KR102303527B1

KR102303527B1 - 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102303527B1
Application number: KR1020210044455A
Authority: KR
Inventors: 조상호; 김현수
Original assignee: 전북대학교산학협력단; 주식회사홈랜드솔루션
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2021-09-23

Abstract

본 발명은 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 방법은 a) 강화유리가 제거된 태양광 셀을 커팅하는 단계; b) 상기 커팅된 태양광 셀을 분쇄하는 단계; c) 상기 b)단계에서 분쇄된 재료로부터 일정 크기 이상의 크기를 갖는 재료를 선별하는 단계; d) 상기 c)단계에서 선별된 일정 크기 이상의 크기를 갖는 재료를 파쇄하는 단계; e) 상기 d)단계에서 파쇄된 재료를 분쇄하는 단계; f) 상기 e) 단계에서 분쇄된 재료를 100 메쉬(mesh) 크기 이상의 재료를 선별하는 단계; 및 g) 상기 f) 단계에서 선별된 재료를 비중선별하는 단계를 포함하며, 상기 방법을 이용하면 태양광 패널에서 알루미늄 프레임과 강화유리가 제거된 태양광 셀로부터 친환경적으로 유용금속을 회수하는 효과가 있으며, 유용금속의 회수율이 높은 효과가 있다.

Description

태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법 및 장치{Selective Separation Method and Device for Recovery of Useful Metals from Wasted Solar Module}

본 발명은 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법 및 장치에 관한 것이다.

화석연료의 고갈 우려와 이의 남용에 따른 온난화 및 기후 변화, 그리고 원자력 에너지에 상존하는 안전 우려 등으로 인해, 지속 가능한 에너지인 태양광 발전의 필요성은 그 어느 때보다 높이 요구되고 있다. 물론 태양으로부터의 모든 에너지가 활용될 수 있는 것은 아니지만, 상대적으로 지역편중이 덜한 특성이나 고유의 친환경적 측면 때문에, 태양광발전은 항상 가장 매력적인 신재생에너지의 하나로 손꼽혀 왔다.

한편, 태양전지는 단위 소자에서 발생되는 기전력이 실용상 매우 작기 때문에 다수개의 태양전지소자를 연결하여 적정 기전력을 갖는 태양전지모듈을 구성하여 사용하게 된다. 이러한 태양전지모듈의 구조는 태양전지 셀(solar cell)을 보호하기 위해 EVA로 태양전지 셀의 양면을 감싸고 있으며, EVA 전면 및 후면에는 각각 유리(glass)와 백쉬트(back sheet)가 부착된다. 또한, 태양전지모듈은 복수의 태양전지 셀들을 포함하며, 복수의 태양전지 셀들은 리본(ribbon)에 의하여 전기적으로 연결된다.

한편, 일반적인 태양전지의 수명은 20~25년이므로 본격적으로 태양전지 산업이 활발해지는 시기인 90년대에 설치된 태양전지들의 수명과 태양빛에 의한 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)수지의 분해 및 외부 충격에 의한 내부 물질이나 강화유리 파괴등으로 인해서 발생되는 태양전지 폐기물의 발생 및 처리 문제가 나타나고 있지만 태양전지모듈의 재자원화기술이 미미한 관계로 대부분의 회수되는 태양전지 폐 모듈은 파쇄 및 분쇄되어 묻히거나 수출되고 있는 실정이다.

일반적으로 사용되는 태양광 모듈은 강화유리 82.8%, 알루미늄 11.5%, 폴리실리콘 4.6%, 구리 1%, 주석 0.1%, 은 0.1%, 기타 함유물 순으로 구성하고 있으며, EVA에 의해서 강화유리, 태양광 셀, 백시트 모두 접착되어 있어 인위적으로 분리하기 매우 어려운 구조이다. 특히, 상대적으로 가치가 높은 유가금속의 함유량은 5.8%이내로서 기존의 물리적 파분쇄기술로는 경제성있게 그 금속들을 분리하는 것은 상당히 어려운 일이다.

