KR102440464B1 - 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템 및 건조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템 및 건조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염호(salt lake)로부터 기계적 탈수공정을 통해 수득한 50% 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 건조된 리튬 파우더를 혼합하여 건조함으로써 1% 이하의 함수율을 갖는 건조물을 생산할 수 있는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템 및 건조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템은 염호에서 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 리튬 슬러리를 혼합기(200)에 투입하는 투입기(100); 상기 투입기(100)에서 투입된 리튬 슬러리와 건조기(300)에서 건조된 리튬 파우더를 혼합하여 혼합 슬러리를 생성하는 혼합기(200); 상기 혼합기(200)에서 생성된 혼합 슬러리를 고온의 스팀을 이용하여 건조시켜 리튬 파우더를 생성하는 건조기(300); 상기 건조기(300)에서 생성된 리튬 파우더 일부를 상기 혼합기(200)로 이송하는 순환 컨베이어(400); 및 상기 건조기(300)에서 생성된 리튬 파우더를 외부로 배출하는 배출 컨베이어(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

염호 리튬 슬러리의 건조 시스템 및 건조 방법{Drying system and drying method of salt lake lithium slurry}
본 발명은 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템 및 건조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염호(salt lake)로부터 기계적 탈수공정을 통해 수득한 50% 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 건조된 리튬 파우더를 혼합하여 건조함으로써 1% 이하의 함수율을 갖는 건조물을 생산할 수 있는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템 및 건조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 리튬은 이차전지, 유리, 세라믹, 합금, 윤활유, 제약 등 각종 산업 전반에 다양하게 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 최근 하이브리드 및 전기 자동차의 주요 동력원으로 주목받고 있을 뿐만 아니라 휴대폰, 노트북 등 기존의 포터블 전자장비의 소형 배터리로도 사용되어 향후 거대 시장으로 성장할 것으로 예측되고 있다.
이러한, 리튬의 공급원은 광물(mineral), 염수(brine) 또는 해수(sea water) 등이 있으며, 이 중 광물은 스포듀민(spodumene), 페탈라이트(petalite) 및 레페돌라이트(lepidolite) 등으로서 리튬이 약 1~1.5%로 비교적 많이 함유되어 있지만, 광물로부터 리튬을 추출하기 위해서는 부유선별, 고온 가열, 분쇄, 산 혼합, 추출, 정제 농축, 침전 등의 공정을 거쳐야 하기 때문에 회수 절차가 복잡하고, 고에너지 소비로 인해 비용이 많이 소비되며, 리튬을 추출하는 과정에서 산을 사용함으로써 환경오염이 극심한 문제점이 있다.
그리고, 해수로부터 리튬을 회수하는 경우에는 흡착제가 포함된 회수장치를 해수에 투입하여 리튬을 선택적으로 흡착시킨 후 산처리하여 리튬을 추출하는 기술이 주를 이루고 있으나, 해수에 포함된 리튬의 농도가 낮아 경제성이 떨어지는 문제가 있다.
이러한 문제들로 인하여 최근에는 주로 염수로부터 리튬을 회수하고 있는데, 염수는 천연의 염호(salt lake)에서 산출되고, 리튬을 비롯한 Mg, Ca, B, Na, K 등의 성분이 포함되어 있다.
하지만, 염수에 함유된 리튬은 주로 탄산리튬의 형태로 추출되는데, 탄산리튬의 용해도 보다 낮기 때문에 석출된 탄산리튬이 재용해됨으로써, 리튬 회수율이 매우 낮은 문제가 있다.
따라서, 종래에는 염수에 함유된 리튬을 탄산리튬 형태로 추출하기 위하여 염호의 물을 끌어와 증발 연못에 가두고 1년 이상 염호의 수분을 태양열을 이용해 자연 증발시킴으로써 리튬을 수십 배로 농축시킨 소금물을 얻는다. 이후, 소금물에 함유된 리튬을 제외한 마그네슘, 소듐, 칼슘 등과 같은 성분을 제거하는 정제 공정을 거치게 된다. 특히 마그네슘이 리튬과 비슷한 특성을 띠기 때문에 염호에서의 리튬 생산 과정에는 마그네슘 제거가 핵심 공정으로 꼽힌다. 정제 공정을 거치고 난 후 최종적으로 탄산리튬, 수산화리튬 등과 같은 리튬 화합물을 생산하게 되며, 이 화합물은 리튬을 필요로 하는 다양한 산업 분야에서 활용된다.
