KR102241464B1 - Lithium recovering device in electrolysis apparatus, method for recovering lithium and electrolysis apparatus - Google Patents
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Abstract
보다 효과적으로 리튬을 회수할 수 있으며, 리튬 회수 공정을 단축하고, 연속적으로 리튬 회수 작업을 수행할 수 있도록, 전해설비의 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬을 가두어 모으는 내통과, 상기 내통에 금속리튬이 이동되는 통로를 통해 연결되어 비중차에 의해 용융염 위로 부유하는 금속리튬이 수거되는 회수통을 포함하여, 상기 내통의 통로를 용융염 상부의 금속리튬 위치로 이동시켜 금속리튬을 내통에서 회수통으로 이동시키는 구조의 리튬 회수 장치 및 리튬 회수 방법을 제공한다.In order to more effectively recover lithium, shorten the lithium recovery process, and perform the lithium recovery operation continuously, an inner pass that is installed to enclose the negative electrode of the electrolytic facility to trap and collect the agglomerated metal lithium, and the metal lithium in the inner tube. Including a recovery container for collecting metal lithium floating on the molten salt due to a specific gravity difference connected through the moving passage, the passage of the inner tube is moved to a position of metal lithium above the molten salt, so that the metal lithium is transferred from the inner container to the recovery container. It provides a lithium recovery device and a lithium recovery method having a structure to move.
Description
본 발명은 금속 리튬을 제조하는 용융염 전해 설비에서 음극에 전착된 금속 리튬을 보다 용이하게 회수할 수 있도록 된 리튬 회수 장치 및 리튬 회수 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium recovery apparatus and a lithium recovery method capable of more easily recovering metallic lithium electrodeposited on a negative electrode in a molten salt electrolysis facility for producing metallic lithium.
일반적으로, 리튬은 리튬이차전지, 유리, 세라믹, 합금, 윤활유, 제약 등 각종 산업전반에 다양하게 사용되고 있다. 리튬은 예를 들어, 용융염 전해 공정을 통해 제조될 수 있다.In general, lithium is widely used in various industries such as lithium secondary batteries, glass, ceramics, alloys, lubricants, and pharmaceuticals. Lithium can be produced, for example, through a molten salt electrolysis process.
용융염 전해 공정은 용융 상태의 LiCl염(LiCl-KCl 또는 LiCl-Li2O)으로부터 리튬을 전착시켜 고순도의 금속리튬을 분리 회수하는 공정이다. The molten salt electrolysis process is a process of separating and recovering high-purity metallic lithium by electrodepositing lithium from a molten LiCl salt (LiCl-KCl or LiCl-Li 2 O).
용융염 전해공정을 통해 리튬을 회수하는 공정을 살펴보면 다음과 같다.The process of recovering lithium through the molten salt electrolysis process is as follows.
고온으로 용융된 용융염이 수용된 전해조에 음극과 양극을 설치하고 전기를 인가하게 되면, 음극에 금속 리튬(Li)이 전착된다. 금속 리튬이 음극에 응집되면 전해조의 온도를 용융점 이하로 낮추어 용융 상태의 염을 응고시킨다. 그리고 금속 리튬이 응집되어 있는 하우징을 전해조에서 분리한 후, 하우징으로부터 금속 리튬을 분리 회수한다.When a negative electrode and a positive electrode are installed in an electrolytic bath containing a molten salt melted at a high temperature and electricity is applied, metallic lithium (Li) is electrodeposited on the negative electrode. When metallic lithium aggregates on the negative electrode, the temperature of the electrolyzer is lowered to below the melting point to solidify the molten salt. Then, after the housing in which metallic lithium is aggregated is separated from the electrolyzer, metallic lithium is separated and recovered from the housing.
이와 같이, 종래에는 염에 비해 금속 리튬의 융점이 낮다는 것을 이용하여, 전해조를 융점 이하로 냉각하고 응고된 염으로부터 리튬이 응집되어 있는 하우징을 분리하여 리튬을 분리 회수하였다. As described above, conventionally, using the fact that the melting point of metallic lithium is lower than that of the salt, the electrolyzer was cooled to the melting point or lower, and the housing in which lithium was aggregated from the solidified salt was separated to separate and recover lithium.
그러나, 상기한 종래의 구조는 용융염을 가열하고 냉각하는 과정을 반복함에 따라 많은 에너지를 사용하며, 최종적으로 리튬 회수시까지 여러 복잡한 단계를 거쳐야 하므로 효율이 떨어진다. 또한, 한번 사용된 하우징은 폐기해야 하므로 제조 원가가 상승되는 문제가 있다.However, the above-described conventional structure uses a lot of energy by repeating the process of heating and cooling the molten salt, and since it has to go through several complicated steps until finally recovering lithium, the efficiency is inferior. In addition, there is a problem in that the manufacturing cost is increased because the once used housing must be discarded.
보다 효과적으로 리튬을 회수할 수 있는 리튬 회수 장치와 리튬 회수 방법 및 전해 설비를 제공한다.A lithium recovery device capable of recovering lithium more effectively, a lithium recovery method, and an electrolysis facility are provided.
