WO2015037842A1

WO2015037842A1 - 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치, 리튬 회수 스테이션, 및 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치

Info

Publication number: WO2015037842A1
Application number: PCT/KR2014/007990
Authority: WO
Inventors: 정강섭; 김병규; 류태공; 류정호; 박인수; 홍혜진
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2015-03-19
Also published as: US10385423B2; CN105555978B; US20160230250A1; CN105555978A

Abstract

본 발명은 해수 등의 용액에 포함된 리튬을 회수하기 위한 장치로서, 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치, 리튬 회수 스테이션, 및 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치에 관한 것이다.

Description

근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치, 리튬 회수 스테이션, 및 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치

본 발명은 해수 등의 용액에 포함된 리튬을 회수하기 위한 장치에 관한 것이다.

최근 이슈화되고 있는 유가금속 광물자원의 고갈 문제는 가까운 미래에 인류문명 발전의 걸림돌이 될 것으로 예상되고 있다.

경제성을 감안한 리튬 광물자원의 육상 채광물량은 전 세계적으로 410만여톤에 불과하며 앞으로 10년 이내 고갈이 예상되는 희귀자원이다.

이러한 리튬 자원은 일부 국가에만 편중되어 있고 리튬 매장량이 극미한 대한민국 등에서는 광석 및 염호로부터 리튬을 채취하는 방법을 적용하는 것이 현실적으로 불가능하다.

그러나, 해수 용존자원 중에서 리튬은 0.17mg/ℓ의 미량으로 존재할지라도 전체 용존량은 2,300억 톤으로 많은 양이 존재하는 것으로 알려져 있다.

따라서, 해수에 녹아있는(용해되어 있는) 특정 유가금속 이온만을 선택적으로 추출할 수 있는 광물 회수 기술은 해외 자원 의존도를 낮추고 안정적인 자원 공급을 가능하게 함으로써 국가경제의 성장 동력으로서의 가치가 충분하고 지속적인 미래 국가 경제 발전을 위해 매우 중요한 기술이다.

해수로부터 유가금속을 회수하는 기술과 관련된 종래의 기술들은 대부분 특정 금속 이온에 대한 선택적인 제거를 위한 무기 혹은 유기물질의 이온 교환 및 흡착 기술들에 중점을 두고 개발이 진행되고 있다.

특히, 리튬 이온 분자체로서 망간산화물과 같은 무기화합물 입자들을 PVC(polyvinyl chloride) 같은 폴리머에 임베디드(embeded)시키거나, 고분자 멤브레인으로 이루어진 저장체에 담아 선택적으로 이온교환을 시킨 후 산처리하는 기술을 통해 회수되는 것이 일반적이다.

상기한 종래의 기술들이 해수로부터 리튬 이온에 대한 높은 회수율을 갖는다는 장점이 있다.

그러나, 특정 이온의 흡착에 소요되는 시간이 매우 길기 때문에 경제성과 효율성이 낮고, 이온의 분리공정과 같이 이온의 회수를 위한 후처리 공정에서 산과 같은 유독성 물질을 사용해야 하기 때문에 시스템의 부식 및 환경오염 등의 문제를 발생시키는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 본 출원의 발명자들에 의해 한국 특허등록 제10-1136816호가 안출되었다.

상기 기술은 리튬 등의 금속 이온이 흡착되는 전극모듈을 구비하고 펌프를 통해 금속이온이 존재하는 용액을 전극모듈로 유동시켜 -전극이 인가된 전극모듈에 리튬이온이 흡착되도록 한다.

또, 흡착된 리튬이온을 분리하려 할 때는 전극의 극성을 바꾸어주어 리튬이온이 전극모듈에서 분리되도록 함으로써 해수 등의 용액에 포함된 리튬을 수거할 수 있도록 한다.

한편, 종래 해수에서 리튬을 회수하는 기술은 흡착제 성능의 한계로 인해 수심이 깊은 먼 바다에서 이루어지고 있는 실정이며, 해수로부터 리튬을 회수하기 위해서는 막대한 시스템 건설비 및 운용비용이 요구됨에 따라 상업화에 큰 어려움을 겪고 있을 뿐만 아니라 기상 조건이 좋은 일수가 적어 구동 가능한 시간도 짧으며, 태풍과 강한 파도 등으로 인한 안전성 문제도 제기되고 있는 실정이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 본 발명의 목적은 경제성이 우수하고, 기상 조건에 영향을 적게 받아 구동 가능한 시간도 길며, 안전성이 더 우수한 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 해수에 함유된 리튬의 회수에 필요한 동력을 최대한 줄일 수 있는 리튬 회수 스테이션을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 내산성 수조에 주입된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 공정에 있어서, 리튬 망간 산화물의 무게가 매우 무거울 경우에도 산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도를 용이하게 높일 수 있는 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치는 근해에 위치되어 해수에 포함된 리튬이 흡착되도록 하는 리튬흡착수단(70); 연안이나 연안에 인접한 육상에 위치되어 상기 리튬흡착수단(70)에 흡착된 리튬을 분리하여 리튬을 얻는 리튬분리수단(80); 상기 리튬흡착수단(70) 중 리튬이 흡착된 부분을 리튬분리수단(80)으로 이동시켜 공급하는 흡착리튬이동수단(90);을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 흡착리튬이동수단(90)은 리튬이 흡착된 리튬흡착체를 선로를 따라 이동시켜 리튬분리수단(80)으로 공급한다.

또한, 본 발명에 따른 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치는 근해에 위치되어 해수에 포함된 리튬이 흡착되도록 하는 리튬흡착수단(70); 근해에 위치되어 상기 리튬흡착수단(70)에 흡착된 리튬을 분리하여 고농도의 리튬 함유용액이 되도록 하는 고농도리튬용액제조수단(85); 연안이나 연안에 인접한 육상에 위치되어 상기 고농도리튬용액제조수단(85)에 의해 얻어진 고농도리튬용액을 공급받아 리튬을 추출하는 리튬추출수단(86); 상기 고농도리튬용액제조수단(85)에 의해 얻어진 고농도리튬용액을 리튬추출수단(86)으로 공급하는 리튬용액공급수단(95);을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 리튬용액공급수단(95)은 고농도리튬용액제조수단(85)과 리튬추출수단(86)을 연결하는 공급배관(95a) 및 상기 공급배관(95a)으로 고농도리튬용액을 공급하는 펌프(95b)를 갖는다.

