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WO2025135704A1 - High-temperature reduction device for waste battery recycling - Google Patents

High-temperature reduction device for waste battery recycling Download PDF

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Publication number
WO2025135704A1
WO2025135704A1 PCT/KR2024/020429 KR2024020429W WO2025135704A1 WO 2025135704 A1 WO2025135704 A1 WO 2025135704A1 KR 2024020429 W KR2024020429 W KR 2024020429W WO 2025135704 A1 WO2025135704 A1 WO 2025135704A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
temperature
raw material
reduction device
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/KR2024/020429
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
이주승
박중길
박종력
김완이
한상우
박준용
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Posco Holdings Inc
Original Assignee
Posco Holdings Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Posco Holdings Inc filed Critical Posco Holdings Inc
Publication of WO2025135704A1 publication Critical patent/WO2025135704A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/40Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving thermal treatment, e.g. evaporation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00General methods of reducing to metals
    • C22B5/02Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/54Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B2101/00Type of solid waste
    • B09B2101/15Electronic waste
    • B09B2101/16Batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84Recycling of batteries or fuel cells

Definitions

  • It relates to waste batteries and a high-temperature reduction device for recycling waste batteries.
  • lithium secondary batteries which are the main raw materials of said waste batteries, organic solvents, explosive substances, and heavy metals such as Ni, Co, Mn, and Fe are contained, but in the case of Ni, Co, Mn, and Li, they have high scarcity value as valuable metals, and the recovery and recycling process after the lithium secondary batteries are discarded is emerging as an important research field.
  • the waste batteries that have reached the end of their lifespan are subjected to a process of crushing, pulverizing, gravity sorting, and magnetic sorting to extract black powder containing a mixture of positive and negative electrode materials.
  • the black powder contains, for example, oxides of positive electrode materials such as nickel, cobalt, manganese, lithium, aluminum, and oxygen, and some impurities such as graphite and mixtures thereof, aluminum, and copper, which are negative electrode materials.
  • Wet processes and dry processes are largely utilized as methods for recovering valuable metals from the black powder.
  • the above wet process produces NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 , and Li 2 CO 3 through leaching, solvent extraction, and lithium production.
  • the black powder is processed using a wet process, there is a problem that the leaching process time is excessively long because the graphite, which is the negative electrode material contained in the black powder, does not dissolve in a strong acid atmosphere, and there is a problem that the yield is reduced because the black powder is separated together with the graphite.
  • the high-temperature reduction device is a key facility in the dry recycling process of waste batteries. It is very important to use the facility to convert waste batteries into desired reactants and feed them into the downstream process to easily control the input raw materials to the target temperature in order to secure a high recovery rate of valuable metals.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for operating a high-temperature reduction device for recycling waste batteries, which minimizes the variation of internal temperature deviation according to the raw material level in the furnace and stably performs treatment of exhaust gas coming from the raw material.
  • a high-temperature reduction device for recycling waste batteries may include a charging unit for charging raw materials, a heating unit for heating the raw materials charged from the charging unit, a cooling unit for cooling a heat-treated product, a discharge unit for discharging a reactant cooled from the cooling unit, and a monitoring unit including a first measuring unit for measuring a level of the raw materials charged by the charging unit within the furnace and a second measuring unit for measuring a temperature of the raw materials charged by the charging unit within the heating unit.
  • the device may include an environmental treatment unit for treating exhaust gas generated by a reaction of the raw materials within the heating unit.
  • the monitoring unit may include a third measuring unit for measuring the temperature of the exhaust gas.
  • the environmental treatment unit for processing the exhaust gas may include a piping unit through which the exhaust gas generated from the heating unit passes.
  • the integrated control unit may include a signal from the monitoring unit to control the amount of raw material input into the charging unit or the temperature of the heating unit. In one embodiment, the integrated control unit may control additional input of the raw material into the charging unit when the temperature of the exhaust gas is measured from the third measuring unit to be 120° C. or lower.
  • the integrated control unit can control to additionally add the raw material to the charging unit when the first measuring unit measures that the charging level of the raw material is 70 to 80% or less based on 100% of the total height of the heating unit. In one embodiment, the integrated control unit can control the temperature of the heating unit so that a reactant in the shape of a flake of 3,000 ⁇ m or more is not generated and discharged through the discharge unit.
  • the first measuring unit can measure the level of the raw material according to at least one of ultrasound, lidar, and radar.
  • the preheating unit for preheating the raw material fed from the charging unit, and the high temperature heat treatment unit for heating to a temperature higher than that of the preheat treatment unit may include a heat treatment unit in which heat treatment of the raw material is performed at a temperature range of 1,150 to 1,400° C.
  • the high temperature heat treatment section may include two or more heat treatment sections in a vertical or horizontal direction. In one embodiment, at least a portion of the preheat treatment section may include a space where the raw material is not filled.
  • the raw material can be fed into the charging section at a rate of 15 to 35 mm/min.
  • the integrated control unit can control the monitoring unit so that the temperature of the heating unit can be controlled in a range of 800 to 1,400° C.
  • the second measuring unit includes a plurality of units, and can measure the temperatures of the preheat treatment unit and the high-temperature heat treatment unit, respectively.
  • a high-temperature reduction device for recycling waste batteries includes a measuring unit and a control unit for measuring a raw material loading level and a temperature inside the furnace, thereby minimizing the variability of the internal temperature deviation according to the raw material level inside the furnace and stably performing treatment of exhaust gas coming from the raw material.
  • a battery processing method for recycling a waste battery provides a waste battery processing method having the advantages described above.
  • FIG. 1a illustrates a high-temperature reduction device for recycling waste batteries according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 1b illustrates a high-temperature reduction device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the change in raw material loading height and temperature over time in a high-temperature reduction device according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows the change in raw material loading height and temperature over time in a high-temperature reduction device according to a comparative example of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the change in raw material loading height and temperature over time in a high-temperature reduction device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5A and 5B are photographs of recovered reactants according to one embodiment of the present invention.
