KR102317034B1 - 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템 - Google Patents

리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템으로서, 처리 공간의 내부로 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서, 투입되는 리튬이온 폐배터리를 1차 파쇄하는 1차 분쇄기; 상기 1차 분쇄기로부터 1차 파쇄된 1차 분쇄물을 컨베이어를 통해 공급받으며, 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서 1차 분쇄물을 2차 파쇄하는 2차 분쇄기; 상기 2차 분쇄기로부터 2차 파쇄된 2차 분쇄물을 컨베이어를 통해 공급받아 철에 해당하는 대형 입자를 분리하는 수중 자성 분별기; 상기 수중 자성 분별기를 통해 철에 해당하는 대형 입자를 제외한 2차 분쇄물을 공급받아 3차 파쇄하는 3차 분쇄기; 상기 3차 분쇄기로부터 3차 파쇄된 3차 분쇄물을 공급받아 4차 파쇄하는 4차 분쇄기; 상기 1차 및 2차 분쇄기에서 폭발 방지로 사용된 염화수용액에 잔존된 물질을 거르고 염화수용액은 상기 1차 분쇄기로 재순환하여 사용되도록 하는 스크린으로부터 슬러리를 공급받아 액체와 고체로 분리하는 고액 분리기; 상기 4차 분쇄기와 고액 분리기로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하는 압축 수분 제거기; 상기 압축 수분 제거기를 통해 공급되는 수분이 제거된 배터리 분쇄물을 와전류를 이용하여 소재를 분리하는 와전류 분리기; 및 상기 와전류 분리기로부터 분리되고 남은 금속 분쇄물을 공급받아 파우더 형태로 분쇄한 후 산 처리 공정으로 이송시키는 그라인더 장치를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템에 따르면, 처리 공간의 내부로 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서, 투입되는 리튬이온 폐배터리를 1차 파쇄하는 1차 분쇄기와, 1차 분쇄물을 2차 파쇄하는 2차 분쇄기와, 2차 분쇄물에서 철에 해당하는 대형 입자를 분리하는 수중 자성 분별기와, 2차 분쇄물을 공급받아 3차 파쇄하는 3차 분쇄기와, 3차 분쇄물을 공급받아 4차 파쇄하는 4차 분쇄기와, 스크린으로부터 슬러리를 공급받아 액체와 고체로 분리하는 고액 분리기와, 4차 분쇄기와 고액 분리기로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하는 압축 수분 제거기와, 압축 수분 제거기를 통해 공급되는 수분이 제거된 배터리 분쇄물을 와전류를 이용하여 소재를 분리하는 와전류 분리기와, 와전류 분리기로부터 분리되고 남은 금속 분쇄물을 공급받아 파우더 형태로 분쇄한 후 산 처리 공정으로 이송시키는 그라인더 장치를 포함하여 구성함으로써, 리튬이온 폐배터리의 재활용 공정 중 염화수용액 침지 방전 등의 전처리를 거치지 않고, 폐배터리를 연속적 투입 가능한 비폭발 분쇄 과정을 통한 작업자의 안전 확보와 분별기술을 자동화하여 재활용 처리 용량과 작업 속도가 향상될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템에 따르면, 기존 폐배터리 재활용에 공정에서 수행하는 폐배터리의 방전을 거치지 않고 비폭발 분쇄로 작업자의 안전 확보와 분별을 자동화함으로써, 시간 대비 처리용량을 높여 효율적으로 리튬이온 폐배터리로부터 유가 금속을 회수할 수 있으며, 처리 장치 내부에 염화수용액을 분사(spray jet) 타입으로 공급하고 분쇄환경을 저온 상태로 형성함에 따라 배터리 분쇄 중에 폭발하는 것을 방지하여 작업 안정성이 좋아지고 처리 장치의 내구성도 향상되며, 수중 분쇄환경임에 따라 폐배터리 분쇄 시 발생하는 유해가스와 먼지에 대한 발생도 방지 가능함에 따라 환경친화적으로 유가 금속을 회수 가능하며, 배터리 수중 분쇄 시 적용된 염화수용액 내 용해된 미세입자 등을 여과 및 방산 작용 등을 통해 동시에 회수함에 따라 고효율의 유가 금속 회수가 가능하도록 할 수 있다.