또한, 리튬 회수 공정을 단축하여 보다 간단하게 리튬을 회수할 수 있도록 된 리튬 회수 장치와 리튬 회수 방법 및 전해 설비를 제공한다.In addition, there is provided a lithium recovery device, a lithium recovery method, and an electrolysis facility capable of more simply recovering lithium by shortening the lithium recovery process.
또한, 연속적으로 리튬 회수 작업을 수행할 수 있도록 된 리튬 회수 장치와 리튬 회수 방법 및 전해 설비를 제공한다.In addition, a lithium recovery device, a lithium recovery method, and an electrolysis facility capable of continuously performing a lithium recovery operation are provided.
또한, 에너지 사용량을 줄이고 리튬 회수에 소요되는 비용을 최소화할 수 있도록 된 리튬 회수 장치와 리튬 회수 방법 및 전해 설비를 제공한다.In addition, it provides a lithium recovery device, a lithium recovery method, and an electrolysis facility capable of reducing energy consumption and minimizing the cost required for lithium recovery.
본 실시예의 회수 장치는, 용융염이 수용되어 전기분해가 이루어지는 전해조와, 상기 전해조 내에 설치되어 용융염에 음극의 전류를 인가하는 음극부와 양극의 전류를 인가하는 양극부를 포함하는 전해설비의 음극부에 구비되어 응집된 금속리튬을 용융염과 분리 회수하는 전해설비의 리튬 회수 장치이고, 상기 리튬 회수 장치는 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬을 가두어 모으는 내통과, 상기 내통에 금속리튬이 이동되는 통로를 통해 연결되어 비중차에 의해 용융염 위로 부유하는 금속리튬이 수거되는 회수통을 포함하여, 상기 내통의 통로를 용융염 상부의 금속리튬 위치로 이동시켜 금속리튬을 내통에서 회수통으로 이동시키는 구조일 수 있다.The recovery device of the present embodiment includes an electrolyzer in which molten salt is accommodated and electrolysis is performed, a cathode portion installed in the electrolyzer for applying a current of a cathode to the molten salt, and an anode portion for applying a current of the anode to a cathode of an electrolytic facility. It is a lithium recovery device of an electrolysis facility that separates and recovers the aggregated metallic lithium from the molten salt, and the lithium recovery device surrounds the negative electrode and traps and collects the aggregated metallic lithium. Including a recovery bin for collecting metal lithium floating on the molten salt due to a specific gravity difference, which is connected through a passage that is connected to the molten salt, the passage of the inner tube is moved to a position of metal lithium above the molten salt to move the metal lithium from the inner container to the recovery bin. It can be a structure.
본 실시예의 전해설비는 용융염이 수용되어 전기분해가 이루어지는 전해조와, 상기 전해조 내에 설치되어 용융염에 음극의 전류를 인가하는 음극부와 양극의 전류를 인가하는 양극부, 음극부에 구비되어 응집된 금속리튬을 포함한 경금속을 용융염과 분리 회수하는 회수 장치를 포함하고, 상기 회수 장치는 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬을 가두어 모으는 내통과, 상기 내통에 금속리튬이 이동되는 통로를 통해 연결되어 비중차에 의해 용융염 위로 부유하는 금속리튬이 수거되는 회수통을 포함하여, 상기 내통의 통로를 용융염 상부의 금속리튬 위치로 이동시켜 금속리튬을 내통에서 회수통으로 이동시키는 구조일 수 있다.The electrolytic facility of this embodiment is provided with an electrolytic cell in which molten salt is accommodated and electrolysis is performed, and a cathode unit installed in the electrolyzer to apply a cathode current to the molten salt, an anode unit applying current from the anode, and a cathode unit to be agglomerated. And a recovery device for separating and recovering light metal including metal lithium from molten salt, wherein the recovery device is installed surrounding the cathode and connected through an inner passage to trap and collect the agglomerated metal lithium, and a passage through which metal lithium is moved to the inner tube. Including a recovery container in which the metal lithium floating on the molten salt is collected due to the difference in specific gravity, the passage of the inner tube may be moved to a position of the metal lithium above the molten salt, and the metal lithium may be moved from the inner container to the recovery container.
상기 회수통은 용융염이 유입되지 않도록 하부가 막히고 내부에는 금속리튬이 수용되는 공간을 갖는 용기 형태를 이루며, 회수통의 상부와 내통의 상부 사이에 금속리튬이 이동되는 통로가 형성된 구조일 수 있다.The recovery container may have a structure in which a lower portion is blocked so that molten salt does not flow in, and a space in which metal lithium is accommodated therein, and a passage through which metal lithium moves is formed between an upper portion of the recovery container and an upper portion of the inner container. .
상기 회수통의 상단은 용융염의 수면에서 수직방향을 따라 상기 통로보다 상대적으로 높게 형성될 수 있다.The upper end of the recovery container may be formed relatively higher than the passage along a vertical direction from the water surface of the molten salt.
