KR102628754B1 - 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공기의 기류를 이용하여 실리콘 슬러지의 수분을 제거하고, 기류 원심력에 의하여 실리콘 슬러지 내부 입자 간의 충돌과 싸이클론 건조부 내부에 형성된 복수 개의 고정핀과의 충돌을 통해 실리콘 입자를 분쇄시키는 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 공기의 기류를 가열, 가속하여 분쇄, 건조 등의 공정을 거침에 따라 실리콘 슬러지의 수분을 효과적으로 제거하고 실리콘 슬러지 내 입자를 해쇄할 수 있다.
Description
본 발명은 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공기의 기류를 이용하여 실리콘 슬러지의 수분을 제거하고, 기류 원심력에 의하여 실리콘 슬러지 내부 입자 간의 충돌과 싸이클론 건조부 내부에 형성된 복수 개의 고정핀과의 충돌을 통해 실리콘 입자를 분쇄시키는 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법에 관한 것이다.
태양광 웨이퍼, 반도체 제조 공정 등에서 발생하는 다양한 원천의 실리콘 슬러지는 대부분 수거하여 대규모로 매립하거나, 폐실리콘 슬러지로부터 실리콘 화합물로 합성하거나, 건설 자재를 위한 건축용 원료 등의 재활용 수준에 머무르고 있는 실정이다. 따라서, 반도체 제조 공정 등에서 발생하는 다양한 원천의 실리콘 슬러지를 고순도의 실리콘으로 회수하는 것이 요구되고 있다.
습윤 물질인 실리콘 슬러지로부터 수분을 제거하는 기술은 탈수기를 이용한 공정기술이 있으나, 기존의 탈수 기술로 슬러지에 포함된 수분의 비율(함수율)을 중량 대비 40 내지 50% 이하로 감소시키는 것은 현실적으로 어려운 측면이 있다.
슬러지 처리 이용에 있어서 슬러지 중량의 대부분을 차지하는 수분의 저감이 가장 주요한 이슈이며, 수분이 저감된 슬러지의 경우 재활용을 위한 자원화 처리에 유용하게 사용될 수 있다.
대부분의 슬러치 처리 공정은 탈수(Dewatering) 공정을 포함하는데, 기계적인 탈수 장치로서 폐실리콘 슬러지 내의 수분 중에 일부를 원심분리 또는 필터프레싱으로 분리시켜 약 40 내지 50 %의 함수율을 가지는 케이크로 배출시킨다. 즉, 최종 폐실리콘 슬러지 중량의 대부분을 잔류 수분이 차지하여 최종 폐실리콘 슬러지의 탈수 처리에 많은 환경적, 경제적 문제 등이 존재하는 실정이다.
이렇게 탈수가 완료된 폐실리콘 슬러지를 재활용하는 경우 폐실리콘 슬러지 내 포함된 수분과 유기물 성분으로 인하여 서로 쉽게 분리되지 않으며, 고함수율 영역에서 폐실리콘 슬러지의 점착성이 크기 때문에 수분 저감과 건조 성능이 낮은 문제가 있다.
특히, 폐실리콘 슬러지로부터 처리 공정을 통해 얻어진 일정 조건을 만족하는 실리콘 재료 및 분말의 경우 세라믹의 원료나 이차전지의 음극활물질로서 사용될 수 있는 점을 고려해 볼 때, 폐실리콘 슬러지부터 분쇄 및 건조를 통하여 유용한 성분을 효과적으로 분리 및 회수하는 것은 매우 중요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1579134호를 참조하면, 고순도 세라믹 분말을 제조하기 위하여 반응 탱크 내에 진공 조건을 형성하기 위하여 배출되는 공기에 섞인 분말에 의하여 진공 수단의 막힘 현상을 효과적으로 제거하기 위한 사이클로 방식의 여과 장치를 구비한 고순도 나노 분말 생성장치를 개시하고 있으나, 이차전지용 음극활물질로서 사용될 수 있을만큼 함수율이 저감되고, 고순도의 실리콘 원료를 얻는데 한계가 있었다.
이와 같은 폐실리콘 슬러지의 재활용을 위한 처리 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나 기존 폐실리콘 슬러지의 재활용을 위한 처리의 한계점들이 지적되고 있다. 따라서, 공정이 단순하여 경제적이면서도, 세라믹의 원료나 이차전지의 음극활물질로서 사용될 수 있는 고순도의 건조된 실리콘 원료를 얻을 수 있는 기술의 확보가 요구된다.
이에 본 발명자들은 공기의 기류를 이용하여 폐실리콘 슬러지의 수분을 효과적으로 제거하고 폐실리콘 슬러지 내 입자를 충분히 해쇄함에 따라, 이차전지 음극활물질로서 활용될 수 있는 우수한 실리콘 원료를 얻을 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 공기의 기류를 가열, 가속하여 분쇄, 건조 등의 공정을 거침에 따라 실리콘 슬러지의 수분을 효과적으로 제거하고 실리콘 슬러지 내 입자를 해쇄할 수 있는 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 백필터부, 제습부 등을 통하여 가열 공기의 재순환 및 재사용이 가능함에 따라, 에너지를 절감할 수 있고 지속적으로 기류 건조가 가능한 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 백필터부를 통하여 여분의 실리콘 슬러지를 추가적으로 포집함으로써, 이차전지 음극활물질로서 활용될 수 있는 나노 단위의 우수한 실리콘 원료를 높은 수율로 확보할 수 있는 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 건조 공기를 공급하는 송풍기; 공급된 실리콘 슬러지를 파쇄하여 배출하는 슬러지 중계 호퍼부; 상기 송풍기 및 상기 슬러지 중계 호퍼부와 각각 연결되어, 상기 배출된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 배출된 실리콘 슬러지를 1차 분쇄하고 건조하는 제1 싸이클론 건조부; 상기 제1 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 2차 분쇄하고 건조하는 제2 싸이클론 건조부; 상기 제2 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 3차 분쇄하고 건조하는 제3 싸이클론 건조부; 상기 제3 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기는 상부로 배출하고 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지는 하부로 배출하는 싸이클론 분리부; 상기 싸이클론 분리부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 백필터부; 및 상기 백필터부와 연결되어, 상기 백필터부로부터 배출된 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 상기 송풍기에 재공급하는 제습부;를 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 개시한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 건조 공기를 공급하는 송풍기; 공급된 실리콘 슬러지를 파쇄하여 배출하는 슬러지 중계 호퍼부; 상기 송풍기 및 상기 슬러지 중계 호퍼부와 각각 연결되어, 상기 배출된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 배출된 실리콘 슬러지를 1차 분쇄하고 건조하는 제1 싸이클론 건조부; 상기 제1 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 2차 분쇄하고 건조하는 제2 싸이클론 건조부; 상기 제2 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 3차 분쇄하고 건조하는 제3 싸이클론 건조부; 상기 제3 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 4차 분쇄하고 건조하는 제4 싸이클론 건조부; 상기 제4 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기는 상부로 배출하고 상기 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지는 하부로 배출하는 싸이클론 분리부; 상기 싸이클론 분리부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 백필터부; 및 상기 백필터부와 연결되어, 상기 백필터부로부터 배출된 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 상기 송풍기에 재공급하는 제습부;를 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 개시한다.
여기서, 상기 송풍기 내 상기 건조 공기의 생성 유량은 10 내지 200 m3/min의 범위 이내일 수 있다.
여기서, 상기 송풍기 내 상기 건조 공기의 생성 온도는 50 내지 180 ℃의 범위 이내일 수 있다.
여기서, 상기 제1, 제2 및 제3 싸이클론 건조부는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도할 수 있다.
여기서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 싸이클론 건조부는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도할 수 있다.
