KR102444570B1 - 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수 장치 및 이를 이용한 선별 회수 방법 - Google Patents

폐 Nd계 영구자석의 선별 회수 장치 및 이를 이용한 선별 회수 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수 장치 및 이를 이용한 선별 회수 방법에 대한 것으로, 상기 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수 장치는 폐 Nd계 영구자석을 기설정된 열처리 온도로 열처리하는 제1 열처리 유닛; 상기 제1 열처리 유닛에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제1 자력 검출 유닛; 상기 제1 자력 검출 유닛에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제1 판단 유닛; 및 상기 제1 판단 유닛에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제1 선별 유닛을 포함한다.

Description

폐 Nd계 영구자석의 선별 회수 장치 및 이를 이용한 선별 회수 방법{SELECTIVE RECOVERY APPARATUS OF SPENT NEODYMIUM-BASED PERMANENT MAGNET AND METHOD OF SELECTIVE RECOVERY USING THE SAME}
본 발명은 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수 장치 및 이를 이용한 선별 회수 방법에 관한 것으로, 구체적으로 도금층의 손상없이 폐 Nd계 영구자석을 제품군별로 분류하여 회수 가능한 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수 장치 및 이를 이용한 선별 회수 방법에 관한 것이다.
일반적으로 Nd계　영구자석은 네오디뮴(Nd)을 포함하는 영구자석으로, Nd-Fe-B계 조성을 기본으로 하여 자기적 특성이 매우 우수한 자석이다.
Nd계　영구자석의 예로는 Nd-Fe-B계 3원계 조성물을 기본 조성으로 이루어진 영구자석이 있고, 자기적 특성이나 열적 특성 향상 등을 위해 상기 기본 조성에 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 디스프로슘(Dy), 터븀(Tb) 등의 희토류 원소들을 첨가한 Nd-Ce-Pr-Fe-B계, Nd-Pr-Dy-Fe-B계, Nd-Pr-Dy-Tb-Fe-B계 등의 영구자석 등이 있다.
이러한 Nd계 영구자석은 높은 자기적 특성으로 지난 수십 년간 그 활용도가 급격하게 증가하여 왔다. 최근에는 하이브리드 및 미래형 전기자동차의 구동 모터와 풍력 발전기 등에도 적용되면서 그 수요가 점차 증가하고 있다.
그런데, Nd계 영구자석은 종래의 페라이트계 영구자석에 비해 그 가격이 매우 비싸고, 최근에는 희토류 원소의 자원 무기화가 세계적으로 진행되고 있다. 이 때문에, 최근 사용이 완료된 후 폐기 또는 방치되는 Nd계 영구자석의 회수 및 재활용에 대한 관심도 무척 높아지고 있다.
특히, Dy 및/또는 Tb 등이 함유된 Nd계 영구자석은 고온에서도 동작 가능하기 때문에 모터 등의 분야에 활용도가 증가함에 따라, 스피커, 모터 등의 전자제품에서 분리는 폐 Nd계 영구자석의 수량도 매년 엄청나게 증가하고 있다. 다만, Dy 및/또는 Tb 등이 함유된 Nd계 영구자석은 Dy, Tb를 비함유하는 Nd계 영구자석에 비해 그 가격이 매우 비싸다.
이에, 종래에는 Dy 및/또는 Tb 등이 함유된 폐 Nd계 영구자석을 회수하여 재활용하고자, 폐 Nd계 영구자석 내 Dy, Tb 등의 희토류 원소를 회수하는 방법이 알려져 있다(한국 등록특허공보 제10-1392307호; 한국 등록특허공보 제10-1935826호; 한국 공개특허공보 제10-2019-0125769호). 이러한 방법은 자석으로부터 희토류 원소 성분을 단독으로 분리 회수할 수 있으나, 희토류 원소를 각각 회수해야 하기 때문에, 비용이 많이 들고 환경오염 등의 문제가 야기되었다.
한국 등록특허공보 제10-1392307호 한국 등록특허공보 제10-1935826호 한국 공개특허공보 제10-2019-0125769호
본 발명의 목적은 폐 Nd계 영구자석 내 희토류 원소의 회수가 아닌, 폐 Nd계 영구자석 자체를 제품군별로 분류, 회수하여 재활용시킬 수 있는 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치 및 이를 이용한 선별 회수방법을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 폐 Nd계 영구자석을 기설정된 열처리 온도로 열처리하는 제1 열처리 유닛; 상기 제1 열처리 유닛에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제1 자력 검출 유닛; 상기 제1 자력 검출 유닛에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제1 판단 유닛; 및 상기 제1 판단 유닛에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제1 선별 유닛을 포함하는 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 폐 Nd계 영구자석을 제1 열처리하는 단계; 상기 제1 열처리 단계에서 열처리된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제1 자력 검출 단계; 상기 제1 자력 검출 단계에서 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제1 판단 단계; 및 상기 제1 판단 단계에서 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제1 선별 단계를 포함하는, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법을 제공한다.
본 발명은 저온 열처리 공정을 통해서 도금층의 손상없이 폐 Nd계 영구자석을 제품군별로 선택적으로 분류하여 회수할 수 있다.
또, 본 발명은 회수된 자석이 계열별, 특성별로 선별되어 회수되기 때문에, 자석의 성분 분석 시간 및 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 작업의 편이성이 우수하다.
또, 본 발명은 폐 Nd계 영구자석 내 희토류 원소를 회수하여 재사용하는 것이 아니고, 폐 Nd계 영구자석 자체를 종류별로 회수한 후 착자 공정을 통해 재사용할 수 있기 때문에, 자원 재활용 측면에서 그 효과가 우수하다.
도 1은 본 발명에 따른 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치를 이용하여 폐 Nd계 영구자석을 선별하여 회수하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도 2는 N 계열(예: N35) Nd계 영구자석의 열처리 온도별 자력 감소 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 열처리 온도에 따른 N 계열(예: N35) Nd계 영구자석의 표면 변화를 나타낸 사진이다.
도 4는 H 계열(예: N48H) Nd계 영구자석의 열처리 온도별 자력 감소 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 열처리 온도에 따른 H 계열(예: N48H) Nd계 영구자석의 표면 상태 변화를 나타낸 사진이다.
도 6은 SH 계열(예: N38SH) Nd계 영구자석의 열처리 온도별 자력 감소 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 열처리 온도에 따른 SH 계열(예: N38SH) Nd계 영구자석의 표면 상태 변화를 나타낸 사진이다.
도 8은 UH계열(예: N35UH) Nd-Fe-B계　영구자석의 열처리 온도별 자력 감소 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 열처리 온도에 따른 UH계열(예: N35UH) Nd-Fe-B계　영구자석의 표면 상태 변화를 나타낸 사진이다.
도 10은 EH 계열(예: N33EH) Nd-Fe-B계　영구자석의 열처리 온도별 자력 감소 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 열처리 온도에 따른 EH 계열(예: N33EH) Nd-Fe-B계　영구자석의 표면 상태 변화를 나타낸 사진이다.
도 12는 AH 계열(예: N33AH) Nd-Fe-B계　영구자석의 열처리 온도별 자력 감소 변화를 나타낸 그래프이다.
도 13은 열처리 온도에 따른 AH 계열(예: N33AH) Nd-Fe-B계　영구자석의 표면 상태 변화를 나타낸 사진이다.
도 14는 제품군별 Nd계 영구자석의 열처리 온도 변화에 따른 자력 감소 변화를 나타낸 그래프이다.
도 15는 N 계열 및 H 계열 Nd계 영구자석의 열처리 시간에 따른 자력 감소 변화를 나타낸 그래프이다.
도 15는 SH 계열 및 UH 계열 Nd계 영구자석의 열처리 시간에 따른 자력 감소 변화를 나타낸 그래프이다.
도 16는 EH 계열 및 AH 계열 Nd계 영구자석의 열처리 시간에 따른 자력 감소 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이때 본 명세서 전체 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구조를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "위에" 또는 "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 위쪽에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
그리고, 본원 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서 또는 중요도를 나타내는 것이 아니라 구성요소들을 서로 구별하고자 사용된 것이다.
