KR101347081B1 - Lithium desorption device using the aeration - Google Patents

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KR101347081B1
KR101347081B1 KR20130123073A KR20130123073A KR101347081B1 KR 101347081 B1 KR101347081 B1 KR 101347081B1 KR 20130123073 A KR20130123073 A KR 20130123073A KR 20130123073 A KR20130123073 A KR 20130123073A KR 101347081 B1 KR101347081 B1 KR 101347081B1
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manganese oxide
aeration
housing
air
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KR20130123073A
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정강섭
김병규
류태공
류정호
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한국지질자원연구원
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Abstract

A lithium detachment device using aeration according to the present invention includes a housing, a lithium reactant, and an aeration unit. More specifically, the housing is open on the upper surface thereof and stores an acidic solution therein. The lithium reactant generates a lithium manganese oxide.

Description

에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치{Lithium desorption device using the aeration}Lithium desorption device using the aeration}

본 발명은 리튬망간산화물 전구체를 이용해 망간 산화물계 리튬이온 흡착제를 제조하거나 또는 이를 이용해 리튬이온을 흡착시킨 뒤 탈착반응에 의한 리튬을 회수하고자 할 때 내산성 수조에서의 산 수용액에 의한 리튬 탈착공정이 좀 더 효율적으로 이루어지도록 하기 위한 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치에 관한 것이다.
According to the present invention, when a manganese oxide-based lithium ion adsorbent is prepared using a lithium manganese oxide precursor or when lithium is adsorbed using the lithium ion to recover lithium by desorption reaction, the lithium desorption process by an aqueous acid solution in an acid resistant bath is more suitable. It relates to a lithium desorption apparatus using aeration to be made more efficiently.

최근 휴대폰, 노트북 및 전기자동차 산업의 급속한 발전으로 인해 이동형 에너지원에 대한 국제적인 수요가 점점 증대되고 있다.In recent years, the rapid development of the mobile phone, notebook and electric vehicle industries has increased the international demand for mobile energy sources.

이러한 에너지원으로서 특히, 리튬 이차전지의 활용이 폭발적으로 증대되고 있다. 현재 리튬이차전지 산업은 한국, 일본, 중국을 중심으로 전개되고 있으며 급증하는 리튬 이차전지의 수요에 따라 핵심원료인 리튬의 소모량도 급증하고 있는 실정이다.In particular, the utilization of lithium secondary batteries has been explosively increased as an energy source. Currently, the lithium secondary battery industry is developing mainly in Korea, Japan, and China, and the consumption of lithium, which is a key raw material, is also rapidly increasing in line with the rapidly increasing demand for lithium secondary batteries.

또한 리튬은 차세대 에너지원으로 기대되는 핵융합(thermonuclear fusion)발전에서 삼중수소를 증식하기 위해 사용되기 때문에, 리튬에 대한 수요는 더욱더 커지고 있다.Also, because lithium is used to propagate tritium in thermonuclear fusion power generation, which is expected to be a next-generation energy source, demand for lithium is increasing.

해수에는 약 2천 5백억 톤의 리튬 이온이 용해되어 있는 것으로 추정되고 있으며 중요한 리튬 공급원으로 인식되기 시작하였다. 그러나 그 농도가 해수 1리터당 0.17 mg으로 매우 낮아 리튬 이온 회수에 대한 경제성을 고려할 때 리튬 이온을 선택적이며 저비용으로 회수하는 시스템이 필요하다. It is estimated that about 250 billion tonnes of lithium ions are dissolved in seawater, and they are becoming an important source of lithium. However, the concentration is very low, 0.17 mg per liter of seawater, and considering the economics of recovering lithium ions, a system for recovering lithium ions is needed and low cost is needed.

해수에서 리튬 이온 회수를 위해서 이온교환 흡착법, 용매추출법, 공침법과 같은 방법들이 연구되었으며, 이러한 시도 중에서 매우 높은 선택도를 가진 이온교환 특성을 지닌 망간 산화물계 무기물 흡착체를 이용한 리튬 이온 회수 방법이 가장 바람직한 방법 중 하나이다. 이에 다양한 망간 산화물계 무기물 흡착체가 개발되고 있다.(Ind. Eng. Chem. Res., 40, 2054, 2001 참조). 망간 산화물계 무기 흡착제는 리튬 이온을 포함하는 액체에서 수소이온과 리튬 이온의 이온교환에 의해 상기 액체의 리튬 이온을 흡착하고, 이후 리튬 이온을 흡착한 무기 흡착제는 묽은 염산 수용액에서 수소이온과 리튬 이온의 이온교환을 통하여 리튬 이온의 회수를 가능케 한다. 따라서, 이와 같은 망간 산화물계 무기 흡착제는 반복하여 사용할 수 있는 장점을 지닌다.In order to recover lithium ions from seawater, methods such as ion exchange adsorption, solvent extraction, and coprecipitation have been studied. Among these attempts, a lithium ion recovery method using a manganese oxide-based inorganic adsorbent with ion exchange characteristics with very high selectivity is proposed. One of the most preferred methods. Accordingly, various manganese oxide-based inorganic adsorbents have been developed (see Ind. Eng. Chem. Res., 40, 2054, 2001). The manganese oxide-based inorganic adsorbent adsorbs lithium ions of the liquid by ion exchange of lithium ions and lithium ions in a liquid containing lithium ions, and then the inorganic adsorbent adsorbing lithium ions is hydrogen ions and lithium ions in dilute hydrochloric acid aqueous solution. It is possible to recover the lithium ions through ion exchange of. Therefore, such a manganese oxide-based inorganic adsorbent has the advantage that it can be used repeatedly.