또한, 상기 리튬흡착수단(70)은 담체(11) 표면에 망간산화물을 포함하는 흡착제(12)가 코팅되어 있는 제1전극(10); 리튬을 함유하고 있는 해수에 침지되는 것으로서 상기 제1전극(10)과 간격을 두고 마주보는 형태로 위치되며 전기가 인가되는 제2전극(20); 및 상기 제1전극(10)과 제2전극(20)에 전기를 인가하도록 되어 있되 제1전극(10)과 제2전극(20)에 음극(-극)과 양극(+극)을 각각 인가할 수 있는 전원공급장치;를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션(1000)은 해상에 부유되는 부유체(100); 상기 부유체(100)에 설치되며, 리튬 흡착제(110)를 이동시키기 위한 이동수단(200); 상기 부유체(100)에 설치되며, 하면이 개구되어 해수와 연통되고, 리튬 흡착제(110)가 부유체 하면의 해수에 잠긴 상태에서 리튬 이온을 흡착하기 위한 흡착조(300); 상기 흡착조(300)의 하면에 결합되며, 상기 리튬 흡착제(110)를 해수에 잠긴 상태로 적층하기 위한 케이지(310); 상기 부유체(100)에 설치되며, 상기 이동수단(200)을 통해 상기 흡착조(300)에서 이동된 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제(110)를 세척하기 위한 세척조(400); 및 상기 부유체(100)에 설치되며, 상기 이동수단(200)을 통해 상기 세척조(400)에서 이동된 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제(110)의 리튬 이온을 탈착하기 위한 탈착조(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부유체(100)는 상기 세척조(400)에 공급되는 세척액을 저장하기 위한 세척액 저장 탱크와 상기 탈착조(500)에서 탈착된 리튬 탈착액을 저장하기 위한 리튬 탈착액 저장 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부유체(100)는 상기 탈착조(500)에서 탈착된 리튬 탈착액을 연안 또는 연안에 인접한 육상으로 공급하기 위한 리튬 탈착액 이송수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부유체(100)는 연안 또는 연안에 인접한 육상으로부터 상기 세척조(400)에 필요한 세척액을 공급받기 위한 세척액 이송수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동수단(200)은 상기 부유체(100)에 설치되는 크레인(210), 상기 크레인(210)과 연결되는 체인(220), 및 상기 체인(220)과 연결되며 내부에 리튬 흡착제(110)가 수납되는 프레임(230)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리튬 회수 스테이션(1000)은 상기 부유체(100)에 설치되며, 디젤발전 및 태양열을 이용해 전력을 생산하여 상기 크레인(210)에 공급하는 발전수단(600)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리튬 회수 스테이션(1000)은 상기 부유체(100)의 주변에 위치하는 해상 지반에 고정되는 다수의 지주(810), 상기 지주(810)들과 상기 부유체(100)를 연결하는 다수의 연결줄(820)을 포함하는 지지수단(800);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000)는 상면이 개구되며, 내부에 산 수용액이 저장되는 하우징(1100); 외벽이 다공성고분자막으로 이루어지며 내부에 리튬 망간 산화물이 저장되며, 상기 하우징(1100)의 내부에 삽입되어 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 리튬 반응체(1200); 및 상기 하우징(1100)의 외측에 설치되는 에어공급수단(1310)과, 상기 에어공급수단(1310)과 연결되며 상기 하우징(1100)의 내부에 설치되는 제1에어관(1320)과, 상기 제1에어관(1320)과 연결되며 상기 하우징(1100)의 내부 바닥면에 설치되어 표면에 에어가 분사되는 타공(1331)이 형성되는 제2에어관(1330)과, 상기 하우징(1100)의 내부에 설치되어 상기 타공(1331)에서 이송된 에어가 분사되는 다수의 기공(1341)이 형성되는 폭기박스(1340)를 포함하는 폭기수단(1300);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리튬 탈착 장치(2000)는 상기 폭기박스(1340)가 상기 하우징(1100)의 내부에 다수개 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폭기수단(1300)은 상기 제2에어관(1330)에 형성된 타공(1331)이 상기 폭기박스(1340)에 형성된 기공(1341)보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000)는 상기 하우징(1100)의 개구된 상면에 설치되는 천막(1410)과, 상기 천막(1410)의 상면에 관통 결합되어 상기 하우징(1100)의 내부에 생성되는 리튬 이온을 흡입하는 블로워(1420)와, 상기 천막(1410)의 둘레면 하단에 결합되는 지지대(1430), 및 상기 지지대(1430)의 하단에 결합되는 바퀴(1440)를 포함하는 에어덕트(1400);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치를 이용한 리튬 탈착 방법에 있어서, 상기 리튬 반응체가 상기 하우징의 내부에 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제1공정; 및 해수에 삽입되어 상기 제1공정에서 생성된 망간 산화물과 해수의 반응에 의해 망간 산화물에 해수에 함유된 리튬 이온이 흡착되어 다시 리튬 망간 산화물이 생성되는 제2공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리튬 탈착 방법은 상기 제2공정에서 생성된 리튬 망간물이 상기 하우징의 내부에 다시 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기동들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제3공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치는 먼 바다보다 상대적으로 기상여건이 좋은 근해에서 해수로부터 리튬 흡착공정을 실시하고, 흡착된 리튬을 회수하는 공정은 근해의 설비로 이동되어 근해에서 이루어지도록 되어 있으므로 경제성이 우수하고, 기상 조건에 영향을 적게 받아 구동 가능한 시간이 길며, 안전성이 더 우수한 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치는 흡착리튬이동수단을 구현함에 있어 리튬이 흡착된 전극 등의 리튬흡착체를 선로를 따라 이동시켜 리튬분리수단으로 공급하는 구조는 해상에서 이루어지는 공정을 최소화할 수 있는 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치는 근해에서 고농도리튬용액을 제조하여 공급배관 및 펌프를 통해 연안으로 공급하여 리튬의 추출이 이루어지도록 된 경우는 근해에서 연안까지의 지형이 평탄한 경우에 공급배관 설치가 용이하므로 경제성이 우수한 특징이 있다.

