KR102655724B1 - 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비에 관한 것으로, 태양광 폐모듈로부터 실리콘(Si)과 유가 금속을 회수하기 위해 본 발명에서 제안하는 태양광 폐모듈 습식 처리 공정은, 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)의 혼합물을 여과하여 실리콘(Si)을 회수하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 분리된 1차 여액에 염산을 투입하고 여과하여 염화은(AgCl)과 2차 여액을 분리하고, 상기 염화은(AgCl)에 히드라진(N2H4)을 혼합하여 은을 회수하는 제2 단계; 및 상기 2차 여액에 수산화 나트륨(NaOH)을 투입하고 여과하여 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)을 생성하고, 상기 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)에 히드라진(N2H4)을 혼합하여 구리와 납을 회수하는 제3 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 폐모듈로부터 실리콘(Si)과 유가 금속을 회수하는 것에 관한 것이다.
태양광 발전 산업은 화석 연료를 사용하지 않는 친환경 발전 산업으로 2000년도 초반부터 현재까지 꾸준하게 성장하고 있다. 태양광 발전 산업이 성장하면서 전국에 설치되는 태양광 패널이 지속적으로 늘고 있으며, 이에 따른 노후화된 태양광 패널의 처리 문제가 대두되고 있다. 태양광 패널은 대략 15년에서 25년 정도의 수명을 갖지만, 최근에는 태양광 패널의 성능이 향상되면서 발전효율이 낮은 태양광 패널이 조기에 도태되어 폐기되는 태양광 모듈의 양이 급격하게 늘어나고 있는 실정이다.
앞으로도 폐기되는 태양광 모듈의 양은 점차 늘어날 전망이어서, 태양광 폐모듈로 인한 환경훼손 우려가 제기되고 있는 상황이다.
태양광 폐패널에서 유가금속을 회수하는 종래의 공정 중 하나는, 전기화학적 원리를 이용한 전해채취 공정을 이용한다. 상기 전해채취 공정을 실시하기 위해서는 전해 셀(Electrolytic Cell), 전해액(Electrolyte), 전극(Electrodes)이 갖춰져야 하고, 전해액의 pH가 조절돼야 한다는 번거로움이 있으며, 또한 상기 전해채취 공정의 설비의 전기 소비량은 클 수 있기 때문에 전기 비용이 상승할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 전해채취 공정은 유가금속 회수를 위해 최종적으로 700~900℃가량의 고온에서 소성하는 후처리 단계를 필요로 할 수 있기 때문에 고온 설비가 필요하다는 번거로움이 있었다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해, 태양광 폐모듈을 재활용하여 실리콘(Si) 그리고, 구리(Cu), 납(Pb)과 같은 유가금속을 회수하기 위한 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비를 제시하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해, 복잡한 전기화학적 공정을 필요로 하지 않으며, 화학적 침전반응과 물리적 여과방법의 복합적 처리를 통해 고순도의 실리콘(Si)을 회수할 수 있는 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비를 제안하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 침출 교반액 또는 여액에 포함되어 있는 입자의 크기에 따라 적절한 여과 메커니즘을 적용하여 여러 종류의 유가금속을 순차적으로 회수할 수 있는 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 다단계에 걸쳐 실리콘(Si) 및 유가금속을 회수하여 최종적으로 폐기되는 태양광 모듈의 양을 감소시킴으로써 환경오염을 줄일 수 있는 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비를 제시하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 침출조에서 용액과 여과액의 혼합물을 교반 시 상부와 하부 간 층 분리 발생에 의해 충분한 혼합이 이루어지지 못하는 문제를 해결할 수 있는 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비를 제안하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 침줄조에서 용액과 여과액의 혼합물을 교반 시 상기 혼합물의 일부가 침출조 내부 벽면에 부착되어 충분한 혼합이 이루어지지 못하는 문제를 해결할 수 있는 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비를 제안하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 침출조에서 용액 및 여과액의 배출 시, 상기 혼합물의 응집으로 인해 이송관 입구가 막히게 되는 문제를 해결할 수 있는 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비를 제안하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 전 공정이 상온(room temperature)에서 진행되어 고온이나 저온을 위한 설비를 추가로 필요로 하지 않는 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비를 제시하기 위한 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에서 제안하는 태양광 폐모듈 습식 처리 공정은, 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)의 혼합물을 여과하여 실리콘(Si)을 회수하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 분리된 1차 여액에 염산을 투입하고 여과하여 염화은(AgCl)과 2차 여액을 분리하고, 상기 염화은(AgCl)에 히드라진(N2H4)을 혼합하여 은(Ag)을 회수하는 제2 단계; 및 상기 2차 여액에 수산화 나트륨(NaOH)을 투입하고 여과하여 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)을 생성하고, 상기 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)에 히드라진(N2H4)을 혼합하여 구리(Cu)와 납(Pb)을 회수하는 제3 단계를 포함한다.
상기 제1 단계는, 1차 침출조에 상기 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)을 투입하여 제1 혼합물을 생성하는 단계; 상기 제1 혼합물을 상기 1차 침출조에서 교반하여 제1 침출 교반액을 생성하는 단계; 상기 제1 침출 교반액을 필터 프레스로 여과하여 1차 여액을 분리하고 실리콘(Si)을 회수하는 단계; 및 회수한 상기 실리콘(Si)을 수세한 후 건조시켜 실리콘(Si) 분말을 획득하는 단계를 포함한다.
상기 제2 단계는, 염산과 상기 제1 단계에서 생성된 상기 1차 여액을 2차 침출조에 투입하여 제2 혼합물을 생성하는 단계; 상기 제2 혼합물을 상기 2차 침출조에서 교반 하여 제2 침출 교반액을 생성하는 단계; 상기 제2 침출 교반액을 제1 백 필터(bag filter)로 여과하여 2차 여액을 분리하고 염화은(AgCl)을 회수하는 단계; 및 상기 염화은(AgCl)에 히드라진(N2H4)를 투입하여 반응시키고, 반응으로 생성된 은(Ag)을 수세한 후 건조시키는 단계를 포함한다.