내산성 수조에 주입된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 공정에 있어서,In a process in which lithium ions are desorbed from lithium manganese oxide by reaction of lithium manganese oxide injected into an acid resistant water bath to form manganese oxide,

산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도를 높이기 위하여 내산성 수조에 자기장을 가하거나 진동을 가하는 방법이 개발되어 있으나, 종래의 방법은 리튬 망간 산화물의 무게가 ton 단위 이상으로 매우 무겁고 부피 또한 매우 커질 경우에는 실현하기 어려운 문제점이 있다.In order to increase the reaction rate of the aqueous acid solution and the lithium manganese oxide, a method of applying a magnetic field or vibration to the acid resistant tank has been developed. However, in the conventional method, when the weight of the lithium manganese oxide is very heavy and larger than ton units, the volume is also very large. There is a problem that is difficult to realize.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 리튬 탈착 장치의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, the development of a variety of lithium desorption apparatus for solving the above problems is required.

이와 관련된 기술로서, 본 출원인은 한국등록특허 제1133669호를 제시한 바 있다.
As a related technology, the present applicant has presented Korean Patent No. 1133669.

한국등록특허 제1133669호 (2012.03.29)Korean Registered Patent No. 1133669 (2012.03.29)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 내산성 수조에 주입된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 공정에 있어서, 리튬 망간 산화물의 무게가 매우 무거울 경우에도 산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도를 용이하게 높일 수 있는 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치를 제공하기 위한 것이다.
The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is a process in which lithium ions are desorbed from the lithium manganese oxide by the reaction of the acid solution with lithium manganese oxide injected into the acid resistant tank to produce manganese oxide. In order to provide a lithium desorption apparatus using aeration that can easily increase the reaction rate of the acid aqueous solution and the lithium manganese oxide even when the weight of the lithium manganese oxide is very heavy.

본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000)는 상면이 개구되며, 내부에 산 수용액이 저장되는 하우징(100); 외벽이 다공성고분자막으로 이루어지며 내부에 리튬 망간 산화물이 저장되며, 상기 하우징(100)의 내부에 삽입되어 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 리튬 반응체(200); 및 상기 하우징(100)의 외측에 설치되는 에어공급수단(310)과, 상기 에어공급수단(310)과 연결되며 상기 하우징(100)의 내부에 설치되는 제1에어관(320)과, 상기 제1에어관(320)과 연결되며 상기 하우징(100)의 내부 바닥면에 설치되어 표면에 에어가 분사되는 타공(331)이 형성되는 제2에어관(330)과, 상기 하우징(100)의 내부에 설치되어 상기 타공(331)에서 이송된 에어가 분사되는 다수의 기공(341)이 형성되는 폭기박스(340)를 포함하는 폭기수단(300);을 포함하는 것을 특징으로 한다.Lithium desorption apparatus 1000 using aeration according to the present invention is the upper surface is opened, the housing 100 in which the acid aqueous solution is stored therein; The outer wall is made of a porous polymer film and lithium manganese oxide is stored therein, and is inserted into the housing 100 so that lithium ions are desorbed from lithium manganese oxide by reaction of lithium manganese oxide and an aqueous acid solution to form manganese oxide. Lithium reactant 200; And an air supply means 310 installed outside the housing 100, a first air pipe 320 connected to the air supply means 310, and installed inside the housing 100. The second air pipe 330 is connected to the air pipe 320 and is installed on the inner bottom surface of the housing 100 to form a hole 331 for injecting air to the surface, and the inside of the housing 100. And aeration means 300 including an aeration box 340 in which a plurality of pores 341 in which air transferred from the perforation 331 is injected are formed.

또한, 상기 리튬 탈착 장치(1000)는 상기 폭기박스(340)가 상기 하우징(100)의 내부에 다수개 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the lithium desorption apparatus 1000 is characterized in that a plurality of aeration box 340 is installed in the housing 100.

또한, 상기 폭기수단(300)은 상기 제2에어관(330)에 형성된 타공(331)이 상기 폭기박스(340)에 형성된 기공(341)보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the aeration means 300 is characterized in that the perforations 331 formed in the second air pipe 330 is formed wider than the pores 341 formed in the aeration box 340.

또한, 상기 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000)는 상기 하우징(100)의 개구된 상면에 설치되는 천막(410)과, 상기 천막(410)의 상면에 관통 결합되어 상기 하우징(100)의 내부에 생성되는 리튬 이온을 흡입하는 블로워(420)와, 상기 천막(410)의 둘레면 하단에 결합되는 지지대(430), 및 상기 지지대(430)의 하단에 결합되는 바퀴(440)를 포함하는 에어덕트(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the lithium desorption apparatus 1000 using the aeration is a tent 410 is installed on the upper surface of the opening of the housing 100 and the upper surface of the tent 410 is coupled through the inside of the housing 100 An air duct including a blower 420 for sucking the generated lithium ions, a support 430 coupled to a lower end of the circumferential surface of the tent 410, and a wheel 440 coupled to the bottom of the support 430. 400; characterized in that it further comprises.

