KR101718422B1 - 연속열처리 방식 폐전지 처리장치 및 이를 이용한 리튬계전지로부터 유가금속의 회수방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속열처리 방식 폐전지 처리장치 및 이를 이용한 리튬계전지로부터 유가금속의 회수방법에 관한 것으로, 본 발명은 프레임(10)과, 상기 프레임(10)의 내부공간에 위치되고 내부에 피처리물인 폐전지가 위치되는 처리공간(S1)이 형성된 반응조(30)와, 상기 처리공간(S1)과 외부를 선택적으로 연통시키도록 내부에 가스차단도어(34)가 위치되고 상기 반응조(30)의 처리공간(S1)으로 작업대상물을 투입하는 경로가 되는 투입구(33)를 포함한다. 그리고, 상기 반응조(30)의 처리공간(S1)과 연결되어 상기 처리공간(S1)을 진공상태로 형성하는 진공형성수단(40)이 구비된다. 이와 같은 본 발명의 처리장치에서는 반응조(30)에서 폐전지에 대한 전처리공정이 진행되는 과정에서 반응조(30)의 내부를 진공상태로 형성함과 동시에 불활성가스를 주입하여 폐전지가 열처리중에 폭발하는 것을 방지하여 작업안정성이 향상될 수 있다.

Description

연속열처리 방식 폐전지 처리장치 및 이를 이용한 리튬계전지로부터 유가금속의 회수방법{Continuous Heat treatment apparatus and Method of Recovering Valuable Metals from Lithium Battery using the same}
본 발명은 폐전지로부터 금속을 회수하기 위한 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐전지에서 금속을 회수하기 위한 전처리 공정이 진공 및 불활성 가스를 이용한 반응조 내에서 연속 열처리됨으로써 이루어지는 연속열처리 방식 폐전지 처리장치 및 이를 이용한 리튬계 전지로부터 유가금속의 회수방법에 관한 것이다.
폐전지란 예를 들면, 리모콘, 계산기, 무전기, 전자시계, 카세트, 완구 등 각종 전자기기의 전원으로 사용되는 1차 전지와 핸드폰, 노트북, 자동차용 배터리 등 충전이 가능한 2차 전지가 수명이 다해 발생하는 폐기물을 일컫는다.
이와 같은 폐전지에는 은, 코발트, 니켈, 아연, 망간, 리튬, 구리 등의 유가금속들이 포함되어 있어 유한한 자원을 효율적으로 재활용하기 위해 폐전지로부터 유가금속을 회수하는 기술개발이 요구되고 있다. 또한, 폐전지에는 유해금속인 납, 카드뮴, 수은 등을 비롯하여 KOH, NH4Cl, 리튬염, H2SO4 등이 전해액으로 사용되고 있어 환경에 미치는 영향을 고려하여 재활용 기술을 개발해야 할 필요가 있다.
종래에 개발된 폐전지 재활용 기술들은 수거된 폐전지를 각 전지별, 예컨대 1차 전지와 2차 전지별로 각각 분류하는 공정, 그 분류된 폐전지를 파쇄하는 공정, 파쇄물을 체로 분급하는 공정, 회수하고자 하는 금속과 잔사를 선별하는 공정이 전처리 공정으로 이루어진다.
그런데, 이러한 종래기술에서는 수거된 폐전지를 1차 전지와 2차 전지의 전지별로 분류 및 파쇄해야 하는 공정이 필요하고, 폐전지를 직접 파쇄하는 공정에서는 전지의 폭발성 위험이 발생하며, 또한 발생하는 전해액과 그 가스가 대기 중에 노출됨으로써 환경에 큰 부담을 주고 있다.
이와 같은 점을 고려해서 선행기술문헌으로 제시된 바와 같은 방법으로 폐전지에서 유가금속을 회수하는 방법이 제공되었으나, 여기서는 한 번에 정해진 양만큼의 폐전지만을 반응조에 투입하여 작업을 진행하였다. 따라서, 한 번에 처리할 수 있는 양이 상대적으로 적어 폐전지에 대한 전처리에서 대량처리가 어려운 문제점이 있었다.