상기 제3 단계는, 수산화나트륨(NaOH)과 상기 제2 단계에서 생성된 상기 2차 여액을 3차 침출조에 투입하여 제3 혼합물을 생성하는 단계; 상기 제3 혼합물을 상기 3차 침출조에서 교반하여 제3 침출 교반액을 생성하는 단계; 상기 제3 침출 교반액을 제2 백 필터(bag filter)로 여과시켜 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)을 회수하는 단계; 및 상기 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)에 히드라진(N2H4)을 투입하여 반응시키고, 반응으로 생성된 구리(Cu)와 납(Pb)을 수세한 후 건조시키는 단계를 포함한다.
상기 제2 단계와 상기 제3 단계에서 상기 히드라진(N2H4)을 투입한 후 이루어지는 혼합 반응 시간과 교반 속도보다, 상기 제1 단계에서 상기 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)의 혼합, 상기 제2 단계에서 상기 1차 여액과 상기 염산(HCl)의 혼합, 그리고 상기 제3 단계에서 상기 2차 여액과 상기 수산화 나트륨(NaOH)의 혼합의 반응 시간이 더 길고 교반 속도가 더 빠르다.
상기 1차 여액은 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 2차 여액은 구리(Cu), 납(Pb), 알루미늄(Al)을 포함한다.
또한, 본 발명에서 제안하는 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는, 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)을 공급받는 1차 침출조; 상기 1차 침출조에서 생성되는 제1 침출 교반액을 여과하여 1차 여액과 실리콘(Si)을 분리하는 필터 프레스; 상기 1차 여액과 염산(HCl)을 공급받는 2차 침출조; 상기 2차 침출조에서 생성되는 제2 침출 교반액을 여과하여 2차 여액과 염화은(AgCl)을 분리하는 제1 백 필터(bag filter); 상기 2차 여액과 수산화나트륨(NaOH)을 공급받는 3차 침출조; 상기 3차 침출조에서 생성되는 제3 침출 교반액을 여과하여 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)을 회수하는 제2 백 필터(bag filter); 및 상기 제1 백 필터(bag filter)에서 분리된 염화은(AgCl), 또는 상기 제2 백 필터(bag filter)에서 분리된 상기 수산화구리(Cu(OH)2) 및 수산화납(Pb(OH)2)에 히드라진(N2H4)을 투입하는 히드라진(N2H4) 공급부를 포함한다.
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 내부에는 반응물의 혼합을 위한 상부 프로펠러와 하부 프로펠러가 설치되고,
상기 상부 프로펠러와 상기 하부 프로펠러는 회전축에 높이차를 두고 설치된다.
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 바닥면은 일 측을 향해 경사지게 형성된다.
상기 바닥면의 최저점은 상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 측면과 만나도록 형성된다.
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나는 내부에 벽면을 수세하는 스프링클러를 구비한다.
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나는 상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 또는 상기 3차 침출조의 출구를 향해 에어(air)를 공급하는 에어 파이프를 구비한다.
상기 필터 프레스에 구비되는 여과포의 여과 구멍의 크기는 10㎛ 이하이고, 상기 제1 백 필터(bag filter)와 상기 제2 백 필터(bag filter)에 형성되는 여과 구멍의 크기는 0.2㎛ 이하다.
본 발명에 의한 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는, 태양광 폐모듈을 재활용할 수 있게 하므로, 본 발명에 의하면 태양광 패널 폐기물을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 질산을 이용하는 화학적 방법, 필터 프레스를 이용하는 물리적 방법을 복합적으로 적용하여 실리콘(Si)을 회수하므로, 회수되는 실리콘(Si)의 순도를 종래보다 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 전해채취 공정보다 대용량의 설비가 가능하기 때문에 한 번에 더욱 많은 양의 태양광 폐모듈을 처리할 수 있다.
또한, 본 발명은 침출 교반액 또는 여액에 포함되어 있는 입자의 크기에 따라 적절한 여과 메커니즘을 적용하여 여러 종류의 유가금속을 순차적으로 회수할 수 있다.
또한, 본 발명은 다단계에 걸쳐 실리콘(Si) 및 유가금속(은, 구리, 납 등)을 회수하여 최종적으로 폐기되는 태양광 모듈의 양을 감소시켜 환경오염을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 침출조에서 용액 및 여과액의 교반 시, 상부와 하부 간 층 분리 발생에 의해 충분한 혼합이 이루어지지 못하는 문제를 상부 프로펠러와 하부 프로펠러를 이용하여 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 침출조에서 용액 및 여과액의 교반 시, 용액 및 여과액의 혼합물의 일부가 침출조 내부 벽면에 부착되어 충분한 혼합이 이루어지지 못하는 문제를 침출조 내부의 스프링클러로 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 침출조에서 용액 및 여과액의 혼합물 배출 시, 용액 및 여과액의 혼합물이 응집되어 이송관 입구가 막히게 되는 문제를 에어 파이프에서 분사되는 에어(air)로 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 포함되는 전 공정이 상온(room temperature)에서 진행되므로, 본 발명은 고온이나 저온을 위한 설비를 추가적으로 필요하지 않으며, 이로 인해 종래의 폐모듈 처리 공정보다 경제적이다.
또한, 본 발명은 반응이 완료된 실리콘(Si)을 약 95% 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 폐모듈 습식 처리 공정을 예시한 흐름도다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비를 세부적으로 예시한 전체 공정 흐름도다.
도 3은 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비의 전체적인 흐름도다.
도 4는 태양광 폐모듈 습식 처리 설비의 공정배관계장도(P&ID,Piping&Instrument Diagram)다.
도 5는 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비의 배치도다.
도 6은 종래의 침출조의 단면도다.
도 7은 본 발명에서 개시한 침출조의 단면도다.
도 8은 본 발명에서 사용될 수 있는 필터 프레스의 예시를 보인 실사다.
도 9는 본 발명에서 사용한 백 필터(bag filter)의 실사다.
도 10은 본 발명의 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 레시피(recipe)의 예시다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비를 세부적으로 예시한 전체 공정 흐름도다.
도 3은 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비의 전체적인 흐름도다.
