KR102334865B1 - Batch processing system for waste lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폐리튬이차전지를 분해하여 일괄적으로 처리하는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차에 사용된 팩 상태의 폐리튬이차전지를 일괄적으로 처리함으로써 유해한 전해질을 효과적으로 처리하고 니켈, 코발트, 망간, 리튬의 유가금속과 극판을 구성하는 알루미늄과 구리를 효율적으로 회수할 수 있는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for disassembling and collectively processing waste lithium secondary batteries, and more particularly, by collectively processing waste lithium secondary batteries in a pack state used in electric vehicles to effectively treat harmful electrolytes, It relates to a waste lithium secondary battery batch processing system capable of efficiently recovering valuable metals such as cobalt, manganese, and lithium, and aluminum and copper constituting the electrode plate.
근래에 전기자동차가 급속도로 보급되고 있고 전기자동차에 사용되는 리튬이차전지는 나중에 폐기되는바, 향후 폐기되는 리튬이차전지의 처리 및 재활용을 위한 기술 개발이 시도되고 있다.In recent years, electric vehicles are rapidly spreading, and lithium secondary batteries used in electric vehicles are later discarded, and technology development for treatment and recycling of lithium secondary batteries that are discarded in the future is being attempted.
일예로, 아래의 특허문헌 1은 폐리튬이온배터리의 재활용 장치에 관한 것으로, 폐배터리가 완전 방전되었는지를 확인하여 완전 방전된 폐배터리가 투입되어 파쇄가 공기 중에서 이루어지는 슈레더 파쇄기; 유입구로 완전 방전이 이루어지지 않은 폐배터리가 투입되면 수중에서 파쇄가 진행되는 수중파쇄부; 상기 수중파쇄부에서 파쇄된 조각들과 상기 슈레더 파쇄기에서 파쇄된 조각들을 조금 더 잘게 파쇄하는 일반파쇄부; 상기 파쇄된 조각들을 건조하는 건조부; 및 상기 건조부에서 건조된 파쇄된 조각들을 분류하여 저장하는 분급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.As an example, Patent Document 1 below relates to a recycling device for a waste lithium ion battery, the shredder shredder that confirms whether the waste battery is completely discharged, the completely discharged waste battery is put in, and the shredding is performed in the air; An underwater crushing unit that is crushed in water when a waste battery that has not been completely discharged is put into the inlet; a general crusher for crushing the fragments crushed by the underwater crusher and the fragments crushed by the shredder crusher into smaller pieces; a drying unit for drying the crushed pieces; and a classification unit for classifying and storing the crushed pieces dried in the drying unit.
다른 예로, 아래의 특허문헌 2는 폐 배터리 재활용 장치에 관한 것으로, 폐 포장 배터리의 전해액을 제거하고, 폐 포장 배터리와 폐 벌크 배터리를 분쇄하여 페이스트, 그리드, 합성수지, 세퍼레이터를 각각 분리되게 얻어내는 전처리부와; 상기 그리드와 페이스트를 배출스크류 컨베이어를 통해 제1 스크레이퍼 컨베이어로 투입하고, 분탄, 분철, 소다회를 상기 제1 스크레이퍼 컨베이어에 투입하여 상호 뒤섞으면서 제2 스크레이퍼 컨베이어와 투입 스크류 컨베이어로 배출하는 재료 공급부와; 상기 재료 공급부를 통해 재료를 공급받아 재료를 가열하여 재료를 용해시키는 용해부와; 상기 용해부에서 출탕되는 재료의 슬래그를 제거한 후 재료를 임시 보관하는 케틀과; 케틀의 채워진 재료를 납펌프를 통해 공급받아 납괴를 생산하는 주조기를; 포함하는 것을 특징으로 한다.As another example, the following Patent Document 2 relates to a waste battery recycling device, which removes the electrolyte of the waste packaged battery and pulverizes the waste packaged battery and the waste bulk battery to separately obtain a paste, a grid, a synthetic resin, and a separator. wealth; a material supply unit for feeding the grid and the paste to the first scraper conveyor through the discharging screw conveyor, and discharging the powdered coal, powdered iron, and soda ash to the first scraper conveyor and mixing them with each other to the second scraper conveyor and the input screw conveyor; a dissolving unit receiving a material supplied through the material supply unit and heating the material to dissolve the material; a kettle for temporarily storing the material after removing the slag of the material tapped from the melting part; a casting machine for producing lead ingots by receiving the filled material of the kettle through a lead pump; characterized by including.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 전기자동차에 사용된 팩 상태의 폐리튬이차전지를 분해하여 일괄 공정으로 처리함으로써 유해한 전해질을 효과적으로 처리하고 니켈, 코발트, 망간, 리튬의 유가금속과 극판을 구성하는 알루미늄과 구리를 효율적으로 회수할 수 있는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved in the present invention is to effectively treat harmful electrolytes by disassembling and treating the waste lithium secondary battery in a pack state used in electric vehicles in a batch process, and to construct an electrode plate with valuable metals of nickel, cobalt, manganese, and lithium. It is to provide a waste lithium secondary battery batch processing system that can efficiently recover aluminum and copper.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 복수의 컨베이어와 복수의 로봇을 포함하여 배터리팩을 모듈이나 셀 단위까지 분해하는 분해처리부; 상기 분해처리부로부터 공급된 모듈이나 셀을 가열처리하여 유해 성분을 제거하는 열처리부; 상기 열처리부에서 배출된 제품들을 공급받아 이를 파쇄하는 파쇄처리부; 상기 파쇄처리부에서 배출된 가루나 알갱이를 크기별로 나누는 분급처리부; 및 상기 분급처리부로부터 이송된 가루 상태의 물질에서 유가금속 성분을 각각 분리하여 회수하는 유가금속 회수처리부;로 이루어지고, 상기 복수의 컨베이어는 배터리팩이 분해되면서 이동하는 이송컨베이어를 포함하며, 상기 복수의 로봇은 배터리팩의 커버를 분리해내는 배터리팩 로봇과 커버가 오픈된 배터리팩에서 모듈을 분리해내는 모듈 로봇으로 이루어지거나, 배터리팩의 커버를 분리해내는 배터리팩 로봇과 커버가 오픈된 배터리팩에서 모듈을 분리해내는 모듈 로봇과 분해된 모듈로부터 셀을 분리해내는 셀 로봇으로 이루어지고, 상기 모듈 로봇은 모듈을 연결하고 있는 케이블과 부품들을 분리해내며, 상기 분해처리부는 배터리팩 로봇에 의해 분리된 배터리팩의 커버와, 모듈 로봇에 의해 분리된 케이블과 부품들 및 모듈이 분리되고 남아 있는 배터리팩 케이스를 별도의 보관장소로 배출한다.In order to solve the above problems, the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention includes: a disassembling unit for disassembling the battery pack to a module or cell unit, including a plurality of conveyors and a plurality of robots; a heat treatment unit for removing harmful components by heat