이러한 단점을 보완하기 하기 위하여 높은 온도로 녹이거나 화학약품을 넣어 녹여서 유가재료를 회수하는 제련공정이 제안되고 있으나 유해가스 및 액체의 발생으로 이를 무해화 처리하는 공정이 수반되어 경제성 있는 분리공정을 개발하는 것은 상당히 어려운 것으로 알려져 있다.

한국공개특허 제10-2019-0140380호(2019.12.19) 한국등록특허 제10-1541047호(2015.08.03.)

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 태양광 패널에서 알루미늄 프레임과 강화유리가 제거된 태양광 셀로부터 유용금속을 회수하는 방법 및 장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 a) 강화유리가 제거된 태양광 셀을 커팅하는 단계;

b) 상기 커팅된 태양광 셀을 분쇄하는 단계;

c) 상기 b)단계에서 분쇄된 재료로부터 일정 크기 이상의 크기를 갖는 재료를 선별하는 단계;

d) 상기 c)단계에서 선별된 일정 크기 이상의 크기를 갖는 재료를 파쇄하는 단계;

e) 상기 d)단계에서 파쇄된 재료를 일정 크기로 분쇄하는 단계;

f) 상기 e) 단계에서 분쇄된 재료를 100 메쉬(mesh) 크기 이상의 재료를 선별하는 단계; 및

g) 상기 f) 단계에서 선별된 재료를 비중선별하는 단계를 포함하는,

태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유용금속은 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Sn), 납(Pb), 규소(Si) 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 a) 단계에서 강화유리가 제거된 태양광 셀을 20 mm 이하의 크기로 커팅할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 일 실시예에 있어서, 상기 c) 단계의 일정 크기는 1 mm일 수 있다.

또한 일 실시예에 있어서, 상기 b)단계 및 e) 단계의 분쇄 방법은 각각 같거나 다른 방법을 이용하며, 진동밀(Vibration mill) 건식 방법, 진동밀 습식 방법, 로드밀(Rod mill) 건식 방법, 로드밀 습식 방법, 볼밀(Ball mill) 건식 방법 및 볼밀 습식 방법 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 일 실시예에 있어서, 상기 d) 단계에서는 재료가 3 내지 7 mm가 되도록 파쇄할 수 있다.

또한 본 발명은 강화유리가 제거된 태양광 셀을 커팅기;

상기 커팅기로 커팅된 태양광 셀을 분쇄하는 분쇄기;

상기 분쇄기로 분쇄된 재료를 일정 크기 이상의 것들로 선별하는 진동스크린을 포함하는,

태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 장치를 제공한다.

다른 일 실시예에 있어서, 상기 유용금속은 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Sn), 납(Pb), 규소(Si) 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

다른 일 실시예에 있어서, 상기 커팅기는 강화유리가 제거된 태양광 셀을 20 mm 이하의 크기로 커팅할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

다른 일 실시예에 있어서, 상기 일정 크기는 1 mm일 수 있다.

본 발명은 태양광 패널에서 알루미늄 프레임과 강화유리가 제거된 태양광 셀로부터 친환경적으로 유용금속을 회수하는 효과가 있으며, 유용금속의 회수율이 높은 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리방법을 예시한 흐름도로, 폐태양광 패널 전체 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리방법을 3단계로 나누어 예시한 흐름도이다.
도 3은 실시예 13-1 내지 실시예 13-4의 시료 이미지이다.
도 4는 실시예 13-1 내지 실시예 13-4를 유도결합플라즈마 질량 분석기(Inductinvely Coupled Plasma Mass Spectrometer)를 사용하여 정량분석한 결과이다.
도 5는 실시예 13-1 내지 실시예 13-4를 유도결합플라즈마 질량 분석기를 사용하여 정량분석한 결과이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 a) 강화유리가 제거된 태양광 셀을 커팅하는 단계; b) 상기 커팅된 태양광 셀을 분쇄하는 단계; c) 상기 b)단계에서 분쇄된 재료로부터 일정 크기 이상의 크기를 갖는 재료를 선별하는 단계; d) 상기 c)단계에서 선별된 일정 크기 이상의 크기를 갖는 재료를 파쇄하는 단계; e) 상기 d)단계에서 파쇄된 재료를 일정 크기로 분쇄하는 단계; f) 상기 e) 단계에서 분쇄된 재료를 100 메쉬(mesh) 크기 이상의 재료를 선별하는 단계; 및 g) 상기 f) 단계에서 선별된 재료를 비중선별하는 단계를 포함하는, 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법을 제공한다.

