KR102585249B1 - 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐 리튬 배터리를 분쇄할 때 휘발성에 의한 폭발을 방지하고 흑색카본과 구리 및 알루미늄 등의 입자를 효과적으로 분리함과 동시에 선별된 성분의 순도를 보장하여 재활용이 가능하게 한 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치에 관한 것으로, 폐 리튬 배터리 폐기물을 진동시키면서 이송하여 흑색카본이 분리되도록 하는 1차 진동이송기; 이송된 폐 리튬 배터리 폐기물을 거칠게 분쇄하는 황분쇄기; 황분쇄기의 출구 하부에 배치되는 2차 진동이송기; 비중이 큰 폐기물을 하부로 배출하는 분리박스; 음압 하에서 비중이 작은 폐기물을 미세하게 분쇄하는 미세분쇄기; 비중이 큰 물질은 하부로 배출하는 제1 중력분리기; 비중이 작은 물질을 분말화하는 제분기; 미세 분말을 금속분말과 카본로 분리하는 분리기; 분리기의 하부에 배치되는 제2 중력분리기; 카본을 집진하는 제1 사이클론 집진이송기; 카본을 분리하여 흡착하는 제1 펄스집진기; 필터에 의해 여과된 공기를 배출하는 제1송풍기; 흑색카본을 집진하는 제2 사이클론 집진이송기; 카본을 분리하여 흡착하는 제2 펄스집진기; 필터에 의해 여과된 공기를 배출하는 제2송풍기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 폐 리튬 배터리를 분쇄할 때 휘발성에 의한 폭발을 방지하고 흑색카본과 구리 및 알루미늄 등의 입자를 효과적으로 분리함과 동시에, 선별된 흑색카본 성분의 순도를 보장하여 재활용이 가능하도록 한 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치에 관한 것이다.
최근 국내 탄소중립 선언과 전기차 보급 확대 정책 등으로 인해 대용량 리튬 배터리의 사용이 증가하고 있다.
이러한 대용량 리튬 배터리는 큰 전기용량이 필요한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 많이 사용되고 있다.
따라서, 전기자동차에서 발생하는 폐 리튬 배터리가 계속 증가할 것으로 예상되고 있다.
한편 전기자동차의 핵심이라 할 수 있는 배터리의 성능 기준은, 배터리 성능이 80% 이하로 떨어지는 경우를 의미한다.
이에 따라 전기자동차에서는 3~5년마다 리튬 배터리를 교체할 필요가 있으며, 폐 리튬 배터리의 처리 및 재활용이 정부와 업계의 주요 관심사가 되고 있다.
이러한 폐 리튬 배터리의 재활용과 관련한 핵심 사항은, 폐 리튬 배터리를 분쇄하여 리튬 배터리를 구성하고 있는 각종 성분을 선별하는 데 있다.
이러한 방법 중 하나로, 1차로 질소충진 황분쇄를 수행한 후, 2차로 미세 분쇄를 하여 선별하는 방식이 있다.
이 방법에 따르면, 폐 리튬 배터리를 분쇄하여 구리, 알루미늄, 강철 분말 등의 금속을 선별하고, 양극 및 음극을 구성하는 흑색카본을 별도로 선별한다.
그런데 상기한 폐 리튬 배터리의 분쇄 및 선별 방법은, 폐 리튬 배터리를 연속적으로 분쇄한 후 구성 성분을 순차적으로 선별하도록 하고 있어, 선별된 구성 성분의 순도를 보장하기 어렵다는 문제점이 있다.
즉, 구리, 알루미늄, 흑색카본, 니켈, 코발트, 망간 등의 금속을 효과적으로 분리하기 어렵고, 이로 인해 선별된 구성 성분의 순도를 보장하기 힘들다는 문제가 있다.
또한 폐 리튬 배터리를 분쇄하는 과정에서 높은 휘발성으로 인해 폭발의 위험도 있다.
한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.
특허문헌 1은, 집전체로부터 리튬 코발트 산화물을 분리하는 분리 단계와; 상기 단계에서 분리된 리튬 코발트 산화물을 질산 용액에 용해하는 용해단계와; 상기 단계에서 용해되는 리튬 코발트 산화물을 증류수를 첨가하여 소정의 강성을 갖는 pH가 되도록 반복 용해하는 pH조절 단계와; 상기 단계에서 소정의 강성을 갖는 pH로 조절된 리튬 코발트 산화물을 전기 화학적으로 증착시키는 전기 화학적 증착 단계와; 상기 단계에서 증착된 코발트 물질에 존재하는 수분을 제거하는 소성 단계와; 상기 단계에서 수분이 재거된 코발트를 회수하는 회수 단계;로 이루어지며, 하이브리드 연료전지 자동차를 구성하는 고전압 배터리의 전극 촉매 물질인 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2)의 성능 저하에 따른 폐기시 전기 화학적 방법으로 촉매 물질인 코발트를 회수할 수 있도록 한, 폐리튬이온 배터리의 코발트 회수 방법을 개시하고 있다.
특허문헌 2은, 폐 리튬 배터리가 투입되는 배터리투입부, 상기 배터리투입부의 측방에 배치되는 공정챔버, 상기 폐 리튬 배터리를 상기 투입부로부터 상기 공정챔버의 내부로 공급하는 배터리공급부 및 상기 공정챔버의 내부에 배치되어 상기 폐 리튬 배터리를 타공 및 절단하여 상기 폐 리튬 배터리를 방전시키는 방전부를 포함하며, 습식 처리 방법에 비해 공정시간을 현저하게 단축시켜 공정효율을 향상시킬 수할 수 있는 폐 리튬 배터리 처리장치를 개시하고 있다.