또한, 반응조를 사용하는 종래기술에서도 여전히 반응조 내부에서의 폭발위험을 가지고 있어 안정성이 떨어지며, 열처리를 마친 처리물을 반응조로부터 외부로 꺼내는 작업이 불편한 문제점도 있었다.
대한민국 등록특허 제 10-132638 호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 반응조 내에 폐전지를 연속적으로 투입하여 전처리 과정을 진행할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열처리 과정에서 반응조 내의 폭발 위험을 줄이는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 열처리를 마친 피처리물을 반응조 외부로 용이하게 배출하고, 또한 피처리물을 반응조 내부로 용이하게 투입할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 프레임과, 상기 프레임의 내부공간에 위치되고 내부에 피처리물인 폐전지가 위치되는 처리공간이 형성된 반응조와, 상기 처리공간과 외부를 선택적으로 연통시키도록 내부에 가스차단도어가 위치되고 상기 반응조의 처리공간으로 작업대상물을 투입하는 경로가 되는 투입구와, 상기 반응조의 처리공간과 연결되어 상기 처리공간을 진공상태로 형성하는 진공형성수단을 포함하여 구성된다.
상기 반응조에는 상기 반응조의 처리공간과 연결되어 외부로부터 상기 처리공간 내부로 불활성기체를 투입하는 가스주입구가 더 구비된다.
상기 진공형성수단에는 로터리펌프가 구비되어 상기 반응조의 처리공간 내부를 선택적으로 진공상태로 형성한다.
상기 반응조에는 가스배출구가 구비되어 상기 반응조의 처리공간 내부에서 발생하는 유해가스와 더스트를 외부로 배출한다.
상기 가스배출구와 상기 투입구 사이에는 연결배관이 구비되어, 상기 투입구를 통해 상기 처리공간 내부의 유해가스와 더스트가 외부로 배출되는 것을 방지한다.
상기 투입구의 상단은 상기 반응조의 방향으로 경사지게 연장되고 상기 투입구의 상단에 입구가 형성된다.
상기 반응조의 내부에는 피처리물인 폐전지를 수납한 수납장치가 선택적으로 삽입되고, 상기 수납장치의 하부에는 이동장치가 구비되며 상기 프레임 및 상기 반응조는 일측으로 개구되어, 상기 수납장치는 상기 반응조의 개구된 일측을 통해 상기 반응조의 처리공간에 삽입되거나 처리공간으로부터 분리된다.
상기 수납장치에는 차폐플레이트가 구비되어, 상기 수납장치가 상기 반응조의 처리공간에 위치되면 상기 처리공간의 개구된 일측을 차폐한다.
상기 수납장치는 이동장치가 구비된 하부프레임과, 상기 하부프레임으로부터 상방으로 연장되는 상부프레임과, 상기 상부프레임에 구비되고 내부에 피처리물을 보관할 수 있는 수납공간이 형성되는 바스켓을 포함하여 구성된다.
상기 바스켓은 상기 상부프레임으로부터 분리가능하도록 구성되고, 상기 바스켓에는 호이스트에 의해 선택적으로 걸어지는 걸이부가 구비되어 상기 바스켓은 상기 호이스트에 의해 승강가능하다.
상기 이동장치는 바퀴 또는 이동레일로 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 프레임, 반응조, 진공형성수단, 투입구를 포함하는 연속연처리 방식 폐전지 처리를 이용하여 리튬계 전지로부터 연속 열처리 공정에 의한 유가금속의 회수방법에 있어서, 진공형성수단을 이용하여 상기 반응조의 내부를 진공상태로 형성하는 진공형성단계와, 상기 투입구의 가스차단도어를 개방하여 피처리물인 폐전지를 투입하여 열처리하는 열처리단계와, 상기 폐전지 투입단계 후에, 반응조 내부의 유해가스나 더스트가 외부로 배출되는 것을 방지하기 위해 상기 가스차단도어를 폐쇄되는 폐쇄단계와, 상기 가스배출구를 통하여 열처리 중 발생하는 유해가스 및 더스트를 방출하는 가스배출단계와, 상기 가스배출단계의 방출된 더스트에 포함되어 있는 유가금속분말을 집진기를 거쳐 분리한 후 처리하는 가스처리단계와, 상기 열처리단계를 통해 열처리된 폐전지를 상기 반응조로부터 수거하는 수거단계와, 상기 수거된 폐전지를 파쇄 또는 분쇄한 후 상기 패쇄 또는 분쇄된 폐전지의 유가금속분말을 분리 및 회수하는 회수단계를 포함하여 구성된다.