상기 회수통은 내통을 감싸도록 내통 외측에 배치되는 측부재와, 상기 측부재 하부와 내통 하부를 연결하는 바닥부재를 포함하여, 측부재와 바닥부재 및 내통에 의해 내부 공간을 형성하고, 상기 내통의 상단은 회수통과 연결되어 금속리튬이 이동하는 통로를 이루는 구조일 수 있다.The collection container includes a side member disposed outside the inner cylinder to surround the inner cylinder, and a bottom member connecting a lower portion of the side member and a lower portion of the inner cylinder to form an inner space by the side member, the bottom member, and the inner cylinder, and the inner cylinder The upper end of the may be connected to the recovery container to form a passage through which the metallic lithium moves.
상기 회수통의 측부재 상단은 용융염의 수면에서 수직방향을 따라 상기 내통의 상단보다 상대적으로 높게 형성될 수 있다.The upper end of the side member of the recovery container may be formed relatively higher than the upper end of the inner container along a vertical direction from the water surface of the molten salt.
상기 내통은 상하로 이동되어 상기 통로를 금속리튬 위치로 이동시키는 구조일 수 있다.The inner cylinder may be moved up and down to move the passage to the metal lithium position.
상기 내통 내측에 배치되어 내통에 모아진 금속리튬을 회수통쪽으로 밀어내는 푸시부를 더 포함할 수 있다.It may further include a push unit disposed inside the inner cylinder to push the metallic lithium collected in the inner cylinder toward the recovery cylinder.
상기 푸시부는 내통의 상단과 간격을 두고 배치되며, 금속리튬과 접하는 하면은 내통 중심부에서 외측으로 갈수록 상향으로 기울어진 경사면을 이루는 유도부재를 포함하여, 금속리튬이 상기 경사면을 따라 내통 외측으로 밀려나는 구조일 수 있다.The push unit is disposed at a distance from the upper end of the inner cylinder, and the lower surface in contact with the metal lithium includes a guide member forming an inclined surface that is inclined upward from the center of the inner cylinder to the outside, so that the metal lithium is pushed to the outside of the inner cylinder along the inclined surface. It can be a structure.
상기 유도부재는 중앙에 홀이 관통 형성되어, 음극의 전류를 인가하는 음극전극이 상기 홀을 관통하여 장착되는 구조일 수 있다.The induction member may have a structure in which a hole is formed through the center, and a cathode electrode for applying a current of the cathode is mounted through the hole.
상기 푸시부는 유도부재와 내통 사이에 설치되어 유도부재를 내통에 이격시켜 고정하는 지지부재를 더 포함할 수 있다.The push unit may further include a support member installed between the guiding member and the inner cylinder to separate and fix the guiding member to the inner cylinder.
본 실시예의 리튬 회수 방법은 용융염을 전해하여 음극부에 금속리튬을 전착시키는 단계, 음극부에 전착되어 추출된 금속리튬을 비중차에 의해 회수하는 단계를 포함하고, 상기 회수 단계는 내통을 전해조 바닥쪽을 향해 하강시켜 용융염 수면에 대한 내통의 상단 높이를 낮추는 단계, 비중차에 의해 용융염 상부에 부유하는 금속리튬이 높이가 낮아진 내통의 상단을 통해 외측의 회수통으로 이동하는 단계, 내통을 원위치로 상승시키는 단계, 회수통으로부터 모아진 금속리튬을 분리 회수하는 단계를 포함할 수 있다.The lithium recovery method of the present embodiment includes the steps of electrodepositing metallic lithium on the negative electrode by electrolyzing molten salt, and recovering the metal lithium electrodeposited and extracted on the negative electrode by a specific gravity difference, and the recovery step is performed by placing the inner cylinder into an electrolyzer. The step of lowering the height of the upper end of the inner cylinder with respect to the surface of the molten salt by descending toward the bottom, the step of moving the metallic lithium floating on the upper portion of the molten salt due to the difference in specific gravity to the outer recovery vessel through the upper end of the lowered inner cylinder. It may include the step of raising to the original position, the step of separating and recovering the metal lithium collected from the collection container.
상기 회수 단계는 내통을 하강시켰을 때 내통의 상단이 전해조의 용융염 수위 아래로 내려가지 않도록 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.The recovery step may further include maintaining the upper end of the inner cylinder so that it does not fall below the level of the molten salt of the electrolyzer when the inner cylinder is lowered.
상기 회수 단계는 용융염을 냉각하지 않고 용융 상태에서 이루어질 수 있다.The recovery step may be performed in a molten state without cooling the molten salt.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 보다 효과적으로 간단하게 리튬을 회수할 수 있다. As described above, according to the present embodiment, lithium can be more effectively and simply recovered.
또한, 리튬 회수 공정을 단축하고, 연속적으로 리튬 회수가 가능하여 생산량을 극대화할 수 있게 된다.In addition, it is possible to shorten the lithium recovery process and to continuously recover lithium, thereby maximizing the amount of production.