treatment of the module or cell supplied from the decomposition treatment unit; a crushing unit receiving the products discharged from the heat treatment unit and crushing them; a classification processing unit for dividing the powder or granules discharged from the crushing unit by size; and a valuable metal recovery processing unit that separates and recovers each valuable metal component from the powdery material transferred from the classification processing unit, wherein the plurality of conveyors include a conveying conveyor that moves while the battery pack is disassembled, The robot of is composed of a battery pack robot that removes the cover of the battery pack and a module robot that separates the module from the battery pack with the cover open, or a battery pack robot that removes the cover of the battery pack and the battery with the cover open It consists of a module robot that separates the module from the pack and a cell robot that separates cells from the disassembled module, wherein the module robot separates cables and parts connecting the modules, and the disassembly and processing unit is applied to the battery pack robot. The cover of the battery pack separated by the module, the cables, parts, and modules separated by the module robot are separated and the remaining battery pack case is discharged to a separate storage area.
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또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 열처리부가 상기 분해처리부로부터 배출된 모듈이나 셀이 투입되어 가열되는 회전식 열처리로, 상기 회전식 열처리로에 연결되어 회전식 열처리로 내부에서 증발 및 연소되면서 발생한 유해물질을 제거하는 대기환경설비, 및 상기 회전식 열처리로에서 배출되는 슬러그의 온도를 떨어뜨리는 냉각설비로 이루어진다.In addition, the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention is a rotary heat treatment furnace in which the heat treatment unit is heated by putting the module or cell discharged from the decomposition treatment section, and is connected to the rotary heat treatment furnace to evaporate and burn within the rotary heat treatment furnace. It consists of an atmospheric environment facility for removing the generated harmful substances, and a cooling facility for lowering the temperature of the slug discharged from the rotary heat treatment furnace.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 회전식 열처리로가 분리된 모듈이나 셀이 투입되는 유입구와, 상기 유입구에 연결되어 투입된 모듈이나 셀이 이동하는 통로인 내통과, 상기 내통을 둘러싸되 오일, LPG 또는 히터를 사용한 가열수단이 구비된 외통과, 상기 내통에 연결되어 회전식 열처리로에서 증발 및 연소된 가스가 배출되는 증기배출구와, 상기 내통에 연결되어 회전식 열처리로에서 증발 및 연소되고 남은 제품들이 배출되는 유출구가 구비된다.In addition, the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention includes an inlet through which the module or cell in which the rotary heat treatment furnace is separated is inserted, an inner passage that is connected to the inlet and a passage through which the inserted module or cell moves, and surrounds the inner tube An outer cylinder equipped with a heating means using oil, LPG, or a heater, a steam outlet connected to the inner cylinder through which vaporized and burned gas in the rotary heat treatment furnace is discharged, and the inner cylinder is connected to the inner cylinder to evaporate and burn in the rotary heat treatment furnace An outlet is provided through which the remaining products are discharged.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 대기환경설비가 상기 회전식 열처리로의 배출구에 연결되는 제1배관과 증기 처리조와 스크러버 사이를 연결하는 제2배관을 포함하고, 상기 제1배관에 연결되어 회전식 열처리로에서 배출되는 가스가 통과하면서 유해물질이 1차적으로 제거되되, 그 내부의 하부에 물이나 오일이 채워져 있고, 그 내부의 상부에 디미스터가 구비되어 있는 증기 처리조가 포함되며, 상기 제2배관에 연결되어 상기 증기 처리조에서 배출된 가스에서 유해물질을 최종적으로 제거하는 스크러버가 포함된다.In addition, the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention includes a first pipe connecting the atmospheric environment facility to the outlet of the rotary heat treatment furnace and a second pipe connecting between the steam treatment tank and the scrubber, and the first pipe It is connected to and includes a steam treatment tank in which harmful substances are primarily removed as the gas discharged from the rotary heat treatment furnace passes, and the lower part of it is filled with water or oil, and the upper part of the inner part is equipped with a demister. , a scrubber connected to the second pipe to finally remove harmful substances from the gas discharged from the steam treatment tank is included.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 분급처리부가 니켈, 코발트, 망간, 리튬 및 흑연의 가루 상태의 물질과 알루미늄, 구리, 기타 성분의 알갱이 상태의 물질을 분리해내는 초음파 분급기; 상기 초음파 분급기로부터 가루 상태의 물질이 유입되는 호퍼와, 상기 호퍼 하부에 설치되는 밸브와, 상기 밸브 하단에 연결되는 제2 스크류 컨베이어로 이루어지는 가루 처리부; 및 상기 초음파 분급기로부터 알갱이 상태의 물질이 유입되고 와전류를 이용하여 알루미늄 알갱이, 구리알갱이, 기타 알갱이를 각각 분류하는 비철 선별기를 포함하는 알갱이 처리부로 구성된다.In addition, the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention is an ultrasonic classifier in which the classifying unit separates the powdery material of nickel, cobalt, manganese, lithium and graphite and the granular material of aluminum, copper, and other components ; a powder processing unit including a hopper through which a powdery material is introduced from the ultrasonic classifier, a valve installed under the hopper, and a second screw conveyor connected to a lower end of the valve; and a grain processing unit including a non-ferrous sorter for each of aluminum grains, copper grains, and other grains by using an eddy current to which a grainy material is introduced from the ultrasonic classifier.