도 4는 태양광 폐모듈 습식 처리 설비의 공정배관계장도(P&ID,Piping&Instrument Diagram)다.
도 5는 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비의 배치도다.
도 6은 종래의 침출조의 단면도다.
도 7은 본 발명에서 개시한 침출조의 단면도다.
도 8은 본 발명에서 사용될 수 있는 필터 프레스의 예시를 보인 실사다.
도 9는 본 발명에서 사용한 백 필터(bag filter)의 실사다.
도 10은 본 발명의 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 레시피(recipe)의 예시다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비에 관하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 태양광 폐모듈 습식 처리 공정에 대하여 상세히 설명한다.
(1) 제1 단계: 실리콘(Si) 회수
질산(HNO3)과 태양광 폐패널의 파쇄 후 회수물은 1차 침출조(110)에 투입되어 제1 혼합물을 형성한다. 그리고 1차 침출조(110) 내부에서 제1 혼합물이 교반된다.
질산은 물에 혼합된 상태에서 질산 탱크로부터 1차 침출조(110)로 공급되며, 질산 탱크로부터 공급되는 질산의 농도는 70% 이상으로 고농도일 수 있다.
제1 혼합물은 1차 침출조(110)에서 교반되어 제1 침출 교반액이 되고, 제1 침출 교반액은 다시 필터 프레스(112)로 공급된다. 여기서 필터 프레스(112)란 가압 방식의 여과장치로, 복수의 여과판의 사이에 제1 침출 교반액을 투입하고 압착하여 고액 분리 혹은 입자가 큰 물질과 입자가 작은 물질을 분리하는 장치를 가리킨다.
제1 침출 교반액은 필터 프레스(112)에서 여과되어 1차 여액과 실리콘(Si)으로 분리된다. 제1 단계에서 실리콘은 분말 상태로 얻어질 수 있다.
이때 1차 여액은 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 알루미늄(Al)을 포함한다. 1차 여액은 이어지는 제2 단계에서 추가로 처리된다.
(2) 제2 단계: 은(Ag) 회수
염산과 제1 단계에서 생성된 1차 여액은 2차 침출조(120)에 투입되어 제2 혼합물을 형성한다. 그리고 2차 침출조(120) 내부에서 제2 혼합물이 교반된다.
제2 혼합물은 2차 침출조(120)에서 교반되어 제2 침출 교반액이 되고, 제2 침출 교반액은 제1 백 필터(122)(bag filter)로 여과되어 2차 여액을 생성하고, 염화은(AgCl)이 2차 여액으로부터 분리 및 회수된다.
백 필터란 섬유 혹은 천으로 이루어진 주머니 형태의 필터를 가리킨다. 백 필터는 필터 프레스(112)보다 더 작은 기공 사이즈를 갖는다. 제1 단계와 달리 제2 단계에서 필터 프레스(112)가 아닌 백 필터를 사용하는 이유는 1차 여액에 포함되어 있는 입자의 크기가 제1 침출 교반액에 포함되어 있는 입자의 크기보다 작기 때문이다.
회수된 염화은(AgCl)은 히드라진(N2H4)으로 환원된다. 상기 환원 반응으로 생성된 은(Ag)은 여과된다. 상기 여과된 은(Ag)은 수세된 후 건조되어 회수되며, 수세에는 증류수가 이용될 수 있다.
2차 여액은 구리(Cu), 납(Pb), 알루미늄(Al)을 포함한다. 2차 여액은 이어지는 제3 단계에서 추가로 처리된다.
(3) 제3 단계: 구리(Cu) 및 납(Pb) 회수
수산화나트륨(NaOH)과 제2 단계에서 생성된 2차 여액은 3차 침출조(130)에 투입되어 제3 혼합물을 형성한다. 그리고 3차 침출조(130) 내부에서 제3 혼합물이 교반된다.
제3 혼합물은 3차 침출조(130)에서 교반되어 제3 침출 교반액이 되고, 제3 침출 교반액은 제2 백 필터(132)(bag filter)로 여과된다. 제2 백 필터(132)를 이용한 여과를 통해 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)이 분리 및 회수되고, 잔여물은 폐수로 처리된다.
회수된 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)은 히드라진(N2H4)을 이용하여 환원된다. 회수된 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)에 히드라진(N2H4)을 투입 후 교반하면 환원 반응이 일어난다. 환원 반응으로 생성된 구리(Cu)와 납(Pb)은 여과된다. 이어서 여과된 구리(Cu)와 납(Pb)은 수세된 후 건조되어 회수되며, 수세에는 증류수가 이용될 수 있다.
그리고 위 제1, 제2, 제3 단계 및 수세 공정에서 발생한 폐액은 폐액 탱크로 이송되어 후처리 된다.
이상에서 설명된 제1, 제2, 제3 단계에 의하면, 태양광 폐모듈로부터 실리콘, 은, 구리, 납이 순차적으로 회수될 수 있다.
다음으로는 도 3, 도 4, 및 도 5를 참조하여 습식 공정에서 사용되는 설비에 대하여 상세히 설명한다.
태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 위 습식 공정에서 설명된 제1, 제2, 제3 단계로 이루어지는 일련의 과정을 실시하기 위한 요소들을 포함한다.
먼저, 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 제1 단계의 실시를 위해 질산 탱크, 1차 침출조(110), 그리고 필터 프레스(112)를 포함한다.
질산 탱크는 물과 혼합된 질산을 저장하도록 형성된다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 질산 탱크에 저장된 질산을 1차 침출조(110)로 공급하기 위해 질산 투입 펌프를 더 포함하며, 질산 투입 펌프가 동작하면, 질산 탱크에 저장된 질산이 1차 침출조(110)로 공급될 수 있다.
1차 침출조(110)는 질산과 태양광 폐패널의 파쇄물을 공급받아 저장하도록 형성된다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 호퍼 형태의 태양광 폐패널의 파쇄물 투입부를 더 포함하고, 또한, 상기 태양광 패폐널의 투입부와 1차 침출조(110)에 연결되는 스크류 컨베이어(111)를 더 포함한다.
