KR20160002453A - Lithium recovering device in electrolysis apparatus, method for recovering lithium and electrolysis apparatus - Google Patents

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Abstract

A lithium recovering device and a lithium recovering method are provided to more effectively recover lithium; to shorten a lithium recovery process; and to continuously perform a lithium recovery work. The lithium recovering device comprises: an inner barrel installed to surround a cathode portion of an electrolysis apparatus, and collects agglomerated metal lithium; and a recovery barrel connected to an inner barrel through a passage through which metal lithium moves, recovering metal lithium floating above the molten salt by a difference in specific gravity wherein the passage of the inner barrel is moved to a metal lithium position of an upper portion of the molten salt to move the metal lithium from the inner barrel to the recovery barrel.

Description

전해설비의 리튬 회수 장치와 리튬 회수 방법 및 전해설비{LITHIUM RECOVERING DEVICE IN ELECTROLYSIS APPARATUS, METHOD FOR RECOVERING LITHIUM AND ELECTROLYSIS APPARATUS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium recovery apparatus for an electrolytic apparatus, a lithium recovery method, and an electrolytic apparatus,

본 발명은 금속 리튬을 제조하는 용융염 전해 설비에서 음극에 전착된 금속 리튬을 보다 용이하게 회수할 수 있도록 된 리튬 회수 장치 및 리튬 회수 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium recovery apparatus and a lithium recovery method capable of more easily recovering metal lithium electrodeposited on a cathode in a molten salt electrolytic apparatus for producing metal lithium.

일반적으로, 리튬은 리튬이차전지, 유리, 세라믹, 합금, 윤활유, 제약 등 각종 산업전반에 다양하게 사용되고 있다. 리튬은 예를 들어, 용융염 전해 공정을 통해 제조될 수 있다.Generally, lithium is widely used in various industries such as lithium secondary batteries, glass, ceramics, alloys, lubricants, and pharmaceuticals. Lithium can be produced, for example, through a molten salt electrolytic process.

용융염 전해 공정은 용융 상태의 LiCl염(LiCl-KCl 또는 LiCl-Li2O)으로부터 리튬을 전착시켜 고순도의 금속리튬을 분리 회수하는 공정이다. A molten salt electrolytic process is a process for recovering by electrodeposition from a molten lithium salt LiCl (LiCl-KCl or LiCl-Li 2 O) separating the high-purity lithium metal.

용융염 전해공정을 통해 리튬을 회수하는 공정을 살펴보면 다음과 같다.A process for recovering lithium through a molten salt electrolysis process is as follows.

고온으로 용융된 용융염이 수용된 전해조에 음극과 양극을 설치하고 전기를 인가하게 되면, 음극에 금속 리튬(Li)이 전착된다. 금속 리튬이 음극에 응집되면 전해조의 온도를 용융점 이하로 낮추어 용융 상태의 염을 응고시킨다. 그리고 금속 리튬이 응집되어 있는 하우징을 전해조에서 분리한 후, 하우징으로부터 금속 리튬을 분리 회수한다.When a negative electrode and a positive electrode are provided in an electrolytic cell containing a molten salt melted at a high temperature and electricity is applied, metal lithium (Li) is electrodeposited to the negative electrode. When the metal lithium coagulates to the cathode, the temperature of the electrolytic bath is lowered to the melting point or less to solidify the molten salt. After separating the housing in which the metallic lithium is aggregated from the electrolytic bath, the metallic lithium is separated and recovered from the housing.

이와 같이, 종래에는 염에 비해 금속 리튬의 융점이 낮다는 것을 이용하여, 전해조를 융점 이하로 냉각하고 응고된 염으로부터 리튬이 응집되어 있는 하우징을 분리하여 리튬을 분리 회수하였다. Thus, conventionally, the fact that the melting point of metal lithium is lower than that of salt has been used to cool the electrolytic bath to the melting point or lower and separate the collected lithium from the solidified salt to separate and recover lithium.

그러나, 상기한 종래의 구조는 용융염을 가열하고 냉각하는 과정을 반복함에 따라 많은 에너지를 사용하며, 최종적으로 리튬 회수시까지 여러 복잡한 단계를 거쳐야 하므로 효율이 떨어진다. 또한, 한번 사용된 하우징은 폐기해야 하므로 제조 원가가 상승되는 문제가 있다.However, the above-mentioned conventional structure uses a lot of energy as the molten salt is repeatedly heated and cooled, and the efficiency is reduced because it requires various complicated steps until the lithium is finally recovered. Further, since the housing once used must be discarded, there is a problem that the manufacturing cost is increased.

보다 효과적으로 리튬을 회수할 수 있는 리튬 회수 장치와 리튬 회수 방법 및 전해 설비를 제공한다.A lithium recovery apparatus, a lithium recovery method, and an electrolytic apparatus capable of more effectively recovering lithium.

또한, 리튬 회수 공정을 단축하여 보다 간단하게 리튬을 회수할 수 있도록 된 리튬 회수 장치와 리튬 회수 방법 및 전해 설비를 제공한다.The present invention also provides a lithium recovery apparatus, a lithium recovery method, and an electrolytic apparatus capable of recovering lithium more simply by shortening the lithium recovery process.

또한, 연속적으로 리튬 회수 작업을 수행할 수 있도록 된 리튬 회수 장치와 리튬 회수 방법 및 전해 설비를 제공한다.Further, a lithium recovery apparatus, a lithium recovery method, and an electrolytic apparatus capable of continuously performing a lithium recovery operation are provided.

또한, 에너지 사용량을 줄이고 리튬 회수에 소요되는 비용을 최소화할 수 있도록 된 리튬 회수 장치와 리튬 회수 방법 및 전해 설비를 제공한다.Also, a lithium recovery apparatus, a lithium recovery method, and an electrolytic apparatus are provided that can reduce energy consumption and minimize the cost of lithium recovery.