도 1을 본 발명에 따른 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리방법을 예시한 흐름도, 폐태양광 패널 전체 공정 흐름도이며, 크기 조건, 방법 등은 예시적으로 나타낸 것이며 이에 한정되지 않는다. 도 1을 이용하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다..

먼저, 폐태양광 패널로부터 알루미늄 프레임을 해체하여 알루미늄은 재활용하게 되고, 이후 강화 유리를 대형 슈레이더 또는 강화유리 분리장치를 이용하여 제거함으로써 강화유리가 제거된 태양광 셀인 백시트 스크랩을 얻는다. 이 때 강화유리도 재활용하게 된다.

상기 백시트 스크랩인 태양광 셀을 상기 a) 단계를 거쳐 커팅하게 되며, 이 때 20 mm 이하의 크기로 커팅할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 커팅시 슈레이더 및 커팅기를 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 어느 커팅 방법을 사용해도 무방하다.

이후에 b) 단계에서 커팅된 태양광 셀을 분쇄하며, 이 때 진동밀(Vibration mill) 건식 방법, 진동밀 습식 방법, 로드밀(Rod mill) 건식 방법, 로드밀 습식 방법, 볼밀(Ball mill) 건식 방법 및 볼밀 습식 방법 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 b) 단계에서 분쇄된 재료로부터 체가름 공정을 이용하여 일정 크기 이상의 크기를 갖는 재료를 선별하는 단계를 거치며(c단계), 상기 체가름 공정은 진동 스크린을 이용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이 때 상기 일정 크기는 1 mm일 수 있으며, 1 mm 미만의 크기를 갖는 재료는 열처리 또는 화학적 처리를 통해 은(Ag)를 얻게 된다.

상기 c)단계에서 선별된 일정 크기 이상의 크기를 갖는 재료는 d) 단계에서 파쇄공정을 진행하게 되며, 이 때 재료가 3 내지 7 mm가 되도록 파쇄할 수 있다. 상기 파쇄공정은 슈레이더 또는 커팅 파쇄기를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

e) 단계에서는 상기 d)단계에서 파쇄된 재료를 일정 크기로 분쇄하는 공정을 진행하게 되며, 상기 분쇄 공정 시, 진동밀(Vibration mill) 건식 방법, 진동밀 습식 방법, 로드밀(Rod mill) 건식 방법, 로드밀 습식 방법, 볼밀(Ball mill) 건식 방법 및 볼밀 습식 방법 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이후에 상기 e) 단계에서 분쇄된 재료를 100 메쉬(mesh) 크기 이상의 재료를 선별하는 한 후, g) 단계에서 상기 선별된 재료를 비중선별 또는 중력선별하여 무거운 분쇄물과 가벼운 분쇄물을 분류하고, 무거운 분쇄물을 화학적 처리를 하여 Cu, Si, Pb, Sn을 회수한다.

여기서, 상기 '비중선별'이란 무거운 물질은 아래로 내려가고 가벼운 물질은 위로 올라가는 특성을 이용한 선별 방법을 의미하는 것으로, 선별 기준은 mesh(스크린망) 크기에 달라진다.

또한 상기 화학적 처리방법은 일반적으로 통용되는 방법을 사용할 수 있으며, 은의 화학적 처리 방법은 시안화법, 전기분해정련법, 제련방법을 사용할 수 있고, 구리는 부유선광법, 전기분해법, 제련방법을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 본 발명은 강화유리가 제거된 태양광 셀을 커팅기; 상기 커팅기로 커팅된 태양광 셀을 분쇄하는 분쇄기; 상기 분쇄기로 분쇄된 재료를 일정 크기 이상의 것들로 선별하는 진동스크린을 포함하는, 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 장치를 제공한다.

