KR102472697B1 - 리사이클 성형탄 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

음극재 제조 부산물 또는 음극 스크랩으로부터의 폐흑연을 재활용한 리사이클 성형탄 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 리사이클 성형탄은 인조흑연 음극재 제조 부산물인 석유계 미분 코크스 또는 음극 스크랩으로부터의 폐흑연을 포함한다. 본 발명에 따르면, 마땅한 용도가 없어 단순히 보관되거나 폐기되어 오던 음극재 제조 부산물 또는 음극 스크랩으로부터의 폐흑연을 재활용한 신규 상품 제조이므로 새로운 밸류 체인 형성을 통한 부가 가치 창출이 가능하다.

Description

리사이클 성형탄 및 그 제조 방법{Recycled coal briquettes and its manufacturing method}

본 발명은 성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성형탄의 원료로 일반적으로 이용되는 연탄이나 석탄계 코크스가 아닌 새로운 원료를 이용한 성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반복적인 충전과 방전이 가능한 리튬 이차전지가 화석 에너지의 대체 수단으로서 각광을 받고 있다. 리튬 이차전지는 휴대폰, 비디오 카메라, 전동 공구와 같은 전통적인 핸드 헬드 디바이스에 주로 사용되었다. 하지만, 최근에는 전기로 구동되는 자동차(EV, HEV, PHEV), 대용량의 전력 저장 장치(ESS), 무정전 전원 공급 시스템(UPS) 등으로 그 응용 분야가 점차 증가하는 추세이다.

리튬 이차전지는, 활물질이 집전체에 코팅된 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 구조를 가진 단위 셀을 집합시킨 전극 조립체와, 이 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다. 리튬 이차전지의 양극재는 주로 리튬계 산화물을 사용하고 음극재는 천연흑연이나 인조흑연과 같은 탄소재를 주로 사용한다.

천연흑연에 비해 인조흑연은 리튬 이온의 이동 경로가 많아서, 효율이 높아 급속 충전에 유리하다는 장점이 있다. 또한 등방형 구조로 판상형의 천연 흑연보다는 안정적인 구조를 지녀 반복적인 충방전에도 결정 구조의 변화가 작아서 스웰링(swelling) 현상이 상대적으로 적게 일어나기 때문에 이를 사용한 리튬 이차전지는 수명이 길다는 특징이 있다. 인조흑연의 원료는 석유계 타르로 만들어진 코크스, 석탄계 타르로 만들어진 코크스가 있고, 일반적으로 이러한 코크스는 사이즈가 크기 때문에 적당한 크기가 되도록 분쇄한 후 2500 ℃ 이상의 고열을 가해서 흑연의 결정 구조를 만들고 있다.

코크스의 분쇄 공정에서는 분쇄품의 11um 이상 크기의 입자들만 인조흑연 제조용으로 사용하게 되고, 그 미만 크기의 입자들은 미분 코크스로서 제조 공정의 스크랩(scrap)으로 발생하게 된다. 이러한 미분 코크스는 입자 크기가 매우 작아 가루 날림이 심해서 타 부문의 활용가치가 낮기 때문에 대부분 창고에 보관되거나 폐기되어 왔다.

리튬 이차전지 음극재로서 인조흑연의 수요가 증가하면서 이차전지 제조 공정에서의 부산물인 미분 코크스의 양도 상당해지게 되었다. 이러한 미분 코크스를 보관하는 데에 드는 공간이나 비용, 폐기하는 데에 드는 비용이나 인력 등이 낭비되고 있으므로 미분 코크스를 재활용(recycle)할 수 있다면 매우 바람직할 것이다.

한편, 리튬 이차전지의 사용이 늘어나면서 사용 후 수명이 완료되어 폐기되는 리튬 이차전지의 재활용에 대한 연구가 활발하다. 대개는 양극판이나 음극판의 집전체를 구성하는 금속의 회수, 그리고 양극재에 포함된 코발트, 니켈, 또는 망간 등의 유가금속의 회수에 초점이 맞추어져 있다. 폐전지 이외에도 전극판 타발 후 버려지는 폐기물 또는 공정 중 불량이 발생한 전극판으로부터 자원을 회수할 수 있으면 더 바람직할 것이다.