본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션은 해상에 부유되는 부유체; 상기 부유체에 설치되며, 리튬 흡착제를 이동시키기 위한 이동수단; 상기 부유체에 설치되며, 하면이 개구되어 해수와 연통되고, 리튬 흡착제가 부유체 하면의 해수에 잠긴 상태에서 리튬 이온을 흡착하기 위한 흡착조; 상기 흡착조의 하면에 결합되며, 상기 리튬 흡착제를 해수에 잠긴 상태로 적층하기 위한 케이지; 상기 부유체에 설치되며, 상기 이동수단을 통해 상기 흡착조에서 이동된 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제를 세척하기 위한 세척조; 및 상기 부유체에 설치되며, 상기 이동수단을 통해 상기 세척조에서 이동된 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제의 리튬 이온을 탈착하기 위한 탈착조;를 포함하여 구성됨으로써, 해수를 도입하기 위한 동력이 필요 없어 해수에 함유된 리튬의 회수에 필요한 동력을 최대한 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치는 내산성 수조에 주입된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 공정에 있어서, 에어레이션을 이용하여 리튬 망간 산화물의 무게가 매우 무거울 경우에도 산 수용액과 리튬 망간 산화물로 에어를 분사하여 산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도를 용이하게 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치의 개략도로서 리튬이 흡착된 부분을 이동시켜 공급하는 형태의 개략도

도 2는 본 발명 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치의 또 다른 형태를 도시한 개략도로서 고농도리튬용액제조수단을 갖는 형태의 개략도

도 3는 본 발명의 구성요소인 리튬흡착수단의 한 예를 설명하기 위한 개략도

도 4는 본 발명의 구성요소인 리튬흡착수단의 제1전극과 제2전극의 배열 구조를 설명하기 위한 개략도(제1전극과 제2전극이 간격을 두고 교번되게 배치되고, 제1전극과 제2전극 사이에 절연층이 위치된 상태)

도 5는 본 발명의 구성요소인 리튬흡착수단의 제1전극과 제2전극의 배열 구조를 설명하기 위한 다른 개략도(제1전극이 복수 개 배치되고, 복수 개의 제1전극에 대하여 한 개의 제2전극이 위치된 상태)

도 6은 망간 산화물 흡착제가 양면으로 코팅된 금속 전극인 제1전극과 제2전극을 반복적으로 배치한 구조를 도시한 개략도

도 7은 본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션의 사시도

도 8은 본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션의 평면도

도 9는 본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션의 측면도

도 10은 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 사시도

도 11은 본 발명에 따른 폭기수단의 실시예의 단면도

도 12는 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 실시예의 사시도

도 13은 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 실험예에 따른 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 산 수용액이 탈착되는 용출도를 나타낸 그래프

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 하나의 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치, 리튬 회수 스테이션, 및 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치에 관한 것이다.

이 때, 본 발명은 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치의 리튬흡착수단에 리튬 회수 스테이션을 적용할 수 있다 :

또한, 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치의 리튬분리수단에 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치를 적용할 수 있다.

이하, 본 발명에 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치에 대해 설명하기로 한다.

[본 발명에 따른 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치]

도 1은 본 발명 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치의 개략도로서 리튬이 흡착된 부분을 이동시켜 공급하는 형태의 개략도, 도 2는 본 발명 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치의 또 다른 형태를 도시한 개략도로서 고농도리튬용액제조수단을 갖는 형태의 개략도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치는 해수에 포함된 리튬이 흡착되도록 하는 리튬흡착수단(70)을 갖는다.

또, 리튬흡착수단(70)에 흡착된 리튬을 분리하여 리튬을 얻는 리튬분리수단(80)을 갖는다.

리튬흡착수단(70)이나 리튬분리수단(80)은 이미 다양한 형태가 공지된 것이므로 이 부분에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

그런데 본 발명은 경제성이 우수하고, 기상 조건에 영향을 적게 받아 구동 가능한 시간도 길며, 안전성이 더 우수한 해수의 리튬 회수장치를 제공하려는 것이다 :

본 출원의 발명자는 먼 바다보다 상대적으로 기상여건이 좋은 근해에서 해수로부터 리튬 흡착공정을 실시하고, 흡착된 리튬을 회수하는 공정은 근해으로 이동되어 근해에서 실시되도록 하는 구조를 안출하였다.

따라서 리튬흡착수단(70)은 근해에 위치되어 해수에 포함된 리튬이 흡착되도록 한다.

또, 리튬분리수단(80)은 연안에 위치되어 리튬흡착수단(70)에 흡착된 리튬을 분리하여 리튬을 얻는다.

이와 같이 본 발명은 리튬의 흡착은 근해에서 리튬의 회수는 연안에서 이루어진다.

따라서 본 발명은 리튬흡착수단(70) 중 리튬이 흡착된 부분을 리튬분리수단(80)으로 이동시켜 공급하는 흡착리튬이동수단(90)을 갖는다.

리튬이 흡착된 부분은 담체 표면에 망간산화물을 포함하는 흡착제가 코팅된 전극일 수 있다.

즉, 리튬흡착수단(70) 중 리튬이 흡착된 전극을 연안의 리튬분리수단(80)으로 공급할 수 있는 것이다.

이러한 흡착리튬이동수단(90)은 리튬이 흡착된 리튬흡착체를 선로를 따라 이동시켜 리튬분리수단(80)으로 공급하는 형태일 수 있다.

리튬흡착수단(70)에서 리튬이 흡착된 부분을 분리하여 이동시키는 과정은 수작업에 의해 이루어지도록 할 수도 있고, 로봇 등에 의한 자동 반자동으로 이루어지도록 할 수도 있다.

전술한 구조는 리튬이 흡착된 부분 자체를 근해에서 연안으로 공급하는 구조이다 :

이러한 구조는 근해에서 이루어지는 공정을 최소화할 수 있는 특징이 있다 :그러나 흡착리튬이동수단(90)의 구현에 소요되는 비용이 많은 단점이 있다 :

이러한 단점의 해소를 위해 근해에서 고농도의 리튬 함유용액을 만들고 배관을 통해 고농도의 리튬 함유용액을 연안으로 공급하여 연안에서 리튬이 추출되어 회수되도록 하는 구조를 안출하였다.

이를 위한 구조를 구체적으로 설명하면, 근해에 위치되어 해수에 포함된 리튬이 흡착되도록 하는 리튬흡착수단(70)을 갖는다.

또, 근해에 위치되어 리튬흡착수단(70)에 흡착된 리튬을 분리하여 고농도의 리튬 함유용액이 되도록 하는 고농도리튬용액제조수단(85)을 갖는다.

또, 연안에 위치되어 근해의 고농도리튬용액제조수단(85)에 의해 얻어진 고농도리튬용액을 공급받아 리튬을 추출하는 리튬추출수단(86)을 갖는다.