그러나, 종래의 방법은 염수의 증발 및 농축에 많은 시간이 소요되어 생산성이 크게 저하되고, 염수의 증발 및 농축 과정에서 리튬이 다른 불순물과 함께 염 형태로 석출되어 리튬의 손실이 발생되며, 비가 오는 우기에는 이용이 제한되는 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 기술의 일예가 하기 문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 인산리튬을 준비하는 단계; 상기 인산리튬을 황산에 용해시키는 단계; 상기 황산에 용해된 인산리튬에 알코올을 가하여 황산리튬을 석출시킴과 동시에 부산물로 석출 여액을 수득하는 단계; 상기 황산리튬에 물을 가하여 리튬 이온 농도는 15~35g/L의 황산리튬 수용액을 수득하는 단계; 및 바이폴라 전기투석장치를 이용하여, 상기 황산리튬 수용액으로부터 수산화리튬 수용액을 수득함과 동시에 부산물로 황산 수용액을 수득하는 단계;를 포함하는 수산화리튬 제조방법에 대해 개시되어 있다.
이러한 수산화리튬 제조방법은 기존의 자연 증발법을 대체하는 기술로서, 기존 제조공정에 비해 저렴한 비용으로 수산화리튬을 제조할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술은 인산리튬을 준비하기에 앞서, 염호에서 수득한 리튬 슬러리를 톤백(ton bag) 마대를 이용하여 제조 설비가 마련된 장소로 이송하게 되는데, 이때 리튬 슬러리의 함수율이 매우 높은 상태이므로 리튬 슬러리의 부피 및 중량이 과도하게 증대됨에 따라 이송 작업에 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라 폐수가 과다하게 발생하여 폐수처리를 위한 막대한 처리 비용이 소요되는 문제가 있다.
또한, 리튬 슬러리의 함수율이 낮은 상태일 때보다 인산과 황산을 많이 첨가하기 때문에 화학약품 비용이 과다하게 소요되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1674393호(2016.11.10. 공고)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 리튬 슬러리와 건조된 리튬 파우더를 혼합한 혼합 슬러리를 건조하여 1% 이하의 함수율을 갖는 건조물을 파우더 형태로 이송할 수 있게 됨으로써 후속 공정을 위해 이송이 편리하고, 연속 공정이 가능하여 대량 생산이 가능할 뿐만 아니라 폐수 및 슬러리의 처리 비용을 절감하고, 환경오염을 최소화할 수 있는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템 및 건조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 리튬을 제조하는 과정에서 인산과 황산을 첨가하게 되는데, 이때 함수율이 원수 및 탈수기의 성능에 따라 일정하지 않으므로, 함수율이 높은 리튬 슬러리를 사용하지 않고 건조된 리튬 파우더를 사용함으로써 인산과 황산의 사용량을 줄이는 동시에 폐수 발생을 최소화하여 운전 비용을 크게 절감할 수 있는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템 및 건조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템은 염호에서 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 리튬 슬러리를 혼합기(200)에 투입하는 투입기(100); 상기 투입기(100)에서 투입된 리튬 슬러리와 건조기(300)에서 건조된 리튬 파우더를 혼합하여 혼합 슬러리를 생성하는 혼합기(200); 상기 혼합기(200)에서 생성된 혼합 슬러리를 고온의 스팀을 이용하여 건조시켜 리튬 파우더를 생성하는 건조기(300); 상기 건조기(300)에서 생성된 리튬 파우더 일부를 상기 혼합기(200)로 이송하는 순환 컨베이어(400); 및 상기 건조기(300)에서 생성된 리튬 파우더를 외부로 배출하는 배출 컨베이어(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투입기(100)는, 내부에 리튬 슬러리가 수용되는 베셀(110); 상기 베셀(110)의 배출구 측에 설치되어 상기 베셀(110)에서 배출되는 리튬 슬러리를 상기 혼합기(200)로 이송하는 스크류 피더(120);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합기(200)는 50%의 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 10% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 일정 비율로 혼합하여 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합기(200)는 50%의 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 일정 비율로 혼합하여 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건조기(300)는, 상부 일측에 혼합 슬러리가 투입되는 투입구(311)가 형성되고, 내부의 건조 배기가스가 배출되는 배기구(312)가 형성되며, 하부 일측에 건조된 리튬 파우더가 배출되는 배출구(313)가 형성되는 건조기 본체(310); 상기 건조기 본체(310)의 내부에 길이 방향으로 설치되며, 내부로 증기가 공급되도록 스팀보일러(600)와 연결되는 회전 샤프트(320); 및 상기 회전 샤프트(320)의 외주를 따라 설치되며, 회전 샤프트(320)의 회전에 