스크류 컨베이어(111)에 담긴 태양광 폐패널의 파쇄물은 1차 침출조(110)로 이동된다. 이때 상기 1차 침출조(110)에는 질산 탱크로부터 공급된 질산이 투입되어 상기 태양광 폐패널의 파쇄물과 함께 교반되고, 제1 침출 교반액이 생성된다. 상기 제1 침출 교반액은 필터 프레스(112)에서 여과되어 1차 여액과 실리콘으로 분리된다.
여기서 필터 프레스(112)는 1차 침출조(110)로부터 제1 침출 교반액을 공급받도록 습식 처리 대상 시료의 흐름을 기준으로 1차 침출조(110)의 하류측에 위치한다. 필터 프레스(112)는 가압 방식의 여과장치로, 복수의 여과판의 사이에 제1 침출 교반액을 투입하고 압착하여 고액 분리 혹은 입자가 큰 물질과 입자가 작은 물질을 분리하는 장치를 가리킨다.
태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 제2 단계의 실시를 위해 염산 탱크(121), 2차 침출조(120), 제1 백 필터(122), 히드라진 탱크(140), 염화은 환원 탱크(123)를 포함한다.
염산 탱크(121)는 염산을 저장하도록 형성된다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 염산 탱크(121)에 저장된 염산을 2차 침출조(120)로 공급하기 위해 염산 투입 펌프를 더 포함하며, 염산 투입 펌프가 동작하면, 염산 탱크(121)에 저장된 염산이 2차 침출조(120)로 공급될 수 있다.
2차 침출조(120)는 염산과 제1 단계에서 분리된 1차 여액을 공급받아 저장하도록 형성된다. 상기 필터 프레스(112)에서 여과된 1차 여액은 2차 침출조(120)로 이동되고, 염산 탱크(121)로부터 공급된 염산이 2차 침출조(120)로 투입된다. 상기 염산과 상기 1차 여액은 함께 교반되어 제2 침출 교반액이 생성된다.
제1 백 필터(122)는 제2 침출 교반액을 공급받아 여과하도록 형성된다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 2차 침출조(120)에서 생성된 제2 침출 교반액을 제1 백 필터(122)로 공급하기 위해 용액 이동 펌프를 더 포함하며, 용액 이동 펌프가 동작하면, 2차 침출조(120)에 있는 제2 침출 교반액이 제1 백 필터(122)로 공급될 수 있다.
여기서 백 필터(bag filter)란 섬유 혹은 천으로 이루어진 주머니 형태의 필터를 가리킨다. 백 필터는 필터 프레스(112)보다 더 작은 기공 사이즈를 갖는다. 제1 단계에서 여과되는 물질보다 제2 단계에서 여과되는 물질의 입자 크기가 더 작기 때문이다.
히드라진 탱크(140)는 히드라진(N2H4) 혹은 N2H2C4의 화학식을 갖는 화합물을 저장하도록 형성된다. 히드라진은 쉽게 습기를 흡수해서 수화물 (N2H4·H2O)이 되기 때문에 N2H2C4의 형태로 히드라진 탱크(140)에 저장되어 필요시에 히드라진을 생성하여 사용될 수 있고, 아니면 히드라진의 형태로 히드라진 탱크(140)에 저장될 수 있다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 히드라진 탱크(140)에 저장된 히드라진을 염화은 환원 탱크(123)로 공급하기 위해 히드라진 투입 펌프를 더 포함하며, 히드라진 투입 펌프가 동작하면, 히드라진 탱크(140)에 저장된 히드라진이 염화은 환원 탱크(123)로 공급될 수 있다.
염화은 환원 탱크(123)는 제1 백 필터(122)에서 여과된 염화은을 공급받아 저장하도록 형성된다. 이때 히드라진 탱크(140)로부터 히드라진이 공급되어 상기 염화은을 환원시킨다. 상기 환원반응으로 은이 생성되고, 생성된 은은 필터로 여과된다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 염화은 환원 탱크(123)에 저장된 염화은과 히드라진의 혼합물을 필터로 이동시키기 위한 용액 이동 펌프를 더 포함한다.
태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 제3 단계의 실시를 위해 스크류 컨베이어(131a), 수산화나트륨 탱크(131b), 3차 침출조(130), 제2 백 필터(132), 히드라진 탱크(140), 수산화구리 및 수산화납 환원 탱크(133)를 포함한다.
스크류 컨베이어(131a)는 수산화나트륨 고체 분말을 저장하도록 형성된다. 스크류 컨베이어(131a)에 담긴 수산화나트륨 고체 분말은 수산화나트륨 탱크(131b)로 이동된다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 호퍼 형태의 수산화나트륨 고체 분말 투입부를 더 포함하고, 또한, 상기 수산화나트륨 고체 분말 투입부와 수산화나트륨 탱크(131b)에 연결되는 스크류 컨베이어(131a)를 더 포함한다.
수산화나트륨 탱크(131b)는 수산화나트륨 고체 분말과 증류수의 혼합물(이하 “수산화나트륨”으로 지칭함)을 저장하도록 형성된다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 수산화나트륨 탱크(131b)에 저장된 수산화나트륨을 3차 침출조(130)로 공급하기 위해 수산화나트륨 투입 펌프를 더 포함하며, 수산화나트륨 투입 펌프가 동작하면, 수산화나트륨 탱크(131b)에 저장된 수산화나트륨이 3차 침출조(130)로 공급될 수 있다.
3차 침출조(130)는 수산화나트륨과 제2 단계에서 분리된 2차 여액을 공급받아 저장하도록 형성된다. 상기 제1 백 필터(122)에서 여과된 2차 여액은 3차 침출조(130)로 이동되고, 수산화나트륨 탱크(131b)로부터 공급된 수산화나트륨이 3차 침출조(130)로 투입된다. 상기 수산화나트륨 과 상기 2차 여액은 함께 교반되어 제3 침출 교반액이 생성된다.