또한, 용융염을 냉각시키지 않아도 되므로 냉각과 재가열에 따른 에너지 사용량을 줄이고, 리튬 회수에 소요되는 비용을 최소화할 수 있게 된다.In addition, since it is not necessary to cool the molten salt, energy consumption due to cooling and reheating can be reduced, and the cost required for lithium recovery can be minimized.
또한, 리튬 회수 과정에서 사용된 장비를 반복해서 사용할 수 있게 되어 폐기물의 발생을 최소화할 수 있게 된다.In addition, since the equipment used in the lithium recovery process can be repeatedly used, the generation of waste can be minimized.
도 1은 본 실시예에 따른 리튬 회수 장치의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 리튬 회수 장치의 회수부 구성을 도시한 단면 사시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 리튬 회수 장치를 통한 리튬 회수 과정을 순차적으로 도시한 개략적인 도면이다.1 is a schematic cross-sectional side view of a lithium recovery device according to the present embodiment.
2 is a cross-sectional perspective view showing the configuration of a recovery unit of the lithium recovery device according to the present embodiment.
3 is a schematic diagram sequentially showing a lithium recovery process through the lithium recovery device according to the present embodiment.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used below is only for referring to specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. Singular forms as used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising" as used in the specification specifies a specific characteristic, region, integer, step, action, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, action, element, component and/or group It does not exclude the existence or addition of
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. As those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be easily understood, the following embodiments may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. Accordingly, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
이하 설명에서 본 실시예는 LiCl염(LiCl-KCl 또는 LiCl-Li2O)으로부터 전해공정을 통해 리튬을 전착시켜 고순도의 금속리튬을 분리 회수하는 구조를 예로서 설명한다. 본 장치는 이러한 구조에 한정되지 않으며 다양한 용융염으로부터 리튬을 포함하는 경금속을 분리 회수하는 경우에 모두 적용가능하다.In the following description, the present embodiment will be described as an example of a structure for separating and recovering high-purity metallic lithium by electrodepositing lithium from a LiCl salt (LiCl-KCl or LiCl-Li 2 O) through an electrolytic process. The present apparatus is not limited to this structure and is applicable to all cases of separating and recovering light metals including lithium from various molten salts.
도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 전해설비의 리튬 회수 장치의 구성을 도시하고 있다.1 and 2 show the configuration of a lithium recovery device of an electrolytic facility according to the present embodiment.
도면을 참조하면 본 실시예의 전해설비는 용융염(110)이 수용되어 전기분해가 이루어지는 전해조(100), 상기 전해조(100) 내에 설치되어 용융염(110)에 음극의 전류를 인가하는 음극부와 양극의 전류를 인가하는 양극부, 음극부에 구비되어 음극부에서 응집된 액상의 금속리튬(120)을 포함하는 경금속을 용융염(110)과 분리하여 회수하는 회수장치(10)를 포함한다.Referring to the drawings, the electrolytic facility of the present embodiment includes an
이를 위해, 본 회수 장치(10)는 상기 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬(120)을 가두어 모으는 내통(20)과, 상기 내통(20)에 연결되어 비중차에 의해 용융염(110) 위로 떠올라 내통(20) 외측으로 이동되는 금속리튬(120)이 수거되는 회수통(30)을 포함한다.To this end, the
이하 설명에서, 상기 용융염(110)이라 함은 융점 이상의 온도하에서 용융 상태인 염을 의미하며, 상기 금속리튬(120)은 음극부에서 전착되어 용융 상태인 리튬을 의미한다. 또한, 상 또는 위라 함은 도 1에서 y축 방향을 의미하며, 하 또는 아래라 함은 그 반대 방향을 의미한다.In the following description, the
이와 같이, 본 장치를 통해 용융 상태에서 비중차에 의해 용융염(110) 상부에 부유하는 금속리튬(120)을 용이하게 분리 회수할 수 있게 된다. In this way, it is possible to easily separate and recover the