본 실시예의 회수 장치는, 용융염이 수용되어 전기분해가 이루어지는 전해조와, 상기 전해조 내에 설치되어 용융염에 음극의 전류를 인가하는 음극부와 양극의 전류를 인가하는 양극부를 포함하는 전해설비의 음극부에 구비되어 응집된 금속리튬을 용융염과 분리 회수하는 전해설비의 리튬 회수 장치이고, 상기 리튬 회수 장치는 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬을 가두어 모으는 내통과, 상기 내통에 금속리튬이 이동되는 통로를 통해 연결되어 비중차에 의해 용융염 위로 부유하는 금속리튬이 수거되는 회수통을 포함하여, 상기 내통의 통로를 용융염 상부의 금속리튬 위치로 이동시켜 금속리튬을 내통에서 회수통으로 이동시키는 구조일 수 있다.The recovering apparatus of this embodiment includes an electrolytic cell in which a molten salt is accommodated and subjected to electrolysis, a cathode of an electrolytic apparatus provided in the electrolytic bath and including a cathode portion for applying a current of a cathode to a molten salt, Wherein the lithium metal recovering device includes an inner passage which surrounds the cathode and collects the coagulated metal lithium, a metal lithium moves to the inner cylinder, The metal lithium is moved from the inner cylinder to the recovery cylinder by moving the passage of the inner cylinder to the position of the metal lithium in the upper portion of the molten salt and storing the metal lithium floating on the molten salt by the specific gravity difference Structure.

본 실시예의 전해설비는 용융염이 수용되어 전기분해가 이루어지는 전해조와, 상기 전해조 내에 설치되어 용융염에 음극의 전류를 인가하는 음극부와 양극의 전류를 인가하는 양극부, 음극부에 구비되어 응집된 금속리튬을 포함한 경금속을 용융염과 분리 회수하는 회수 장치를 포함하고, 상기 회수 장치는 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬을 가두어 모으는 내통과, 상기 내통에 금속리튬이 이동되는 통로를 통해 연결되어 비중차에 의해 용융염 위로 부유하는 금속리튬이 수거되는 회수통을 포함하여, 상기 내통의 통로를 용융염 상부의 금속리튬 위치로 이동시켜 금속리튬을 내통에서 회수통으로 이동시키는 구조일 수 있다.The electrolytic apparatus of this embodiment is provided in an electrolytic cell in which a molten salt is contained and electrolyzed, a cathode portion which is provided in the electrolytic bath and applies a current of a cathode to the molten salt, and a cathode portion and a cathode portion, And a recovering device for separating and recovering the light metal including the metallic lithium from the molten salt, wherein the recovering device includes an inner passage enclosing the cathode and collecting the coagulated metal lithium, a passage through which the metal lithium is moved to the inner cylinder, And a recovery tank in which metal lithium floating on the molten salt is collected by the specific gravity difference is moved to the metal lithium position on the molten salt so that the metal lithium is moved from the inner cylinder to the recovery cylinder.

상기 회수통은 용융염이 유입되지 않도록 하부가 막히고 내부에는 금속리튬이 수용되는 공간을 갖는 용기 형태를 이루며, 회수통의 상부와 내통의 상부 사이에 금속리튬이 이동되는 통로가 형성된 구조일 수 있다.The recovery cylinder may have a structure in which a lower portion is closed to prevent molten salt from being introduced and a space in which metal lithium is received is formed in the recovery cylinder and a passage through which metal lithium moves is formed between an upper portion of the recovery cylinder and an upper portion of the inner cylinder .

상기 회수통의 상단은 용융염의 수면에서 수직방향을 따라 상기 통로보다 상대적으로 높게 형성될 수 있다.The upper end of the recovery can be formed to be relatively higher along the vertical direction at the surface of the molten salt than the passage.

상기 회수통은 내통을 감싸도록 내통 외측에 배치되는 측부재와, 상기 측부재 하부와 내통 하부를 연결하는 바닥부재를 포함하여, 측부재와 바닥부재 및 내통에 의해 내부 공간을 형성하고, 상기 내통의 상단은 회수통과 연결되어 금속리튬이 이동하는 통로를 이루는 구조일 수 있다.A side member disposed on the outer side of the inner cylinder so as to surround the inner cylinder and a bottom member connecting the lower side of the side member and the lower portion of the inner cylinder to form an inner space by the side member, The upper end of the cathode may be connected to the recovery port to form a passage through which the metal lithium moves.

상기 회수통의 측부재 상단은 용융염의 수면에서 수직방향을 따라 상기 내통의 상단보다 상대적으로 높게 형성될 수 있다.The upper end of the side member of the recovery cylinder may be formed to be relatively higher than the upper end of the inner cylinder along the vertical direction at the water surface of the molten salt.

상기 내통은 상하로 이동되어 상기 통로를 금속리튬 위치로 이동시키는 구조일 수 있다.The inner cylinder may be moved up and down to move the passage to the metal lithium position.

상기 내통 내측에 배치되어 내통에 모아진 금속리튬을 회수통쪽으로 밀어내는 푸시부를 더 포함할 수 있다.And a push portion disposed on the inner side of the inner cylinder to push the metal lithium collected in the inner cylinder toward the collection cylinder.

상기 푸시부는 내통의 상단과 간격을 두고 배치되며, 금속리튬과 접하는 하면은 내통 중심부에서 외측으로 갈수록 상향으로 기울어진 경사면을 이루는 유도부재를 포함하여, 금속리튬이 상기 경사면을 따라 내통 외측으로 밀려나는 구조일 수 있다.Wherein the push portion is disposed at an interval from the upper end of the inner cylinder and the lower surface in contact with the metal lithium forms an inclined surface inclined upward toward the outer side from the center of the inner tube so that metal lithium is pushed outwardly along the inclined surface Structure.