또, 고농도리튬용액제조수단(85)에 의해 얻어진 고농도리튬용액을 리튬추출수단(86)으로 공급하는 리튬용액공급수단(95)을 갖는다 :

고농도리튬용액제조수단(85)은, 흡착된 리튬을 염산 등의 약품을 사용하여 분리하는 방식이나 전기의 극성을 바꾸어주는 방식 등을 통해 리튬이 분리되어 용액에 포함됨으로써 고농도의 리튬 함유용액이 되도록 하는 형태로 구현 가능하다.

리튬추출수단(86)은 공지의 화학적 처리공정 등을 통해 고순도의 리튬 및 다양한 종의 리튬화합물을 제조하는 형태로 구현 가능하다.

리튬용액공급수단(95)은 고농도리튬용액제조수단(85)과 리튬추출수단(86)을 연결하는 공급배관(95a) 및 이러한 공급배관(95a)으로 고농도리튬용액을 공급하는 펌프(95b)를 갖는 형태로 구현 가능하다.

근해에서 고농도리튬용액을 제조하여 공급배관(95a) 및 펌프(95b)를 통해 연안으로 공급하여 리튬의 추출이 이루어지도록 된 구조는 근해에서 연안까지 연결에 소요되는 경비가 적은 장점이 있다.

특히, 근해에서 연안까지의 지형이 평탄한 경우에 공급배관(95a) 설치가 용이하므로 더욱 경제적이다.

본 발명에 있어서, 리튬흡착수단(70)은 흡착효율이 우수하도록 할 필요성이 있다.

이를 위하여 도 3과 같은 형태로 구현 가능하다.

도 3은 담체(11) 표면에 망간산화물을 포함하는 흡착제(12)가 코팅되어 있는 제1전극(10)을 갖는다.

또, 리튬을 함유하고 있는 해수에 침지되는 것으로서 제1전극(10)과 간격을 두고 마주보는 형태로 위치되며 전기가 인가되는 제2전극(20)을 갖는다.

또, 제1전극(10)과 제2전극(20)에 전기를 인가하도록 되어 있되 제1전극(10)과 제2전극(20)에 음극(-극)과 양극(+극)을 각각 인가되도록 할 수 있는 전원공급장치(30)를 갖는다.

이러한 구조는 리튬이온이 흡착제(12)에 빠르게 그리고 깊이 확산되어 들어가서 수소이온과 치환되어 흡착될 수 있다.

또, 대형화가 가능할 뿐만 아니라 에너지 효율성과 경제성이 우수하다 :

이러한 구조에서 고농도리튬용액제조수단(85)은 제1전극(10)과 제2전극(20)에 인가되는 전기의 극성을 바꾸어 제1전극(10)에 양극(+극)이 인가되고 제2전극(20)에 음극(-극)이 인가되도록 할 수 있는 것을 포함하는 형태로 구현 가능하다.

이러한 경우 흡착된 리튬을 탈착할 때 사용되는 탈착액의 산 농도가 묽은 산성용액이 되도록 할 수 있어 흡착제를 오랫동안 반복적으로 사용할 수 있다 :

즉, 묽은 산성용액에 제1전극(10)과 제2전극(20)이 침지된 상태에서 제1전극(10)과 제2전극(20)에 인가되는 전기의 극성을 바꾸어 리튬이 분리되면서 고농도의 리튬용액이 되도록 하는 것이다 :

본 발명에 있어서, 근해에 위치된 리튬흡착수단(70)이나 그 주변의 시설로 담수를 공급할 수 있는 담수공급수단을 더 구비할 수 있다.

이러한 담수는 세척작업 등에 사용될 수 있다.

담수공급수단은 근해와 연안을 연결하는 담수공급배관과 공급펌프를 갖는 형태로 구현 가능하다.

미설명 부호 40은 전압계이고, 50은 전류계이며, 60은 절연층이다 :

이하, 본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션에 대해 설명하기로 한다.

[본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션]

도 7은 본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션의 사시도, 도 8은 본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션의 평면도, 도 9는 본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션의 측면도이다.

도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션(1000)은 부유체(100), 이동수단(200), 흡착조(300), 케이지(310), 세척조(400), 탈착조(500)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 부유체(100)는 해상에 설치되며, 플레이트 형태로 형성될 수 있다.

이 때, 상기 부유체(100)는 바지선과 같은 무동력 선박의 형태나 하측이 부유물질로 이루어질 수 있고, 상측이 사각통 형태로 형성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

상기 이동수단(200)은 상기 부유체(100)의 상면에 설치되며, 상기 흡착조(300), 세척조(400), 탈착조(500)로 각각 리튬 흡착제(110)를 이동시키는 역할을 한다.

여기에서 리튬 흡착제(110)는 이온 교환에 의하여 리튬을 흡착할 수 있는 고선택성 리튬 흡착제(110)가 이용될 수 있으며, 망간 산화물일 수 있다.

이 때, 망간 산화물은 스피넬형 망간 산화물, 특히 3차원 터널 구조를 가지는 스피넬형 망간 산화물이 바람직하며, 화학식 H_nMn_2-xO₄(식 중, 1≤n≤1.33, 0≤x≤0.33, n≤1+x임)로 나타나는 망간 산화물이 보다 바람직하고, H_1.33Mn_1.67O₄가 가장 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다 :보다 성능이 향상된 H_1.6Mn_1.6O₄등과 같은 변형된 망간 산화물도 본 발명에 이용할 수 있다.

또한, 망간 산화물은 표면에 리튬 이온이 흡착되기 위한 다수의 딤플(미도시)이 형성될 수 있다.

상기 흡착조(300)는 상기 부유체(100)의 하면에 설치되되, 상기 부유체(100)의 하면에 관통 결합되며, 상하면이 개구되어 해상의 해수와 연통되며, 상기 이동수단(200)에 의해 리튬 흡착제(110)가 상기 흡착조(300)의 상하면을 통과하면서 상기 흡착조(300)의 하측에 위치하는 해상의 해수에 노출되어 리튬 흡착제(110)에 해상의 해수에 함유된 리튬 이온이 흡착된다.

즉, 상기 흡착조(300)는 해상의 해수를 리튬 흡착제(110)로 강제로 도입하지 않고 리튬 흡착제(110)를 해상의 해수에 노출시켜 리튬 흡착 반응을 유도하는 것이다.

상기 케이지(310)는 상기 흡착조(300)의 하면에 결합되어 해상의 해수에 위치하며, 상기 흡착조(300)의 상하면을 통과한 리튬 흡착제(110)가 적층된다.

상기 케이지(310)는 프레임(230) 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 흡착조(300)의 상하면을 통과한 리튬 흡착제(110)가 해상의 지반에 접촉되는 것을 방지하는 역할을 한다.

