KR102349189B1 - 폐배터리 처리 장치 - Google Patents

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KR102349189B1
KR102349189B1 KR1020210078160A KR20210078160A KR102349189B1 KR 102349189 B1 KR102349189 B1 KR 102349189B1 KR 1020210078160 A KR1020210078160 A KR 1020210078160A KR 20210078160 A KR20210078160 A KR 20210078160A KR 102349189 B1 KR102349189 B1 KR 102349189B1
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Abstract

본 발명은 공급되는 폐배터리가 일방향으로 이송되도록 회전되는 복수의 회전축에 의해 회전되는 이송 벨트를 갖는 이송 수단, 상기 이송 수단의 진행 방향을 따른 도중에 배치되고, 폐배터리를 분쇄하기 위한 분쇄기, 상기 분쇄기의 하류 측에 형성되고, 상기 분쇄기에 의해 형성된 분진을 가열하기 위한 가열기, 상기 분쇄기와 가열기를 경유하는 분진을 포집하기 위한 포집기, 상기 포집기의 분쇄물을 걸러주는 필터부, 상기 필터부의 배출관으로부터 배출되는 분진에 첨가제를 공급하는 혼합기 및 상기 혼합기에서 혼합된 혼합물을 압축하는 압축기를 포함하는, 폐배터리 처리 장치를 제공한다.