상기 유도부재는 중앙에 홀이 관통 형성되어, 음극의 전류를 인가하는 음극전극이 상기 홀을 관통하여 장착되는 구조일 수 있다.The guide member may have a structure in which a hole is formed at the center thereof and a cathode electrode for applying a current of the cathode is mounted through the hole.

상기 푸시부는 유도부재와 내통 사이에 설치되어 유도부재를 내통에 이격시켜 고정하는 지지부재를 더 포함할 수 있다.The push portion may further include a support member that is provided between the guide member and the inner tube and fixes the guide member by separating the guide member from the inner tube.

본 실시예의 리튬 회수 방법은 용융염을 전해하여 음극부에 금속리튬을 전착시키는 단계, 음극부에 전착되어 추출된 금속리튬을 비중차에 의해 회수하는 단계를 포함하고, 상기 회수 단계는 내통을 전해조 바닥쪽을 향해 하강시켜 용융염 수면에 대한 내통의 상단 높이를 낮추는 단계, 비중차에 의해 용융염 상부에 부유하는 금속리튬이 높이가 낮아진 내통의 상단을 통해 외측의 회수통으로 이동하는 단계, 내통을 원위치로 상승시키는 단계, 회수통으로부터 모아진 금속리튬을 분리 회수하는 단계를 포함할 수 있다.The lithium recovery method of this embodiment includes a step of electrodepositing metal lithium on a cathode portion by electrolyzing a molten salt, a step of recovering metal lithium extracted by electrodeposition on a cathode portion by a specific gravity difference, Lowering the upper end of the inner tube with respect to the molten salt water surface, moving the metal lithium suspended in the upper portion of the molten salt by the specific gravity difference to the outer recovery vessel through the upper end of the inner cylinder having a lowered height, And a step of separating and recovering the collected metal lithium from the recovery cylinder.

상기 회수 단계는 내통을 하강시켰을 때 내통의 상단이 전해조의 용융염 수위 아래로 내려가지 않도록 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.The recovering step may further include a step of keeping the upper end of the inner tube from falling below the molten salt water level of the electrolytic bath when the inner tube is lowered.

상기 회수 단계는 용융염을 냉각하지 않고 용융 상태에서 이루어질 수 있다.The recovering step may be performed in a molten state without cooling the molten salt.

이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 보다 효과적으로 간단하게 리튬을 회수할 수 있다. As described above, according to this embodiment, lithium can be recovered more simply and effectively.

또한, 리튬 회수 공정을 단축하고, 연속적으로 리튬 회수가 가능하여 생산량을 극대화할 수 있게 된다.In addition, the lithium recovery process can be shortened, and lithium can be continuously recovered, thereby maximizing the production amount.

또한, 용융염을 냉각시키지 않아도 되므로 냉각과 재가열에 따른 에너지 사용량을 줄이고, 리튬 회수에 소요되는 비용을 최소화할 수 있게 된다.Further, since the molten salt is not required to be cooled, the amount of energy required for cooling and reheating can be reduced, and the cost for recovering lithium can be minimized.

또한, 리튬 회수 과정에서 사용된 장비를 반복해서 사용할 수 있게 되어 폐기물의 발생을 최소화할 수 있게 된다.In addition, the equipment used in the lithium recovery process can be used repeatedly, thereby minimizing the generation of waste.

도 1은 본 실시예에 따른 리튬 회수 장치의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 리튬 회수 장치의 회수부 구성을 도시한 단면 사시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 리튬 회수 장치를 통한 리튬 회수 과정을 순차적으로 도시한 개략적인 도면이다.1 is a schematic side cross-sectional view of a lithium recovery apparatus according to the present embodiment.
2 is a cross-sectional perspective view showing the structure of the recovery unit of the lithium recovery apparatus according to the present embodiment.
3 is a schematic view sequentially showing the lithium recovery process through the lithium recovery apparatus according to the present embodiment.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

이하 설명에서 본 실시예는 LiCl염(LiCl-KCl 또는 LiCl-Li2O)으로부터 전해공정을 통해 리튬을 전착시켜 고순도의 금속리튬을 분리 회수하는 구조를 예로서 설명한다. 본 장치는 이러한 구조에 한정되지 않으며 다양한 용융염으로부터 리튬을 포함하는 경금속을 분리 회수하는 경우에 모두 적용가능하다.The embodiment hereinafter described examples will be described a structure for the electrolytic recovery by electro-deposition of lithium with a step of separating high-purity metallic lithium from the LiCl salt (LiCl-KCl or LiCl-Li 2 O), for example. The present invention is not limited to this structure and is applicable to the case where a light metal containing lithium is recovered from various molten salts.

도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 전해설비의 리튬 회수 장치의 구성을 도시하고 있다.1 and 2 show a configuration of a lithium recovery apparatus of an electrolytic apparatus according to the present embodiment.

도면을 참조하면 본 실시예의 전해설비는 용융염(110)이 수용되어 전기분해가 이루어지는 전해조(100), 상기 전해조(100) 내에 설치되어 용융염(110)에 음극의 전류를 인가하는 음극부와 양극의 전류를 인가하는 양극부, 음극부에 구비되어 음극부에서 응집된 액상의 금속리튬(120)을 포함하는 경금속을 용융염(110)과 분리하여 회수하는 회수장치(10)를 포함한다.Referring to the drawings, an electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention includes an electrolytic bath 100 in which a molten salt 110 is received and electrolyzed, a cathode unit installed in the electrolytic bath 100 and applying a current to the molten salt 110, And a recovery device (10) provided in the cathode part and separating the light metal (110) from the molten salt (110) and recovering a light metal containing the liquid metal lithium (120)

이를 위해, 본 회수 장치(10)는 상기 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬(120)을 가두어 모으는 내통(20)과, 상기 내통(20)에 연결되어 비중차에 의해 용융염(110) 위로 떠올라 내통(20) 외측으로 이동되는 금속리튬(120)이 수거되는 회수통(30)을 포함한다.The recovery device 10 includes an inner tube 20 which surrounds the cathode and collects the coagulated metal lithium 120 and is connected to the inner tube 20 and is connected to the molten salt 110 And a recovery cylinder 30 for recovering metal lithium 120 which is moved outside the inner cylinder 20.