여기서, 상기 제1, 제2 및 제3 싸이클론 건조부는 내부에 실리콘 입자와 충돌하여 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도하는 복수 개의 핀을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 싸이클론 건조부는 내부에 실리콘 입자와 충돌하여 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도하는 복수 개의 핀을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 핀은 마모가 됨에 따라 교체 가능하도록 탈부착이 가능한 것일 수 있다.
여기서, 상기 싸이클론 분리부는 상기 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 분급하는 분급기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 백필터부는 상기 여분의 실리콘 슬러지를 포집하기 위한 나노필터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 나노필터는 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기의 분진 및 먼지를 여과할 수 있다.
여기서, 상기 백필터부는 상기 여분의 실리콘 슬러지에 관한 수분 감지 및 측정 센서를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수분 감지 및 측정 센서는 0.01 내지 90 %의 함수율 및 ±1 %의 건조 측정 오차 내에서 측정할 수 있다.
여기서, 상기 수분 감지 및 측정 센서는 1 내지 30 초(sec) 이내 측정이 가능하고, 측정 결과는 제어부로 전송될 수 있다.
여기서, 상기 송풍기로부터 유입된 상기 건조 공기의 유속을 증폭하고, 상기 슬러지 중계 호퍼부로부터 배출된 실리콘 슬러지를 분사 이동시키는 에어 헤드(Air head) 및 이송관;을 더 포함할 수 있다.
여기서, 실리콘 슬러지 기류 건조를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 싸이클론 분리부와 연결되어, 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제1 배출 컨베이어부; 및 상기 백필터부와 연결되어, 상기 여분의 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제2 배출 컨베이어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2 배출 컨베이어부는 실리콘 입자 내 철(Fe) 성분을 제거하기 위한 탈철 장치를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 탈철 장치는 자석봉 또는 자석 그물망을 포함하고, 교체 가능하도록 탈부착 형태인 것일 수 있다.
여기서, 상기 송풍기, 상기 슬러지 중계 호퍼부, 상기 싸이클론 건조부, 상기 싸이클론 분리부, 상기 백필터부 및 상기 제습부를 연결하고, 구간에 따라 구경의 크기를 달리 연결할 수 있는 배관을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 건조 공기를 공급하고, 실리콘 슬러지를 파쇄하여 배출하는 단계; 상기 배출된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 배출된 실리콘 슬러지를 1차 분쇄하고 건조하는 단계; 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 2차 분쇄하고 건조하는 단계; 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 3차 분쇄하고 건조하는 단계; 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기와 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 각각 배출하는 단계; 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계; 및 상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 재공급하는 단계;를 포함하는, 실리콘 나노 분말 제조 방법을 추가로 개시한다.
여기서, 상기 3차 분쇄하고 건조하는 단계 이후에, 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 4차 분쇄하고 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 1차, 2차 및 3차 분쇄하고 건조하는 단계는 실리콘 슬러지 내 실리콘 입자를 복수 개의 핀에 충돌시켜 상기 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도할 수 있다.
여기서, 상기 4차 분쇄하고 건조하는 단계는 실리콘 슬러지 내 실리콘 입자를 복수 개의 핀에 충돌시켜 상기 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도할 수 있다.
여기서, 상기 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계와 동시 또는 순차적으로, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기의 분진 및 먼지를 여과하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기와 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 각각 배출하는 단계 이후에, 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제1 배출 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계 이후에, 상기 여분의 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제2 배출 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 재공급하는 단계는, 상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기를 냉각시켜 수분을 제거하는 증발 단계; 및 상기 수분이 제거된 공기의 온도를 상승시키는 압축 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배출된 실리콘 슬러지 및 상기 포집된 여분의 실리콘 슬러지의 실리콘 입자 내 철(Fe) 성분을 제거하는 탈철 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제조된 실리콘 나노 분말 내 철(Fe) 성분의 함량이 0.1 중량% 미만일 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법은 공기의 기류를 가열, 가속하여 분쇄, 건조 등의 공정을 거침에 따라 실리콘 슬러지의 수분을 효과적으로 제거하고 실리콘 슬러지 내 입자를 해쇄할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 백필터부, 제습부 등을 통하여 가열 공기의 재순환 및 재사용이 가능하므로, 에너지를 절감할 수 있고 지속적으로 기류 건조가 가능한 효과가 있다.
나아가, 본 발명에 의하면, 높은 수율 확보를 위하여 백필터부를 통하여 여분의 실리콘 슬러지를 추가적으로 포집함으로써, 이차전지 음극활물질로서 활용될 수 있는 나노 단위의 우수한 실리콘 원료를 대량으로 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치에서 건조된 실리콘 입자의 형상 분석 이미지를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 싸이클론 분리부에서 배출된 실리콘 파우더의 입도 크기 분석 및 이미지를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 백필터부에서 포집된 여분의 실리콘 파우더의 입도 크기 분석 및 이미지를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 구성도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치에서 건조된 실리콘 입자의 형상 분석 이미지를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 싸이클론 분리부에서 배출된 실리콘 파우더의 입도 크기 분석 및 이미지를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 백필터부에서 포집된 여분의 실리콘 파우더의 입도 크기 분석 및 이미지를 도시한 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다"등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.
<실리콘 슬러지 기류 건조 장치>
본 발명자들은 상술한 과제를 해결하기 위하여 연구한 결과, 하기와 같은 발명을 안출하기에 이르렀다. 본 명세서는 건조 공기를 공급하는 송풍기(11); 공급된 실리콘 슬러지를 파쇄하여 배출하는 슬러지 중계 호퍼부(12); 상기 송풍기(11) 및 상기 슬러지 중계 호퍼부(12)와 각각 연결되어, 상기 배출된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 배출된 실리콘 슬러지를 1차 분쇄하고 건조하는 제1 싸이클론 건조부(16); 상기 제1 싸이클론 건조부(16)와 연결되어, 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 2차 분쇄하고 건조하는 제2 싸이클론 건조부(17); 상기 제2 싸이클론 건조부(17)와 연결되어, 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 3차 분쇄하고 건조하는 제3 싸이클론 건조부; 상기 제3 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기는 상부로 배출하고 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지는 하부로 배출하는 싸이클론 분리부(18); 상기 싸이클론 분리부(18)와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 백필터부(19); 및 상기 백필터부(19)와 연결되어, 상기 백필터부(19)로부터 배출된 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 상기 송풍기에 재공급하는 제습부(20);를 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)를 개시한다.
또한, 본 명세서는 건조 공기를 공급하는 송풍기; 공급된 실리콘 슬러지를 파쇄하여 배출하는 슬러지 중계 호퍼부; 상기 송풍기 및 상기 슬러지 중계 호퍼부와 각각 연결되어, 상기 배출된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 배출된 실리콘 슬러지를 1차 분쇄하고 건조하는 제1 싸이클론 건조부; 상기 제1 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 2차 분쇄하고 건조하는 제2 싸이클론 건조부; 상기 제2 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 3차 분쇄하고 건조하는 제3 싸이클론 건조부; 상기 제3 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 4차 분쇄하고 건조하는 제4 싸이클론 건조부; 상기 제4 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기는 상부로 배출하고 상기 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지는 하부로 배출하는 싸이클론 분리부; 상기 싸이클론 분리부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 백필터부; 및 상기 백필터부와 연결되어, 상기 백필터부로부터 배출된 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 상기 송풍기에 재공급하는 제습부;를 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 추가로 개시한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 구성도를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)는 송풍기(11); 슬러지 중계 호퍼부(12); 제1 싸이클론 건조부(16); 제2 싸이클론 건조부(17); 제3 싸이클론 건조부(18); 싸이클론 분리부(20); 백필터부(21); 및 제습부(22)를 포함하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)는 송풍기(11); 슬러지 중계 호퍼부(12); 제1 싸이클론 건조부(16); 제2 싸이클론 건조부(17); 제3 싸이클론 건조부(18); 제4 싸이클론 건조부(19); 싸이클론 분리부(20); 백필터부(21); 및 제습부(22)를 포함하는 것을 확인할 수 있다.