특허문헌 3은, 처리 공간의 내부로 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서, 투입되는 리튬이온 폐배터리를 1차 파쇄하는 1차 분쇄기; 상기 1차 분쇄기로부터 1차 파쇄된 1차 분쇄물을 컨베이어를 통해 공급받으며, 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서 1차 분쇄물을 2차 파쇄하는 2차 분쇄기; 상기 2차 분쇄기로부터 2차 파쇄된 2차 분쇄물을 컨베이어를 통해 공급받아 철에 해당하는 대형 입자를 분리하는 수중 자성 분별기; 상기 수중 자성 분별기를 통해 철에 해당하는 대형 입자를 제외한 2차 분쇄물을 공급받아 3차 파쇄하는 3차 분쇄기; 상기 3차 분쇄기로부터 3차 파쇄된 3차 분쇄물을 공급받아 4차 파쇄하는 4차 분쇄기; 상기 1차 및 2차 분쇄기에서 폭발 방지로 사용된 염화수용액에 잔존된 물질을 거르고 염화수용액은 상기 1차 분쇄기로 재순환하여 사용되도록 하는 스크린으로부터 슬러리를 공급받아 액체와 고체로 분리하는 고액 분리기; 상기 4차 분쇄기와 고액 분리기로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하는 압축 수분 제거기; 상기 압축 수분 제거기를 통해 공급되는 수분이 제거된 배터리 분쇄물을 와전류를 이용하여 소재를 분리하는 와전류 분리기; 및 상기 와전류 분리기로부터 분리되고 남은 금속 분쇄물을 공급받아 파우더 형태로 분쇄한 후 산 처리 공정으로 이송시키는 그라인더 장치를 포함하며, 리튬이온 폐배터리의 재활용 공정 중 염화수용액 침지 방전 등의 전처리를 거치지 않고, 폐배터리를 연속적 투입 가능한 비폭발 분쇄 과정을 통한 작업자의 안전 확보와 분별기술을 자동화하여 재활용 처리 용량과 작업 속도가 향상될 수 있도록 한, 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템을 개시하고 있다.
특허문헌 4는, 리튬-이온 배터리를 분쇄하고 잔여물을 유기 용매에 침지시키는 단계; 분쇄된 배터리 잔여물을 건조기에 공급하여, 기체성 유기상 및 건조된 배터리 잔여물을 제조하는 단계; 건조된 배터리 잔여물을 자성 세퍼레이터에 공급하여, 자성 입자를 제거하는 단계; 비-자성 배터리 잔여물을 그라인딩하는 단계; 미세 입자 및 산을 혼합하여 금속 옥사이드 슬러리를 제조하고, 상기 금속 옥사이드 슬러리를 삼출시키는 단계; 삼출액을 여과하여, 비-삼출성 금속을 제거하는 단계; 삼출액을 설파이드 침전 탱크 내로 공급하는 단계; 삼출액을 중화시키는 단계; 삼출액을 유기 추출 용매와 혼합하는 단계; 용매 추출 및 전기 분해를 사용하여 코발트 및 망간을 삼출액으로부터 분리하는 단계; 소듐 설페이트를 수성상으로부터 결정화하는 단계; 소듐 카르보네이트를 액에 첨가하고 이러한 소듐 카르보네이트 및 이러한 액을 가열하여, 리튬 카르보네이트의 침전물을 제조하는 단계; 및 리튬 카르보네이트를 건조하고 회복시키는 단계를 포함하는 리튬-이온 배터리 재활용 방법을 개시하고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폐 리튬 배터리를 분쇄할 때 휘발성에 의한 폭발을 방지할 수 있는 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 흑색카본과 구리 및 알루미늄 등의 입자를 효과적으로 분리함과 동시에 선별된 흑색카본 성분의 순도를 보장하여 재활용이 가능하도록 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상향 경사지게 배치된 컨베이어를 통해 공급되는 폐 리튬 배터리 폐기물을 진동시키면서 이송하여 흑색카본이 분리되도록 하며, 제2 사이클론 집진이송기에 연결되어 음압이 작용하는 밀폐구조의 1차 진동이송기; 입구가 1차 진동이송기의 출구에 연결되고, 출구가 2차 진동이송기의 입구에 연결되어, 질소 분위기 하에서 1차 진동이송기에 의해 이송된 폐 리튬 배터리 폐기물을 거칠게 분쇄하는 황분쇄기; 거칠게 분쇄된 폐 리튬 배터리 폐기물을 이송하도록 황분쇄기의 출구 하부에 배치되며, 분쇄 과정에서 발생하는 흑색카본을 선별할 수 있도록 제2 사이클론 집진이송기에 연결되어 음압이 작용하는 밀폐구조의 2차 진동이송기; 아래에서 위로 향하는 기류가 작용하며 분쇄된 폐 리튬 배터리 폐기물을 비중에 따라 분리하여, 비중이 큰 폐기물을 하부로 배출하는 분리박스; 음압 하에서 비중이 작은 폐기물을 미세하게 분쇄하며, 입구측이 분리박스의 상부출구에 연결된 미세분쇄기; 입구가 미세분쇄기의 출구측에 연결되어, 잘게 부숴진 폐기물을 비중에 따라 분리하여, 비중이 큰 물질은 하부로 배출하는 제1 중력분리기; 입구측이 제1 중력분리기에 연결되어, 비중이 작은 물질을 공급받은 후 이를 미세하게 분쇄하여 분말화하는 제분기; 입구측이 제분기에 연결되어, 제분기에서 공급된 미세 분말을 금속분말과 카본으로 분리하여, 금속분말은 