KR101915684B1 - 리튬 흡탈착 장치 및 이를 이용한 리튬 흡탈착 방법 - Google Patents

리튬 흡탈착 장치 및 이를 이용한 리튬 흡탈착 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일렬로 배치된 복수개의 반응조; 상기 반응조 상부에 배치되는 가이드레일: 상기 가이드레일을 따라 이동하는 호이스트에 체결되어 이동이 가능한 구동부; 및 상기 구동부에 장착되고, 리튬 흡착제가 고정된 상태로 수직이동 또는 회전이 가능하여, 상기 반응조에 침지된 후 교반되어 리튬이 흡착 또는 탈착되거나 인양된 이후에 회전운동하여 상기 리튬 흡착제에 잔류된 용액을 배출하는 반응케이스를 포함하는 리튬 흡탈착 장치에 관한 것이다.
따라서 리튬 흡탈착 장치는 리튬 흡착제를 대량으로 고정하고, 리튬함유용액에 침지하여 리튬을 효율적으로 흡착한 이후에 탈착액에서 빠르고 신속하게 리튬을 탈착하며, 세척액에서 리튬이 탈착된 리튬 흡착제를 빠르고 효과적으로 세척할 수 있다.

Description

리튬 흡탈착 장치 및 이를 이용한 리튬 흡탈착 방법{Apparatus for adsorption and desorption of lithium and recovery method using thereof}
본 발명은 리튬 흡탈착 장치 및 이를 이용한 리튬 흡탈착 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 흡착제를 사용하여 보다 효과적으로 리튬을 흡착하거나 탈착하는 리튬 흡탈착 장치 및 이를 이용한 리튬 흡탈착 방법에 관한 것이다.
리튬은 이차전지, 특수 유리, 산화물 단결정, 항공, 스프링재 등에 폭넓게 이용되는 희소의 비철금속이다. 특히 최근 휴대폰, 노트북 및 전기 자동차 산업의 발전에 따라 다량의 이차전지가 요구되어 리튬의 소비량은 계속 증가하고 있는 추세이다.
리튬은 자연 상태에서 염의 형태로 존재하고, 주로 소금 호수, 암염 등에 전체 매장량의 70 % 이상이 분포되며, 대개 탄산리튬 형태로 회수된다.
다만 리튬 산출국이 편재되어 생산량이 일정하지 못하여 안정적인 리튬의 확보가 매우 어려우며, 안정적인 리튬의 확보는 산업발전을 위한 필수조건이 되어가고 있다.
리튬을 다수 확보할 수 있는 자원으로 해수가 각광받고 있는데 해수에는 약 2천 3백억 톤의 리튬이 용해되어 있는 것으로 보고되었다.
그러나 해수가 포함하는 리튬의 농도가 해수 1 리터당 0.17 mg으로 매우 낮아 리튬 이온 회수에 대한 경제성을 높이기 어려운 실정이다.
해수에서 리튬 이온의 회수를 위해서 이온교환 흡착법, 용매추출법, 공침법과 같은 방법들이 연구되었으며, 이러한 시도 중에서 매우 높은 선택도를 가진 이온교환 특성을 지닌 망간 산화물계 무기물 흡착제를 이용한 리튬 이온 회수 방법이 가장 바람직한 방법 중 하나이다.
이에 다양한 망간 산화물계 무기물 흡착제가 개발되고 있다.
망간 산화물계 무기 흡착제는 리튬망간산화물을 제조한 후 산처리 과정을 통해 리튬을 위상 용출(topotactic extraction)시킴으로써 리튬이온-홀(lithium ion-hole)이 형성된 이온체(ion-sieve) 형태로 제조되어 높은 선택성의 장점을 가진다.
상기 망간 산화물계 무기 흡착제를 실해역 혹은 리튬이온이 포함된 용액에 적용하기 위해서는 성형과정이 필요하며, 이를 위하여 리튬망간산화물 분말을 바인더와 혼합한 후 우레탄 발포제를 침지시켜 성형하여 리튬을 효과적으로 흡착할 수 있는 리튬 흡착제가 개시되어 있다(특허 문헌 1).
다만 일정한 형태로 성형된 리튬 흡착제의 경우 대량으로 리튬함유용액에 침지하여 리튬을 흡착할 필요성이 있으며, 리튬을 흡착한 이후에 리튬의 회수를 위하여 탈착액을 사용하여 리튬을 탈착하고 탈착과정에서 흡착제 내부에 다량으로 잔류하는 탈착액을 효과적으로 제거하여 리튬 회수공정의 효율을 높이는 장치가 매우 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0557824호
따라서, 본 발명은 일정 형태로 성형된 다공성 리튬 흡착제를 가지고 리튬을 흡착한 이후에 이를 효율적으로 세척하여 리튬 이외의 오염물질을 리튬 흡착제에서 제거하고 이를 탈착액에 침지하여 신속히 리튬을 탈착하며, 탈착액을 농축하여 리튬 회수효율을 증가시키는 리튬 흡탈착 장치 및 이를 이용한 리튬 흡탈착 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면
일렬로 배치된 복수개의 반응조;
상기 반응조 상부에 배치되는 가이드레일:
상기 가이드레일을 따라 이동하는 호이스트에 체결되어 이동이 가능한 구동부; 및
상기 구동부에 장착되고, 리튬 흡착제가 고정된 상태로 수직이동 또는 회전이 가능하여, 상기 반응조에 침지된 후 리튬의 흡착 또는 탈착을 가속하고, 인양된 이후에 회전운동하여 상기 리튬 흡착제에 잔류된 용액을 배출하는 반응케이스를 포함하는 리튬 흡탈착 장치를 제공한다.
또한 상기 구동부는 상기 호이스트에 체결되는 체인과,
상기 체인과 연결되어 수직 이동이 가능하고, 모터가 구비되는 베이스판과,
상기 베이스판 일측에 구비되고 상기 모터를 수직 이동시키는 구동기, 및
상기 모터에 체결되어 상기 반응케이스를 회전시키는 구동축을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일시예에 따르면, 본 발명은
리튬함유용액이 채워진 리튬수조가 배치되는 리튬공급부;
상기 리튬공급부 일측에 배치되고, 내측에 복수개의 세척조와 탈착조가 구비되는 반응부;
상기 리튬공급부와 반응부 테두리에서 연장되는 복수개의 프레임에 안착된 가이드레일;
상기 가이드레일을 따라 이동 가능한 호이스트에 체결되는 구동부;
상기 구동부에 장착되고, 리튬 흡착제가 고정된 상태로 수직이동 또는 회전이 가능하여, 상기 리튬수조에 침지되어 리튬을 흡착하거나, 상기 세척조 또는 탈착조에 침지된 후 교반되어 리튬 흡착제를 세척하거나 리튬이 탈착되고, 수직으로 인양되어 회전에 의한 원심력으로 상기 리튬 흡착제에 잔류된 용액을 배출하는 반응케이스; 및
상기 반응부 일측에 배치되어 상기 호이스트와 구동부의 이동을 제어하는 제어부를 포함하는 리튬 흡탈착 장치를 제공한다.