나아가, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치는 중계 호퍼 컨베이어부(13); 슬러지 주입 이젝터(14); 에어 헤드(Air head) 및 이송관(15); 제어부(23); 제1 배출 컨베이어부(24); 및 제2 배출 컨베이어부(25)를 더 포함하는 것을 확인할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)의 각 구성들의 역할, 특징 등에 대하여 자세하게 서술한다.
본 발명의 송풍기(11)는 본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1) 전반에 걸쳐 건조 공기를 공급(송급)하는 역할을 하며, 슬러지 주입 이젝터(14)를 향해 분사된다. 상기 송풍기(11)는 건조 공기를 압축하여 공급할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 송풍기(11)는 건조 공기를 압축하여 공급하기 위한 기류 가압기를 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 송풍기(11)에서 공급된 건조 공기는 에어 헤드(Air head) 및 이송관(15)을 거쳐 제1 싸이클론 건조부(16), 제2 싸이클론 건조부(17), 제3 싸이클론 건조부(18), 제4 싸이클론 건조부(19), 싸이클론 분리부(20), 백필터부(21) 등을 선회할 수 있다. 이 때, 본 발명의 송풍기(11)에서 공급된 건조 공기는 제1 싸이클론 건조부(16), 제2 싸이클론 건조부(17), 제3 싸이클론 건조부(18), 제4 싸이클론 건조부(19), 싸이클론 분리부(20) 등을 통과할수록 점차 습윤해질 수 있다.
여기서, 상기 에어 헤드(Air head) 및 이송관(15)은 본 발명의 송풍기(11)로부터 유입된 건조 공기의 유속을 증폭하고, 본 발명의 슬러지 중계 호퍼부(12)로부터 배출된 실리콘 슬러지를 고속 분사 이동시키는 역할을 한다. 상기 에어 헤드 및 이송관(15)은 송풍기로부터 유입된 건조 공기의 유속을 증폭시키기 위한 기류 가속 장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 송풍기(11)는 제습부(22)와 연결되는데, 상기 제습부(22)에서 제습된 공기가 다시 유입되어 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)를 계속해서 순환할 수 있다.
또한, 본 발명의 송풍기(11) 내 건조 공기의 생성 유량(송풍량)은 10 내지 200 m3/min의 범위 이내인 것이 바람직하고, 20 내지 80 m3/min의 범위 이내인 것이 더욱 바람직하다. 가령, 본 발명의 송풍기(11) 내 건조 공기의 생성 유량이 10 m3/min 미만인 경우 실리콘 슬러지의 기류 건조가 충분히 이루어지지 못함에 따라, 함수율이 상대적으로 높은 실리콘 파우더를 얻게되는 문제가 있다. 또한, 공기의 가압이 낮아짐에 따라 기류 속도가 실리콘 입자를 분쇄하는데 충분한 역할을 하지 못하는 문제가 발생 할 수 있다. 반대로, 본 발명의 송풍기(11) 내 건조 공기의 생성 유량이 200 m3/min 초과인 경우 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)의 과부하를 유발할 수 있으며, 목표로 하는 입자 사이즈 및 함수율을 갖는 실리콘 파우더를 얻기 어렵다는 문제가 존재한다.
또한, 본 발명의 송풍기(11) 내 건조 공기의 생성 온도는 50 내지 180 ℃의 범위 이내인 것이 바람직하고, 60 내지 90 ℃의 범위 이내인 것이 더욱 바람직하다. 가령, 본 발명의 송풍기(11) 내 건조 공기의 생성 온도가 50 ℃ 미만인 경우 실리콘 슬러지의 기류 건조가 충분히 이루어지지 못함에 따라, 함수율이 상대적으로 높은 실리콘 파우더를 얻게되는 문제가 있다. 반대로, 본 발명의 송풍기(11) 내 건조 공기의 생성 온도가 180 ℃ 초과인 경우 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)의 과부하를 유발할 수 있으며, 목표로 하는 입자 사이즈 및 함수율을 갖는 실리콘 파우더를 얻기 어렵다는 문제가 존재한다. 또한, 실리콘 표면에 산화막이 생성되어 실리콘의 품질이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 송풍기(11)에서 생성되는 건조 공기는 50 내지 180 ℃의 범위 이내를 유지하면서 실리콘 슬러지를 건조할 수 있으며, 본 발명의 장치를 반복적으로 순환하면서 일정하게 온도를 유지할 수 있다.
본 발명의 슬러지 중계 호퍼부(12)는 공급된 실리콘 슬러지를 해쇄하여 배출하는 역할을 하며, 해쇄된 실리콘 슬러지는 중계 호퍼 컨베이어부(13)를 거쳐 슬러지 주입 이젝터(14)에 주입될 수 있다. 상기 슬러지 중계 호퍼부(12)는 공급된 실리콘 슬러지를 해쇄하기 위한 해쇄장치를 포함할 수 있다. 여기서, 주입된 실리콘 슬러지는 에어 헤드(Air head) 및 이송관(15)을 통하여 건조 공기와 함께 제1 싸이클론 건조부(16)에 투입될 수 있다. 또한, 상기 슬러지 중계 호퍼부(12)는 실리콘 슬러지와 같은 원료의 원활한 공급을 위하여 음압이 작용하는 오리피스 장치를 포함할 수 있다. 한편, 슬러지 중계 호퍼부(12)에 공급되는 실리콘 슬러지는 자동 또는 수동 방식의 정량 공급기에 의하여 공급될 수 있다.
또한, 본 발명의 슬러지 중계 호퍼부(12)는 초기 실리콘 슬러지를 투입할 수 있는 투입구와 해쇄된 실리콘 슬러지를 배출하는 배출구가 존재할 수 있으며, 슬러지 중계 호퍼부(12) 내부에 패들 형태의 스크류가 형성됨에 따라 공급된 실리콘 슬러지를 해쇄할 수 있다. 여기서, 상기 스크류는 2축 구조의 패들을 갖는 구조가 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 스크류를 구동하기 위한 감속기, 모터 등의 구동장치가 본 발명의 슬러지 중계 호퍼부(12)에 추가로 포함될 수 있다. 또한, 상기 투입구로 투입되는 초기 실리콘 슬러지는 함수율이 90 % 이하인 것이 바람직하고, 50 %이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 제1 싸이클론 건조부(16)는 송풍기(11) 및 슬러지 중계 호퍼부(12)와 각각 연결되어, 배출된 실리콘 슬러지와 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 배출된 실리콘 슬러지를 1차 분쇄하고 건조하는 역할을 한다. 여기서, 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기는 제2 싸이클론 건조부(17)로 이동된다.
또한, 본 발명의 제1 싸이클론 건조부(16)는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제1 싸이클론 건조부(16)는 내부에 실리콘 입자와 충돌하여 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도하는 복수 개의 핀을 포함할 수 있다. 상기 복 수개의 핀은 마모가 됨에 따라 교체 가능하도록 탈부착이 가능한 것일 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 핀은 탈부착이 가능한 복수 개의 고정핀인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명의 제1 싸이클론 건조부(16)는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도할 뿐만 아니라, 제1 싸이클론 건조부(16) 내부에 설치된 복수 개의 핀과 회전기류에 의한 분쇄를 함께 수행하여 보다 효과적으로 실리콘 슬러지 내 실리콘 입자를 파쇄할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 싸이클론 건조부(16)는 용량이 1 내지 300 kg/hr의 범위 이내, 바람직하게는 50 내지 250 kg/hr의 범위 이내의 실리콘 슬러지를 처리할 수 있는 것이 선호되나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제2 싸이클론 건조부(17)는 제1 싸이클론 건조부(16)와 연결되어, 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 2차 분쇄하고 건조하는 역할을 한다. 여기서, 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기는 제3 싸이클론 건조부(18)로 이동된다.