상기 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치를 이용한 리튬 탈착 방법에 있어서, 상기 리튬 반응체가 상기 하우징의 내부에 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제1공정; 및 해수에 삽입되어 상기 제1공정에서 생성된 망간 산화물과 해수의 반응에 의해 망간 산화물에 해수에 함유된 리튬 이온이 흡착되어 다시 리튬 망간 산화물이 생성되는 제2공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In a lithium desorption method using a lithium desorption apparatus using the aeration, the lithium reactant is inserted into the housing and the lithium ions in the lithium manganese oxide are reacted by the reaction of lithium manganese oxide and an acid aqueous solution stored in the lithium reactant. Desorption to produce manganese oxide, the first step of increasing the reaction rate of the lithium manganese oxide and the acid aqueous solution by the air injected from the pores of the aeration box; And a second step of adsorbing lithium ions contained in the seawater into the manganese oxide by reaction between the manganese oxide generated in the first step and the seawater inserted into the seawater to form lithium manganese oxide again. .

또한, 상기 리튬 탈착 방법은 상기 제2공정에서 생성된 리튬 망간물이 상기 하우징의 내부에 다시 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기동들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제3공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the lithium desorption method, the lithium manganese produced in the second step is reinserted into the interior of the housing, and lithium ions are removed from the lithium manganese oxide by reaction of an acid aqueous solution with lithium manganese oxide stored in the lithium reactant. Desorbed to produce manganese oxide, the third step of increasing the reaction rate of the lithium manganese oxide and the acid aqueous solution by the air injected in the operation of the aeration box; characterized in that it further comprises.

이에 따라, 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치는 내산성 수조에 주입된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 공정에 있어서, 에어레이션을 이용하여 리튬 망간 산화물의 무게가 매우 무거울 경우에도 산 수용액과 리튬 망간 산화물로 에어를 분사하여 산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도를 용이하게 높일 수 있는 효과가 있다.
Accordingly, the lithium desorption apparatus using aeration according to the present invention utilizes aeration in a process in which lithium ions are desorbed from lithium manganese oxide by reaction of lithium manganese oxide and an acid aqueous solution injected into an acid resistant tank, thereby producing manganese oxide. Thus, even when the weight of the lithium manganese oxide is very heavy, it is possible to easily increase the reaction rate of the acid aqueous solution and the lithium manganese oxide by spraying air with the acid aqueous solution and lithium manganese oxide.

도 1은 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 리튬 반응체를 이용한 제1공정 내지 제3공정을 나타낸 개략도
도 3은 본 발명에 따른 폭기수단의 실시예의 단면도
도 4는 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 실시예의 사시도
도 5는 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 실험예에 따른 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 산 수용액이 탈착되는 용출도를 나타낸 그래프1 is a perspective view of a lithium desorption apparatus using aeration according to the present invention
Figure 2 is a schematic diagram showing the first to third processes using a lithium reactant according to the present invention
3 is a cross-sectional view of an embodiment of the aeration means according to the invention
4 is a perspective view of an embodiment of a lithium desorption apparatus using aeration according to the present invention
5 is a graph showing the dissolution degree of an acid aqueous solution desorbed from the lithium manganese oxide by the reaction of the lithium manganese oxide and the acid aqueous solution according to the experimental example of the lithium desorption apparatus using aeration according to the present invention

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
The accompanying drawings are only examples to illustrate the technical idea of the present invention in more detail, and thus the technical idea of the present invention is not limited to the forms of the accompanying drawings.

본 발명은 내산성 주조에 주입된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 공정이 좀 더 효율적으로 이루어지도록 하기 위한 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium desorption apparatus using aeration for more efficiently performing a process in which lithium ions are desorbed from lithium manganese oxides by reaction of lithium manganese oxides injected with acid resistant casting and an acid aqueous solution. will be.

본 발명의 방향 표시에 있어서, 도면의 상측을 상측, 도면의 하측을 하측으로 정의하기로 한다.
In the direction display of the present invention, the upper side of the figure is defined as the upper side, and the lower side of the figure is defined as the lower side.

도 1은 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 리튬 반응체를 이용한 제1공정 내지 제3공정을 나타낸 개략도이다.1 is a perspective view of a lithium desorption apparatus using aeration according to the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing the first to third processes using a lithium reactant according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000)는 하우징(100), 리튬 반응체(200), 및 폭기수단(300)을 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the lithium desorption apparatus 1000 using aeration according to the present invention may include a housing 100, a lithium reactant 200, and an aeration means 300.

상기 하우징(100)은 상면이 개구된 직육면체 형태로 형성될 수 있으며, 내부에 산 수용액이 저장된다.The housing 100 may be formed in a rectangular parallelepiped shape with an upper surface open, and an acid aqueous solution is stored therein.