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 유가금속 회수처리부가 산성에서 알칼리로 pH 변화를 주면서 산성 액체에 녹아 이온화되어 있는 유가금속을 차례대로 침출시키는 반응조와, 상기 반응조에 황산, 과산화수소, 가성소다를 공급하는 반응액 공급부와, 소정 pH에서 침출된 각각의 유가금속을 회수하는 유가금속 회수부로 이루어진다.In addition, the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention includes a reaction tank for sequentially leaching valuable metals dissolved in an acidic liquid and ionized in an acidic liquid while the valuable metal recovery processing unit changes the pH from acid to alkali, and sulfuric acid and hydrogen peroxide in the reaction tank , a reaction solution supply unit for supplying caustic soda, and a valuable metal recovery unit for recovering each valuable metal leached at a predetermined pH.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 반응조에 인버터를 이용하여 교반속도를 조절할 수 있는 교반기와, 반응조 내부의 온도를 측정하는 온도센서와, 반응조 내부 용액의 pH를 측정하는 pH 미터가 구비되어 있다.In addition, the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention includes a stirrer capable of controlling the stirring speed by using an inverter in the reaction tank, a temperature sensor measuring the temperature inside the reaction tank, and a pH meter measuring the pH of the solution inside the reaction tank is provided.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 유가금속 회수부가 반응조로부터 침출액을 유입하여 배출하는 다이어프램 펌프와, 상기 다이어프램 펌프에서 배출된 침출액이 통과하면서 유가금속을 채굴하는 유가금속 분리조를 포함한다.In addition, the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention comprises a diaphragm pump through which the valuable metal recovery unit flows in and discharges the leachate from the reaction tank, and a valuable metal separation tank for mining valuable metals while the leachate discharged from the diaphragm pump passes through. include
본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 의하면, 배터리팩 로봇, 모듈 로봇 및 셀 로봇의 주변에 진공 흡입설비를 구비함으로써 전기자동차에 사용된 팩 상태의 폐리튬이차전지를 분해하는 과정에서 인체에 유해한 전해질을 효과적으로 처리할 수 있다.According to the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention, by providing a vacuum suction facility around the battery pack robot, the module robot, and the cell robot, in the process of disassembling the waste lithium secondary battery in the pack state used in the electric vehicle, the human body It can effectively dispose of harmful electrolytes.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 의하면, 배터리팩 로봇, 모듈 로봇 및 셀 로봇을 구비함으로써 배터리팩 케이스, 모듈 케이스 및 기타 부품들을 효율적으로 회수할 수 있다.In addition, according to the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention, it is possible to efficiently collect the battery pack case, the module case and other parts by providing the battery pack robot, the module robot and the cell robot.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 의하면, 분급처리부와 유가금속 회수처리부를 구비함으로써 니켈, 코발트, 망간, 리튬의 유가금속과 극판을 구성하는 알루미늄과 구리를 효율적으로 회수할 수 있다.In addition, according to the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention, valuable metals such as nickel, cobalt, manganese, and lithium and aluminum and copper constituting the electrode plate can be efficiently recovered by providing the classification processing unit and the valuable metal recovery processing unit.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 의하면, 폐리튬이차전지를 분해하는 단계에서 주요 물질을 수거 및 회수하는 단계까지 일괄적으로 처리할 수 있으므로 시스템의 효용성이 크게 증대된다.In addition, according to the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention, from the disassembling of the waste lithium secondary battery to the collecting and recovering of the main material can be processed in one batch, thereby greatly increasing the effectiveness of the system.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 분해처리부의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 열처리부의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 파쇄처리부의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 분급처리부의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 유가금속 회수처리부의 확대도이다.
도 7은 도 6의 A 부분의 확대도이다.1 is a block diagram of a waste lithium secondary battery batch processing system according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged view of the disassembly processing unit of the waste lithium secondary battery batch processing system according to an embodiment of the present invention.
3 is an enlarged view of a heat treatment unit of a waste lithium secondary battery batch processing system according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view of the crushing unit of the waste lithium secondary battery batch processing system according to an embodiment of the present invention.
5 is an enlarged view of the classification processing unit of the waste lithium secondary battery batch processing system according to an embodiment of the present invention.
6 is an enlarged view of a valuable metal recovery processing unit of a waste lithium secondary battery batch processing system according to an embodiment of the present invention.
7 is an enlarged view of part A of FIG. 6 .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은 분해처리부(100), 열처리부(200), 파쇄처리부(300), 분급처리부(400) 및 유가금속 회수처리부(500)로 이루어진다.1, the waste lithium secondary battery batch processing system of the present invention consists of a
이하, 각 구성별로 본 발명의 구체적인 내용을 설명한다.Hereinafter, specific contents of the present invention will be described for each configuration.