본 실시예에서, 상기 내통(20)은 상단과 하단이 개방되고 축방향을 따라 길게 연장된 통 형태의 구조로 이루어진다. 상기 내통(20)은 전해조(100)의 용융염(110) 속으로 들어가 수직으로 배치되고, 상단은 용융염(110) 수면 위로 노출된다. 상기 내통(20)은 전해조(100)에 대해 상하로 이동가능한 구조로 되어 있다. 상기 내통(20) 내측으로 음극부의 음극 전극(200)이 배치된다. 상기 내통(20)은 용융염(110) 내부로 연장된 음극 전극(200)의 길이보다 충분히 길게 형성되어 음극 전극(200)을 충분히 감쌀 수 있도록 되어 있다.In this embodiment, the
이에, 음극 전극(200)에서 전착되어 추출된 금속리튬(120)은 음극 전극(200)을 감싸고 있는 내통(20)을 벗어나지 못하고 내통(20) 내측에서 응집되어 모아지게 된다. 용융염 상태에서는 금속리튬(120) 역시 용융 상태로, 금속리튬(120)은 내통(20) 내부에서 비중차에 의해 용융염 수면 위로 부유하여 용융염과 층을 이룬다.Accordingly, the
상기 회수통(30)은 용융염이 유입되지 않도록 용융염 내부로 들어가는 하부는 측면과 바닥면이 막혀 있고, 용융염의 상층을 이루는 금속리튬(120)이 회수되도록 내부에는 수용공간이 형성는 용기 형태의 구조물로 이루어질 수 있다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 상기 회수통(30)은 내통(20)을 감싸도록 내통(20) 외측에 배치되는 측부재(32)와, 상기 측부재(32) 하부와 내통(20) 하부를 연결하는 바닥부재(34)를 포함한다. 이에, 상기 회수통(30)은 내통(20)과 한 몸체를 이루며, 측부재(32)와 바닥부재(34) 및 내통(20)에 의해 막힌 내부 공간을 형성한다. 그리고 상기 내통(20)의 상단은 회수통(30)의 내부와 연결되어 금속리튬이 이동하는 통로(22)를 이루게 된다.As shown in FIG. 2, in this embodiment, the
상기 측부재(32)는 대략 내통(20)의 형태와 대응되는 형태로 이루어져 내통(20)과 일정 거리를 두고 이격 배치된다. 상기 측부재(32)는 회수통(30)의 외벽을 이루며 내통(20)은 회수통(30)의 내벽을 이룬다. 상기 바닥부재(34)는 측부재(32)와 내통(20) 사이에 일체로 연결되어 회수통(30)하부가 용융염 내부로 들어갔을 때 회수통(30) 내부 공간으로 용융염이 유입되는 것을 차단한다. 본 실시예에서, 상기 바닥부재(34)는 측부재(32)의 하단과 내통(20)의 하단 사이에 연결되나, 그 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다.The
또한, 상기 회수통(30)을 이루는 측부재(32)는 상단이 용융염의 수면에서 수직방향을 따라 상기 내통(20)의 상단보다 상대적으로 높게 형성된 구조로 되어 있다. 이에, 금속리튬이 이동하는 통로(22) 즉, 내통(20)의 상단을 금속리튬 위치까지 아래로 이동시켰을 때, 측부재(32)의 상단이 충분히 용융염의 수면 위쪽으로 돌출되어 용융염이 측부재(32)를 넘어 회수통(30) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있게 된다.In addition, the
본 실시예에서, 상기 측부재(32)의 상단은 개방된 구조를 이룬다. 이에, 필요시 본 장치를 전해조(100)에서 외부로 인출하여 회수통(30)에 수거된 금속리튬을 개방된 측부재(32) 상단을 통해 인출할 수 있다.In this embodiment, the upper end of the
상기한 구조 외에, 본 장치의 또 다른 실시예로써, 회수통이 내통과는 분리된 별도의 용기 형태의 구조로 형성할 수 있다. 이러한 구조의 경우 회수통은 단지 상부쪽에 형성되어 금속리튬이 이동되는 통로를 통해서만 내통과 연결된다. 이에, 내통의 높이를 낮춰 통로를 금속리튬 쪽으로 이동시켜주게 되면 용융염 위쪽에 부유하는 금속리튬이 통로를 통해 회수통으로 이동하여, 용융염으로부터 분리 회수된다.In addition to the above structure, as another embodiment of the present apparatus, the collection container may be formed in a separate container-type structure separated from the inner passage. In this structure, the recovery cylinder is formed only on the upper side and is connected to the inner cylinder only through a passage through which the metallic lithium moves. Accordingly, when the height of the inner cylinder is lowered to move the passage toward the metallic lithium, the metallic lithium floating above the molten salt moves to the recovery vessel through the passage, and is separated and recovered from the molten salt.
또한, 본 장치는 상기 내통(20) 내측에 배치되어 내통(20)에 모아진 금속리튬을 회수통(30)쪽으로 밀어내는 푸시부를 더 포함한다. In addition, the apparatus further includes a push unit disposed inside the
상기 푸시부는 내통(20)의 상단과 간격을 두고 배치되며, 금속리튬(120)과 접하는 하면은 내통(20) 중심부에서 외측으로 갈수록 상향으로 기울어진 경사면(42)을 이루는 유도부재(40)를 포함한다. 상기 유도부재(40)의 경사면(42)을 따라 금속리튬이 내통(20) 외측으로 밀려나가게 되어 금속리튬의 회수율을 보다 높일 수 있게 된다.The push unit is disposed at a distance from the upper end of the
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유도부재(40)는 내통(20)의 내부에 배치되는 음극 전극(200)과의 결합을 위해, 중앙에 상하방향으로 홀(46)이 관통 형성된다. 이에, 음극 전극(200)이 상기 홀(46)을 관통하여 설치되어 내통(20) 내측에 배치될 수 있다. As shown in FIG. 2, the
본 실시예에서, 상기 유도부재(40)는 내통(20) 상단에 지지부재(44)를 매개로 고정 설치된다. 상기 지지부재(44)는 내통(20) 상단을 따라 소정 간격을 두고 배치되며 내통(20) 상단과 유도부재(40) 경사면(42) 사이에 연결 설치된다. 이에, 유도부재(40)는 지지부재(44)에 의해 내통(20) 상단에 이격된 상태로 고정되고, 금속리튬은 내통(20) 상단과 유도부재(40)의 경사면(42) 사이 틈새를 통해 이동하게 된다.In this embodiment, the
이하, 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 리튬 회수 과정을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, a lithium recovery process according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 3.