제2 백 필터(132)는 제3 침출 교반액을 공급받아 여과하도록 형성된다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 3차 침출조(130)에서 생성된 제3 침출 교반액을 제2 백 필터(132)로 공급하기 위해 용액 이동 펌프를 더 포함하며, 용액 이동 펌프가 동작하면, 3차 침출조(130)에 있는 제3 침출 교반액이 제2 백 필터(132)로 공급될 수 있다.
여기서 백 필터(bag filter)란 섬유 혹은 천으로 이루어진 주머니 형태의 필터를 가리킨다. 백 필터는 필터 프레스(112)보다 더 작은 기공 사이즈를 갖는다. 제1 단계에서 여과되는 물질보다 제3 단계에서 여과되는 물질의 입자 크기가 더 작기 때문이다.
히드라진 탱크(140)는 히드라진(N2H4) 혹은 N2H2C4의 화학식을 갖는 화합물을 저장하도록 형성된다. 히드라진은 쉽게 습기를 흡수해서 수화물 (N2H4·H2O)이 되기 때문에 N2H2C4의 형태로 히드라진 탱크(140)에 저장되어 필요시에 히드라진을 생성하여 사용될 수 있고, 아니면 히드라진의 형태로 히드라진 탱크(140)에 저장될 수 있다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 히드라진 탱크(140)에 저장된 히드라진을 수산화구리 및 수산화납 환원 탱크(133)로 공급하기 위해 히드라진 투입 펌프를 더 포함하며, 히드라진 투입 펌프가 동작하면, 히드라진 탱크(140)에 저장된 히드라진이 수산화구리 및 수산화납 환원 탱크(133)로 공급될 수 있다.
수산화구리 및 수산화납 환원 탱크(133)는 제2 백 필터(132)에서 여과된 수산화구리 및 수산화납을 공급받아 저장하도록 형성된다. 이때 히드라진 탱크(140)로부터 히드라진이 공급되어 상기 수산화구리 및 수산화납을 환원시킨다. 상기 환원반응으로 구리와 납이 생성되고, 생성된 구리와 납은 필터로 여과된다. 태양광 폐모듈 습식 처리 설비는 수산화구리 및 수산화납 환원 탱크(133)에 저장된 수산화구리 및 수산화납과 히드라진의 혼합물을 필터로 이동시키기 위한 용액 이동 펌프를 더 포함한다.
다음으로는 도 6과 도 7을 참조하여 습식 공정에서 사용되는 침줄조에 대하여 상세히 설명한다.
만약 침출조의 바닥면이 V자 형태(201)를 갖는다면, 바닥면의 가운데에 최저점(가장 깊은 지점)이 형성된다. 그리고 시료가 배출되도록 상기 최저점에 배출구가 형성된다. 상기 침출조에서는, 상기 배출구의 중심점을 기준으로, 모든 방향에서 시료가 밀려서 내려오는 구조를 가지기 때문에, 배출구에 시료가 쌓이는 문제가 유발될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 것과 같이 한 개의 프로펠러(202)만 침출조의 하부에 위치해 있다면, 용액 또는 여과액의 상부와 하부 간 층 분리 발생에 의해 상부의 시료들은 하부의 시료들과 함께 충분히 교반되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
도 7을 참조하여 본 발명에서 사용될 수 있는 1차, 2차, 및 3차 침출조의 형태에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에서 개시된 침출조의 바닥면은 일측으로 경사진 구조(211)로 설계되어, 상기 바닥면의 최저점이 적어도 하나의 측면과 만난다. 상기 침출조에서는, 상기 배출구의 중심점을 기준으로, 일부 방향에서 시료가 밀려서 내려오는 구조를 가지기 때문에, 배출구에 시료가 쌓이지 않고 원활하게 이송될 수 있다.
또한, 상기 침출조의 내부에는 침출조의 배출구를 향해 에어를 공급하는 에어 파이프(214)가 구비되어 있다. 상기 침출조의 지름보다 상기 배출구의 지름이 상대적으로 좁기 때문에, 상기 침출조의 배출구를 통해서 시료가 배출될 때, 배출구가 병목 현상에 의해 시료로 막히는 현상이 일어날 수 있다. 이때 에어 파이프(214)는 상기 침출조의 배출구를 향해서 에어를 공급하여, 배출구를 막고 있는 시료를 분산시켜서 시료가 배출구를 막는 것을 방지한다.
또한, 상기 침출조의 내부에는 적어도 1개의 스프링클러(215)가 설치되어 있다. 상기 침출조에서 시료를 교반할 때, 일부 시료들이 이탈되어 상기 침출조의 내부 벽면에 부착될 수 있다. 이때 상기 스프링클러(215)는 상기 침출조의 내부 벽면을 수세하여 상기 이탈된 시료들이 상기 침출조의 내부의 시료들과 함께 교반될 수 있도록 한다.
또한, 상기 침출조에는 상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212)가 회전축에 높이차를 두고 설치되어 있어서, 상부와 하부의 시료 간 층 분리가 발생하지 않고 균일하게 교반 될 수 있다.
침출조에는 회전축이 수직 방향으로 설치되며, 상기 회전축에는 높이차를 두고 상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212)가 설치된다. 하나의 회전축에 상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212)가 모두 설치된다면, 상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212)는 동일한 방향으로 동일한 속도로 회전하게 된다.
반면, 상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212)가 서로 다른 회전축에 설치된다면 상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212)의 회전 방향과 회전 속도는 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 이 경우 상부 프로펠러(213)는 침출조의 상부에서 하향 연장되는 회전축에 설치되고, 하부 프로펠러(212)는 침출조의 바닥에서 상향 연장되는 회전축에 설치될 수 있다. 만약 상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212)의 회전 방향과 회전 속도가 서로 독립적으로 제어될 수 있다면, 침출조 내에서 와류를 발생시킬 수 있으므로 교반 성능이 더욱 향상될 수 있다.
상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212)에 의한 동작으로 상부의 시료와 하부의 시료를 더욱 잘 혼합되게 하는 효과를 얻기 위해서는, 침출조에서 교반되는 여액 또는 혼합물의 양이 상부 프로펠러(213)를 침지시킬 수 있을 정도로 유지되어야 한다. 시료의 양이 너무 적다면 상부 프로펠러(213)가 시료에 침지되지 못해 교반 성능 향상 효과를 얻을 수 없다.