상기 진공형성단계에 이어 가스주입구를 통해 상기 반응조의 처리공간 내부로 불활성기체를 투입하는 단계가 더 포함된다.
상기 열처리단계에 앞서 상기 반응조의 처리공간으로 입출되는 수납장치에 피처리물을 투입한 후에, 상기 수납장치를 이동시켜 상기 반응조의 처리공간으로 삽입시키는 수납장치삽입단계가 더 포함된다.
상기 수거단계에 앞서 상기 반응조의 처리공간으로부터 상기 수납장치를 분리하여 외부로 배출하는 반응조분리단계가 더 포함된다.
상기 진공형성단계에 이어, 상기 반응조 내부의 폭발을 방지하기 위하여 가스주입구를 통해 불활성 가스를 상기 반응조의 처리공간 내부로 주입하는 단계가 더 포함된다.
위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 연속열처리 방식 폐전지 처리장치 및 이를 이용한 리퓸계전지로부터 유감속의 회수방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 본 발명에 의한 처리장치는 반응조에서 열처리작업이 진행되는 중에도 반응조의 내부로 폐전지를 투입할 수 있도록 하였으므로, 폐전지 처리장치에서의 전처리 양이 크게 늘어날 수 있게 되어 보다 많은 양의 유가금속을 보다 신속하게 폐전지로부터 얻을 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 처리장치에서는 반응조에서 폐전지에 대한 전처리공정이 진행되는 과정에서 반응조의 내부를 진공상태로 형성함과 동시에 불활성가스를 주입하여 폐전지가 열처리중에 폭발하는 것을 방지하여 작업안정성이 좋아지고 처리장치의 내구성도 향상되는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 처리장치에서는 수납장치가 처리장치의 측면으로 이동가능하게 구비되어, 먼저 처리장치를 반응조의 외부로 분리하여 피처리물인 폐전지를 투입한 후 반응조 내부로 위치시켜 열처리할 수 있고, 열처리 후에는 다시 분리하여 폐전지를 외부로 배출할 수 있으므로 처리작업성이 향상되고 결과적으로 생산성이 좋아지는 효과도 있다.
또한, 반응조의 내부에서 외부로 유해가스 및 먼지(dust)를 바로 방출하지 않고, 가수배출구를 통해 배출한 후 이를 처리하여 대기중으로 배출함으로써 보다 환경친화적으로 유가금속을 회수할 수 있게 되는 효과도 있다.
그리고, 본 발명에서는 피작업물을 반응조로 투입하는 투입구와 가스배출구를 연결하여, 반응조 내부에서 발생하는 유해가스 및 먼지가 투입구를 통해 반응조 외부로 배출되는 것 또한 차단하므로 보다 개선된 친환경적인 작업공정이 가능하게 되는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 의한 연속열처리 방식 폐전지 처리장치의 바람직한 실시례의 구성을 보인 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 처리장치의 상면을 보인 평면도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 연속열처리 방식 폐전지 처리장치로부터 반응조가 입출되는 모습을 순차적으로 보인 동작상태도.
도 5는 본 발명의 유가금속의 회수방법의 일실시예에 따른 플로우차트.
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명에 의한 연속열처리 방식 폐전지 처리장치(이하 '폐전지 처리장치'라 함)은 프레임(10, 도 4참조)이 그 외관과 골격을 구성한다. 상기 프레임(10)은 스테인레스 스틸로 만들어져 처리장치 내외부의 하중을 견딜 수 있도록 하는 것으로, 특히 내부의 방음재(미도시)를 안정적으로 보호하는 역할을 한다. 상기 프레임(10)이 반드시 스테인레스 스틸로 만들어져야 하는 것은 아니며, 일반적으로 동일 또는 유사한 기능을 하는 금속 재질로 만들어질 수 있다.