  • first, second, and third, etc. are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers, and/or sections. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer, or section from another part, component, region, layer, or section. Thus, a first part, component, region, layer, or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer, or section without departing from the scope of the present invention.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are a schematic diagram and a cross-sectional view of a high-temperature reduction device for recycling waste batteries according to one embodiment of the present invention.
  • a high-temperature reduction device (10) for recycling waste batteries includes a charging unit (100) for charging raw materials, a heating unit (110) for heating the raw materials charged from the charging unit (100), a cooling unit (120) for cooling a heat-treated product, a discharge unit (130) for discharging a reactant cooled from the cooling unit (120), and a monitoring unit.
  • the high-temperature reduction device (10) of the present invention refers to a heating furnace utilized in a step of charging battery shreds into a heating furnace capable of raising a temperature to a high temperature and raising the temperature of the battery shreds to a temperature higher than the melting point, and relates to uniformly maintaining a temperature difference within the heating furnace through the monitoring unit.
  • the high-temperature reduction device (10) may crush waste batteries, and, if necessary, perform high-temperature reduction on waste battery crushed materials that have undergone gravity sorting, magnetic sorting, or classification sorting to produce a reactant containing oxides of nickel, cobalt, manganese, lithium aluminum, or oxygen as positive electrode materials and graphite and mixtures thereof, aluminum, and copper as negative electrode materials.
  • the charging unit (100) is a member for charging raw materials, and the raw materials may be the waste battery shreds described above.
  • the waste battery shreds refer to materials that become the parent material of the battery shreds, or materials that have been shredded.
  • the parent material of the battery shreds may include batteries that have reached the end of their lifespan, waste batteries, and waste materials generated during the manufacturing process of lithium ion batteries.
  • the waste battery may include positive electrode materials such as scrap, jelly roll, and slurry that constitute the waste battery, defective products generated during the manufacturing process, residues within the manufacturing process, and generated debris.
  • the parent material of the battery shreds may then be manufactured into battery shreds through a shredding process.
  • the shredded material itself may be the shredded product itself, such as black powder. In this way, by recycling waste batteries, battery shreds are manufactured, which is environmentally friendly and economical.
  • the raw material may be fed into the charging unit (110) at a speed of 15 to 35 mm/min. Specifically, the raw material may be fed at a speed of 20 to 25 mm/min. As the raw material is fed while satisfying the above-mentioned range, the raw material can easily react in the heating unit and form a target reactant. If the raw material is fed faster than the above-mentioned range, there is a problem that the reaction time is low and the speed is low. If the raw material is fed slower than the above-mentioned range, there is a problem that the reaction time is excessively high and an excessive reaction product is discharged.
  • the weight ratio of C/Ni in the raw material may be 20 or more.
  • the weight ratio of C/Ni specifically means a value obtained by dividing the weight % of carbon by the weight % of nickel.
  • the size of the powder particles is reduced, so that a spherical reactant having a range of 500 to 3,000 ⁇ m, which is an optimal particle size ratio for acid treatment in a post-process, can be formed.
  • the charging unit (100) may further include a pusher or a screw.
  • the pusher may be configured to facilitate the injection of raw material loaded through the charging unit (100).
  • the heating unit (110) is a member that heats the raw material fed from the charging unit (100).
  • the heating unit (110) can feed raw materials such as waste battery shreds into a heating furnace that can raise the temperature of the waste battery shreds to a temperature higher than the melting point. In this way, through the heating unit (110), a Ni-Co-Mn alloy and Li oxide including valuable metals are generated, and the valuable metals can be recovered in a post-process.
  • the heating unit (110) may be characterized by heating the raw material introduced from the charging unit (100) at a heating rate of 1 to 10° C./min. Specifically, the heating rate may be performed in a range of 2.0 to 5.0° C./min.
  • the heating unit (110) can be performed at a temperature range of 800 to 1,400° C.
  • a Ni-based alloy is formed into spherical particles of 100 to 3,000 ⁇ m, thereby increasing the recovery rate of valuable metals and Li.
  • the heating unit (110) may include at least one induction coil.
  • the heating unit (110) may include one induction coil, and may use more than one induction coil.
  • one induction coil is used in the preheat treatment unit (111) and additional induction coils are used in the heat absorption unit (112) and the melting unit (113).
  • the heating unit (110) may include a preheat treatment unit (111) for preheating the input raw material and a high temperature heat treatment unit (not shown) for heating to a temperature higher than the preheat treatment unit (111).
  • the high temperature heat treatment unit may be a high temperature reduction unit that is a member for reducing the raw material by heating to a temperature higher than the preheat treatment unit (111).
  • the high temperature heat treatment unit may include two or more heat treatment units in a vertical or horizontal direction.
  • the preheat treatment unit (111) can be heated in a temperature range of 800° C. or less. Specifically, the preheat treatment unit (111) can be heated in a temperature range of 700° C.
  • the preheat treatment unit (111) has a main purpose of removing the electrolyte and separator from the waste battery shreds by preheating the waste battery shreds, which are raw materials, in the above-mentioned range.
  • the heat absorbing unit (112) can be heated at a higher temperature range than the preheat treatment unit (111). Specifically, the endothermic reaction can occur at a temperature range of 700 to 1200° C., more specifically, 700 to 900° C., and even more specifically, 800 to 900° C. Specifically, the heat absorbing unit (112) can cause an endothermic reaction by a Boudouard reaction that converts CO 2 gas into 2CO gas in the aforementioned temperature range. By including the heat absorbing unit (112), the high-temperature reduction device (10) can have an environmentally friendly advantage by reducing carbon dioxide.
  • the melting section (113) can be heated at a higher temperature range than the heat absorbing section (112). Specifically, it can be heated at a temperature range of 1,400° C. or lower, more specifically, at a temperature range of 1,150 to 1,400° C. or lower. In the melting section (113), any one metal material among nickel, cobalt, manganese, and copper can be melted and arranged in a spherical shape.
  • the melting section (113) is a member in which heat treatment is performed at the above temperature range so that a Ni-Co-Mn alloy including a valuable metal and a Li oxide can be generated in the highest high-temperature reaction section within the heating section (110).
  • the molten section (113) is a section where the anode, cathode, or separator, which are reduced into a laminated form, are reduced into spherical grains (droplets) that are suitable for reacting in a post-process for extracting valuable metals, such as a wet process, as heat treatment is performed in the aforementioned temperature range.
  • the melting unit (113) can satisfy a Li recovery rate of 40 to 70%, specifically, a range of 55 to 60%, as it is heated in the aforementioned temperature range, and the Ni-Co-Mn alloy can satisfy a range of 55 to 95%, specifically, a range of 85 to 95%, and more specifically, a range of 85 to 90%.
  • the melting unit (113) exceeds the upper limit of the aforementioned range, there is a problem that the Li recovery rate becomes excessively low, and when it exceeds the lower limit of the aforementioned range, there is a problem that the recovery rate of the Ni-Co-Mn alloy becomes excessively low. In this way, the melting unit (113) has an advantage of increasing the recovery rate of the Ni-Co-Mn alloy and at the same time increasing the recovery rate of Li as it is performed in the aforementioned temperature range.
  • the heating unit (110) includes a heating furnace (110_F) and a heating unit (110_H).