본 실시예의 리튬 회수 공정은 용융염을 전해하여 음극부에 금속 리튬을 전착시키는 단계, 음극부에 전착되어 추출된 금속리튬을 비중차에 의해 회수하는 단계를 포함하고, 상기 회수 단계는 내통(20)을 전해조(100) 바닥쪽을 향해 하강시켜 용융염 수면에 대한 내통(20)의 상단 높이를 낮추는 단계, 비중차에 의해 용융염 상부에 부유하는 금속리튬이 높이가 낮아진 내통(20)의 상단을 통해 외측의 회수통(30)으로 이동하는 단계, 내통(20)을 원위치로 상승시키는 단계, 회수통(30)으로부터 모아진 금속리튬을 분리 회수하는 단계를 거친다.The lithium recovery process of this embodiment includes a step of electrodepositing metallic lithium on a negative electrode by electrolyzing a molten salt, and recovering the extracted metallic lithium electrodeposited on the negative electrode by a specific gravity difference, and the recovery step includes the inner cylinder 20 ) Descending toward the bottom of the
전해조(100)에 설치된 음극부와 양극부에 전류를 인가하게 되면 전해 공정이 이루어지면서 음극부에 금속리튬이 전착되어 응집된다. 금속리튬은 용융염보다 비중이 작기 때문에 용융 상태에서 용융염 위쪽으로 부유하며 상층을 이룬다. When a current is applied to the cathode and the anode installed in the
전해공정을 통해 충분한 양의 금속리튬이 용융염 상부에 모이게 되면, 본 장치의 내통(20)을 전해조(100) 하부로 하강시킨다. 내통(20)이 하강되면 내통(20)의 상단은 용융염 상부에 부유하고 있는 금속리튬 위치로 이동하게 된다. When a sufficient amount of lithium metal is collected on the molten salt through the electrolysis process, the
이에, 도 3에 도시된 바와 같이, 내통(20)의 상단이 금속리튬보다 아래로 내려가면서 금속리튬이 내통(20)의 상단을 통해 회수통(30)으로 이동하게 된다. 따라서, 용융 상태에서 용융염 수면 상에 부유하는 금속리튬은 용융염과 분리되어 회수통(30)으로 낙하하여 내부 공간으로 분리 수거된다. Accordingly, as shown in FIG. 3, as the upper end of the
또한, 상기 내통(20)을 하강시키게 되면 내통(20)에 연결되어 있는 유도부재(40) 역시 하강하게 되고 유도부재(40)는 내통(20) 내에 모아진 금속리튬을 외측으로 밀어내게 된다. 유도부재(40)의 하단은 경사면(42)을 이루고 있어서, 유도부재(40)가 계속 하강하게 되면 경사면(42)이 용융염 수면 아래로 이동하면서 경사면(42)과 용융염 수면 사이 면적이 점차 줄게 된다. 이에, 용융염 위에 부유하는 금속리튬은 유도부재(40) 경사면(42)을 따라 외측으로 밀려나가게 내통(20) 상단과 유도부재(40) 사이에서 형성되는 통로(22)를 통해 내통(20) 외측으로 강제 배출된다.In addition, when the
상기한 금속리튬 회수 과정에서, 내통(20)은 상단이 전해조(100)의 용융염 수위 아래로 내려가지 않도록 유지하면서 그 하강 높이를 조절한다. 이에, 금속리튬 이동과정에서 용융염이 내통(20) 상단을 통해 유출되는 것을 방지할 수 있다.In the above-described metal lithium recovery process, the lowering height of the
금속리튬이 모두 회수되면, 내통(20)을 위쪽으로 이동시켜 원위치로 복귀한다. 그리고 상기한 과정을 반복하여 금속리튬을 연속적으로 회수통(30) 내부로 수거할 수 있다. When all of the metallic lithium is recovered, the
[실시예][Example]
전해조 내에 LiCl-KCl이 60:40 mol%로 혼합된 염을 550℃로 가열하여 용융염을 형성한다. 용융염에 전류를 인가하는 음극 전극은 스테인레스 재질로 형성하고, 음극 전극에 구비되는 내통은 금속리튬과 반응성이 낮은 마그네시아 재질로 형성한다. 음극전극은 용융염 수면에서 1cm의 깊이로 위치시킨다. A molten salt is formed by heating a salt in which LiCl-KCl is mixed in an amount of 60:40 mol% in an electrolytic bath at 550°C. The negative electrode for applying current to the molten salt is made of stainless material, and the inner cylinder provided in the negative electrode is made of a magnesia material having low reactivity with lithium metal. The cathode electrode is positioned to a depth of 1 cm from the surface of the molten salt water.