상기 분해처리부(100)는 이송컨베이어(111)에 공급된 팩상태의 폐리튬이차전지(이하 "배터리팩"이라 한다)를 셀 단위까지 분해하는 구성으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 컨베이어(110)와 복수의 로봇(130)을 포함하여 이루어진다.The
이때, 상기 폐리튬이차전지는 안전을 위하여 완전히 방전시킨 후 이송컨베이어(111)에 공급되도록 한다.At this time, the waste lithium secondary battery is completely discharged for safety and then supplied to the
구체적으로, 상기 컨베이어(110)는 폐리튬이차전지가 분해되면서 이동하는 이송컨베이어(111), 상기 이송컨베이어(111)의 하부에 승강 가능하게 구비되는 복수의 전환컨베이어(113), 및 상기 이송컨베이어(111)에 직각으로 배치되어 전환컨베이어(113)로부터 분해된 부품들을 전달받아 배출시키는 복수의 배출컨베이어(115)로 이루어진다.Specifically, the
그리고 상기 복수의 로봇(130) 각각에 대응되는 이송컨베이어(111)의 일측에는 센터링 장치(120)가 구비되어 있어 폐리튬이차전지의 위치를 정위치에 고정시키게 되고, 이와 같이 정위치에 고정된 상태에서 로봇(130)에 의한 분해작업이 실시된다.And a
상기 복수의 로봇(130)은 진입측으로부터 배터리팩 로봇(131), 모듈 로봇(133) 및 셀 로봇(135)의 순서대로 구비된다.The plurality of
상기 배터리팩 로봇(131)은 비젼을 이용하여 배터리팩 종류가 어떤 제조사 및 자동차에서 탈착된 것인지 확인하고 정해진 순서에 따라 분해 작업을 실시한다.The
이때, 레이저를 이용하여 배터리팩의 외관을 절단 분리하여 커버를 오픈하거나 툴체인저를 이용하여 툴을 교체해가면서 분해할 수 있으며, 상기 커버는 전환컨베이어(113)와 배출컨베이어(115)를 통해 별도의 보관장소로 배출되고, 커버를 제외한 나머지 배터리팩 부분을 이송컨베이어(111)를 따라 이동시킨다.At this time, the exterior of the battery pack can be cut and separated using a laser to open the cover or disassemble while replacing the tool using a tool changer. It is discharged to the storage location, and the remaining battery pack parts except for the cover are moved along the
상기 모듈 로봇(133)은 커버가 오픈된 배터리팩에서 모듈을 분리해내는 것으로, 상기 배터리팩 로봇(131)과 마찬가지로 비젼을 이용하여 작업할 위치를 확인하고 필요한 공구툴을 사용하여 모듈 분리작업을 실시한다.The
구체적으로, 상기 모듈 로봇(133)의 전방에 작업대(125)가 구비되어 있고, 상기 작업대(125)에는 클램핑장치가 구비되어 배터리팩을 파지할 수 있도록 하며, 상기 작업대(125)는 리프팅장치에 의해 승강되도록 한다.Specifically, a
상기 클램핑장치는 배터리팩을 파지한 상태에서 패터리팩을 뒤집을 수 있고, 커버가 분리된 배터리팩을 뒤집은 상태에서 상기 모듈 로봇(133)은 모듈을 연결하고 있는 케이블과 기타 부품들을 분리해내며, 이렇게 분리된 부품들은 낙하하여 작업대(125)에 별도로 마련된 수거통에 수집된다.The clamping device can turn the battery pack over while holding the battery pack, and the
그 후, 상기 클램핑장치는 수거통을 전환컨베이어(113) 측으로 옮겨 놓고, 상기 수거통은 전환컨베이어(113)와 배출컨베이어(115)를 통해 별도의 보관장소로 배출된다.After that, the clamping device moves the container to the
한편, 상기 케이블과 기타 부품들을 분리해내면 다시 배터리팩을 뒤집어 원래 상태로 하고 그 상태에서 모듈 로봇(133)은 배터리팩으로부터 모듈을 분리해내며, 분리된 모듈을 모듈 로봇(133)에 구비된 그립퍼를 이용하여 이송컨베이어(111) 상에 탑재시켜 이송시킨다. On the other hand, when the cable and other parts are separated, the battery pack is turned over again to its original state, and in that state, the
그리고 모듈이 분리되고 남아있는 배터리팩 케이스는 전환컨베이어(113)와 배출컨베이어(115)를 통해 별도의 보관장소로 배출된다.And the module is separated and the remaining battery pack case is discharged to a separate storage place through the
상기 셀 로봇(135)은 분해된 모듈로부터 셀을 분리해내는 것으로, 전용 툴을 이용하여 모듈에서 셀을 분리하고, 때에 따라서는 절단을 통해 모듈로부터 셀을 분리할 수 있다.The
이때, 분리된 셀은 이송컨베이어(111)에 탑재하여 이송시키고 나머지 모듈 부품은 전환컨베이어(113)와 배출컨베이어(115)를 통해 별도의 보관장소로 배출된다.At this time, the separated cells are mounted on the
한편, 필요에 의해 상기 셀 로봇(135)에 의한 셀 분리 작업은 생략할 수도 있다.Meanwhile, if necessary, the cell separation operation by the
본 발명에서는 상기 분해 처리 과정에서 레이저를 이용하여 절단하는 경우 인체에 유해한 전해질이 누출될 수 있으므로 이를 처리하기 위하여 배터리팩 로봇(131), 모듈 로봇(133) 및 셀 로봇(135)의 주변에 진공 흡입설비(150)를 더 구비한다.In the present invention, when cutting using a laser during the decomposition treatment process, electrolyte harmful to the human body may leak. In order to handle this, a vacuum is placed around the
상기 진공 흡입설비(150)는 상기 배터리팩 로봇(131), 모듈 로봇(133) 및 셀 로봇(135)의 주변 공기를 진공으로 빨아들이고 빨아들인 공기는 물이 담겨진 증기 처리조(155)로 보내어 증기 처리조(155)에서 누출된 기체 상태의 전해질을 걸러낸 후 깨끗한 공기를 대기중으로 배출시킨다.The
그리고 누출된 기체의 농도가 진하면 즉시 센서에 의해 경고 알람을 울릴 수 있도록 구성하여 작업자가 위험한 환경에 노출되는 것을 방지할 수 있다.And when the concentration of the leaked gas is thick, it can be configured to immediately sound a warning alarm by the sensor, thereby preventing the worker from being exposed to a dangerous environment.