이 때, 산 수용액은 0.5몰 이하의 염산(HCI) 수용액 일 수 있다.At this time, the acid aqueous solution may be 0.5 mol or less hydrochloric acid (HCI) aqueous solution.

또한, 상기 하우징(100)은 물에 용해되지 않으며 산, 특히 약산과 반응하지 않는 내화학성 및 공극의 크기를 유지할 수 있는 기계적 강도가 우수한 물질이면 제한되지 않고 본 발명에 따른 고분자 재료로 이용될 수 있으며, 상기 고분자 재료는 예를 들면, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 이들의 혼합물 및 공중합체로 이루어진 군으로 선택되는 하나 이상의 물질임이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.In addition, the housing 100 is not limited to any material that does not dissolve in water and has excellent mechanical strength that does not react with an acid, particularly a weak acid, and has a mechanical strength capable of maintaining a pore size, and may be used as the polymer material according to the present invention. Preferably, the polymer material is at least one material selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, mixtures and copolymers thereof, but the present invention is limited thereto. Not.

상기 리튬 반응체(200)는 외벽이 다공성고분자막으로 이루어지며 내부에 리튬 망간 산화물이 저장되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(100)의 내부에 삽입되어 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 제1공정, 및 해수에 삽입되어 상기 제1공정에서 생성된 망간 산화물과 해수의 반응에 의해 상기 망간 산화물에 해수에 함유된 리튬 이온이 흡착되어 다시 리튬 망간 산화물이 생성되는 제2공정, 다시 상기 하우징(100)의 내부에 삽입되어 상기 제2공정에서 생성된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 제3공정이 이루어진다.The lithium reactant 200 has an outer wall made of a porous polymer film and lithium manganese oxide is stored therein. As shown in FIG. 2, the lithium reactant 200 is inserted into the housing 100 to react the lithium manganese oxide with an aqueous acid solution. Lithium ions are desorbed from lithium manganese oxide to form manganese oxide, and lithium ions contained in seawater in the manganese oxide by reaction of manganese oxide and seawater inserted in seawater The lithium ions are absorbed from the lithium manganese oxide by the reaction of the second step in which the lithium manganese oxide is adsorbed, and then inserted into the housing 100 again, and the reaction of the lithium manganese oxide generated in the second step with an aqueous acid solution. A third process is performed in which desorption occurs to produce manganese oxide.

이 때, 상기 리튬 반응체(200)는 외벽이 다공성고분자막으로 이루어짐으로써, 외부에서 받는 압력이 없이도 산 수용액과 해수의 출입 및 배출이 가능하게 된다.At this time, the lithium reactant 200 is made of a porous polymer membrane outer wall, it is possible to go in and out of the aqueous acid solution and seawater without pressure from the outside.

또한, 상기 리튬 반응체(200)는 해수 및 산 수용액에 대한 우수한 내화학성 및 공극의 크기를 일정하게 유지할 수 있는 우수한 기계적 강도를 가진 고분자 재료를 이용하여 제조하는 것이 바람직하다.In addition, the lithium reactant 200 is preferably manufactured by using a polymer material having excellent mechanical strength capable of maintaining a constant chemical size and pore size of the seawater and acid aqueous solution.

또한, 상기 리튬 반응체(200)의 내부에 저장된 리튬 망간 산화물은 스피넬형 리튬 망간 산화물, 특히, 3차원 터널 구조를 가지는 스피넬형 리튬 망간 산화물이 바람직하며, 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 이루어질 수 있다.In addition, the lithium manganese oxide stored in the lithium reactant 200 is preferably a spinel type lithium manganese oxide, in particular, a spinel type lithium manganese oxide having a three-dimensional tunnel structure, and may be made of the following Chemical Formula 1 or the following Chemical Formula 2. have.

[화학식 1][Formula 1]

LiaMn2-bO4 Li a Mn 2 - b O 4

(단, 1≤a≤1.33, 0≤b≤0.33, a≤1+b임)(Where 1 ≦ a ≦ 1.33, 0 ≦ b ≦ 0.33, a ≦ 1 + b)

[화학식 2](2)

Li1.6Mn1.6O4
Li 1.6 Mn 1.6 O 4

상기 폭기수단(300)은 상기 하우징(100)의 내부에 위치하는 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응 속도를 증가시키기 위한 구성으로, 에어공급수단(310), 제1에어관(320), 제2에어관(330), 및 폭기박스(340)를 포함하여 구성된다.The aeration means 300 is configured to increase the reaction rate of the lithium manganese oxide and the acid aqueous solution located in the housing 100, the air supply means 310, the first air pipe 320, the second It comprises an air pipe 330, and the aeration box 340.

상기 에어공급수단(310)은 상기 하우징(100)의 외측에 설치되며 압축 에어가 생성되는 에어컴프레서로 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.The air supply means 310 is installed on the outside of the housing 100 and is a technique known as an air compressor in which compressed air is generated, and thus a detailed description thereof will be omitted.

상기 제1에어관(320)은 상기 에어공급수단(310)과 연결되는 연결배관으로서, 상기 하우징(100)의 상면에서 하면으로 연장되는 구조로 형성될 수 있다.The first air pipe 320 is a connection pipe connected to the air supply means 310, it may be formed in a structure extending from the upper surface of the housing 100 to the lower surface.