또한 상기 리튬함유용액은 해수, 염수, 지열수, 및 리튬 폐용액으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한 상기 복수개의 세척조 및 탈착조는 세척액이 채워진 세척조와 산 수용액이 채워진 탈착조가 일렬로 교대하여 배치될 수 있다.
또한 상기 탈착조는 일측에 리튬이 탈착되어 농축된 탈착액을 공급받아 저장하는 리튬농축탱크가 구비될 수 있다.
또한 상기 가이드레일은 상기 리튬공급부 및 상기 반응부의 상부에 이격되게 구비되어 상기 호이스트에 체결된 구동부가 리튬수조, 세척조 또는 탈착조의 상부에 위치하도록 배치될 수 있다.
또한 상기 구동부는 상기 세척조 또는 탈착조 상부에 장착되어 내부에 채워진 세척액 또는 탈착액이 상기 세척조 또는 탈착조 외부로 유출되는 것을 방지하는 베이스판과, 상기 베이스판의 일측에 구비되는 모터와, 상기 베이스판을 관통하고 일단이 상기 모터와 체결되고 타단이 상기 반응케이스에 체결되어 반응케이스를 회전시키는 구동축과, 상기 베이스판 일측에 구비되고 상기 모터를 수직으로 이동시키는 복수개의 리니어 액추에이터, 및 상기 베이스판 일측에서 연장되어 상기 호이스트의 체인에 체결이 가능한 외부프레임을 포함할 수 있다.
또한 상기 구동부는 상기 반응케이스를 하부로 수직 이동시켜, 상기 리튬수조 또는 탈착조에 침지하고 일 방향 또는 타방향으로 회전시켜 반응케이스에 고정된 리튬 흡착제에 리튬의 흡착 또는 탈착을 가속하고, 상기 반응케이스를 상부로 수직 이동시키고, 일 방향 또는 타방향으로 일정 속도로 회전하여 상기 리튬 흡착제 내부의 다공에 잔류하는 리튬함유용액 또는 탈착액을 리튬 흡착제 외부로 모두 배출시킬 수 있다.
또한 상기 반응케이스는 일측에서 상기 구동축과 연결된 케이스프레임과,
상기 케이스프레임에 체결되어 상기 리튬 흡착제를 지지하여 고정시키는 지지선반, 및 상기 케이스프레임의 외주면을 감싸며 리튬함유용액 또는 탈착액이 통과되는 내부식성 재질로 구비된 케이스메쉬로 이루질 수 있다.
또한 상기 케이스프레임은 일측에 슬라이드 도어 또는 힌지로 고정된 도어가 구비되어, 일면이 개방되고 상기 리튬 흡착제를 상기 지지선반에 장입할 수 있다.
또한 상기 리튬 흡착제는 리튬이 용출된 망간산화물이 다공성 지지체에 부착되어, 리튬함유용액에서 리튬을 흡착하고, 산 수용액에서 리튬이 탈착되며, 상기 반응케이스에 고정될 수 있도록 블록 형상으로 제조될 수 있다.
또한 상기 리튬공급부와 상기 반응부는 외주의 일면을 따라 테두리부가 배치되고, 상기 테두리부의 상부에는 안전레일이 구비될 수 있다.
또한 상기 반응부는 상기 반응부의 테두리에 구비된 레일에 장착되어 상기 반응부 내측에서 이동 가능한 작업대가 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은
(a) 리튬 흡착제를 준비하여 반응케이스에 장착하는 단계;
(b) 상기 반응케이스를 리튬수조에 침지하고 회전시켜 리튬의 흡착을 가속하는 단계;
(c) 리튬이 흡착된 상기 리튬 흡착제를 상기 반응케이스와 함께 인양하여 세척액이 채워진 세척조에 침지하고 상기 반응케이스를 회전시켜 리튬 흡착제를 세척하는 단계;
(d) 세척된 리튬 흡착제를 탈착액이 채워진 탈착조에 침지하고 반응케이스를 회전시켜 리튬을 탈착하는 단계;
(e) 리튬이 탈착된 상기 리튬 흡착제를 인양하고 회전시켜 원심력으로 내부에 잔류하는 탈착액을 탈거하는 단계; 및
(f) 리튬을 함유하는 탈착액을 회수하여 분리 저장하는 단계를 포함하는 리튬 흡탈착 장치를 이용한 리튬 흡탈착 방법을 제공한다.
또한 상기 (e) 단계 이후에
상기 리튬 흡착제의 손상 또는 오염 여부를 확인하여 손상되거나 오염된 경우에 상기 반응케이스 내의 리튬 흡착제를 교체하는 단계, 또는
상기 (b) 단계로 회귀시켜 리튬을 다시 흡착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 흡탈착 장치는 리튬 흡착제를 대량으로 고정하고, 리튬함유용액에 침지하여 리튬을 효율적으로 흡착한 이후에 리튬함유용액을 탈거하고, 세척조에서 오염물질 및 기타 금속을 효과적으로 제거한 이후에, 연속하여 탈착액에 침지하여 빠르고 효율적인 공정으로 리튬을 탈착하고 탈착액을 분리 회수하여 고농도의 리튬을 함유하는 탈착액을 저장하여 리튬 회수 효율을 크게 증가시킬 수 있다.
또한 리튬 흡착제에 리튬을 흡착시키는 과정, 리튬 흡착제를 세척하는 과정 및 리튬 흡착제를 탈착액에 침지하여 리튬을 탈착하는 과정 이후에 리튬 흡착제에 잔류하는 용액을 빠르고 효과적으로 제거하여 공정의 효율을 높을 수 있다.
또한 리튬 흡탈착 장치는 다공성 지지체로 이루어진 리튬 흡착제에 보다 효과적으로 리튬을 흡탈착 하기 위하여 리튬함유용액 또는 탈착액으로 채워진 반응기를 서로 인접하게 배치하여 리튬 흡착 공정에 연이어 리튬 탈착 공정을 수행하도록 하여 리튬 회수효율을 크게 증가시킨다.
또한 리튬 흡착제가 다공성 지지체를 사용하기 때문에 리튬함유용액 또는 탈착액에 침지하여 반응시키는 것 만으로는 리튬을 내부 다공 깊은 곳까지 흡착시키거나 탈착하기 어려우나, 리튬 흡착제를 침지한 상태에서 리튬 흡착제를 회전시켜 와류 및 에어레이션을 형성하도록 하는 과정으로 다공 속 깊은 곳까지 리튬함유용액 또는 탈착액이 침투하도록 하여 리튬 흡탈착 효율을 증가시킬 수 있다.
또한 세척조 및 탈착조를 교대로 배치하여 세척과정과 탈착과정을 연속으로 수행하고, 복수개의 탈착조를 배치하여 농축된 탈착액을 분리 저장하여 리튬을 효과적으로 포집할 수 있다.
또한 일정한 형상으로 제조된 리튬 흡착제를 규격화된 케이스에 채우고, 이를 사용하여 대량으로 리튬의 흡착, 리튬의 탈착 및 리튬 흡착제의 세척 과정을 연속으로 진행될 수 있어서, 리튬 흡탈착 공정 전체 효율이 증가할 뿐만 아니라 리튬 생산량이 크게 증가되며, 작업자가 리튬 흡착제를 직접 장착하거나 분리하여 이송할 필요가 없으므로 작업자의 작업량을 대폭 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 흡탈착 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 흡탈착 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에 따른 리튬 흡탈착 장치의 구동부의 측단면도이다.