  • the heating furnace (110_F) refers to a passage through which the input raw material passes through the heating unit (110).
  • the heating unit (110_H) refers to a member that applies heat energy to the heating furnace (110_F).
  • the heating furnace (110_F) may have a temperature difference of 250° C. or less at any location in the short and long axes of the cross-section of the heating furnace (110_F) when the temperature is measured at any location in the short and long axes of the cross-section based on the center.
  • the cross-section of the heating furnace (110_F) means that it is cut in a direction that is different from the direction in which the raw material advances, for example, in a direction intersecting or perpendicular to it.
  • the temperature difference may be the difference between the maximum temperature and the minimum temperature. If the temperature difference between the center and the arbitrary location is outside the temperature range, uniform heat transfer to the heating furnace (110_F) is not easy, which causes a problem in that the recovery rate of valuable metals is reduced.
  • the heating member (110_H) includes at least one or more heating members (110), and the heating member (110_H) may apply heat energy by a method such as induction heating, gas heating, or resistance heating.
  • the heating member (110_H) may have a coil shape as a means for supplying the heat energy.
  • the wire of the coil may have a cross-section of any one of a circular, square, rectangular, oval, triangular, trapezoidal, rhombus, and star shape, as non-limiting examples.
  • the coil of the heating unit (110_H) may have a pitch distance between the coils that becomes narrower as the coil gets farther away from the center area of the coil.
  • the center area of the coil means an area that includes a median value when the coil is wound in a longitudinal direction.
  • the pitch of the coil means the distance between two effective coil edges when the coil is wound.
  • the coil inductance is proportional to the number of turns of the coil. Specifically, the coil inductance is proportional to the number of turns of the coil. Specifically, if the coil has many turns, the applied heat energy is higher, and if the coil has few turns, the applied heat energy is lower.
  • the coil of the heating unit (110_H) of the present invention implemented has an advantage in that it can disperse heat in the central region where heat energy was previously concentrated, as the pitch spacing between the coils becomes narrower as it gets farther away from the central region of the coil.
  • the heating unit (110_H) is arranged in the preheat treatment unit (111), the heat absorption unit (112), and the melting unit (113), respectively, to control the temperature of the heating unit (110).
  • the heating unit (110) can perform heating under a gas atmosphere containing oxygen, and the oxygen can be contained in a volume fraction of 5 vol% or less. In one embodiment, the heating unit (110) can be performed in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.1 atm or less. As heating is performed in a gas atmosphere containing some oxygen in the above-described range, lithium oxide for lithium recovery can be easily formed, thereby improving the recovery rate of valuable metals.
  • the preheat treatment unit (111) within the heating unit (110) can be performed at a power of 12.0 kW or more. Specifically, the preheat treatment unit (111) can be performed at a power of 12.0 to 15.0 kW. Specifically, the power can be performed at a power of 12.0 to 14 kW.
  • the melting portion (113) within the heating portion (110) can be performed at a power of 16.0 kW or greater. Specifically, the power can be performed at a power of 16.0 to 19.0 kW. Specifically, the power can be performed at a power of 17.5 to 18.5 kW.
  • the residence time of the reactant within the heating unit (110) may be performed for 5 to 7 hours.
  • the residence time may mean a value obtained by dividing the entire length of the heating unit (110) by the movement distance of the reactant per hour. For example, in a heating unit (110) that produces a reactant at 65 kg/hr per hour, if the length of the heating unit (110) is 285 cm, the reactant moves at about 44 cm per hour and passes after remaining within the heating unit (110) for about 6.5 hours.
  • the target temperature of the preheat treatment section (111) within the heating section (110) may satisfy the following equation 1.
  • x is the input energy [W]
  • Cp is the specific heat [J/Kg-°C]
  • m is the mass transport amount [Kg/s]
  • the target temperature of the molten portion (113) within the heating portion (110) may satisfy the following equation 2.
  • the cooling unit (120) includes a step of cooling the reactant generated through the heating unit (110) to 100° C. or lower.
  • the reactant may be a reduction reaction material generated through the heating unit (110).
  • the cooling unit (120) can stabilize the reactant heated in the heating unit (110) as cooling proceeds within the above-described range.
  • an environmental treatment unit for treating exhaust gas generated by the reaction of the raw material in the heating unit (110) may be included.
  • the environmental treatment unit may be a member that captures byproducts generated by the heating process of the raw material in the heating unit (110), such as gases containing carbon dioxide or fluorine.
  • the byproducts may accumulate in the pipes through cooling, where gases or dust are discharged during the high-temperature reduction process of the battery shreds, thereby causing a problem of blockage, which may increase the pressure inside the furnace and prevent gas discharge, thereby hindering the function of the environmental treatment unit. To solve this problem, it is important to maintain an appropriate temperature in the pipes.
  • Figures 3a and 3b are photographs of piping connected to the environmental treatment unit.
  • Fig. 3a is a picture of the inside of the pipe before the raw material loading height is controlled to an appropriate level
  • Fig. 3b is a picture of the inside of the pipe after the raw material loading height is controlled to be continuously maintained at an appropriate level, specifically, about 70 to 80% of the entire heating section (110) based on 100%.
  • dust accumulations such as tar have accumulated inside the pipe.
  • Fig. 3b it can be confirmed that exhaust gas is easily discharged without dust accumulations such as tar inside the pipe. Through this, it was confirmed that the clogging of the pipe can be prevented by controlling the raw material loading level.
  • FIG. 4 is a graph showing the change in raw material loading height and temperature over time in a high-temperature reduction device according to one embodiment of the present invention.
  • the temperatures of the first and second measuring sections are controlled by the integrated control section to maintain the temperature, and the level of the charged raw material fluctuates according to the shrinkage characteristics of the charged raw material.
  • the charging level conditions that consider both the shrinkage characteristics of the raw material and the temperature control discharge conditions must be well controlled so that the height of the charging section can be controlled according to each condition. Accordingly, the variability of the reactants generated inside the furnace also increases, and there is a problem that the recovery rate is reduced by affecting the form of the reactants input to the lower process.
  • Table 1 below shows the form of reactants that affect the recovery rate depending on whether or not the raw material charging level is controlled.
  • the raw material charging level is controlled to 70 to 80% based on 100% of the entire heating section, Flakes that affect the recovery rate are hardly generated, and when the level is 80% or more or 70% or less, the temperature fluctuation range of the preheating section becomes large, which causes a temperature change inside the furnace, and it can be confirmed that reactants in the form of Flakes are generated.
  • FIGS. 5a and 5b are photographs of recovered reactants according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 5a shows the shape of the recovered reactant in the form of a flake when the charging level is low
  • Fig. 5b shows the shape of the recovered reactant when the charging level is maintained within the range of the present invention. Referring to Figs. 5a and 5b, it was confirmed that the shape of the recovered reactant was easily controlled by maintaining the charging level at an appropriate level.