폐 Nd계 영구자석은 스피커, 모터 등의 전자 제품에 사용되어 폐기되는 Nd계 영구자석으로, Nd계 영구자석은 자기적 특성이 우수하나, 온도 변화에 따른 자기적 특성의 변화가 매우 큰 특성을 갖고 있다. 이러한 특성 때문에, Nd-Fe-B계 영구자석은 일반적으로 약 150 ℃ 이상의 온도에서 그 사용이 매우 제한적이었다. 이에, 종래 Nd-Fe-B계 영구자석에 디스프로슘(Dy), 터븀(Tb) 등의 원소를 첨가하여 최대 사용온도가 약 230 ℃까지 높인 Nd계 영구자석이 개발되었다. 따라서, 현재 시판되는 Nd계 영구자석은 Nd-Fe-B계 자석과 같은 3원계 자석뿐만 아니라, Nd-(Ce, Pr)-Dy-Fe-B계 자석, Nd-(Ce, Pr)-Dy-Tb-Fe-B계 자석과 같이 4원계나 5원계 자석으로 세분화되고 있고, 이들의 최대 사용 온도는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
계열 N H SH UH EH AH
최대사용온도 80℃ 120℃ 150℃ 180℃ 200℃ 230℃
표 1에서 알 수 있듯이, Nd계 영구자석은 일반적으로 사용온도가 가장 낮은 N 계열부터 점차 사용가능 온도가 높아지는 H 계열, SH 계열, UH 계열, EH 계열 및 AH 계열로 구분된다. 이러한 Nd계 영구자석의 조성은 하기 표 2에 기재된 바와 같 같은, 이에 한정되지 않는다.
계열 Nd계 영구자석 계열별 조성 (wt%)
Fe B O Nd Ce Pr Dy Tb
N 70.85 1.65 1.25 9.28 13.54 3.44 - -
H 72.41 1.96 1.63 19.41 - 4.03 0.56 -
SH 69.93 2.47 2.53 18.90 - 5.06 1.12 -
UH 67.18 1.55 2.25 20.61 - 6.47 0.68 1.27
EH 67.54 1.42 1.41 15.63 - 3.50 8.79 1.71
AH 67.01 1.31 1.20 14.83 - 3.39 11.20 1.06
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, N계열의 Nd계 영구자석은 Dy 및 Tb를 포함하지 않는 반면, H계열 및 SH계열의 Nd계 영구자석은 Dy를 소량 함유하고, Tb를 함유하고 있다. 또한, UH계열, EH계열, AH계열 Nd계 영구자석은 Dy 및 Tb를 함유하고 있다. 이 중에서, UH계열, EH계열, AH계열 Nd계 영구자석은 고가의 원소인 Dy 및 Tb를 함유하기 때문에, N계열의 Nd계 영구자석에 비해 그 제조원가가 높을 뿐만 아니라, 최대 사용 온도도 약 180 ~ 230 ℃로 높다.
이에, 본 발명에서는 폐 Nd계 영구자석을 제품군별, 특히 고가이면서 사용 온도가 높은 폐 Nd계 영구자석을 선택적으로 분리하여 회수하기 위해서, 영구자석이 고유의 큐리 온도(Curie temperature) 근처까지 가열될 때 자기적 특성을 잃는다는 점을 이용한다.
구체적으로, 큐리 온도(Curie temperature)는 자석 재료별로 가지는 고유의 온도로, 큐리 온도에 이르면 자석은 완전히 자기적 특성을 잃게 되는데, 통상적으로 3원계 Nd계 영구자석(Nd-Fe-B계 영구자석)의 큐리 온도는 약 320 ℃로 알려져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치는 폐 Nd계 영구자석을 소정의 온도로 열처리하는 열처리 유닛을 포함하여 폐 Nd계 영구자석을 열처리함으로써, 폐 Nd계 영구자석 내 희토류 원소 등의 성분을 회수하는 것이 아니라, 폐 Nd계 영구자석 자체를 제품군별(종류별), 특성별로 선별하여 회수하는 데에 사용될 수 있다.
이하, 도 1를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치를 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치는 제1 열처리 유닛(10), 제1 자력 검출 유닛(20), 제1 판단 유닛(30), 및 제1 선별 유닛(40)을 포함한다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치는 분리 유닛(50)을 더 포함할 수 있다. 또, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치는 형상 판단 유닛(60)을 더 포함할 수 있다.
제1 열처리 유닛(10)은 폐 Nd계 영구자석(M1)을 기설정된 열처리 온도로 열처리한다.
상기 폐 Nd계 영구자석(M1)은 전술한 바와 같이, 모터, 스피커 등의 전기전자 부품에서 분리되어 회수된 것으로, 이는 수거되어 열처리 유닛(100) 내로 장입된다.
본 발명에서 사용 가능한 제1 열처리 유닛(10)은 석영 관상로와 같이, 당 분야에서 열처리를 수행할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 이때, 써모커플(thermocouple)를 이용하여 폐 Nd계 영구자석(M1)의 온도를 측정하여 열처리 유닛(100)의 열처리 온도를 조절할 수 있다.
상기와 같은 제1 열처리 유닛(10)에 의해 열처리된 폐 Nd계 영구자석(M1)의 자력은 감소한다. 이때, 폐 Nd계 영구자석(M1)은 열처리 온도에 따른 제품별 자력 감소율이 상이하다.
상기 기설정된 열처리 온도는 특별히 한정되지 않는다. 다만, 열처리 온도가 너무 고온일 경우, 폐 Nd계 영구자석(M1)의 표면에 형성된 도금층이 손상되어 자석이 산화되어 재활용하는 것이 어려우며, 이 경우 다시 분쇄하여 재소결을 통해 다시 제조해야 하기 때문에, 에너지나 시간 소비가 크다. 이를 고려하여, 상기 기설정 열처리 온도는 약 95 내지 400 ℃ 범위로 조절하는 것이 적절하다. 이때, 상기 열처리 온도는 열처리시 동일 온도를 유지할 수도 있고, 또는 소정 온도(예, 50℃, 100 ℃ 등)씩 높일 수 있다. 일례에 따르면, 기설정된 열처리 온도는 약 95~105 ℃일 수 있다. 다른 일례에 따르면, 기설정된 열처리 온도는 약 145~155 ℃일 수 있다. 또 다른 일례에 따르면, 기설정된 열처리 온도는 약 195~205 ℃일 수 있다.
또, 열처리 시간은 특별히 한정되지 않으며, 약 30~60분 범위일 수 있다.
또, 열처리 분위기는 대기 분위기이거나 질소 분위기 등과 같이 특별히 한정되지 않는다.
또한, 제1 열처리 유닛(10)에 의해 열처리 후, 열처리된 폐 Nd계 영구자석(M2)은 후속 유닛[예, 제1 자력 검출 유닛(100)]으로 공급되기 전에 자석의 자력이 감소되지 않도록, 약 100 ℃ 이하로 조절되어 공급되는 것이 적절하다.
본 발명의 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치는 상기 제1 열처리 유닛(10)에 의해 열처리된 폐 Nd계 영구자석을 서로 분리하는 분리 유닛(50)을 더 포함할 수 있다. 이러한 분리 유닛(50)은 생략될 수 있다.
제1 열처리 유닛(10)에 의해 열처리된 폐 Nd계 영구자석(M2)은 자력이 감소한 것(M2a)과 그렇지 않은 것(M2b)들이 혼재되어 있다. 이때, 폐 Nd계 영구자석들(M2)은 서로 부착되어 있을 수 있다. 따라서, 분리 유닛(50)을 이용하여 폐 Nd계 영구자석들(M2)을 서로 물리적으로 분리하면, 제1 자력 검출 유닛(20)이 폐 Nd계 영구자석의 자력을 용이하게 검출할 수 있다.
이러한 분리 유닛(50)은 폐 Nd계 영구자석들(M2)을 물리적으로 분리할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 여기서, 분리 유닛(50)은 폐 Nd계 영구자석과 직접적으로 접촉하는 부분이 비자성 재료로 이루어진 것이 적절하다.
본 발명의 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치에서, 제1 자력 검출 유닛(20)은 제1 열처리 유닛(10)에서 열처리된 폐 Nd계 영구자석(M2)의 자력을 검출(측정)한다.
일례에 따르면, 제1 자력 검출 유닛(20)은 가우스 미터(Gauss meter)일 수 있다. 가우스 미터는 자기력선속 밀도를 측정하는 기구로, 일반적으로 2,000 ∼ 30,000 Gauss까지 자기의 세기를 측정할 수 있다. 이러한 가우스 미터는 자석의 착자 방향의 중심부를 기준으로 등간격으로 3지점을 측정하여, 각 지점의 표면 자속 밀도의 평균값을 자력으로 나타낸다. 이때, 통상 Nd계 영구자석은 잔류자속밀도(Residual Induction, Br)가 약 11,000~14500 Gauss이고, 표면자속밀도가 약 2,000~5000 Gauss인 것으로 알려져 있다. 본 발명에서 폐 Nd계 영구자석의 자력은 폐 Nd계 영구자석의 표면자속밀도를 의미한다.
본 발명의 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치에서, 형상 판단 유닛(60)은 제1 자력 검출 유닛(20)에 의해 자력이 검출된 폐 Nd계 영구자석의 형상을 인식하여 폐 Nd계 영구자석의 형상을 판단하는 것으로, 일례로 형상 인식 센서일 수 있다. 이때, 폐 Nd계 영구자석의 형상과 함께 크기도 인식할 수 있다. 이러한 형상 판단 수단(60)은 생략될 수 있다.