현재 리튬 이차전지 제조 시에는 도 1과 같이 구리(Cu) 포일과 같은 긴 시트형 음극 집전체(10)에 음극재, 도전재, 바인더, 용매 등을 믹싱한 음극 슬러리를 코팅해 음극 활물질층(20)을 형성함으로써 음극 시트(30)를 제조한 다음, 일정한 사이즈로 음극판(40)을 타발하고 있다. 타발 후 남은 부분은 음극 스크랩(50)으로서 폐기되며, 음극 스크랩(50)을 분쇄한 후 구리는 뽑아내서 재사용하고, 남은 부분, 주로 음극재인 폐흑연은 소성처리하여 고체폐기물로 비용을 지불하면서 폐기하고 있는 실정이다. 기존에 연구되어 오던 집전체 금속, 양극재의 유가금속 활용과 더불어, 이러한 음극 스크랩(50)으로부터의 폐흑연도 재활용할 수 있게 된다면 산업-경제적 측면 및 환경적 측면에서 매우 바람직할 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 음극재 제조 부산물 또는 음극 스크랩으로부터의 폐흑연의 재활용 용도를 새롭게 제안하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미분 코크스, 그 중에서도 석유계 미분 코크스를 재활용한 리사이클 성형탄 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 음극 스크랩으로부터의 폐흑연을 재활용한 리사이클 성형탄 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 리사이클 성형탄은 인조흑연 음극재 제조 부산물인 석유계 미분 코크스 또는 음극 스크랩으로부터의 폐흑연을 포함하는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 석유계 미분 코크스는 11um 미만 크기의 석유계 코크스 입자일 수 있다.

상기 석유계 미분 코크스는 1um 이상 10um 이하 크기일 수 있다.

상기 석유계 미분 코크스는 바늘 형태를 띠는 침상 코크스를 분쇄한 것일 수 있다.

본 발명에 따른 리사이클 성형탄은 석탄 및 바인더 첨가물을 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 리사이클 성형탄은 소석회를 더 포함할 수도 있다.

예를 들어, 중량백분율로 상기 석유계 미분 코크스 또는 폐흑연은 60%, 상기 석탄은 유연탄이고 25%, 상기 소석회는 10%, 상기 바인더 첨가물은 5% 포함된 원료를 가지고 상기 리사이클 성형탄이 제조될 수 있다.

다른 예를 들어, 중량백분율로 상기 석유계 미분 코크스 또는 폐흑연은 10%, 상기 석탄은 무연탄이고 87%, 상기 바인더 첨가물은 3% 포함된 원료를 가지고 상기 리사이클 성형탄이 제조될 수도 있다.

상기 바인더 첨가물은 벤토나이트, 카사바, 당밀, 옥수수 전분, 식물 목초액 중의 적어도 어느 하나일 수 있다.

본 발명에 따른 리사이클 성형탄 제조 방법은, 인조흑연 원재료인 석유계 코크스를 분쇄가공하고, 그 중 발생하는 11um 미만 크기의 입자인 석유계 미분 코크스를 스크랩으로서 포집하는 단계; 상기 석유계 미분 코크스에 바인더 첨가물을 투입하는 선택적인 단계; 및 상기 석유계 미분 코크스를 가지고 브리켓팅 가공을 통해 블록(block)화 가공처리 실시하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 다른 리사이클 성형탄 제조 방법은, 집전체 위에 천연흑연이나 인조흑연과 같은 탄소재를 음극재로 포함하는 음극 스크랩으로부터 상기 집전체를 제거하고 폐흑연을 회수하는 단계; 상기 폐흑연에 바인더 첨가물을 투입하는 선택적인 단계; 및 상기 폐흑연을 가지고 브리켓팅 가공을 통해 블록화 가공처리 실시하는 단계;를 포함한다.

상기 브리켓팅 가공시 가압력은 24kN/cm ~ 50kN/cm일 수 있다.