도 4는 도 2에 따른 리튬 흡탈착 장치의 반응케이스의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 리튬 흡탈착 장치를 이용한 리튬 흡탈착 방법의 공정순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명자들은 다공을 가지는 리튬 흡착제를 일정 형상으로 제조하는 경우에는 표면적이 증가되어 리튬 흡착량이 증가되나, 이를 대량으로 리튬함유용액에 침지하는 경우에 다공 깊은 곳까지 리튬이 침투되지 않아서 리튬 흡착률이 낮은 문제가 있으며, 다공 내에 잔류하는 용액 및 이물질을 효과적으로 처리하기도 어려운 점을 확인하고, 리튬 흡착제를 블록 형상으로 성형하여 반응케이스에 고정하고, 상기 반응케이스를 리튬함유용액, 세척액 또는 탈착액에 침지한 상태로 일정 이상의 속도로 회전시키는 경우 에어레이션(aeration) 효과로 인하여 다공 내로 용액의 침투가 매우 증가하고, 다시 인양하여 일정 이상 속도로 회전시키는 경우 원심력에 의하여 잔류하는 용액을 모두 배출할 수 있는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 흡탈착 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 리튬 흡탈착 장치는 반응조(210), 가이드레일(300), 구동부(400) 및 반응케이스(500)를 포함한다.
상기 반응조(210)는 상기 구동부(400)가 가이드레일(300)을 따라 반응조(210)의 상측에서 이동하여 반응조(210)의 상부에 정확하게 위치할 수 있도록 일렬로 배치된다.
상기 반응조(210)는 리튬함유용액에 채워진 리튬함유조(211), 세척액이 채워진 세척조(212) 및 리튬 탈착액이 채워진 탈착조(213)가 교대로 배치될 수 있다.
상기 리튬함유조(211)는 일측에 리튬함유용액이 유입되는 유입구(214)와 리튬 흡착 반응 후 유출되는 유출구(215)가 구비될 수 있다.
상기 탈착조(213)은 탈착액이 유입되는 유입구(216)와 리튬이 탈착되어 리튬이 농축된 탈착액이 유출되는 유출구(217)가 구비될 수 있다.
상기 세척조(212)는 리튬함유조 및 탈착조와 동일하게 일측으로 유입구가 구비되고 타측으로 유출구가 구비되어 세척액을 연속적으로 공급받아 순환할 수 있으며, 리튬 흡착제(540)에 흡착된 리튬 이외에 기타 금속과 오염 물질을 분리하여 배출할 수 있다.
상기 구동부(400)는 상기 리튬함유조(211), 세척조(212) 및 탈착조(213)가 일렬로 서로 교대하여 배치되는 경우 각각의 리튬함유조(211), 탈착조(212) 또는 세척조(213)를 따라 이동할 수 있으며, 반응케이스(500)가 리튬함유조(211), 탈착조(212) 또는 세척조(213)의 상측에 정확하게 위치하는 경우 반응케이스(500)를 하강하고 침전시켜 리튬을 흡착 또는 탈착하거나 리튬 흡착제(540)를 효과적으로 세척하는 공정을 빠르고 효과적으로 수행할 수 있다.
상기 가이드레일(300)은 상기 반응조(210)의 상부에 이격되어 배치된다.
상기 가이드레일(300)이 배치되어 상기 구동부(400)를 이동시킬 수 있다.
상기 구동부(400)는 상기 가이드레일(300)을 따라 이동하는 호이스트(320)에 체결되어 이동 가능하다.
상기 구동부(400)가 호이스트(320)에 체결되어 이동하여 상기 반응조(210)의 상부에서 반응조(210)의 정확한 위치를 따라 이동할 수 있다.
상기 구동부(400)는 체인(311), 베이스판(420), 구동기(440) 및 구동축(450)을 포함한다.
상기 체인(311)은 일단이 구동부(400)에 체결되고 타단이 상기 호이스트(320)의 풀리에 체결되어 상기 구동부(400)를 수직 운동시킨다.
상기 베이스판(420)이 상기 체인(311)을 통하여 상기 호이스트(320)에 체결되기 때문에 상기 구동부(400)는 전체가 수직 방향으로 이동이 가능하고, 가이드레일(300)을 따라 직선으로 이동이 가능하다.
상기 베이스판(420)은 상기 체인(311)과 연결되어 수직 이동이 가능하고, 모터(430)가 구비된다.
상기 구동부(400)가 수직으로 하강하여 상기 반응케이스(500)가 반응조(210) 내부에서 리튬함유용액, 탈착액 또는 세척액에 침지될 수 있다.
상기 모터(430)는 상기 반응케이스(500)를 일 방향 또는 타 방향으로 회전시킬 수 있다.
따라서 상기 구동부(400)는 리튬 흡착제(540)가 고정된 상기 반응케이스(500)가 장착된 상태로 수직이동 또는 회전하며, 리튬함유용액, 탈착액 또는 세척액이 상기 리튬 흡착제(540) 내부로 보다 효과적으로 침투되도록 한다.
상기 구동부(400)는 상기 반응케이스(500)를 반응조(210)에서 인양하고, 이를 회전시켜 다공 깊은 곳에 잔류된 리튬함유용액, 세척액 또는 탈착액을 모두 배출할 수 있다.
상기 구동기(440)는 상기 베이스판(420)의 일측에 구비되고 상기 모터(430)를 수직 이동시킨다.
상기 구동기(440)는 구동부(400)가 상기 반응조(210)에 안착된 상태에서 반응케이스(500)를 수직 방향으로 이동시켜 상기 반응케이스(500)의 회전에 따른 에어레이션 및 교반 효과를 더욱 증가시킬 수 있다.
상기 구동축(450)은 상기 모터(430)에 체결되어 상기 반응케이스(500)를 회전시킬 수 있다.
상기 구동축(450)은 상기 모터(430)의 회전력을 상기 반응케이스(500)에 전달하여 반응케이스(500)를 일 방향 또는 타 방향으로 회전시켜, 리튬의 흡착을 가속하고 리튬의 탈착을 가속할 수 있다.
또한 상기 반응케이스(500)는 상기 모터(430)의 회전력을 전달받아 일정 이상의 속도로 회전하고 상기 반응케이스(500) 내에 고정된 리튬 흡착제(540)에 잔류하는 리튬함유용액, 세척액 또는 탈착액을 모두 배출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 흡탈착 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 리튬 흡탈착 장치의 구동부의 측단면도이며, 도 4는 도 2에 따른 리튬 흡탈착 장치의 반응케이스의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 흡탈착 장치는 리튬공급부(100), 반응부(200), 가이드레일(300), 구동부(400), 반응케이스(500) 및 제어부(600)를 포함한다.
상기 리튬공급부(100)는 내측에 리튬함유용액이 채워진 리튬수조(110)가 배치된다.
상기 리튬공급부(100)는 리튬함유용액이 채워진 리튬수조(110)가 배치되는 공간을 제공한다.
상기 리튬공급부(100)는 상기 반응부(200)와 분리되어 대량으로 리튬함유용액을 공급할 수 있다.