제2 중력분리기로 공급하고, 카본은 제1 사이클론 집진이송기로 공급하는 분리기; 중력을 이용하여 분리된 금속분말을 하부로 배출하도록, 분리기의 하부에 배치되는 제2 중력분리기; 음압을 이용하여 미세한 카본을 집진하는 제1 사이클론 집진이송기; 입구측이 1차 진동이송기에 연결되고, 출구측이 제1송풍기에 연결되며, 카본이 흡착되는 필터가 구비되어, 제1사이클론 집진이송기에서 배출된 기류 중에서 카본을 분리하여 흡착하는 제1 펄스집진기; 제1 사이클론 집진이송기와 제1 펄스집진기에 음압을 제공하고, 외부 연통을 통해 제1 펄스집진기의 필터에 의해 여과된 공기를 배출하는 제1송풍기; 1차 진동이송기 및 2차 진동이송기에서 분리된 흑색카본을 음압을 이용하여 집진하는 제2 사이클론 집진이송기; 입구측이 제2사이클론 집진이송기의 출구에 연결되고, 카본이 흡착되는 필터가 구비되어, 제2사이클론 집진이송기에서 배출된 기류 중에서 카본을 분리하여 흡착하는 제2 펄스집진기; 및 제2 사이클론 집진이송기와 제2 펄스집진기에 음압을 제공하고, 외부 연통을 통해 제2 펄스집진기의 필터에 의해 여과된 공기를 배출하는 제2송풍기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 외부로 배출되는 가스로 인한 환경 영향이 최소화되도록, 상기 제2 펄스집진기의 출구와 제2송풍기의 입구 사이에 배치되는 활성탄필터;를 더 포함하며, 상기 분리박스와 미세분쇄기 사이에 제3 사이클론 집진이송기가 구비되고, 상기 미세분쇄기와 제1 중력분리기 사이에 제4 사이클론 집진이송기가 구비되며, 상기 제1 중력분리기와 제분기 사이에 제5 사이클론 집진이송기가 구비됨과 아울러, 상기 제3 사이클론 집진이송기와 제4 사이클론 집진이송기 및 제5 사이클론 집진이송기의 출구가 제2 사이클론 집진이송기의 입구에 연결되어, 각 사이클론 집진이송기에 음압이 작용하도록 하고, 상기 분리박스는, 철과 알루미늄을 포함하는 2~3㎝ 크기의 금속 조각을 분리 배출하고, 상기 제1 중력분리기는 구리를 포함하는 2~5㎜ 크기의 금속가루를 분리 배출하며, 상기 제2 중력분리기는 동 분말과 알루미늄 분말을 포함하는 1㎜ 이하 크기의 금속분말을 분리 배출하고, 상기 2차 진동이송기는, 상부진동층과 하부진동층이 스크린에 의해 분할됨과 아울러, 상부진동층과 하부진동층이 모두 제2 사이클론 집진이송기에 연결되어, 분리된 흑색카본이 상기 제2 사이클론 집진이송기에 의해 집진되도록 하며, 상기 황분쇄기 및 미세분쇄기는, 해머식 분쇄기로 이루어지고, 상기 제분기는, 컨베이어가 구비된 공급구와, 내측에 고정날이 구비되며 공급구 및 배출구가 연결된 분쇄공간과, 고정날의 내측에서 원주 방향을 따라 회전되어 고정날과의 상대적인 움직임을 통해 폐기물을 분쇄하는 가동날과, 고정날과 가동날이 설치된 분쇄공간의 끝단 내측과 배출구 사이에 배치되어 규정 이상의 폐기물이 배출구를 통해 분리기로 공급되는 것을 방지하는 임펠러 및 가동날과 임펠러를 회전시키기 위한 모터를 포함하며, 상기 제1 펄스집진기와 제2 펄스집진기의 필터는 천으로 형성된 백으로 이루어지고, 상기 제2 사이클론 집진이송기에는, 1차 진동이송기와 2차 진동이송기 외에, 제3 사이클론 집진이송기와 제4 사이클론 집진이송기 및 제5 사이클론 집진이송기가 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 외부로 배출되는 가스로 인한 환경 영향이 최소화되도록, 상기 제2 펄스집진기의 출구와 제2송풍기의 입구 사이에 배치되는 활성탄필터;를 더 포함하며, 상기 분리박스와 미세분쇄기 사이에 제3 사이클론 집진이송기가 구비되고, 상기 미세분쇄기와 제1 중력분리기 사이에 제4 사이클론 집진이송기가 구비되며, 상기 제1 중력분리기와 제분기 사이에 제5 사이클론 집진이송기가 구비됨과 아울러, 상기 제3 사이클론 집진이송기와 제4 사이클론 집진이송기 및 제5 사이클론 집진이송기의 출구가 제2 사이클론 집진이송기의 입구에 연결되어, 각 사이클론 집진이송기에 음압이 작용하도록 하고, 상기 분리박스는, 철과 알루미늄을 포함하는 2~3㎝ 크기의 금속 조각을 분리 배출하고, 상기 제1 중력분리기는 구리를 포함하는 2~5㎜ 크기의 금속가루를 분리 배출하며, 상기 제2 중력분리기는 동 분말과 알루미늄 분말을 포함하는 1㎜ 이하 크기의 금속분말을 분리 배출하고, 상기 2차 진동이송기는, 상부진동층과 하부진동층이 스크린에 의해 분할됨과 아울러, 상부진동층과 하부진동층이 모두 제2 사이클론 집진이송기에 연결되어, 분리된 흑색카본이 상기 제2 사이클론 집진이송기에 의해 집진되도록 하며, 상기 황분쇄기 및 미세분쇄기는, 해머식 분쇄기로 이루어지고, 상기 제분기는, 컨베이어가 구비된 공급구와, 내측에 고정날이 구비되며 공급구 및 배출구가 연결된 분쇄공간과, 고정날의 내측에서 원주 방향을 따라 회전되어 고정날과의 상대적인 움직임을 통해 폐기물을 분쇄하는 가동날과, 고정날과 가동날이 설치된 