상기 브리켓팅 가공 후 가소 단계를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 가소 단계는 가압 하에 진행할 수 있다.

그리고, 상기 브리켓팅 가공을 실시하기 전에 상기 석유계 미분 코크스 또는 폐흑연에 물을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서는 미활용되어 오던 석유계 미분 코크스 또는 음극 스크랩으로부터의 폐흑연의 새로운 용도로서 리사이클 성형탄이라는 용도를 제안한다. 이차전지 제조 공정 상의 부산물인 석유계 미분 코크스와 음극 스크랩으로부터의 폐흑연을 폐기하는 대신 성형탄의 원료로 사용하기 때문에 리사이클 성형탄이라고 명명하였다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 마땅한 용도가 없어 단순히 보관되거나 폐기되어 오던 석유계 미분 코크스와 음극 스크랩으로부터의 폐흑연을 재활용한 신규 상품 제조이므로 새로운 밸류 체인(value chain) 형성을 통한 부가 가치 창출이 가능하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 석유계 코크스를 이용하기 때문에 이를 원료로 하여 제조된 성형탄의 품질이 우수하다. 기존에 일반적인 성형탄은 역청탄(bituminous coal), 아역청탄(subbituminous coal), 무연탄(anthracite) 또는 석탄계 코크스를 사용하고 있어, 대체로 회분(ash) 11~12%, 황분(total Sulphur) 1% 이하, 발열량 7,000cal/g이다. 본 발명에 따라 제조되는 리사이클 성형탄은 석유계 코크스 유래 원료를 포함하게 되므로 회분 및 황분 함량을 기존 성형탄 대비 낮출 수 있어 품질이 우수하다.

도 1은 음극 시트에서 음극판 타발 후 폐기되는 음극 스크랩을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리사이클 성형탄 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 브리켓팅 가공의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리사이클 성형탄 제조 방법의 순서도이다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명에서는 리튬 이차전지의 음극재 제조 공정 중 발생하는 부산물인 석유계 미분 코크스 또는 음극 스크랩으로부터의 폐흑연을 재가공 처리해 활용 가능한 상품으로 제조하는 것을 제안한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리사이클 성형탄 제조 방법의 순서도이다.

도 2를 참조하면, 인조흑연 원재료인 석유계 코크스를 분쇄가공하고, 그 중 발생하는 11um 미만 크기의 입자인 석유계 미분 코크스를 스크랩으로서 포집한다(단계 s10).

상기 석유계 코크스는 바늘 형태를 띠는 침상 코크스일 수 있다. 이를 분쇄해 나온 분쇄품 중 11um 이상 크기의 것은 탄화 혹은 흑연화 공정을 거쳐 인조흑연으로 제조된다. 11um 미만 크기의 것은 종래 버려지던 것이었다. 분쇄품은 분쇄 사이즈에 따라 필터로 분류하게 된다. 11um 미만 크기, 예를 들어 1um 이상 10um 이하 크기의 분쇄품은 인조흑연 제조에 사용되지 않는 부산물이다. 본 발명에서는 이러한 부산물을 수거해 재활용한다.

상기 석유계 미분 코크스는 단독으로 사용되거나 상기 석유계 미분 코크스에 석탄과 소석회를 더 첨가하여 성형탄의 원료로 사용될 수 있다.

다음으로 상기 석유계 미분 코크스에 바인더 첨가물을 투입한다(단계 s20).

최대 100℃의 원료 온도에서 냉간 연탄을 만들려면 연탄 형성 특성을 개선하기 위해 바인더 첨가물을 추가해야 할 수가 있다. 바인더 첨가물은 주로 접착 특성이 부적절하여 단단한 연탄 생산에 적합하지 않은 물질의 연탄에 주로 사용되어 왔다. 본 발명 성형탄 제조의 원료인 석유계 미분 코크스는 워낙 입자 크기가 작은 것이므로 가루 날림을 해결하는 것이 바람직하며, 바인더 첨가물을 이용하는 경우에는 이러한 가루 날림을 해결하는 방법으로 추가하도록 한다. 예를 들어 바인더 첨가물을 석유계 미분 코크스에 추가한 후 균일하게 혼합되도록 혼합물을 잘 섞어준다. 그리고 추가하는 바인더 첨가물은 일반적인 바인더 첨가물과는 달라야 한다. 본 발명 제조 방법에 적합한 바인더 첨가물은 벤토나이트, 카사바, 당밀, 옥수수 전분, 식물 목초액 중의 적어도 어느 하나일 수 있다. 예를 들어 벤토나이트와 카사바 둘 다를 바인더 첨가물로서 포함할 수 있다.