상기 리튬공급부(100)에는 일측에는 리튬함유용액이 유입되는 유입관(미도시) 및 유출되는 유출관(미도시)이 복수로 구비될 수 있다.
상기 유입관 및 유출관이 구비되는 경우 리튬함유용액을 지속적으로 공급하고 리튬을 회수할 수 있다.
상기 리튬함유용액은 해수, 염수, 지열수, 및 리튬 폐용액으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 리튬함유용액이 해수 또는 염수인 경우에 리튬수조(110)가 반응부(200)에서 분리되어 대형으로 구비하는 것이 바람직하다.
상기 리튬수조(110)는 상기 리튬함유용액의 종류에 따라 구비될 수 있으며, 일 실시예에서 리튬 폐액으로 이루어지는 경우에는 내부면에 에폭시 또는 PVC 코팅층이 형성되어 내산성 및 내식성을 갖는다.
상기 리튬수조(110)는 리튬공급부(100) 내에서 복수개로 분리되어 구비될 수 있으며, 이 경우 다양한 리튬 공급원에서 리튬을 회수할 수 있는 장점이 있다.
상기 반응부(200)는 상기 리튬공급부(100)의 일측에 배치되고, 내측에 복수개의 세척조(212) 및 탈착조(213)가 구비된다.
상기 반응부(200)가 상기 리튬공급부(100)의 일측에 배치되어 리튬 흡착 공정 이후에 연이어 리튬 탈착 공정을 수행할 수 있다.
상기 세척조(212) 및 탈착조(213)는 각각 세척액과 탈착액이 채워지고 일렬로 교대하여 배치될 수 있다.
상기 세척조(212)는 리튬 흡착제(540)를 세척(rinsing)할 수 있는 세척액, 상기 탈착조(213)는 산 수용액과 같은 리튬 흡착제(540)에서 리튬을 탈착할 수 있는 탈착액이 채워진다.
상기 세척조(212)와 탈착조(213)가 일렬로 배치되어 상기 구동부(400)의 이동거리를 최소로 하여 효율적으로 이동할 수 있으며, 상기 구동부(400)는 상기 세척조(212) 및 탈착조(213)의 상부에 이격되어 배치된 가이드레일(300)을 따라 최소 거리를 이동하여 상기 반응케이스(500)를 수직방향으로 하강시켜 리튬 흡착제(540)를 침지할 수 있다.
상기 세척조(212)는 리튬을 흡착한 리튬 흡착제(540)에 담수와 같은 세척액이 채워져 있으며, 리튬 흡착제(540)의 오염 물질 및 리튬을 제외한 기타 금속을 세척하고 배출하여 회수되는 리튬의 순도를 크게 증가시킬 수 있다.
상기 세척조(212)는 일측에 세척액을 회수하고 순환시켜 여과하는 여과장치(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 환경에 대한 위해 요소를 감소시킬 수 있다.
상기 탈착조(213)는 일측에 리튬이 탈착되어 농축된 탈착액을 공급받아 저장하는 리튬농축탱크(220)가 구비된다.
상기 탈착조(213)는 리튬 흡착제(540)와 탈착액의 반응으로 리튬 흡착제(540)에서 탈착된 리튬이 탈착액에 농축되며, 리튬 흡착제(540)를 반복하여 탈착시키는 경우 탈착액 중의 리튬 농도는 점차 증가한다.
상기 탈착액 중의 리튬 농도가 일정 이상으로 농축되는 경우에는 상기 탈착액을 상기 리튬농축탱크(220)로 이송하여 저장할 수 있다.
상기 리튬농축탱크(220)에 보관되는 탈착액은 리튬을 고농도로 함유하여 탈착액에서 보다 효율적으로 리튬을 회수할 수 있다.
상기 가이드레일(300)은 상기 리튬공급부(100)와 반응부(200) 테두리에서 연장되는 복수개의 프레임(310)에 안착된다.
상기 복수개의 프레임(310)은 상기 리튬공급부(100)와 반응부(200)의 테두리에서 연장된다.
상기 가이드레일(300)은 상기 구동부(400)가 수평 방향으로 이동할 수 있도록 한다.
상기 프레임(310)이 리튬공급부(100)와 반응부(200) 테두리에서 연장되고 상기 프레임(310)에 상기 가이드레일(300)이 고정되어 상기 가이드레일(300)이 상기 리튬공급부(100)와 반응부(200)의 상부에 이격되어 배치될 수 있다.
상기 가이드레일(300)은 상기 리튬공급부(100)와 반응부(200)의 상부에 이격되게 구비되어 상기 호이스트(320)에 체결된 구동부(400)가 리튬수조(110), 세척조(212) 또는 탈착조(213)의 상부에 정확하게 위치하도록 배치될 수 있도록 한다.
상기 가이드레일(300)을 따라 이동한 구동부(400)가 리튬수조(110), 세척조(212) 또는 탈착조(213)의 상부에 정확하게 위치하면, 상기 호이스트(320)에 의하여 상기 구동부(400)를 상기 리튬수조(110), 세척조(212) 또는 탈착조(213)를 향하여 하강시킬 수 있다.
도 3은 도 2에 따른 리튬 흡탈착 장치의 구동부의 측단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 구동부(400)는 상기 가이드레일(300)을 따라 이동 가능한 호이스트(320)에 체결된다.
상기 구동부(400)가 가이드레일(300)을 따라 이동하는 호이스트(320)에 체결되어 구동부(400)가 리튬수조(110), 세척조(212) 또는 탈착조(213)의 상부로 이동할 수 있으며, 상기 호이스트(320)의 작동에 따라 리튬수조(110) 또는 세척조(212) 또는 탈착조(213)를 향하여 하강한다.
상기 호이스트(320)는 가이드레일(300)을 따라 이동할 수 있는 부재이고, 상기 호이스트(320)는 가이드레일(300)을 따라 이동하고 상기 구동부(400)를 수직 방향으로 운동 시킬 수 있는 것이면 이에 한정되지 않는다.
상기 호이스트(320)의 풀리의 회전에 따라 상기 구동부(400)는 하강하여 리튬수조(110), 세척조(212) 또는 탈착조(213)의 상부에 체결될 수 있다.
상기 구동부(400)는 베이스판(420), 모터(430), 구동축(450), 리니어 액추에이터(441) 및 외부프레임(460)을 포함한다.
상기 베이스판(420)은 상기 세척조(212) 및 탈착조(213)의 상부에 장착될 수 있다.
상기 베이스판(420)의 형태는 세척조(212) 및 탈착조(213)의 외주의 형태에 대응되도록 구비되며 상기 호이스트(320)의 작동에 따라 하강하여 상기 세척조(212) 및 탈착조(213)의 상부에 체결되어 세척조(212) 및 탈착조(213)를 밀폐시키고, 내부에 채워진 세척액 또는 탈착액이 상기 구동부(400)의 작동에 따라 상기 반응케이스(500)가 강하게 회전하는 경우에도 상기 세척조(212) 및 탈착조(213)의 외부로 유출되는 것을 방지한다.
상기 베이스판(420)은 모터(430), 구동축(450), 리니어 액추에이터(441) 및 외부프레임(460)이 배치되어 고정될 수 있다.
상기 모터(430)는 상기 베이스판(420)의 일측에 구비된다.