또한, 본 발명의 제2 싸이클론 건조부(17)는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2 싸이클론 건조부(17)는 내부에 실리콘 입자와 충돌하여 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도하는 복수 개의 핀을 포함할 수 있다. 상기 복 수개의 핀은 마모가 됨에 따라 교체 가능하도록 탈부착이 가능한 것일 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 핀은 탈부착이 가능한 복수 개의 고정핀인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명의 제2 싸이클론 건조부(17)는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도할 뿐만 아니라, 제2 싸이클론 건조부(17) 내부에 설치된 복수 개의 핀과 회전기류에 의한 분쇄를 함께 수행하여 보다 효과적으로 실리콘 슬러지 내 실리콘 입자를 파쇄할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 싸이클론 건조부(17)는 용량이 1 내지 300 kg/hr의 범위 이내, 바람직하게는 50 내지 250 kg/hr의 범위 이내의 실리콘 슬러지를 처리할 수 있는 것이 선호되나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제3 싸이클론 건조부(18)는 제2 싸이클론 건조부(17)와 연결되어, 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 3차 분쇄하고 건조하는 역할을 한다. 여기서, 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기는 제4 싸이클론 건조부(19) 또는 싸이클론 분리부(20)로 이동될 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 싸이클론 건조부(18)는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3 싸이클론 건조부(18)는 내부에 실리콘 입자와 충돌하여 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도하는 복수 개의 핀을 포함할 수 있다. 상기 복 수개의 핀은 마모가 됨에 따라 교체 가능하도록 탈부착이 가능한 것일 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 핀은 탈부착이 가능한 복수 개의 고정핀인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명의 제3 싸이클론 건조부(18)는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도할 뿐만 아니라, 제3 싸이클론 건조부(18) 내부에 설치된 복수 개의 핀과 회전기류에 의한 분쇄를 함께 수행하여 보다 효과적으로 실리콘 슬러지 내 실리콘 입자를 파쇄할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 싸이클론 건조부(18)는 용량이 1 내지 300 kg/hr의 범위 이내, 바람직하게는 50 내지 250 kg/hr의 범위 이내의 실리콘 슬러지를 처리할 수 있는 것이 선호되나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치는 제1, 2 및 3 싸이클론 건조부 이외에 제4 싸이클론 건조부(19)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제4 싸이클론 건조부(19)는 제3 싸이클론 건조부(18)와 연결되어, 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 4차 분쇄하고 건조하는 역할을 한다. 여기서, 상기 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기는 싸이클론 분리부(20)로 이동될 수 있다.
또한, 본 발명의 제4 싸이클론 건조부(19)는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제4 싸이클론 건조부(19)는 내부에 실리콘 입자와 충돌하여 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도하는 복수 개의 핀을 포함할 수 있다. 상기 복 수개의 핀은 마모가 됨에 따라 교체 가능하도록 탈부착이 가능한 것일 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 핀은 탈부착이 가능한 복수 개의 고정핀인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명의 제4 싸이클론 건조부(19)는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도할 뿐만 아니라, 제4 싸이클론 건조부(19) 내부에 설치된 복수 개의 핀과 회전기류에 의한 분쇄를 함께 수행하여 보다 효과적으로 실리콘 슬러지 내 실리콘 입자를 파쇄할 수 있다.
또한, 본 발명의 제4 싸이클론 건조부(19)는 용량이 1 내지 300 kg/hr의 범위 이내, 바람직하게는 50 내지 250 kg/hr의 범위 이내의 실리콘 슬러지를 처리할 수 있는 것이 선호되나 이에 한정되는 것은 아니다.한편, 본 발명의 제1, 제2, 제3 및 제4 싸이클론 건조부(16,17,18,19)는 싸이클론 바디가 상부 원통, 하부 원추형으로써 법선방향으로 유입된 공기 유동이 볼텍스 유동을 원활하게 발생시킬 수 있는 구조인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 제1, 제2, 제3 및 제4 싸이클론 건조부(16,17,18,19)의 전단에 설치되는 이송관은 건조 공기와 실리콘 슬러지의 혼합물의 흐름에 기밀을 유지하는 구조인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 제1, 제2, 제3 및 제4 싸이클론 건조부(16,17,18,19)는 공기 유량, 유속 및 온도를 측정할 수 있는 센서 및 부가 장치를 더 포함할 수 있다. 한편, 현장 여건에 따라 본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치는 제1, 제2, 제3 및 제4 싸이클론 건조부(16,17,18,19) 이외에도 추가로 하나 이상의 싸이클론 건조부를 더 설치할 수 있으며, 이에 따라 더 미세하고 순도가 높은 나노 사이즈 크기의 실리콘 파우더를 얻을 수 있다.
본 발명의 싸이클론 분리부(20)는 제3 싸이클론 건조부(18) 또는 제4 싸이클론 건조부(19)와 연결되어, 싸이클론 분리부(20) 내 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기는 싸이클론 분리부(20) 상부로 배출되고, 상기 3차 또는 상기 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지는 싸이클론 분리부(20) 하부로 배출된다.
또한, 본 발명의 싸이클론 분리부(20)는 용량이 50 내지 300 kg/hr의 범위 이내, 바람직하게는 50 내지 250 kg/hr의 범위 이내의 실리콘 슬러지를 처리할 수 있는 것이 선호되나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 싸이클론 분리부(20)는 상기 3차 또는 상기 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 분급하는 분급기를 포함할 수 있다. 상기 분급기는 3차 또는 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지 내 실리콘 입자를 크기별로 분급할 수 있다.
또한, 본 발명의 싸이클론 분리부(20)에서 얻어진 3차 또는 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지 내 실리콘 파우더는 함수율이 0.001 내지 5 %의 범위 이내인 것이 바람직하고, 0.01 내지 1 %의 범위 이내인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 싸이클론 분리부(20)의 하부로 배출된 3차 또는 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지는 제1 배출 컨베이어부(24)로 이동되어 실리콘 입자 크기별로 분급 및 배출될 수 있다.
또한, 본 발명의 싸이클론 분리부(20)의 상부로 배출된 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기는 백필터부(21)로 이동된다.
한편, 본 발명의 싸이클론 분리부(20)는 싸이클론 바디가 상부 원통, 하부 원추형으로써 법선방향으로 유입된 공기 유동이 볼텍스 유동을 원활하게 발생시킬 수 있는 구조인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 싸이클론 분리부(20)는 건조된 실리콘 입자가 기류 원심력에 의해 분리가 용이한 형상비의 치수 및 구조로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 싸이클론 분리부(20)의 전단에 설치되는 이송관은 건조 공기와 실리콘 슬러지의 혼합물의 흐름에 기밀을 유지하는 구조인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 싸이클론 분리부(20)는 공기 유량, 유속 및 온도를 측정할 수 있는 센서 및 부가 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 백필터부(21)는 싸이클론 분리부(20)와 연결되어, 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 역할을 한다.