이하 설명에서, 상기 용융염(110)이라 함은 융점 이상의 온도하에서 용융 상태인 염을 의미하며, 상기 금속리튬(120)은 음극부에서 전착되어 용융 상태인 리튬을 의미한다. 또한, 상 또는 위라 함은 도 1에서 y축 방향을 의미하며, 하 또는 아래라 함은 그 반대 방향을 의미한다.In the following description, the molten salt 110 refers to a salt in a molten state at a temperature higher than the melting point, and the metal lithium 120 refers to lithium in a molten state deposited on the cathode. In addition, the upper or lower side means the y-axis direction in Fig. 1, and the lower side or lower side means the opposite direction.

이와 같이, 본 장치를 통해 용융 상태에서 비중차에 의해 용융염(110) 상부에 부유하는 금속리튬(120)을 용이하게 분리 회수할 수 있게 된다. As described above, the metal lithium 120 floating on the molten salt 110 can be easily separated and recovered by the specific gravity difference in the molten state through the apparatus.

본 실시예에서, 상기 내통(20)은 상단과 하단이 개방되고 축방향을 따라 길게 연장된 통 형태의 구조로 이루어진다. 상기 내통(20)은 전해조(100)의 용융염(110) 속으로 들어가 수직으로 배치되고, 상단은 용융염(110) 수면 위로 노출된다. 상기 내통(20)은 전해조(100)에 대해 상하로 이동가능한 구조로 되어 있다. 상기 내통(20) 내측으로 음극부의 음극 전극(200)이 배치된다. 상기 내통(20)은 용융염(110) 내부로 연장된 음극 전극(200)의 길이보다 충분히 길게 형성되어 음극 전극(200)을 충분히 감쌀 수 있도록 되어 있다.In the present embodiment, the inner cylinder 20 has a tubular structure having an upper end and a lower end opened and elongated along the axial direction. The inner tube 20 enters into the molten salt 110 of the electrolyzer 100 and is disposed vertically and the upper end thereof is exposed above the surface of the molten salt 110. The inner tube 20 has a structure that can move up and down with respect to the electrolytic bath 100. And the cathode electrode 200 of the cathode portion is disposed inside the inner cylinder 20. [ The inner tube 20 is formed to be sufficiently longer than the length of the cathode electrode 200 extending into the molten salt 110 to sufficiently cover the cathode electrode 200.

이에, 음극 전극(200)에서 전착되어 추출된 금속리튬(120)은 음극 전극(200)을 감싸고 있는 내통(20)을 벗어나지 못하고 내통(20) 내측에서 응집되어 모아지게 된다. 용융염 상태에서는 금속리튬(120) 역시 용융 상태로, 금속리튬(120)은 내통(20) 내부에서 비중차에 의해 용융염 수면 위로 부유하여 용융염과 층을 이룬다.The metal lithium 120 deposited on the cathode electrode 200 is collected and accumulated on the inner side of the inner tube 20 without departing from the inner tube 20 surrounding the cathode electrode 200. In the molten salt state, the metal lithium 120 is also melted, and the metal lithium 120 floats above the molten salt water surface due to the specific gravity difference within the inner tube 20 to form a layer with the molten salt.

상기 회수통(30)은 용융염이 유입되지 않도록 용융염 내부로 들어가는 하부는 측면과 바닥면이 막혀 있고, 용융염의 상층을 이루는 금속리튬(120)이 회수되도록 내부에는 수용공간이 형성는 용기 형태의 구조물로 이루어질 수 있다.The bottom of the recovery tank 30 which is filled with the molten salt so as to prevent the molten salt from being introduced into the molten salt is closed at the side and the bottom surface of the bottom of the recovery tank 30. The metal lithium 120 constituting the upper layer of the molten salt is recovered. Structure.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 상기 회수통(30)은 내통(20)을 감싸도록 내통(20) 외측에 배치되는 측부재(32)와, 상기 측부재(32) 하부와 내통(20) 하부를 연결하는 바닥부재(34)를 포함한다. 이에, 상기 회수통(30)은 내통(20)과 한 몸체를 이루며, 측부재(32)와 바닥부재(34) 및 내통(20)에 의해 막힌 내부 공간을 형성한다. 그리고 상기 내통(20)의 상단은 회수통(30)의 내부와 연결되어 금속리튬이 이동하는 통로(22)를 이루게 된다.2, in this embodiment, the recovery cylinder 30 includes a side member 32 disposed outside the inner cylinder 20 to surround the inner cylinder 20, a lower member 32 disposed below the side member 32, And a bottom member (34) connecting the lower portion of the inner tube (20). The recovery cylinder 30 forms a body with the inner cylinder 20 and forms an internal space blocked by the side member 32, the bottom member 34, and the inner cylinder 20. The upper end of the inner tube 20 is connected to the inside of the recovery tube 30 to form a passage 22 through which the metal lithium moves.