상기 모터(430)는 상기 반응케이스(500)를 회전시키는 구동력을 제공한다.
상기 모터(430)의 하측에는 모터(430)에 체결되는 구동축(450)을 회전하도록 지지하는 축베어링(410)이 구비된다.
상기 구동축(450)은 상기 베이스판(420)을 관통하고 일단이 상기 모터(430)와 체결되고 타단이 상기 반응케이스(500)에 체결되어 상기 모터(430)에서 전달되는 회전력으로 상기 반응케이스(500)를 회전시킨다.
상기 구동축(450)은 축을 상기 모터(430)와 분리하거나 다시 체결할 수 있는 축체결장치(451)를 구비할 수 있다.
상기 축체결장치(451)는 니플(nipple)로 연결되거나 스터드 볼트(stud bolt)로 체결되는 것이 바람직하다.
상기 축체결장치(451)를 구비하는 경우에는 상기 반응케이스(500)를 상기 구동부(400)에서 완전하게 분리하여 리튬 흡착제(540)를 인출하거나 반응케이스(500)를 세척하기에 용이하다.
상기 리니어 액추에이터(441)는 상기 베이스판(420)의 일측에 구비되고 상기 모터(430)를 수직 방향으로 이동시킨다.
상기 리니어 액추에이터(441)의 작동에 의하여 상기 반응케이스(500)는 상기 반응조(210) 내부에서 세척액 또는 탈착액에 완전하게 침지되거나 탈착액 또는 세척액에서 인양될 수 있다.
이 때 상기 세척조(212) 및 탈착조(213)의 내부는 탈착액 또는 세척액이 일정 수위까지 채워지며, 내부 일부에는 빈 공간이 형성되어 상기 반응케이스(500)가 인양되면 탈착액 또는 세척액과 완전하게 분리될 수 있다.
상기 리니어 액추에이터(441)가 모터(430)를 수직 방향으로 하강하여 이동시키는 경우에 상기 반응케이스(500)는 탈착액 또는 세척액에 침지되고, 상기 모터(430)의 회전운동에 따라 반응케이스(500) 내부로 탈착액 또는 세척액이 유입된다.
이 때 상기 반응케이스(500)의 회전이 가속되어 일정 이상 속도로 회전하면 상기 반응케이스(500)과 세척액 또는 탈착액은 서로 마찰하여 에어레이션 효과를 일으키게 되며, 세척조(212) 및 탈착조(213) 내부에서 와류(vortex)가 형성되어 리튬 흡착제(540) 내부 다공 깊은 곳까지 세척액 또는 탈착액을 도포할 수 있어서 리튬의 탈착을 가속시키거나, 리튬 흡착제(540) 내부의 다공을 효과적으로 세척할 수 있다.
상기 모터(430)의 회전을 반전시키는 경우 상기 반응케이스(500)는 일 방향에서 타 방향으로 반전하여 회전하며, 이 경우에는 에어레이션 효과가 증가될 수 있다.
상기 반응케이스(500)의 회전 속도는 실험적으로 결정된다.
따라서 상기 구동부(400)는 상기 반응케이스(500)를 하부로 수직 이동시켜, 상기 리튬수조(110) 또는 반응조(210)에 침지하고 일 방향 또는 타방향으로 회전시켜 반응케이스(500)에 고정된 리튬 흡착제(540)에 리튬의 흡착 또는 탈착을 가속할 수 있다.
한편 상기 리니어 액추에이터(441)가 모터(430)를 수직 방향으로 상승하여 이동시키는 경우에는 상기 반응케이스(500)는 탈착액 또는 세척액에서 부상되어 인양된다.
상기 반응케이스(500)가 인양되는 경우에 반응케이스(500) 내에 고정된 리튬 흡착제(540) 내부 다공에서 중력에 의하여 세척액 또는 탈착액이 배출될 수 있으나, 미세한 다공에는 탈착액 또는 세척액이 잔류한다.
상기 모터(430)의 회전운동에 따라 상기 반응케이스(500)가 함께 회전하고 내부에 고정된 리튬 흡착제(540)는 내부 다공에 잔류하는 세척액 또는 탈착액을 원심력에 의하여 모두 탈거시킬 수 있다.
상기 리튬 흡착제(540)에서 탈착액을 모두 탈거하면 리튬 흡착 효율을 증가시킬 수 있고, 세척액을 모두 탈거시키는 경우 리튬 흡착제(540)가 오염되는 것을 방지하고, 리튬 이외에 기타 금속이 리튬 흡착제(540) 잔류하는 것을 방지하여 리튬 회수 시 리튬의 순도를 크게 증가시킬 수 있다.
따라서 상기 구동부(400)는 상기 반응케이스(500)를 상기 세척조(212) 또는 탈착조(213) 내부에서 상부로 수직 이동시키고, 일 방향 또는 타방향으로 일정 속도로 회전하여 상기 리튬 흡착제(540) 내부 다공에 잔류하는 세척액 또는 탈착액을 리튬 흡착제(540) 외부로 모두 탈거할 수 있다.
상기 반응부(200)는 내측에 복수개의 세척조(212) 및 탈착조(213)가 일렬로 배치되기 때문에 상기 구동부(400)의 이동을 최소로 할 수 있어서 효과적이며, 하나의 구동부(400)를 가지고 복수개의 세척조(212) 및 탈착조(213)에서 세척 및 탈착을 수행할 수 있어서 매우 효율적이다.
한편 상기 구동부(400)는 상기 가이드레일(300)을 따라 상기 리튬공급부(100)의 상측에 이격되도록 위치할 수 있다.
상기 구동부(400)가 상기 가이드레일(300)을 따라 이동하여 리튬공급부(100)의 리튬수조(110)의 상부에 정확하게 위치하는 경우에 동일하게 상기 베이스판(420)을 하강시켜 리튬수조(110)에 침지되고, 리튬수조(110) 내부의 리튬함유용액에 상기 반응케이스(500)가 침지되며 일정 이상 속도로 회전되어 리튬 흡착을 가속할 수 있다.
상기 리튬 흡착제(540)에 리튬이 흡착되면 이를 인양하고 상기 가이드레일(300)을 따라 상기 구동부(400)를 상기 세척조(212)의 상부에 위치시키고, 상기 반응케이스(500)를 하강시켜 리튬을 세척할 수 있다.
상기 외부프레임(460)은 상기 베이스판(420)의 일측에서 연장되어 상기 호이스트(320)의 체인(311)에 체결이 가능하도록 한다.
상기 외부프레임(460)은 일단에 고정고리(461)를 구비하며 상기 고정고리(461)에서 체인(311)으로 상기 호이스트(320)와 연결된다.
상기 베이스판(420)은 상기 호이스트(320)와 체결되어 상기 호이스트(320)를 이동하는 경우에도 상기 베이스판(420)을 안정적으로 이동시킬 수 있다.
도 4는 도 2에 따른 리튬 흡탈착 장치의 반응케이스(500)의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 반응케이스(500)는 케이스프레임(510), 지지선반(520), 및 내부식성 재질로 구비된 케이스메쉬(530)를 포함한다.