분쇄공간의 끝단 내측과 배출구 사이에 배치되어 규정 이상의 폐기물이 배출구를 통해 분리기로 공급되는 것을 방지하는 임펠러 및 가동날과 임펠러를 회전시키기 위한 모터를 포함하며, 상기 제1 펄스집진기와 제2 펄스집진기의 필터는 천으로 형성된 백으로 이루어지고, 상기 제2 사이클론 집진이송기에는, 1차 진동이송기와 2차 진동이송기 외에, 제3 사이클론 집진이송기와 제4 사이클론 집진이송기 및 제5 사이클론 집진이송기가 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따른 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치에 의하면, 폐 리튬 배터리 폐기물의 분쇄과정에서 발생하는 모든 흑색카본을 효과적으로 회수하여 흑색카본의 회수율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 각 설비 및 성분에 대한 흑색카본의 부착률을 감소시켜 선별된 성분의 순도를 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 리튬 배터리를 구성하는 각 구성요소의 물리적 밀도차를 이용하여 질소충진 황분쇄기에서 1차 분쇄후 철과 알루미늄 조각을 분리하여 회수하고, 미쇄분쇄기에서 2차 분쇄후 구리가루를 분리회수하며, 제분기에서 3차 분쇄후 구리입자와 알루미늄 입자를 분말 형태로 분리회수하게 되므로, 금속 성분의 회수율이 대폭 향상되는 효과가 있다.
또한 황분쇄기가 질소 분위기하에서 폐 리튬 배터리 폐기물을 거칠게 분쇄함에 따라, 휘발성에 의한 폭발 위험이 방지되어 작업시 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한 흑색카본이 각 장치에서 음압에 의해 회수됨에 따라 분리 효과가 높고 순도가 높은 다양한 성분을 회수할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한 흑색카본을 회수한 후에도 활성탄필터를 이용하여 공해물질을 제거한 후 대기로 방출함에 따라 대기오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치가 도시된 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치의 2차 진동이송부를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치의 제분기를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치의 작동 과정을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치의 2차 진동이송부를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치의 제분기를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치의 작동 과정을 설명하기 위한 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.
또한 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치는, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 1차 진동이송기(1)와, 황분쇄기(2), 2차 진동이송기(3), 분리박스(4), 제3 사이클론 집진이송기(12), 미세분쇄기(5), 제4 사이클론 집진이송기(13), 제1 중력분리기(6), 제5 사이클론 집진이송기(14), 제분기(7), 분리기(8), 제2 중력분리기(9), 제1사이클론 집진이송기(10), 제1 펄스집진기(15), 제1 송풍기(16), 제2 사이클론 집진이송기(11), 제2 펄스집진기(17), 활성탄필터(19) 및 제2송풍기(18)를 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 1차 진동이송기(1)와 황분쇄기(2), 2차 진동이송기(3), 미세분쇄기(5) 및 제분기(7)는, 폐 리튬 배터리 폐기물을 분쇄하여 미세화시키기 위한 장치이다.
또한 상기 분리박스(4)와 제1 중력분리기(6), 분리기(8) 및 제2 중력분리기(9)는, 폐 리튬 배터리 폐기물의 분쇄 과정에서 발생한 금속 성분을 분리하기 위한 장치이다.
또한 상기 제1사이클론 집진이송기(10)와 제1 펄스집진기(15) 및 제1 송풍기(16)는, 금속 성분이 분리되고 남은 기류에서 흑색카본을 분리한 후 남은 공기를 외부로 배출하기 위한 장치이다.
또한 상기 제2 사이클론 집진이송기(11)와 제3 사이클론 집진이송기(12), 제4 사이클론 집진이송기(13), 제5 사이클론 집진이송기(14), 제2 펄스집진기(17) 및 제2송풍기(18)는, 폐 리튬 배터리 폐기물을 분쇄하고 이송하는 과정 및 금속 성분을 분리하는 과정에서 발생하는 흑색카본을 흡착하여 분리하고 남은 공기를 외부로 배출하기 위한 장치이다.