바인더 첨가물의 점도는 적절하게 관리될 수 있다. 바인더 첨가물의 점도가 너무 낮을 경우 석유계 미분 코크스에 대한 결합력이 저하된다. 그 결과, 성형탄의 강도가 저하될 수 있다. 바인더 첨가물의 점도가 너무 높은 경우에도 석유계 미분 코크스에 대한 결합력이 충분하지 않다. 따라서 바인더 첨가물의 점도를 바람직한 범위, 예를 들어 3000cps 내지 90000cps로 조절할 수 있다.

바인더 첨가물을 추가하지 않고도 적절한 강도의 생성물로 전환될 수 있는 경우도 있으며, 이 경우 결합은 반데르발스(Van-der-Waals) 힘, 기계적 결합, 단조 또는 압력 하의 가소와 같은 다른 현상을 통해 달성될 수가 있다. 그러므로 바인더 첨가물의 투입은 선택적인 단계이다.

그리고, 상기 브리켓팅 가공을 실시하기 전에 상기 석유계 미분 코크스에 물을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 물은 바인더 첨가물을 용해하여 석유계 미분 코크스에 대한 결합력을 충분하게 제공하는 데에 도움이 될 수 있다.

물을 첨가한 이후에 건조하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 석유계 미분 코크스, 바인더 첨가물 및 물을 첨가한 혼합물의 성형성을 조절할 필요가 있는 경우, 혼합물을 건조하여 일부 수분을 제거하는 것이다. 그 결과, 후속 공정에서 제조되는 성형탄의 강도를 크게 향상시킬 수 있다.

다음으로 상기 석유계 미분 코크스를 가지고 브리켓팅 가공을 통해 블록(block)화 가공처리 실시한다(단계 s30).

도 3은 브리켓팅 가공의 개략도이다. 브리켓팅 가공에서는 피더 시스템을 통해 원재료인 석유계 미분 코크스(110)(단독 또는 바인더 첨가물과 혼합된 것 또는 석탄과 같은 다른 성분이 첨가된 것)가 투입되고, 브리켓팅 형상이 들어간 금형 롤러(120) 2개가 역회전하게 된다. 석유계 미분 코크스(110)는 2개의 역 회전 롤러(120) 위의 공간으로 도입된 후 롤러(120) 사이의 갭을 통과할 때 압축되어서, 균일한 크기 및 형상의 괴상 성형탄(130)으로 성형이 된다.

상기 브리켓팅 가공시 가압력은 24kN/cm ~ 50kN/cm일 수 있다. 석유계 미분 코크스(110)에 가해지는 가압력은 롤러(120) 직경 및 금형의 크기의 함수에 따라 달라지게 된다.

상기 브리켓팅 가공 후 가소 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 가소 단계는 성형탄의 압축 강도를 높일 수 있다. 이 때, 상기 가소 단계는 가압 하에 진행할 수 있다.

가소는 고온의 열풍을 이용하거나 스팀, 근적외선 또는 마이크로파(micro wave)를 성형탄에 가해 성형탄을 가열하는 것이다. 가소는 80 내지 150℃의 온도 하에서 1 내지 24시간 이루어질 수 있다. 가열시 온도가 80℃보다 낮은 경우에는 성형탄의 수분 증발이 제대로 이루어지지 않아 열처리 효과가 떨어지고, 온도가 150℃를 넘게 되면 성형탄에 크랙이 발생할 수 있고, 휘발분의 손실을 가져올 수 있다. 성형탄 가열 온도가 높을수록 열처리 시간을 단축시킬 수 있으나, 1시간 이내로 단축시키기 위해서는 고온의 열풍을 가해야 하므로 성형탄 휘발분의 손실이 발생된다. 또한, 성형탄이 고온에 건조되면서 단순히 수분 함량만이 낮아져, 압축강도가 오히려 저하되는 현상이 발생된다. 성형탄 가열 온도가 80℃보다 낮은 경우에는 열처리에 소요되는 시간이 24시간을 넘게 되어 생산성이 저하된다.