상기 열처리부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 이송컨베이어(111)로부터 공급된 모듈이나 셀을 가열하고 이로부터 일부 물질을 증발 및 연소시켜 유해 성분을 제거하는 구성으로서, 회전식 열처리로(210), 대기환경설비(230) 및 냉각설비(250)로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the
구체적으로, 상기 회전식 열처리로(210)는 분리된 모듈이나 셀이 투입되는 유입구(211)와, 상기 유입구(211)에 연결되어 투입된 모듈이나 셀이 이동하며 회전 가능하게 구비되는 내통(212)과, 상기 내통(212)을 둘러싸되 오일, LPG 또는 히터를 사용한 가열수단이 구비된 외통(213)과, 상기 외통(213)에 연결되어 회전식 열처리로(210)에서 증발 및 연소된 가스가 배출되는 증기배출구(214)와, 상기 내통(212)에 연결되어 회전식 열처리로(210)에서 증발 및 연소되고 남은 슬러그가 배출되는 유출구(215)가 구비되어 있다.Specifically, the rotary
상기 회전식 열처리로(210)에 투입된 모듈이나 셀은 고온에 의한 자체 폭발 등으로 자체 분해되고 전해질은 고온에 의해 증발되며, 분리막 등은 200℃ 이상이 되면 연소되고, 400℃ 이상이 되면 극판에 부착되어 있는 활물질이 박리된다.Modules or cells put into the rotary
여기서, 상기 회전식 열처리로(210)는 양극판 소재인 알루미늄, 음극판 소재인 구리, 활물질인 니켈, 코발트, 망간과 같은 유가금속이 융해되지 않을 정도의 온도로 가열된다. Here, the rotary
상기 슬러그는 위의 각 물질들이 서로 분리된 상태로 뭉쳐있는 형태가 된다. The slug has a form in which each of the above materials is agglomerated in a state of being separated from each other.
상기 대기환경설비(230)는 회전식 열처리로(210) 내부에서 증발 및 연소되면서 발생한 유해물질을 제거하기 위한 것이고, 복수의 배관(231), 증기 처리조(233) 및 스크러버(235)를 포함하여 구성된다.The
상기 복수의 배관(231)은 회전식 열처리로(210)의 증기배출구(214)에 연결되는 제1배관(231a)과 증기 처리조(233)와 스크러버(235) 사이를 연결하는 제2배관(231b)을 포함한다.The plurality of
상기 증기 처리조(233)는 회전식 열처리로(210)에서 배출되는 가스가 통과하면서 유해물질이 1차적으로 제거되는 곳으로서, 그 내부의 하부에 물이나 오일이 채워져있고, 그 내부의 상부에 디미스터(233a)가 구비되어 있다.The
즉, 상기 회전식 열처리로(210)에서 배출된 가스는 증기 처리조(233)의 하부로 유입되고, 배출된 가스에 의해 물이나 오일 속에서 버블링이 발생하는바 이 과정에서 가스에 포함된 유해물질이 대부분 제거되며, 상기 버블링시 발생한 기체+액체 상태의 비말이 상부로 올라가 디미스터(233a)에 접촉하게 되며, 디미스터(233a)에서 기체의 일부는 접촉에 의해 액상으로 변하고 이처럼 액상으로 변한 것과 비말 중의 액체가 하부로 다시 낙하하게 되고 기체만 디미스터(233a)를 통과하게 된다.That is, the gas discharged from the rotary
이때, 디미스터(233a)를 통과한 기체는 온도가 저하된 상태가 되고 이와 같은 상태의 기체가 스크러버(235)에 유입되므로 스크러버(235)에 악영향을 미치지 않게 된다.At this time, since the gas that has passed through the
한편, 상기 증기 처리조(233) 하부에는 제1 칠러(233b)가 구비되어 있고, 상기 제1 칠러(233b)에 의해 증기 처리조(233) 내의 물이나 오일은 적정한 온도 범위 내로 유지될 수 있게 된다.On the other hand, a
상기 스크러버(235)는 증기 처리조(233)에서 배출된 가스에서 유해물질을 최종적으로 제거하는 구성이다.The
이와 같이 본 발명은 환경적으로 안전한 시스템을 구축할 수 있게 된다.In this way, the present invention can build an environmentally safe system.