필요에 따라 상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212) 간 이격 거리가 조절될 수도 있다. 예컨대 시료의 양이 침출조를 충분히 채울 수 있을 정도라면 상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212) 간 이격 거리를 상대적으로 멀리 설정할 수 있다. 반대로 시료의 양이 침출조를 충분히 채울 수 있을 정도가 아니라면, 상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212) 간 이격 거리를 상대적으로 가깝게 설정할 수 있다.
상부 프로펠러(213)와 하부 프로펠러(212)가 설치된 회전축의 높이 방향 위치로 필요에 따라 조절될 수 있도록 설계 가능하다. 이러한 설계에 따르면, 침출조에 투입된 시료의 양에 따라 회전축이 위치 조절이 이루어질 수 있다. 예컨대 시료의 양이 침출조를 충분히 채울 수 있을 정도가 아니라면, 하부 프로펠러(212)가 침출조의 바닥에 더욱 가까워지도록 회전축의 높이가 조절될 수 있다.
상부 프로펠러(213)의 블레이드와 하부 프로펠러(212)의 블레이드는 침출조의 높이 방향에서 서로 중첩되지 않고 엇갈리게 설치될 수 있다. 이러한 배치에 따르면 시료의 상부와 하부 간 블레이드의 엇갈림으로 와류 발생 가능성이 더욱 커지고, 시료의 교반 성능이 향상될 수 있다.
도 10을 참조하여 본 반응의 예시 공정에 대해 상세히 설명한다.
(1) 투입 공정
우선 태양광 폐패널의 파쇄물 35kg이 호퍼가 달린 스크류 컨베이어(111)에서 1차 침출조(110)로 투입된다.
(2) 에칭(Etching) 공정
상기 1차 침출조(110)에 질산 66.5L와 용수 283.5L가 투입된다. 그리고 상기 1차 침출조(110)에 투입된 태양광 폐패널의 파쇄물과 질산 및 용수의 혼합물은 상온에서 1500RPM으로 90분 동안 교반 되어 제1 침출 교반액을 생성한다. 상기 제1 침출 교반액은 필터 프레스(112)로 여과되어 1차 여액과 실리콘(Si)으로 분리된다.
이어서 분리된 실리콘(Si)은 수세 된 후 건조되며, 수세에는 증류수가 이용될 수 있다.
(3) 침출 공정 1
상기 1차 여액은 2차 침출조(120)로 이송되고, 상기 2차 침출조(120)에 염산(HCl) 1.75L가 투입된다. 그리고 상기 2차 침출조(120)에 투입된 1차 여액과 염산(HCl)은 상온에서 1500RPM으로 90분 동안 교반 되어 제2 침출 교반액을 생성한다. 상기 제2 침출 교반액은 제1 백 필터(122)로 여과되어 2차 여액과 염화은(AgCl)으로 분리된다.
(4) 침출 공정 2
상기 2차 여액은 3차 침출조(130)로 이송되고, 상기 3차 침출조(130)에 수산화나트륨(NaOH) 175L가 투입된다. 그리고 상기 3차 침출조(130)에 투입된 2차 여액과 수산화나트륨(NaOH)은 상온에서 1500RPM으로 90분 동안 교반 되어 제3 침출 교반액을 생성한다. 상기 제3 침출 교반액은 제2 백 필터(132)로 여과되어 폐용액과 수산화구리(Cu(OH)2) 및 수산화납(Pb(OH)2)으로 분리된다.
(5) 환원 공정
위 (3)에서 분리된 염화은(AgCl)은 염화은(AgCl) 환원 탱크(123)로 이송된다. 이때 히드라진(N2H4) 탱크(140)에서 공급되는 히드라진(N2H4)에 의해 염화은(AgCl)이 환원되어 은(Ag)이 생성된다. 상기 생성된 은(Ag)은 여과되어 수세 된 후 건조되며, 수세에는 증류수가 이용될 수 있다.
위 (4)에서 분리된 수산화구리(Cu(OH)2) 및 수산화납(Pb(OH)2)은 수산화구리(Cu(OH)2) 및 수산화납(Pb(OH)2) 환원 탱크(133)로 이송된다. 이때 히드라진(N2H4) 탱크(140)에서 공급되는 히드라진(N2H4)에 의해 수산화구리(Cu(OH)2) 및 수산화납(Pb(OH)2)이 환원되어 구리(Cu)와 납(Pb)이 각각 생성된다. 상기 생성된 구리(Cu)와 납(Pb)은 여과되어 수세 된 후 건조되며, 수세에는 증류수가 이용될 수 있다.
(6) 폐수 처리 공정
1차, 2차, 3차 침출조 및 수세 공정에서 발생한 폐액 및 폐수는 폐액 탱크로 이송되어 후처리 된다.