상기 유용금속은 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Sn), 납(Pb), 규소(Si) 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

또한 상기 커팅기는 강화유리가 제거된 태양광 셀을 20 mm 이하의 크기로 커팅할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 일정 크기는 1 mm일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 태양광 폐모듈로부터 유용금속을 회수하기 위한 선택적 분리장치는 추가로 커팅기, 분쇄기, 파쇄기, 선별기 등을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 커팅기, 분쇄기, 파쇄기, 선별기는 통상적으로 사용되는 종류의 장치들 중에서 선택되어 구성될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실험예 1. 백시트 스크랩 분쇄 방법에 따른 유용금속 회수 결과

본 발명에서 사용한 재료로는 태양광 패널에서 알루미늄 프레임을 해체한 후, 강화유리를 분리하여 태양광 셀, EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 및 백시트를 포함하는 태양광 스크랩을 이용하였다. 상기 태양광 스크랩을 고전압 전기 펄스 분쇄법을 사용하면 태양광 셀과 백시트가 분리된다. 본 발명에서 알루미늄 프레임과 강화유리가 제거된 태양광 셀을 백시트 스크랩로 호칭하기로 한다.

백시트 스크랩, 백시트, 태양광 셀 시료인 총 3가지 시료를 진동밀(Vibration mill)과 로드밀(Rod mill)을 사용하여 건식방법과 습식방법으로 실험하였다. 실험 후, 회수된 각각의 시료를 전자현미경(SEM/EDS) 분석을 통해 정성 및 정량 분석 실시하였다. 각각 시료에 대해 SEM/EDS 이미지 분석을 4번씩 실시하였다.

실험 조건 및 방법은 아래와 같으며, 그 결과를 표 1 내지 4에 나타내었으며, 각 값은 weight(%)를 나타낸다.

(1) 진동밀(Vibration mill) 건식방법

실시예 1. 백시트 스크랩(태양광 셀 + 백시트) 시료

① 백시트 스크랩 시료를 15 mm 크기로 절단

② 진동밀로 20분간 건식 분쇄함

③ 1 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

④ 1 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 1-1)

⑤ 1 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 1-2)

실시예 2. 백시트만 있는 시료

① 백시트 시료를 15 mm 크기로 절단

② 진동밀로 20분간 건식 분쇄함

③ 1 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

④ 1 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 2-1)

⑤ 1 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 2-2)

실시예 3. 태양광 셀만 있는 시료

① 태양광 셀 시료를 15 mm 크기로 절단

② 진동밀로 20분간 건식 분쇄함

③ 1 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

④ 1 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 3-1)

⑤ 1 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 3-2)

(2) 로드밀(Rod mill) 습식방법

실시예 4. 태양광 셀만 있는 시료

① 태양광 셀 시료를 5 mm 크기로 절단

② 로드밀로 30분간 습식 분쇄함

③ 2.36 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

④ 2.36 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 4-1)

⑤ 2.36mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 4-2)

실시예 5. 백시트 스크랩 시료

① 백시트 스크랩 시료를 5 mm 크기로 절단

② 로드밀로 30분간 습식 분쇄함

③ 2.36 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

④ 2.36 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 5-1)

⑤ 2.361 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 5-2)

실시예 6. 백시트 시료

① 백시트 시료를 15 mm 크기로 절단

② 로드밀로 30분간 습식 분쇄함

③ 2.36 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

④ 2.36 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 6-1)

⑤ 2.36 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 6-2)

(3) 진동밀(Vibration mill) 건식방법

실시예 7. 태양광 셀만 있는 시료

① 태양광 셀시료를 5 mm 크기로 절단

② 믹서기로 5분간 분쇄

③ 진동밀로 20분간 건식 분쇄함

④ 1 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

⑤ 1 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 7-1)

⑥ 1 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 7-2)

실시예 8. 백시트 스크랩 시료

① 백시트 스크랩 시료를 5 mm 크기로 절단

② 믹서기로 5분간 분쇄

③ 진동밀로 20분간 건식 분쇄함

④ 1 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

⑤ 1 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 8-1)

⑥ 1 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 8-2)

(4) 진동밀(Vibration mill) 습식방법

실시예 9. 백시트 스크랩 시료

① 백시트 스크랩 시료를 5 mm 크기로 절단

② 믹서기로 5분간 분쇄

③ 진동밀로 20분간 습식 분쇄함

④ 1 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

⑤ 1 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 9-1)

⑥ 1 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 9-2)