Description

폐배터리 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING WASTE BATTERY}
본 발명은 폐배터리 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 폐배터리의 처리과정에서 생성되는 분진이 주변으로 확산되는 것을 최소화할 수 있는 폐배터리 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 리튬 이온 재충전가능한 배터리는 자동차, 가전 및 산업용 에너지 저장 응용 분야에 사용되는 것으로, 사용 요구량이 점차 증가하고 있다.
그런데, 사용 수명이 만료된 폐배터리의 대략 5% 미만이 전 세계적으로 재활용되고 있다.
대조적으로, 전기 자동차와 같은 전기 이동성 응용분야에서 리튬 이온 배터리를 적용함으로써, 예상되는 11백만톤 이상의 사용 수명이 만료된 리튬 이온 배터리팩이 폐기될 것으로 예상된다.
이와 같이, 사용 수명이 만료된 리튬 이온 배터리팩은 유가 금속(valuable metal)의 코발트, 리튬, 구리, 흑연, 니켈, 알루미늄, 망간 등을 가지고 있다.
즉, 사용 수명이 만료된 폐배터리는 리튬 및 기타 다수의 유가 금속의 고급 도시 광산 공급원으로 이용될 수 있다.
현재의 폐배터리 재활용 방법은 주로 금속 합금(전형적으로 코발트, 구리 및 니켈)을 회수하는 제련 또는 건식 제련으로 이루어진다. 특히, 건식 제련을 이용하는 재활용 시설에는 분쇄된 폐배터리의 미세 먼지 또는 분진이 공중에 포함되어 작업자의 폐포에 축적될 수 있는 유해성분을 포함할 뿐만 아니라, 환경오염을 유발시키는 성분이 있다는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1574641호(2015.12.04. 공고) 한국등록특허 제10-1831260호(2018.02.22. 공고)
본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 폐배터리의 처리과정에서 생성되는 분진이 주변으로 확산되는 것을 최소화하고, 차후 공정에 바로 적용할 수 있는 폐배터리 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치는 공급되는 폐배터리가 일방향으로 이송되도록 회전되는 복수의 회전축에 의해 회전되는 이송 벨트를 갖는 이송 수단, 상기 이송 수단의 진행 방향을 따른 도중에 배치되고, 폐배터리를 분쇄하기 위한 분쇄기, 상기 분쇄기의 하류 측에 형성되고, 상기 분쇄기에 의해 형성된 분진을 가열하기 위한 가열기, 상기 분쇄기와 가열기를 경유하는 분진을 포집하기 위한 포집기, 상기 포집기의 분쇄물을 걸러주는 필터부, 상기 필터부의 배출관으로부터 배출되는 분진에 첨가제를 공급하는 혼합기 및 상기 혼합기에서 혼합된 혼합물을 압축하는 압축기를 포함할 수 있다.
상기 포집기는 상기 분쇄기, 가열기 및 필터부의 상측에 내부 유동 공간을 갖는 덕트 구조로 형성되고, 길이 방향을 따라 순차적으로 상기 분쇄기, 가열기 및 필터부와 연통되는 분지관을 구비할 수 있다.
상기 압축기는 상기 필터부로부터 배출되는 배출관을 따라 상기 혼합기와 연통될 수 있다.
상기 압축기는, 상측에 배치되어 상하로 왕복운동되어 분진을 압축하는 상측 부재 및 상기 분진의 상기 상측 부재의 반대측에서 분진을 하측에서 지지하는 하측 부재를 포함할 수 있다.
상기 혼합기는 내부의 분진에 바인더, 희석제 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 첨가제를 분사할 수 있다.
상기 희석제는 탈방향족 탄화수소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치는 분쇄된 폐배터리의 분진을 포집하는 포집기 및 상기 포집기로부터 배출되는 분진에 첨가제를 공급하여 혼합하는 혼합기를 포함하고, 상기 혼합기는 기설정 혼합기 회전수 및 기설정 혼합량으로 제어될 수 있다.
상기 기설정 압력은 0.5~3.0t/cm2일 수 있다.
상기 기설정 혼합량은 희석제와 바인더의 혼합량이고, 상기 기설정 혼합량은 5~30%일 수 있다.
상기 기설정 혼합기 회전수는 100 내지 500 rpm일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치에 의하면 파쇄된 폐배터리의 분진이 직접적으로 연통되는 포집기 및 필터부를 경유하여 혼합기로 유동되므로 분진이 주변으로 비산되는 것을 방지함으로써 공정 중 발생되는 미세분진으로 인한 열악한 작업 환경을 개선할 수 있다.
또한, 포집기 및 필터부를 경유하는 분진이 혼합기 내부에서 첨가제와 혼입되므로 응집력이 향상될 수 있다.
또한, 첨가제로 희석제가 투입되면 차후 공정에 필요한 희석제를 분진 방지를 위해 사용하기 때문에 후속 공정에서 희석제를 제거할 필요 없이 그대로 사용 가능하다. 이 경우, 희석제는 분말 응집을 통해 분진을 방지함과 동시에 성형성 증가 및 추후 공정에서 제거하지 않아도 되므로 공정수가 절감될 수 있다.
또한, 혼합기에서 응집된 분진은 바로 압축되어 블록으로 성형되므로 회수 공정이 용이해져 저수율 문제를 해결할 뿐만 아니라, 압축된 블럭은 적층이 가능하므로 이동 및 판매가 용이해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 압축 장치를 기준으로 확대하여 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 압축 장치가 작동되는 상태를 나타낸 것이다.
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 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 압축 장치를 기준으로 확대하여 나타낸 것이며, 도 3은 도 2의 압축 장치가 작동되는 상태를 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치는 이송 수단(100), 분쇄기(110), 가열기(120), 필터부(130), 혼합기(200) 및 압축기(300)를 포함할 수 있다.
이송 수단(100)은 적어도 1쌍의 구동 롤러(101)가 소정 길이로 이격되어 평행하게 배치되고, 이러한 구동 롤러(101)의 외주면의 회전 마찰력에 의해 일방향으로 회전되는 이송 벨트(102)를 포함할 수 있다.