100: 태양광 폐모듈 습식 처리 설비
110: 1차 침출조
111: 스크류 컨베이어(태양광 폐모듈)
112: 필터 프레스
120: 2차 침출조
121: 염산(HCl) 탱크
122: 제1 백 필터
123: 염화은(AgCl) 환원 탱크
130: 3차 침출조
131a: 스크류 컨베이어(수산화나트륨 고체 분말)
131b: 수산화나트륨(NaOH) 탱크
132: 제2 백 필터
133: 수산화구리(Cu(OH)2) 및 수산화납(Pb(OH)2) 환원 탱크
140: 히드라진(N2H4) 탱크
200: 종래의 침출조 단면
201: V자형 바닥면
202: 프로펠러
210: 1차,2차,3차 침출조 단면
211: 일측으로 경사진 바닥면
212: 하부 프로펠러
213: 상부 프로펠러
214: 에어 파이프
215: 스프링클러
110: 1차 침출조
111: 스크류 컨베이어(태양광 폐모듈)
112: 필터 프레스
120: 2차 침출조
121: 염산(HCl) 탱크
122: 제1 백 필터
123: 염화은(AgCl) 환원 탱크
130: 3차 침출조
131a: 스크류 컨베이어(수산화나트륨 고체 분말)
131b: 수산화나트륨(NaOH) 탱크
132: 제2 백 필터
133: 수산화구리(Cu(OH)2) 및 수산화납(Pb(OH)2) 환원 탱크
140: 히드라진(N2H4) 탱크
200: 종래의 침출조 단면
201: V자형 바닥면
202: 프로펠러
210: 1차,2차,3차 침출조 단면
211: 일측으로 경사진 바닥면
212: 하부 프로펠러
213: 상부 프로펠러
214: 에어 파이프
215: 스프링클러
Claims (15)
- 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)의 혼합물을 여과하여 실리콘(Si)을 회수하는 제1 단계;
상기 제1 단계에서 분리된 1차 여액에 염산을 투입하고 여과하여 염화은(AgCl)과 2차 여액을 분리하고, 상기 염화은(AgCl)에 히드라진(N2H4)을 혼합하여 은을 회수하는 제2 단계; 및
상기 2차 여액에 수산화 나트륨(NaOH)을 투입하고 여과하여 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)을 생성하고, 상기 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)에 히드라진(N2H4)을 혼합하여 구리와 납을 회수하는 제3 단계; 를 포함하고,
상기 제2 단계와 상기 제3 단계에서 상기 히드라진(N2H4)을 투입한 후 이루어지는 혼합 반응 시간과 교반 속도보다, 상기 제1 단계에서 상기 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)의 혼합, 상기 제2 단계에서 상기 1차 여액과 상기 염산의 혼합, 그리고 상기 제3 단계에서 상기 2차 여액과 상기 수산화 나트륨의 혼합의 반응 시간이 더 길고 교반 속도가 더 빠르며,
상기 제1 단계에서 상기 태양광 폐모듈의 파쇄물과 상기 질산의 혼합물을 수용하는 1차 침출조가 사용되고, 상기 제2 단계에서 상기 1차 여액과 상기 염산을 수용하는 2차 침출조가 사용되며, 상기 제3 단계에서 상기 2차 여액과 수산화나트륨(NaOH)을 수용하는 3차 침출조가 사용되고,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 내부에는 회전축에 높이차를 두고 설치되는 상부 프로펠러와 하부 프로펠러를 구비하여, 상기 상부 프로펠러와 상기 하부 프로펠러의 회전에 의해 교반이 이루어지고,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 바닥면은 일 측을 향해 경사지게 형성되며,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 배출구는 해당 침출조의 측면과 만나도록 형성되며, 상기 배출구는 상기 바닥면의 최저점에 위치하는,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나는 내부에 벽면을 수세하는 스프링클러를 구비하고,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나는 상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 또는 상기 3차 침출조의 출구를 향해 에어를 공급하는 에어 파이프를 구비하는,
태양광 폐모듈 습식 처리 공정. - 제1항에 있어서,
상기 제1 단계는,
1차 침출조에 상기 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)을 투입하여 제1 혼합물을 생성하는 단계;
상기 제1 혼합물을 상기 1차 침출조에서 교반하여 제1 침출 교반액을 생성하는 단계;
상기 제1 침출 교반액을 필터 프레스로 여과하여 1차 여액을 분리하고 실리콘(Si)을 회수하는 단계; 및
회수한 상기 실리콘(Si)을 수세한 후 건조시켜 실리콘(Si) 분말을 획득하는 단계를 포함하는,
태양광 폐모듈 습식 처리 공정. - 제1항에 있어서,
상기 제2 단계는,
염산과 상기 제1 단계에서 생성된 상기 1차 여액을 2차 침출조에 투입하여 제2 혼합물을 생성하는 단계;
상기 제2 혼합물을 상기 2차 침출조에서 교반하여 제2 침출 교반액을 생성하는 단계;
상기 제2 침출 교반액을 제1 백 필터(bag filter)로 여과하여 2차 여액을 분리하고 염화은(AgCl)을 회수하는 단계; 및
상기 염화은(AgCl)에 히드라진(N2H4)를 투입하여 반응시키고, 반응으로 생성된 은(Ag)을 수세한 후 건조 시키는 단계;를 포함하는,
태양광 폐모듈 습식 처리 공정. - 제1항에 있어서,
상기 제3 단계는,
수산화나트륨(NaOH)과 상기 제2 단계에서 생성된 상기 2차 여액을 3차 침출조에 투입하여 제3 혼합물을 생성하는 단계;
상기 제3 혼합물을 상기 3차 침출조에서 교반 하여 제3 침출 교반액을 생성하는 단계;
상기 제3 침출 교반액을 제2 백 필터(bag filter)로 여과시켜 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)을 회수하는 단계; 및
상기 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)에 히드라진(N2H4)을 투입하여 반응시키고, 반응으로 생성된 구리와 납을 수세한 후 건조시키는 단계;를 포함하는,
태양광 폐모듈 습식 처리 공정. - 삭제
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 여액은 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 알루미늄(Al)을 포함하고,
상기 2차 여액은 구리(Cu), 납(Pb), 알루미늄(Al)을 포함하는,
태양광 폐모듈 습식 처리 공정. - 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)의 혼합물을 여과하여 실리콘(Si)을 회수하는 제1 단계;
상기 제1 단계에서 분리된 1차 여액에 염산을 투입하고 여과하여 염화은(AgCl)과 2차 여액을 분리하고, 상기 염화은(AgCl)에 히드라진(N2H4)을 혼합하여 은을 회수하는 제2 단계;
상기 2차 여액에 수산화 나트륨(NaOH)을 투입하고 여과하여 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)을 생성하고, 상기 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)에 히드라진(N2H4)을 혼합하여 구리와 납을 회수하는 제3 단계; 및
상기 제1 단계, 상기 제2 단계, 및 상기 제3 단계에서 발생한 폐액을 폐액 탱크로 이송하는 단계를 포함하고,