실시예 10. 태양광 셀만 있는 시료

① 태양광 셀시료를 5 mm 크기로 절단

② 믹서기로 5분간 분쇄

③ 진동밀로 20분간 습식 분쇄함

④ 1 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

⑤ 1 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 10-1)

⑥ 1 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 10-2)

(5) 로드밀(Rod mill) 습식방법

실시예 11. 백시트 스크랩 시료

① 백시트 스크랩 시료를 5 mm 크기로 절단

② 믹서기로 5분간 분쇄

③ 로드밀로 30분간 습식 분쇄함

④ 1 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

⑤ 1 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 11-1)

⑥ 1 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 11-2)

실시예 12. 태양광 셀만 있는 시료

① 태양광 셀시료를 5 mm 크기로 절단

② 믹서기로 5분간 분쇄

③ 로드밀로 30분간 습식 분쇄함

④ 1 mm 스크린망을 이용하여 체질을 함

⑤ 1 mm 이상의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 12-1)

⑥ 1 mm 미만의 크기를 갖는 시료 회수(실시예 12-2)

실시예	Cu	Al	Si	Ag	Pb	Sn
실시예 1-1a		10.36	55.20	0.11
실시예 1-1b		13.06	85.89	1.05
실시예 1-1c		15.17	84.74	0.10
실시예 1-1d		14.73	85.15	0.12
실시예 1-2a		11.35	88.44	0.21
실시예 1-2b		12.25	87.52	0.43
실시예 1-2c		12.92	86.63	0.45
실시예 1-2d		11.09	88.77	0.14
실시예 2-1a		67.41	31.04	0.21	0.95	0.39
실시예 2-1b		71.01	27.41	0.29	0.77	0.52
실시예 2-1c		67.96	29.30	0.47	1.42	0.85
실시예 2-1d		61.06	37.71	0.13	0.60	0.50
실시예 2-2a		38.85	58.83	0.73	0.79	0.80
실시예 2-2b		41.79	53.51	1.07	1.62	2.01
실시예 2-2c		43.89	54.40	0.36	0.49	0.85
실시예 2-2d		47.22	49.16	0.98	1.33	1.30
실시예 3-1a		2.35	94.62	0.15	1.44	1.43
실시예 3-1b		2.81	64.04	0.12	1.50	1.52
실시예 3-1c		2.98	93.96	0.18	1.33	1.54
실시예 3-1d		2.07	95.53	0.01	1.05	1.35
실시예 3-2a		1.90	96.37	0.05	0.17	1.51
실시예 3-2b		1.91	94.52	0.31	1.01	2.07
실시예 3-2c		1.86	95.23	0.20	0.90	1.77
실시예 3-2d		1.84	95.43	0.25	0.67	1.80

실시예	Cu	Al	Si	Ag	Pb	Sn
실시예 4-1a		0.92	97.19	0.14	0.85	0.90
실시예 4-1b		0.53	97.60	0.09	0.83	0.92
실시예 4-1c		1.82	79.65	4.51	10.77	2.76
실시예 4-1d		0.14	99.21		0.55	0.10
실시예 4-2a	0.57	0.18	75.32	0.32	8.02	15.59
실시예 4-2b		0.31	96.97	0.01	2.01	0.71
실시예 4-2c	1.1	1.15	82.71	0.85	5.23	8.96
실시예 4-2d		0.48	98.48		0.36	0.67
실시예 5-1a		4.74	92.28	0.03	1.70	1.26
실시예 5-1b		5.48	93.30		0.84	0.37
실시예 5-1c		1.68	96.27	0.01	0.96	1.06
실시예 5-1d		13.55	79.15	0.53	6.15	0.63
실시예 5-2a		13.67	84.76	0.19	0.73	0.66
실시예 5-2b		16.01	83.00	0.01	0.45	0.53
실시예 5-2c		20.58	77.22	0.50	0.97	0.73
실시예 5-2d		13.13	84.30	1.25	0.64	0.69
실시예 6-1a		93.04	3.07	0.47	2.85	0.56
실시예 6-1b		64.84	2.30	0.22	2.28	0.37
실시예 6-1c		95.20	1.60	0.17	2.62	0.42
실시예 6-1d		87.22	9.44	0.32	2.75	0.28
실시예 6-2a		47.28	46.77	1.60	3.23	1.13
실시예 6-2b		58.09	38.56	0.20	2.37	0.78
실시예 6-2c		49.72	46.82	0.25	2.39	0.82
실시예 6-2d		60.62	36.09	0.08	2.64	0.56