도 4를 참조하면, 상기 반응케이스(500)는 고정블록 형상으로 제조된 리튬 흡착제(540)를 고정한 상태로 상기 리튬수조(110) 또는 세척조(212) 또는 탈착조(213) 내부로 인입되어 리튬함유용액, 세척액 또는 탈착액과 접촉하여 반응하는 동안 리튬 흡착제(540)를 고정한다.
상기 리튬 흡착제(540)는 성형 시 규격화되어 블록 형상으로 제조될 수 있다.
상기 리튬 흡착제(540)는 하이알루미나 또는 내산화성 세라믹 재질로 이루어진 다공성 지지체에 리튬망간산화물을 도포하고, 이를 산처리하여 리튬 이온이 위상용출(topotactic extraction) 되어 형성된 이온체형 망간산화물일 수 있다.
상기 망간산화물은 스피넬 구조의 이온체형 망간산화물, 특히 3차원(1Х3) 터널 구조를 가지는 스피넬 구조의 망간산화물이 바람직하며, 화학식 HnMn2-xO4(여기서, 1=n≤=1.33, 0≤=x≤=0.33, n≤=1+x임)로 나타나는 망간 산화물이 바람직하고, H1.33 Mn1.67 O4가 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 성능이 향상된 H1.6 Mn1.6 O4 및 H1.6 (Mnx-My, x+y=1)1.6 O4(M;전이금속 혹은 망간과 치환 가능한 기타 원소)과 같은 변형된 망간산화물도 본 발명에 따른 실시예에 이용할 수 있다.
상기 리튬 흡착제(540)는 블록 형상이 바람직하나, 반응케이스(500)에 고정되는 형상이면 이에 제한되지 않는다.
상기 리튬 흡착제(540)가 블록 형상으로 제조되는 경우 반응케이스(500) 내에 고정하기 매우 용이하다.
상기 리튬 흡착제(540)는 다공성 지지체에 망간산화물이 균일하게 도포되어 다공 깊은 곳까지 부착되어 있으며, 다공에 리튬함유 용액을 접촉시켜 리튬을 흡착시키고, 다시 탈착액을 사용하여 리튬을 회수할 수 있으며, 리튬을 탈착하여 내면 다시 리튬 흡착제(540)로 재생된다.
따라서 상기 리튬 흡착제(540)의 다공 내부 깊은 위치까지 리튬함유용액, 탈착액 또는 세척액을 침투시키기 어려우나, 이를 다공 내부까지 침투키는 경우 리튬 회수 공정의 효율을 크게 증가시킬 수 있다.
상기 반응케이스(500)는 케이스프레임(510), 지지선반(520) 및 케이스메쉬(530)를 포함한다.
상기 반응케이스(500)는 해수 또는 산 수용액에 부식이 최대한 방지될 수 있도록 에폭시 수지와 같은 내부식성 물질로 처리하는 것이 바람직하다.
상기 케이스프레임(510)은 일측에서 상기 구동축(450)과 체결된다.
상기 케이스프레임(510)은 상기 구동축(450)과 체결되어 구동축(450)의 회전에 따라 함께 회전하고, 상기 반응케이스(500)도 회전한다.
상기 지지선반(520)은 상기 케이스프레임(510)에 체결되어 리튬 흡착제(540)를 지지하여 고정한다.
상기 케이스프레임(510)이 구비되어 지지선반(520)이 안착되는 구조를 제공할 수 있다.
상기 지지선반(520)은 리튬 흡착제(540)가 리튬함유용액, 탈착액 또는 세척액과 접촉하여 각각 리튬 흡탈착 및 세척하는 동안 리튬 흡착제(540)를 강하게 고정한다.
상기 지지선반(520)은 리튬 흡착제(540)를 고정하기 위하여 가이드편(미도시)이 구비되거나, 리튬 흡착제(540)가 삽입되어 고정될 수 있는 구조로 구비되어, 리튬 흡착제(540)가 회전되거나 리튬함유용액, 탈착액 또는 세척액이 매우 강하게 침투되는 경우에도 리튬 흡착제(540)가 지지선반(520)에서 분리되거나 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
상기 케이스프레임(510)은 일측에 슬라이드 도어(미도시) 또는 힌지(511)로 고정된 도어가 구비되어, 일면이 개방되기 때문에 상기 리튬 흡착제(540)를 상기 지지선반(520)에 용이하게 장입할 수 있다.
상기 도어가 구비되어 상기 반응케이스(500)를 개방할 수 있는 경우에는 리튬 흡착제(540)가 오염되거나 파손되는 경우에도 일부만 교체할 수 있다.
상기 케이스메쉬(530)는 케이스프레임(510)의 외주면을 감싸서 상기 리튬 흡착제(540)가 반응케이스(500) 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있으며, 리튬함유용액, 세척액 및 탈착액의 유입과 유출이 자유롭기 때문에 리튬 흡착제(540)의 흡착 및 탈착 반응을 촉진할 수 있다.
상기 제어부(600)는 상기 반응부(200)의 일측에 배치되어 상기 호이스트(320)와 구동부(400)의 이동을 제어한다.
상기 제어부(600)는 상기 구동부(400)가 상기 호이스트(320)에 의하여 이동하는 것을 제어하고, 상기 구동부(400)가 하강하여 반응조(210)에 안착한 이후에 상기 반응케이스(500)가 회전하는 것을 제어하여 리튬 흡탈착 과정 및 리튬 흡착제(540) 세척과정을 모두 제어할 수 있다.
상기 리튬공급부(100)와 상기 반응부(200)는 외주의 일면을 따라 테두리부(700)가 배치되고, 상기 테두리부(700)의 상부에는 안전레일(710)이 구비된다.
상기 리튬공급부(100)는 다량의 리튬함유용액이 채워지고, 상기 탈착조(212)는 산 수용액으로 이루어진 탈착액이 채워지기 때문에 작업자의 안전에 위해를 가할 수 있으므로, 상기 안전레일(710)은 리튬공급부(100)와 반응부(200)에 의도하지 않은 접근을 방지하여 작업자의 안전을 도모할 수 있다.
상기 테두리부(700)는 일측에 레일(230)이 구비되어, 상기 프레임(310)이 이동하여 다시 고정될 수 있어서 상기 프레임(310)에 안착된 가이드레일(300)을 함께 이동시키고, 반응조(210)의 개수가 증가되어도, 반응조(210)의 상부에 상기 구동부(400)가 위치할 수 있도록 한다.
상기 반응부(200)는 내측에 복수개의 반응조(210)가 구비되고, 상기 반응부(200)의 테두리에 구비된 레일에 장착되어 상기 반응부(200) 내측에서 이동 가능한 작업대(240)가 배치된다.
상기 반응부(200) 내측에 복수개의 반응조(210)가 일렬로 구비되고 상기 반응조(210)는 열을 추가하는 방식으로 반응조(210)의 숫자를 증가시킬 수 있다.
상기 작업대(240)는 반응조(210)의 증가에 따라 작업자가 반응조(210)를 확인하고 점검할 수 있는 공간을 제공하며, 상기 레일에 작업대(240)가 체결되어 이동 가능하여 반응조(210)의 개수가 증가함에 따라 작업대(240)의 위치를 변경할 수 있다.