구동 롤러(101)는 이송 벨트(102)의 길이 방향을 따라 양단에 각각 배치되거나, 소정 거리로 이격되어 평행하게 복수로 배치되어 이송 벨트(102)에 구동력을 전달할 수 있다.
분쇄기(110)는 이송 수단(100)의 진행 방향을 따른 도중에 배치될 수 있다. 또한, 공급되는 폐배터리(W)를 미세하게 분쇄하기 위하여 복수의 분쇄날(미도시)이 구비되고, 교차되는 분쇄날의 틈새에 형성되는 마찰력으로 파쇄될 수 있으며, 이를 위해 해머 밀 등의 공지된 수단이 사용될 수 있지만, 이외에도 폐배터리(W)의 분쇄를 위한 다양한 수단이 사용될 수 있으므로 이에 한정되지 않는다.
가열기(120)는 분쇄기(110)에서 분쇄된 분진을 미리 고온 가열하여 후술하는 필터부(130) 및 압축기(300)를 통한 과정에서 응집력을 향상시키는 기능을 수행하게 된다. 일 예로, 가열기(120)의 열처리 온도는 500℃ 내지 1000℃ 범위로 설정될 수 있다.
필터부(130)는 가열기(120)의 하류측에 배치되어 분쇄기(110)와 가열기(120)를 경유하는 분진에 포함된 집전체를 걸러내는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 길이 방향을 따라 순차적으로 분쇄기(110), 가열기(120) 및 필터부(130)와 연통되는 포집기(140)가 분쇄기(110), 가열기(120) 및 필터부(130)의 상측에 구비될 수 있다.
포집기(140)는 미세 분진이 주변 외부로 배출되는 것을 방지하는 기능을 수행하게 된다. 이러한 포집기(140)의 최하류측에 형성되는 분지관(141)에 필터부(130)가 연통될 수 있다.
필터부(130)의 내부에 메쉬망(미도시)이 배치되어서 분쇄기(110) 및 가열기(120)를 경유하는 폐배터리에 포함되는 집전체와 분진을 분리하는 기능을 수행하게 된다.
즉, 순차적으로 분쇄기(110) 및 가열기(120)의 내부에서 발생되는 분쇄물이 상승하며 포집기(140)를 경유하게 되고, 포집기(140)를 경유하여 낙하되는 분쇄물로부터 필터부(130)에서 상대적으로 부피가 큰 집전체가 걸러진 상태로 분진이 유동되도록 한다.
필터부(130)의 후단에는 배출관(131)이 형성되고, 배출관(131)을 통하여 배출되는 분진은 혼합기(200)로 공급될 수 있다.
혼합기(200)는 분진에 첨가제를 공급할 수 있다. 첨가제는 바인더 또는 희석제 중 적어도 어느 하나를 포함하거나 이들의 혼합물일 수 있다. 첨가제에 희석제가 포함되는 경우에는 희석제가 경화되지 않는 특성상 후술하는 압축기(300) 과정에서 블록 형태로 형상을 유지시켜주는 기능을 수행할 수 있게 된다. 또한, 이후 제련공정에서도 사용되기 때문에 제거할 필요가 없다. 희석제는 일 예로, 탈방향족 탄화수소가 사용될 수 있다. 여기서, 희석제는 차후 유가금속을 회수할 때 추출제를 희석시켜주는 기능을 수행하게 된다.
혼합기(200)는 상기와 같은 첨가제 공급을 위하여 첨가제 공급부(201)와 연통되도록 결합될수 있다. 이때, 혼합기(200)는 기설정 혼합량 및 기설정 혼합기 회전수로 제어될 수 있다.
상기 기설정 혼합량은 희석제와 바인더가 혼합되는 경우, 상기 기설정 혼합량은 5~30%일 수 있다. 혼합량이 5% 미만인 경우에는 슬러리 제조가 어려워지고, 혼합량이 30% 초과인 경우에는 후술하는 압축기(300)의 성형 시 블럭 형상을 유지하기가 어려워진다.
아울러, 혼합기(200)는 기설정 혼합기 회전수로 제어될 수 있다. 기설정 혼합기 회전수는 100~500rpm의 범위로 제어될 수 있는데, 혼합기 회전수가 100rpm 미만인 경우에는 혼합이 불균일하게 이루어질 수 있고, 혼합기 회전수가 500rpm 초과인 경우에는 압축기(200)로 공급되는 슬러리 양을 제어하기가 어려워진다.
그리고, 혼합기(200)에서 분진과 첨가제의 혼합된 상태인 점토는 혼합기(200)의 하측에 배치되는 수용 부재(210)에 보관될 수 있다. 수용 부재(210) 일시적으로 보관된 후, 별도로 설치되는 이송부(220)에 의해 가압되어 후술하는 압축기(300)로 이송될 수 있도록 한다.
여기서, 이송부(220)는 왕복운동하여 상기 수용 부재(210)를 가압할 수 있는 복동실린더 등의 수단이 사용될 수 있지만, 수용 부재(210)가 압축기(300)를 향하여 이송될 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있으므로 이에 한정되지 않는다.
압축기(300)는 상측에 배치되어 상하로 왕복운동됨으로써 분진을 압축하는 상측 부재(320) 및 분진의 상기 상측 부재(320)의 반대측에서 분진을 하측에서 지지하는 하측 부재(310)를 포함할 수 있다. 이때, 압축기(300)의 성형 압력은 0.5~3.0 t/cm2일 수 있다. 압축기(300)의 성형 압력이 0.5 t/cm2 미만인 경우에는 성형 불량이 일어날 수 있고, 압축기(300)의 성형 압력이 3.0 t/cm2 초과인 경우에는 2차 공정에서 자연스럽게 풀리지 않게 된다.
즉, 전술한 바와 같이 점토 상태의 혼합물을 상하측으로부터 압축력을 가함으로써 일정 형상의 부피를 갖는 고상의 블록(B)이 형성될 수 있다.
따라서, 상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치에 의하면 파쇄된 폐배터리의 분진이 직접적으로 연통되는 포집기 및 필터부를 경유하여 혼합기로 유동되므로 분진이 주변으로 비산되는 것을 방지함으로써 공정 중 발생되는 미세분진으로 인한 열악한 작업 환경을 개선할 수 있다.
또한, 포집기 및 필터부를 경유하는 분진이 혼합기 내부에서 첨가제와 혼입되므로 응집력이 향상될 수 있다.
또한, 첨가제로 희석제가 투입되면 차후 공정에 필요한 희석제를 분진 방지를 위해 사용하기 때문에 후속 공정에서 희석제를 제거할 필요 없이 그대로 사용 가능하다. 이 경우, 희석제는 분말 응집을 통해 분진을 방지함과 동시에 성형성 증가 및 추후 공정에서 제거하지 않아도 되므로 공정수가 절감될 수 있다.
또한, 혼합기에서 응집된 분진은 바로 압축되어 블록으로 성형되므로 회수 공정이 용이해져 저수율 문제를 해결할 뿐만 아니라, 압축된 블럭은 적층이 가능하므로 이동 및 판매가 용이해진다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.
100: 이송 수단
110: 분쇄기
120: 가열기
130: 필터부
131: 배출관
140: 포집기
200: 혼합기
300: 압축기