실시예	Cu	Al	Si	Ag	Pb	Sn
실시예 7-1a		1.79	96.47	0.01	0.76	0.97
실시예 7-1b		0.66	99.13			0.21
실시예 7-1c		1.48	96.53	0.24	0.75	1.00
실시예 7-1d		1.34	97.49	0.02	0.53	0.62
실시예 7-2a	0.07	2.10	95.66	0.27	0.54	1.36
실시예 7-2b		1.27	98.21	0.01	0.02	0.49
실시예 7-2c		1.52	96.91	0.09	0.34	1.13
실시예 7-2d		0.96	98.21	0.04	0.02	0.76
실시예 8-1a		0.39	99.36			0.25
실시예 8-1b		0.36	98.59			0.77
실시예 8-1c		4.90	94.05	0.04	0.50	0.51
실시예 8-1d		2.89	95.76	0.01	0.45	0.88
실시예 8-2a		9.37	89.81		0.06	0.75
실시예 8-2b		8.38	91.07		0.09	0.46
실시예 8-2c		8.13	89.80	0.08	0.82	1.17
실시예 8-2d		9.93	87.96	0.08	0.77	1.27
실시예 9-1a	0.86	5.67	70.04	2.28	18.69	2.46
실시예 9-1b	9.72	12.11	39.45	5.07	29.34	4.31
실시예 9-1c	3.19	10.19	57.68	1.77	24.53	2.63
실시예 9-1d	12.78	11.76	34.76	3.69	32.97	4.05
실시예 9-2a		5.54	93.55		0.49	0.42
실시예 9-2b		7.36	90.89	0.02	0.87	0.86
실시예 9-2c		7.23	90.55		0.85	1.37
실시예 9-2d		8.55	89.72		0.59	1.14

실시예	Cu	Al	Si	Ag	Pb	Sn
실시예 10-1a		0.26	91.83		7.91
실시예 10-1b		0.05	93.93		6.03
실시예 10-1c		0.13	96.37		3.48
실시예 10-1d	0.05	0.64	97.03	0.20	0.91	1.16
실시예 10-2a		0.34	91.91		3.32	4.43
실시예 10-2b		0.86	97.31		0.77	1.05
실시예 10-2c		0.94	99.03			0.03
실시예 10-2d		1.03	97.05	0.02	0.99	0.90
실시예 11-1a	2.46	12.07	40.24	4.48	33.59	7.15
실시예 11-1b	8.72	19.36	17.15	3.27	47.12	4.37
실시예 11-1c		33.86	53.30	1.92	7.48	3.43
실시예 11-1d	18.67	15.28	18.58	3.27	38.90	5.31
실시예 11-2a		5.39	93.87		0.16	0.58
실시예 11-2b		11.16	87.71		0.53	0.59
실시예 11-2c	0.02	8.28	88.68		1.65	1.39
실시예 11-2d	6.73	6.76	92.16		0.46	0.62
실시예 12-1a	2.42	7.95	53.07	2.45	25.06	4.75
실시예 12-1b	0.01	5.64	98.51	2.71	17.40	3.32
실시예 12-1c	0.01	0.62	97.68	0.06	0.56	1.08
실시예 12-1d		1.15	88.94	1.12	5.81	2.97
실시예 12-2a		0.73	97.77		0.85	0.64
실시예 12-2b		1.01	97.19		0.79	1.01
실시예 12-2c		0.67	96.90	0.02	1.23	1.17
실시예 12-2d		1.45	96.37		1.02	1.16

상기 표 1 내지 표 4에서 보는 바와 같이, 총 24개의 시료(실시예 1-1 내지 12-2)를 4번씩 총 96번 실험한 결과, 실시예 9-1, 실시예 11-1, 실시예 12-1에서 유용금속인 Ag, Cu, Sn, Si, Pb 성분이 가장 많이 회수 되었다.