상기 프레임(10)은 도 1 및 도 2에서 보듯이 대략 육면체형상의 프레임몸체(12)을 가질 수 있으며, 하부에는 이동수단(15)이 구비된다. 상기 이동수단(15)은 바퀴나 레일구조일 수 있는데, 본 실시례에서는 다수개의 바퀴로 구성된다.
상기 프레임(10)의 내부공간에는 반응조(30)가 설치된다. 상기 반응조(30)는 상기 프레임(10)의 측면에 입구가 구비된다. 상기 반응조(30)는 본 실시례에서는 사각형상으로 만들어져 있다. 하지만, 상기 반응조(30)의 형상은 다양하게 만들어질 수 있다. 상기 반응조(30))도 스테인레스 스틸로 만들어질 수 있는데, 내폭발성, 내열성 및 내식성이 뛰어날 것이 요구되므로, 예를 들면, SUS 3103S로 만들어진다. 이는 SUS 3103S가 Ni-Cr을 많이 함유하고 있어 고온산화에 저항력이 우수하며 고온강도가 좋기 때문이다.
도시되지는 않았으나, 상기 반응조(30)에는 발열체가 있다. 상기 발열체는 상기 반응조(30) 자체의 내부 또는 상기 반응조(30)의 외면에 설치되어 열을 발생시킨다. 상기 발열체는 반응조(30) 내부에서의 열처리에 필요한 열을 발생시킨다.
상기 반응조(30)의 외면과 프레임(10)의 내면 사이에 형성된 공간에는 방음재가 설치될 수도 있다. 상기 방음재는 상기 반응조(30) 내부에서 발생하는 소음을 최소화하기 위한 것이다. 상기 방음재는 내화재의 역할도 할 수 있는 것을 사용하면 좋다. 상기 방음재는 상기 반응조(30)의 외측면과 상기 프레임(10)의 내측면 사이에 위치하거나, 또는 상기 반응조(30)의 저면과 프레임(10)의 바닥 사이에도 둘 수 있다.
상기 반응조(30)의 상부하우징(32)에는 투입구(33)가 설치된다. 상기 투입구(33)는 상기 반응조(30)의 내부로 작업대상물인 폐전지를 투입하는 부분이다. 상기 투입구(33)는 상기 상부하우징(32)을 관통하여 설치되는 것이다.
도 2에서 보듯이, 상기 투입구(33)는 전체적으로 상기 상부하우징(32)을 관통하므로 상기 상부하우징(32)에 대해 직교하게 연직방향으로 연장된다. 하지만, 상기 투입구(33)의 상단 일부는 경사지게 연장된다. 상기 투입구(33)의 상단이 경사지게 연장되는 방향은 상기 반응조(30)를 평면으로 볼 때, 반응조(30)의 중심방향이다. 이와 같이 투입구(33)의 상단이 형성되는 것은, 상기 투입구(33)의 선단에 형성된 입구를 통해 상기 프레임(10)의 외측에서 상기 투입구(33)로 폐전지를 투입하는 작업이 용이하게 하도록 하기 위함이다.
상기 투입구(33)는 본 실시례에서는 상기 상부하우징(32)을 관통하여 설치되어 있으나, 상기 반응조(30)의 측면을 관통하여 설치될 수도 있다.
상기 투입구(33)의 입구 내측에는 가스차단도어(34)가 설치된다. 상기 가스차단도어(34)는 상기 반응조(30) 내부와 외부의 환경이 서로 영향을 미치는 것을 방지하고, 특히 상기 반응조(30) 내부에서의 열처리 작업중에 발생하는 가스와 더스트(dust)가 폐전지의 투입작업중에 외부로 배출되지 못하도록 하는 것이다.
상기 가스차단도어(34)는 상기 투입구(33)의 내면에 그 가장자리가 밀착될 수 있는 구조를 가지는 것이 좋고, 개폐시의 회전중심이 되는 회전축에 탄성부재가 설치되어 가스차단도어(34)를 밀어 개방한 후에 가스차단도어(34)를 밀던 힘을 제거하면 자동으로 닫히도록 구성된다. 이와 같이 하여, 폐전지를 투입하는 과정에서 반응조(30)의 내부와 외부의 환경이 서로 영향을 미치는 것을 방지한다.