Description

리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템{A NON-EXPLOSIVE GRINDING PROCESS AND MATERIAL CLASSIFICATION SYSTEM FOR LARGE-CAPACITY TREATMENT OF WASTE LITHIUM-0ION BATTERIES}
본 발명은 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 리튬이온 폐배터리의 재활용을 통한 유가 금속 회수 시 필요한 배터리의 비폭발 분쇄와 유가 금속 물질의 자동 분별이 가능하도록 하는 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템에 관한 것이다.
최근 국내 탄소중립 선언과 국내 전기차 보급 정책 등으로 인해 대용량 리튬이온 배터리 셀이 복수 개 포함된 배터리 팩의 사용이 증가하고 있다. 이러한 배터리 팩은 큰 전기용량이 필요한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 많이 사용되고 있으며, 전기자동차는 탄소중립을 통한 기후변화 문제 해결 수단 중 가장 각광받고 있다. 이로 인해 추후 전기자동차에서 발생하는 폐배터리 팩의 발생량이 향후 급격히 증가할 것으로 예상되고 있다.
그런데 종래 기술에서는 폐배터리를 분쇄해야 하는 공정이 필요하고, 리튬이온 폐배터리의 경우 분쇄 시 폭발성 위험이 발생하며, 전해액 및 가스등이 대기 중으로 노출됨으로 인해 환경에 영향을 주며, 또한 한 번에 처리 가능한 양이 많지 않아 대량 처리가 어려운 상황이다.
현재 국내 대용량 배터리 재활용 기술은 상용화되어 진행 중에 있으나, 배터리 재활용 공정 중 배터리 분쇄 및 분별 시 비폭발 분쇄를 포함한 자동화 기술은 제시되어 있지 않은 실정이다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 처리 공간의 내부로 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서, 투입되는 리튬이온 폐배터리를 1차 파쇄하는 1차 분쇄기와, 1차 분쇄물을 2차 파쇄하는 2차 분쇄기와, 2차 분쇄물에서 철에 해당하는 대형 입자를 분리하는 수중 자성 분별기와, 2차 분쇄물을 공급받아 3차 파쇄하는 3차 분쇄기와, 3차 분쇄물을 공급받아 4차 파쇄하는 4차 분쇄기와, 스크린으로부터 슬러리를 공급받아 액체와 고체로 분리하는 고액 분리기와, 4차 분쇄기와 고액 분리기로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하는 압축 수분 제거기와, 압축 수분 제거기를 통해 공급되는 수분이 제거된 배터리 분쇄물을 와전류를 이용하여 소재를 분리하는 와전류 분리기와, 와전류 분리기로부터 분리되고 남은 금속 분쇄물을 공급받아 파우더 형태로 분쇄한 후 산 처리 공정으로 이송시키는 그라인더 장치를 포함하여 구성함으로써, 리튬이온 폐배터리의 재활용 공정 중 염화수용액 침지 방전 등의 전처리를 거치지 않고, 폐배터리를 연속적 투입 가능한 비폭발 분쇄 과정을 통한 작업자의 안전 확보와 분별기술을 자동화하여 재활용 처리 용량과 작업 속도가 향상될 수 있도록 하는, 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 기존 폐배터리 재활용에 공정에서 수행하는 폐배터리의 방전을 거치지 않고 비폭발 분쇄로 작업자의 안전 확보와 분별을 자동화함으로써, 시간 대비 처리용량을 높여 효율적으로 리튬이온 폐배터리로부터 유가 금속을 회수할 수 있으며, 처리 장치 내부에 염화수용액을 분사(spray jet) 타입으로 공급하고 분쇄환경을 저온 상태로 형성함에 따라 배터리 분쇄 중에 폭발하는 것을 방지하여 작업 안정성이 좋아지고 처리 장치의 내구성도 향상되며, 수중 분쇄환경임에 따라 폐배터리 분쇄 시 발생하는 유해가스와 먼지에 대한 발생도 방지 가능함에 따라 환경친화적으로 유가 금속을 회수 가능하며, 배터리 수중 분쇄 시 적용된 염화수용액 내 용해된 미세입자 등을 여과 및 방산 작용 등을 통해 동시에 회수함에 따라 고효율의 유가 금속 회수가 가능하도록 하는, 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템은,
리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템으로서,
처리 공간의 내부로 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서, 투입되는 리튬이온 폐배터리를 1차 파쇄하는 1차 분쇄기;