상기 1차 진동이송기(1)는, 상향 경사지게 배치된 컨베이어(20)를 통해 공급되는 폐 리튬 배터리 폐기물을 진동시키면서 이송하여 흑색카본이 분리되도록 하는 것으로, 제2 사이클론 집진이송기(11)에 연결되어 음압이 작용하는 밀폐구조로 형성된다.
이에 따라, 폐 리튬 배터리 폐기물로부터 분리된 흑색카본이 제2 사이클론 집진이송기(11)에 의해 집진된다.
상기 황분쇄기(2)는, 질소 분위기 하에서 1차 진동이송기(1)에 의해 이송된 폐 리튬 배터리 폐기물을 거칠게 분쇄하는 것으로, 폐 리튬 배터리 폐기물을 대략 2~3㎝의 크기로 분쇄하는 해머 분쇄기로 이루어진다.
상기 황분쇄기(2)의 입구는 1차 진동이송기(1)의 출구에 연결되고, 출구는 2차진동이송기(3)의 입구에 연결된다.
상기 2차 진동이송기(3)는, 황분쇄기(2)에 의해 거칠게 분쇄된 폐 리튬 배터리 폐기물을 이송하도록 황분쇄기(2)의 출구 하부에 배치된다.
그리고, 분쇄 과정에서 발생하는 흑색카본을 선별할 수 있도록 제2 사이클론 집진이송기(11)에 연결되어 음압이 작용하는 밀폐구조로 형성된다.
상기 2차 진동이송기(3)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부진동층(3a)과 하부진동층(3c)이 스크린(3b)에 의해 분할된 구조로 형성된다.
또한 분리된 흑색카본이 스크린(3b) 하부의 하부진동층(3c)으로 낙하하더라도 제2 사이클론 집진이송기(11)에 의해 집진될 수 있도록, 상부진동층(3a)과 하부진동층(3c)이 모두 제2 사이클론 집진이송기(11)에 연결된다.
이에 따라, 폐 리튬 배터리 폐기물을 분쇄하는 과정 및 이송하는 과정에서 발생한 흑색카본 역시 제2 사이클론 집진이송기(11)에 의해 집진된다.
상기 분리박스(4)는, 분쇄된 폐 리튬 배터리 폐기물을 비중에 따라 분리하여 비중이 큰 폐기물을 하부로 배출하기 위한 것으로, 아래에서 위로 향하는 기류가 작용하게 된다.
이에 따라, 분리박스(4)의 하부에는 2~3㎝ 크기의 철 조각과 알루미늄 조각이 쌓이게 된다.
상기 미세분쇄기(5)는, 입구측이 분리박스(4)의 상부출구에 연결되어 분리박스(4)에서 공급되는 비중이 작은 폐기물을 음압 하에서 대략 2~5㎜의 크기로 미세하게 분쇄하는 장치로, 상기 황분쇄기(2)와 같이 해머분쇄기로 이루어진다.
여기서 상기 미세분쇄기(5)에 음압이 작용하도록 분리박스(4)와 미세분쇄기(5) 사이에 제3 사이클론 집진이송기(12)가 구비되며, 제3 사이클론 집진이송기(12)는 제2 사이클론 집진이송기(11)에 연결되어 음압이 작용하게 된다.
상기 제1 중력분리기(6)는, 미세분쇄기(5)에 의해 잘게 부숴진 폐기물을 비중에 따라 분리하여 비중이 큰 물질인 구리(Cu) 등의 금속가루를 하부로 배출하는 것으로, 입구가 미세분쇄기(5)의 출구측에 연결된다.
여기서 상기 제1 중력분리기(6)에 음압이 작용하도록, 미세분쇄기(5)와 제1 중력분리기(6) 사이에 제4 사이클론 집진이송기(13)가 구비될 수 있다.
그리고 제4 사이클론 집진이송기(13) 역시 제2 사이클론 집진이송기(11)에 연결되어 음압이 작용하게 된다.
상기 제분기(7)는, 입구가 제1 중력분리기(6)의 출구측에 연결되어 비중이 작은 물질을 공급받은 후, 이를 대략 1㎜ 이하의 크기로 미세하게 분쇄하여 배출한다.
구체적으로 상기 제분기(7)는, 컨베이어가 구비된 공급구(7a)와, 내측에 고정날이 구비되며 공급구(7a) 및 배출구(7c)가 연결된 분쇄공간(7b) 및 구동을 위한 모터(7d)를 포함하여 이루어진다.
상기 분쇄공간(7b)에는 고정날의 내측에서 원주 방향을 따라 회전되어 고정날과의 상대적인 움직임을 통해 폐기물을 분쇄하는 가동날이 구비된다.
또한 고정날과 가동날이 설치된 분쇄공간(7b)의 끝단 내측과 배출구(7c) 사이에는, 규정 이상의 폐기물이 배출구를 통해 분리기로 공급되는 것을 방지하는 임펠러가 구비된다.
그리고 제분기(7)에 음압이 작용하도록 제1 중력분리기(6)와 제분기(7) 사이에 제5 사이클론 집진이송기(14)가 구비된다.
또한 제5 사이클론 집진이송기(14) 역시 제2 사이클론 집진이송기(11)에 연결되어 음압이 작용하게 된다.
상기 분리기(8)는, 입구측이 제분기(7)에 연결되어 제분기(7)에서 공급된 미세 분말을 금속분말과 카본로 분리하는 장치로, 금속분말은 제2 중력분리기(9)로 공급하고, 카본은 제1 사이클론 집진이송기(10)로 공급하게 된다.