일반적으로 폐 Nd계 영구자석의 형상은 Nd계 영구자석이 적용된 전기전자부품에 따라 상이하며, 예컨대 디스크형, 사각바형, 부채꼴형 등일 수 있다. 또, 폐 Nd계 영구자석의 크기는 대략 수 ㎝(예: 약 0.5~10 ㎝)일 수 있다. 이러한 폐 Nd계 영구자석의 형상이나 크기 등에 따라 폐 Nd계 영구자석의 표면자속밀도의 절대값이 다를 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 제1 판단 유닛(30)에 의해 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 측정하는 한편, 폐 Nd계 영구자석의 형상을 형상 판단 유닛(60)을 통해 추가적으로 더 판단함으로써, 이후 제1 선별 유닛(40)이 폐 Nd계 영구자석을 더 정밀하게 선별할 수 있다. 물론, 폐 Nd계 영구자석(M1)을 제1 열처리 유닛(10)에 장입하기 전에 동일, 유사한 형상이나 크기를 가진 폐 Nd계 영구자석(M1)을 제1 열처리 유닛(10)에 장입할 경우, 형상 판단 유닛(60)을 생략할 수 있다.
본 발명의 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치에서, 제1 판단 유닛(30)은 상기 제1 자력 검출 유닛(20)에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단한다.
여기서, Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력은 착자 상태의 Nd계 영구자석의 표면자속밀도로, 이러한 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력 대비 상기 제1 자력 검출 유닛(20)에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력(표면자속밀도)이 감소하는 정도를 제1 판단 유닛(30)이 판단한다. 이러한 제1 판단 유닛(30)은 폐 Nd계 영구자석의 자력과 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력을 비교할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 통상의 컴퓨터와 자속 감소율을 계산할 수 있는 프로그램일 수 있다.
본 발명의 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치에서, 제1 선별 유닛(40)은 상기 제1 판단 유닛(30)에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하여 회수한다.
이러한 제1 선별 유닛(40)은 당 분야에서 일반적으로 제품을 분리, 수거하는 데 사용되는 로봇 등을 이용할 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
여기서, 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율은 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 제품군에 따라 상이할 뿐만 아니라, 제1 열처리 유닛(10)에서의 열처리 온도에 따라 상이하다. 따라서, 제1 선별 유닛은 하기 표 3의 열처리 온도별 자석의 자력 감소율을 기준으로 폐 Nd계 영구자석을 제품군별(예, N계열-H계열-SH계열-UH계열-EH계열-AH계열)로 분류한다. 물론, 하기 제2 내지 제4 선별 유닛과 같이, 추가적으로 포함하는 선별 유닛도 하기 표 3의 열처리 온도별 자석의 자력 감소율을 기준으로 폐 Nd계 영구자석을 제품군별(예, N계열-H계열-SH계열-UH계열-EH계열-AH계열)로 분류한다.
계열 열처리 온도별 Nd계 영구자석의 자속 감소율
95~105 ℃ 145~155 ℃ 195~205 ℃ 245~255 ℃ 295~305 ℃ 345~355 ℃
N계열
(예: N35)		 51% 76% 91% 100% - -
H계열
(예: N48H)		 4% 42% 73% 91% 100% -
SH계열
(예: N38SH)		 0% 24% 61% 91% 100% -
UH계열
(예: N35UH)		 0% 3% 48% 88% 100% -
EH계열
(예: N33EH)		 0% 0% 0% 67% 100% -
AH계열
(예: N33AH)		 0% 1% 3% 41% 96% 100%
일례에 따르면, 폐 Nd계 영구자석(M1)을 제1 열처리 유닛(10)에서 약 95~105 ℃의 열처리 온도로 열처리한 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 선별 유닛(40)은 상기 제1 판단 유닛(30)에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석들(M2) 중에서 자력 감소율이 약 45 % 이상인 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 Dy 및 Tb를 비(非)-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류할 수 있다.
상기 Dy 및 Tb를 비(非)-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a)은 나머지(M2b)와 분리, 회수되어 재활용될 수 있다.
한편, 나머지 폐 Nd계 영구자석(M2b)은 제1 회수 유닛(미도시됨)에 의해 회수되어 제1 열처리 유닛(10)으로 다시 투입되거나 또는 별도의 열처리 유닛(이하, '제2 열처리 유닛')(미도시됨)으로 투입될 수 있다.
만약, 상기 회수된 폐 Nd계 영구자석(M2b)이 제1 열처리 유닛(10)에서 다시 열처리될 경우, 열처리 온도는 이전 온도(예: 약 95~105 ℃)보다 더 높은 온도(예: 약 145~155 ℃)로 조절할 수 있다.
한편, 상기 회수된 폐 Nd계 영구자석(M2b)이 제2 열처리 유닛에서 열처리되는 경우, 본 발명의 선별 회수 장치(100)는 도시되지 않았지만, 상기 제1 회수 유닛에 의해 회수된 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 상기 제1 열처리 수단(100)의 기설정된 온도보다 더 높은 온도(예: 약 145~155 ℃)에서 열처리하는 제2 열처리 수단; 상기 제2 열처리 수단에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제2 자력 검출 수단; 상기 제2 자력 검출 수단에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제2 판단 수단; 및 상기 제2 판단 수단에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제2 선별 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 열처리 수단, 제2 자력 검출 수단, 제2 판단 수단 및 제2 선별 수단은 각각 전술한 제1 열처리 수단, 제1 자력 검출 수단, 제1 판단 수단 및 제1 선별 수단에 기재된 바와 동일하기 때문에, 이에 대한 설명은 생략한다.
다른 일례에 따르면, 폐 Nd계 영구자석(M1)을 제1 열처리 유닛(10)에서 약 145~155 ℃의 열처리 온도로 열처리한 경우, 도시되지 않았지만, 상기 제1 선별 유닛(40)은 상기 제1 판단 유닛(30)에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석들(M2) 중에서 자력 감소율이 3 % 이하인 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류할 수 있다.
상기 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a)은 나머지(M2b)와 분리, 회수되어 재활용될 수 있다.
한편, 나머지 폐 Nd계 영구자석(M2b)은 제2 회수 유닛(미도시됨)에 의해 회수되어 제1 열처리 유닛(10)으로 다시 투입되거나 또는 별도의 열처리 유닛(이하, '제3 열처리 유닛')(미도시됨)으로 투입될 수 있다.
만약, 상기 회수된 폐 Nd계 영구자석(M2b)은 제1 열처리 유닛(10)에 다시 투입되어 이전 열처리 온도(예: 약 145~155 ℃)보다 더 높은 온도(예: 약 195~205 ℃)에서 열처리될 수 있다.
한편, 상기 회수된 폐 Nd계 영구자석(M2b)이 제3 열처리 유닛에서 열처리되는 경우, 본 발명의 선별 회수 장치(100)는 도시되지 않았지만, 상기 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 제외한 나머지(M2b)를 회수하는 제2 회수 유닛; 상기 제2 회수 유닛에 의해 회수된 폐 Nd계 영구자석을 상기 제1 열처리 유닛의 기설정된 온도보다 더 높은 온도(예: 약 195~205 ℃)에서 열처리하는 제3 열처리 유닛; 상기 제3 열처리 유닛에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제3 자력 검출 유닛; 상기 제3 자력 검출 유닛에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제3 판단 유닛; 및 상기 제3 판단 유닛에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제3 선별 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 열처리 수단, 제3 자력 검출 수단, 제3 판단 수단 및 제3 선별 수단은 각각 전술한 제1 열처리 수단, 제1 자력 검출 수단, 제1 판단 수단 및 제1 선별 수단에 기재된 바와 동일하기 때문에, 이에 대한 설명은 생략한다.
선택적으로, 상기 제1 선별 유닛(40)에 의해 선별할 때, 상기 제1 판단 유닛(100)에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석(M2) 중에서 자력 감소율이 약 70 % 이상인 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 Dy 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하고, 또 자력 감소율이 3 % 이하인 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하며, 또 자력 감소율이 3% 초과, 70% 미만인 폐 Nd계 영구자석(M2c)을 Ce 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석(M2c)으로 분류할 수도 있다.
이 경우, 상기 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2b)뿐만 아니라, Dy 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 폐 Nd계 영구자석(M2a)도 나머지와 분리, 회수되어 재활용될 수 있다. 한편, 나머지 폐 Nd계 영구자석인 Ce 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석(M2c)도 회수된 후, 제1 열처리 유닛(10)으로 다시 투입되거나 또는 별도의 열처리 유닛(미도시됨)에 투입되어 이전 열처리 온도보다 더 높은 온도(예: 약 195~205 ℃)에서 열처리되어 제품군별로 선별될 수 있다.