상기 1차 분쇄기로부터 1차 파쇄된 1차 분쇄물을 컨베이어를 통해 공급받으며, 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서 1차 분쇄물을 2차 파쇄하는 2차 분쇄기;
상기 2차 분쇄기로부터 2차 파쇄된 2차 분쇄물을 컨베이어를 통해 공급받아 철에 해당하는 대형 입자를 분리하는 수중 자성 분별기;
상기 수중 자성 분별기를 통해 철에 해당하는 대형 입자를 제외한 2차 분쇄물을 공급받아 3차 파쇄하는 3차 분쇄기;
상기 3차 분쇄기로부터 3차 파쇄된 3차 분쇄물을 공급받아 4차 파쇄하는 4차 분쇄기;
상기 1차 및 2차 분쇄기에서 폭발 방지로 사용된 염화수용액에 잔존된 물질을 거르고 염화수용액은 상기 1차 분쇄기로 재순환하여 사용되도록 하는 스크린으로부터 슬러리를 공급받아 액체와 고체로 분리하는 고액 분리기;
상기 4차 분쇄기와 고액 분리기로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하는 압축 수분 제거기;
상기 압축 수분 제거기를 통해 공급되는 수분이 제거된 배터리 분쇄물을 와전류를 이용하여 소재를 분리하는 와전류 분리기; 및
상기 와전류 분리기로부터 분리되고 남은 금속 분쇄물을 공급받아 파우더 형태로 분쇄한 후 산 처리 공정으로 이송시키는 그라인더 장치를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경은,
상기 1차 분쇄기와 2차 분쇄기가 구비되는 처리 공간의 내부로 폐배터리의 분쇄 시 발생하는 폭발 위험에 대해 반응하여 상쇄 가능한 염화수용액을 분사(spray jet) 타입으로 공급하고, 처리 공간을 저온 상태로 형성하는 조건으로 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 1차 분쇄기는,
투입되는 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경에서 400㎜ 이하로 파쇄할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 2차 분쇄기는,
상기 1차 분쇄기로부터 1차 파쇄된 1차 분쇄물을 공급받아 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경에서 100㎜ 이하로 파쇄할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 수중 자성 분별기는,
하단에 염화수용액 배출구와 배관을 포함하고, 폐배터리의 분쇄 시 염화수용액에 용해된 유가 금속 및 전해액(슬러리)의 회수를 위해 스크린으로 공급할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 3차 분쇄기는,
상기 수중 자성 분별기를 통해 철에 해당하는 대형 입자를 제외한 2차 분쇄물을 공급받아 40㎜ 이하로 파쇄할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 4차 분쇄기는,
상기 3차 분쇄기로부터 3차 파쇄된 3차 분쇄물을 공급받아 10㎜ 이하로 파쇄할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 압축 수분 제거기는,
상기 4차 분쇄기와 고액 분리기로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하되, 4% 이하로 수분이 제거된 케이크(Cake) 형태로 배출할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템에 따르면, 처리 공간의 내부로 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서, 투입되는 리튬이온 폐배터리를 1차 파쇄하는 1차 분쇄기와, 1차 분쇄물을 2차 파쇄하는 2차 분쇄기와, 2차 분쇄물에서 철에 해당하는 대형 입자를 분리하는 수중 자성 분별기와, 2차 분쇄물을 공급받아 3차 파쇄하는 3차 분쇄기와, 3차 분쇄물을 공급받아 4차 파쇄하는 4차 분쇄기와, 스크린으로부터 슬러리를 공급받아 액체와 고체로 분리하는 고액 분리기와, 4차 분쇄기와 고액 분리기로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하는 압축 수분 제거기와, 압축 수분 제거기를 통해 공급되는 수분이 제거된 배터리 분쇄물을 와전류를 이용하여 소재를 분리하는 와전류 분리기와, 와전류 분리기로부터 분리되고 남은 금속 분쇄물을 공급받아 파우더 형태로 분쇄한 후 산 처리 공정으로 