따라서 상기 제2 중력분리기(9)는 분리기(8)의 하부에 배치되고, 상기 제1 사이클론 집진이송기(10)는 분리기(8)의 측부에 배치된다.
여기서 상기 제2 중력분리기(9)는, 중력을 이용하여 분리된 구리나 알루미늄 등의 금속분말을 하부로 배출하고, 상기 제1 사이클론 집진이송기(10)는 음압을 이용하여 미세한 카본을 집진한다.
그리고 제1 펄스집진기(15)는, 카본이 흡착되는 필터가 구비되어 제1사이클론 집진이송기(10)에서 배출된 기류 중에서 카본을 분리하여 흡착하기 위한 것으로, 천으로 형성된 백을 필터로 사용한다.
여기서 상기 제1 펄스집진기(15)는, 입구측이 1차 진동이송기(1)에 연결되고, 출구측은 제1송풍기(16)에 연결된다.
상기 제1송풍기(16)는, 제1 사이클론 집진이송기(10)와 제1 펄스집진기(15)에 음압을 제공하고, 외부 연통을 통해 제1 펄스집진기(15)의 필터에 의해 여과된 공기를 배출하는 장치로, 제1 펄스집진기(15)의 출구에 연결되어 제1 펄스집진기(15)에 음압이 인가되도록 한다.
상기 제2 사이클론 집진이송기(11)는, 1차 진동이송기(1) 및 2차 진동이송기(3)에서 분리된 흑색카본을 음압을 이용하여 집진하기 위한 것이다.
그리고 제2 사이클론 집진이송기(11)에는, 1차 진동이송기(1)와 2차 진동이송기(3)외에, 제3 사이클론 집진이송기(12)와 제4 사이클론 집진이송기(13) 및 제5 사이클론 집진이송기(14)가 각각 연결된다.
상기 제2 펄스집진기(17)는, 카본이 흡착되는 필터가 구비되어 제2사이클론 집진이송기(15)에서 배출된 기류 중에서 카본을 분리하여 흡착하는 것으로, 입구측이 제2사이클론 집진이송기(15)의 출구에 연결된다.
그리고 제2 펄스집진기(17) 역시 제1 펄스집진기(15)와 동일하게 천으로 형성된 백을 필터로 사용한다.
상기 제2송풍기(18)는, 제2 사이클론 집진이송기(11)와 제2 펄스집진기(17)에 음압을 제공하기 위한 것으로, 외부 연통을 통해 제2 펄스집진기(17)의 필터에 의해 여과된 공기를 배출하게 된다.
여기서 외부로 배출되는 가스로 인한 환경 영향이 최소화되도록, 상기 제2 펄스집진기(17)의 출구와 제2송풍기(18)의 입구 사이에 활성탄필터(19)가 설치되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치를 이용하여 폐 리튬 배터리를 분쇄한 후 각각의 성분을 선별하는 과정을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
폐 리튬 배터리 폐기물이 컨베이어(20)에 의해 1차 진동이송기(1)에 공급되면, 1차 진동이송기(1)가 폐 리튬 배터리 폐기물을 진동시키면서 황분쇄기(2)로 이송한다.
이때, 진동에 의해 폐 리튬 배터리 폐기물에서 발생한 흑색카본의 일부는 음압에 의해 제2 사이클론 집진이송기(11)로 이동되어 집진되고, 나머지는 폐 리튬 배터리 폐기물과 함께 황분쇄기(2)로 공급된다.
황분쇄기(2)는, 질소 분위기 하에서 폐 리튬 배터리 폐기물을 2~3㎝ 크기로 분쇄하여 2차 진동이송기(3)로 공급한다. 이때, 황분쇄기(2)에 질소가 충전되어 있으므로 분쇄 과정에서 화재의 발생이 방지된다.
2차 진동이송기(3)는, 분쇄된 폐 리튬 배터리 폐기물을 진동시키면서 분리박스(4)로 이송시킨다.
이때, 2차 진동이송기(3)가 스크린(3b)에 의해 상부진동층(3a)과 하부진동층(3c)으로 구분되어 있으므로, 상부진동층(3a)을 따라 분쇄된 폐 리튬 배터리 폐기물이 이송되는 동안 발생한 흑색카본 중 일부가 스크린(3b)을 통해 하부진동층(3c)으로 낙하하게 된다.
이후, 분쇄 및 이송과정에서 발생한 흑색카본과 함께 제2 사이클론 집진이송기(11)로 이동되어 집진된다.
분리박스(4)로 이송된 폐 리튬 배터리 폐기물은, 중력의 작용에 의해 비중이 큰 물질과 비중이 작은 물질로 분리되는데, 비중이 큰 물질에 해당하는 철과 알루미늄 조각은 하부로 배출되고, 비중이 작은 물질에 해당하는 폐기물은 제3 사이클론 집진이송기(12)로 공급된다.
제3 사이클론 집진이송기(12)는, 흑색카본의 일부를 집진하고 배출구((13b)를 통해 비중이 작은 물질을 미세분쇄기(5)로 공급한다.
이와 동시에, 소량의 흑색카본이 음압에 의해 제2 사이클론 집진이송기(11)로 이동되어 집진된다.
미세분쇄기(5)는, 폐기물을 잘게 분쇄하여 2~5㎜ 크기의 금속가루를 형성하여 제4 사이클론 집진이송기(13)로 공급한다.
