KR101376980B1 - 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 구리시트를 분리하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 구리시트를 분리하는 방법에 관한 것으로 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극을 10 내지 30% 농도의 산용액에 침지시킨 후 상기 산용액에 200 내지 300 W 세기의 초음파를 10 내지 30분 동안 가하는 단계를 포함함으로써, 종래 버려지던 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 불순물이 섞이지 않은 순수한 구리를 분리할 수 있다.
Description
본 발명은 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 불순물이 섞이지 않은 순수한 구리를 분리할 수 있는 방법에 관한 것이다.
최근 2차 전지는 휴대 전화, 노트북, 디지털 카메라 등의 휴대형 전자기기의 전원으로 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 2차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 자동차 등의 동력원으로도 주목받고 있다.
다양한 곳에 사용되는 2차 전지는 수명이 다하면 폐기되는데, 폐기물 중 전극은 폐기되기도 하지만 해외에서 가공되어 비싼 가격에 다시 국내로 유입되는 경우도 있다.
상기 전극은 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 구조로서, 전극을 폐기하면 비싼 원자재인 구리를 폐기하는 것이므로 자원이 낭비되고 환경오염이 발생할 수 있다.
종래 일본공개특허 제2007-122885에는 전지를 해체하여 황산 수용액에 침지함으로써 기판으로부터 정극활물질을 박리하는 공정, 박리된 정극활물질을 탄소 함유물이 존재하는 산성용액에 침출시켜 얻어진 침출액을 중화하여 알루미늄(Al)과 구리(Cu)를 분리 제거하는 공정, 침출액으로부터 니켈과 코발트를 회수하는 공정 및 리튬 회수 공정을 포함하는 유가금속 회수방법이 개시되어 있다. 상기 기술은 정극활물질을 산성용액에 침출시켜 유가금속을 침출액에 녹인 후 이를 중화하여 니켈, 코발트, 리튬을 분리하는 것으로서 상기 금속을 분리하기 위하여 구리를 먼저 분리하므로 구리에 다량의 불순물이 함께 존재하여 재활용하기 어려운 문제가 있다.
따라서 2차 전지에 사용되는 전극으로부터 재활용이 가능한 순수한 구리를 분리할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 불순물이 섞이지 않은 순수한 구리를 분리할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 구리시트를 분리하는 방법은 전극을 10 내지 30% 농도의 산용액에 침지시킨 후 상기 산용액에 200 내지 300 W 세기의 초음파를 10 내지 30분 동안 가하는 단계를 포함한다.
상기 산용액은 pH 2 내지 3으로 유지되며, 염산, 질산, 인산 및 황산으로 이루어진 용액 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 전극을 산용액과 초음파로 처리하는 단계를 1회 내지 5회 더 반복하면 더욱 순수한 구리시트를 얻을 수 있다.
상기 전극을 산용액과 초음파로 처리하는 단계 이후에 카본시트와 분리된 구리시트를 세척하는 단계 및 10 내지 30 ℃의 온도에서 건조하는 단계를 더 추가할 수 있다.
전극으로부터 구리시트를 분리하는 본 발명은 불순물이 섞이지 않은 순수한 구리를 얻을 수 있을 수 있으며, 얻어진 순수한 구리는 별다른 처리공정 없이 바로 재활용될 수 있다.
그러므로 전극을 폐기하지 않아도 되므로 폐기물 처리 비용이 적게 들고, 가격이 비싼 순수한 구리를 활용할 수 있으므로 고부가 수익을 올릴 수 있다. 또한, 구리를 폐기하지 않으므로 중금속 오염을 방지할 수 있다.
도 1은 2차 전지에 이용되는 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1의 전지로부터 분리된 구리시트를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1의 전지로부터 분리된 구리시트를 나타낸 사진이다.
본 발명은 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 불순물이 섞이지 않은 순수한 구리를 분리할 수 있는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 구리시트를 분리하는 방법은 전극을 산용액에 침지시킨 후 상기 산용액에 초음파를 가하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 전극을 산용액과 초음파로 처리하는 단계 이후에 카본시트와 분리된 구리시트를 세척하는 단계 및 10 내지 30 ℃의 온도에서 건조하는 단계를 더 추가할 수 있다.
본 발명에 사용되는 전극은 도 1에 도시된 바와 같이 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 것으로서, 상기 전극을 산용액과 초음파로 처리하면 구리시트로부터 카본시트가 박리되어 도 2에 도시된 바와 같이 순수한 구리시트를 얻을 수 있으며, 상기 순수한 구리시트는 별도의 처리공정 없이 다양한 곳에 재활용될 수 있다.
상기 산용액은 1 내지 3의 pH 범위를 갖는 용액으로서, 구체적으로 염산, 질산, 인산 및 황산으로 이루어진 용액 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 들 수 있으며, 바람직하게는 염산용액이다. 구리시트를 분리할 때 사용하는 용액으로 상기 pH 범위를 벗어나는 용액을 사용하는 경우에는 초음파를 가하더라도 구리시트로부터 카본시트가 전부 박리되지 않아 순수한 구리를 얻을 수 없다.
상기 산용액의 농도는 10 내지 30%, 바람직하게는 15 내지 20%이다. 농도가 상기 하한치 미만인 경우에는 초음파를 가하더라도 구리시트로부터 카본시트가 전부 분리되지 않아 순수한 구리를 얻을 수 없으며, 농도가 상기 상한치 초과인 경우에는 구리시트가 산화되어 수소로 환원시키는 공정을 추가해야 하는 번거로움이 있고, 구리시트가 손상을 입어 구리의 회수율이 저하될 수 있다.