본 발명의 백필터부(21)는 1 개의 백필터로 구성될 수 있으나, 여분의 실리콘 슬러지를 대량으로 포집하기 위하여 복수 개의 백필터를 병렬로 배치할 수도 있다. 상기 복수 개의 백필터를 병렬로 배치하는 경우 2 내지 5 개의 백필터를 병렬로 배치하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 백필터부(21)는 여분의 실리콘 슬러지를 포집하기 위한 나노필터를 포함할 수 있다. 여기서, 나노필터는 여분의 실리콘 슬러지를 포집할 수 있을뿐만 아니라, 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기의 분진, 먼지 등의 이물질을 여과하여 제거할 수 있다. 또한, 상기 나노필터는 울트라 나노필터인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 필터 성능이 저하되는 경우 쉽게 교체할 수 있다. 또한, 상기 나노필터의 표면은 여과 효율을 높이기 위해 나노 섬유를 코팅하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 백필터부(21)는 상기 여분의 실리콘 슬러지에 관한 수분 감지 및 측정 센서를 포함할 수 있다. 상기 수분 감지 및 측정 센서는 0.01 내지 90 %의 함수율 및 ±1 %의 건조 측정 오차 내에서 측정할 수 있다. 나아가, 상기 수분 감지 및 측정 센서는 1 내지 30 초(sec) 이내 측정이 가능하고, 측정 결과는 제어부(23)로 전송될 수 있다. 즉, 본 발명의 백필터부(21)에 설치된 수분 감지 및 측정 센서에 의해 실시간으로 습도 측정이 가능하며, 이러한 측정 결과는 제어부(23)에 제공됨에 따라 제어부(23)에서 적정 건조 상태를 실시간으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 백필터부(21)는 여과된 분진, 먼지 등의 이물질을 탈리시키기 위한 에어퍼징 시스템을 포함할 수 있다. 상기 에어퍼징 시스템은 에어펄스를 주기적으로 발생시킬 수 있는 구조인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 백필터부(21)는 건조 공기(및/또는 습윤 공기)의 송풍량이 10 내지 200 m3/min의 범위 이내인 것이 바람직하고, 30 내지 80 m3/min의 범위 이내인 것이 더욱 바람직하다. 가령, 본 발명의 백필터부(19)의 건조 공기의 송풍량이 10 m3/min 미만인 경우 실리콘 슬러지의 기류 건조가 충분히 이루어지지 못함에 따라, 함수율이 상대적으로 높은 실리콘 파우더를 얻게되는 문제가 있다. 반대로, 본 발명의 백필터부(21)의 건조 공기의 송풍량이 200 m3/min 초과인 경우 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 과부하를 유발할 수 있으며, 목표로 하는 입자 사이즈 및 함수율을 갖는 실리콘 파우더를 얻기 어렵다는 문제가 존재한다.
또한, 본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)는 나노필터를 포함하는 백필터부(21)를 통해 여분의 실리콘 슬러지까지 포집함에 따라, 단순히 건조 공기 및/또는 습윤 공기 내 분진, 먼지 등의 이물질을 제거하기 위한 용도의 백필터를 갖춘 기류 건조 장치에 비하여 높은 수율의 고순도 나노 실리콘 원료를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 높은 수율 확보를 위한 백필터부(21)를 통하여 여분의 실리콘 슬러지를 추가적으로 포집함으로써, 이차전지 음극활물질로서 활용될 수 있는 우수한 실리콘 원료를 대량으로 얻을 수 있는 효과가 있다. 여기서 확보된 실리콘 파우더의 경우 나노 사이즈 크기의 실리콘 입자가 대부분이며, 함수율이 5 % 이하, 바람직하게는 1 % 이하의 실리콘 원료를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 백필터부(21)에서 포집된 여분의 실리콘 슬러지 내 실리콘 파우더는 함수율이 0.001 내지 5 %의 범위 이내인 것이 바람직하고, 0.01 내지 1 %의 범위 이내인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 백필터부(21)의 하부로 배출된 여분의 실리콘 슬러지는 제2 배출 컨베이어부(25)로 이동되어 실리콘 입자 크기별로 분급 및 배출될 수 있다.
본 발명의 제습부(22)는 백필터부(21)와 연결되어, 백필터부(21)로부터 배출된 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 상기 송풍기에 재공급하는 역할을 한다.
또한, 본 발명의 제습부(22)는 백필터부(21)로부터 배출된 공기를 냉각시켜 수분을 제거하는 증발기; 및 상기 수분이 제거된 공기의 온도를 상승시키는 응축기(압축기)를 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명의 제습부(22)에서 발생하는 물의 배관은 본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)에 별도로 부가될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 본 발명의 제습부(22)는 온도, 습도 등을 측정할 수 있는 센서 및 부가 장치를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 송풍기(11)로부터 유입된 건조 공기의 유속을 증폭하고, 슬러지 중계 호퍼부(12)로부터 배출된 실리콘 슬러지를 분사 이동시키는 에어 헤드(Air head) 및 이송관(15);을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 에어 헤드는 송풍기로부터 유입된 건조 공기의 유속을 증폭시켜 고속 분사하는 역할을 하고, 상기 이송관은 중계 호퍼로부터 배출된 실리콘 슬러지를 건조 공기와 함께 분사 이동시키는 역할을 할 수 있다. 상기 에어 헤드 및 이송관(15)은 송풍기로부터 유입된 건조 공기의 유속을 증폭시키기 위한 기류 가속 장치를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 실리콘 슬러지 기류 건조를 제어하는 제어부(23);를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부(23)는 자동 제어 및 수동 제어 모두 가능할 수 있다. 또한, 상기 제어부(23)는 송풍기(11); 슬러지 중계 호퍼부(12); 제1 싸이클론 건조부(16); 제2 싸이클론 건조부(17); 제3 싸이클론 건조부(18); 제4 싸이클론 건조부(19); 싸이클론 분리부(20); 백필터부(21); 및 제습부(22)의 작동을 제어할 수 있다. 나아가, 상기 제어부(23)는 중계 호퍼 컨베이어부(13); 슬러지 주입 이젝터(14); 에어 헤드(Air head) 및 이송관(15); 제1 배출 컨베이어부(24); 및 제2 배출 컨베이어부(25)의 작동을 제어할 수 있다(도 1 참조).
