초록
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개발 목적 및 필요성
100% 해외에서 수입하고 있는 금속 자원을 지속적이고 안정적으로 확보하기 위해서는, 국내 순환자원에서 발생하는 순환자원 혼합전지(1차전지 및 2차전지) 등으로부터 수거의 수월성 등을 고려하여 리튬, 코발트...
개발 목적 및 필요성
100% 해외에서 수입하고 있는 금속 자원을 지속적이고 안정적으로 확보하기 위해서는, 국내 순환자원에서 발생하는 순환자원 혼합전지(1차전지 및 2차전지) 등으로부터 수거의 수월성 등을 고려하여 리튬, 코발트, 망간, 니켈, 아연, 인듐 등을 재활용하는 기술의 개발이 무엇보다 중요함.
연구개발결과
1차년도 연구 수행결과
○ 각 폐전지인 리튬이온전지, 니켈수소전지, 니켈 카드뮴전지, 리튬1차전지,망간/알칼라인전지를 안정적 열처리로를 통해 500℃에서 안정적으로 처리하였다.
○ 혼합전지 구성비를 1:1:1:1:1:1로 하는 모의 용액을 제조하여 D2EHPA를 사용하여 아연, 망간을 카드뮴, 니켈, 코발트, 리튬으로부터 회수하였으며 나머지 유가금속인 코발트, 니켈 역시 Cyanex 272 및 Versatic 10 acid를 사용하여 각 각 분리 및 회수하였다.
2차년도 연구 수행결과
○ 혼합전지 질량비로 70% 망간/알칼라인전지, 15% 리튬이온전지, 5% 니켈 카드뮴전지, 5% 니켈수소전지, 5% 리튬 1차전지들 로부터 황산 환원 침출 및 폐수저감형 공정을 수행하여 불순물인 철은 99% 이상 제거하였고 코발트, 아연, 망간, 니켈, 리튬의 침출율은 95% 이상 달성하였다.
○ 망간, 아연, 카드뮴을 코발트, 니켈 리튬으로부터 D2EHPA를 사용하여 회수하였으며 선택적 세정법을 통해 카드뮴을 제거하여 황산, 망간 아연용액을 제조하였다.
○ Raffinate로부터 코발트와 니켈은 Cyanex 272와 Versatic 10 acid를 이용하여 각 각 95% 이상 회수하였다.
3차년도 연구수행 결과
○ 1·2차 혼합전지로부터 열처리 공정은 500℃에서 질량비율 리튬 1차 전지 10%, 리튬 이온 전지 30%, 니켈수소 전지 10%, 니켈 카드뮴 전지 10%,망간/알칼라인 전지 40%를 혼합하여 수행하였다.
○ 1·2차 혼합전지로부터 침출실험은 황산·환원 2단 침출로 수행되었다. 이를 통해 알루미늄과 철은 거의 전량 제거되었고 아연을 단독으로 회수하기 위한 최적조건은 향류 2단 추출하에 0.6M D2EHPA, 비누화 40%, O/A=1이었으며 이때 99% 아연이 추출되었다. 또한 추출된 아연을 농축/탈거시키기 위해 1M황산을 활용하였고 최대 O/A=8에서 약 73g/L의 아연을 농축시켰다.
○ 리튬계 혼합전지 열처리 공정은 500℃에서 질량비율 리튬 1차 전지 20%,리튬 이온 전지 80%를 혼합하여 수행하였다. 이후 물리적 전리를 공정을 통한 유가금속의 농축을 하고 이로부터 폐수저감형 2단 침출을 수행하여 용매추출을 위한 feed 용액을 획득하였다.
4차년도 연구수행 결과
○ 파일롯 설비를 이용하여 리튬계 혼합전지로부터 코발트와 망간을 PC88A를 사용하여 분리 없이 동시 회수 후 농축시켜 전해채취 공정을 이용해 코발트 금속과 전해이산화 망간을 동시에 제조하였다. 회수된 코발트 금속의 순도는 99% 이상이었다.
○ 1/2차 혼합전지로부터 mini mixer-settler를 사용하여 아연, 망간, 카드뮴을 농축시켰으며 아연을 사용하여 농축액 내 카드뮴을 석출시켜 제거하였다.
5차년도 연구수행 결과
○ 불활성 분위기로 제어한 로를 사용하여 리튬계 혼합전지를 안정적으로 열처리하였으며 물리적 전처리 공정, 침출공정, 분리정제공정을 통해 코발트 금속과 전해이산화망간의 제조 공정을 확립하였다. 회수된 코발트 금속의 순도는 99% 이상이었다.
○ 1/2차 혼합전지로부터 아연만을 선택적으로 회수하기 위한 Lab-scale 실험,semi-pilot 연구를 수행하였으며 그 결과 아연을 0.6M D2EHPA, 비누화 35%,향류 4단 추출을 통해 선택적으로 회수 및 농축 할 수 있었다. 농축된 아연용액을 이용하여 500A/m2의 전류밀도 하에서 전해채취 공정을 통해 아연금속을 제조하였으며 제조된 아연금속은 약 99.9%의 순도를 보여주었다.
성능사양 및 기술개발 수준
- 개별 전지가 아닌 폐전지를 혼합하여 처리하고 유가금속을 회수-유가금속 회수율 90% 이상 달성
- 리튬계 혼합전지 및 1,2차 혼합전지로부터 Co, Mn, Li, Ni을 회수하는 일괄공정 기술 확립
- 용융이 아닌 간단한 열처리 기법을 통하여 폐혼합전지를 안정적으로 열처리하는 기술 확립(국내출원/등록)
활용계획
안정적 열처리 공정을 통해 코발트, 아연 금속 순도 99% 이상, 금속 화합물 순도 90% 이상, 코발트, 니켈, 아연, 망간 등 유가금속 회수율 90% 이상을 달성하여 리튬계 혼합전지 재활용 실증화 기술 개발 확립(100톤/년 처리)하고 1,2차 혼합전지 재활용 실증화 기술 개발 확립(100톤/년 처리)을 목표로 하고 있음
( 출처 : 요약서 3p )
Abstract
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Ⅳ. Results
▪ Leaching process of valuable metal like Zn, Co, Mn, Ni and Li was established over 95% from mixed batteries.
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Ⅳ. Results
▪ Leaching process of valuable metal like Zn, Co, Mn, Ni and Li was established over 95% from mixed batteries.
▪ Impurities like Fe, Al and Cu were removed over 99% by continous leaching process from mixed batteries.
▪ Recovery efficiency of valuable metal like Co, Ni, Mn and Li were established over 90% by stable crushing and grinding from Lithium primary batteries and Li-ion batteries heated
▪ Continuous-thermal treatment furnace was newly developed and recovered electrodic powder safely and efficiently
▪ Recovery rates of electrodic powder from 6-type and 2-type spent batteries were found to be about 97.95% and 97.21%, respectively.
▪ Heat treatment of 50 kg/day spent Li type batteries by 3rd heat treatment furnace.
▪ Concentration control of impurities such as Fe, Al, Cu below than 50 mg/L
▪ Manufacturing of cobalt metal for purity over 99%
▪ Manufacturing of zinc metal for purity over 99%
( 출처 : SUMMARY 16p )