상기 측부재(32)는 대략 내통(20)의 형태와 대응되는 형태로 이루어져 내통(20)과 일정 거리를 두고 이격 배치된다. 상기 측부재(32)는 회수통(30)의 외벽을 이루며 내통(20)은 회수통(30)의 내벽을 이룬다. 상기 바닥부재(34)는 측부재(32)와 내통(20) 사이에 일체로 연결되어 회수통(30)하부가 용융염 내부로 들어갔을 때 회수통(30) 내부 공간으로 용융염이 유입되는 것을 차단한다. 본 실시예에서, 상기 바닥부재(34)는 측부재(32)의 하단과 내통(20)의 하단 사이에 연결되나, 그 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다.The side member 32 has a shape corresponding to the shape of the inner tube 20 and is spaced apart from the inner tube 20 by a certain distance. The side member 32 constitutes the outer wall of the recovery cylinder 30 and the inner cylinder 20 constitutes the inner wall of the recovery cylinder 30. The bottom member 34 is integrally connected between the side member 32 and the inner cylinder 20 so that the molten salt flows into the inner space of the recovery cylinder 30 when the lower portion of the recovery cylinder 30 enters into the molten salt It blocks things. In the present embodiment, the bottom member 34 is connected between the lower end of the side member 32 and the lower end of the inner tube 20, but the installation position thereof is not particularly limited.

또한, 상기 회수통(30)을 이루는 측부재(32)는 상단이 용융염의 수면에서 수직방향을 따라 상기 내통(20)의 상단보다 상대적으로 높게 형성된 구조로 되어 있다. 이에, 금속리튬이 이동하는 통로(22) 즉, 내통(20)의 상단을 금속리튬 위치까지 아래로 이동시켰을 때, 측부재(32)의 상단이 충분히 용융염의 수면 위쪽으로 돌출되어 용융염이 측부재(32)를 넘어 회수통(30) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있게 된다.The side member 32 constituting the collection box 30 has a structure in which the upper end is relatively higher than the upper end of the inner cylinder 20 along the vertical direction at the water surface of the molten salt. When the passage 22 of the metal lithium moves, that is, the upper end of the inner cylinder 20 is moved down to the metal lithium position, the upper end of the side member 32 sufficiently protrudes above the water surface of the molten salt, So that it can be prevented from flowing into the recovery cylinder 30 beyond the member 32.

본 실시예에서, 상기 측부재(32)의 상단은 개방된 구조를 이룬다. 이에, 필요시 본 장치를 전해조(100)에서 외부로 인출하여 회수통(30)에 수거된 금속리튬을 개방된 측부재(32) 상단을 통해 인출할 수 있다.In this embodiment, the upper end of the side member 32 has an open structure. If necessary, the apparatus can be taken out of the electrolytic bath 100 to withdraw the metal lithium collected in the collection box 30 through the upper end of the opened side member 32.

상기한 구조 외에, 본 장치의 또 다른 실시예로써, 회수통이 내통과는 분리된 별도의 용기 형태의 구조로 형성할 수 있다. 이러한 구조의 경우 회수통은 단지 상부쪽에 형성되어 금속리튬이 이동되는 통로를 통해서만 내통과 연결된다. 이에, 내통의 높이를 낮춰 통로를 금속리튬 쪽으로 이동시켜주게 되면 용융염 위쪽에 부유하는 금속리튬이 통로를 통해 회수통으로 이동하여, 용융염으로부터 분리 회수된다.In addition to the above-described structure, as another embodiment of the present apparatus, the internal passage of the recovery tube can be formed as a separated separate container type structure. In this structure, the recovery cylinder is formed only on the upper side, and is only passed through the passage through which the metal lithium moves. Thus, when the height of the inner cylinder is lowered and the passage is moved toward the metal lithium, the metal lithium suspended above the molten salt moves through the passage to the recovery cylinder and is separated and recovered from the molten salt.

또한, 본 장치는 상기 내통(20) 내측에 배치되어 내통(20)에 모아진 금속리튬을 회수통(30)쪽으로 밀어내는 푸시부를 더 포함한다. The apparatus further includes a push portion disposed inside the inner cylinder (20) and pushing the metal lithium collected in the inner cylinder (20) toward the collection cylinder (30).

상기 푸시부는 내통(20)의 상단과 간격을 두고 배치되며, 금속리튬(120)과 접하는 하면은 내통(20) 중심부에서 외측으로 갈수록 상향으로 기울어진 경사면(42)을 이루는 유도부재(40)를 포함한다. 상기 유도부재(40)의 경사면(42)을 따라 금속리튬이 내통(20) 외측으로 밀려나가게 되어 금속리튬의 회수율을 보다 높일 수 있게 된다.The push portion is spaced apart from the upper end of the inner tube 20 and the lower surface in contact with the metal lithium 120 has an induction member 40 constituting an inclined surface 42 inclined upward toward the outer side from the center of the inner tube 20 . The metal lithium is pushed out of the inner cylinder 20 along the inclined surface 42 of the guide member 40 so that the recovery rate of the metal lithium can be further increased.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유도부재(40)는 내통(20)의 내부에 배치되는 음극 전극(200)과의 결합을 위해, 중앙에 상하방향으로 홀(46)이 관통 형성된다. 이에, 음극 전극(200)이 상기 홀(46)을 관통하여 설치되어 내통(20) 내측에 배치될 수 있다. 2, the guide member 40 is vertically formed with a hole 46 at the center thereof in order to engage with the cathode electrode 200 disposed inside the inner tube 20. As shown in FIG. Accordingly, the cathode electrode 200 may be installed through the hole 46 and disposed inside the inner tube 20. [

본 실시예에서, 상기 유도부재(40)는 내통(20) 상단에 지지부재(44)를 매개로 고정 설치된다. 상기 지지부재(44)는 내통(20) 상단을 따라 소정 간격을 두고 배치되며 내통(20) 상단과 유도부재(40) 경사면(42) 사이에 연결 설치된다. 이에, 유도부재(40)는 지지부재(44)에 의해 내통(20) 상단에 이격된 상태로 고정되고, 금속리튬은 내통(20) 상단과 유도부재(40)의 경사면(42) 사이 틈새를 통해 이동하게 된다.In the present embodiment, the guide member 40 is fixed to the upper end of the inner cylinder 20 via a support member 44. [ The support members 44 are disposed at predetermined intervals along the upper end of the inner tube 20 and are connected to each other between the upper end of the inner tube 20 and the inclined surface 42 of the guide member 40. The guide member 40 is fixed to the upper end of the inner tube 20 by the support member 44 so that the metal lithium is separated from the upper end of the inner tube 20 by the gap between the inclined surfaces 42 of the guide member 40 .