상기 상부하우징(32)에는 또한 가스배출구(37)가 다수 곳에 설치된다. 상기 가스배출구(37)는 열처리 과정에서 발생하는 유해가스와 더스트를 방출하는 것이다. 상기 가스배출구(37)는 집진기(미도시)에 연결되어 있어, 집진기에서 상기 더스트를 걸러줄 수 있도록 한다. 상기 더스트는 일반적으로 전지분말로 구성되고, 주 성분은 유가금속분말이다. 상기 유해가스는 스크러버로 이동되어 스크러버 내에서 유동되고 있는 NaOH용액으로 중화되어 대기로 배출된다. 상기 가스배출구(37)가 반드시 상기 상부하우징(32)에 설치되어야 하는 것은 아니다. 예를 들면 상기 반응조(30)의 측면을 관통하여 설치될 수도 있다.
상기 가스배출구(37)의 일단에는 클램프(38)가 구비된다. 상기 클램프(38)는 개폐가능한 구조로서, 아래에서 설명될 진공형성수단(40)에 의해 반응조(30)의 내부가 진공상태가 되면 이를 유지할 수 있도록 한다.
이때, 상기 가스배출구(37)와 상기 투입구(33) 사이에는 연결배관(35)이 구비된다. 이에 따라, 상기 투입구(33)를 통해 상기 처리공간(S1) 내부의 유해가스와 더스트가 상기 투입구(33)를 통해 외부로 배출되지 않고 연결배관(35)을 통해 가스배출구(37)로 유도될 수 있다. 즉, 상기 연결배관(35)을 통하여 열처리과정뿐 아니라, 상기 투입구(33)를 통해 폐전지를 투입하는 과정에서도 유해가스와 더스트가 투입구(33)를 통해 배출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 반응조(30)의 처리공간(S1)에는 진공형성수단(40)이 연결된다. 상기 진공형성수단(40)은 상기 반응조(30)의 처리공간(S1)과 연결되어 상기 처리공간(S1)을 진공상태로 형성하는 역할을 한다. 상기 진공형성수단(40)에 의해 상기 반응조(30)의 처리공간(S1)이 진공상태가 됨에 따라, 처리공간(S1)의 산소를 최대한 제거할 수 있으며, 따라서 폐전지 처리과정에서 폭발가능성을 최소화할 수 있게 된다. 상기 진공형성수단(40)에는 로터리펌프가 구비되어 상기 반응조(30)의 처리공간(S1) 내부를 선택적으로 진공처리할 수 있으며, 본 실시례에서는 상기 로터리펌프를 5분이내, 최대 10-4torr까지 진공제어한다. 물론, 상기 진공형성수단(40)은 반드시 로터리펌프에 한정될 필요는 없으며, 기계적 진공 펌프, 분사 펌프, 또는 확산 펌프 등 다양한 구성이 가능하다.
상기 반응조(30)에는 상기 반응조(30) 내부의 처리공간(S1)과 연결되어 외부로부터 상기 처리공간(S1) 내부로 불활성기체를 투입하는 가스주입구(42)가 구비된다. 상기 가스주입구(42)는 도시된 실시례에서는 4개가 설치되어 있다. 상기 가스주입구(42)는 상기 반응조(30) 내부로 연장된 길이가 다르게 형성될 수도 있는데, 이는 상기 가스주입구(42)를 통해 주입되는 불활성가스, 예를 들면 질소(N2)가 반응조(30)의 내부에 보다 균일하게 분포할 수 있도록 하기 위함이다. 상기 가스주입구(42)를 통해 주입되는 불활성가스는 상기 반응조(30) 내부에서 폐전지의 폭발을 최소화하는 역할을 한다.
상기 반응조(30)의 상부하우징(32)에는 센서(45)가 구비된다. 상기 센서(45)는 상기 반응조(30) 내부의 온도를 측정하기 위한 것이다. 상기 센서(45)는 상기 상부하우징(32)의 중앙을 관통하여 상기 반응조(30)의 내부로 연장되게 설치된다. 물론, 상기 센서(45)는 상기 반응조(30)의 온도 뿐아니라, 진공상태, 압력상태, 습도 등 다양한 환경조건을 측정하는 복합센서일 수도 있다.
