기 파쇄물을 진동 밀 또는 볼 밀을 이용하여 미세 분쇄하되, 코발트 화합물이 50 내지 100 메시의 입도를 갖는 분말이 되도록 분쇄하는 ⒞ - 4 단계와, 상기 미세 분쇄물을 요동되는 스크린 장치 상부에 제공하여 자유 낙하에 의해 코발트 화합물 분말을 선별 수득하는 ⒞ - 5 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
⒜ 단계 - 적어도 하나 이상의 폐리튬 이온 전지 파쇄
폐리튬 이온 전지는 파쇄기를 이용하여 폐리튬 이온 전지의 파쇄 조각들이100 내지 1,600㎟ 의 면적이 되도록 파쇄되는 것이 바람직하다. 이러한 방법은 철 재질인 케이스 부분과 내용물 부분이 파쇄물에 혼합된 상태로 수득된다.
다른 방법으로는 폐리튬 이온 전지의 철 재질인 케이스와 케이스에 내장된 내용물을 분리시키는 것으로 폐리튬 이온 전지의 중심 부분이나 양단부를 절단하여 케이스로부터 내용물을 분리한 다음, 내용물을 파쇄기를 이용하여 파쇄하는 것이다.
이러한 방법은 내용물만을 파쇄하기 때문에 전술된 방법(케이스가 포함되는 경우) 보다는 보다 적은 면적을 갖도록 파쇄하는 것이 바람직하다.
⒝ 단계 - 파쇄물을 건조하여 전해질을 제거
파쇄물은 300 내지 550℃로 열풍 건조하여 전해질을 완전 제거한다.
여기서, 건조 과정이 300℃ 이만의 온도에서 건조가 수행되는 경우에는 작업 건조 시간이 길어져서 작업성이 양호치 못하고, 550℃ 초과의 온도에서 건조가 수행되는 경우에는 파쇄물 중의 페이스트 및 유기물 등이 착화되어 오염 물질이 발생되는 문제점이 있다.
그리고, 건조 시간은 파쇄물의 양에 의해 결정된다.
⒞ 단계 - 파쇄물 미세 분쇄 및 코발트 화합물 분리
건조가 완료된 파쇄물은 진동 밀 또는 볼 밀 등에 의해 미쇄 분쇄된다. 여기서, 코발트 화합물이 50 내지 100 메시의 입도를 갖는 분말이 되도록 분쇄하는 것이 매우 중요하다.
미세 분쇄시 코발트 화합물은 50 내지 100 메시의 입도를 갖는 분말로 존재하고, 양극 성분인 알루미늄과 음극 성분인 구리는 각기 박판으로 존재하게 되며, 니켈 및 철은 코발트 화합물 분말에 비하여 5 내지 15배의 입도를 갖게 된다.
그리고, 분쇄물(분말)은 공급되는 고압의 공기에 의해 전술된 코발트 화합물 분말만이 비산되고, 코발트 화합물 분말을 제외한 알루미늄 및 구리 박판은 밀 표면에 압착되어 있으며 코발트 화합물 분말보다 상대적으로 중량인 니켈과 철 성분은 밀에 잔류된다. 여기서, 공급되는 고압의 공기는 코발트 화합물 분말 만이 비산(공기 분급 방법)되도록 이에 상응하는 압력과 공기량을 갖는다.
비산된 코발트 화합물 분말은 덕트 등과 같은 폐쇄 경로를 통해 유동된 후 포집된다. 여기서, 비산된 코발트 화합물 분말 중에 불순물(특히, 알루미늄 또는 구리 박판)이 혼입될 수 있기 때문에 포집 전 단계에서 불순물 제거용 필터를 경유시켜 전술된 불순물을 제거한 후 순수한 코발트 화합물 분말을 수득하는 것이 바람직하다.
또한, 전술된 공기 분급 방법 이외에 간단한 코발트 화합물 분말을 수득하는 방법은 망체(網體)가 구비된 요동되는 스크린 장치의 상부에 미세 분쇄된 분말을 공급하는 것으로, 망체의 메시는 코발트 화합물 분말보다는 적어도 입도가 큰 것이 바람직하다. 따라서, 코발트 화합물 분말만이 스크린 장치의 하부로 자유 낙하되기 때문에 순수한 코발트 화합물을 수득할 수 있다.
⒟ 단계 - 코발트 화합물 분말을 환원시켜 순순한 코발트 분말 수득
전술된 ⒞ 단계에서 수득된 코발트 화합물 분말 속에는 미량의 탄소 분말이 함유될 수 있기 때문에 우선적으로, 300℃ 이상의 고열로 가열함으로써 탄소를 제거한 후 환원처리하면 순수한 코발트 분말을 수득할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명은 전술된 실시예에 한정되어 설명되었지만, 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 분야의 통상적인 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 정도의 변형은 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것임은 자명하다.
이상의 구성을 갖는 본 발명은 폐리튬 이온 전지로부터 고가(高價)의 순수한 코발트를 다량 수득할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이러한 구성을 갖는 본 발명은 폐리튬 이온 전지의 재활용 과정에서 강산 또는 강알칼리를 사용하지 않기 때문에 작업 과정이 위험하지 않으며 이로 인한 2차 오염을 원천 방지할 수 있는 특징이 있다.
Claims (5)
- ⒜ 적어도 하나 이상의 폐리튬 이온 전지를 파쇄하는 단계와;⒝ 상기 파쇄물을 건조하여 전해질을 제거하는 단계와;⒞ 상기 전해질이 제거된 파쇄물을 미세 분쇄하고, 상기 미세 분쇄물로부터 코발트 화합물을 입도차를 이용하여 분리하는 단계와;⒟ 상기 코발트 화합물을 환원시켜 순수한 코발트를 수득하는 단계를 포함하여 폐건전지의 코발트 건식 분리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 ⒜ 단계는,상기 폐리튬 이온 전지의 파쇄 조각들이 100 내지 1,600㎟의 면적을 갖도록 파쇄되는 것을 특징으로 하는 폐건전지의 코발트 건식 분리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 ⒝ 단계는,상기 파쇄물을 300 내지 550℃로 열풍 건조하여 전해질을 완전 제거하는 것을 특징으로 하는 폐건전지의 코발트 건식 분리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 ⒞ 단계는,상기 파쇄물을 진동 밀 또는 볼 밀을 이용하여 미세 분쇄하되, 코발트 화합물이 50 내지 100 메시의 입도를 갖는 분말이 되도록 분쇄하는 ⒞ - 1 단계와,상기 미세 분쇄물에 고압의 공기를 공급하여 코발트 화합물 분말을 비산시키는 ⒞ - 2 단계와,상기 비산된 코발트 화합물 분말을 불순물 제거용 필터를 통과시켜 불순물을 제거하여 순수한 코발트 화합물 분말을 포집 수득하는 ⒞ - 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐건전지의 코발트 건식 분리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 ⒞ 단계는,상기 파쇄물을 진동 밀 또는 볼 밀을 이용하여 미세 분쇄하되, 코발트 화합물이 50 내지 100 메시의 입도를 갖는 분말이 되도록 분쇄하는 ⒞ - 4 단계와,상기 미세 분쇄물을 요동되는 스크린 장치 상부에 제공하여 자유 낙하에 의해 코발트 화합물 분말을 선별 수득하는 ⒞ - 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐건전지의 코발트 건식 분리 방법.
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