제4 사이클론 집진이송기(13)는, 흑색카본의 일부를 집진하고, 출구를 통해 미세분쇄기(5)에 의해 분쇄된 금속가루를 제1 중력분리기(6)로 공급한다.
이와 동시에, 소량의 흑색카본이 음압에 의해 제2 사이클론 집진이송기(11)로 이동되어 집진된다.
제1 중력분리기(6)는, 중력을 이용하여 금속가루를 비중에 따라 분리하여, 비중이 큰 물질은 하부로 배출하고, 비중이 작은 물질은 제5 사이클론 집진이송기(14)로 공급한다.
제5 사이클론 집진이송기(14)는, 흑색카본의 일부를 집진하고, 출구를 통해 비중이 작은 물질을 제분기(7)에 공급한다.
이와 동시에, 소량의 흑색카본이 음압에 의해 제2 사이클론 집진이송기(11)로 이동되어 집진된다. 이에 따라, 비중이 큰 물질로 구리가루가 분리되어 선별된다.
제분기(7)는, 비중이 작은 물질을 미세하게 분쇄하여 1㎜ 이하 크기의 분말을 형성한 후, 분리기(8)와 제2 중력분리기(9)로 공급한다.
분리기(8)는, 금속분말과 흑색카본을 분리하여, 금속분말은 제2 중력분리기(9)로 공급하고, 흑색카본은 제1 사이클론 집진이송기(10)로 공급한다.
제2 중력분리기(9)는, 중력을 이용하여 금속분말을 구리분말과 알루미늄 분말로 분리하여 배출함과 아울러, 흑색카본이 음압에 의해 제2 사이클론 집진이송기(11)에 흡착되도록 한다.
제1 사이클론 집진이송기(10)는, 유입된 흑색카본을 집진하고, 나머지 기류는 출구를 통해 제1 펄스집진기(15)로 공급한다.
그리고 제1 사이클론 집진이송기(10)에서 배출된 기류가 제1 펄스집진기(15)로 유입되어 천 백으로 이루어진 필터를 통과하면서 흑색카본이 흡착되고, 제1 펄스집진기(15)에서 배출된 기류는 제1송풍기(16)에 의해 외부 연통으로 빠져나가게 된다.
그리고 제2 사이클론 집진이송기(11)는, 음압에 의해 1차 진동이송기(1)와 2차 진동이송기(3), 미쇄분쇄기(5), 제1 중력분리기(6), 제분기(7), 제3 사이클론 집진이송기(12), 제4 사이클론 집진이송기(13), 제5 사이클론 집진이송기(14) 및 제2 중력분리기(9)로부터 유입된 흑색카본을 집진하며, 출구를 통해 나머지 기류를 제2 펄스집진기(17)로 공급한다.
제2 펄스집진기(17)는, 천 백으로 이루어진 필터를 이용하여 잔류 흑색카본을 흡착하고, 나머지 기류는 배출되어 활성탄필터(19)를 통과하면서 유해물질이 제거되어 정화된다.
그리고 활성탄필터(19)를 통과한 기류는 제2송풍기(18)에 의해 외부 연통으로 빠져나가게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 1차 진동이송기 2 : 황분쇄기
3 : 2차 진동이송기 3a : 상부진동층
3b : 스크린 3c : 하부진동층
4 : 분리박스 5 : 미세분쇄기
6 : 제1 중력분리기 7 : 제분기
7a : 공급구 7b : 분쇄공간
7c : 배출구 7d : 모터
8 : 분리기 9 : 제2 중력분리기
10 : 제1 사이클론 집진이송기 11 : 제2 사이클론 집진이송기
12 : 제3 사이클론 집진이송기 13 : 제4 사이클론 집진이송기
14 : 제5 사이클론 집진이송기 15 : 제1 펄스집진기
16 : 제1송풍기 17 : 제2 펄스집진기
18 : 제2송풍기 19 : 활성탄필터
20 : 컨베이어
3 : 2차 진동이송기 3a : 상부진동층
3b : 스크린 3c : 하부진동층
4 : 분리박스 5 : 미세분쇄기
6 : 제1 중력분리기 7 : 제분기
7a : 공급구 7b : 분쇄공간
7c : 배출구 7d : 모터
8 : 분리기 9 : 제2 중력분리기
10 : 제1 사이클론 집진이송기 11 : 제2 사이클론 집진이송기
12 : 제3 사이클론 집진이송기 13 : 제4 사이클론 집진이송기
14 : 제5 사이클론 집진이송기 15 : 제1 펄스집진기
16 : 제1송풍기 17 : 제2 펄스집진기
18 : 제2송풍기 19 : 활성탄필터
20 : 컨베이어
Claims (8)
- 상향 경사지게 배치된 컨베이어를 통해 공급되는 폐 리튬 배터리 폐기물을 진동시키면서 이송하여 흑색카본이 분리되도록 하며, 제2 사이클론 집진이송기에 연결되어 음압이 작용하는 밀폐구조의 1차 진동이송기;
입구가 1차 진동이송기의 출구에 연결되고, 출구가 2차 진동이송기의 입구에 연결되어, 질소 분위기 하에서 1차 진동이송기에 의해 이송된 폐 리튬 배터리 폐기물을 거칠게 분쇄하는 황분쇄기;
거칠게 분쇄된 폐 리튬 배터리 폐기물을 이송하도록 황분쇄기의 출구 하부에 배치되며, 분쇄 과정에서 발생하는 흑색카본을 선별할 수 있도록 제2 사이클론 집진이송기에 연결되어 음압이 작용하는 밀폐구조의 2차 진동이송기;