상기 프레임(10)의 개구된 측면을 통해서 수납장치(50)가 입출된다. 상기 수납장치(50)는 그 일부가 상기 반응조(30)의 처리공간(S1)에 삽입되어 피처리물인 폐전지를 수납하게 되는데, 상기 수납장치(50)가 열처리된 폐전지를 수납한 상태로 그 자체가 폐전지 처리장치의 외부로 분리됨에 따라, 폐전지의 수거가 매우 용이하게 이루어질 수 있다.
물론 반대로 아직 열처리되지 않은 피처리물이 상기 수납장치(50)에 수납된 상태로 반응조(30)의 처리공간(S1) 내부로 투입될 수도 있다.
상기 수납장치(50)에 대해 보다 상세하게 설명하면, 상기 수납장치(50)는 이동장치(55)가 구비된 하부프레임(51)과, 상기 하부프레임(51)으로부터 상방으로 연장되는 상부프레임(53)으로 구성된다.
상기 이동장치(55)는 바퀴나 이동레일로 구성되어, 상기 수납장치(50)가 상기 반응조(30)의 처리공간(S1) 내부 또는 외부로 용이하게 이동할 수 있게 된다. 도시된 실시례에서는 상기 이동장치(55)가 바퀴로 구성되나, 바닥에 구비된 레일을 따라 이동되는 이동레일구조로 구성될 수도 있다.
상기 상부프레임(53)에는 받침대(56)가 구비되고, 상기 받침대(56)에는 바스켓(57)이 안착된다. 상기 바스켓(57)은 피처리물인 폐전지를 실질적으로 수납하는 부분으로, 도 3에서 보듯이 상기 바스켓(57)에는 수납공간(S2)이 형성되어 있다.
상기 수납장치(50)의 상부프레임(53)에는 차폐플레이트(59)가 구비되는데, 상기 차폐플레이트(59)는 상기 수납장치(50)가 상기 반응조(30)의 처리공간(S1)에 삽입되면 상기 처리공간(S1)의 개구된 일측을 차폐하는 역할을 한다. 상기 차폐플레이트(59)는 반응조(30)의 입구에 형성된 개구부(39)와 밀착된 후에 볼트와 같은 고정수단에 의해 서로 결합될 수 있다. 물론 상기 처리공간(S1)의 진공상태를 보다 긴밀하게 유지할 수 있도록, 상기 차폐플레이트(59)와 상기 개구부(39) 사이에는 실링부재가 구비될 수도 있다.
이때, 상기 바스켓(57)은 상기 받침대(56)로부터 분리가능하도록 구성되고, 상기 바스켓(57)에는 호이스트(미도시)에 의해 선택적으로 걸어지는 걸이부(58)가 구비된다. 이에 따라 상기 바스켓(57)은 상기 호이스트에 걸이부(58)가 걸어져 용이하게 승강될 수 있다.
이하 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 연속열처리 방식 폐전지 처리장치를 사용하여 폐전지에서 유가금속을 뽑아내기 위한 전처리 공정을 수행하고, 다음의 공정을 수행하여 유가금속을 폐전지에서 분리하는 방법을 설명한다.
먼저 도 4에서 보듯이, 반응조(30)로부터 수납장치(50)를 분리한 상태에서 상기 수납장치(50)의 바스켓(57)에 피처리물인 폐전지를 투입하는 작업이 선행된다.(S10) 즉, 전처리에 앞서 수납장치(50)를 이용하여 폐전지를 상기 반응조(30)의 처리장치 내부에 투입하는 것이다.(S20) 물론, 본 단계는 생략되고, 차후에 반응조(30)를 가열한 후에 투입구(33)를 통해 폐전지를 투입할 수도 있으며, 바스켓(57)을 이용한 폐전지 투입과 투입구(33)를 통한 폐전지의 투입 방식을 동시에 사용할 수도 있다.
이때, 상기 수납장치(50)에는 이동장치(55)가 구비되므로 상기 수납장치(50)의 이동은 매우 용이하게 이루어질 수 있다.