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Abstract

The present invention relates to a high-temperature reduction device for waste battery recycling, the device comprising: a charging unit for inputting raw materials; a heating unit for heating the raw materials inputted from the charging unit; a cooling unit for cooling a heat-treated product; a discharge unit for discharging a reactant cooled from the cooling unit; and a monitoring unit including a first measurement unit for measuring the level of the raw materials inputted by the charging unit for inputting the raw materials in a furnace and a second measurement unit for measuring the level of the raw materials inputted by the raw material charging unit in the heating unit.

Description

폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치High-temperature reduction device for recycling waste batteries

폐전지에 관한 것으로서, 폐전지 재활용을 위한 고온 환원 장치에 관한 것이다.It relates to waste batteries and a high-temperature reduction device for recycling waste batteries.

전세계적으로 전기차에 대한 수요가 활발해짐에 따라, 상기 전기차로부터 발생하는 폐배터리 처리 문제가 사회적 문제로 대두되고 있다. 상기 폐배터리의 주된 원료가 되는 리튬 이차전지의 경우, 유기용제, 폭발성 물질, 및 Ni, Co, Mn, 및 Fe와 같은 중금속 물질들이 함유되어 있으나, Ni, Co, Mn, 및 Li의 경우 유가 금속으로서의 희소가치가 크고, 리튬 이차전지가 폐기된 이후의 회수 및 재활용 공정이 중요한 연구 분야로 부상하고 있다.As the demand for electric vehicles increases worldwide, the problem of disposal of waste batteries generated from said electric vehicles is emerging as a social issue. In the case of lithium secondary batteries, which are the main raw materials of said waste batteries, organic solvents, explosive substances, and heavy metals such as Ni, Co, Mn, and Fe are contained, but in the case of Ni, Co, Mn, and Li, they have high scarcity value as valuable metals, and the recovery and recycling process after the lithium secondary batteries are discarded is emerging as an important research field.

상기 폐배터리의 통상적인 재활용을 위해, 수명이 다한 상기 폐배터리를 파쇄하는 과정, 분쇄하는 과정, 비중 선별하는 과정 및 자력 선별하는 과정을 통해 양극재 및 음극재가 혼합되어 있는 블랙 파우더(Black Powder)를 추출하게 된다. 상기 블랙 파우더는 예를 들어, 양극재인 니켈, 코발트, 망간, 리튬, 알루미늄, 및 산소의 산화물과 음극재인 흑연 및 이의 혼합체, 알루미늄 및 구리와 같은 일부 불순물이 포함된 것이다. 상기 블랙 파우더로부터 유가 금속을 회수하는 방법으로 크게 습식 공정 및 건식 공정이 활용되고 있다.For the normal recycling of the above-mentioned waste batteries, the waste batteries that have reached the end of their lifespan are subjected to a process of crushing, pulverizing, gravity sorting, and magnetic sorting to extract black powder containing a mixture of positive and negative electrode materials. The black powder contains, for example, oxides of positive electrode materials such as nickel, cobalt, manganese, lithium, aluminum, and oxygen, and some impurities such as graphite and mixtures thereof, aluminum, and copper, which are negative electrode materials. Wet processes and dry processes are largely utilized as methods for recovering valuable metals from the black powder.

상기 습식 공정은 침출, 용매추출, 및 리튬 제조를 통해, NiSO4, CoSO4, MnSO4, 및 Li2CO3를 생산하게 된다. 상기 블랙 파우더를 습식공정으로 처리하는 경우, 상기 블랙 파우더 내에 포함된 음극재인 흑연이 강산 분위기에 용해되지 않아 침출 공정 시간이 과도하게 소요되는 문제가 있고, 상기 블랙 파우더가 상기 흑연과 함께 분리됨에 따라 실수율이 저하되는 문제가 있다.The above wet process produces NiSO 4 , CoSO 4 , MnSO 4 , and Li 2 CO 3 through leaching, solvent extraction, and lithium production. When the black powder is processed using a wet process, there is a problem that the leaching process time is excessively long because the graphite, which is the negative electrode material contained in the black powder, does not dissolve in a strong acid atmosphere, and there is a problem that the yield is reduced because the black powder is separated together with the graphite.

이와 같이, 고온 환원 장치는 폐배터리의 건식 재활용 공정에서 핵심 설비이다. 해당 설비를 이용하여 폐전지를 원하는 반응물로 변환하여 하공정에 투입하여 높은 유가 금속 회수율을 확보하기 위해 투입원료를 목표 온도에 용이하게 제어하는 것이 매우 중요하다.In this way, the high-temperature reduction device is a key facility in the dry recycling process of waste batteries. It is very important to use the facility to convert waste batteries into desired reactants and feed them into the downstream process to easily control the input raw materials to the target temperature in order to secure a high recovery rate of valuable metals.