상기 제2에어관(330)은 상기 제1에어관(320)과 연결되며 상기 하우징(100)의 내부 바닥면에 설치되어 상측 표면에 에어가 분사되는 타공(331)이 설치된다.The second air pipe 330 is connected to the first air pipe 320 is installed on the inner bottom surface of the housing 100 is provided with a perforated 331 to inject air to the upper surface.

이 때, 상기 타공(331)에는 상기 에어공급수단(310)에서 공급된 에어가 분사된다.At this time, the air supplied from the air supply means 310 is injected into the perforation 331.

상기 폭기박스(340)는 상기 하우징(100)의 내부에 상기 타공(331)에 대향하도록 설치되며, 상기 에어공급수단(310)에서 공급된 에어를 균일하게 분할하는 다수의 기공(341)이 형성된다.The aeration box 340 is installed in the housing 100 so as to face the perforation 331, and a plurality of pores 341 are formed to uniformly divide the air supplied from the air supply means 310. do.

이 때, 상기 폭기박스(340)는 상기 기공(341)들에서 분사되는 에어가 자연대류에 의해 상승하는 것을 감안하여 상기 에어가 상기 하우징(100)의 내부에 최대한 머무를 수 있도록 상기 하우징(100)의 내부 하측에 설치되는 것이 바람직하다.In this case, the aeration box 340 is the housing 100 to allow the air to stay in the interior of the housing 100 to the maximum in consideration of the air that is injected from the pores (341) rise by natural convection It is preferable to be installed in the lower side of the inside.

이에 따라, 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000)는 내산성 수조에 주입된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 공정에 있어서, 폭기수단(300)을 이용하여 리튬 망간 산화물의 무게가 매우 무거울 경우에도 산 수용액과 리튬 망간 산화물로 에어를 분사하여 산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도를 용이하게 높일 수 있는 효과가 있다.Accordingly, in the lithium desorption apparatus 1000 using aeration according to the present invention, in a process in which lithium ions are desorbed from lithium manganese oxide by reaction of lithium manganese oxide and an acid aqueous solution injected into an acid resistant tank, manganese oxide is produced. Even when the weight of the lithium manganese oxide is very heavy by using the aeration means 300, the reaction rate of the acid aqueous solution and the lithium manganese oxide can be easily increased by injecting air into the acid aqueous solution and the lithium manganese oxide.

한편, 상기 폭기박스(340)는 상기 하우징(100)의 내부 하측에 다수개가 배열 설치될 수 있다.
On the other hand, the aeration box 340 may be provided in a plurality arranged in the inner lower side of the housing 100.

이하, 본 발명에 따른 폭기수단의 실시예에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the aeration means according to the present invention will be described.

<폭기수단-실시예>Aeration means-Example

도 3은 본 발명에 따른 폭기수단의 실시예의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of an embodiment of the aeration means according to the invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폭기수단(300)의 실시예는 제1에어데크(350), 및 제2에어데크(360)를 더 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3, an embodiment of the aeration means 300 according to the present invention may further include a first air deck 350 and a second air deck 360.

상기 제1에어데크(350)는 상기 타공(331)에 설치되며, 상기 에어공급수단(310)에서 상기 타공(331)으로 공급된 에어를 균일한 크기로 분할하여 상기 기공(341)로 분사되게 하는 다수의 제1분할공(351)이 형성된다.The first air deck 350 is installed in the perforation 331, the air supplied from the air supply means 310 to the perforation 331 is divided into a uniform size to be injected into the pore 341. A plurality of first split holes 351 are formed.

상기 제1분할공(351)들은 상기 제1에어데크(350)의 소정 영역들이 각각 천공되어 형성되는 구성으로, 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다.The first dividing holes 351 are formed to be formed by punching predetermined regions of the first air deck 350, respectively, and may be formed in a circular or elliptical shape.

상기 제2에어데크(360)는 상기 타공(331)에 설치되되, 상기 제1에어데크(350)와 상기 타공(331)의 에어분사방향으로 일정간격 이격되게 설치되며, 상기 제1분할공(351)들을 통과한 에어를 다시 균일한 크기로 분할하는 다수의 제2분할공(361)이 형성된다.The second air deck 360 is installed in the perforation 331, the first air deck 350 and the perforation 331 are spaced apart in a predetermined interval in the air spraying direction, the first split hole ( A plurality of second dividing holes 361 are formed to divide the air passing through the 351 back into a uniform size.

이 때, 상기 제1분할공(351)들을 통과하면서 균일한 크기로 분할된 에어는 상기 제2분할공(361)들을 통과하면서 다시 균일한 크기로 분할되면서 상기 기공(341)들을 통해 다시 균일한 크기로 분할되면서 상기 하우징(100)의 내부로 분사되어 상기 하우징(100) 내부의 일정 영역마다 균일한 크기의 유동력을 갖게 된다.At this time, the air divided into a uniform size while passing through the first dividing holes 351 is divided into a uniform size while passing through the second dividing holes 361 and uniformly again through the pores 341. As it is divided into sizes, it is injected into the housing 100 to have a flow force of a uniform size for each predetermined region inside the housing 100.