이송시키는 그라인더 장치를 포함하여 구성함으로써, 리튬이온 폐배터리의 재활용 공정 중 염화수용액 침지 방전 등의 전처리를 거치지 않고, 폐배터리를 연속적 투입 가능한 비폭발 분쇄 과정을 통한 작업자의 안전 확보와 분별기술을 자동화하여 재활용 처리 용량과 작업 속도가 향상될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템에 따르면, 기존 폐배터리 재활용에 공정에서 수행하는 폐배터리의 방전을 거치지 않고 비폭발 분쇄로 작업자의 안전 확보와 분별을 자동화함으로써, 시간 대비 처리용량을 높여 효율적으로 리튬이온 폐배터리로부터 유가 금속을 회수할 수 있으며, 처리 장치 내부에 염화수용액을 분사(spray jet) 타입으로 공급하고 분쇄환경을 저온 상태로 형성함에 따라 배터리 분쇄 중에 폭발하는 것을 방지하여 작업 안정성이 좋아지고 처리 장치의 내구성도 향상되며, 수중 분쇄환경임에 따라 폐배터리 분쇄 시 발생하는 유해가스와 먼지에 대한 발생도 방지 가능함에 따라 환경친화적으로 유가 금속을 회수 가능하며, 배터리 수중 분쇄 시 적용된 염화수용액 내 용해된 미세입자 등을 여과 및 방산 작용 등을 통해 동시에 회수함에 따라 고효율의 유가 금속 회수가 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 구성을 기능 블록으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 비폭발 분쇄공정의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 폭발 방지 환경을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 수중 자성 분별기의 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 공정 순서도를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 전체 구성을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 구성을 기능 블록으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 비폭발 분쇄공정의 구성을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 폭발 방지 환경을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 수중 자성 분별기의 구성을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 공정 순서도를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 6에 각각 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템(100)은, 1차 분쇄기(110), 2차 분쇄기(120), 수중 자성 분별기(130), 3차 분쇄기(140), 4차 분쇄기(150), 고액 분리기(160), 압축 수분 제거기(170), 와전류 분리기(180), 및 그라인더 장치(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
1차 분쇄기(110)는, 처리 공간의 내부로 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서, 투입되는 리튬이온 폐배터리를 1차 파쇄하는 구성이다. 이러한 1차 분쇄기(110)는 투입되는 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경에서 400㎜ 이하로 파쇄할 수 있다. 여기서, 1차 분쇄기(110)는 투입되는 리튬이온 폐배터리를 분쇄하는 처리 공간 내에 구비되어, 처리 공간 내부에서 리튬이온 폐배터리의 분쇄 시 발생하는 폭발 위험에 대해 반응하여 상쇄가 가능한 염화수용액이 분사(spray jet) 타입으로 공급되고, 처리 공간이 저온 상태로 형성될 수 있다.
또한, 1차 분쇄기(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 후드에 리튬이온 폐배터리가 투입되면, 염화나트륨이 용해된 염화수용액이 분사(spray jet) 타입으로 공급되면서 분쇄기가 작동하여 폐배터리를 파쇄 한다. 이때, 후드 외벽에 개폐문을 닫고 분쇄기가 작동하여 리튬이온 폐배터리의 폭발을 방지하는 환경을 조성한다. 여기서, 폭발을 방지하는 환경은 수중 분쇄와 저온 분쇄 이외에도 진공상태와 불활성 가스가 더 조성될 수도 있다.