의해 건조기 본체(310)의 내부에 투입된 혼합 슬러리를 건조하면서 배출구(313) 측으로 이송하는 다수의 디스크(330);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템은, 상기 건조기(300)에서 배출되는 건조 배기가스에 포함된 리튬 파우더를 포집하는 백필터(710); 상기 백필터(710)로부터 건조 배기가스를 흡입하는 송풍기(720); 및 상기 송풍기(720)를 통해 이송된 건조 배기가스에 물을 분사하여 정화시킨 후 대기 중으로 배출시키는 스크러버(730);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건조기(300)의 일측에는 혼합 슬러리의 건조과정에서 리튬의 반응을 최소화하기 위하여 건조기(300)의 내부에 비활성가스를 공급하는 비활성가스 주입부(800)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 방법은 염호에서 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 50% 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 리튬 파우더의 일부를 혼합하여 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리를 생성하는 제1 단계; 상기 제1 단계를 통해 생성된 혼합 슬러리를 고온의 스팀을 이용하여 건조시켜 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 생성하는 제2 단계; 및 상기 제2 단계를 통해 생성된 리튬 파우더를 외부로 배출하되, 리튬 파우더 일부를 순환시켜 상기 제1 단계로 피드백하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 단계에서 스팀 온도는 120~150℃인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템 및 건조 방법은 염호에서 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 리튬 슬러리와 건조된 리튬 파우더를 혼합한 혼합 슬러리를 건조하여 1% 이하의 함수율을 갖는 건조물을 파우더 형태로 이송할 수 있게 됨으로써 후속 공정을 위해 이송이 편리하고, 연속 공정이 가능하여 대량 생산이 가능한 효과가 있다.
또한, 폐수 및 슬러리의 처리 비용을 절감하여 경제성이 우수하고, 환경오염을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 리튬을 제조하는 과정에서 함수율이 높은 리튬 슬러리를 사용하지 않고 건조된 리튬 파우더를 사용함으로써 인산과 황산의 사용량을 줄여 운전 비용을 크게 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템을 도시한 전체 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 혼합기를 확대하여 도시한 구성도.
도 3은 함수율이 높은 슬러리의 건조상태를 도시한 이미지.
도 4는 건조 리튬 파우더가 혼합된 혼합 슬러리의 건조상태를 도시한 이미지.
도 5는 도 1에 도시된 건조기를 확대하여 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 방법을 도시한 공정 순서도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템은 염호(salt lake)로부터 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 50% 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 건조된 리튬 파우더를 혼합하여 건조시키는 것으로, 투입기(100), 혼합기(200), 건조기(300), 순환 컨베이어(400) 및 배출 컨베이어(500)를 포함하여 구성된다.
특히, 본 발명의 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템은 염호로부터 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 리튬 슬러리와 건조기를 통해 건조된 리튬 파우더 일부를 혼합하여 생성한 혼합 슬러리의 함수율에 따라 혼합 슬러리의 건조 시 점착 거동이 달라지는 점에 착안하여, 점착 특성이 완화된 혼합 슬러리의 투입으로 혼합 슬러리의 고착 문제를 해결하기 위한 리사이클(recycle) 방식의 디스크 건조 메커니즘을 채택함으로써 건조 효율 향상, 원료 감량화, 리튬 생산의 연속성 및 경제성이 우수한 장점이 있다.
더불어, 염호에서 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 리튬 슬러리는 함수율이 높기 때문에 리튬 슬러리의 부피 및 중량이 과도하게 증대됨에 따라 이송 작업에 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라 폐수가 과다하게 발생하여 폐수처리를 위한 막대한 처리 비용이 소요되는 문제가 있는데, 본 발명의 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템 및 건조 방법을 통해 리튬 슬러리와 건조된 리튬 파우더를 혼합한 혼합 슬러리를 건조하여 파우더 형태로 이송할 수 있게 됨으로써 후속 공정을 위해 이송이 편리하고, 연속 공정이 가능하여 대량 생산이 가능할 뿐만 아니라 폐수 및 슬러리의 처리 비용을 절감하고 환경오염을 최소화한다. 또한, 슬러리 성상 변화의 유연성 및 확장성이 용이한 장점이 있다.