이에 따라, 본 발명에 따른 폭기수단(300)의 실시예는 상기 하우징(100)의 내부로 분사된 에어가 상기 하우징(100) 내부의 일정 영역마다 균일한 크기의 유동력을 갖게 되어, 산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도가 상기 하우징(100) 내부의 일정 영역마다 균일한 효과가 있다.
Accordingly, in the embodiment of the aeration means 300 according to the present invention, the air injected into the interior of the housing 100 has a flow force of a uniform size for each predetermined region within the housing 100, the acid aqueous solution And the reaction rate of the lithium manganese oxide has a uniform effect for each predetermined region within the housing 100.

<본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 실시예><Example of lithium desorption apparatus using aeration according to the present invention>

도 4는 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 실시예의 사시도이다.4 is a perspective view of an embodiment of a lithium desorption apparatus using aeration according to the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000)의 실시예는 천막(410), 블로워(420), 지지대(430), 및 바퀴(440)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4, the embodiment of the lithium desorption apparatus 1000 using aeration according to the present invention includes a tent 410, a blower 420, a support 430, and a wheel 440. .

상기 천막(410)은 상기 하우징(100)의 개구된 상면을 덮는 구성으로, 상기 하우징(100)의 내부에서 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 생성된 리튬 이온이 외부로 배출되지 않도록 차단하는 역할을 한다.The tent 410 is configured to cover the opened upper surface of the housing 100, and blocks the lithium ions generated by the reaction of the lithium manganese oxide and the acid aqueous solution in the housing 100 from being discharged to the outside. Play a role.

상기 블로워(420)는 상기 천막(410)의 상면에 관통 결합되어 상기 하우징(100)의 내부에 생성된 리튬 이온을 흡입하는 역할을 한다.The blower 420 penetrates through the upper surface of the tent 410 to suck lithium ions generated inside the housing 100.

상기 지지대(430)은 상기 천막(410)의 둘레면 하단에 결합되는 구성으로, 상기 하우징(100)의 둘레면을 둘러싸며, 상기 하우징(100)을 지지하는 역할을 한다.The support 430 is configured to be coupled to the lower end of the circumferential surface of the tent 410, surrounds the circumferential surface of the housing 100, and serves to support the housing 100.

상기 바퀴(440)는 상기 지지대(430)의 하단에 결합되며, 상기 하우징(100)과 에어덕트(400)가 자유롭게 이동할 수 있게 하는 역할을 한다.
The wheel 440 is coupled to the lower end of the support 430, and serves to allow the housing 100 and the air duct 400 to move freely.

본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치를 이용한 리튬 탈착 방법은 상기 리튬 반응체가 상기 하우징의 내부에 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제1공정; 및 해수에 삽입되어 상기 제1공정에서 생성된 망간 산화물과 해수의 반응에 의해 망간 산화물에 해수에 함유된 리튬 이온이 흡착되어 다시 리튬 망간 산화물이 생성되는 제2공정;를 포함하여 구성될 수 있다.Lithium desorption method using a lithium desorption apparatus using aeration according to the present invention is the lithium ion in the lithium manganese oxide by the reaction of the lithium manganese oxide and acid solution stored in the lithium reactant is inserted into the housing of the lithium reactant The first step of the desorption to produce manganese oxide, the reaction rate of the lithium manganese oxide and the acid aqueous solution is increased by the air injected from the pores of the aeration box; And a second step of adsorbing lithium ions contained in the seawater into manganese oxide by reaction of the manganese oxide produced in the first step with seawater inserted into the seawater to form lithium manganese oxide again. .

즉, 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 증가되는 것이다.That is, the reaction rate of the lithium manganese oxide and the acid aqueous solution stored in the lithium reactant is increased by the air injected from the pores of the aeration box.

또한, 상기 리튬 탈착 방법은 상기 제2공정에서 생성된 리튬 망간물이 상기 하우징의 내부에 다시 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기동들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제3공정;을 더 포함하여 구성될 수 있다.In the lithium desorption method, the lithium manganese produced in the second step is reinserted into the interior of the housing, and lithium ions are removed from the lithium manganese oxide by reaction of an acid aqueous solution with lithium manganese oxide stored in the lithium reactant. Desorbed to produce manganese oxide, the third step of increasing the reaction rate of the lithium manganese oxide and the acid aqueous solution by the air injected in the operation of the aeration box; may be configured to further include.

즉, 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 다시 증가되는 것이다.That is, the reaction rate of the lithium manganese oxide and the acid aqueous solution stored in the lithium reactant is increased again by the air injected from the pores of the aeration box.

종래에는 산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도를 높이기 위하여 내산성 수조에 자기장을 가하거나 진동을 가하는 방법이 있었으나, 이 방법은 상기 리튬 반응체의 무게가 톤 단위로 매우 무거울 경우에는 활용할 수 없었다.Conventionally, in order to increase the reaction rate of the aqueous acid solution and the lithium manganese oxide, there was a method of applying a magnetic field or vibration to the acid resistant tank, but this method could not be utilized when the weight of the lithium reactant was very heavy in tons.