이하, 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 리튬 회수 과정을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the lithium recovery process according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

본 실시예의 리튬 회수 공정은 용융염을 전해하여 음극부에 금속 리튬을 전착시키는 단계, 음극부에 전착되어 추출된 금속리튬을 비중차에 의해 회수하는 단계를 포함하고, 상기 회수 단계는 내통(20)을 전해조(100) 바닥쪽을 향해 하강시켜 용융염 수면에 대한 내통(20)의 상단 높이를 낮추는 단계, 비중차에 의해 용융염 상부에 부유하는 금속리튬이 높이가 낮아진 내통(20)의 상단을 통해 외측의 회수통(30)으로 이동하는 단계, 내통(20)을 원위치로 상승시키는 단계, 회수통(30)으로부터 모아진 금속리튬을 분리 회수하는 단계를 거친다.The step of recovering lithium in the present embodiment includes a step of electrodepositing metal lithium to a cathode portion by electrolyzing a molten salt and a step of recovering metal lithium extracted by electrodeposition to a cathode portion by a specific gravity difference, ) Lowering the height of the upper end of the inner tube (20) relative to the molten salt water surface by lowering the lower end of the inner tube (20) toward the bottom of the electrolytic bath (100) Moving the inner tube 20 back to its original position, and separating and recovering the collected metal lithium from the recovery tube 30.

전해조(100)에 설치된 음극부와 양극부에 전류를 인가하게 되면 전해 공정이 이루어지면서 음극부에 금속리튬이 전착되어 응집된다. 금속리튬은 용융염보다 비중이 작기 때문에 용융 상태에서 용융염 위쪽으로 부유하며 상층을 이룬다. When an electric current is applied to the cathode portion and the anode portion provided in the electrolytic bath 100, metal lithium is electrodeposited and aggregated in the cathode portion as the electrolysis process is performed. Since lithium metal has a smaller specific gravity than the molten salt, it floats above the molten salt in the molten state and forms the upper layer.

전해공정을 통해 충분한 양의 금속리튬이 용융염 상부에 모이게 되면, 본 장치의 내통(20)을 전해조(100) 하부로 하강시킨다. 내통(20)이 하강되면 내통(20)의 상단은 용융염 상부에 부유하고 있는 금속리튬 위치로 이동하게 된다. When a sufficient amount of metal lithium is collected on the molten salt through the electrolytic process, the inner tube 20 of the apparatus is lowered to the bottom of the electrolytic bath 100. When the inner cylinder 20 is lowered, the upper end of the inner cylinder 20 moves to the metal lithium position floating on the molten salt.

이에, 도 3에 도시된 바와 같이, 내통(20)의 상단이 금속리튬보다 아래로 내려가면서 금속리튬이 내통(20)의 상단을 통해 회수통(30)으로 이동하게 된다. 따라서, 용융 상태에서 용융염 수면 상에 부유하는 금속리튬은 용융염과 분리되어 회수통(30)으로 낙하하여 내부 공간으로 분리 수거된다. 3, the upper end of the inner cylinder 20 is lowered below the metal lithium, and the metal lithium moves to the recovery cylinder 30 through the upper end of the inner cylinder 20. Therefore, the metallic lithium floating on the molten salt water surface in the molten state is separated from the molten salt, falls into the recovery canister 30, and is separated and collected into the internal space.

또한, 상기 내통(20)을 하강시키게 되면 내통(20)에 연결되어 있는 유도부재(40) 역시 하강하게 되고 유도부재(40)는 내통(20) 내에 모아진 금속리튬을 외측으로 밀어내게 된다. 유도부재(40)의 하단은 경사면(42)을 이루고 있어서, 유도부재(40)가 계속 하강하게 되면 경사면(42)이 용융염 수면 아래로 이동하면서 경사면(42)과 용융염 수면 사이 면적이 점차 줄게 된다. 이에, 용융염 위에 부유하는 금속리튬은 유도부재(40) 경사면(42)을 따라 외측으로 밀려나가게 내통(20) 상단과 유도부재(40) 사이에서 형성되는 통로(22)를 통해 내통(20) 외측으로 강제 배출된다.When the inner tube 20 is lowered, the guide member 40 connected to the inner tube 20 is also lowered, and the guide member 40 pushes the collected metal lithium in the inner tube 20 to the outside. The lower end of the guide member 40 forms the inclined surface 42. When the guide member 40 continues to descend, the inclined surface 42 moves below the molten salt water surface and the area between the inclined surface 42 and the molten salt water surface gradually increases I will give you. The metal lithium suspended on the molten salt is pushed outward along the inclined surface 42 of the guide member 40 and inserted into the inner tube 20 through the passage 22 formed between the upper end of the inner tube 20 of the store and the guide member 40, And discharged to the outside.

상기한 금속리튬 회수 과정에서, 내통(20)은 상단이 전해조(100)의 용융염 수위 아래로 내려가지 않도록 유지하면서 그 하강 높이를 조절한다. 이에, 금속리튬 이동과정에서 용융염이 내통(20) 상단을 통해 유출되는 것을 방지할 수 있다.In the above-described metal lithium recovery process, the inner tube 20 adjusts the lowering height while keeping the upper end thereof not to go below the molten salt water level of the electrolytic bath 100. Accordingly, it is possible to prevent the molten salt from flowing out through the upper end of the inner cylinder 20 during the movement of the metal lithium.