상기 냉각설비(250)는 회전식 열처리로(210)의 유출구(215)에서 배출되는 슬러그의 온도를 떨어뜨리는 구성으로서, 냉각통(251)과 제2 칠러(253)를 포함하며, 이는 후속 공정의 안전성을 담보하기 위한 것이다.The
구체적으로, 상기 냉각통(251)은 좌광우협 또는 우광좌협의 단면 형상을 갖는 통 형상이고, 단면이 큰 쪽의 상부 일측에 고온의 슬러그가 투입되는 투입구(251a)가, 단면이 작은 쪽의 저부 일측에 냉각된 슬러그가 토출되는 토출구(251b)가 각각 마련되며, 내부에는 구동수단에 의해 회전하는 수평 교반기(미도시)가 더 구비될 수 있다.Specifically, the cooling
또한, 상기 제2 칠러(253)는 냉각통(251)의 외주로 냉각수를 공급하여 냉각통(251)을 냉각시키는 것이고, 상기 제2 칠러(253)는 동일한 기능을 수행하는 다양한 냉각 수단으로 대체될 수 있다.In addition, the
상기 파쇄처리부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 열처리부(200)에서 배출된 고체 상태의 슬러그를 공급받아 이를 파쇄하는 구성이고, 다소 거친 크기로 파쇄하는 해머 밀(310)과 상기 해머 밀(310)에서 파쇄된 것을 다소 미세하게 파쇄하는 크러셔 밀(330)로 구성된다.As shown in FIG. 4 , the crushing
이때, 상기 크러셔 밀(330)을 거치면서 고체 상태의 슬러그는 물질의 종류에 따라 가루나 알갱이 상태가 되며 제1 스크류 컨베이어(350)를 통해 다음 공정을 위한 장치로 이송된다.At this time, while passing through the
상기 분급처리부(400)는 도 5에 도시된 바와 같이, 파쇄처리부(300)의 제1 스크류 컨베이어(350)로부터 공급된 가루나 알갱이를 크기별로 나누는 구성으로서, 초음파 분급기(410), 가루 처리부(430) 및 알갱이 처리부(450)로 구성된다.As shown in FIG. 5 , the classifying
구체적으로, 상기 초음파 분급기(410)는 가루 상태의 물질 즉, 활물질을 구성하고 있던 니켈, 코발트, 망간, 리튬 및 흑연 성분의 물질과 알갱이 상태의 물질 즉, 알루미늄 알갱이, 구리알갱이, 기타 성분의 물질을 분리해낸다.Specifically, the
상기 가루 처리부(430)는 가루 상태의 물질을 처리하는 곳으로서, 초음파 분급기(410)로부터 가루 상태의 물질이 유입되는 호퍼(431)와, 상기 호퍼(431) 하부에 설치되는 밸브(432)와, 상기 밸브(432) 하단에 연결되는 제2 스크류 컨베이어(433)로 이루어진다.The
상기 호퍼(431)에 가루 상태의 물질이 적정 레벨까지 투입되면 밸브(432)를 오픈하여 제2 스크류 컨베이어(433)를 통해 가루 상태의 물질을 적정량만큼 유가금속 회수처리부(500)로 공급한다.When the powdery material is put into the
이때 상기 밸브(432)는 자동밸브와 회전밸브로 구성될 수 있고, 상기 제2 스크류 컨베이어(433)의 배출측에는 투입밸브(433a)가 구비되어 있다.In this case, the
또한, 상기 밸브(432) 하단에 라인 마그네틱 필터(434)를 더 구비함으로써 혹시 있을 줄 모르는 철성분을 최종적으로 제거하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to finally remove the iron component that may exist by further providing a line
상기 알갱이 처리부(450)는 초음파 분급기(410)로부터 알갱이 상태의 물질이 유입되는 비철 선별기(453)를 포함하여 구성된다.The
상기 비철 선별기(453)는 와전류를 이용하는 선별기로서 알루미늄 알갱이, 구리알갱이, 기타 알갱이를 각각 분류하여 별도의 톤백에 저장한다.The
그리고 이렇게 선별된 알루미늄 알갱이, 구리알갱이, 기타 알갱이들은 추후 필요시 재활용 공정에 투입되어 사용된다.And the aluminum grains, copper grains, and other grains selected in this way are put into a recycling process and used later if necessary.
상기 유가금속 회수처리부(500)는 도 6에 도시된 바와 같이, 가루 상태의 물질에서 유가금속 성분을 각각 분리하여 회수하기 위한 구성으로서, 반응조(510), 반응액 공급부(530) 및 유가금속 회수부(550)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 6 , the valuable metal
구체적으로, 상기 반응조(510)는 유가금속이 침출되는 반응 용기로서 스테인레스 재질로 이루어지되, 인버터를 이용하여 교반속도를 조절할 수 있는 교반기(511)와, 반응조(510) 내부의 온도를 측정하는 온도센서(512) 및 반응조(510) 내부 용액의 pH를 측정하는 pH 미터(513)가 구비되어 있다.Specifically, the
또한, 상기 반응조(510)는 유가금속의 추출 효율을 높이기 위하여 외부에 구비된 전기히터(520)에 의해 60 ~ 80℃ 정도로 가열되는 것이 바람직하다.In addition, the
상기 반응액 공급부(530)는 반응조(510) 내부로 황산, 과산화수소, 가성소다를 각각 저장하고 있는 저장탱크(531)와, 각 저장탱크(531)에서 황산, 과산화수소, 가성소다를 반응조(510)로 정량으로 공급하기 위한 정량펌프(532)와, 각 정량펌프()에 연결되어 역류를 방지하는 체크밸브(533)를 포함한다.The reaction
또한, 상기 반응액 공급부(530)에는 유량계(534)와 레벨미터(535)가 더 구비되어 있고, 상기 유량계(534)와 레벨미터(535)를 통해 적정량의 황산과 과산화수소가 강산성 상태로 반응조(510)에 저장될 수 있다.In addition, the reaction
이와 같이 적정량의 황산과 과산화수소가 반응조(510)에 저장된 상태에서 일정량의 가루 상태의 물질이 투입되면 투입밸브(433a)를 폐쇄시키고 교반기()를 작동시킨다.As such, when a certain amount of powdery material is added in a state in which appropriate amounts of sulfuric acid and hydrogen peroxide are stored in the
적정 시간의 교반을 통하여 투입된 가루가 강산성의 액체에 녹아 모두 이온화되었다고 판단되면 교반을 중단하고 가성소다를 투입하여 산성에서 알칼리로 pH 변화를 주면서 산성 액체에 녹아 이온화되어 있는 유가금속을 차례대로 침출시킨다.When it is judged that the powder is dissolved in the strongly acidic liquid and all ionized through stirring for an appropriate time, the stirring is stopped and caustic soda is added to change the pH from acid to alkali, and the ionized valuable metal dissolved in the acidic liquid is leached out in turn. .