또한, 본 발명의 제어부(23)는 건조 장치의 운전 상태, 제습부(22)의 온도, 습도, 압력 등의 지시값을 디스플레이 할 수 있으며, 건조 장치의 운전에 관한 모든 제어값의 컨텐츠가 입력되고 필요시 운전 이력이 출력될 수 있도록 프로그램되어 있는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명은 싸이클론 분리부(20)와 연결되어, 상기 3차 또는 상기 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제1 배출 컨베이어부(24); 및 상기 백필터부(21)와 연결되어, 상기 여분의 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제2 배출 컨베이어부25)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 배출 컨베이어부(24,25)는 스크류 형태의 컨베이어 구조를 갖는 것이 바람직하고, 상기 스크류를 구동하기 위한 감속기, 모터 등의 구동장치가 상기 제1 및 제2 배출 컨베이어부(24,25)에 추가로 포함될 수 있다. 나아가, 상기 제1 및 제2 배출 컨베이어부는 실리콘 입자 내 철(Fe) 성분을 제거하기 위한 탈철 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 탈철 장치는 자석봉 또는 자석 그물망을 포함하고, 교체 가능하도록 탈부착 형태인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 배출 컨베이어부(24)로부터 3차 또는 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지 내 실리콘 원료를 수득할 수 있으며, 상기 제2 배출 컨베이어부(25)로부터 여분의 실리콘 슬러지 내 실리콘 원료를 수득할 수 있다. 상기 여분의 실리콘 슬러지 내 실리콘 파우더는 나노 사이즈 크기의 실리콘 입자를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 배출 컨베이어부(24,25)는 용량이 1 내지 300 kg/hr의 범위 이내, 바람직하게는 50 내지 250 kg/hr의 범위 이내의 실리콘 슬러지를 처리할 수 있는 것이 선호되나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명은 상기 제1 배출 컨베이어부(24)와 연결되는 제1 배출 R/V(26)와 상기 제2 배출 컨베이어부(25)와 연결되는 제2 배출 R/V(27)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 배출 R/V(26,27)는 용량이 1 내지 300 kg/hr의 범위 이내, 바람직하게는 50 내지 250 kg/hr의 범위 이내의 실리콘 슬러지를 처리할 수 있는 것이 선호되나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명은 슬러지 중계 호퍼부(12)와 연결되어, 파쇄된 실리콘 슬러지를 슬러지 주입 이젝터(14)로 이송하는 중계 호퍼 컨베이어부(13)를 더 포함할 수 있다. 상기 중계 호퍼 컨베이어부(13)는 파쇄된 실리콘 슬러지를 운반하는 역할을 할 수 있으며, 장치의 구성에 따라 부가되거나 생략될 수 있다. 상기 중계 호퍼 컨베이어부(13)는 용량이 1 내지 300 kg/hr의 범위 이내, 바람직하게는 50 내지 250 kg/hr의 범위 이내의 실리콘 슬러지를 처리할 수 있는 것이 선호되나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명은 송풍기(11)로부터 발생된 건조 공기와 슬러지 중계 호퍼부(12) 또는 중계 호퍼 컨베이어부(13)로부터 이송된 실리콘 슬러지가 주입되는 슬러지 주입 이젝터(14)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 주입된 건조 공기와 실리콘 슬러지는 에어 헤드 및 이송관(15)을 통하여 제1 싸이클론 건조부(16)로 고속 분사될 수 있다. 상기 슬러지 주입 이젝터(14)는 용량이 1 내지 300 kg/hr의 범위 이내, 바람직하게는 50 내지 250 kg/hr의 범위 이내의 실리콘 슬러지를 처리할 수 있는 것이 선호되나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명은 상기 송풍기(11), 상기 슬러지 중계 호퍼부(12), 상기 싸이클론 건조부(16,17,18,19), 상기 싸이클론 분리부(20), 상기 백필터부(21), 상기 제습부(22) 등을 연결하고, 구간에 따라 구경의 크기를 달리 연결할 수 있는 배관을 더 포함할 수 있다. 상기 배관은 본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 각 구성(라인 및 기기 제원)을 연결하기 위한 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 배관은 송풍기(11)에서부터 실리콘 슬러지를 포집하는 백필터부(21)까지, 본 발명의 장치 전반에 걸쳐 구간마다 특수 조건에 따른 배관의 구경 크기를 달리 연결하여 공기의 흐름을 다르게 설계하고, 그에 따른 공기의 확산, 압축 등을 통하여 공기의 풍속을 다양하게 설정할 수 있다.
본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)는 현장 여건에 따라 상술한 본 발명의 구성(라인 및 기기 제원)이 변경될 수 있으며, 상술한 본 발명의 구성의 여건에 따라 근방에 질소 공급용 포트, 차압계, 센서, 밸브, 버튼 등이 부가될 수 있다.
<실리콘 나노 분말 제조 방법>
한편, 본 명세서는 건조 공기를 공급하고, 실리콘 슬러지를 파쇄하여 배출하는 단계; 상기 배출된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 배출된 실리콘 슬러지를 1차 분쇄하고 건조하는 단계; 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 2차 분쇄하고 건조하는 단계; 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 3차 분쇄하고 건조하는 단계; 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기와 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 각각 배출하는 단계; 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계; 및 상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 재공급하는 단계;를 포함하는, 실리콘 나노 분말 제조 방법을 추가로 개시한다.
본 발명의 실리콘 나노 분말 제조 방법은 본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치(1)에 의하여 특정되는 것인 만큼, 장치의 각 구성, 작동 방식 등에 관한 사항은 중복되는 범위 내에서 상술한 <실리콘 슬러지 기류 건조 장치>를 준용한다.
본 발명의 실리콘 나노 분말 제조 방법은 상기 3차 분쇄하고 건조하는 단계 이후에, 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 4차 분쇄하고 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이후 순차적으로, 본 발명은 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기와 상기 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 각각 배출하는 단계; 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계; 및 상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 재공급하는 단계;를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 1차, 2차 및 3차 분쇄하고 건조하는 단계는 실리콘 슬러지 내 실리콘 입자를 복수 개의 핀에 충돌시켜 상기 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에서 상기 4차 분쇄하고 건조하는 단계는 실리콘 슬러지 내 실리콘 입자를 복수 개의 핀에 충돌시켜 상기 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도할 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 핀은 본 발명의 제1, 제2, 제3 및 제4 싸이클론 건조부(16,17,18,19) 내부에 설치된 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 나노 분말 제조 방법은 상기 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계와 동시 또는 순차적으로, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기의 분진 및 먼지를 여과하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계는 본 발명의 백필터부(21)에 포함되는 나노필터에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 나노필터는 여분의 실리콘 슬러지를 포집할 수 있을뿐만 아니라, 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기의 분진, 먼지 등의 이물질을 여과하여 제거할 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기의 분진 및 먼지를 여과하는 단계 이후 여과된 분진, 먼지 등의 이물질을 탈리시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실리콘 나노 분말 제조 방법은 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기와 상기 3차 또는 상기 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 각각 배출하는 단계 이후에, 상기 3차 또는 상기 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제1 배출 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 배출 단계에서 분급 및 배출된 3차 또는 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 통해 목표로 하는 고순도의 실리콘 원료를 수득할 수 있다.
본 발명의 실리콘 나노 분말 제조 방법은 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계 이후에, 상기 여분의 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제2 배출 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 배출 단계에서 분급 및 배출된 여분의 실리콘 슬러지를 통해 목표로 하는 고순도의 실리콘 원료를 수득할 수 있으며, 상기 여분의 실리콘 슬러지 내 실리콘 파우더는 나노 사이즈 크기의 실리콘 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 실리콘 나노 분말 제조 방법에서 상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 재공급하는 단계는, 상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기를 냉각시켜 수분을 제거하는 증발 단계; 및 상기 수분이 제거된 공기의 온도를 상승시키는 압축 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기를 냉각시켜 수분을 제거하는 증발 단계는 본 발명의 제습부(22)에 포함된 증발기에서 수행될 수 있으며, 상기 수분이 제거된 공기의 온도를 상승시키는 압축 단계는 본 발명의 제습부(22)에 포함된 응축기에서 수행될 수 있다.
나아가, 상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기를 냉각시켜 수분을 제거하는 증발 단계; 및 상기 수분이 제거된 공기의 온도를 상승시키는 압축 단계;를 통해 발생된 물은 별도의 배관을 통하여 배출될 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 배출된 실리콘 슬러지 및 상기 포집된 여분의 실리콘 슬러지의 실리콘 입자 내 철(Fe) 성분을 제거하는 탈철 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실리콘 나노 분말 제조 방법에 따라 제조된 실리콘 나노 분말은 철(Fe) 성분의 함량이 총 실리콘 나노 분말 중량 대비 0.1 중량% 미만인 것이 바람직하고, 0.01 중량%인 미만인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
중복되는 내용은 본 명세서의 복잡성을 고려하여 생략하며, 본 명세서에서 달리 정의되지 않은 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는 것이다.