상기 제2 단계와 상기 제3 단계에서 상기 히드라진(N2H4)을 투입한 후 이루어지는 혼합 반응 시간과 교반 속도보다, 상기 제1 단계에서 상기 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)의 혼합, 상기 제2 단계에서 상기 1차 여액과 상기 염산의 혼합, 그리고 상기 제3 단계에서 상기 2차 여액과 상기 수산화 나트륨의 혼합의 반응 시간이 더 길고 교반 속도가 더 빠르며,
상기 제1 단계에서 상기 태양광 폐모듈의 파쇄물과 상기 질산의 혼합물을 수용하는 1차 침출조가 사용되고, 상기 제2 단계에서 상기 1차 여액과 상기 염산을 수용하는 2차 침출조가 사용되며, 상기 제3 단계에서 상기 2차 여액과 수산화나트륨(NaOH)을 수용하는 3차 침출조가 사용되고,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 내부에는 회전축에 높이차를 두고 설치되는 상부 프로펠러와 하부 프로펠러를 구비하여, 상기 상부 프로펠러와 상기 하부 프로펠러의 회전에 의해 교반이 이루어지고,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 바닥면은 일 측을 향해 경사지게 형성되며,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 배출구는 해당 침출조의 측면과 만나도록 형성되며, 상기 배출구는 상기 바닥면의 최저점에 위치하는,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나는 내부에 벽면을 수세하는 스프링클러를 구비하고,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나는 상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 또는 상기 3차 침출조의 출구를 향해 에어를 공급하는 에어 파이프를 구비하는,
태양광 폐모듈 습식 처리 공정. - 태양광 폐모듈의 파쇄물과 질산(HNO3)을 공급받는 1차 침출조;
상기 1차 침출조에서 생성되는 제1 침출 교반액을 여과하여 1차 여액과 실리콘(Si)을 분리하는 필터 프레스;
상기 1차 여액과 염산을 공급받는 2차 침출조;
상기 2차 침출조에서 생성되는 제2 침출 교반액을 여과하여 2차 여액과 염화은(AgCl)을 분리하는 제1 백 필터(bag filter);
상기 2차 여액과 수산화나트륨(NaOH)을 공급받는 3차 침출조;
상기 3차 침출조에서 생성되는 제3 침출 교반액을 여과하여 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)을 회수하는 제2 백 필터(bag filter); 및
상기 제1 백 필터(bag filter)에서 분리된 염화은(AgCl), 또는 상기 제2 백 필터(bag filter)에서 분리된 상기 수산화구리(Cu(OH)2)와 수산화납(Pb(OH)2)에 히드라진(N2H4)을 투입하는 히드라진(N2H4) 공급부를 포함하고,
상기 히드라진 공급부에 의해 상기 염화은, 또는 상기 수산화구리와 상기 수산화납에 공급되는 히드라진의 투입 후 이루어지는 혼합 반응 시간과 교반 속도보다, 상기 1차 침출조에서 상기 태양광 폐모듈의 파쇄물과 상기 질산의 혼합, 상기 2차 침출조에서 상기 1차 여액과 염산의 혼합, 그리고 상기 3차 침출조에서 상기 2차 여액과 상기 수산화 나트륨의 혼합의 반응 시간이 더 길고 교반 속도가 더 빠르도록 동작하며,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 내부에는 반응물의 혼합을 위한 상부 프로펠러와 하부 프로펠러가 설치되고,
상기 상부 프로펠러와 상기 하부 프로펠러는 회전축에 높이차를 두고 설치되며,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 바닥면은 일 측을 향해 경사지게 형성되며,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 배출구는 해당 침출조의 측면과 만나도록 형성되며, 상기 배출구는 상기 바닥면의 최저점에 위치하는,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나는 내부에 벽면을 수세하는 스프링클러를 구비하고,
상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나는 상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 또는 상기 3차 침출조의 출구를 향해 에어를 공급하는 에어 파이프를 구비하는,
태양광 폐모듈 습식 처리 공정 설비. - 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 바닥면의 최저점은 상기 1차 침출조, 상기 2차 침출조, 및 상기 3차 침출조 중 적어도 하나의 측면과 만나도록 형성되는,
태양광 폐모듈 습식 처리 공정 설비. - 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 필터 프레스에 구비되는 여과포의 여과 구멍의 크기는 10㎛ 이하이고, 상기 제1 백 필터(bag filter)와 상기 제2 백 필터(bag filter)에 형성되는 여과 구멍의 크기는 0.2㎛ 이하인,
태양광 폐모듈 습식 처리 공정 설비. - 제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 질산은 물에 혼합된 상태에서 질산 탱크로부터 상기 1차 침출조로 공급되는,
태양광 폐모듈 습식 처리 공정.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| KR1020230136183A KR102655724B1 (ko) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 태양광 폐모듈 습식 처리 공정 및 태양광 폐모듈 습식 처리 설비 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5978473A (en) | 1995-12-27 | 1999-11-02 | Ericsson Inc. | Gauging convergence of adaptive filters |
| KR20140086987A (ko) * | 2011-09-30 | 2014-07-08 | 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 | 아산화구리 분말 및 그의 제조 방법 |
| KR101747912B1 (ko) * | 2017-01-16 | 2017-06-16 | (주)프리텍 | 결정질 실리콘 태양광 폐모듈 재활용 공정 방법 및 이를 수행하는 단일 시스템 |
| KR20180012779A (ko) * | 2015-05-13 | 2018-02-06 | 아쿠아 메탈스 인크. | 납산 배터리로부터 납의 회수를 위한 시스템 및 방법들 |
-
2023
- 2023-10-12 KR KR1020230136183A patent/KR102655724B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5978473A (en) | 1995-12-27 | 1999-11-02 | Ericsson Inc. | Gauging convergence of adaptive filters |
| KR20140086987A (ko) * | 2011-09-30 | 2014-07-08 | 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 | 아산화구리 분말 및 그의 제조 방법 |
| KR20180012779A (ko) * | 2015-05-13 | 2018-02-06 | 아쿠아 메탈스 인크. | 납산 배터리로부터 납의 회수를 위한 시스템 및 방법들 |
| KR101747912B1 (ko) * | 2017-01-16 | 2017-06-16 | (주)프리텍 | 결정질 실리콘 태양광 폐모듈 재활용 공정 방법 및 이를 수행하는 단일 시스템 |
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