즉, 소정 pH로 맞춘 후 교반기를 가동하여 유가금속이 침출되도록 하는 과정을 반복함으로써 니켈, 코발트, 망간, 리튬의 유가금속을 회수할 수 있게 된다.That is, by repeating the process of leaching valuable metals by operating the stirrer after adjusting the pH to a predetermined value, it is possible to recover valuable metals such as nickel, cobalt, manganese, and lithium.
예를 들어, pH가 5인 경우 니켈이 침출되고, pH가 6인 경우 코발트가 침출되며, pH가 7인 경우 망간이 침출되고, pH가 8인 경우 리튬이 침출되는 방식이다.For example, when the pH is 5, nickel is leached, when the pH is 6, cobalt is leached, when the pH is 7, manganese is leached, and when the pH is 8, lithium is leached.
여기서, pH의 수치에 따른 침출물의 종류는 단순 예시한 것이다.Here, the type of leachate according to the value of the pH is merely an example.
상기 유가금속 회수부(550)는 소정 pH에서 침출된 각각의 유가금속을 회수하기 위한 구성으로서, 반응조(510)로부터 침출액을 유입하여 배출하는 다이어프램 펌프(551)와 상기 다이어프램 펌프()에서 배출된 침출액이 통과하면서 유가금속을 채굴하는 유가금속 분리조(553)를 포함한다.The valuable
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유가금속 분리조(553)에는 하부로 침출액이 유입되고 상부로 침출액이 유출되도록 하고 중간에 필터(553a)를 구비하여 침출액의 유동 과정에서 유가금속이 채굴되도록 한다.As shown in FIG. 7 , the valuable
이때, 유가금속 분리조(553)에서 유출된 침출액은 다시 반응조(510)로 보내어진다.At this time, the leachate discharged from the valuable
한편, 유가금속 분리조(553)에서 해당 유가금속이 충분히 채굴되었다고 판단되면 물을 공급하여 유가금속에 묻어 있는 화학성분들을 모두 세척한 후 회수하게 된다.On the other hand, when it is determined that the valuable metal has been sufficiently mined in the valuable
이러한 유가금속이 회수된 후 반응조(710)에는 흑연이 남아있게 되고 이는 최종적으로 반응조(710) 세척시 물과 함께 외부로 배출되게 된다.After these valuable metals are recovered, graphite remains in the reaction tank 710 and is finally discharged together with water when the reaction tank 710 is washed.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and it should be understood that the scope of the present invention extends to those substantially equivalent to the embodiments of the present invention. Various modifications may be made by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains without departing from the spirit of the invention.
100: 분해처리부
200: 열처리부
300: 파쇄처리부
400: 분급처리부
500: 유가금속 회수처리부100: decomposition processing unit
200: heat treatment unit
300: crushing unit
400: classification processing unit
500: valuable metal recovery processing unit
Claims (10)
상기 분해처리부로부터 공급된 모듈이나 셀을 가열처리하여 유해 성분을 제거하는 열처리부;
상기 열처리부에서 배출된 제품들을 공급받아 이를 파쇄하는 파쇄처리부;
상기 파쇄처리부에서 배출된 가루나 알갱이를 크기별로 나누는 분급처리부; 및
상기 분급처리부로부터 이송된 가루 상태의 물질에서 유가금속 성분을 각각 분리하여 회수하는 유가금속 회수처리부;
로 이루어지고,
상기 복수의 컨베이어는 배터리팩이 분해되면서 이동하는 이송컨베이어를 포함하며,
상기 복수의 로봇은 배터리팩의 커버를 분리해내는 배터리팩 로봇과 커버가 오픈된 배터리팩에서 모듈을 분리해내는 모듈 로봇으로 이루어지거나, 배터리팩의 커버를 분리해내는 배터리팩 로봇과 커버가 오픈된 배터리팩에서 모듈을 분리해내는 모듈 로봇과 분해된 모듈로부터 셀을 분리해내는 셀 로봇으로 이루어지고,
상기 모듈 로봇은 모듈을 연결하고 있는 케이블과 부품들을 분리해내며,
상기 분해처리부는
배터리팩 로봇에 의해 분리된 배터리팩의 커버와, 모듈 로봇에 의해 분리된 케이블과 부품들 및 모듈이 분리되고 남아 있는 배터리팩 케이스를 별도의 보관장소로 배출하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.A disassembling unit for disassembling the battery pack to a module or cell unit, including a plurality of conveyors and a plurality of robots;
a heat treatment unit for removing harmful components by heat treatment of the module or cell supplied from the decomposition treatment unit;
a crushing unit receiving the products discharged from the heat treatment unit and crushing them;
a classification processing unit for dividing the powder or granules discharged from the crushing unit by size; and
a valuable metal recovery processing unit for separating and recovering each valuable metal component from the powdery material transferred from the classification processing unit;
is made of,
The plurality of conveyors include a transport conveyor that moves while the battery pack is disassembled,
The plurality of robots consists of a battery pack robot that removes the cover of the battery pack and a module robot that separates the module from the battery pack with the cover open, or the battery pack robot that removes the cover of the battery pack and the cover is open It consists of a module robot that separates modules from the battery pack and a cell robot that separates cells from the disassembled module.
The module robot separates the cables and parts connecting the modules,
The decomposition processing unit
A batch of waste lithium secondary batteries, characterized in that the battery pack cover separated by the battery pack robot, the cables, parts, and modules separated by the module robot are separated and the remaining battery pack case is discharged to a separate storage place processing system.
상기 열처리부는
상기 분해처리부로부터 배출된 모듈이나 셀이 투입되어 가열되는 회전식 열처리로, 상기 회전식 열처리로에 연결되어 회전식 열처리로 내부에서 증발 및 연소되면서 발생한 유해물질을 제거하는 대기환경설비, 및 상기 회전식 열처리로에서 배출되는 슬러그의 온도를 떨어뜨리는 냉각설비로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.According to claim 1,
The heat treatment unit
A rotary heat treatment furnace in which the module or cell discharged from the decomposition treatment unit is put in and heated, an atmospheric environment facility connected to the rotary heat treatment furnace to remove harmful substances generated while evaporating and burning inside the rotary heat treatment furnace, and in the rotary heat treatment furnace A waste lithium secondary battery batch processing system, characterized in that it consists of a cooling facility that lowers the temperature of the discharged slug.