또 다른 일례에 따르면, 폐 Nd계 영구자석(M1)을 제1 열처리 유닛(10)에서 약 195~205 ℃의 열처리 온도로 열처리한 경우, 도시되지 않았지만, 상기 선별 유닛(400)은 상기 제1 판단 유닛(100)에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석(M2) 중에서 자력 감소율이 약 5 % 이하인 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 Dy를 약 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류할 수 있다.
상기 Dy를 약 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a)은 나머지(M2b)와 분리, 회수되어 재활용될 수 있다.
한편, 나머지 폐 Nd계 영구자석(M2b)은 제3 회수 유닛(미도시됨)에 의해 회수되어 제1 열처리 유닛(10)으로 다시 투입되거나 또는 별도의 열처리 유닛(이하, '제4 열처리 유닛')(미도시됨)으로 투입될 수 있다.
만약, 상기 회수된 폐 Nd계 영구자석(M2b)은 제1 열처리 유닛(10)에 다시 투입되어 이전 열처리 온도보다 더 높은 온도(예: 약 245~255 ℃)에서 열처리될 수 있다.
한편, 상기 회수된 폐 Nd계 영구자석(M2b)이 제4 열처리 유닛에서 열처리되는 경우, 본 발명의 선별 회수 장치(100)는 도시되지 않았지만, 상기 Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 제외한 나머지(M2b)를 회수하는 제3 회수 유닛; 상기 제3 회수 유닛에 의해 회수된 폐 Nd계 영구자석을 상기 제1 열처리 유닛의 기설정된 온도보다 더 높은 온도(예: 약 245~255 ℃)에서 열처리하는 제4 열처리 유닛; 상기 제4 열처리 유닛에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제4 자력 검출 유닛; 상기 제4 자력 검출 유닛에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제4 판단 유닛; 및 상기 제4 판단 유닛에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제4 선별 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 제4 열처리 수단, 제4 자력 검출 수단, 제4 판단 수단 및 제4 선별 수단은 각각 전술한 제1 열처리 수단, 제1 자력 검출 수단, 제1 판단 수단 및 제1 선별 수단에 기재된 바와 동일하기 때문에, 이에 대한 설명은 생략한다.
물론, 상기 제1 선별 유닛(40)에 의해 선별할 때, 상기 제1 판단 유닛(100)에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석(M2) 중에서 자력 감소율이 약 90 % 이상인 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 Dy 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하고, 또 자력 감소율이 약 5 % 이하인 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 Tb를 함유하고, Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하며, 또 자력 감소율이 약 40~55 %인 폐 Nd계 영구자석(M2c)을 Tb를 함유하고, Dy를 0.1~3 중량%으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하며, 또 자력 감소율이 약 55% 초과, 약 90 % 미만인 폐 Nd계 영구자석(M2d)을 Ce 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류할 수도 있는데, 이에 한정되지 않는다.
이 경우, Tb를 함유하고, Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2b)뿐만 아니라, Dy 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a), Tb를 함유하고, Dy를 0.1~3 중량%으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2c) 및 Ce 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2d)도 서로 분리, 회수하여 재활용될 수 있다. 이때, 필요한 경우, 각 폐 Nd계 영구자석은 회수된 후, 제1 열처리 유닛(10)으로 다시 투입되거나 또는 별도의 열처리 유닛(미도시됨)에 투입되어 이전 열처리 온도보다 더 높은 온도(예: 약 245~255 ℃)에서 열처리될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치(100)는 저온 열처리만으로 도금층의 손상없이 폐 Nd계 영구자석 자체를 제품군별로 선별하여 회수할 수 있다. 이와 같이 회수된 폐 Nd계 영구자석은 간단한 착자 공정을 통해 재착자된 후 재사용할 수 있고, 따라서 자원 재활용성이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치(100)를 이용하여, 폐 Nd계 영구자석을 제품군별, 특성별로 분류하여 회수하는 과정에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일례에 따르면, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법은 (S110) 폐 Nd계 영구자석을 제1 열처리하는 단계; (S120) 상기 제1 열처리 단계에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제1 자력 검출 단계; (S130) 상기 제1 자력 검출 단계에서 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제1 판단 단계; 및 (S140) 상기 제1 판단 단계에서 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제1 선별 단계를 포함한다. 선택적으로, 상기 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법은 상기 제1 열처리 단계에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석을 서로 분리하는 분리 단계; 및/또는 상기 제1 자력 검출 단계에서 자력이 검출되는 폐 Nd계 영구자석의 형상을 인식하여 폐 Nd계 영구자석의 형상을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 각 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다.
(S110) 단계: 폐 Nd계 영구자석의 제1 열처리 단계
폐 Nd계 영구자석(M1)을 소정의 온도에서 열처리한다
(S110) 단계는 도 1에 도시된 제1 열처리 유닛(10)을 이용하여 수행하는 것으로, 폐 Nd계 영구자석(M1)을 제1 열처리 유닛(10)에 장입한 후, 장입된 폐 Nd계 영구자석(M1)을 소정의 온도에서 열처리한다. 이러한 (S110) 단계를 통해 얻은 폐 Nd계 영구자석(M2)은 자력이 감소한 폐 Nd계 영구자석(M2a)과 자석이 변함없은 폐 Nd계 영구자석(M2b)이 혼재되어 있다.
상기 열처리 온도, 시간 및 분위기는 제1 열처리 유닛(10) 부분에 기재된 바와 동일하기 때문에, 생략한다.
도시되지 않았지만, 상기 (S110) 단계 후, (S120) 단계 전에, 상기 (S110) 단계에서 열처리된 폐 Nd계 영구자석(M2)을 서로 분리하는 분리 단계를 더 수행할 수 있다.
상기 분리 단계는 열처리된 폐 Nd계 영구자석(M2)을 물리적으로 분리할 수 있는 분리 유닛(50)에 의해 행해질 수 있다.
(S120) 단계: 열처리된 폐 Nd계 영구자석을 자력을 검출하는 제1 자력 검출 단계
이어서, 상기 (S110) 단계에서 열처리되어 공급되는 폐 Nd계 영구자석(M2)의 자력을 검출(측정)한다.
(S120) 단계는 제1 자력 검출 유닛(20)을 이용하여 수행하는 것으로, 제1 자력 검출 유닛(20)에 의해 측정된 폐 Nd계 영구자석(M2)의 자력은 상기 (S110) 단계에서의 열처리 온도 및 제품군(종류)에 따라 상이하다.
도시되지 않았지만, 상기 (S120) 단계 후, (S130) 단계 전에, 상기 (S120) 단계에서 자력이 검출(측정)되어 공급되는 폐 Nd계 영구자석(M2)의 형상을 인식하여 폐 Nd계 영구자석의 형상을 판단하는 단계를 더 수행할 수 있다. 이때, 폐 Nd계 영구자석의 크기도 함께 인식하여 판단할 수 있다. 이러한 형상 판단 단계를 더 수행함으로써, (S140) 단계에서 폐 Nd계 영구자석을 더 정밀하게 선별할 수 있다.
상기 폐 Nd계 영구자석(M2)은 디스크형, 사각바형, 부채꼴형 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있고, 또 폐 Nd계 영구자석의 크기는 대략 수 ㎝(예: 약 0.5~10 ㎝)일 수 있다.
(S130) 단계: 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제1 판단 단계
이후, 상기 (S120) 단계에서 검출된 폐 Nd계 영구자석(M2)의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단한다.
(S130) 단계는 도 1에 도시된 제1 판단 유닛(30)을 이용하여 수행하는 것으로, Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력 대비 상기 (S120) 단계에서 검출된 폐 Nd계 영구자석(M2)의 자력 변화를 제1 판단 유닛(30)에 의해 판단한다. 구체적으로, 제1 판단 유닛(30) 부분에 기재된 바와 같이, 통상의 컴퓨터와 자속 감소율을 계산할 수 있는 프로그램을 이용하여 판단될 수 있다.
(S140) 단계: 폐 Nd계 영구자석을 제품군별로 선별하는 제1 선별 단계
이어서, 상기 (S130) 단계에서 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별한다.
(S140) 단계는 도 1에 도시된 제1 선별 유닛(40)을 이용하여 수행하는 것으로, 제1 판단 유닛(30)에서 자력 감소율이 판단되어 공급되는 폐 Nd계 영구자석(M2)을 그 자력 감소율에 따라 제품군별로 분류하여 회수한다. 이때, 폐 Nd계 영구자석(M2)의 자력 감소율은 표 3에 기재된 바와 같이, 제품군(종류)은 물론 열처리 온도에 따라 상이하기 때문에, (S110) 단계에서 설정된 열처리 온도에 따른 폐 Nd계 영구자석(M2)의 자력 감소율을 기준으로 폐 Nd계 영구자석을 제품군별로 분리하여 회수한다.