또한, 상기 케이지(310)는 해상의 해수에 부식이 최대한 방지되는 스테인리스 스틸로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 세척조(400)는 상기 부유체(100)의 상면에 설치되며, 상면이 개구되며 내부에 세척액이 수용되어 상기 흡착조(300)에서 상기 이동수단(200)에 의해 이동된 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제(110)를 세척한다.

이 때, 상기 세척조(400)는 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제(110)에 묻어 있는 해상의 염분 및 불순물을 세척하는 역할을 한다.

상기 탈착조(500)는 상기 부유체(100)의 상면에 설치되며, 상면이 개구되며, 상기 세척조(400)에서 상기 이동수단(200)에 의해 이동된 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제(110)의 리튬 이온을 탈착하는 역할을 한다.

이 때, 상기 탈착조(500)는 상기 리튬 흡착제(110)에서 탈착된 리튬 이온이 포함된 액체를 회수할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션은 해상에 부유되는 부유체; 상기 부유체에 설치되며, 리튬 흡착제(110)를 이동시키기 위한 이동수단; 상기 부유체에 설치되며, 하면이 개구되어 해수와 연통되고, 리튬 흡착제(110)가 부유체 하면의 해수에 잠긴 상태에서 리튬 이온을 흡착하기 위한 흡착조; 상기 흡착조의 하면에 결합되며, 상기 리튬 흡착제(110)를 해수에 잠긴 상태로 적층하기 위한 케이지; 상기 부유체에 설치되며, 상기 이동수단을 통해 상기 흡착조에서 이동된 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제(110)를 세척하기 위한 세척조; 및 상기 부유체에 설치되며, 상기 이동수단을 통해 상기 세척조에서 이동된 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제(110)의 리튬 이온을 탈착하기 위한 탈착조;를 포함하여 구성됨으로써, 해수를 도입하기 위한 동력이 필요 없어 해수에 함유된 리튬의 회수에 필요한 동력을 최대한 줄일 수 있는 효과가 있다..

한편, 상기 부유체(100)는 상기 세척조(400)에 공급되는 세척액을 저장하기 위한 세척액 저장탱크(미도시)와 상기 탈착조(500)에서 탈착된 리튬 탈착액을 저장하기 위한 리튬 탈착액 저장 탱크(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이 때, 상기 세척액 저장탱크 및 상기 리튬 탈착액 저장 탱크는 각각 상기 부유체(100)의 내부에 설치될 수 있다.

한편, 상기 리튬 탈착액 저장 탱크는 상기 탈착조(500)에서 탈착된 리튬 탈착액이 함유된 용액을 저장할 수 있다 :이 때, 상기 탈착조(500)에는 리튬 이온이 함유될 수 있도록 소정양의 용액이 저장될 수 있다.

또한, 상기 부유체(100)는 상기 탈착조(500)에서 탈착된 리튬 탈착액을 연안 또는 연안에 인접한 육상으로 공급하기 위한 리튬 이온 이송 수단(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이 때, 상기 리튬 이온 이송 수단은 상기 탈착조(500)와 연안 또는 상기 탈착조와 연안에 인접한 육상을 연결하는 제1연결배관으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 부유체(100)는 연안 또는 연안에 인접한 육상으로부터 상기 세척조(400)에 필요한 세척액을 공급하기 위한 세척액 이송수단(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 세척액 이송 수단은 연안에 위치하는 세척액저장통(미도시)과 상기 탈착조(500) 또는 연안에 인접한 육상에 위치하는 세척액저장통(미도시)과 상기 탈착조(500)를 연결하는 제2연결배관으로 구성될 수 있다.

한편, 상기 이동수단(200)은 크레인(210), 체인(220), 프레임(230)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 크레인(210)은 상기 부유체(100)의 상면에 설치되며, 상하방향을 회전축으로 회전이 가능하다.

상기 체인(220)은 상기 크레인(210)과 연결되는 것으로, 길이방향으로 길이 조절이 가능하도록 구성될 수 있다 :상기 체인(220)은 띠형상으로 형성될 수 있다.

이 때, 상기 크레인(210)에는 일면에 상기 체인(220)이 걸어지기 위한 제1체결링(미도시)이 결합될 수 있다.

상기 프레임(230)은 상기 체인(220)과 연결되며 내부에 망간 산화물이 수납된다.

이 때, 상기 프레임(230)에는 일면에 상기 체인(220)이 걸어지기 위한 제2체결링(미도시)이 결합될 수 있다.

또한, 상기 리튬 회수 스테이션(1000)은 디젤발전 및 태양열과 같은 발전수단(600) 및 저장조(700)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 발전수단(600)은 상기 부유체(100)의 상면에 설치되며, 디젤발전 및 태양열을 이용해 전력을 생산하여 상기 크레인(210) 및 상기 부유체(100)의 조명, 선실의 냉난방 장치에 공급하는 역할을 한다.

상기 발전수단(600)은 데크로서, 그 상측에 태양열을 이용하여 전력을 생산하는 태양열 전지판이 구성될 수 있다.

상기 저장조(700)는 상기 부유체(100)의 상면에 설치되며, 상기 탈착조(500)에서 탈착된 리튬 탈착액이 저장된다.

상기 저장조(700)에 저장된 리튬 이온은 이온 상태 또는 수용액 상태로 저장되어 지상으로 공급될 수 있다.

또한, 상기 리튬 회수 스테이션(1000)은 상기 부유체(100)를 해상의 지반에 고정하기 위한 지지수단(800)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 지지수단(800)은 지주(810) 및 연결줄(820)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 지주(810)는 상기 부유체(100)의 주변에 위치하는 해상 지반에 고정된다.

상기 연결줄(820)은 상기 지주(810)들과 상기 부유체(100)를 연결한다.

이에 따라, 상기 부유체(100)는 상기 지지수단(800)에 의해 일정 범위에서만 이동할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치에 대해 설명하기로 한다.

[본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치]

도 10은 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 사시도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000)는 하우징(1100), 리튬 반응체(1200), 및 폭기수단(1300)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 하우징(1100)은 상면이 개구된 직육면체 형태로 형성될 수 있으며, 내부에 산 수용액이 저장된다.

이 때, 산 수용액은 0.5몰 이하의 염산(HCI) 수용액 일 수 있다.