수용성 바인더를 사용하거나 석유계 미분 코크스와 바인더 첨가물 혼합 과정에서 물을 사용함으로써 성형 단계를 거쳐 제조된 성형탄은 수분 함량이 높을 수 있다. 이에 가소 단계를 거쳐 성형탄을 가열함으로써 성형탄 내의 함수율을 낮추면서 충분한 강도를 확보하도록 할 수 있다.

이러한 제조 방법을 통해 제조한 리사이클 성형탄은, 인조흑연 음극재 제조 부산물인 석유계 미분 코크스를 포함하게 된다. 이렇게 제조한 리사이클 성형탄은 제철용 또는 주물용 원료로 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 리사이클 성형탄은 석유계 미분 코크스 이외에 석탄을 더 포함하는 원료로 제조할 수 있다. 석탄은 유연탄 또는 무연탄일 수 있다. 여기에 소석회를 더 포함할 수도 있다. 석유계 미분 코크스의 함량은 중량백분율로 5~95%일 수 있다. 석탄, 소석회, 바인더 첨가물 등과 같은 다른 성분이 더 포함되는 경우 이들은 중량백분율 100%의 잔부를 구성한다. 석유계 미분 코크스의 함량이 높을수록 석유계 미분 코크스의 활용도가 높아 유리할 것이나 가격, 성형탄의 목표하는 물성 등을 만족시키기 위해 석유계 미분 코크스의 함량은 상기 범위 내에서 조절될 수 있다.

하나의 예를 들어 중량백분율로 석유계 미분 코크스는 60%, 유연탄은 25%, 소석회는 10%, 그리고 바인더 첨가물은 5% 포함되는 원료를 가지고 리사이클 성형탄을 제조할 수 있다.

다른 예를 들어 중량백분율로 석유계 미분 코크스는 10%, 무연탄은 87%, 그리고 바인더 첨가물은 3% 포함되는 원료를 가지고 리사이클 성형탄을 제조할 수도 있다.

성형탄의 원료로 석유계 미분 코크스를 포함한다는 것이 중요한 특징이다.

이와 같이 본 발명에 따르면 석유계 코크스를 분쇄하는 공정에서 발생되는 로스(loss)인 입자 크기가 매우 작은 석유계 미분 코크스를 버리지 않고 재활용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 마땅한 용도가 없어 단순히 보관되거나 폐기되어 오던 석유계 미분 코크스를 재활용한 신규 상품 제조이므로 새로운 밸류 체인 형성을 통한 부가 가치 창출이 가능하다. 본 발명에 따르면 석유계 코크스를 이용하기 때문에 회분 및 황분 함량을 기존 성형탄 대비 낮출 수 있어 품질이 우수하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리사이클 성형탄 제조 방법의 순서도이다. 여기서의 리사이클 성형탄 및 그 제조 방법은 앞서 설명한 리사이클 성형탄에서 석유계 미분 코크스를 대신하여 음극 스크랩으로부터의 폐흑연이 사용된다는 점에서만 차이가 있다. 따라서, 반복적인 설명은 생략하고 재활용 원료인 폐흑연 위주의 설명을 하기로 한다.

도 4를 참조하면, 집전체 위에 천연흑연이나 인조흑연과 같은 탄소재를 음극재로 포함하는 음극 스크랩으로부터 상기 집전체를 제거하고 폐흑연을 회수한다(단계 s110).

여기서의 음극 스크랩은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 음극 시트로부터 음극판을 타발하고 남은 부분일 수 있다. 또는 공정 중 불량이 발생하여 버려지는 음극판일 수 있다. 또는 이차전지 폐기시 양극재나 유가금속, 기타 재활용 가능한 부분들을 추출해내기 위하여 이차전지를 분해하여 얻은 음극판일 수 있다.