유용금속 회수율이 좋은 공정 조건으로는 진동밀 습식공정 또는 로드밀 습식 공정의 백시트 스크랩 2건(실시예 9-1 및 실시예 11-1)과 태양광 셀시료 1건(실시예 12-2)이었다.

실험예 2. 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 최적의 선택적 선별 처리방법 확인 결과

도 2은 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리방법을 3단계로 나누어 예시한 흐름도를 나타낸 것으로, 빨간색으로 표시된 g은 투입된 시료의 양을 나타낸다.

도 2에 도시한 실험적 조건을 바탕으로 태양광 폐모듈에서 유용금속을 회수할 수 있는 최적의 선택적 선별 처리 방법을 아래와 같이 결정하였다.

1) 강화유리가 제거된 솔라셀을 15 내지 20 mm 크기로 커팅작업

2) 진동밀, 볼밀, 로드밀로 30분 내지 90분 동안 분쇄작업

3) 진동스크린 스크린망 1 mm을 이용하여 1 mm 이상의 크기와 1 mm 미만의 크기로 선별

4) 1 mm 이상의 크기를 갖는 재료는 믹서기를 이용하여 5분 내지 20분 동안 분쇄작업

5) 분쇄된 재료는 또다시 진동밀, 볼밀, 로드밀로 30분 내지 90분 동안 분쇄작업

6) 진동스크린 스크린망 100 mesh 망을 이용하여 100 mesh 이상의 크기와 100 mesh 미만의 크기로 선별

7) 100 mesh 이상의 크기의 재료는 중력선별법 또는 비중선별법으로 선별

8) 중력선별법(또는 비중선별)에 의해 무거운 재료와 가벼운 재료로 회수됨

상기 3) 단계에서 1 mm 미만의 크기를 갖는 시료는 실시예 13-4, 상기 6) 단계에서 100 mesh 미만의 크기를 갖는 시료는 실시예 13-3, 상기 8)단계에서 무거운 재료는 실시예 13-1, 가벼운 재료는 실시예 13-2로 나타내었으며, 얻은 시료의 사진은 도 3에 도시하였다.

또한, 회수된 분쇄물들을 대상으로 유도결합플라즈마 질량분석기(Inductinvely Coupled Plasma Mass Spectrometer)을 사용하여 정량분석을 실시하여 그 결과를 도 4 및 도 5에 도시하였으며, 상기 실시예 13-1 내지 13-4로부터 회수된 유용금속의 양은 표 5 내지 표 8로 나타내었다(단위: ppm).

실시예 13-1	Al	Cu	Ag	Pb	Si	Sn
평균값	1,048	597,043	5,409	18,848	10,704	45,262
1회	1,037	597,043	5,393	18,934	10,384	43,241
2회	1,058	597,043	5,440	8,951	10,769	45,585
3회	1,048	597,043	5,393	18,658	10,960	46,959
상대오차율(%)	4.2	3.4	4	4.1	4.2	1.3

실시예 13-2	Al	Cu	Ag	Pb	Si	Sn
평균값	13,036	2,347	338	338	103,113	1,276
1회	12,872	2,329	336	336	105,044	1,298
2회	13,248	2,388	342	341	102,810	1,273
3회	12,988	2,323	336	337	101,485	1,258
상대오차율(%)	4.2	3.4	4	4.1	4.2	1.3

실시예 13-3	Al	Cu	Ag	Pb	Si	Sn
평균값	22,909	8,615	2,484	6,464	556,426	11,512
1회	22,335	8,467	2,454	6,404	548,007	11,380
2회	23,279	8,743	2,507	6,479	557,166	11,599
3회	23,112	8,636	2,491	6,510	564,105	11,557
상대오차율(%)	4.2	3.4	4	4.1	4.2	1.3

실시예 13-4	Al	Cu	Ag	Pb	Si	Sn
평균값	86,962	39,756	2,308	4,429	543,987	5,898
1회	85,330	39,117	2,288	4,375	542,798	5,881
2회	83,798	39,100	2,253	4,308	544,898	5,907
3회	91,759	41,051	2,383	4,603	544,267	5,905
상대오차율(%)	4.2	3.4	4	4.1	4.2	1.3