상기 수납장치(50)가 처리공간(S1) 내부로 삽입되면, 상기 반응조(30)의 처리공간(S1) 내부를 진공상태로 형성한다.(S30) 즉, 상기 진공형성수단(40)에 의해 상기 반응조(30)의 처리공간(S1) 내부가 진공상태가 되는 것인데, 본 실시례에서는 진공형성수단(40)에 구비된 로터리펌프를 이용하여 5분이내, 최대 10-4torr까지 진공제어한다. 이에 따라 상기 처리공간(S1)의 내부에 산소가 제거되고 열처리단계에서 폭발가능성이 최대한 억제될 수 있다.
이 상태에서 가스주입구(42)를 통하여 상기 반응조(30)의 처리공간(S1) 내부로 불활성기체를 주입한다. 본 실시례에서는 질소(N2)가 처리공간(S1) 내부로 주입된다. 물론, 상기 가스주입은 본 단계에서 생략되고 차후에 열처리 과정에서 이루어질 수도 있고, 또는 열처리과정에서 추가로 불활성기체의 주입이 이루어질 수도 있다.
다음으로 반응조(30)의 열처리가 이루어진다.(S40) 상기 반응조(30)는 상기 수납장치(50)가 삽입되어 밀폐됨에 의해 처리공간(S1)이 외부와 차폐되어 폐전지에 대한 전처리를 할 수 있는 상태가 된다. 상기 반응조(30)에서 폐전지의 열처리가 가능하도록 하기 위해서는, 상기 발열체가 발열하여 반응조(30)의 온도를 470 ~ 550℃ 정도로 만든 후에, 상기 투입구(33)를 통해 분당 10개 정도의 폐전지를 투입하면서 열처리를 하게 된다. 상기 반응조(30)에서 처리가능한 폐전지의 전체 양은 상기 반응조(30)의 크기에 따라 다르나, 전지 공급속도는 1분에 5 ~ 15개의 속도로 반응조(30)에 폐전지를 넣는 것이 바람직하다. 물론, 앞서 수납장치(50)를 이용하여 처리공간(S1) 내부에 폐전지를 투입한 상태일 수도 있다.
상기 투입구(33)는 상기 가스차단도어(34)에 의해 차폐되어 있어 반응조(30) 내부와 외부의 환경이 서로 영향을 주는 것을 방지하는데, 폐전지를 열처리를 위해 투입할 때에는 상기 가스차단도어(34)를 잠시 개방하여 폐전지를 투입하게 된다. 상기 폐전지를 투입하고 나면 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 가스차단도어(34)가 다시 닫혀서 상기 반응조(30) 내부에서 유해가스나 더스트가 외부로 배출되는 것을 방지한다.
상기 폐전지를 상기 투입구(33)를 통해 반응조(30)의 내부로 투입하는 과정에서 상기 입구가 경사지게 반응조(30)의 중심방향으로 향해 있어 작업자가 보다 쉽게 상기 투입구(33)를 통해 폐전지를 반응조(30)의 내부로 투입할 수 있다.
상기와 같이 작업이 이루어지는 과정에서는 상기 가스주입구(42)를 통해 불활성가스를 상기 반응조(30)의 내부로 주입하여, 내부에서 폭발이 발생하는 것을 방지하고, 상기 냉각수주입구를 통해 냉각수를 주입하여 시일이 열화되는 것을 방지한다.
한편, 상기 가스배출구(37)를 통해서는 열처리 중에 발생하는 유해가스와 더스트가 방출된다(S50). 상기 방출되는 유해가스와 더스트는 집진기를 거치고 다시 스크러버를 거치게 된다. 이와 같은 과정에서 상기 더스트에 있는 유가금속분말들이 걸러지고(S51), 유해가스는 스크러버에서 NaOH용액으로 중화되어 대기로 배출된다(S52).
정해진 용량의 폐전지를 상기 반응조(30) 내부로 투입하여 전처리 과정이 모두 끝나게 되면, 상기 반응조(30) 내부에 남아 있는 열처리된 폐전지를 수거하게 된다(S60).
이를 위해서 먼저 상기 수납장치(50)가 상기 반응조(30)로부터 분리된다. 즉 상기 수납장치(50)는 이동장치(55)에 의해 이동가능하므로, 열처리가 끝난 후에 상기 수납장치(50) 자체를 반응조(30) 외부로 분리하는 것이다.