2차 분쇄기(120)는, 1차 분쇄기(110)로부터 1차 파쇄된 1차 분쇄물을 컨베이어(101)를 통해 공급받으며, 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서 1차 분쇄물을 2차 파쇄하는 구성이다. 이러한 2차 분쇄기(120)는 1차 분쇄기(110)로부터 1차 파쇄된 1차 분쇄물을 공급받아 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경에서 100㎜ 이하로 파쇄할 수 있다. 여기서, 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경은 1차 분쇄기(110)와 2차 분쇄기(120)가 구비되는 처리 공간의 내부로 폐배터리의 분쇄 시 발생하는 폭발 위험에 대해 반응하여 상쇄 가능한 염화수용액을 분사(spray jet) 타입으로 공급하고, 처리 공간을 저온 상태로 형성하는 조건으로 구성될 수 있다.
수중 자성 분별기(130)는, 2차 분쇄기(120)로부터 2차 파쇄된 2차 분쇄물을 컨베이어(101)를 통해 공급받아 철에 해당하는 대형 입자를 분리하는 구성이다. 이러한, 수중 자성 분별기(130)는 2차 분쇄기(120)로부터 2차 분쇄 후 컨베이어(101)를 통해 이송된 대형입자 중 철(Fe)에 해당하는 대형 입자를 분리한 후 컨베이어를 통해 3차 분쇄기(140)로 공급할 수 있다. 여기서, 중 자성 분별기(130)는 하단에 염화수용액 배출구(131)와 배관(132)을 포함하고, 폐배터리의 분쇄 시 염화수용액에 용해된 유가 금속 및 전해액(슬러리)의 회수를 위해 스크린(102)으로 공급할 수 있다. 이때, 스크린(102)을 통해 염화수용액에서 분리된 배터리 잔존 물질은 슬러리 형태로 용매제를 통해 방산하여 액체와 고체를 분리하는 후술하게 될 고액 분리기(160)로 이송된다.
또한, 수중 자성 분별기(130)는 폐배터리의 분쇄 시 염화수용액에 용해된 유가 금속 및 전해액의 회수를 위해 배관 내 스크린으로 공급되고, 스크린을 통해 염화수용액과 분리된 유가 금속 및 전해액(슬러리)은 고액 분리를 위한 방산 처리를 위해 용매제를 이용한 처리 공정인 고액 분리기(160)로 이송되며, 사용된 염화수용액은 1차 분쇄기(110) 공간에 재사용수로 공급될 수 있다. 여기서, 방산처리 되어 분리된 잔존 물질은 배관을 통해 후반부 압축 수분 제거기(170)로 이송될 수 있다.
3차 분쇄기(140)는, 수중 자성 분별기(130)를 통해 철에 해당하는 대형 입자를 제외한 2차 분쇄물을 공급받아 3차 파쇄하는 구성이다. 이러한 3차 분쇄기(140)는 수중 자성 분별기(130)를 통해 철에 해당하는 대형 입자를 제외한 2차 분쇄물을 공급받아 40㎜ 이하로 파쇄할 수 있다.
4차 분쇄기(150)는, 3차 분쇄기(140)로부터 3차 파쇄된 3차 분쇄물을 공급받아 4차 파쇄하는 구성이다. 이러한 4차 분쇄기(150)는 3차 분쇄기(140)로부터 3차 파쇄된 3차 분쇄물을 공급받아 10㎜ 이하로 파쇄할 수 있다.
즉, 컨베이어(101)를 통해 이송되는 2차 분쇄물은 3차 분쇄기(140)에서 40㎜ 이하의 입자를 포함한 슬러리 형태로 분쇄되고, 연속적으로 후술하게 될 4차 분쇄기(150)로 공급되어 10㎜ 이하의 입자를 포함한 슬러리 형태로 압축 수분 제거기(170)로 공급될 수 있다.
고액 분리기(160)는, 1차 및 2차 분쇄기(110, 120)에서 폭발 방지로 사용된 염화수용액이 잔존된 물질을 거르고 염화수용액은 1차 분쇄기(110)로 재순환하여 사용되도록 하는 스크린(102)으로부터 슬러리를 공급받아 액체와 고체로 분리하는 구성이다.