그 밖에도, 리튬을 제조하는 과정에서 인산과 황산을 첨가하게 되는데, 이때 함수율이 높은 리튬 슬러리를 사용하지 않고 건조된 리튬 파우더를 사용함으로써 인산과 황산의 사용량을 줄여 운전 비용을 크게 절감할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 투입기(100)는 염호에서 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 리튬 슬러리를 혼합기(200)에 투입하는 것으로서, 베셀(110)과 스크류 피더(120)를 포함하여 구성된다.
상기 베셀(110)은 내부에 리튬 슬러리가 수용되며, 하부에 리튬 슬러리를 이송하기 위한 스크류 피더(120)가 일체로 설치된다.
상기 스크류 피더(120)는 상기 베셀(110)의 배출구 측에 설치되어 상기 베셀(110)에서 배출되는 리튬 슬러리를 상기 혼합기(200)로 이송한다.
상기 스크류 피더(120)는 원통체의 내부로 투입된 리튬 슬러리를 스크류에 의해 이송시키는 장치로서, 모터에 의해 회전된다.
상기 혼합기(200)는 상기 투입기(100)에서 투입된 리튬 슬러리와 건조기(300)에서 건조된 리튬 파우더를 혼합하여 혼합 슬러리를 생성한다.
즉, 상기 혼합기(200)는 내부로 투입된 리튬 슬러리와 리튬 파우더를 연속으로 혼합하면서 배출구를 통해 배출되는 구조를 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 혼합기(200)는 내부에 리튬 슬러리와 리튬 파우더를 투입하여 혼합할 수 있도록 내부에 혼합공간이 형성된다. 상기 혼합기(200)의 상부에는 리튬 슬러리가 투입되는 슬러리 투입구(210)가 형성되고, 리튬 파우더가 투입되는 파우더 투입구(220)가 각각 형성된다. 또한, 상기 혼합기(200)의 하부 일측에는 리튬 슬러리와 리튬 파우더를 혼합하여 생성된 혼합 슬러리가 배출되는 슬러리 배출구(230)가 형성된다.
상기 혼합기(200)의 내부에는 리튬 슬러리와 리튬 파우더가 이송되는 과정에서 서로 혼합되도록 모터의 구동에 의해 회전되는 이송스크류(240)가 복수로 설치된다.
계속해서, 상기 이송스크류(240)는 서로 인접한 이송스크류에 의해 이송되는 리튬 슬러리와 리튬 파우더의 혼합효율을 높이기 위하여 회전 방향이 서로 반대가 되도록 설치될 수 있다. 즉, 상기 이송스크류(240)는 서로 인접한 이송스크류가 서로 반대 방향으로 회전하기 때문에 이송스크류 사이에서 이송되는 리튬 슬러리와 리튬 파우더가 교반되면서 혼합효율이 향상된다.
한편, 상기 혼합기(200)는 50% 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더 또는 10% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 일정 비율로 혼합하여 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리를 생성한다.
여기서, 상기 혼합기(200)에 혼합되는 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더는 상기 건조기(300)의 하부 일측에 형성된 배출구(313)에서 배출되는 건조물을 의미하고, 10% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더는 상기 건조기(300)의 하부 중간측에 형성된 배출구(미도시)에서 배출되는 건조물을 의미한다.
상기 혼합기(200)에 의해 생성되는 혼합 슬러리의 함수율을 15~30%로 한정하는 이유는, 후술하는 건조기(300)에 의해 혼합 슬러리를 건조하는 경우 혼합 슬러리가 건조기(300)의 디스크에 점착 및 고착되는 문제를 해결하기 위함이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 혼합 슬러리의 함수율이 높으면 건조기의 디스크에 점착 및 고착되는 문제가 발생하게 되며, 점착 및 고착된 혼합 슬러리는 자연 탈리되지 않고, 회전하는 혼합 슬러리와 합쳐진 상태로 계속해서 건조가 진행됨으로써 충분한 전열면을 사용하지 못함에 따라 건조속도가 매우 느리고, 건조기에 과부하가 걸리는 문제가 발생한다.