이 상태에서 전해조 내에 수용된 용융염에 전압을 2.4V 이상 인가하여 전해 공정을 수행한다. 전해공정이 진행되면서 용융염 내에 존재하는 리튬 이온은 음극 전극에서 전착 농축되어 금속리튬으로 환원된다.In this state, an electrolysis process is performed by applying a voltage of at least 2.4V to the molten salt contained in the electrolyzer. As the electrolysis process proceeds, lithium ions present in the molten salt are electrodeposited and concentrated at the negative electrode to be reduced to metallic lithium.
회수장치를 상하로 1cm 깊이로 주기적으로 왕복 이동시켜 액상의 금속리튬을 회수장치의 회수통 안으로 유입시켜 회수하였다.The recovery device was periodically reciprocated up and down to a depth of 1 cm, and the liquid metallic lithium was introduced into the recovery container of the recovery device to be recovered.
최종적으로 확인한 결과, 약 70%의 금속리튬이 회수장치에 인입됨을 확인하였으며, 음극 전극에는 약 20%의 금속리튬이 전착되어 있음을 확인하였다. As a result of the final confirmation, it was confirmed that about 70% of metallic lithium was introduced into the recovery device, and about 20% of metallic lithium was electrodeposited on the negative electrode.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.As described above, exemplary embodiments of the present invention have been shown and described, but various modifications and other embodiments may be made by those skilled in the art. These modifications and other embodiments are all considered and included in the appended claims, and will not depart from the true spirit and scope of the present invention.
10 : 회수 장치 20 : 내통
22 : 통로 30 : 회수통
32 : 측부재 34 : 바닥부재
40 : 유도부재 42 : 경사면
44 : 지지부재 46 : 홀10: recovery device 20: inner cylinder
22: passage 30: collection container
32: side member 34: bottom member
40: guide member 42: inclined surface
44: support member 46: hole
Claims (14)
상기 리튬 회수 장치는 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬을 가두어 모으는 내통과, 상기 내통에 금속리튬이 이동되는 통로를 통해 연결되어 비중차에 의해 용융염 위로 부유하는 금속리튬이 수거되는 회수통을 포함하여, 상기 내통의 통로를 용융염 상부의 금속리튬 위치로 이동시켜 금속리튬을 내통에서 회수통으로 이동시키는 구조의 전해설비의 리튬 회수 장치.Aggregated metal provided in the cathode of an electrolytic facility including an electrolyzer in which molten salt is accommodated and electrolysis is performed, a cathode portion installed in the electrolyzer to apply a cathode current to the molten salt, and an anode portion for applying a current of the anode In the lithium recovery device of an electrolytic facility for separating and recovering lithium from molten salt,
The lithium recovery device includes an inner passage installed surrounding the negative electrode to trap and collect the aggregated metal lithium, and a recovery container for collecting metallic lithium floating on the molten salt due to a difference in specific gravity by being connected through a passage through which metal lithium is moved to the inner cylinder. Including, moving the passage of the inner cylinder to the position of the metal lithium above the molten salt, the lithium recovery device of the electrolytic facility structure to move the metal lithium from the inner cylinder to the recovery vessel.
상기 회수통은 용융염이 유입되지 않도록 하부가 막히고 내부에는 금속리튬이 수용되는 공간을 갖는 용기 형태를 이루며, 회수통의 상부와 내통의 상부 사이에 금속리튬이 이동되는 통로가 형성된 전해설비의 리튬 회수 장치.The method of claim 1,
Lithium of the electrolytic facility in which the bottom of the recovery container is blocked so that molten salt does not flow in, and the inside of the container has a space for receiving metal lithium, and a passage through which metal lithium moves is formed between the top of the recovery container and the upper part of the inner container. Recovery device.
상기 회수통의 상단은 용융염의 수면에서 수직방향을 따라 상기 통로보다 상대적으로 높게 형성된 전해설비의 리튬 회수 장치.The method of claim 2,
A lithium recovery device of an electrolytic facility, wherein the upper end of the recovery container is formed relatively higher than the passage along a vertical direction from the water surface of the molten salt.
상기 회수통은 내통을 감싸도록 내통 외측에 배치되는 측부재와, 상기 측부재 하부와 내통 하부를 연결하는 바닥부재를 포함하여, 측부재와 바닥부재 및 내통에 의해 내부 공간을 형성하고, 상기 내통의 상단은 회수통과 연결되어 금속리튬이 이동하는 통로를 이루는 구조의 전해설비의 리튬 회수 장치.The method of claim 1,
The collection container includes a side member disposed outside the inner cylinder to surround the inner cylinder, and a bottom member connecting a lower portion of the side member and a lower portion of the inner cylinder to form an inner space by the side member, the bottom member, and the inner cylinder, and the inner cylinder The upper end of is connected to the recovery container to form a path through which metal lithium moves. The lithium recovery device of the electrolytic facility.
상기 회수통의 측부재 상단은 용융염의 수면에서 수직방향을 따라 상기 내통의 상단보다 상대적으로 높게 형성된 전해설비의 리튬 회수 장치.The method of claim 4,
The upper end of the side member of the recovery container is a lithium recovery device of an electrolytic facility formed relatively higher than the upper end of the inner container along a vertical direction from the water surface of the molten salt.