아래에서 위로 향하는 기류가 작용하며 분쇄된 폐 리튬 배터리 폐기물을 비중에 따라 분리하여, 비중이 큰 폐기물을 하부로 배출하는 분리박스;
음압 하에서 비중이 작은 폐기물을 미세하게 분쇄하며, 입구측이 분리박스의 상부출구에 연결된 미세분쇄기;
입구가 미세분쇄기의 출구측에 연결되어, 잘게 부숴진 폐기물을 비중에 따라 분리하여, 비중이 큰 물질은 하부로 배출하는 제1 중력분리기;
입구측이 제1 중력분리기에 연결되어, 비중이 작은 물질을 공급받은 후 이를 미세하게 분쇄하여 분말화하는 제분기;
입구측이 제분기에 연결되어, 제분기에서 공급된 미세 분말을 금속분말과 카본으로 분리하여, 금속분말은 제2 중력분리기로 공급하고, 카본은 제1 사이클론 집진이송기로 공급하는 분리기;
중력을 이용하여 분리된 금속분말을 하부로 배출하도록, 분리기의 하부에 배치되는 제2 중력분리기;
음압을 이용하여 미세한 카본을 집진하는 제1 사이클론 집진이송기;
입구측이 1차 진동이송기에 연결되고, 출구측이 제1송풍기에 연결되며, 카본이 흡착되는 필터가 구비되어, 제1사이클론 집진이송기에서 배출된 기류 중에서 카본을 분리하여 흡착하는 제1 펄스집진기;
제1 사이클론 집진이송기와 제1 펄스집진기에 음압을 제공하고, 외부 연통을 통해 제1 펄스집진기의 필터에 의해 여과된 공기를 배출하는 제1송풍기;
1차 진동이송기 및 2차 진동이송기에서 분리된 흑색카본을 음압을 이용하여 집진하는 제2 사이클론 집진이송기;
입구측이 제2사이클론 집진이송기의 출구에 연결되고, 카본이 흡착되는 필터가 구비되어, 제2사이클론 집진이송기에서 배출된 기류 중에서 카본을 분리하여 흡착하는 제2 펄스집진기; 및
제2 사이클론 집진이송기와 제2 펄스집진기에 음압을 제공하고, 외부 연통을 통해 제2 펄스집진기의 필터에 의해 여과된 공기를 배출하는 제2송풍기;를 포함하고,
외부로 배출되는 가스로 인한 환경 영향이 최소화되도록, 상기 제2 펄스집진기의 출구와 제2송풍기의 입구 사이에 배치되는 활성탄필터;를 더 포함하며,
상기 분리박스와 미세분쇄기 사이에 제3 사이클론 집진이송기가 구비되고,
상기 미세분쇄기와 제1 중력분리기 사이에 제4 사이클론 집진이송기가 구비되며,
상기 제1 중력분리기와 제분기 사이에 제5 사이클론 집진이송기가 구비됨과 아울러,
상기 제3 사이클론 집진이송기와 제4 사이클론 집진이송기 및 제5 사이클론 집진이송기의 출구가 제2 사이클론 집진이송기의 입구에 연결되어, 각 사이클론 집진이송기에 음압이 작용하도록 하고,
상기 분리박스는, 철과 알루미늄을 포함하는 2~3㎝ 크기의 금속 조각을 분리 배출하고,
상기 제1 중력분리기는 구리를 포함하는 2~5㎜ 크기의 금속가루를 분리 배출하며,
상기 제2 중력분리기는 동 분말과 알루미늄 분말을 포함하는 1㎜ 이하 크기의 금속분말을 분리 배출하고,
상기 2차 진동이송기는,
상부진동층과 하부진동층이 스크린에 의해 분할됨과 아울러, 상부진동층과 하부진동층이 모두 제2 사이클론 집진이송기에 연결되어, 분리된 흑색카본이 상기 제2 사이클론 집진이송기에 의해 집진되도록 하며,
상기 황분쇄기 및 미세분쇄기는, 해머식 분쇄기로 이루어지고,
상기 제분기는,
컨베이어가 구비된 공급구와,
내측에 고정날이 구비되며 공급구 및 배출구가 연결된 분쇄공간과,
고정날의 내측에서 원주 방향을 따라 회전되어 고정날과의 상대적인 움직임을 통해 폐기물을 분쇄하는 가동날과,
고정날과 가동날이 설치된 분쇄공간의 끝단 내측과 배출구 사이에 배치되어 규정 이상의 폐기물이 배출구를 통해 분리기로 공급되는 것을 방지하는 임펠러 및
가동날과 임펠러를 회전시키기 위한 모터를 포함하며,
상기 제1 펄스집진기와 제2 펄스집진기의 필터는, 천으로 형성된 백으로 이루어지고,
상기 제2 사이클론 집진이송기에는, 1차 진동이송기와 2차 진동이송기 외에, 제3 사이클론 집진이송기와 제4 사이클론 집진이송기 및 제5 사이클론 집진이송기가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 폐 리튬 배터리 분쇄 및 선별장치. - 삭제
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2022
- 2022-07-11 KR KR1020220085163A patent/KR102585249B1/ko active IP Right Grant
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