아울러, 건조기의 디스크 표면에 혼합 슬러리의 점착 및 고착의 발생으로 전열면의 전열 효과를 떨어뜨려 건조 효율을 저하시키고, 혼합 슬러리가 뭉치는 현상 또한 표면적의 차이로 건조 효율을 저하시킨다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 상기 혼합기(200)를 통해 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리를 생성하며, 상기 혼합 슬러리의 함수율이 15% 미만인 경우에는 혼합 슬러리가 빡빡하여 혼합 슬러리의 이송이 어려워지는 문제가 있고, 함수율이 30%를 초과하는 경우에는 건조속도가 느려져 건조시간이 많이 소요되고, 건조기에 과부하가 발생되며, 과부하로 인한 건조기의 셧다운(shut down)이 발생하여 연속 운전이 어려워진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 혼합 슬러리의 건조특성 분석 결과, 함수율 ~25% 전후의 혼합 슬러리를 건조기(300)에 투입한 경우, 건조기(300)의 디스크 표면에 혼합 슬러리의 점착 및 고착의 발생 및 덩어리 발생이 억제되는 것을 확인하였다.
특히, 혼합 슬러리의 혼합비율은 혼합 슬러리의 함수율 변동에 따라 유동적이며, 건조기(300)의 투입구에 투입되는 혼합 슬러리의 함수율은 15~30%로 유지하도록 한다.
상기 건조기(300)는 상기 혼합기(200)에서 생성된 혼합 슬러리를 고온의 스팀을 이용하여 건조시켜 리튬 파우더를 생성한다.
본 발명에서 사용되는 디스크 타입의 건조기(300)는 구동수단이 소형이고, 소요 동력이 크지 않으며, 배기가스 양이 적고 먼지가 적게 발생하며, 전열 효과가 우수하고 과열을 방지할 수 있다
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 건조기(300)는 내부로 투입된 혼합 슬러리를 1% 이하의 함수율을 갖도록 건조시키며, 이를 위해 건조기 본체(310), 회전 샤프트(320) 및 디스크(330)를 포함하여 구성된다.
상기 건조기 본체(310)는 상부 일측에 혼합 슬러리가 투입되는 투입구(311)가 형성되고, 내부의 건조 배기가스가 배출되는 배기구(312)가 형성되며, 하부 일측에 건조된 리튬 파우더가 배출되는 배출구(313)가 형성된다.
상기 투입구(311)는 혼합기(200)에서 공급된 혼합 슬러리가 투입될 수 있도록 혼합기(200)와 연결되고, 상기 배기구(312)는 혼합 슬러리의 건조 과정에서 발생된 건조 배기가스가 후술하는 백필터(710)로 배출되도록 백필터(710)와 연결된다.
상기 배출구(313)는 복수개로 형성될 수 있으며, 하나는 건조기(300)를 통해 건조된 리튬 파우더를 배출 컨베이어(500)로 배출하고, 다른 하나는 건조된 리튬 파우더 일부를 순환 컨베이어(400)로 배출한다.
또한, 도 5에는 도시되지 않았지만, 상기 건조기 본체(310)의 하부 중간측에도 배출구가 더 형성될 수 있다. 상기 배출구는 10% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 배출하게 되며, 상기 배출구를 통해 배출되는 10% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더는 상기 혼합기(200)에 공급될 수 있다.
한편, 상기 건조기 본체(310)는 회전 샤프트(320)로부터 공급된 증기가 내부로 공급될 수 있도록 자켓(미도시)이 형성될 수 있으며, 자켓으로 공급되는 스팀의 열을 이용하여 건조기(300)에서의 열처리 및 건조처리 중 발생된 증기의 열손실에 따른 재응축을 방지할 수 있다.
상기 회전 샤프트(320)는 상기 건조기 본체(310)의 내부에 길이 방향으로 설치되며, 내부로 증기가 공급되도록 스팀보일러(600)와 연결된다.
상기 회전 샤프트(320)는 상기 건조기 본체(310)의 내부에 회전 가능하도록 설치되며, 증기를 공급할 수 있도록 중공축으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 회전 샤프트(320)의 일단은 모터 등의 구동수단과 연결되고, 타단은 로터리 조인트, 스팀보일러 등과 연결되어 회전 샤프트(320)의 내부로 스팀을 공급할 수 있게 한다.