Claims (11)

  1. 공급되는 폐배터리가 일방향으로 이송되도록 회전되는 복수의 회전축에 의해 회전되는 이송 벨트를 갖는 이송 수단;
    상기 이송 수단의 진행 방향을 따른 도중에 배치되고, 폐배터리를 분쇄하기 위한 분쇄기;
    상기 분쇄기의 하류 측에 형성되고, 상기 분쇄기에 의해 형성된 분진을 가열하기 위한 가열기;
    상기 분쇄기와 가열기를 경유하는 분진을 포집하기 위한 포집기;
    상기 포집기의 분쇄물을 걸러주는 필터부;
    상기 필터부의 배출관으로부터 배출되는 분진에 첨가제를 공급하는 혼합기;
    상기 혼합기의 하측에 배치되고, 상기 분진이 보관되는 수용 부재;
    상기 수용 부재의 측면을 가압하기 위한 이송부; 및
    상기 이송부에 의해 측면이 가압된 상태의 분진의 상하면을 가압하여 압축하기 위한 압축기를 포함하는, 폐배터리 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포집기는 상기 분쇄기, 가열기 및 필터부의 상측에 내부 유동 공간을 갖는 덕트 구조로 형성되고, 길이 방향을 따라 순차적으로 상기 분쇄기, 가열기 및 필터부와 연통되는 분지관을 구비하는, 폐배터리 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압축기는 상기 필터부로부터 배출되는 배출관을 따라 상기 혼합기와 연통되는, 폐배터리 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압축기는,
    상측에 배치되어 상하로 왕복운동되어 분진을 압축하는 상측 부재; 및
    상기 분진의 상기 상측 부재의 반대측에서 분진을 하측에서 지지하는 하측 부재를 포함하는, 폐배터리 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합기는 내부의 분진에 첨가제를 분사하는, 폐배터리 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 첨가제는 탈방향족 탄화수소를 포함하는, 폐배터리 처리 장치.
  7. 분쇄된 폐배터리의 분진을 포집하는 포집기; 및
    상기 포집기로부터 배출되는 분진에 첨가제를 공급하여 혼합하는 혼합기를 포함하고,
    상기 혼합기는 기설정 혼합기 회전수 및 기설정 혼합량으로 제어되는, 폐배터리 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 혼합기에서 혼합된 혼합물을 기설정 압력으로 압축하는 압축기를 더 포함하는, 폐배터리 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기설정 압력은 0.5~3.0t/cm2인, 폐배터리 처리 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기설정 혼합량은 희석제와 바인더의 혼합량이고, 상기 기설정 혼합량은 5~30%인, 폐배터리 처리 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기설정 혼합기 회전수는 100 내지 500 rpm인, 폐배터리 처리 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050019396A (ko) * 2003-08-19 2005-03-03 동명산업 주식회사 슈레다더스트를 이용한 성형품 및 그의 제조방법
KR100709268B1 (ko) * 2006-05-04 2007-04-19 한국지질자원연구원 폐망간전지 및 알카라인전지 재활용 장치 및 방법
KR101574641B1 (ko) 2014-12-31 2015-12-04 (주)중일 폐배터리 분해 장치
KR101831260B1 (ko) 2017-09-28 2018-02-22 정경희 진공 건조를 통한 배터리 원료 및 nmp 회수장치

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