이러한 음극 스크랩으로부터 집전체를 제거하는 방법은, 용해, 분쇄, 열처리 등일 수 있다. 용해는 집전체를 녹일 수 있는 용매를 적용해 집전체를 녹여 폐흑연을 회수하는 것이다. 분쇄는 음극 스크랩을 잘게 쪼개는 것이다. 예를 들어 핀 밀(pin mill)과 같은 건식분쇄 방법으로 음극 스크랩을 분쇄하면, 음극 스크랩이 잘게 잘라진다. 이 과정에서 취성이 큰 음극 활물질층은 집전체에서 떨어지고, 연성이 큰 집전체는 잘라지면서 둥근 형태로 말리게 된다. 집전체로부터 분리된 음극 활물질층 자체 또는 이를 열처리 탄화시켜 폐흑연을 얻을 수 있다.

열처리는 고온으로 가열해 음극 활물질층 안의 바인더를 제거하는 것이다. 음극 스크랩은 구리 포일과 같은 금속박의 집전체 위에 음극 활물질층을 갖고 있다. 음극 활물질층은 음극재, 도전재, 바인더, 용매 등을 믹싱한 슬러리를 코팅해 형성한 것이어서 용매 휘발 후 음극재와 도전재를 바인더가 연결해주는 구조로 되어 있다. 따라서, 바인더를 제거한다면 집전체로부터 음극 활물질이 분리가 될 수 있다.

본 발명에서는 이렇게 집전체로부터 분리한 폐흑연을 수거해 재활용한다. 상기 석유계 미분 코크스와 마찬가지로 폐흑연도 단독으로 사용되거나 석탄, 소석회, 바인더 첨가물 등의 기타 성분과 함께 성형탄 제조에 이용될 수 있다.

다음으로 상기 폐흑연에 바인더 첨가물을 투입한다(단계 s120). 이러한 단계는 앞서 설명한 제조 방법의 단계 s20을 참고하여 수행할 수 있다.

다음으로 상기 폐흑연을 가지고 브리켓팅 가공을 통해 블록화 가공처리 실시한다(단계 s130). 이러한 단계는 앞서 설명한 제조 방법의 단계 s30과 도 3을 참고하여 수행할 수 있다.

이러한 제조 방법을 통해 제조한 리사이클 성형탄은, 음극 스크랩으로부터의 폐흑연을 포함한다는 것이 중요한 특징이다.

이와 같이 본 발명에 따르면 리튬 이차전지 제조 공정 중에 발생하는 음극 스크랩으로부터 버려지던 부분인 폐흑연을 유용하게 재활용할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실험예에 관해 상세히 설명한다. 하지만 본 발명이 아래 실험예에만 한정되는 것은 아니다.

실험예 1: 중량백분율로 석유계 미분 코크스 10%, 무연탄 87%, 바인더 첨가물로서 벤토나이트와 카사바를 3% 포함하는 원료로부터 본 발명 제조 방법에 따라 리사이클 성형탄을 제조하였다.

실험예 2: 중량백분율로 폐흑연 10%, 무연탄 87%, 바인더 첨가물로서 벤토나이트와 카사바를 3% 포함하는 원료로부터 본 발명 제조 방법에 따라 리사이클 성형탄을 제조하였다.

상기 실험예 1, 2에 사용된 무연탄은 수분 10.8%, 회분 12.5%, 휘발분(VM) 2.7%, 황분 0.15%, 질소 1.26%를 포함하고 발열량 6,658cal/g인 것이었다.

실험예 1에 따른 리사이클 성형탄 분석 결과 고정 탄소(F.C)는 80.9%, 회분 8.85%, 휘발분 10.25%, 황분 0.32%, 수분 2.48%로 측정되었고, 실험예 2에 따른 리사이클 성형탄 분석 결과 고정 탄소(F.C)는 80.22%, 회분 13.2%, 휘발분 5.06%, 수분 1.52%로 측정되었다. 이러한 리사이클 성형탄들은 고정 탄소가 75% 이상, 회분이 21% 이하, 유황분이 0.6% 이하, 수분이 5.0% 이하여야 하는 제철용 성형탄의 요구 조건을 충족시킨다.