그러나 본 발명에 따른 리튬 탈착 방법은 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 증가됨으로써, 상기 리튬 반응체의 무게가 톤 반위로 매우 무거운 경우에도 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도를 용이하게 증가시킬수 있는 장점이 있다.
However, in the lithium desorption method according to the present invention, the reaction rate of the lithium manganese oxide and the acid aqueous solution stored in the lithium reactant is increased by the air injected from the pores of the aeration box, so that the weight of the lithium reactant is changed to ton face. Even in the case of very heavy, there is an advantage that can easily increase the reaction rate of the lithium manganese oxide and acid solution stored in the lithium reactant.

이하, 본 발명의 실험예에 설명하기로 한다.Hereinafter, an experimental example of the present invention will be described.

<실험예><Experimental Example>

리튬탈착공정의 효율성을 좌우하는 요소는 상기 하우징(100)의 내부에 수용된 산 수용액의 농도와 상기 산 수용액에 농축되는 리튬의 농축도라고 할 수 있다.Factors that determine the efficiency of the lithium desorption process may be the concentration of the acid aqueous solution accommodated in the housing 100 and the concentration of lithium concentrated in the acid aqueous solution.

특히, 산 수용액의 농도를 최대한 낮게 하면서 탈착반응 효율을 떨어뜨리지 않는 수준에서 산 수용액의 반복사용을 통해 많은 양의 리튬을 농축시킬 수 있다면 리튬 탈착의 효율을 높일 수 있다.In particular, if the concentration of the acid solution can be as low as possible while the concentration of a large amount of lithium can be concentrated through repeated use of the acid solution at a level that does not lower the desorption reaction efficiency can increase the efficiency of lithium desorption.

또한, 리튬 탈착 공정에 있어서, 산 수용액과 리튬 반응체(200)의 반응을 원활하게 하기 위한 물리적인 구동력 확보도 중요하다. In the lithium desorption process, it is also important to secure a physical driving force for smoothly reacting the acid aqueous solution with the lithium reactant 200.

본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000)에 있어서, 상기 하우징(100)의 내부에 0.3몰 염산 수용액 800L(또는 1600L)를 주입하고 상기 리튬 반응체(200)로서 리튬망간산화물을 8kg(또는 16kg)을 삽입하고 상기 폭기수단(300)을 이용하여 상기 하우징(100)의 내부에 에어를 분사한 다음, 상기 하우징(100)의 내부에 주입된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 및 망간이온이 녹아 나오는 용출도(Extractability)를 측정하였다.In the lithium desorption apparatus 1000 using aeration according to the present invention, 800L (or 1600L) of 0.3 mol hydrochloric acid aqueous solution is injected into the housing 100 and 8 kg of lithium manganese oxide is used as the lithium reactant 200. Or 16 kg) and injects air into the housing 100 using the aeration means 300, and then reacts lithium by reaction of an acid solution with lithium manganese oxide injected into the housing 100. Extractability of lithium and manganese ions dissolved in manganese oxide was measured.

도 5는 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 실험예에 따른 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 및 망간이온이 녹아 나오는 용출도를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing a dissolution degree in which lithium and manganese ions are dissolved in lithium manganese oxide by reaction of lithium manganese oxide and an acid aqueous solution according to an experimental example of a lithium desorption apparatus using aeration according to the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 1일 후 리튬 이온의 용출도는 약 80%로 나타났으며 망간 이온의 용출도는 10%로 나타났고, 2일 후 리튬 이온의 용출도는 약 95%로 나타났으며 망간 이온의 용출도는 20%로 나타났다.As shown in FIG. 5, after 1 day, the dissolution degree of lithium ions was about 80%, and the dissolution degree of manganese ions was 10%, and after 2 days, the dissolution degree of lithium ions was about 95%. The solubility of manganese ions was 20%.

상기 리튬 반응체(200)로서 리튬망간산화물 대신 리튬이온이 흡착된 망간산화물인 경우에는 단 2~3시간 정도의 짧은 반응시간이면 95% 이상의 리튬을 탈착시킬 수 있는 것으로 나타났다.In the case of the manganese oxide in which lithium ions are adsorbed instead of lithium manganese oxide as the lithium reactant 200, it was found that more than 95% of lithium can be desorbed in a short reaction time of about 2 to 3 hours.

이에 따라, 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000)의 리튬 이온의 용출도가 매우 효율적인 것을 알 수 있다.
Accordingly, it can be seen that the dissolution degree of lithium ions of the lithium desorption apparatus 1000 using aeration according to the present invention is very efficient.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1000 : 리튬 탈착 장치
100 : 하우징
200 : 리튬 반응체
300 : 폭기수단
310 : 에어공급수단
320 : 제1에어관
330 : 제2에어관
331 : 타공
340 : 폭기박스
341 : 기공
350 : 제1데크
351 : 제1분할공
360 : 제2데크
361 : 제2분할공
400 : 에어덕트
410 : 천막
420 : 블로워
430 : 지지봉 440 : 바퀴1000: lithium desorption device
100: Housing
200: lithium reactant
300: aeration means
310: air supply means
320: First Air Hall
330: 2nd Air Hall
331: perforation
340: aeration box
341: pore
350: first deck
351: first division ball
360: 2nd deck
361: second dividing ball
400: air duct
410: tent
420 blower
430: support rod 440: wheels