그러나, 고온 환원 장치의 원료의 특성 상 로내의 원료 레벨에 따라 내부 온도 변화량 및 원료에서 나오는 배가스의 변동성이 커지는 문제가 있다.However, due to the characteristics of the raw materials in the high-temperature reduction device, there is a problem in that the internal temperature change and the variability of the exhaust gas coming from the raw materials increase depending on the raw material level in the furnace.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치는 로내의 원료 레벨에 따른 내부 온도 편차의 변동성을 최소화하고 원료에서 나오는 배가스의 처리를 안정적으로 수행하는 장치의 수행 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for operating a high-temperature reduction device for recycling waste batteries, which minimizes the variation of internal temperature deviation according to the raw material level in the furnace and stably performs treatment of exhaust gas coming from the raw material.

본 발명의 일 실시예에 따른, 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치는 원료 물질을 투입하는 장입부, 상기 장입부로부터 투입된 상기 원료 물질을 가열하는 가열부, 열처리된 생성물을 냉각하는 냉각부, 상기 냉각부로부터 냉각된 반응물을 배출하는 배출부, 및 상기 원료 물질을 투입하는 장입부에 의해 투입되는 원료 물질의 로내 레벨을 측정하는 제1 측정부 및 장입부에 의해 투입되는 상기 원료 물질의 상기 가열부 내에서의 온도를 측정하는 제2 측정부를 포함하는 모니터링부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 가열부 내 상기 원료 물질의 반응에 의해 발생되는 배가스를 처리하는 환경 처리부를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a high-temperature reduction device for recycling waste batteries may include a charging unit for charging raw materials, a heating unit for heating the raw materials charged from the charging unit, a cooling unit for cooling a heat-treated product, a discharge unit for discharging a reactant cooled from the cooling unit, and a monitoring unit including a first measuring unit for measuring a level of the raw materials charged by the charging unit within the furnace and a second measuring unit for measuring a temperature of the raw materials charged by the charging unit within the heating unit. In one embodiment, the device may include an environmental treatment unit for treating exhaust gas generated by a reaction of the raw materials within the heating unit.

일 실시예에서, 상기 모니터링부는 상기 배가스의 온도를 측정하는 제3 측정부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 배가스를 처리하는 환경 처리부는 상기 가열부로부터 발생된 상기 배가스가 통과하는 배관부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the monitoring unit may include a third measuring unit for measuring the temperature of the exhaust gas. In one embodiment, the environmental treatment unit for processing the exhaust gas may include a piping unit through which the exhaust gas generated from the heating unit passes.

일 실시예에서, 상기 모니터링부로부터 신호를 검출하여, 상기 장입부의 상기 원료 물질의 투입량 또는 상기 가열부의 온도를 제어시키는 통합제어부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 통합제어부는 상기 제3 측정부로부터 상기 배가스의 온도가 120 ℃ 이하인 것을 측정하는 경우, 상기 장입부에 상기 원료 물질을 추가 투입하도록 제어할 수 있다.In one embodiment, the integrated control unit may include a signal from the monitoring unit to control the amount of raw material input into the charging unit or the temperature of the heating unit. In one embodiment, the integrated control unit may control additional input of the raw material into the charging unit when the temperature of the exhaust gas is measured from the third measuring unit to be 120° C. or lower.

일 실시예에서, 상기 통합제어부는 상기 제1 측정부가 상기 원료 물질의 장입 레벨이 가열부 전체 높이 100 %를 기준으로 70 내지 80 % 이하인 것을 측정하는 경우, 상기 장입부에 상기 원료 물질을 추가 투입하도록 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 통합제어부는 상기 배출부를 통해 배출되는 3,000 ㎛ 이상의 플레이크(Flake) 형상의 반응물이 발생하지 않도록 상기 가열부의 온도를 제어할 수 있다.In one embodiment, the integrated control unit can control to additionally add the raw material to the charging unit when the first measuring unit measures that the charging level of the raw material is 70 to 80% or less based on 100% of the total height of the heating unit. In one embodiment, the integrated control unit can control the temperature of the heating unit so that a reactant in the shape of a flake of 3,000 ㎛ or more is not generated and discharged through the discharge unit.

일 실시예에서, 상기 제1 측정부는 초음파, 라이다, 및 레이더 중 적어도 하나에 따라 상기 원료 물질의 레벨을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 장입부로부터 투입된 상기 원료 물질을 예비 가열하는 예비열처리부, 상기 예비열처리부 보다 높은 온도로 가열하는 고온 열처리부를 포함하며, 상기 고온 열처리부는 1,150 내지 1,400 ℃의 온도 범위에서 상기 원료 물질의 열처리가 수행되는 열처리부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the first measuring unit can measure the level of the raw material according to at least one of ultrasound, lidar, and radar. In one embodiment, the preheating unit for preheating the raw material fed from the charging unit, and the high temperature heat treatment unit for heating to a temperature higher than that of the preheat treatment unit may include a heat treatment unit in which heat treatment of the raw material is performed at a temperature range of 1,150 to 1,400° C.

일 실시예에서, 상기 고온 열처리부는 수직 또는 수평 방향으로 2 이상의 열처리부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 예비열처리부의 적어도 일부 영역에 상기 원료 물질이 충진되지 않는 공간부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the high temperature heat treatment section may include two or more heat treatment sections in a vertical or horizontal direction. In one embodiment, at least a portion of the preheat treatment section may include a space where the raw material is not filled.

일 실시예에서, 상기 원료 물질은 15 내지 35 mm/min의 속도로 상기 장입부에 투입될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 통합 제어부는 상기 모니터링부를 제어하여 상기 가열부의 온도가 800 내지 1,400 ℃ 범위로 제어되도록 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제2 측정부는 복수 개를 포함하고, 상기 예비열처리부 및 상기 고온 열처리부의 온도를 각각 측정할 수 있다.In one embodiment, the raw material can be fed into the charging section at a rate of 15 to 35 mm/min. In one embodiment, the integrated control unit can control the monitoring unit so that the temperature of the heating unit can be controlled in a range of 800 to 1,400° C. In one embodiment, the second measuring unit includes a plurality of units, and can measure the temperatures of the preheat treatment unit and the high-temperature heat treatment unit, respectively.