단일 무연탄은 고정 탄소가 70~74% 수준이어서, 제철소에서 요구하는 제철용 성형탄의 요구 조건을 충족시키지 못한다. 실험예 1, 2에서와 같이 본 발명에 따른 리사이클 성형탄은 고정 탄소가 75% 이상이 되게 제조할 수 있으므로 본 발명에 따른 리사이클 성형탄은 제철용 성형탄으로 활용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

110: 석유계 미분 코크스
120: 롤러
130: 성형탄

Claims (18)

1. 리튬 이차전지 음극 스크랩으로부터의 폐흑연; 무연탄; 및 벤토나이트와 카사바인 바인더 첨가물;을 중량 백분율로 각각 10%, 87%, 3% 포함되는 원료를 가지고 제조되며 고정 탄소가 75% 이상인 리사이클 성형탄.
2. 리튬 이차전지 인조흑연 음극재 제조 부산물인 석유계 미분 코크스로서 상기 석유계 미분 코크스는 11um 미만 크기의 석유계 코크스 입자; 무연탄; 및 벤토나이트와 카사바인 바인더 첨가물;을 중량 백분율로 각각 10%, 87%, 3% 포함되는 원료를 가지고 제조되며 고정 탄소가 75% 이상인 리사이클 성형탄.
3. 제2항에 있어서, 상기 석유계 미분 코크스는 1um 이상 10um 이하 크기인 것을 특징으로 하는 리사이클 성형탄.
4. 제2항에 있어서, 상기 석유계 미분 코크스는 바늘 형태를 띠는 침상 코크스를 분쇄한 것임을 특징으로 하는 리사이클 성형탄.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 리튬 이차전지 인조흑연 음극재 원재료인 석유계 코크스를 분쇄가공하고, 그 중 발생하는 11um 미만 크기의 입자인 석유계 미분 코크스를 스크랩(scrap)으로서 포집하는 단계;
    중량 백분율로 상기 석유계 미분 코크스 10%, 무연탄 87%, 벤토나이트와 카사바인 바인더 첨가물 3%를 포함하는 원료를 준비하는 단계; 및
    상기 원료를 가지고 브리켓팅 가공을 통해 블록(block)화 가공처리 실시하는 단계;를 포함하여 고정 탄소가 75% 이상인 성형탄을 제조하는 리사이클 성형탄 제조 방법.
11. 집전체 위에 천연흑연이나 인조흑연과 같은 탄소재를 음극재로 포함하는 리튬 이차전지 음극 스크랩으로부터 상기 집전체를 제거하고 폐흑연을 회수하는 단계;
    중량 백분율로 상기 폐흑연 10%, 무연탄 87%, 벤토나이트와 카사바인 바인더 첨가물 3%를 포함하는 원료를 준비하는 단계; 및
    상기 원료를 가지고 브리켓팅 가공을 통해 블록화 가공처리 실시하는 단계;를 포함하여 고정 탄소가 75% 이상인 성형탄을 제조하는 리사이클 성형탄 제조 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 브리켓팅 가공시 가압력은 24kN/cm ~ 50kN/cm인 것을 특징으로 하는 리사이클 성형탄 제조 방법.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 브리켓팅 가공 후 가소 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리사이클 성형탄 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 가소 단계는 가압 하에 진행하는 것을 특징으로 하는 리사이클 성형탄 제조 방법.
15. 제10항에 있어서, 상기 석유계 미분 코크스는 1um 이상 10um 이하 크기인 것을 특징으로 하는 리사이클 성형탄 제조 방법.
16. 제10항에 있어서, 상기 석유계 코크스는 바늘 형태를 띠는 침상 코크스인 것을 특징으로 하는 리사이클 성형탄 제조 방법.
17. 삭제
18. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 브리켓팅 가공을 실시하기 전에 물을 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리사이클 성형탄 제조 방법.

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