또한, 상기 하우징(1100)은 물에 용해되지 않으며 산, 특히 약산과 반응하지 않는 내화학성 및 공극의 크기를 유지할 수 있는 기계적 강도가 우수한 물질이면 제한되지 않고 본 발명에 따른 고분자 재료로 이용될 수 있으며, 상기 고분자 재료는 예를 들면, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 이들의 혼합물 및 공중합체로 이루어진 군으로 선택되는 하나 이상의 물질임이 바람직하나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

상기 리튬 반응체(1200)는 외벽이 다공성고분자막으로 이루어지며 내부에 리튬 망간 산화물이 저장되며, 상기 하우징(1100)의 내부에 삽입되어 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 제1공정, 및 해수에 삽입되어 상기 제1공정에서 생성된 망간 산화물과 해수의 반응에 의해 상기 망간 산화물에 해수에 함유된 리튬 이온이 흡착되어 다시 리튬 망간 산화물이 생성되는 제2공정, 다시 상기 하우징(1100)의 내부에 삽입되어 상기 제2공정에서 생성된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 제3공정이 이루어진다.

이 때, 상기 리튬 반응체(1200)는 외벽이 다공성고분자막으로 이루어짐으로써, 외부에서 받는 압력이 없이도 산 수용액과 해수의 출입 및 배출이 가능하게 된다.

또한, 상기 리튬 반응체(1200)는 해수 및 산 수용액에 대한 우수한 내화학성 및 공극의 크기를 일정하게 유지할 수 있는 우수한 기계적 강도를 가진 고분자 재료를 이용하여 제조하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 리튬 반응체(1200)의 내부에 저장된 리튬 망간 산화물은 스피넬형 리튬 망간 산화물, 특히, 3차원 터널 구조를 가지는 스피넬형 리튬 망간 산화물이 바람직하며, 하기 화학식 1 또는 하기 화학식 2로 이루어질 수 있다.

[화학식 1]

Li_aMn₂-_bO₄

(단, 1≤a≤1.33, 0≤b≤0.33, a≤1+b임)

[화학식 2]

Li_1.6Mn_1.6O₄

상기 폭기수단(1300)은 상기 하우징(1100)의 내부에 위치하는 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응 속도를 증가시키기 위한 구성으로, 에어공급수단(1310), 제1에어관(1320), 제2에어관(1330), 및 폭기박스(1340)를 포함하여 구성된다.

상기 에어공급수단(1310)은 상기 하우징(1100)의 외측에 설치되며 압축 에어가 생성되는 에어컴프레서로 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

상기 제1에어관(1320)은 상기 에어공급수단(1310)과 연결되는 연결배관으로서, 상기 하우징(1100)의 상면에서 하면으로 연장되는 구조로 형성될 수 있다.

상기 제2에어관(1330)은 상기 제1에어관(1320)과 연결되며 상기 하우징(1100)의 내부 바닥면에 설치되어 상측 표면에 에어가 분사되는 타공(1331)이 설치된다.

이 때, 상기 타공(1331)에는 상기 에어공급수단(1310)에서 공급된 에어가 분사된다.

상기 폭기박스(1340)는 상기 하우징(1100)의 내부에 상기 타공(1331)에 대향하도록 설치되며, 상기 에어공급수단(1310)에서 공급된 에어를 균일하게 분할하는 다수의 기공(1341)이 형성된다.

이 때, 상기 폭기박스(1340)는 상기 기공(1341)들에서 분사되는 에어가 자연대류에 의해 상승하는 것을 감안하여 상기 에어가 상기 하우징(1100)의 내부에 최대한 머무를 수 있도록 상기 하우징(1100)의 내부 하측에 설치되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000)는 내산성 수조에 주입된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 공정에 있어서, 폭기수단(1300)을 이용하여 리튬 망간 산화물의 무게가 매우 무거울 경우에도 산 수용액과 리튬 망간 산화물로 에어를 분사하여 산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도를 용이하게 높일 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기 폭기박스(1340)는 상기 하우징(1100)의 내부 하측에 다수개가 배열 설치될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 폭기수단의 실시예에 대해 설명하기로 한다.

<폭기수단-실시예>

도 11은 본 발명에 따른 폭기수단의 실시예의 단면도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폭기수단(1300)의 실시예는 제1에어데크(1350), 및 제2에어데크(1360)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1에어데크(1350)는 상기 타공(1331)에 설치되며, 상기 에어공급수단(1310)에서 상기 타공(1331)으로 공급된 에어를 균일한 크기로 분할하여 상기 기공(1341)로 분사되게 하는 다수의 제1분할공(1351)이 형성된다.

상기 제1분할공(1351)들은 상기 제1에어데크(1350)의 소정 영역들이 각각 천공되어 형성되는 구성으로, 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다.

상기 제2에어데크(1360)는 상기 타공(1331)에 설치되되, 상기 제1에어데크(1350)와 상기 타공(1331)의 에어분사방향으로 일정간격 이격되게 설치되며, 상기 제1분할공(1351)들을 통과한 에어를 다시 균일한 크기로 분할하는 다수의 제2분할공(1361)이 형성된다.

이 때, 상기 제1분할공(1351)들을 통과하면서 균일한 크기로 분할된 에어는 상기 제2분할공(1361)들을 통과하면서 다시 균일한 크기로 분할되면서 상기 기공(1341)들을 통해 다시 균일한 크기로 분할되면서 상기 하우징(1100)의 내부로 분사되어 상기 하우징(1100) 내부의 일정 영역마다 균일한 크기의 유동력을 갖게 된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 폭기수단(1300)의 실시예는 상기 하우징(1100)의 내부로 분사된 에어가 상기 하우징(1100) 내부의 일정 영역마다 균일한 크기의 유동력을 갖게 되어, 산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도가 상기 하우징(1100) 내부의 일정 영역마다 균일한 효과가 있다.

<본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 실시예>

도 12는 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 실시예의 사시도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000)의 실시예는 천막(1410), 블로워(1420), 지지대(1430), 및 바퀴(1440)를 포함하여 구성된다.

상기 천막(1410)은 상기 하우징(1100)의 개구된 상면을 덮는 구성으로, 상기 하우징(1100)의 내부에서 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 생성된 리튬 이온이 외부로 배출되지 않도록 차단하는 역할을 한다.

상기 블로워(1420)는 상기 천막(1410)의 상면에 관통 결합되어 상기 하우징(1100)의 내부에 생성된 리튬 이온을 흡입하는 역할을 한다.

상기 지지대(1430)은 상기 천막(1410)의 둘레면 하단에 결합되는 구성으로, 상기 하우징(1100)의 둘레면을 둘러싸며, 상기 하우징(1100)을 지지하는 역할을 한다.