본 발명의 일 실시예에 따른, 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치는 원료 장입 레벨과 로 내 온도를 측정하는 측정부와 제어부를 포함함으로써, 로내의 원료 레벨에 따른 내부 온도 편차의 변동성을 최소화하고 원료에서 나오는 배가스의 처리를 안정적으로 수행하는 장치를 제공한다.According to one embodiment of the present invention, a high-temperature reduction device for recycling waste batteries includes a measuring unit and a control unit for measuring a raw material loading level and a temperature inside the furnace, thereby minimizing the variability of the internal temperature deviation according to the raw material level inside the furnace and stably performing treatment of exhaust gas coming from the raw material.

본 발명의 다른 실시예에 따른, 폐배터리 재활용을 위한 배터리 처리 방법은전술한 이점을 갖는 폐배터리 처리 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a battery processing method for recycling a waste battery provides a waste battery processing method having the advantages described above.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치를 도시하고, 도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 고온 환원 장치를 도시한다.FIG. 1a illustrates a high-temperature reduction device for recycling waste batteries according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1b illustrates a high-temperature reduction device according to another embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 고온 환원 장치의 시간에 따른 원료 장입 높이와 온도 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the change in raw material loading height and temperature over time in a high-temperature reduction device according to one embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 비교예에 따른, 고온 환원 장치의 시간에 따른 원료 장입 높이와 온도 변화를 나타낸다.Figure 3 shows the change in raw material loading height and temperature over time in a high-temperature reduction device according to a comparative example of the present invention.

도 4 본 발명의 일 실시예에 따른, 고온 환원 장치의 시간에 따른 원료 장입 높이와 온도 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing the change in raw material loading height and temperature over time in a high-temperature reduction device according to one embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 회수된 반응물의 사진이다.FIGS. 5A and 5B are photographs of recovered reactants according to one embodiment of the present invention.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.The terms first, second, and third, etc. are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers, and/or sections. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer, or section from another part, component, region, layer, or section. Thus, a first part, component, region, layer, or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer, or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 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 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 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. As used herein, the singular forms include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise. The word "comprising," as used herein, specifies particular features, regions, integers, steps, operations, elements, and/or components, but does not exclude the presence or addition of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and/or components.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.When a part is referred to as being "on" or "on" another part, it may be directly on or above the other part, or there may be other parts intervening. In contrast, when a part is referred to as being "directly on" another part, there are no other parts intervening.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms, including technical and scientific terms, used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries are additionally interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the presently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, these are presented as examples, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is defined only by the scope of the claims described below.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치를 모식도 및 단면도이다.FIG. 1A and FIG. 1B are a schematic diagram and a cross-sectional view of a high-temperature reduction device for recycling waste batteries according to one embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치(10)는 원료 물질을 투입하는 장입부(100), 장입부(100)로부터 투입된 상기 원료 물질을 가열하는 가열부(110), 열처리된 생성물을 냉각하는 냉각부(120), 냉각부(120)로부터 냉각된 반응물을 배출하는 배출부(130), 및 모니터링부를 포함한다. 본 발명의 고온 환원 장치(10)는 배터리 파쇄물을 고온으로 상승시킬 수 있는 가열 로(Furnace)에 투입하여 상기 배터리 파쇄물을 용융점 이상의 온도로 상승시키는 단계에서 활용되는 상기 가열로를 의미하고, 상기 모니터링부를 통해 가열로 내 온도 편차를 균일하게 유지하는 것에 관한 것이다.Referring to FIGS. 1A and 1B, a high-temperature reduction device (10) for recycling waste batteries according to one embodiment of the present invention includes a charging unit (100) for charging raw materials, a heating unit (110) for heating the raw materials charged from the charging unit (100), a cooling unit (120) for cooling a heat-treated product, a discharge unit (130) for discharging a reactant cooled from the cooling unit (120), and a monitoring unit. The high-temperature reduction device (10) of the present invention refers to a heating furnace utilized in a step of charging battery shreds into a heating furnace capable of raising a temperature to a high temperature and raising the temperature of the battery shreds to a temperature higher than the melting point, and relates to uniformly maintaining a temperature difference within the heating furnace through the monitoring unit.

고온 환원 장치(10)는 폐배터리를 파쇄하고, 필요에 따라 비중 선별, 자력 선별, 또는 분급 선별을 거친 폐배터리 파쇄물을 고온 환원하여 양극재인 니켈, 코발트, 망간, 리튬 알루미늄, 또는 산소의 산화물과 음극재인 흑연 및 이의 혼합체, 알루미늄 및 구리와 같은 일부 불순물이 포함된 반응물을 제조하는 것일 수 있다. The high-temperature reduction device (10) may crush waste batteries, and, if necessary, perform high-temperature reduction on waste battery crushed materials that have undergone gravity sorting, magnetic sorting, or classification sorting to produce a reactant containing oxides of nickel, cobalt, manganese, lithium aluminum, or oxygen as positive electrode materials and graphite and mixtures thereof, aluminum, and copper as negative electrode materials.

장입부(100)는 원료 물질을 투입하는 부재로, 상기 원료 물질은 전술하여 설명한 폐배터리 파쇄물일 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물은 배터리 파쇄물의 모재가 되는 물질이거나, 파쇄가 완료된 물질 자체를 의미한다. 상기 배터리 파쇄물의 모재는 수명을 다한 전지, 폐전지, 리튬 이온 전지의 제조 공정 내에서 발생한 폐재를 포함할 수 있다. The charging unit (100) is a member for charging raw materials, and the raw materials may be the waste battery shreds described above. The waste battery shreds refer to materials that become the parent material of the battery shreds, or materials that have been shredded. The parent material of the battery shreds may include batteries that have reached the end of their lifespan, waste batteries, and waste materials generated during the manufacturing process of lithium ion batteries.

구체적으로, 상기 폐전지는 폐배터리를 구성하는 스크랩, 젤리롤, 및 슬러리와 같은 정극재, 제조 공정 상 생긴 불량품, 제조 공정 내부의 잔류물, 및 발생 부스러기를 포함할 수 있다. 상기 배터리 파쇄물의 모재는 이후, 파쇄 공정을 거쳐 배터리 파쇄물로 제조될 수 있다. 상기 파쇄가 완료된 물질 자체는 블랙 파우더와 같이 파쇄가 완료된 제품 그 자체일 수 있다. 이와 같이, 폐배터리를 재활용함으로써, 배터리 파쇄물을 제조하여 친환경적이고, 경제적인 이점이 있다.Specifically, the waste battery may include positive electrode materials such as scrap, jelly roll, and slurry that constitute the waste battery, defective products generated during the manufacturing process, residues within the manufacturing process, and generated debris. The parent material of the battery shreds may then be manufactured into battery shreds through a shredding process. The shredded material itself may be the shredded product itself, such as black powder. In this way, by recycling waste batteries, battery shreds are manufactured, which is environmentally friendly and economical.