상기 디스크(330)는 상기 회전 샤프트(320)의 외주를 따라 다수개로 설치되며, 회전 샤프트(320)의 회전에 의해 건조기 본체(310)의 내부에 투입된 혼합 슬러리를 건조하면서 배출구(313) 측으로 이송시킨다.
상기 디스크(330)는 내부에 스팀을 공급할 수 있도록 회전 샤프트(320)의 내부와 연통되는 구조로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 회전 샤프트(320)에 공급된 스팀이 디스크(330)의 내부로 공급될 수 있도록 회전 샤프트(320)와 디스크(330) 사이에 연결관이 연결될 수 있다.
한편, 상기 건조기(300) 내부의 스팀 온도는 120~150℃를 유지하는 것이 바람직하며, 120℃ 미만이면 혼합 슬러리의 건조 성능이 저하되고, 150℃를 초과하면 혼합 슬러리가 타버릴 염려가 있다.
상기 건조기(300)의 내부에 공급되는 스팀은 응축기로 배출될 수 있으며, 상기 응축기는 스팀에 포함된 수분을 응축시켜 응축수로 배출하고, 배출된 응축수 중 일부는 스팀보일러(600)로 공급하여 재사용 할 수 있다.
상기 스팀보일러(600)는 열원을 이용하여 스팀을 발생시키는 것으로서, 건조기(300)와 배관으로 연결되어 스팀보일러(600)에서 발생된 스팀이 건조기(300)로 공급되어 혼합 슬러리를 건조시킨다. 즉, 상기 스팀보일러(600)의 스팀을 이용한 간접 가열방식으로 혼합 슬러리를 건조시키므로, 일반 버너 방식의 화염의 복사열에 의한 슬러리 탄화가 방지되는 장점이 있다.
한편, 상기 건조기(300)의 일측에는 혼합 슬러리의 건조과정에서 리튬의 반응을 최소화하기 위하여 건조기(300)의 내부에 비활성가스를 공급하는 비활성가스 주입부(800)가 설치된다.
이러한 비활성가스는 혼합 슬러리의 건조 시 증발된 수분을 이송하고, 리튬 성상 및 안전을 유지하는 역할을 한다. 상기 비활성가스는 질소가스인 것이 바람직하다.
상기 비활성가스 주입부(800)는 비활성가스가 저장된 가스 저장탱크(810)와 상기 가스 저장탱크(810)에 연결된 배관(820)을 통해 건조기(300)의 내부로 비활성가스를 주입한다. 상기 배관(820)의 일측에는 제어부의 제어에 의해 배관의 유로를 개폐하는 밸브(미도시)가 설치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 순환 컨베이어(400)는 상기 건조기(300)에서 생성된 리튬 파우더 일부를 상기 혼합기(200)로 이송한다.
상기 순환 컨베이어(400)는 복수로 구성될 수 있으며, 수평 및 경사지게 배치되되 건조기(300)에서 분배된 일정량의 리튬 파우더를 혼합기(200)로 다시 순환시키는 역할을 한다.
즉, 상기 순환 컨베이어(400)의 일단이 건조기(300)의 배출구(313)와 연통되고, 타단이 혼합기(200)의 파우더 투입구(220)와 연통되도록 하여 리튬 파우더 일부가 상기 혼합기(300)로 공급되도록 한다.
상기 배출 컨베이어(500)는 상기 건조기(300)에서 생성된 리튬 파우더를 외부로 배출한다.
상기 배출 컨베이어(500)에는 상기 순환 컨베이어(400)로 일부 배출되고 난 나머지 리튬 파우더가 배출된다.
한편, 본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템은 건조기(300)에서 배출되는 건조 배기가스에 포함된 리튬 파우더를 포집하는 백필터(710)와, 상기 백필터(710)로부터 건조 배기가스를 흡입하는 송풍기(720)와, 상기 송풍기(720)를 통해 이송된 건조 배기가스에 물을 분사하여 정화시킨 후 대기 중으로 배출시키는 스크러버(730)를 포함하여 구성된다.
상기 백필터(710)는 상기 건조기(300)에서 배출되는 건조 배기가스를 필터 내부에 나란히 설치된 다수의 여과포에 통과시키면서 건조 배기가스에 포함된 리튬 파우더를 포집한다.
상기 송풍기(720)는 상기 백필터(710)와 스크러버(730) 사이에 설치되며, 상기 송풍기(720)의 흡입력에 의해 건조 배기가스를 스크러버(730) 측으로 이송한다.