금속리튬이 모두 회수되면, 내통(20)을 위쪽으로 이동시켜 원위치로 복귀한다. 그리고 상기한 과정을 반복하여 금속리튬을 연속적으로 회수통(30) 내부로 수거할 수 있다. When all the metal lithium is recovered, the inner cylinder 20 is moved upward to return to the original position. Then, the metal lithium can be continuously collected into the recovery tube 30 by repeating the above process.

[실시예][Example]

전해조 내에 LiCl-KCl이 60:40 mol%로 혼합된 염을 550℃로 가열하여 용융염을 형성한다. 용융염에 전류를 인가하는 음극 전극은 스테인레스 재질로 형성하고, 음극 전극에 구비되는 내통은 금속리튬과 반응성이 낮은 마그네시아 재질로 형성한다. 음극전극은 용융염 수면에서 1cm의 깊이로 위치시킨다. A salt mixed with LiCl-KCl in an electrolytic bath at 60:40 mol% is heated to 550 ° C to form a molten salt. The cathode electrode for applying a current to the molten salt is formed of stainless steel and the inner tube of the cathode electrode is formed of a magnesia material having low reactivity with metal lithium. The cathode electrode is located at a depth of 1 cm from the molten salt water surface.

이 상태에서 전해조 내에 수용된 용융염에 전압을 2.4V 이상 인가하여 전해 공정을 수행한다. 전해공정이 진행되면서 용융염 내에 존재하는 리튬 이온은 음극 전극에서 전착 농축되어 금속리튬으로 환원된다.In this state, the electrolytic process is performed by applying a voltage of 2.4 V or more to the molten salt contained in the electrolytic cell. As the electrolytic process progresses, lithium ions present in the molten salt are electrodeposited and concentrated at the cathode electrode and reduced to metallic lithium.

회수장치를 상하로 1cm 깊이로 주기적으로 왕복 이동시켜 액상의 금속리튬을 회수장치의 회수통 안으로 유입시켜 회수하였다.The recovering device was periodically reciprocated up and down to a depth of 1 cm to recover the liquid metal lithium into the recovery container of the recovery device.

최종적으로 확인한 결과, 약 70%의 금속리튬이 회수장치에 인입됨을 확인하였으며, 음극 전극에는 약 20%의 금속리튬이 전착되어 있음을 확인하였다. As a result, it was confirmed that about 70% of the metallic lithium was drawn into the recovery apparatus, and about 20% of the metallic lithium was electrodeposited to the cathode electrode.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.While the illustrative embodiments of the present invention have been shown and described, various modifications and alternative embodiments may be made by those skilled in the art. Such variations and other embodiments will be considered and included in the appended claims, all without departing from the true spirit and scope of the invention.

10 : 회수 장치 20 : 내통
22 : 통로 30 : 회수통
32 : 측부재 34 : 바닥부재
40 : 유도부재 42 : 경사면
44 : 지지부재 46 : 홀10: recovery device 20: inner tube
22: passage 30:
32: side member 34: bottom member
40: guide member 42: inclined surface
44: support member 46: hole

Claims (14)