상기 바퀴(1440)는 상기 지지대(1430)의 하단에 결합되며, 상기 하우징(1100)과 에어덕트(1400)가 자유롭게 이동할 수 있게 하는 역할을 한다.

본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치를 이용한 리튬 탈착 방법은 상기 리튬 반응체가 상기 하우징의 내부에 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제1공정; 및 해수에 삽입되어 상기 제1공정에서 생성된 망간 산화물과 해수의 반응에 의해 망간 산화물에 해수에 함유된 리튬 이온이 흡착되어 다시 리튬 망간 산화물이 생성되는 제2공정;를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 증가되는 것이다.

또한, 상기 리튬 탈착 방법은 상기 제2공정에서 생성된 리튬 망간물이 상기 하우징의 내부에 다시 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기동들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제3공정;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 다시 증가되는 것이다.

종래에는 산 수용액과 리튬 망간 산화물의 반응 속도를 높이기 위하여 내산성 수조에 자기장을 가하거나 진동을 가하는 방법이 있었으나, 이 방법은 상기 리튬 반응체의 무게가 톤 단위로 매우 무거울 경우에는 활용할 수 없었다.

그러나 본 발명에 따른 리튬 탈착 방법은 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 증가됨으로써, 상기 리튬 반응체의 무게가 톤 반위로 매우 무거운 경우에도 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도를 용이하게 증가시킬수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 실험예에 설명하기로 한다.

<실험예>

리튬탈착공정의 효율성을 좌우하는 요소는 상기 하우징(1100)의 내부에 수용된 산 수용액의 농도와 상기 산 수용액에 농축되는 리튬의 농축도라고 할 수 있다.

특히, 산 수용액의 농도를 최대한 낮게 하면서 탈착반응 효율을 떨어뜨리지 않는 수준에서 산 수용액의 반복사용을 통해 많은 양의 리튬을 농축시킬 수 있다면 리튬 탈착의 효율을 높일 수 있다.

또한, 리튬 탈착 공정에 있어서, 산 수용액과 리튬 반응체(1200)의 반응을 원활하게 하기 위한 물리적인 구동력 확보도 중요하다.

본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000)에 있어서, 상기 하우징(1100)의 내부에 0.3몰 염산 수용액 800L(또는 1600L)를 주입하고 상기 리튬 반응체(1200)로서 리튬망간산화물을 8kg(또는 16kg)을 삽입하고 상기 폭기수단(1300)을 이용하여 상기 하우징(1100)의 내부에 에어를 분사한 다음, 상기 하우징(1100)의 내부에 주입된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 및 망간이온이 녹아 나오는 용출도(Extractability)를 측정하였다.

도 13은 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치의 실험예에 따른 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 및 망간이온이 녹아 나오는 용출도를 나타낸 그래프이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 1일 후 리튬 이온의 용출도는 약 80%로 나타났으며 망간 이온의 용출도는 10%로 나타났고, 2일 후 리튬 이온의 용출도는 약 95%로 나타났으며 망간 이온의 용출도는 20%로 나타났다.

상기 리튬 반응체(1200)로서 리튬망간산화물 대신 리튬이온이 흡착된 망간산화물인 경우에는 단 2~3시간 정도의 짧은 반응시간이면 95% 이상의 리튬을 탈착시킬 수 있는 것으로 나타났다.

이에 따라, 본 발명에 따른 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000)의 리튬 이온의 용출도가 매우 효율적인 것을 알 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

(부호의 설명)

10 :제1전극

11 : 담체

12 : 흡착제

20 : 제2전극

30 : 전원공급장치

40 : 전압계

50 : 전류계

60 : 절연층

70 : 리튬흡착수단

80 : 리튬분리수단

85 : 고농도리튬용액제조수단

86 : 리튬추출수단

90 : 흡착리튬이동수단

95 : 리튬용액공급수단

95a : 공급배관

95b : 펌프

1000 : 본 발명에 따른 리튬 회수 스테이션

100 : 부유체

110 : 리튬 흡착제

200 : 이동수단

210 : 크레인220 : 체인

230 : 프레임

300 : 흡착조

310 : 케이지

400 : 세척조

500 : 탈착조

600 : 발전수단

700 : 저장조

800 : 지지수단

810 : 지주

820 : 연결줄

2000 : 본 발명에 따른 리튬 탈착 장치

1100 : 하우징

1200 : 리튬 반응체

1300 : 폭기수단

1310 : 에어공급수단

1320 : 제1에어관

1330 : 제2에어관

1331 : 타공

1340 : 폭기박스

1341 : 기공

1350 : 제1데크

1351 : 제1분할공

1360 : 제2데크

1361 : 제2분할공

1400 : 에어덕트

1410 : 천막

1420 : 블로워

1430 : 지지봉

1440 : 바퀴

Claims

해수에 포함된 리튬을 회수하는 장치에 있어서.

근해에 위치되어 해수에 포함된 리튬이 흡착되도록 하는 리튬흡착수단(70);

연안이나 연안에 인접한 육상에 위치되어 상기 리튬흡착수단(70)에 흡착된 리튬을 분리하여 리튬을 얻는 리튬분리수단(80);

상기 리튬흡착수단(70) 중 리튬이 흡착된 부분을 리튬분리수단(80)으로 이동시켜 공급하는 흡착리튬이동수단(90);을 포함하여 구성된, 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치.
제 1항에 있어서,

상기 흡착리튬이동수단(90)은 리튬이 흡착된 리튬흡착체를 선로를 따라 이동시켜 리튬분리수단(80)으로 공급하는, 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치.
해수에 포함된 리튬을 회수하는 장치에 있어서,

근해에 위치되어 해수에 포함된 리튬이 흡착되도록 하는 리튬흡착수단(70);

근해에 위치되어 상기 리튬흡착수단(70)에 흡착된 리튬을 분리하여 고농도의 리튬 함유용액이 되도록 하는 고농도리튬용액제조수단(85);

연안이나 연안에 인접한 육상에 위치되어 상기 고농도리튬용액제조수단(85)에 의해 얻어진 고농도리튬용액을 공급받아 리튬을 추출하는 리튬추출수단(86);

상기 고농도리튬용액제조수단(85)에 의해 얻어진 고농도리튬용액을 리튬추출수단(86)으로 공급하는 리튬용액공급수단(95);을 포함하여 구성된, 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치.
제 3항에 있어서,