상기 작업대(240)의 상부에는 상기 테두리부(700)와 마찬가지로 안전레일(241)이 구비되어 작업자의 안전을 도모할 수 있으며, 일측에 승하강용 사다리(242)가 구비되어 작업 편의성을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은,
(a) 리튬 흡착제를 준비하여 반응케이스에 장착하는 단계;
(b) 상기 반응케이스를 리튬수조에 침지하고 회전시켜 리튬의 흡착을 가속하는 단계;
(c) 리튬이 흡착된 상기 리튬 흡착제를 상기 반응케이스와 함께 인양하여 세척액이 채워진 세척조에 침지하고 상기 반응케이스를 회전시켜 리튬 흡착제를 세척하는 단계;
(d) 세척된 리튬 흡착제를 탈착액이 채워진 탈착조에 침지하고 반응케이스를 회전시켜 리튬을 탈착하는 단계;
(e) 리튬이 탈착된 상기 리튬 흡착제를 인양하고 회전시켜 원심력으로 내부에 잔류하는 탈착액을 탈거하는 단계; 및
(f) 리튬을 함유하는 탈착액을 회수하여 분리 저장하는 단계를 포함하는 리튬 흡탈착 장치를 이용한 리튬 흡탈착 방법을 제공한다.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 리튬 흡탈착 장치를 이용한 리튬 흡탈착 방법의 공정순서도이다.
도 5를 참조하면, 우선 고정블록 형태로 성형된 복수개의 리튬 흡착제를 지지선반이 구비된 반응케이스에 장착한다(S100).
상기 반응케이스는 리튬 흡착제를 고정하여 리튬함유용액, 탈착액 또는 세척액에 침지되어 강하게 교반되는 동안에 리튬 흡착제를 고정하고 지지할 수 있다.
상기 반응케이스를 리튬수조에 침지하고 회전시켜 리튬의 흡착을 가속한다(S200).
상기 반응케이스에는 다량의 리튬 흡착제가 고정되어 있으며, 리튬수조에는 리튬함유용액이 채워져 있어서 상기 리튬 흡착제와 리튬함유용액이 접촉하고 반응하여 리튬 흡착제는 리튬을 흡착한다.
이 때 상기 반응케이스를 회전시켜, 리튬함유조 내에서 와류를 발생시키고, 에어레이션 효과를 증가시켜 리튬함유용액이 리튬 흡착제 내부의 다공 깊은 곳까지 침투시켜 리튬이 효과적으로 흡착될 수 있다.
리튬을 흡착한 리튬흡착제를 인양하고 다시 일정한 속도로 반응케이스를 회전시켜 잔류된 리튬함유용액을 모두 탈거한다.
리튬이 흡착된 상기 리튬 흡착제를 상기 반응케이스와 함께 인양하여 세척액이 채워진 세척조에 침지하고 상기 반응케이스를 회전시켜 리튬 흡착제를 세척한다(S300).
리튬을 흡착하는 동안에 상기 반응케이스가 회전하고 리튬함유용액과 마찰하는 과정에서 리튬뿐만 아니라 오염물질과 기타 금속이 리튬 흡착제에 부착되기 때문에 상기 세척과정을 통하여 오염물질과 기타 금속을 모두 제거하여 회수되는 리튬의 순도를 증가시킬 수 있다.
상기 리튬 흡착제를 세척하는 단계도 상술한 리튬을 흡착 단계와 동일하게 리튬 흡착제를 세척액에 침지하고 이를 회전시켜 와류와 에어레이션 효과를 일으켜 세척액을 리튬 흡착제 다공 깊은 곳까지 침투시켜 세척 효과를 증대시키고, 이를 인양하여 일정한 속도로 반응케이스를 회전시켜 잔류된 세척액을 모두 탈거한다.
세척된 리튬 흡착제를 탈착액이 채워진 탈착조에 침지하고 반응케이스를 회전시켜 리튬을 탈착한다(S400).
세척된 리튬 흡착제를 반응케이스와 함께 그대로 탈착액이 채워진 탈착조에 침지하고 일 방향 또는 타 방향으로 회전시켜 탈착조 내부에서 동일하게 와류를 발생시키고, 에어레이션 효과를 증대시켜 리튬의 탈착을 가속한다.
리튬이 탈착된 상기 리튬 흡착제를 인양하고 회전시켜 원심력으로 내부에 잔류하는 탈착액을 탈거한다(S500).
리튬 흡착제 내부의 다공에 잔류하는 탈착액은 중력만으로 완전하게 제거하기 어려우나, 리튬 흡착제를 회전시켜 원심력에 의하여 잔류하는 탈착액을 모두 제거할 수 있다.
이후에는 리튬을 함유하는 탈착액을 회수하여 분리 저장한다(S600).
상기 S400에서 리튬이 탈착되어 탈착액 중에는 리튬이 농축되고, 리튬이 농축되어 일정 이상의 농도에 다다르면 이를 회수하여 리튬농축탱크에 저장할 수 있다.
상기 리튬농축탱크에 고농도의 리튬을 함유하는 탈착액을 보관하는 경우 리튬 회수 효율을 매우 증가시킬 수 있다.
한편 상기 S500 이후에 상기 리튬 흡착제의 손상 또는 오염 여부를 확인하여 상기 리튬 흡착제가 손상되거나 오염된 경우에, 상기 반응케이스 내의 리튬 흡착제를 교체하거나, 상기 S200으로 회귀시켜 리튬을 다시 흡착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
리튬 흡착제의 세척 단계와 리튬의 탈착 단계가 연속으로 수행되고 리튬의 탈착 이후에 리튬 흡착제를 다시 리튬과 반응시킬 수 있으므로, 리튬 흡착제가 손상되거나 오염되지 않은 경우 이를 회수하여 다시 리튬함유용액에 침지하여 리튬을 연속으로 흡착할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 리튬 흡탈착 장치를 이용한 리튬 흡탈착 방법은 리튬 흡착제를 일정 형상으로 제조하고 이를 고정하는 반응케이스를 구비하고, 이를 리튬함유용액, 세척액 또는 탈착액에 순서대로 침지하여 각각 리튬을 흡착하거나 탈착하고, 리튬 흡착제를 세척하는 공정을 매우 신속하고 효과적으로 수행하여 리튬 회수 효율을 크게 증가시킬 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 리튬 흡탈착 장치 및 이를 이용한 리튬 흡탈착 방법에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 리튬공급부 110 : 리튬수조
200 : 반응부
210 : 반응조 211 : 리튬함유조
212: 세척조 213: 탈착조
214, 216 : 유입구 215, 217 : 유출구
220 : 리튬농축탱크 230 : 레일
240 : 작업대 241 : 안전레일
242 : 사다리
300 : 가이드레일
310 : 프레임 311 : 체인
320 : 호이스트
400 : 구동부
410 : 축베어링 420: 베이스판
430 : 모터 440: 구동기
441 : 리니어 액추에이터 450 : 구동축
451 : 축체결장치 460 : 외부프레임
461: 고정 고리
500 : 반응케이스
510 : 케이스프레임 511 : 힌지
520 : 지지선반 530 : 케이스메쉬
540 : 리튬흡착제
600 : 제어부
700 : 테두리부 710:안전레일

Claims (16)

  1. 일렬로 배치된 복수개의 반응조;
    상기 반응조 상부에 배치되는 가이드레일;
    상기 가이드레일을 따라 이동하는 호이스트에 체결되어 이동이 가능한 구동부; 및
    상기 구동부에 장착되고, 리튬 흡착제가 고정된 상태로 수직이동 또는 회전이 가능하여, 상기 반응조에 침지된 후 리튬의 흡착 또는 탈착을 가속하고, 인양된 이후에 회전운동하여 상기 리튬 흡착제에 잔류된 용액을 배출하는 반응케이스를 포함하되,