일례에 따르면, (S110) 단계에서 95~105 ℃의 열처리 온도에서 열처리된 경우, (S140) 단계는 상기 (S130) 단계에서 자력 감소율이 판단되는 폐 Nd계 영구자석(M2) 중에서 자력 감소율이 약 45 % 이상인 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 Dy 및 Tb를 비(非)-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류할 수 있다.
상기 Dy 및 Tb를 비(非)-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a)은 나머지(M2b)와 분리, 회수되어 재활용될 수 있다.
한편, 나머지 폐 Nd계 영구자석(M2b)은 회수되어 제1 열처리 유닛(10)으로 다시 투입된 후, 상기 (S110) 단계~(S140) 단계를 더 수행하거나, 또는 별도의 제2 열처리 유닛으로 투입되어 하기 (S210) 단계~(S250) 단계를 더 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 회수된 폐 Nd계 영구자석(M2b)이 제1 열처리 유닛(10)에서 다시 투입되어 2회차로 (S110) 단계~(S140) 단계를 더 진행할 경우, 상기 2회차 (S110) 단계의 열처리 온도는 이전의 1회차 (S110) 단계의 열처리 온도(예: 약 95~105 ℃)보다 더 높은 온도(예: 약 145~155 ℃)로 조절하는 것이 적절하다.
또, 상기 분리된 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 회수하여 제2 열처리 유닛에 투입하는 경우, 본 발명의 선별 회수방법은 도시되지 않았지만, (S210) 상기 Dy 및 Tb를 비(非)-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 제외한 나머지(M2b)를 회수하는 제1 회수 단계; (S220) 상기 (S210) 단계에서 회수되는 폐 Nd계 영구자석을 상기 (S110) 단계에서 설정된 열처리 온도보다 더 높은 온도(예: 약 145~155 ℃)에서 열처리하는 제2 열처리 단계; (S230) 상기 (S220) 단계에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제2 자력 검출 단계; (S240) 상기 (S220) 단계에서 검출되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제2 판단 단계; 및 (S250) 상기 (S240) 단계에서 판단되는 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제2 선별 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (S220) 단계 내지 (S250) 단계에 대한 설명은 각각 전술한 (S110) 단계 내지 (S140) 단계에 기재된 바와 동일하기 때문에 생략한다.
다른 일례에 따르면, (S110) 단계에서 145~155 ℃의 열처리 온도에서 열처리된 경우, (S140) 단계는 상기 (S130) 단계에서 자력 감소율이 판단되는 폐 Nd계 영구자석 중에서 자력 감소율이 약 3 % 이하인 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류할 수 있다.
상기 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석(M2a)은 나머지(M2b)와 분리, 회수되어 재활용될 수 있다.
한편, 나머지 폐 Nd계 영구자석(M2b)은 회수되어 제1 열처리 유닛(10)으로 다시 투입된 후, 상기 (S110) 단계~(S140) 단계를 더 수행하거나, 또는 별도의 제3 열처리 유닛으로 투입되어 하기 (S310) 단계~(S350) 단계를 더 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 회수된 폐 Nd계 영구자석(M2b)이 제1 열처리 유닛(10)에서 다시 투입되어 2회차로 (S110) 단계~(S140) 단계를 더 진행할 경우, 상기 2회차 (S110) 단계의 열처리 온도는 이전의 1회차 (S110) 단계의 열처리 온도(예: 약 145~155 ℃)보다 더 높은 온도(예: 약 195~205 ℃)로 조절하는 것이 적절하다.
또, 상기 분리된 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 회수하여 제3 열처리 유닛에 투입하는 경우, 본 발명의 선별 회수방법은 도시되지 않았지만, (S310) 상기 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 제외한 나머지 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 회수하는 제2 회수 단계; (S320) 상기 (S310) 단계서 회수되는 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 상기 (S110) 단계에서 설정된 열처리 온도보다 더 높은 온도(예: 약 195~205 ℃)에서 열처리하는 제3 열처리 단계; (S330) 상기 (S320) 단계에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석(M3)의 자력을 검출하는 제3 자력 검출 단계; (S340) 상기 (S330) 단계에서 검출되는 폐 Nd계 영구자석(M3)의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제3 판단 단계; 및 (S350) 상기 (S340) 단계에서 판단되는 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제3 선별 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (S320) 단계 내지 (S350) 단계에 대한 설명은 각각 전술한 (S110) 단계 내지 (S140) 단계에 기재된 바와 동일하기 때문에 생략한다.
다만, 상기 (S140) 단계는 상기 (S130) 단계에서 자력 감소율이 판단되는 폐 Nd계 영구자석 중에서 자력 감소율이 약 70 % 이상인 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 Dy 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하고, 또 자력 감소율이 약 3 % 이하인 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하며, 또 자력 감소율이 나머지 3% 초과, 70% 미만인 폐 Nd계 영구자석(M2c)을 Ce 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류할 수도 있다.
이 경우, Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2b)뿐만 아니라, Dy 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a) 및 Ce 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2c)을 서로 분리, 회수하여 재활용할 수 있다. 이때, 필요한 경우, 각 폐 Nd계 영구자석은 상기 (S110) 단계~(S140) 단계를 더 수행하되, 2회차 (S110) 단계는 상기 (S110) 단계에서 설정된 열처리 온도보다 더 높은 온도(예: 약 195~205 ℃)에서 열처리되는 것이 적절하다.
또 다른 일례에 따르면, (S110) 단계에서 약 195~205 ℃의 열처리 온도에서 열처리된 경우, (S140) 단계는 상기 (S130) 단계에서 자력 감소율이 판단된 폐 Nd계 영구자석(M2) 중에서 자력 감소율이 5 % 이상인 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석(M2a)으로 분류할 수 있다.
상기 Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a)은 나머지(M2b)와 분리, 수거되어 재활용될 수 있다.
한편, 나머지 폐 Nd계 영구자석(M2b)은 회수되어 제1 열처리 유닛(10)으로 다시 투입된 후, 상기 (S110) 단계~(S140) 단계를 더 수행하거나, 또는 별도의 제4 열처리 유닛으로 투입되어 하기 (S410) 단계~(S450) 단계를 더 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 회수된 나머지 폐 Nd계 영구자석(M2b)이 제1 열처리 유닛(10)에 다시 투입되어 2회차로 (S110) 단계~(S140) 단계를 더 진행하는 경우, 상기 2회차 (S110) 단계의 열처리 온도는 이전의 1회차 (S110) 단계의 열처리 온도(예: 약 195~205 ℃)보다 더 높은 온도(예: 약 245~255 ℃)로 조절하는 것이 적절하다.
또, 상기 나머지 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 회수하여 제4 열처리 유닛에 투입하는 경우, 본 발명의 선별 회수방법은 도시되지 않았지만, (S410) 상기 Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 제외한 나머지 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 회수하는 제3 회수 단계; (S420) 상기 (S410) 단계서 회수되는 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 상기 (S110) 단계에서 설정된 열처리 온도보다 더 높은 온도(예: 약 245~255 ℃)에서 열처리하는 제4 열처리 단계; (S430) 상기 (S420) 단계에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석(M3)의 자력을 검출하는 제4 자력 검출 단계; (S440) 상기 (S430) 단계에서 검출되는 폐 Nd계 영구자석(M3)의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제4 판단 단계; 및 (S450) 상기 (S440) 단계에서 판단되는 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제4 선별 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (S420) 단계 내지 (S450) 단계에 대한 설명은 각각 전술한 (S110) 단계 내지 (S140) 단계에 기재된 바와 동일하기 때문에 생략한다.
다만, 상기 (S140) 단계는 상기 (S130) 단계에서 자력 감소율이 판단되는 폐 Nd계 영구자석 중에서 자력 감소율이 약 90 % 이상인 폐 Nd계 영구자석(M2a)을 Dy 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하고, 또 자력 감소율이 약 5 % 이하인 폐 Nd계 영구자석(M2b)을 Tb를 함유하고, Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하며, 또 자력 감소율이 약 40~55 %인 폐 Nd계 영구자석(M2c)을 Tb를 함유하고, Dy를 0.1~3 중량%으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하며, 또 자력 감소율이 약 55% 초과, 90 % 미만인 폐 Nd계 영구자석(M2d)을 Ce 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류할 수도 있다.