상기 스크러버(730)는 세정수를 건조 배기가스와 기액 접촉시켜 건조 배기가스 중에 포함된 악취물질을 제거하는 습식 스크러버가 적용되는 것이 바람직하다.
상기 스크러버(730)는 하부 일측에 건조 배기가스가 유입되는 유입구(731)가 형성되고, 상부에 가스가 배출되는 가스배출구(732)가 형성된다.
상기 유입구(731)에는 송풍기(720)에 의해 이송된 건조 배기가스가 유입된다. 상기 스크러버(730)의 내부로 유입된 건조 배기가스는 스크러버(730)의 내부에서 상부로 이동하여 가스배출구(732)를 통해 외부로 배출된다.
도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템은 연속 운전이 가능하도록 제어하기 위한 제어부가 별도로 설치될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 염호 리튬 슬러리의 건조 방법은 혼합 슬러리를 생성하는 제1 단계(S100), 리튬 파우더를 생성하는 제2 단계(S200) 및 리튬 파우더 일부를 제1 단계로 피드백하는 제3 단계(S300)를 포함한다.
먼저, 상기 혼합 슬러리를 생성하는 제1 단계(S100)에서는 염호에서 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 50% 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 리튬 파우더의 일부를 혼합하여 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리를 생성한다.
보통, 염호에서 수득한 리튬 슬러리는 높은 함수율을 갖게 되며, 별도의 기계적 탈수공정을 거쳐 50% 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리를 이용하는 것이 바람직하다.
50% 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템의 투입기(100)에 수용되며, 상기 투입기(100)의 스크류에 의해 이송되어 혼합기(200)에 정량 투입된다.
상기 혼합기(200)에서는 50% 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더 또는 10% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 일정 비율로 혼합하여 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리를 생성한다. 상기 혼합기(200)에 의해 생성되는 혼합 슬러리의 함수율을 15~30%로 한정하는 이유는, 후술하는 건조기(300)에 의해 혼합 슬러리를 건조하는 경우 혼합 슬러리가 건조기(300)의 디스크에 점착 및 고착되는 문제를 해결하기 위함이다.
이때, 리튬 슬러리와 최초로 혼합되는 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더 또는 10% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더는 건조기(300)에 의해 미리 건조하여 준비해놓은 것이다. 이후에 진행되는 리튬 슬러리와 혼합되는 리튬 파우더는 후술하는 제2 단계(S200)를 통해 생성된 리튬 파우더 중 일부를 순환시켜 사용한다. 여기서, 상기 혼합기(200)에 혼합되는 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더는 상기 건조기(300)의 하부 일측에 형성된 배출구(313)에서 배출되는 건조물을 의미하고, 10% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더는 상기 건조기(300)의 하부 중간측에 형성된 배출구에서 배출되는 건조물을 의미한다.
상기 리튬 파우더를 생성하는 제2 단계(S200)에서는 상기 제1 단계(S100)를 통해 생성된 혼합 슬러리를 고온의 스팀을 이용하여 건조시켜 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 생성한다.
상기 혼합기(200)에 의해 생성된 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리는 스팀을 이용한 간접 가열방식의 건조기(300)에 투입되어 건조된다. 여기서, 상기 건조기(300) 내부의 스팀 온도는 120~150℃인 것이 바람직하다. 상기 스팀 온도가 120℃ 미만이면 건조 성능이 저하되고, 150℃를 초과하면 혼합 슬러리가 타버릴 염려가 있다.
상기 건조기(300)를 통해 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 생성함으로써 후속 공정을 위해 이송이 편리하고, 연속 공정이 가능하여 대량 생산이 가능할 뿐만 아니라 폐수 및 슬러리의 처리 비용을 절감하고 환경오염을 최소화한다.
상기 리튬 파우더 일부를 제1 단계로 피드백하는 제3 단계(S300)에서는 상기 제2 단계(S200)를 통해 생성된 리튬 파우더를 외부로 배출하되, 리튬 파우더 일부를 순환시켜 상기 제1 단계로 피드백한다.
즉, 상기 건조기(300)에서 생성된 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더 일부는 순환 컨베이어(400)에 의해 혼합기(200)로 공급되고, 나머지 리튬 파우더는 배출 컨베이어(500)에 의해 외부로 배출된다. 이러한 일련의 과정을 거치면서 재순환이 계속해서 반복된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.