또한, 산용액은 전극에서 구리시트를 분리하는 과정을 거칠수록 pH가 점차 상승하므로 산용액을 보충하여 항상 pH가 2 내지 3을 유지하도록 한다. 산용액의 pH가 상기 범위를 만족하지 못한 경우에는 초음파를 가하더라도 구리시트로부터 카본시트가 박리되는데 오랜 시간이 걸리고, 카본시트가 전부 박리되지 않아 순수한 구리시트를 얻을 수 없다.
상기 초음파는 산용액에 200 내지 300 W, 바람직하게는 220 내지 250 W의 세기로 10 내지 30분, 바람직하게는 15 내지 20분 동안 인가된다.
초음파의 세기가 상기 하한치 미만인 경우에는 구리시트로부터 카본시트가 박리되는데 오랜 시간이 걸리고, 카본시트가 전부 박리되지 않아 순수한 구리를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 산용액에 오래 침지되므로 구리시트가 손상을 입어 구리의 회수율이 저하될 수 있으며, 초음파 세기가 상기 상한치 초과인 경우에는 강한 세기로 처리하더라도 어느 시점(300 W) 이후에는 구리시트로부터 카본시트가 박리되는 시간이 유사하므로 전력이 낭비된다.
또한, 초음파가 인가되는 시간이 상기 하한치 미만인 경우에는 카본시트가 전부 박리되지 않아 순수한 구리를 얻을 수 없으며, 상기 상한이 초과인 경우에는 구리시트가 손상을 입어 구리의 회수율이 저하될 수 있다.
상기 전극에서 순수한 구리시트를 분리하는 가장 바람직한 조건은 전극을 15% 농도의 염산에 침지시킨 후 염산에 250 W 세기의 초음파를 20분 동안 인가하는 것이다. 상기 조건에 따라 분리된 구리시트는 불순물이 없으며, 우수한 회수율을 가질 수 있다.
상기 전극을 산용액과 초음파로 처리하는 단계는 1회 내지 6회 반복하여 순수한 구리시트를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1.
구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극을 15% 농도의 염산에 침지시킨 후 염산에 250 W 세기의 초음파를 20분 동안 인가하였다. 그 후 카본시트가 탈락된 구리시트의 표면을 정제수로 세척하고 25 ℃의 온도에서 건조하여 순수한 구리시트를 얻었다.
실시예 2.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 상기 전극을 염산과 초음파로 처리하고 세척한 후 다시 염산과 초음파로 처리하여 순수한 구리시트를 얻었다.
실시예 3.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 20% 농도의 질산에 침지시킨 후 질산에 200 W 세기의 초음파를 20분 동안 인가하여 구리시트를 얻었다.
비교예 1.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 초음파 처리 없이 15% 농도의 염산에 전극을 침지하여 구리시트를 얻었다.
비교예 2.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 염산의 농도를 40%로 하여 구리시트를 얻었다.
비교예 3.
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 염산의 농도를 5%로 하고 초음파 세기를 100 W로 하여 5분 동안 처리함으로써 구리시트를 얻었다.
시험예.
실시예 및 비교예에 의해 얻어진 구리시트에 대한 회수율 및 구리 시트를 벌크 형태로 제작하여 열처리한 후 XRD(X-ray deiffraction : 엑스레이회절법)를 이용하여 결정 구조를 분석하여 불순물 형성 여부를 측정하였다.
- 구리 회수율(%): 산용액과 초음파 처리를 거쳐 얻어진 구리 시트의 회수율을 측정하였다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 회수율(%) | 98 | 98 | 96 | - | 88 | - |
위 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따라 얻어진 구리시트는 불순물이 거의 존재하지 않으며, 버려지는 구리도 거의 없는 것으로 확인되었다. 특히, 실시예 2에서 얻어진 구리시트를 벌크 형태(덩어리)로 성형하여 열처리한 결과, 불순물인 탄소시트가 육안으로 확인되지 않았으며 XRD로도 분석 한 결과, 불순물이 분석되지 않고 구리만 분석되었다. 그러므로 실시예 1 내지 3에서 얻어진 순수한 구리시트는 별다른 추가공정 없이 바로 재활용하여 사용될 수 있다.
반면, 비교예 1 및 3의 구리시트에는 카본시트가 다량으로 잔존하여 있고, 잔존하는 카본시트로 인하여 순수한 구리만의 함량을 측정할 수 없어 회수율을 측정하지 못했다. 또한, 비교예 2의 구리시트는 불순물(탄소시트)이 거의 남아있지 않았지만 구리시트 표면이 산화되어, 이를 재활용하기 위해서는 환원공정을 거쳐야 하는 불편이 있으며, 고농도의 염산으로 구리시트가 손상되어 회수율이 저하되는 것을 확인하였다.
Claims (5)
- 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극을 10 내지 30% 농도의 산용액에 침지시킨 후 상기 산용액에 200 내지 300 W 세기의 초음파를 10 내지 30분 동안 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 구리시트를 분리하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 산용액은 pH 2 내지 3으로 유지되는 것을 특징으로 하는 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 구리시트를 분리하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산용액은 염산, 질산, 인산 및 황산으로 이루어진 용액 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 구리시트를 분리하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극을 산용액과 초음파로 처리하는 단계를 1회 내지 5회 더 반복하는 것을 특징으로 하는 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 구리시트를 분리하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극을 산용액과 초음파로 처리하는 단계 이후에 카본시트와 분리된 구리시트를 세척하는 단계 및 10 내지 30 ℃의 온도에서 건조하는 단계를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 구리시트 양면에 카본시트가 구비된 전극으로부터 구리시트를 분리하는 방법.
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