압축 수분 제거기(170)는, 4차 분쇄기(140)와 고액 분리기(160)로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하는 구성이다. 이러한 압축 수분 제거기(170)는 4차 분쇄기(140)와 고액 분리기(160)로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하되, 4% 이하로 수분이 제거된 케이크(Cake) 형태로 배출할 수 있다.
와전류 분리기(180)는, 압축 수분 제거기(170)를 통해 공급되는 수분이 제거된 배터리 분쇄물을 와전류를 이용하여 소재를 분리하는 구성이다. 이러한 와전류 분리기(180)는 분쇄된 물질 중 플라스틱(Plastic), 구리(Cu), 알루미늄(Al)을 회수하고, 남은 금속 분쇄물은 최종 그라인더 장치(190)로 공급될 수 있다.
그라인더 장치(190)는, 와전류 분리기(180)로부터 분리되고 남은 금속 분쇄물을 공급받아 파우더 형태로 분쇄한 후 산 처리 공정으로 이송시키는 구성이다. 이러한 그라인더 장치(190)는 파우더 형태로 생성되어 산 처리 공정(환원 침출 공정)으로 이송될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템은, 처리 공간의 내부로 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서, 투입되는 리튬이온 폐배터리를 1차 파쇄하는 1차 분쇄기와, 1차 분쇄물을 2차 파쇄하는 2차 분쇄기와, 2차 분쇄물에서 철에 해당하는 대형 입자를 분리하는 수중 자성 분별기와, 2차 분쇄물을 공급받아 3차 파쇄하는 3차 분쇄기와, 3차 분쇄물을 공급받아 4차 파쇄하는 4차 분쇄기와, 스크린으로부터 슬러리를 공급받아 액체와 고체로 분리하는 고액 분리기와, 4차 분쇄기와 고액 분리기로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하는 압축 수분 제거기와, 압축 수분 제거기를 통해 공급되는 수분이 제거된 배터리 분쇄물을 와전류를 이용하여 소재를 분리하는 와전류 분리기와, 와전류 분리기로부터 분리되고 남은 금속 분쇄물을 공급받아 파우더 형태로 분쇄한 후 산 처리 공정으로 이송시키는 그라인더 장치를 포함하여 구성함으로써, 리튬이온 폐배터리의 재활용 공정 중 염화수용액 침지 방전 등의 전처리를 거치지 않고, 폐배터리를 연속적 투입 가능한 비폭발 분쇄 과정을 통한 작업자의 안전 확보와 분별기술을 자동화하여 재활용 처리 용량과 작업 속도가 향상될 수 있도록 할 수 있게 된다.
또한, 기존 폐배터리 재활용에 공정에서 수행하는 폐배터리의 방전을 거치지 않고 비폭발 분쇄로 작업자의 안전 확보와 분별을 자동화함으로써, 시간 대비 처리용량을 높여 효율적으로 리튬이온 폐배터리로부터 유가 금속을 회수할 수 있으며, 처리 장치 내부에 염화수용액을 분사(spray jet) 타입으로 공급하고 분쇄환경을 저온 상태로 형성함에 따라 배터리 분쇄 중에 폭발하는 것을 방지하여 작업 안정성이 좋아지고 처리 장치의 내구성도 향상되며, 수중 분쇄환경임에 따라 폐배터리 분쇄 시 발생하는 유해가스와 먼지에 대한 발생도 방지 가능함에 따라 환경친화적으로 유가 금속을 회수 가능하며, 배터리 수중 분쇄 시 적용된 염화수용액 내 용해된 미세입자 등을 여과 및 방산 작용 등을 통해 동시에 회수함에 따라 고효율의 유가 금속 회수가 가능하도록 할 수 있게 된다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템
101: 컨베이어
102: 스크린
110: 1차 분쇄기
120: 2차 분쇄기
130: 수중 자성 분별기
131: 염화수용액 배출구
132: 배관
140: 3차 분쇄기
150: 4차 분쇄기
160: 고액 분리기
170: 압축 수분 제거기
180: 와전류 분리기
190: 그라인더 장치

Claims (8)

  1. 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템(100)으로서,
    처리 공간의 내부로 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서, 투입되는 리튬이온 폐배터리를 1차 파쇄하는 1차 분쇄기(110);