100 : 투입기 110 : 베셀
120 : 스크류 피더 200 : 혼합기
210 : 슬러리 투입구 220 : 파우더 투입구
230 : 슬러리 배출구 240 : 이송스크류
300 : 건조기 310 : 건조기 본체
311 : 투입구 312 : 배기구
313 : 배출구 320 : 회전 샤프트
330 : 디스크 400 : 순환 컨베이어
500 : 배출 컨베이어 600 : 스팀보일러
710 : 백필터 720 : 송풍기
730 : 스크러버 731 : 유입구
732 : 가스배출구 800 : 비활성가스 주입부
810 : 가스 저장탱크 820 : 배관

Claims (9)

  1. 염호에서 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 리튬 슬러리를 혼합기(200)에 투입하는 투입기(100);
    상기 투입기(100)에서 투입된 리튬 슬러리와 건조기(300)에서 건조된 리튬 파우더를 혼합하여 혼합 슬러리를 생성하는 혼합기(200);
    상기 혼합기(200)에서 생성된 혼합 슬러리를 고온의 스팀을 이용하여 건조시켜 리튬 파우더를 생성하는 건조기(300);
    상기 건조기(300)에서 생성된 리튬 파우더 일부를 상기 혼합기(200)로 이송하는 순환 컨베이어(400); 및
    상기 건조기(300)에서 생성된 리튬 파우더를 외부로 배출하는 배출 컨베이어(500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 투입기(100)는, 내부에 리튬 슬러리가 수용되는 베셀(110);
    상기 베셀(110)의 배출구 측에 설치되어 상기 베셀(110)에서 배출되는 리튬 슬러리를 상기 혼합기(200)로 이송하는 스크류 피더(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합기(200)는 50%의 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 10% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 일정 비율로 혼합하여 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리를 생성하는 것을 특징으로 하는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합기(200)는 50%의 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 일정 비율로 혼합하여 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리를 생성하는 것을 특징으로 하는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조기(300)는, 상부 일측에 혼합 슬러리가 투입되는 투입구(311)가 형성되고, 내부의 건조 배기가스가 배출되는 배기구(312)가 형성되며, 하부 일측에 건조된 리튬 파우더가 배출되는 배출구(313)가 형성되는 건조기 본체(310);
    상기 건조기 본체(310)의 내부에 길이 방향으로 설치되며, 내부로 증기가 공급되도록 스팀보일러(600)와 연결되는 회전 샤프트(320); 및
    상기 회전 샤프트(320)의 외주를 따라 설치되며, 회전 샤프트(320)의 회전에 의해 건조기 본체(310)의 내부에 투입된 혼합 슬러리를 건조하면서 배출구(313) 측으로 이송하는 다수의 디스크(330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템은, 상기 건조기(300)에서 배출되는 건조 배기가스에 포함된 리튬 파우더를 포집하는 백필터(710);
    상기 백필터(710)로부터 건조 배기가스를 흡입하는 송풍기(720); 및
    상기 송풍기(720)를 통해 이송된 건조 배기가스에 물을 분사하여 정화시킨 후 대기 중으로 배출시키는 스크러버(730);를 포함하는 것을 특징으로 하는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조기(300)의 일측에는 혼합 슬러리의 건조과정에서 리튬의 반응을 최소화하기 위하여 건조기(300)의 내부에 비활성가스를 공급하는 비활성가스 주입부(800)가 설치되는 것을 특징으로 하는 염호 리튬 슬러리의 건조 시스템.
  8. 염호에서 기계적 탈수공정을 거쳐 수득한 50% 이하의 함수율을 갖는 리튬 슬러리와 리튬 파우더의 일부를 혼합하여 함수율이 15~30%인 혼합 슬러리를 생성하는 제1 단계;
    상기 제1 단계를 통해 생성된 혼합 슬러리를 고온의 스팀을 이용하여 건조시켜 1% 이하의 함수율을 갖는 리튬 파우더를 생성하는 제2 단계; 및
    상기 제2 단계를 통해 생성된 리튬 파우더를 외부로 배출하되, 리튬 파우더 일부를 순환시켜 상기 제1 단계로 피드백하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 염호 리튬 슬러리의 건조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 단계에서 스팀 온도는 120~150℃인 것을 특징으로 하는 염호 리튬 슬러리의 건조 방법.
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