상기 내통이 상하로 이동되어 상기 통로를 금속리튬 위치로 이동시키는 구조의 전해설비의 리튬 회수 장치.The method of claim 5,
Lithium recovery device of an electrolytic facility having a structure in which the inner cylinder is moved up and down to move the passage to a position of lithium metal.
상기 내통 내측에 배치되어 내통에 모아진 금속리튬을 회수통쪽으로 밀어내는 푸시부를 더 포함하는 전해설비의 리튬 회수 장치.The method according to any one of claims 1 to 6,
Lithium recovery device of an electrolytic facility further comprising a push unit disposed inside the inner cylinder to push the metallic lithium collected in the inner cylinder toward the recovery cylinder.
상기 푸시부는 내통의 상단과 간격을 두고 배치되며, 금속리튬과 접하는 하면은 내통 중심부에서 외측으로 갈수록 상향으로 기울어진 경사면을 이루는 유도부재를 포함하여, 금속리튬이 상기 경사면을 따라 내통 외측으로 밀려나는 구조의 전해설비의 리튬 회수 장치.The method of claim 7,
The push unit is disposed at a distance from the upper end of the inner cylinder, and the lower surface in contact with the metal lithium includes a guide member forming an inclined surface that is inclined upward from the center of the inner cylinder to the outside, so that the metal lithium is pushed to the outside of the inner cylinder along the inclined surface. Lithium recovery device of structured electrolytic facility.
상기 유도부재는 중앙에 홀이 관통 형성되어, 음극의 전류를 인가하는 음극전극이 상기 홀을 관통하여 장착되는 구조의 전해설비의 리튬 회수 장치.The method of claim 8,
The induction member has a hole formed through the center, and a cathode electrode for applying a current of a cathode is mounted through the hole.
상기 푸시부는 유도부재와 내통 사이에 설치되어 유도부재를 내통에 이격시켜 고정하는 지지부재를 더 포함하는 전해설비의 리튬 회수 장치.The method of claim 9,
Lithium recovery device of an electrolytic facility further comprising a support member installed between the push unit and the inner cylinder to secure the guiding member to the inner cylinder.
상기 회수 장치는 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬을 가두어 모으는 내통과, 상기 내통에 금속리튬이 이동되는 통로를 통해 연결되어 비중차에 의해 용융염 위로 부유하는 금속리튬이 수거되는 회수통을 포함하여, 상기 내통의 통로를 용융염 상부의 금속리튬 위치로 이동시켜 금속리튬을 내통에서 회수통으로 이동시키는 구조의 전해설비.An electrolyzer in which molten salt is accommodated and electrolysis is performed, and a cathode portion installed in the electrolyzer to apply a current of a cathode to the molten salt, an anode portion for applying a current from the anode, and a cathode portion to obtain agglomerated metallic lithium from the molten salt And a recovery device for separating and recovering,
The recovery device includes an inner passage installed surrounding the cathode to confine and collect the aggregated metal lithium, and a recovery container for collecting metallic lithium floating on the molten salt due to a specific gravity difference by being connected to the inner cylinder through a passage through which metal lithium is moved. Thus, an electrolytic facility having a structure in which the passage of the inner cylinder is moved to a position of metal lithium above the molten salt, so that the metal lithium is moved from the inner cylinder to the recovery vessel.
상기 회수 단계는 내통을 전해조 바닥쪽을 향해 하강시켜 용융염 수면에 대한 내통의 상단 높이를 낮추는 단계, 비중차에 의해 용융염 상부에 부유하는 금속리튬이 높이가 낮아진 내통의 상단을 통해 외측의 회수통으로 이동하는 단계, 내통을 원위치로 상승시키는 단계, 회수통으로부터 모아진 금속리튬을 분리 회수하는 단계를 포함하는 리튬 회수 방법.Electrodepositing metal lithium on the negative electrode by electrolyzing molten salt, and recovering the metal lithium electrodeposited and extracted on the negative electrode by a specific gravity difference,
The recovery step is a step of lowering the upper height of the inner cylinder with respect to the molten salt water surface by lowering the inner cylinder toward the bottom of the electrolyzer, and recovering the outside through the upper end of the inner cylinder whose height is lowered due to the difference in specific gravity. A lithium recovery method comprising the step of moving to the container, raising the inner container to its original position, and separating and recovering the metal lithium collected from the recovery container.
상기 회수 단계는 내통을 하강시켰을 때 내통의 상단이 전해조의 용융염 수위 아래로 내려가지 않도록 유지하는 단계를 더 포함하는 리튬 회수 방법.The method of claim 12,
The recovery step further comprises the step of maintaining the upper end of the inner cylinder so as not to fall below the level of the molten salt of the electrolyzer when the inner cylinder is lowered.
상기 회수 단계는 용융염을 냉각하지 않고 용융 상태에서 이루어지는 리튬 회수 방법.The method of claim 12 or 13,
The recovery step is a lithium recovery method performed in a molten state without cooling the molten salt.
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