    상기 1차 분쇄기(110)로부터 1차 파쇄된 1차 분쇄물을 컨베이어(101)를 통해 공급받으며, 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경이 조성된 상태에서 1차 분쇄물을 2차 파쇄하는 2차 분쇄기(120);
    상기 2차 분쇄기(120)로부터 2차 파쇄된 2차 분쇄물을 컨베이어(101)를 통해 공급받아 철에 해당하는 대형 입자를 분리하는 수중 자성 분별기(130);
    상기 수중 자성 분별기(130)를 통해 철에 해당하는 대형 입자를 제외한 2차 분쇄물을 공급받아 3차 파쇄하는 3차 분쇄기(140);
    상기 3차 분쇄기(140)로부터 3차 파쇄된 3차 분쇄물을 공급받아 4차 파쇄하는 4차 분쇄기(150);
    상기 1차 및 2차 분쇄기(110, 120)에서 폭발 방지로 사용된 염화수용액에 잔존된 물질을 거르고 염화수용액은 상기 1차 분쇄기(110)로 재순환하여 사용되도록 하는 스크린(102)으로부터 슬러리를 공급받아 액체와 고체로 분리하는 고액 분리기(160);
    상기 4차 분쇄기(150)와 고액 분리기(160)로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하는 압축 수분 제거기(170);
    상기 압축 수분 제거기(170)를 통해 공급되는 수분이 제거된 배터리 분쇄물을 와전류를 이용하여 소재를 분리하는 와전류 분리기(180); 및
    상기 와전류 분리기(180)로부터 분리되고 남은 금속 분쇄물을 공급받아 파우더 형태로 분쇄한 후 산 처리 공정으로 이송시키는 그라인더 장치(190)를 포함하되,
    상기 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경은,
    상기 1차 분쇄기(110)와 2차 분쇄기(120)가 구비되는 처리 공간의 내부로 폐배터리의 분쇄 시 발생하는 폭발 위험에 대해 반응하여 상쇄 가능한 염화수용액을 분사(spray jet) 타입으로 공급하고, 처리 공간을 저온 상태로 형성하는 조건으로 구성되며,
    상기 수중 자성 분별기(130)는,
    하단에 염화수용액 배출구(131)와 배관(132)을 포함하고, 폐배터리의 분쇄 시 염화수용액에 용해된 유가 금속 및 전해액(슬러리)의 회수를 위해 스크린(102)으로 공급하고,
    상기 압축 수분 제거기(170)는,
    상기 4차 분쇄기(150)와 고액 분리기(160)로부터 공급되는 배터리 분쇄물을 압축하여 수분을 제거하되, 4% 이하로 수분이 제거된 케이크(Cake) 형태로 배출하는 것을 특징으로 하는, 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 1차 분쇄기(110)는,
    투입되는 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경에서 400㎜ 이하로 파쇄하는 것을 특징으로 하는, 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 2차 분쇄기(120)는,
    상기 1차 분쇄기(110)로부터 1차 파쇄된 1차 분쇄물을 공급받아 리튬이온 폐배터리의 폭발이 방지되는 환경에서 100㎜ 이하로 파쇄하는 것을 특징으로 하는, 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 3차 분쇄기(140)는,
    상기 수중 자성 분별기(130)를 통해 철에 해당하는 대형 입자를 제외한 2차 분쇄물을 공급받아 40㎜ 이하로 파쇄하는 것을 특징으로 하는, 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 4차 분쇄기(150)는,
    상기 3차 분쇄기(140)로부터 3차 파쇄된 3차 분쇄물을 공급받아 10㎜ 이하로 파쇄하는 것을 특징으로 하는, 리튬이온 폐배터리의 대용량 처리용 비폭발식 분쇄공정 및 소재 분별 시스템.
  8. 삭제
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