이렇게 되면, 도 4에 보듯이 상기 수납장치(50)의 바스켓(57)이 외부로 노출되고, 바스켓(57)의 수납공간(S2)에는 열처리된 폐전지가 수납된 상태이다.
이 상태에서 바스켓(57)의 분리를 위해 호이스트가 사용될 수도 있다. 상기 호이스트의 호이스트모터가 구동되어 견인고리가 상기 바스켓(57)의 걸이부(58)에 걸어지게 한다. 이 상태에서 상기 견인고리를 상승시키면 상기 바스켓(57)이 상승하면서 바스켓(57)을 이동시킬 수 있게 된다.
이와 같이 연속열처리를 거친 폐전지는 상기 수납장치(50)에서 수거되어(S70), 파쇄기로 전달되고, 파쇄기에서 파/분쇄를 실시한 후(S80), 자력 선별 및 체거름(sieving)기로 전지구성품 및 전지내 유가금속분말을 분리 및 회수하게 된다(S90).
이와 같은 공정 사이클에서 상기 폐전지를 수거하는 단계(S60)가 종료된 반응조(30)에 수납장치(50)를 삽입하는 단계(S20)부터 다시 시작함으로써 공정을 연속적으로 실시하도록 할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
예를 들어, 상기한 실시례에서는 반응조(30)에 수납장치(50)가 분리가능하도록 수납되는 것을 예로 들었으나, 상기 수납장치(50)는 반응조(30)에 고정된 것일 수도 있다.
12: 프레임 30: 반응조
32: 상부하우징 33: 투입구
34: 가스차단도어 35: 연결배관
37: 가스배출구 40: 진공형성수단
42: 가스주입구 45: 센서
50: 수납장치 57: 바스켓

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  12. 프레임, 반응조, 진공형성수단, 투입구를 포함하는 연속연처리 방식 폐전지 처리를 이용하여 리튬계 전지로부터 연속 열처리 공정에 의한 유가금속의 회수방법에 있어서,
    진공형성수단을 이용하여 상기 반응조의 내부를 진공상태로 형성하는 진공형성단계와,
    상기 투입구의 가스차단도어를 개방하여 피처리물인 폐전지를 투입하여 열처리하는 열처리단계와,
    상기 폐전지 투입단계 후에, 반응조 내부의 유해가스나 더스트가 외부로 배출되는 것을 방지하기 위해 상기 가스차단도어를 폐쇄되는 폐쇄단계와,
    가스배출구를 통하여 열처리 중 발생하는 유해가스 및 더스트를 방출하는 가스배출단계와,
    상기 가스배출단계의 방출된 더스트에 포함되어 있는 유가금속분말을 집진기를 거쳐 분리한 후 처리하는 가스처리단계와,
    상기 열처리단계를 통해 열처리된 폐전지를 상기 반응조로부터 수거하는 수거단계와,
    상기 수거된 폐전지를 파쇄 또는 분쇄한 후 상기 파쇄 또는 분쇄된 폐전지의 유가금속분말을 분리 및 회수하는 회수단계를 포함하여 구성되는 연속열처리 방식 폐전지 처리장치를 이용한 리튬계 전지로부터 유가금속의 회수방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 진공형성단계에 이어 상기 반응조 내부의 폭발을 방지하기 위하여 가스주입구를 통해 불활성 가스를 상기 반응조의 처리공간 내부로 주입하는 단계가 더 포함됨을 특징으로 하는 연속열처리 방식 폐전지 처리장치를 이용한 리튬계 전지로부터 유가금속의 회수방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 열처리단계에 앞서 상기 반응조의 처리공간으로 입출되는 수납장치에 피처리물을 투입한 후에, 상기 수납장치를 이동시켜 상기 반응조의 처리공간으로 삽입시키는 수납장치삽입단계가 더 포함됨을 특징으로 하는 연속열처리 방식 폐전지 처리장치를 이용한 리튬계 전지로부터 유가금속의 회수방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 수거단계에 앞서 상기 반응조의 처리공간으로부터 상기 수납장치를 분리하여 외부로 배출하는 반응조분리단계가 더 포함됨을 특징으로 하는 연속열처리 방식 폐전지 처리장치를 이용한 리튬계 전지로부터 유가금속의 회수방법.
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