이 경우, Tb를 함유하고, Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2b)뿐만 아니라, Dy 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2a), Tb를 함유하고, Dy를 0.1~3 중량%으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2c), 및 Ce 및 Tb를 비-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석(M2d)을 서로 분리, 회수하여 재활용할 수 있다. 이때, 필요한 경우, 각 폐 Nd계 영구자석은 상기 (S110) 단계~(S140) 단계를 더 수행하되, 2회차 (S110) 단계는 상기 (S110) 단계에서 설정된 열처리 온도보다 더 높은 온도(예: 약 245~255 ℃)에서 열처리되는 것이 적절하다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1>
(1) 제품군별(계열별) Nd계 영구자석의 열처리 온도 변화에 따른 자력 변화
1) N 계열(예: N35) Nd계 영구자석
N 계열(예: N35) Nd계 영구자석을 관상로에서 각각 100 / 150 / 200 / 250 / 300 / 350 / 400 ℃에서 30분간 열처리한 다음, 온도별 자석의 자력 변화를 측정하였고, 또 및 자석의 표면 상태를 관찰하였으며, 측정 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, N 계열(예: N35) Nd계 영구자석은 100 ℃에서 자력이 약 51 % 감소하였다. 이는 N 계열 자석의 최대 사용온도가 80 ℃이기 때문에, 이를 초과한 시점부터 자력이 크게 감소한 것으로 보인다. 또한, N 계열(예: N35) Nd계 영구자석은 자력이 150 ℃에서 77 %, 200 ℃에서 91 %로 각각 감소하여, 자석을 선별하기 용이하다. 다만, N 계열(예: N35) Nd계 영구자석은 250 ℃이상에서 자력이 완전히 상실하였다.
한편, N 계열(예: N35) Nd계 영구자석의 표면은 100~300 ℃ 열처리 온도 구간에서 변화가 없었다. 그러나, N 계열(예: N35) Nd계 영구자석은 350 ℃부터 표면에 변색이 일어나고, 400 ℃에서는 표면층이 붉게 산화되었다(도 3 참조). 이 경우, 자석의 산화를 방지하기 위해 증착된 도금층이 그 기능을 상실하였고, 이로 인해 자석을 재사용하기 어렵다는 것을 확인할 수 있었다.
2) H 계열(예: N48H) Nd계 영구자석
H 계열(예: N48H) Nd계 영구자석을 관상로에서 각각 100 / 150 / 200 / 250 / 300 / 350 / 400 ℃에서 30분간 열처리한 다음, 온도별 자석의 자력 변화를 측정하였고, 또 및 자석의 표면 상태를 관찰하였으며, 측정 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, H 계열(예: N48H) Nd계 영구자석은 자력이 100 ℃에서 4 % 감소하였다. H 계열 Nd계 영구자석의 최대 사용온도가 120 ℃이기 때문에, 자석의 자력 감소량이 적은 것으로 생각된다. 또한, H 계열(예: N48H) Nd계 영구자석은 자력이 150 ℃에서 42 %, 200 ℃에서 73%, 250 ℃에서 91%로 각각 감소하였다. 이는 N 계열 Nd계 영구자석보다 동일 온도에서의 자력 감소율이 더 낮았다. 또, H 계열(예: N48H) Nd계 영구자석은 300 ℃에서 완전히 자력을 상실하였다.
한편, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, H 계열 Nd계 영구자석의 표면은 100 ~ 300 ℃의 열처리 온도 구간에서 변화가 없었다. 그러나, H 계열 Nd계 영구자석은 350 ℃부터 표면에 변색이 일어났고, 400 ℃에서 표면층이 붉게 산화되었다. 이 경우, 자석의 산화를 방지하기 위해 증착된 도금층이 그 기능을 상실하였고, 이로 인해 자석을 재사용하기 어렵다는 것을 확인할 수 있었다.
3) SH 계열(예: N38SH) Nd계 영구자석
SH 계열(예: N38SH) Nd계 영구자석을 관상로에서 각각 100 / 150 / 200 / 250 / 300 / 350 / 400℃에서 30분간 열처리한 다음, 온도별 자석의 자력 변화를 측정하였고, 또 및 자석의 표면 상태를 관찰하였으며, 측정 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, SH 계열(예: N38SH) Nd계 영구자석은 100℃에서 자력이 0% 감소하였다. 이는 SH 계열의 Nd계 영구자석의 최대 사용온도가 150 ℃이기 때문에, 자력의 감소가 거의 발생하지 않은 것으로 보인다. 이로부터 SH 계열(예: N38SH) Nd계 영구자석은 100 ℃에서 열처리할 경우, 자력감소가 전혀 발생하지 않는다는 것을 알 수 있었다. 또한, SH 계열(예: N38SH) Nd계 영구자석의 경우, 최대 사용온도를 초과하는 200 ℃에서는 자력 감소율이 61%이었고, 250℃에서는 자력 감소율이 91%이었으며, 300 ℃에서는 완전히 탈자되는 것을 확인할 수 있었다.
도 7에서 알 수 있는 바와 같이, SH 계열(예: N38SH) Nd계 영구자석의 표면은 100 ~ 300 ℃의 열처리 온도 구간에서 변화가 없었다. 그러나, SH 계열(예: N38SH) Nd계 영구자석은 350 ℃부터 표면에 변색이 일어났고, 400 ℃에서는 표면층이 붉게 산화되었다. 이 경우, 자석의 산화를 방지하기 위해 증착된 도금층이 그 기능을 상실하였고, 이로 인해 자석을 재사용하기 어렵다는 것을 확인할 수 있었다.
4) UH계열(예: N35UH) Nd-Fe-B계　영구자석
UH계열(예: N35UH) Nd-Fe-B계　영구자석을 관상로에서 각각 100 / 150 / 200 / 250 / 300 / 350 / 400℃에서 30분간 열처리한 다음, 온도별 자석의 자력 변화를 측정하였고, 또 및 자석의 표면 상태를 관찰하였으며, 측정 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다.
도 8에서 알 수 있는 바와 같이, UH계열(예: N35UH) Nd-Fe-B계　영구자석은 자력이 100℃에서 0%, 150℃ 3%로 각각 감소하였다. 한편, UH계열(예: N35UH) Nd-Fe-B계　영구자석은 자력감소율이 최대 사용온도인 180℃를 초과하는 200℃에서 48%이었고, 250℃에서 88%이었으며, 300℃에서는 완전히 탈자되었다.
도 9에서 알 수 있는 바와 같이, UH계열(예: N35UH) Nd-Fe-B계　영구자석의 표면은 100 ~ 300℃의 열처리 온도 구간에서 변화가 없었다. 그러나, UH계열(예: N35UH) Nd-Fe-B계　영구자석은 350 ℃부터 표면에 변색이 일어났고, 400℃에서는 표면층이 붉게 산화되었다.
5) EH 계열(예: N33EH) Nd-Fe-B계　영구자석
EH 계열(예: N33EH) Nd-Fe-B계　영구자석을 관상로에서 각각 100 / 150 / 200 / 250 / 300 / 350 / 400℃에서 30분간 열처리한 다음, 온도별 자석의 자력 변화를 측정하였고, 또 및 자석의 표면 상태를 관찰하였으며, 측정 결과를 도 10 및 도 11에 나타내었다.
도 10에서 알 수 있는 바와 같이, EH 계열(예: N33EH) Nd-Fe-B계　영구자석은 100℃~200℃에서 열처리를 하였으나, 자력의 감소가 거의 일어나지 않았다. 다만, EH 계열(예: N33EH) Nd-Fe-B계　영구자석의 열처리 온도가 권장 최대사용 온도를 초과하는 250 ℃에 도달한 경우, 자력 감소율이 67%이었다. 또, EH 계열(예: N33EH) Nd-Fe-B계　영구자석은 300℃에서 완전히 탈자되었다.
한편, EH 계열(예: N33EH) Nd-Fe-B계　영구자석의 표면은 100~300℃의 열처리 온도 구간에서 변화가 없었다. 다만, EH 계열(예: N33EH) Nd-Fe-B계　영구자석은 350℃부터 표면에 변색이 일어났고, 400℃에서는 표면층이 붉게 산화되었다(도 11 참조).
6) AH 계열(예: N33AH) Nd-Fe-B계　영구자석
AH 계열(예: N33AH) Nd-Fe-B계　영구자석을 관상로에서 각각 100 / 150 / 200 / 250 / 300 / 350 / 400℃에서 30분간 열처리한 다음, 온도별 자석의 자력 변화를 측정하였고, 또 및 자석의 표면 상태를 관찰하였으며, 측정 결과를 도 12 및 도 13에 나타내었다.
도 12에서 알 수 있는 바와 같이, AH 계열(예: N33AH) Nd-Fe-B계　영구자석은 100℃ / 150℃ / 200℃에서 각각 열처리를 하였어도 자력의 감소가 거의 일어나지 않았다. 다만, AH 계열(예: N33AH) Nd-Fe-B계　영구자석은 권장 최대 사용온도인 230℃를 초과하는 250 ℃에서 자력 감소율이 41%이었고, 300℃에서 자력 감소율이 96%이었다. 또, AH 계열(예: N33AH) Nd-Fe-B계　영구자석은 350℃에서 완전히 탈자되었다.