이하, 첨부한 도면 및 실시예들을 참조하여 본 명세서가 청구하는 바에 대하여 더욱 자세히 설명한다. 다만, 본 명세서에서 제시하고 있는 도면 내지 실시예 등은 통상의 기술자에게 의하여 다양한 방식으로 변형되어 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 명세서의 기재사항은 본 발명을 특정 개시 형태에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하고 있는 것으로 보아야 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명을 통상의 기술자로 하여금 더욱 정확하게 이해할 수 있도록 돕기 위하여 제시되는 것으로서 실제보다 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
{실시예 및 평가}
실험예. 본 발명에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치
상술한 바와 같은 본 발명의 구성 및 조건에 의하여, 본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 운전하여 최종적으로 수득한 실리콘 파우더(실리콘 나노 분말)를 아래와 같이 5개의 항목으로 분석을 실시하였다.
평가 1. 수분 측정 결과
본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 통하여 수득한 실리콘 파우더에 대하여 주식회사 뉴테크가 보유하고 있는 수분 측정기로 수분을 측정하였다.
측정 결과, 실리콘 파우더의 함수율이 0 ~ 3 %의 범위 내인 것을 확인하였다.
평가 2. 성분 분석 결과
본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 통하여 수득한 실리콘 파우더에 대하여 전문 분석기관의 ICP-MS, OES 장비로 성분을 측정하여, 아래 표 1에 나타내었다.
| Mg | Al | Ca | Cr | Fe | Ni | Cu | Zn | Co | Zr | |
| ppm | 25.37 | 247.75 | 87.00 | 20.00 | 56.90 | 110.14 | <0.0005 | 7.00 | <0.0005 | 11.16 |
실리콘 파우더는 음극활물질의 원료로 사용되기 위하여 Fe 기준 100 ppm 미만의 Si 파우더 관리가 필요하며, 본 발명에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 통하여 수득한 실리콘 파우더의 경우 56.90 ppm의 Fe가 함유되어 있는 것으로 보아 음극활물질의 원료로 사용되기 적합한 것을 확인할 수 있다.
평가 3. 산화도 분석 결과
본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 통하여 수득한 실리콘 파우더에 대하여 전문 분석기관의 N/O analyzer 장비로 산화도를 측정하여, 아래 표 2에 나타내었다.
| 시료명 | 시험분석항목 | 시험분석결과 | 시험분석방법 | 비고 |
| Si | O (%) | 4.92 | 기기분석 | - |
실리콘 파우더는 음극활물질의 원료로 사용되기 위하여 1 ~ 5 % 의 산화도가 요구되는데, 본 발명에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 통하여 수득한 실리콘 파우더의 경우 산화도가 4.92 %인 것으로 보아 음극활물질의 원료로 사용되기 적합한 것을 확인할 수 있다.
평가 4. 입자 형상 분석 결과
본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 통하여 수득한 실리콘 파우더에 대하여 전문 분석기관의 SEM 장비로 입자 형상을 촬영하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치에서 건조된 실리콘 입자의 형상 분석 이미지를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, SEM 이미지에서 나타난 바와 같이 실리콘 입자가 판상형의 입자를 갖는 것을 확인할 수 있다.
평가 5. 입도 사이즈(size) 분석 결과
본 발명의 실리콘 슬러지 기류 건조 장치를 통하여 수득한 실리콘 파우더에 대하여 전문 분석기관의 PSA, TEM 장비로 입자 사이즈를 측정하였다. 실리콘 입자 간 뭉침을 최소화하기 위하여 입도 분석시(PSA, TEM) 시료를 초음파 처리 후 즉시 분석을 실시하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 싸이클론 분리부에서 배출된 실리콘 파우더의 입도 크기 분석 및 이미지를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 싸이클론 분리부에서 배출된 실리콘 파우더의 경우 실리콘 입자의 직경이 104, 116, 252, 280, 340, 421, 985, 1326 nm 등의 다양한 크기의 입자가 존재하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 실리콘 입자 사이즈가 0.02 ~ 100.0 ㎛의 범위 내 직경을 갖고, 특히 0.08 ~ 8.0 ㎛의 범위 내 직경을 갖는 것이 특히 많이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 싸이클론 분리부에서 배출된 실리콘 파우더의 경우 실리콘 입자의 평균 직경이 약 2.5 ㎛이었다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치의 백필터부에서 포집된 여분의 실리콘 파우더의 입도 크기 분석 및 이미지를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 백필터부에서 포집된 실리콘 파우더의 경우 실리콘 입자의 직경이 10.2, 109, 122, 136, 174, 196, 213, 223, 224 nm 등의 다양한 크기의 입자가 존재하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 실리콘 입자 사이즈가 0.02 ~ 10.0 ㎛의 범위 내 직경을 갖고, 특히 0.08 ~ 6.0 ㎛의 범위 내 직경을 갖는 것이 특히 많이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 싸이클론 분리부에서 배출된 실리콘 파우더의 경우 실리콘 입자의 평균 직경이 약 0.18 ㎛이었다.
본 발명에 따른 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법은 공기의 기류를 가열, 가속하여 분쇄, 건조 등의 공정을 거침에 따라 실리콘 슬러지의 수분을 효과적으로 제거하고 실리콘 슬러지 내 입자를 해쇄할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 백필터부, 제습부 등을 통하여 가열 공기의 재순환 및 재사용이 가능하므로, 에너지를 절감할 수 있고 지속적으로 기류 건조가 가능한 효과가 있다.
나아가, 본 발명에 의하면, 높은 수율 확보를 위하여 백필터부를 통하여 여분의 실리콘 슬러지를 추가적으로 포집함으로써, 이차전지 음극활물질로서 활용될 수 있는 나노 단위의 우수한 실리콘 원료를 대량으로 얻을 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 실리콘 슬러지 기류 건조 장치
11: 송풍기
12: 슬러지 중계 호퍼부
13: 중계 호퍼 컨베이어부
14: 슬러지 주입 이젝터
15: 에어 헤드 및 이송관
16: 제1 싸이클론 건조부
17: 제2 싸이클론 건조부
18: 제3 싸이클론 건조부
19: 제4 싸이클론 건조부
20: 싸이클론 분리부
21: 백필터부
22: 제습부
23: 제어부
24: 제1 배출 컨베이어부
25: 제2 배출 컨베이어부
26: 제1 배출 R/V
27: 제2 배출 R/V
11: 송풍기
12: 슬러지 중계 호퍼부
13: 중계 호퍼 컨베이어부
14: 슬러지 주입 이젝터
15: 에어 헤드 및 이송관
16: 제1 싸이클론 건조부
17: 제2 싸이클론 건조부
18: 제3 싸이클론 건조부
19: 제4 싸이클론 건조부
20: 싸이클론 분리부
21: 백필터부
22: 제습부
23: 제어부
24: 제1 배출 컨베이어부
25: 제2 배출 컨베이어부
26: 제1 배출 R/V
27: 제2 배출 R/V
Claims (30)
- 건조 공기를 공급하는 송풍기;
공급된 실리콘 슬러지를 파쇄하여 배출하는 슬러지 중계 호퍼부;
상기 송풍기 및 상기 슬러지 중계 호퍼부와 각각 연결되어, 상기 배출된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 배출된 실리콘 슬러지를 1차 분쇄하고 건조하는 제1 싸이클론 건조부;
상기 제1 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 2차 분쇄하고 건조하는 제2 싸이클론 건조부;
상기 제2 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 3차 분쇄하고 건조하는 제3 싸이클론 건조부;
상기 제3 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기는 상부로 배출하고 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지는 하부로 배출하는 싸이클론 분리부;
상기 싸이클론 분리부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 백필터부; 및
상기 백필터부와 연결되어, 상기 백필터부로부터 배출된 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 상기 송풍기에 재공급하는 제습부;를 포함하고,
상기 제1, 제2 및 제3 싸이클론 건조부는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도하고,
상기 제1, 제2 및 제3 싸이클론 건조부는 내부에 상기 실리콘 입자와 충돌하여 상기 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도하는 복수 개의 핀을 포함하며,
상기 여분의 실리콘 슬러지의 포집은 상기 백필터부에 포함되는 나노필터에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 건조 공기를 공급하는 송풍기;
공급된 실리콘 슬러지를 파쇄하여 배출하는 슬러지 중계 호퍼부;
상기 송풍기 및 상기 슬러지 중계 호퍼부와 각각 연결되어, 상기 배출된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 배출된 실리콘 슬러지를 1차 분쇄하고 건조하는 제1 싸이클론 건조부;
상기 제1 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 2차 분쇄하고 건조하는 제2 싸이클론 건조부;
상기 제2 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 3차 분쇄하고 건조하는 제3 싸이클론 건조부;
상기 제3 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 4차 분쇄하고 건조하는 제4 싸이클론 건조부;
상기 제4 싸이클론 건조부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기는 상부로 배출하고 상기 4차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지는 하부로 배출하는 싸이클론 분리부;