일 실시예에서, 상기 원료 물질은 15 내지 35 mm/min의 속도로 장입부(110)에 투입될 수 있다. 구체적으로, 상기 원료 물질은 20 내지 25 mm/min의 속도로 투입될 수 있다. 상기 원료 물질이 전술한 범위를 만족하며 투입됨에 따라, 상기 원료 물질이 가열부에서 용이하게 반응하며 목표한 반응물을 형성할 수 있다. 상기 원료 물질이 전술한 범위 보다 빠르게 투입되는 경우, 반응 시간이 낮아 속도가 낮아지는 문제가 있다. 상기 원료 물질이 전술한 범위 보다 느리게 투입되는 경우, 반응 시간이 과도하게 높아 과반응산물이 배출되는 문제가 있다.In one embodiment, the raw material may be fed into the charging unit (110) at a speed of 15 to 35 mm/min. Specifically, the raw material may be fed at a speed of 20 to 25 mm/min. As the raw material is fed while satisfying the above-mentioned range, the raw material can easily react in the heating unit and form a target reactant. If the raw material is fed faster than the above-mentioned range, there is a problem that the reaction time is low and the speed is low. If the raw material is fed slower than the above-mentioned range, there is a problem that the reaction time is excessively high and an excessive reaction product is discharged.

일 실시예에서, 상기 원료 물질 내 C/Ni의 무게 비율은 20 이상일 수 있다. 상기 C/Ni의 무게 비율은 구체적으로 탄소에 중량%를 니켈의 중량%로 나눈 값을 의미한다. 일 실시예에서, 상기 원료 물질 내 C/Ni의 무게 비율이 전술한 범위를 만족함으로써, 분말 입자의 크기가 작아져 후 공정에서 산처리를 위한 최적의 입도 비율인 500 내지 3,000 ㎛ 범위의 구형의 반응물이 형성될 수 있다. 상기 원료 물질 내 C/Ni의 무게 비율이 전술한 범위를 벗어나는 경우, 구형의 파쇄물을 형성하기 어렵고, 덩어리 상태의 반응물로 형성됨에 따라 탄소에 의한 환원이 완전히 이루어지지 못하는 문제가 있다.In one embodiment, the weight ratio of C/Ni in the raw material may be 20 or more. The weight ratio of C/Ni specifically means a value obtained by dividing the weight % of carbon by the weight % of nickel. In one embodiment, when the weight ratio of C/Ni in the raw material satisfies the above-mentioned range, the size of the powder particles is reduced, so that a spherical reactant having a range of 500 to 3,000 μm, which is an optimal particle size ratio for acid treatment in a post-process, can be formed. When the weight ratio of C/Ni in the raw material is out of the above-mentioned range, it is difficult to form a spherical crushed product, and since the reactant is formed in a lumpy state, there is a problem that reduction by carbon is not completely achieved.

일 실시예에서, 장입부(100)는 밀림부(Pusher) 또는 스크류(Screw)를 더 포함할 수 있다. 상기 밀림부는 장입부(100)를 통해 장입된 원료 물질의 투여를 더욱 원활하게 하기 위한 구성일 수 있다.In one embodiment, the charging unit (100) may further include a pusher or a screw. The pusher may be configured to facilitate the injection of raw material loaded through the charging unit (100).

가열부(110)는 장입부(100)로부터 투입된 상기 원료 물질을 가열하는 부재이다. 가열부(110)는 폐배터리 파쇄물과 같은 원료 물질을 고온으로 상승시킬 수 있는 가열로(Furnace)에 투입하여 상기 폐배터리 파쇄물을 용융점 이상의 온도로 상승시킬 수 있다. 이와 같이, 가열부(110)를 통해, 유가 금속을 포함하는 Ni-Co-Mn 합금과 Li 산화물이 생성되어, 후공정에서 상기 유가 금속을 회수할 수 있다.The heating unit (110) is a member that heats the raw material fed from the charging unit (100). The heating unit (110) can feed raw materials such as waste battery shreds into a heating furnace that can raise the temperature of the waste battery shreds to a temperature higher than the melting point. In this way, through the heating unit (110), a Ni-Co-Mn alloy and Li oxide including valuable metals are generated, and the valuable metals can be recovered in a post-process.

일 실시예에서, 가열부(110)는 장입부(100)로부터 투입된 원료 물질을 1 내지 10 ℃/min의 승온 속도로 승온하는 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 상기 승온 속도는 2.0 내지 5.0 ℃/min의 범위로 수행될 수 있다.In one embodiment, the heating unit (110) may be characterized by heating the raw material introduced from the charging unit (100) at a heating rate of 1 to 10° C./min. Specifically, the heating rate may be performed in a range of 2.0 to 5.0° C./min.

일 실시예에서, 가열부(110)는 800 내지 1,400 ℃의 온도 범위에서 수행할 수 있다. 상기 승온 속도 및 상기 온도 범위에서 가열을 수행함에 따라, 100 내지 3,000 ㎛의 구형 입자로 Ni 기반 합금이 형성되어 유가 금속 및 Li의 회수율을 높일 수 있다.In one embodiment, the heating unit (110) can be performed at a temperature range of 800 to 1,400° C. By performing heating at the above heating rate and in the above temperature range, a Ni-based alloy is formed into spherical particles of 100 to 3,000 μm, thereby increasing the recovery rate of valuable metals and Li.

구체적으로, 가열부(110)는 적어도 하나 이상의 유도 코일을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 가열부(110)는 1개의 유도 코일을 포함할 수 있고, 그 이상의 유도 코일을 사용할 수 있다. 도 1a에서 예비열처리부(111)에 하나의 유도 코일과 흡열부(112) 및 용융부(113)에 추가 유도 코일을 사용하였다.Specifically, the heating unit (110) may include at least one induction coil. Specifically, the heating unit (110) may include one induction coil, and may use more than one induction coil. In FIG. 1a, one induction coil is used in the preheat treatment unit (111) and additional induction coils are used in the heat absorption unit (112) and the melting unit (113).