상기 회전식 열처리로는
분리된 모듈이나 셀이 투입되는 유입구와, 상기 유입구에 연결되어 투입된 모듈이나 셀이 이동하는 통로인 내통과, 상기 내통을 둘러싸되 오일, LPG 또는 히터를 사용한 가열수단이 구비된 외통과, 상기 내통에 연결되어 회전식 열처리로에서 증발 및 연소된 가스가 배출되는 증기배출구와, 상기 내통에 연결되어 회전식 열처리로에서 증발 및 연소되고 남은 제품들이 배출되는 유출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.5. The method of claim 4,
The rotary heat treatment furnace
An inlet into which the separated module or cell is put, an inner tube that is connected to the inlet and a passage through which the inserted module or cell moves, an outer tube that surrounds the inner tube and is equipped with a heating means using oil, LPG, or a heater, and the inner tube A waste lithium secondary battery batch, characterized in that it is connected to a steam outlet through which vaporized and combusted gas in the rotary heat treatment furnace is discharged, and an outlet connected to the inner cylinder through which products evaporated and burned in the rotary heat treatment furnace and remaining products are discharged. processing system.
상기 대기환경설비는
상기 회전식 열처리로의 배출구에 연결되는 제1배관과 증기 처리조와 스크러버 사이를 연결하는 제2배관을 포함하고,
상기 제1배관에 연결되어 회전식 열처리로에서 배출되는 가스가 통과하면서 유해물질이 1차적으로 제거되되, 그 내부의 하부에 물이나 오일이 채워져 있고, 그 내부의 상부에 디미스터가 구비되어 있는 증기 처리조가 포함되며,
상기 제2배관에 연결되어 상기 증기 처리조에서 배출된 가스에서 유해물질을 최종적으로 제거하는 스크러버가 포함되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.5. The method of claim 4,
The atmospheric environment facility is
A first pipe connected to the outlet of the rotary heat treatment furnace and a second pipe connecting between the steam treatment tank and the scrubber,
As the gas discharged from the rotary heat treatment furnace connected to the first pipe passes, harmful substances are primarily removed, and the lower part of the inside is filled with water or oil, and the steam is provided with a demister at the upper part of the inside. treatment tank is included,
and a scrubber connected to the second pipe to finally remove harmful substances from the gas discharged from the steam treatment tank.
상기 분급처리부는
니켈, 코발트, 망간, 리튬 및 흑연의 가루 상태의 물질과 알루미늄, 구리, 기타 성분의 알갱이 상태의 물질을 분리해내는 초음파 분급기;
상기 초음파 분급기로부터 가루 상태의 물질이 유입되는 호퍼와, 상기 호퍼 하부에 설치되는 밸브와, 상기 밸브 하단에 연결되는 제2 스크류 컨베이어로 이루어지는 가루 처리부; 및
상기 초음파 분급기로부터 알갱이 상태의 물질이 유입되고 와전류를 이용하여 알루미늄 알갱이, 구리알갱이, 기타 알갱이를 각각 분류하는 비철 선별기를 포함하는 알갱이 처리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.According to claim 1,
The classification processing unit
an ultrasonic classifier that separates powdered materials of nickel, cobalt, manganese, lithium and graphite from particles of aluminum, copper, and other components;
a powder processing unit including a hopper through which a powdery material is introduced from the ultrasonic classifier, a valve installed under the hopper, and a second screw conveyor connected to a lower end of the valve; and
Waste lithium secondary battery batch processing system, characterized in that it is composed of a grain processing unit including a non-ferrous sorter that separates aluminum grains, copper grains, and other grains by using an eddy current in which a grainy material is introduced from the ultrasonic classifier.
상기 유가금속 회수처리부는
산성에서 알칼리로 pH 변화를 주면서 산성 액체에 녹아 이온화되어 있는 유가금속을 차례대로 침출시키는 반응조와, 상기 반응조에 황산, 과산화수소, 가성소다를 공급하는 반응액 공급부와, 소정 pH에서 침출된 각각의 유가금속을 회수하는 유가금속 회수부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.According to claim 1,
The valuable metal recovery processing unit
A reaction tank for sequentially leaching valuable metals dissolved in an acidic liquid and ionized in an acidic liquid while changing the pH from acid to alkali; A waste lithium secondary battery batch processing system, characterized in that it comprises a valuable metal recovery unit for recovering metal.
상기 반응조에는
인버터를 이용하여 교반속도를 조절할 수 있는 교반기와, 반응조 내부의 온도를 측정하는 온도센서와, 반응조 내부 용액의 pH를 측정하는 pH 미터가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.9. The method of claim 8,
In the reaction tank
A waste lithium secondary battery batch processing system, characterized in that it is equipped with a stirrer capable of adjusting the stirring speed using an inverter, a temperature sensor for measuring the temperature inside the reaction tank, and a pH meter for measuring the pH of the solution inside the reaction tank.
상기 유가금속 회수부는
반응조로부터 침출액을 유입하여 배출하는 다이어프램 펌프와, 상기 다이어프램 펌프에서 배출된 침출액이 통과하면서 유가금속을 채굴하는 유가금속 분리조를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.10. The method of claim 9,
The valuable metal recovery unit
A waste lithium secondary battery batch processing system comprising: a diaphragm pump for introducing and discharging the leachate from the reactor; and a valuable metal separation tank for mining valuable metals while the leachate discharged from the diaphragm pump passes.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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