상기 싸이클론 분리부와 연결되어, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 백필터부; 및
상기 백필터부와 연결되어, 상기 백필터부로부터 배출된 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 상기 송풍기에 재공급하는 제습부;를 포함하고,
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 싸이클론 건조부는 기류 원심력에 의하여 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도하고,
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 싸이클론 건조부는 내부에 상기 실리콘 입자와 충돌하여 상기 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도하는 복수 개의 핀을 포함하며,
상기 여분의 실리콘 슬러지의 포집은 상기 백필터부에 포함되는 나노필터에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 송풍기 내 상기 건조 공기의 생성 유량은 10 내지 200 m3/min의 범위 이내인 것을 특징으로 하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 송풍기 내 상기 건조 공기의 생성 온도는 50 내지 180 ℃의 범위 이내인 것을 특징으로 하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수 개의 핀은 마모가 됨에 따라 교체 가능하도록 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 싸이클론 분리부는 상기 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 분급하는 분급기를 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 나노필터는 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기의 분진 및 먼지를 여과하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 백필터부는 상기 여분의 실리콘 슬러지에 관한 수분 감지 및 측정 센서를 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 수분 감지 및 측정 센서는 0.01 내지 90 %의 함수율 및 ±1 %의 건조 측정 오차 내에서 측정하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 수분 감지 및 측정 센서는 1 내지 30 초(sec) 이내 측정이 가능하고, 측정 결과는 제어부로 전송되는 것을 특징으로 하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 송풍기로부터 유입된 상기 건조 공기의 유속을 증폭하고, 상기 슬러지 중계 호퍼부로부터 배출된 실리콘 슬러지를 분사 이동시키는 에어 헤드(Air head) 및 이송관;을 더 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
실리콘 슬러지 기류 건조를 제어하는 제어부;를 더 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 싸이클론 분리부와 연결되어, 상기 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제1 배출 컨베이어부; 및
상기 백필터부와 연결되어, 상기 여분의 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제2 배출 컨베이어부를 더 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제18항에 있어서,
상기 제1 및 제2 배출 컨베이어부는 실리콘 입자 내 철(Fe) 성분을 제거하기 위한 탈철 장치를 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제19항에 있어서,
상기 탈철 장치는 자석봉 또는 자석 그물망을 포함하고, 교체 가능하도록 탈부착 형태인 것을 특징으로 하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 송풍기, 상기 슬러지 중계 호퍼부, 상기 싸이클론 건조부, 상기 싸이클론 분리부, 상기 백필터부 및 상기 제습부를 연결하고, 구간에 따라 구경의 크기를 달리 연결할 수 있는 배관을 더 포함하는, 실리콘 슬러지 기류 건조 장치.
- 건조 공기를 공급하고, 실리콘 슬러지를 파쇄하여 배출하는 단계;
상기 배출된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 배출된 실리콘 슬러지를 1차 분쇄하고 건조하는 단계;
상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 1차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 2차 분쇄하고 건조하는 단계;
상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 2차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 3차 분쇄하고 건조하는 단계;
상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기와 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 각각 배출하는 단계;
상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계; 및
상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 재공급하는 단계;를 포함하고,
상기 1차, 2차 및 3차 분쇄하고 건조하는 단계는 기류 원심력에 의하여 실리콘 슬러지 내 실리콘 입자 사이의 충돌에 의한 분쇄를 유도하고,
상기 1차, 2차 및 3차 분쇄하고 건조하는 단계는 상기 실리콘 슬러지 내 상기 실리콘 입자를 복수 개의 핀에 충돌시켜 상기 실리콘 입자의 분쇄를 추가적으로 유도하며,
상기 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계는 백필터부에 포함되는 나노필터에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 실리콘 나노 분말 제조 방법.
- 제22항에 있어서,
상기 3차 분쇄하고 건조하는 단계 이후에, 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지와 상기 건조 공기를 선회 유동시켜 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 4차 분쇄하고 건조하는 단계;를 더 포함하는, 실리콘 나노 분말 제조 방법.
- 삭제
- 제22항에 있어서,
상기 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계와 동시 또는 순차적으로, 상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기의 분진 및 먼지를 여과하는 단계;를 더 포함하는, 실리콘 나노 분말 제조 방법.
- 제22항에 있어서,
상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기와 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 각각 배출하는 단계 이후에, 상기 3차 분쇄되고 건조된 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제1 배출 단계;를 더 포함하는, 실리콘 나노 분말 제조 방법.
- 제22항에 있어서,
상기 건조 공기 및 상기 건조 공기로부터 변환된 습윤 공기를 여과하여 여분의 실리콘 슬러지를 포집하는 단계 이후에, 상기 여분의 실리콘 슬러지를 분급 및 배출하는 제2 배출 단계;를 더 포함하는, 실리콘 나노 분말 제조 방법.
- 제22항에 있어서,
상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기의 습도를 낮추고 온도를 상승시켜 재공급하는 단계는,
상기 여과된 건조 공기 및 습윤 공기를 냉각시켜 수분을 제거하는 증발 단계; 및
상기 수분이 제거된 공기의 온도를 상승시키는 압축 단계;를 포함하는, 실리콘 나노 분말 제조 방법.
- 제22항에 있어서,
상기 배출된 실리콘 슬러지 및 상기 포집된 여분의 실리콘 슬러지의 실리콘 입자 내 철(Fe) 성분을 제거하는 탈철 단계;를 더 포함하는, 실리콘 나노 분말 제조 방법.
- 제22항에 있어서,
제조된 실리콘 나노 분말 내 철(Fe) 성분의 함량이 0.1 중량% 미만인 것을 특징으로 하는, 실리콘 나노 분말 제조 방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020230019495A KR102628754B1 (ko) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020230019495A KR102628754B1 (ko) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법 |
Publications (1)
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| KR102628754B1 true KR102628754B1 (ko) | 2024-01-24 |
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|---|---|---|---|
| KR1020230019495A KR102628754B1 (ko) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | 실리콘 슬러지 기류 건조 장치 및 이를 이용한 실리콘 나노 분말 제조 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR102628754B1 (ko) |
Citations (4)
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| KR102442017B1 (ko) * | 2022-02-18 | 2022-09-08 | (주)엠지에너지 | 실리콘 가공 공정에서 발생하는 폐슬러지로부터 실리콘을 회수하는 방법 |
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2023
- 2023-02-14 KR KR1020230019495A patent/KR102628754B1/ko active IP Right Review Request
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| J204 | Request for invalidation trial [patent] | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2024100000534; TRIAL DECISION FOR INVALIDATION REQUESTED 20240222 Effective date: 20240712 |