한편, AH 계열(예: N33AH) Nd-Fe-B계　영구자석의 표면은 100~300℃의 열처리 온도 구간에서 변화가 없었다. 그러나, AH 계열(예: N33AH) Nd-Fe-B계　영구자석은 350℃부터 표면에 변색이 일어났고, 400℃에서는 표면층이 붉게 산화되었다(도 13 참조).
7) 전술한 제품군별 Nd계 영구자석의 열처리 온도에 따른 자력 감소율을 정리하면, 하기 표 4 및 도 14에 나타낸 바와 같다.
계열 열처리 온도별 Nd계 영구자석의 자속감소율
100℃ 150℃ 200℃ 250℃ 300℃ 350℃
N35 51% 76% 91% 100% - -
N48H 4% 42% 73% 91% 100% -
N38SH 0% 24% 61% 91% 100% -
N35UH 0% 3% 48% 88% 100% -
N33EH 0% 0% 0% 67% 100% -
N33AH 0% 1% 3% 41% 96% 100%
표 4 및 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, Nd계 영구자석은 동일 열처리 온도더라도 제품군별에 따라 자력 감소율이 상이하였으며, 한편 동일 제품군이더라도 열처리 온도에 따라 자력 감소율이 상이하였다.
(2) 제품군별(계열별) Nd계 영구자석의 열처리 시간 변화에 따른 자력 변화
1) N 계열(예: N35) 및 H 계열(예: N42H) Nd계 영구자석
N 계열(예: N35) 및 H 계열(예: N42H) Nd계 영구자석을 관상로에서 150℃의 온도로 15 / 30 / 60 / 120분간 각각 열처리한 다음, 열처리 시간별 자석의 자력 변화를 측정하였고, 측정 결과를 도 15에 나타내었다.
도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 150℃의 온도에서 15 / 30 / 60 / 120분간 각각 열처리하였을 때, N 계열(예: N35) Nd계 영구자의 자력감소율은 각각 67%, 67%, 66.7%, 67%이었고, H 계열(예: N42H) Nd계 영구자석의 자력감소율은 각각 47.6%, 47.6%, 46.4%, 47%이었다.
2) SH 계열(예: N38SH), UH 계열(예: N35UH) Nd계 영구자석
SH 계열(예: N38SH), UH 계열(예: N35UH) Nd계 영구자석을 관상로에서 200℃의 온도로 15 / 30 / 60 / 120분간 각각 열처리한 다음, 열처리 시간별 자석의 자력 변화를 측정하였고, 측정 결과를 도 16에 나타내었다. 이때, SH 계열(예: N38SH), UH 계열(예: N35UH) Nd계 영구자석은 150℃에서 열처리해도 자력 감소가 거의 없다는 점을 고려하여, 열처리 온도를 200 ℃로 설정하였다.
도 16에서 알 수 있는 바와 같이, SH 계열(예: N38SH), UH 계열(예: N35UH) Nd계 영구자석은 N 계열(예: N35) 및 H 계열(예: N42H) Nd계 영구자석과 달리, 200 ℃의 온도에서 15분 동안 열처리한 경우, 200 ℃의 온도에서 30분 동안 열처리한 경우에 비해 자력감소가 약간 있었다. 그러나, 열처리 시간이 30 분이 초과할 경우, SH 계열(예: N38SH), UH 계열(예: N35UH) Nd계 영구자석은 자력의 변화가 거의 없었다.
이로부터 Nd계 영구자석 중에서 보자력(Coercive Force)이 크다고 알려진 SH 계열 및 UH 계열 Nd계 영구자석의 경우, 다른 계열의 Nd계 영구자석과 달리, 동일 온도에서 열처리시 조금 더 오랜 시간 동안 열처리를 수행하는 것이 더 적절하다는 것을 알 수 있었다.
3) EH 계열(예: N33EH), AH 계열(예: N33AH) Nd계 영구자석
EH 계열(예: N33EH), AH 계열(예: N33AH) Nd계 영구자석을 관상로에서 250℃의 온도로 15 / 30 / 60 / 120분간 각각 열처리한 다음, 열처리 시간별 자석의 자력 변화를 측정하였고, 측정 결과를 도 17에 나타내었다. 이때, EH 계열(예: N33EH), AH 계열(예: N33AH) Nd계 영구자석은 상온 ~ 200℃ 온도 구간에서 열처리해도 자력 변화가 거의 없다는 점을 고려하여, 열처리 온도를 250 ℃로 설정하였다.
도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 250℃의 온도에서 각각 15 / 30 / 60 / 120분간 열처리하였을 때, EH 계열(예: N33EH) Nd계 영구자석의 자력감소율은 각각 71.3%, 71.7%, 74.1%, 74%이었고, AH 계열(예: N33AH) Nd계 영구자석의 자력감소율은 각각 39.7%, 40.5%, 40.7%, 41%이었다. 즉, EH 계열(예: N33EH) Nd계 영구자석은 60 / 120분간 열처리시 15 / 30분간 열처리할 때보다 자력 감소율이 소폭 증가하였다. 반면, AH 계열(예: N33AH) Nd계 영구자석은 15 / 30 / 60 / 120분간 열처리하였을 때, 열처리 시간에 따라 자력 변화가 없었다.
4) 전술한 실험으로부터 본 발명에 따라 폐 Nd계 영구자석을 선별 회수함에 있어, Nd계 영구자석의 열처리에 따른 자력 감소값을 정확하게 파악하기 위해서 열처리 시간을 30분 이상 유지하는 것이 적절하다는 것을 알 수 있었다. 다만, 공업적인 측면을 고려할 경우, 열처리 시간은 약 30~60분 범위로 조절하는 것이 적절하다.
(3) 전술한 실험을 통해, 본 발명자들은 하기 사항을 도출할 수 있었다.
첫째, 100℃의 온도에서 열처리를 행할 경우, Dy 및 Tb를 포함하지 않는 Nd계 영구자석은 그 자력이 50% 내외로 감소하는 반면에, Dy 및/또는 Tb이 함유된 S, SH, UH, EH 및 AH 계열의 Nd-(Ce, Pr)-Dy-Fe-B계 및 Nd-(Ce, Pr)-Dy-Tb-Fe-B계 영구자석은 동일 조건에서 자력의 감소가 거의 없음을 확인할 수 있었다.
따라서, 100℃의 열처리 온도에서 30~60분간 열처리할 경우, Dy 및 Tb 함유 Nd계 영구자석과 Dy 및/또는 Tb를 함유하지 않은 Nd계 영구자석을 용이하게 분리, 선별할 수 있다.
특히, Nd계 영구자석은 잔류자속밀도가 11000~14500 Gauss이며, 표면자속밀도도 2000~5000 Gauss이기 때문에, 탈자가 전혀 진행되지 않은 Nd계 영구자석과 50% 정도 진행된 Nd계 영구자석은 용이하게 구별될 수 있다. 예컨대, 열처리 후, 자석들을 서로 붙여보든가 또는 철판 등에 자석을 붙여보면, 탈자가 진행된 상태와 그렇지 않은 상태를 쉽게 선별할 수 있으며, 최종적으로 가우스 미터로 자석의 자력을 측정 후 자석의 감소율을 계산하면 보다 더 정밀하게 선별할 수 있다.
둘째, 150℃의 열처리 온도에서 열처리를 행할 경우, N계열, H계열 SH계열 Nd계 영구자석의 자력은 급격하게 감소하나, UH 계열, EH 계열 및 AH 계열 Nd계 영구자석의 자력 감소는 거의 없었다.
따라서, 150℃의 온도에서 30~60분간 열처리할 경우, Tb 함유-Nd계 영구자석과 Tb 미함유-Nｄ계 영구자석을 용이하게 분리, 선별할 수 있다. 여기서, UH 계열, EH 계열 및 AH 계열의 Nd계 영구자석은 고가의 Tb를 약 1~2 wt% 정도 함유한다(표 2 참조).
따라서, 본 발명을 이용하여, 폐 Nd계 영구자석들을 150 ℃에서 열처리할 경우, UH 계열, EH 계열 및 AH 계열의 Nd계 영구자석만을 용이하게 분리하여 회수할 수 있다는 것을 알 수 있었고, 이는 공업적으로 아주 의미가 크다.
셋째, 200℃의 열처리 온도에서 열처리를 행할 경우, N 계열, H 계열, SH 계열 및 UH 계열 Nd계 영구자석은 자력이 급격하게 감소하였으나, EH 계열 및 AH 계열 Nd계 영구자석의 자력 감소는 전혀 없거나 거의 없었다. 여기서, EH 계열 및 AH 계열의 Nd계 영구자석은 다른 계열의 Nd계　영구자석에 비하여 Dy 함유량이 매우 높다(표 2 참조). 즉, H, SH 및 UH 계열 Nd계 영구자석들도 Dy을 함유하고 있으나, 그 함유량이 1% 내외로 낮은 반면, EH 계열 및 AH 계열의 Nd계 영구자석은 10% 내외의 Dy를 함유하고 있다.