    상기 구동부는 상기 호이스트에 체결되는 체인과, 상기 체인과 연결되어 수직 이동이 가능하고, 모터가 구비되며 상기 반응조의 외주의 형태에 대응되도록 구비되는 베이스판과, 상기 베이스판 일측에 구비되고 상기 모터를 수직 이동시키는 구동기, 및 상기 모터에 체결되어 상기 반응케이스를 회전시키는 구동축을 구비하고, 상기 구동축은 축체결장치가 구비되어 상기 반응케이스가 상기 구동부에서 분리 가능한 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  2. 삭제
  3. 리튬함유용액이 채워진 리튬수조를 구비하는 리튬공급부;
    상기 리튬공급부 일측에 배치되고, 내측에 복수개의 세척조 및 탈착조가 구비되는 반응부;
    상기 리튬공급부와 반응부 테두리에서 연장되는 복수개의 프레임에 안착된 가이드레일;
    상기 가이드레일을 따라 이동 가능한 호이스트에 체결되는 구동부;
    상기 구동부에 장착되고, 리튬 흡착제가 고정된 상태로 수직이동 또는 회전이 가능하여, 상기 리튬수조에 침지되어 리튬을 흡착하거나, 상기 세척조 또는 탈착조에 침지된 후 교반되어 리튬 흡착제를 세척하거나 리튬이 탈착되고, 수직으로 인양되어 회전에 의한 원심력으로 상기 리튬 흡착제에 잔류된 용액을 배출하는 반응케이스; 및
    상기 반응부 일측에 배치되어 상기 호이스트와 구동부의 이동을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 구동부는 상기 세척조 또는 탈착조 상부에 장착되며, 상기 세척조 또는 탈착조의 외주의 형태에 대응되도록 구비되어 내부에 채워진 세척액 또는 탈착액이 외부로 유출되는 것을 방지하는 베이스판과, 상기 베이스판의 일측에 구비되는 모터와, 상기 베이스판을 관통하고 일단이 상기 모터와 체결되고 타단이 상기 반응케이스에 체결되어 반응케이스를 회전시키는 구동축과, 상기 베이스판 일측에 구비되고 상기 모터를 수직으로 이동시키는 복수개의 리니어 액추에이터, 및 상기 베이스판 일측에서 연장되어 상기 호이스트의 체인에 체결이 가능한 외부프레임을 구비하고, 상기 구동축은 축체결장치가 구비되어 상기 반응케이스가 상기 구동부에서 분리 가능한 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  4. 제3항에 있어서
    상기 리튬함유용액은
    해수, 염수, 지열수, 및 리튬 폐용액으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  5. 제3항에 있어서
    상기 복수개의 세척조 및 탈착조는
    세척액이 채워진 세척조와 산 수용액이 채워진 탈착조가 일렬로 교대하여 배치된 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  6. 제5항에 있어서
    상기 탈착조는
    일측에 리튬이 탈착되어 농축된 탈착액을 공급받아 저장하는 리튬농축탱크가 구비된 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  7. 제3항에 있어서
    상기 가이드레일은
    상기 리튬공급부 및 상기 반응부의 상부에 이격되게 구비되어 상기 호이스트에 체결된 구동부가 리튬수조, 세척조 또는 탈착조의 상부에 위치하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  8. 삭제
  9. 제3항에 있어서
    상기 구동부는
    상기 반응케이스를 하부로 수직 이동시켜, 상기 리튬수조 또는 탈착조에 침지하고 일 방향 또는 타방향으로 회전시켜 반응케이스에 고정된 리튬 흡착제에 리튬의 흡착 또는 탈착을 가속하고,
    상기 반응케이스를 상부로 수직 이동시키고, 일 방향 또는 타방향으로 일정 속도로 회전하여 상기 리튬 흡착제 내부의 다공에 잔류하는 리튬함유용액 또는 탈착액을 리튬 흡착제 외부로 모두 배출시키는 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  10. 제3항에 있어서
    상기 반응케이스는
    일측에서 상기 구동축에 연결되는 케이스프레임과,
    상기 케이스프레임에 체결되어 상기 리튬 흡착제를 지지하여 고정시키는 지지선반, 및
    상기 프레임의 외주면을 감싸며 리튬함유용액, 세척액 또는 탈착액이 통과되는 내부식성 재질로 구비된 케이스메쉬로 이루지는 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 케이스프레임은
    일측에 슬라이드 도어 또는 힌지로 고정된 도어가 구비되어, 일면이 개방되고 상기 리튬 흡착제를 상기 지지선반에 장입할 수 있는 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 리튬 흡착제는
    리튬이 용출된 망간산화물이 다공성 지지체에 부착되어, 리튬함유용액에서 리튬을 흡착하고, 산 수용액에서 리튬이 탈착되며,
    상기 반응케이스에 고정될 수 있도록 블록 형상으로 제조된 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  13. 제3항에 있어서
    상기 리튬공급부와 상기 반응부는
    외주의 일면을 따라 테두리부가 배치되고, 상기 테두리부의 상부에는 안전레일이 구비된 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 반응부는
    상기 반응부의 테두리에 구비된 레일에 장착되어 상기 반응부 내측에서 이동 가능한 작업대가 배치되는 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치.
  15. (a) 리튬 흡착제를 준비하여 반응케이스에 장착하는 단계;
    (b) 상기 반응케이스를 리튬수조에 침지하고 회전시켜 리튬의 흡착을 가속하는 단계;
    (c) 리튬이 흡착된 상기 리튬 흡착제를 상기 반응케이스와 함께 인양하여 세척액이 채워진 세척조에 침지하고 상기 반응케이스를 회전시켜 리튬 흡착제를 세척하는 단계;
    (d) 세척된 리튬 흡착제를 탈착액이 채워진 탈착조에 침지하고 반응케이스를 회전시켜 리튬을 탈착하는 단계;
    (e) 리튬이 탈착된 상기 리튬 흡착제를 인양하고 회전시켜 원심력으로 내부에 잔류하는 탈착액을 탈거하는 단계; 및
    (f) 리튬을 함유하는 탈착액을 회수하여 분리 저장하는 단계를 포함하되,
    상기 (c) 및 (d) 단계에서 상기 반응케이스가 상기 세척조 및 탈착조 내부에 밀폐되어 상기 세척액 및 탈착액이 외부로 배출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 리튬 흡탈착 장치를 이용한 리튬 흡탈착 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후에
    상기 리튬 흡착제의 손상 또는 오염 여부를 확인하여 손상되거나 오염된 경우에 상기 반응케이스 내의 리튬 흡착제를 교체하는 단계, 또는
    상기 (b) 단계로 회귀시켜 리튬을 다시 흡착시키는 단계를 더 포함하는 리튬 흡탈착 장치를 이용한 리튬 흡탈착 방법.
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