상기 리튬용액공급수단(95)은 고농도리튬용액제조수단(85)과 리튬추출수단(86)을 연결하는 공급배관(95a) 및 상기 공급배관(95a)으로 고농도리튬용액을 공급하는 펌프(95b)를 갖는, 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 리튬흡착수단(70)은, 담체(11) 표면에 망간산화물을 포함하는 흡착제(12)가 코팅되어 있는 제1전극(10);

리튬을 함유하고 있는 해수에 침지되는 것으로서 상기 제1전극(10)과 간격을 두고 마주보는 형태로 위치되며 전기가 인가되는 제2전극(20); 및

상기 제1전극(10)과 제2전극(20)에 전기를 인가하도록 되어 있되 제1전극(10)과 제2전극(20)에 음극(-극)과 양극(+극)을 각각 인가할 수 있는 전원공급장치;를 포함하여 구성된, 근해의 리튬 흡착설비와 연안의 리튬 분리설비를 사용한 해수의 리튬 회수장치.
해상에 부유되는 부유체(100);

상기 부유체(100)에 설치되며, 리튬 흡착제(10)를 이동시키기 위한 이동수단(200);

상기 부유체(100)에 설치되며, 하면이 개구되어 해수와 연통되고, 리튬 흡착제(10)가 부유체 하면의 해수에 잠긴 상태에서 리튬 이온을 흡착하기 위한 흡착조(300);

상기 흡착조(300)의 하면에 결합되며, 상기 리튬 흡착제(10)를 해수에 잠긴 상태로 적층하기 위한 케이지(310);

상기 부유체(100)에 설치되며, 상기 이동수단(200)을 통해 상기 흡착조(300)에서 이동된 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제(10)를 세척하기 위한 세척조(400); 및

상기 부유체(100)에 설치되며, 상기 이동수단(200)을 통해 상기 세척조(400)에서 이동된 리튬 이온이 흡착된 리튬 흡착제(10)의 리튬 이온을 탈착하기 위한 탈착조(500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 회수 스테이션(1000).
제6항에 있어서, 상기 부유체(100)는

상기 세척조(400)에 공급되는 세척액을 저장하기 위한 세척액 저장 탱크와 상기 탈착조(500)에서 탈착된 리튬 탈착액을 저장하기 위한 리튬 탈착액 저장 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 회수 스테이션(1000).
제6항에 있어서, 상기 부유체(100)는

상기 탈착조(500)에서 탈착된 리튬 탈착액을 연안 또는 연안에 인접한 육상으로 공급하기 위한 리튬 탈착액 이송수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 회수 스테이션(1000).
제8항에 있어서, 상기 부유체(100)는

연안 또는 연안에 인접한 육상으로부터 상기 세척조(400)에 필요한 세척액을 공급받기 위한 세척액 이송수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 회수 스테이션(1000).
제6항에 있어서, 상기 이동수단(200)은

상기 부유체(100)에 설치되는 크레인(210),

상기 크레인(210)과 연결되는 체인(220), 및

상기 체인(220)과 연결되며 내부에 리튬 흡착제(10)가 수납되는 프레임(230)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 회수 스테이션(1000).
제6항에 있어서, 상기 리튬 회수 스테이션(1000)은

상기 부유체(100)에 설치되며, 디젤발전 및 태양열을 이용해 전력을 생산하여 상기 크레인(210)에 공급하는 발전수단(600)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 회수 스테이션(1000).
제6항에 있어서, 상기 리튬 회수 스테이션(1000)은

상기 부유체(100)의 주변에 위치하는 해상 지반에 고정되는 다수의 지주(810), 상기 지주(810)들과 상기 부유체(100)를 연결하는 다수의 연결줄(820)을 포함하는 지지수단(800);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 회수 스테이션(1000).
상면이 개구되며, 내부에 산 수용액이 저장되는 하우징(1100);

외벽이 다공성고분자막으로 이루어지며 내부에 리튬 망간 산화물이 저장되며, 상기 하우징(1100)의 내부에 삽입되어 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되는 리튬 반응체(1200); 및

상기 하우징(1100)의 외측에 설치되는 에어공급수단(1310)과, 상기 에어공급수단(1310)과 연결되며 상기 하우징(1100)의 내부에 설치되는 제1에어관(1320)과, 상기 제1에어관(1320)과 연결되며 상기 하우징(1100)의 내부 바닥면에 설치되어 표면에 에어가 분사되는 타공(1331)이 형성되는 제2에어관(1330)과, 상기 하우징(1100)의 내부에 설치되어 상기 타공(1331)에서 이송된 에어가 분사되는 다수의 기공(1341)이 형성되는 폭기박스(1340)를 포함하는 폭기수단(1300);을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000).
제13항에 있어서, 상기 리튬 탈착 장치(2000)는

상기 폭기박스(1340)가 상기 하우징(1100)의 내부에 다수개 설치되는 것을 특징으로 하는 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000).
제13항에 있어서, 상기 폭기수단(1300)은

상기 제2에어관(1330)에 형성된 타공(1331)이 상기 폭기박스(1340)에 형성된 기공(1341)보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000).
제13항에 있어서, 상기 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000)는

상기 하우징(1100)의 개구된 상면에 설치되는 천막(1410)과, 상기 천막(1410)의 상면에 관통 결합되어 상기 하우징(1100)의 내부에 생성되는 리튬 이온을 흡입하는 블로워(1420)와, 상기 천막(1410)의 둘레면 하단에 결합되는 지지대(1430), 및 상기 지지대(1430)의 하단에 결합되는 바퀴(1440)를 포함하는 에어덕트(1400);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치(2000).
제13항의 에어레이션을 이용한 리튬 탈착 장치를 이용한 리튬 탈착 방법에 있어서,

상기 리튬 반응체가 상기 하우징의 내부에 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기공들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제1공정; 및

해수에 삽입되어 상기 제1공정에서 생성된 망간 산화물과 해수의 반응에 의해 망간 산화물에 해수에 함유된 리튬 이온이 흡착되어 다시 리튬 망간 산화물이 생성되는 제2공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 탈착 방법.
제17항에 있어서, 상기 리튬 탈착 방법은

상기 제2공정에서 생성된 리튬 망간물이 상기 하우징의 내부에 다시 삽입되어 상기 리튬 반응체에 저장된 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응에 의해 상기 리튬 망간 산화물에서 리튬 이온이 탈착되어 망간 산화물이 생성되되, 상기 폭기박스의 기동들에서 분사된 에어에 의해 리튬 망간 산화물과 산 수용액의 반응속도가 증가되는 제3공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 탈착 방법.