Claims (6)

상면이 개구되며, 내부에 산 수용액이 저장되는 하우징(100);
외벽이 다공성고분자막으로 이루어지며 내부에 리튬 망간 산화물이 저장되며, 상기 하우징(100)의 내부에 삽입되어 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 리튬 반응체(200); 및
상기 하우징(100)의 외측에 설치되는 에어공급수단(310)과, 상기 에어공급수단(310)과 연결되며 상기 하우징(100)의 내부에 설치되는 제1에어관(320)과, 상기 제1에어관(320)과 연결되며 상기 하우징(100)의 내부 바닥면에 설치되어 표면에 에어가 분사되는 타공(331)이 형성되는 제2에어관(330)과, 상기 하우징(100)의 내부에 설치되어 상기 타공(331)에서 이송된 에어가 분사되는 다수의 기공(341)이 형성되는 폭기박스(340)를 포함하는 폭기수단(300);을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000).
An upper surface of the housing 100 in which an acid aqueous solution is stored;
The outer wall is made of a porous polymer film and lithium manganese oxide is stored therein, and is inserted into the housing 100 so that lithium ions are desorbed from lithium manganese oxide by reaction of lithium manganese oxide and an aqueous acid solution to form manganese oxide. Lithium reactant 200; And
Air supply means 310 is installed on the outside of the housing 100, the first air pipe 320 is connected to the air supply means 310 and installed inside the housing 100, and the first The second air pipe 330 is connected to the air pipe 320 and installed on the inner bottom surface of the housing 100 to form a hole 331 for injecting air onto the surface, and the inside of the housing 100. And aeration means 300 including an aeration box 340 in which a plurality of pores 341 in which air transferred from the perforation 331 is injected are formed; a lithium desorption apparatus using aeration (1000).
제1항에 있어서, 상기 리튬 탈착 장치(1000)는
상기 폭기박스(340)가 상기 하우징(100)의 내부에 다수개 설치되는 것을 특징으로 하는 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000).
The method of claim 1, wherein the lithium desorption apparatus 1000
Lithium desorption apparatus 1000 using aeration, characterized in that the aeration box 340 is installed in a plurality of the interior of the housing (100).
제1항에 있어서, 상기 폭기수단(300)은
상기 제2에어관(330)에 형성된 타공(331)이 상기 폭기박스(340)에 형성된 기공(341)보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000).
According to claim 1, The aeration means 300 is
The lithium desorption apparatus 1000 using aeration, characterized in that the perforations 331 formed in the second air pipe 330 are formed wider than the pores 341 formed in the aeration box 340.
제1항에 있어서, 상기 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000)는
상기 하우징(100)의 개구된 상면에 설치되는 천막(410)과, 상기 천막(410)의 상면에 관통 결합되어 상기 하우징(100)의 내부에 생성되는 리튬 이온을 흡입하는 블로워(420)와, 상기 천막(410)의 둘레면 하단에 결합되는 지지대(430), 및 상기 지지대(430)의 하단에 결합되는 바퀴(440)를 포함하는 에어덕트(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(1000).
According to claim 1, The lithium desorption apparatus 1000 using the aeration
A tent 410 installed on the opened upper surface of the housing 100, a blower 420 penetratingly coupled to the upper surface of the tent 410 to suck lithium ions generated in the housing 100; And an air duct 400 including a support 430 coupled to a bottom of a circumferential surface of the tent 410, and a wheel 440 coupled to a bottom of the support 430. Lithium desorption apparatus 1000 using.
제1항의 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치를 이용한 리튬 탈착 방법에 있어서,
상기 리튬 반응체가 상기 하우징의 내부에 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제1공정; 및
해수에 삽입되어 상기 제1공정에서 생성된 망간 산화물과 해수의 반응에 의해 망간 산화물에 해수에 함유된 리튬 이온이 흡착되어 다시 리튬 망간 산화물이 생성되는 제2공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 탈착 방법.
In the lithium desorption method using a lithium desorption apparatus using the aeration of claim 1,
The lithium reactant is inserted into the housing, and lithium ions are desorbed from the lithium manganese oxide by reaction of lithium manganese oxide and an acid aqueous solution stored in the lithium reactant, thereby producing manganese oxide, in the pores of the aeration box. A first step of increasing the reaction rate of lithium manganese oxide and an aqueous acid solution by the injected air; And
A second step in which lithium ions contained in the seawater are adsorbed to the manganese oxide by reaction between the manganese oxide generated in the first step and the seawater, which is inserted into the seawater, to form lithium manganese oxide; Desorption method.
제5항에 있어서, 상기 리튬 탈착 방법은
상기 제2공정에서 생성된 리튬 망간물이 상기 하우징의 내부에 다시 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기동들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제3공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 탈착 방법.

The method of claim 5, wherein the lithium desorption method
The lithium manganese produced in the second process is inserted into the housing again, and lithium ions are desorbed from the lithium manganese oxide by reaction of the acid solution with lithium manganese oxide stored in the lithium reactant to form manganese oxide. And a third step of increasing the reaction rate of the lithium manganese oxide and the aqueous acid solution by the air injected at the start-up of the aeration box.

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