용융염이 수용되어 전기분해가 이루어지는 전해조와, 상기 전해조 내에 설치되어 용융염에 음극의 전류를 인가하는 음극부와 양극의 전류를 인가하는 양극부를 포함하는 전해설비의 음극부에 구비되어 응집된 금속리튬을 용융염과 분리 회수하는 전해설비의 리튬 회수 장치에 있어서,
상기 리튬 회수 장치는 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬을 가두어 모으는 내통과, 상기 내통에 금속리튬이 이동되는 통로를 통해 연결되어 비중차에 의해 용융염 위로 부유하는 금속리튬이 수거되는 회수통을 포함하여, 상기 내통의 통로를 용융염 상부의 금속리튬 위치로 이동시켜 금속리튬을 내통에서 회수통으로 이동시키는 구조의 전해설비의 리튬 회수 장치.The electrolytic cell is provided in a cathode portion of an electrolytic apparatus, which is provided in the electrolytic bath and contains a cathode portion for applying a current of a cathode to a molten salt and a cathode portion for applying a current of the anode, 1. A lithium recovery apparatus for an electrolytic apparatus for separating and recovering lithium from a molten salt,
The lithium recovery apparatus includes an inner passage for enclosing a negative electrode portion and collecting coagulated metal lithium, a recovery tank connected to the inner cylinder through a passage through which the metal lithium moves, and recovering metal lithium floating on the molten salt by a specific gravity difference Wherein the metal lithium is moved from the inner cylinder to the recovery cylinder by moving the passage of the inner cylinder to the metal lithium position on the molten salt. 제 1 항에 있어서,
상기 회수통은 용융염이 유입되지 않도록 하부가 막히고 내부에는 금속리튬이 수용되는 공간을 갖는 용기 형태를 이루며, 회수통의 상부와 내통의 상부 사이에 금속리튬이 이동되는 통로가 형성된 전해설비의 리튬 회수 장치.The method according to claim 1,
The recovery tank is in the form of a container having a space closed to prevent molten salt from being inflow and a space for accommodating metal lithium therein. The lithium metal in the electrolytic apparatus having a passage through which metal lithium moves is formed between the upper portion of the recovery column and the upper portion of the inner cylinder. Recovery device. 제 2 항에 있어서,
상기 회수통의 상단은 용융염의 수면에서 수직방향을 따라 상기 통로보다 상대적으로 높게 형성된 전해설비의 리튬 회수 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the upper end of the recovery vessel is formed to be higher than the passage along a vertical direction at a water surface of the molten salt. 제 1 항에 있어서,
상기 회수통은 내통을 감싸도록 내통 외측에 배치되는 측부재와, 상기 측부재 하부와 내통 하부를 연결하는 바닥부재를 포함하여, 측부재와 바닥부재 및 내통에 의해 내부 공간을 형성하고, 상기 내통의 상단은 회수통과 연결되어 금속리튬이 이동하는 통로를 이루는 구조의 전해설비의 리튬 회수 장치.The method according to claim 1,
A side member disposed on the outer side of the inner cylinder so as to surround the inner cylinder and a bottom member connecting the lower side of the side member and the lower portion of the inner cylinder to form an inner space by the side member, And the upper end of the cathode is connected to the cathode through which the metal lithium moves. 제 4 항에 있어서,
상기 회수통의 측부재 상단은 용융염의 수면에서 수직방향을 따라 상기 내통의 상단보다 상대적으로 높게 형성된 전해설비의 리튬 회수 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the upper end of the side member of the recovery cylinder is formed to be higher than the upper end of the inner cylinder along the vertical direction at the water surface of the molten salt. 제 5 항에 있어서,
상기 내통이 상하로 이동되어 상기 통로를 금속리튬 위치로 이동시키는 구조의 전해설비의 리튬 회수 장치.6. The method of claim 5,
And the inner cylinder is moved up and down to move the passage to the metal lithium position. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내통 내측에 배치되어 내통에 모아진 금속리튬을 회수통쪽으로 밀어내는 푸시부를 더 포함하는 전해설비의 리튬 회수 장치.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
And a pushing portion disposed on the inner side of the inner cylinder and pushing the metal lithium collected in the inner cylinder toward the collection cylinder. 제 7 항에 있어서,
상기 푸시부는 내통의 상단과 간격을 두고 배치되며, 금속리튬과 접하는 하면은 내통 중심부에서 외측으로 갈수록 상향으로 기울어진 경사면을 이루는 유도부재를 포함하여, 금속리튬이 상기 경사면을 따라 내통 외측으로 밀려나는 구조의 전해설비의 리튬 회수 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the push portion is disposed at an interval from the upper end of the inner cylinder and the lower surface in contact with the metal lithium forms an inclined surface inclined upward toward the outer side from the center of the inner tube so that metal lithium is pushed outwardly along the inclined surface Structure of electrolytic equipment lithium recovery device. 제 8 항에 있어서,
상기 유도부재는 중앙에 홀이 관통 형성되어, 음극의 전류를 인가하는 음극전극이 상기 홀을 관통하여 장착되는 구조의 전해설비의 리튬 회수 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the guide member has a hole penetrating the center thereof and a cathode electrode for applying a current of the cathode is mounted through the hole. 제 9 항에 있어서,
상기 푸시부는 유도부재와 내통 사이에 설치되어 유도부재를 내통에 이격시켜 고정하는 지지부재를 더 포함하는 전해설비의 리튬 회수 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the push portion further comprises a support member which is provided between the guide member and the inner cylinder and which separates the guide member from the inner cylinder and fixes the guide member. 용융염이 수용되어 전기분해가 이루어지는 전해조와, 상기 전해조 내에 설치되어 용융염에 음극의 전류를 인가하는 음극부와 양극의 전류를 인가하는 양극부, 음극부에 구비되어 응집된 금속리튬을 포함한 경금속을 용융염과 분리 회수하는 회수 장치를 포함하고,
상기 회수 장치는 음극부를 감싸며 설치되어 응집된 금속리튬을 가두어 모으는 내통과, 상기 내통에 금속리튬이 이동되는 통로를 통해 연결되어 비중차에 의해 용융염 위로 부유하는 금속리튬이 수거되는 회수통을 포함하여, 상기 내통의 통로를 용융염 상부의 금속리튬 위치로 이동시켜 금속리튬을 내통에서 회수통으로 이동시키는 구조의 전해설비.A negative electrode portion provided in the electrolytic bath for applying a current of a negative electrode to the molten salt and a positive electrode portion provided in the electrolytic bath for applying a current of the positive electrode and a light metal portion provided in the negative electrode portion, And a recovering device for separating and recovering the molten salt from the molten salt,
The recovering device includes an inner passage for enclosing a negative electrode portion and collecting the coagulated metal lithium, and a recovery bin connected to the inner cylinder through a passage through which the metal lithium moves to collect metal lithium suspended on the molten salt by a specific gravity difference And the metal lithium is moved from the inner cylinder to the recovery cylinder by moving the passage of the inner cylinder to the metal lithium position on the molten salt. 용융염을 전해하여 음극부에 금속리튬을 전착시키는 단계, 음극부에 전착되어 추출된 금속리튬을 비중차에 의해 회수하는 단계를 포함하고,
상기 회수 단계는 내통을 전해조 바닥쪽을 향해 하강시켜 용융염 수면에 대한 내통의 상단 높이를 낮추는 단계, 비중차에 의해 용융염 상부에 부유하는 금속리튬이 높이가 낮아진 내통의 상단을 통해 외측의 회수통으로 이동하는 단계, 내통을 원위치로 상승시키는 단계, 회수통으로부터 모아진 금속리튬을 분리 회수하는 단계를 포함하는 리튬 회수 방법.A step of electrodepositing metal lithium on the cathode portion by electrolyzing a molten salt, and recovering metal lithium extracted by electrodeposition on the cathode portion by a specific gravity difference,
Wherein the recovering step comprises: lowering the inner tube toward the bottom of the electrolytic cell to lower the top height of the inner tube to the molten salt water surface, and recovering the outer side through the upper end of the inner tube, A step of moving the inner cylinder to the original position, and a step of separating and recovering the collected metal lithium from the recovery cylinder. 제 12 항에 있어서,
상기 회수 단계는 내통을 하강시켰을 때 내통의 상단이 전해조의 용융염 수위 아래로 내려가지 않도록 유지하는 단계를 더 포함하는 리튬 회수 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the recovering step further comprises the step of keeping the upper end of the inner tube not lower than the molten salt level of the electrolytic bath when the inner tube is lowered. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 회수 단계는 용융염을 냉각하지 않고 용융 상태에서 이루어지는 리튬 회수 방법.The method according to claim 12 or 13,
Wherein the recovering step is performed in a molten state without cooling the molten salt.
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