일반적으로 은광산에서 취급하는 "은"은 품위가 4 g/ton 이상을 대상으로 하고, 그 이하의 품위를 갖는 광석은 경제적으로 가치가 없어 채광을 하지 않는다. 본 발명의 가장 큰 특징은 도 2에 도시한 1단계 파쇄/회수 공정(실시예 13-4)에서 "은"이 2,308 ppm 회수된다는 것이다. 이를 품위로 환산하면 2.38 kg/ton 이다. 또한 2단계 파쇄/회수 공정(실시예 13-3)에서 얻은 은의 품위는 2.48 kg /ton 이고, 마지막 3단계 파쇄/회수 공정(실시예 13-1)에서 얻은 은의 품위는 5.4 kg/ton 이었다.

1단계 파쇄/회수 공정에서 회수되는 재료인 실시예 13-4에서 Al, Cu, Pb, Si 및 Sn의 양은 각각 86,962 ppm, 39,756 ppm, 4,429 ppm, 543,987 ppm 및 5,898 ppm 였다.

2단계 파쇄/회수 공정에서 회수되는 재료인 실시예 13-3에서 Al, Cu, Ag, Pb, Si 및 Sn의 양은 각각 22,909 ppm, 8,615 ppm, 2,484 ppm, 6,464 ppm, 556,426 ppm 및 11,512 ppm 였다.

3단계 파쇄/회수 공정의 가벼운 시료에서 회수되는 재료인 실시예 13-2 Al, Cu, Ag, Pb, Si 및 Sn의 양은 각각 13,036 ppm, 2,347 ppm, 338 ppm, 338 ppm, 103,113 ppm 및 1,276 ppm 였다.

마지막으로 3단계 파쇄/회수 공정의 무거운 시료에서 회수되는 재료인 실시예 13-1에서 Al, Cu, Ag, Pb, Si 및 Sn의 양은 각각 1,048 ppm, 597,043 ppm, 5,409 ppm, 18,848 ppm, 10,704 ppm 및 45,262 ppm 였다.

상기 결과를 통해 본 발명의 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법을 사용하여 폐태양광 패널을 재활용하는 공정에 적용된다면 폐태양광 패널 내에 함유되어 있는 유용금속(Ag, Cu, Pb, Sn, Si 등)의 회수율을 높일 수 있는 공정이라고 판단된다.

이상과 같이 실시예를 통하여 본 발명을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실험예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

a) 강화유리가 제거된 태양광 셀을 커팅하는 단계;
b) 상기 커팅된 태양광 셀을 분쇄하는 단계;
c) 상기 b)단계에서 분쇄된 재료로부터 일정 크기 이상의 크기를 갖는 재료를 선별하는 단계;
d) 상기 c)단계에서 선별된 일정 크기 이상의 크기를 갖는 재료를 파쇄하는 단계;
e) 상기 d)단계에서 파쇄된 재료를 분쇄하는 단계;
f) 상기 e) 단계에서 분쇄된 재료를 100 메쉬(mesh) 크기 이상의 재료를 선별하는 단계; 및
g) 상기 f) 단계에서 선별된 재료를 비중선별하는 단계를 포함하는,
태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법.
제 1항에 있어서,
상기 유용금속은 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Sn), 납(Pb), 규소(Si) 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법.
제 1항에 있어서,
상기 a) 단계에서 강화유리가 제거된 태양광 셀을 20 mm 이하의 크기로 커팅하는 것을 특징으로 하는 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법.
제 1항에 있어서,
상기 c) 단계의 일정 크기는 1 mm인 것을 특징으로 하는 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법.
제 1항에 있어서,
상기 b)단계 및 e) 단계의 분쇄 방법은 각각 같거나 다른 방법을 이용하며, 진동밀(Vibration mill) 건식 방법, 진동밀 습식 방법, 로드밀(Rod mill) 건식 방법, 로드밀 습식 방법, 볼밀(Ball mill) 건식 방법 및 볼밀 습식 방법 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법.
제 1항에 있어서,
상기 d) 단계에서 재료가 3 내지 7 mm가 되도록 파쇄하는 것을 특징으로 하는 태양광 폐모듈로부터 유용금속 회수를 위한 선택적 분리 방법.
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