따라서, 본 발명을 이용하여, 폐 Nd계 영구자석들을 200℃에서 열처리할 경우, 자력 감소가 전혀 없거나 아주 미미한 EH 계열 및 AH 계열의 Nd계 영구자석을 따로 용이하게 선별 회수할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이는 공업적으로 아주 의미가 크다.
넷째, 300℃의 온도에서 열처리를 행할 경우, 모든 계열의 Nd계 영구자석이 탈자되었지만, 도금층이 심각하게 손상되지는 않았다. 이로부터 모든 Nd계 영구자석을 300℃에서 열처리할 때 한번에 탈자시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.
또한, 300℃에서의 열처리를 통해 폐 Nd계 영구자석을 정밀하게 선별할 수 없더라도, Nd계 영구자석의 변색이 약 350℃에서부터 본격적으로 나타난다. 따라서, 본 발명을 이용하여 200 ℃ 이하의 온도에서 열처리하더라도, 자석의 도금층이 손상되지 않았기 때문에, 본 발명에 의해 제품군별로 선별되어 회수된 폐 Nd 영구자석은 자석 상태 그대로 재활용하는 데 아무런 문제점이 없다는 것을 알 수 있었다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치,
10: 제1 열처리 유닛,
20: 제1 자력 검출 유닛,
30: 제1 판단 유닛,
40: 제1 선별 유닛,
50: 분리 유닛,
60: 형상 판단 유닛

Claims (18)

  1. 폐 Nd계 영구자석을 기설정된 열처리 온도로 열처리하는 제1 열처리 유닛;
    상기 제1 열처리 유닛에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제1 자력 검출 유닛;
    상기 제1 자력 검출 유닛에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제1 판단 유닛; 및
    상기 제1 판단 유닛에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제1 선별 유닛
    을 포함하는 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열처리 유닛에 의해 열처리된 폐 Nd계 영구자석을 서로 분리하는 분리 유닛
    을 더 포함하는 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자력 검출 유닛에 의해 자력이 검출된 폐 Nd계 영구자석의 형상을 인식하여 폐 Nd계 영구자석의 형상을 판단하는 형상 판단 유닛
    을 더 포함하는 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열처리 유닛에서의 열처리 온도가 95~105 ℃인 경우,
    상기 제1 선별 유닛은
    상기 제1 판단 유닛에 의해 자력 감소율이 판단된 폐 Nd계 영구자석 중에서 자력 감소율이 45 % 이상인 폐 Nd계 영구자석을 Dy 및 Tb를 비(非)-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 Dy 및 Tb를 비(非)-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석을 제외한 나머지를 회수하는 제1 회수 유닛;
    상기 제1 회수 유닛에 의해 회수된 폐 Nd계 영구자석을 상기 제1 열처리 유닛의 기설정된 온도보다 더 높은 온도에서 열처리하는 제2 열처리 유닛;
    상기 제2 열처리 유닛에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제2 자력 검출 유닛;
    상기 제2 자력 검출 유닛에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제2 판단 유닛; 및
    상기 제2 판단 유닛에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제2 선별 유닛
    을 더 포함하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열처리 유닛에서의 열처리 온도가 145~155 ℃인 경우,
    상기 제1 선별 유닛은
    상기 제1 판단 유닛에 의해 자력 감소율이 판단된 폐 Nd계 영구자석 중에서 자력 감소율이 3 % 이하인 폐 Nd계 영구자석을 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석을 제외한 나머지를 회수하는 제2 회수 유닛;
    상기 제2 회수 유닛에 의해 회수된 폐 Nd계 영구자석을 상기 제1 열처리 유닛의 기설정된 온도보다 더 높은 온도에서 열처리하는 제3 열처리 유닛;
    상기 제3 열처리 유닛에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제3 자력 검출 유닛;
    상기 제3 자력 검출 유닛에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제3 판단 유닛; 및
    상기 제3 판단 유닛에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제3 선별 유닛
    을 더 포함하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열처리 유닛에서의 열처리 온도가 195~205 ℃인 경우,
    상기 제1 선별 유닛은
    상기 제1 판단 유닛에 의해 자력감소율이 판단된 폐 Nd계 영구자석 중에서 자력 감소율이 5 % 이하인 폐 Nd계 영구자석을 Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석을 제외한 나머지를 회수하는 제3 회수 유닛;
    상기 제3 회수 유닛에 의해 회수된 폐 Nd계 영구자석을 상기 제1 열처리 유닛의 기설정된 온도보다 더 높은 온도에서 열처리하는 제4 열처리 유닛;
    상기 제4 열처리 유닛에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제4 자력 검출 유닛;
    상기 제4 자력 검출 유닛에 의해 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제4 판단 유닛; 및
    상기 제4 판단 유닛에 의해 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제4 선별 유닛
    을 더 포함하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수장치.
  10. 폐 Nd계 영구자석을 제1 열처리하는 단계;
    상기 제1 열처리 단계에서 열처리된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제1 자력 검출 단계
    상기 제1 자력 검출 단계에서 검출된 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제1 판단 단계; 및
    상기 제1 판단 단계에서 판단된 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제1 선별 단계
    를 포함하는, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 자력 검출 단계 전에,
    상기 제1 열처리 단계에서 열처리된 폐 Nd계 영구자석을 서로 분리하는 분리 단계를 더 포함하는, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 판단 단계 전에,
    상기 제1 자력 검출 단계에서 자력이 검출된 폐 Nd계 영구자석의 형상을 인식하여 폐 Nd계 영구자석의 형상을 판단하는 단계를 더 포함하는, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 열처리 단계의 열처리 온도가 95~105 ℃인 경우,
    상기 제1 선별 단계는
    상기 제1 판단 단계에서 자력 감소율이 판단된 폐 Nd계 영구자석 중에서 자력 감소율이 45 % 이상인 폐 Nd계 영구자석을 Dy 및 Tb를 비(非)-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 Dy 및 Tb를 비(非)-함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석을 제외한 나머지를 회수하는 제1 회수 단계;
    상기 제1 회수 단계에서 회수되는 폐 Nd계 영구자석을 상기 제1 열처리 단계에서 기설정된 온도보다 더 높은 온도에서 열처리하는 제2 열처리 단계;
    상기 제2 열처리 단계에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제2 자력 검출 단계;
    상기 제2 자력 검출 단계에서 검출되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제2 판단 단계; 및
    상기 제2 판단 단계에서 판단되는 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제2 선별 단계
    를 더 포함하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 열처리 단계의 열처리 온도가 145~155 ℃인 경우,
    상기 제1 선별 단계는
    상기 제1 판단 단계에서 자력감소율이 판단된 폐 Nd계 영구자석 중에서 자력 감소율이 3 % 이하인 폐 Nd계 영구자석을 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 Tb를 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석을 제외한 나머지를 회수하는 제2 회수 단계;
    상기 제2 회수 단계에 의해 회수되는 폐 Nd계 영구자석을 상기 제1 열처리 단계의 기설정된 온도보다 더 높은 온도에서 열처리하는 제3 열처리 단계;
    상기 제3 열처리 단계에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제3 자력 검출 단계;
    상기 제3 자력 검출 단계에서 검출되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제3 판단 단계; 및
    상기 제3 판단 단계에서 판단되는 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제3 선별 단계
    를 더 포함하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 열처리 단계의 열처리 온도가 195~205 ℃인 경우,
    상기 제1 선별 단계는
    상기 제1 판단 단계에서 자력감소율이 판단된 폐 Nd계 영구자석 중에서 자력 감소율이 5 % 이하인 폐 Nd계 영구자석을 Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류하는 것인, 폐 Nd계 영구자석의 선별 회수방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 Dy를 5 중량% 이상으로 함유하는 Nd계 영구자석으로 분류된 폐 Nd계 영구자석을 제외한 나머지를 회수하는 제3 회수 단계;
    상기 제3 회수 단계에서 회수되는 폐 Nd계 영구자석을 상기 제1 열처리 단계의 기설정된 온도보다 더 높은 온도에서 열처리하는 제4 열처리 단계;
    상기 제4 열처리 단계에서 열처리되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 검출하는 제4 자력 검출 단계;
    상기 제4 자력 검출 단계에서 검출되는 폐 Nd계 영구자석의 자력을 Nd계 영구자석의 제품별 기준 자력과 비교하여, 상기 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율을 판단하는 제4 판단 단계; 및
    상기 제4 판단 단계에서 판단되는 폐 Nd계 영구자석의 자력 감소율에 따라 폐 Nd계 영구자석을 폐 Nd계 영구자석 제품군별로 선별하는 제4 선별 단계
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