일 실시예에서, 가열부(110)는 투입된 상기 원료 물질을 예비 가열하는 예비열처리부(111) 및 예비열처리부(111) 보다 높은 온도로 가열하는 고온 열처리부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 고온 열처리부는 예비열처리부(111) 보다 높은 온도로 가열하여 상기 원료 물질을 환원시키는 부재인 고온 환원부일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 고온 열처리부는 수직 또는 수평 방향으로 2 이상의 열처리부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the heating unit (110) may include a preheat treatment unit (111) for preheating the input raw material and a high temperature heat treatment unit (not shown) for heating to a temperature higher than the preheat treatment unit (111). The high temperature heat treatment unit may be a high temperature reduction unit that is a member for reducing the raw material by heating to a temperature higher than the preheat treatment unit (111). In one embodiment, the high temperature heat treatment unit may include two or more heat treatment units in a vertical or horizontal direction.

일 실시예에서, 상기 고온 가열부는 흡열부(112), 및 흡열부(112) 보다 높은 온도 범위에서 가열하여 적어도 일부의 용융층을 형성하는 용융부(113)를 포함할 수 있다. 가열부(110)는 온도가 상이한 구간을 포함함으로써, 유가 금속 회수율을 높일 수 있는 이점을 갖는다.In one embodiment, the high temperature heating unit may include a heat absorbing unit (112) and a melting unit (113) that heats at a temperature range higher than that of the heat absorbing unit (112) to form at least a portion of a molten layer. The heating unit (110) has an advantage of being able to increase the recovery rate of valuable metals by including sections with different temperatures.

예비열처리부(111)는 800 ℃ 이하의 온도 범위에서 가열될 수 있다. 구체적으로, 예비열처리부(111)는 700 ℃ 이하의 온도 범위에서 가열될 수 있다. 예비열처리부(111)는 전술한 범위에서 원료 물질인 폐배터리 파쇄물을 예열함으로써, 상기 폐배터리 파쇄물의 전해질과 분리막을 제거하는 것을 주된 목적으로 한다.The preheat treatment unit (111) can be heated in a temperature range of 800° C. or less. Specifically, the preheat treatment unit (111) can be heated in a temperature range of 700° C. The preheat treatment unit (111) has a main purpose of removing the electrolyte and separator from the waste battery shreds by preheating the waste battery shreds, which are raw materials, in the above-mentioned range.

흡열부(112)는 예비열처리부(111) 보다 높은 온도 범위에서 가열될 수 있다. 구체적으로, 700 내지 1200 ℃, 더욱 구체적으로, 700 내지 900 ℃, 더욱 구체적으로 800 내지 900 ℃ 범위에서 흡열반응을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 흡열부(112)는 전술한 온도 범위에서, CO2 가스를 2CO 가스로 전환하는 부다반응(Boudouard Reaction)으로 흡열반응이 발생할 수 있다. 흡열부(112)를 포함함으로써, 고온 환원 장치(10)는 이산화탄소를 저감시켜 친환경적인 이점을 가질 수 있다.The heat absorbing unit (112) can be heated at a higher temperature range than the preheat treatment unit (111). Specifically, the endothermic reaction can occur at a temperature range of 700 to 1200° C., more specifically, 700 to 900° C., and even more specifically, 800 to 900° C. Specifically, the heat absorbing unit (112) can cause an endothermic reaction by a Boudouard reaction that converts CO 2 gas into 2CO gas in the aforementioned temperature range. By including the heat absorbing unit (112), the high-temperature reduction device (10) can have an environmentally friendly advantage by reducing carbon dioxide.

용융부(113)는 흡열부(112) 보다 높은 온도 범위에서 가열될 수 있다. 구체적으로, 1400 ℃ 이하의 온도 범위, 더욱 구체적으로 1,150 내지 1,400 ℃ 이하의 온도 범위에서 가열될 수 있다. 본 용융부(113)에서는 니켈, 코발트, 망간, 및 구리 중 어느 하나의 금속 물질이 용융되어 구형 형태로 배치될 수 있다. 용융부(113)는 가열부(110) 내에 가장 높은 고열 반응 구간으로 유가 금속을 포함하는 Ni-Co-Mn 합금과 Li 산화물이 생성될 수 있도록 상기 온도 범위에서 열처리가 수행되는 부재이다.The melting section (113) can be heated at a higher temperature range than the heat absorbing section (112). Specifically, it can be heated at a temperature range of 1,400° C. or lower, more specifically, at a temperature range of 1,150 to 1,400° C. or lower. In the melting section (113), any one metal material among nickel, cobalt, manganese, and copper can be melted and arranged in a spherical shape. The melting section (113) is a member in which heat treatment is performed at the above temperature range so that a Ni-Co-Mn alloy including a valuable metal and a Li oxide can be generated in the highest high-temperature reaction section within the heating section (110).

구체적으로, 용융부(113)는 전술한 온도 범위에서 열처리가 수행됨에 따라, 양극, 음극, 또는 분리막이 적층형태로 환원된 파쇄물이 유가 금속을 추출하는 후공정, 예를 들어 습식 공정에 반응하기 좋은 형상인 구 형상의 알갱이(Droplet)로 환원되는 구간이다.Specifically, the molten section (113) is a section where the anode, cathode, or separator, which are reduced into a laminated form, are reduced into spherical grains (droplets) that are suitable for reacting in a post-process for extracting valuable metals, such as a wet process, as heat treatment is performed in the aforementioned temperature range.

용융부(113)는 전술한 온도 범위에서 가열됨에 따라, Li 회수율이 40 내지 70 %, 구체적으로, 55 내지 60 % 범위를 만족할 수 있고, Ni-Co-Mn 합금은 55 내지 95 %, 구체적으로 85 내지 95%, 더욱 구체적으로 85 내지 90 %의 범위를 만족할 수 있다. 용융부(113)는 전술한 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, Li 회수율이 과도하게 낮아지는 문제가 있고, 전술한 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, Ni-Co-Mn 합금의 회수율이 과도하게 낮아지는 문제가 있다. 이와 같이, 용융부(113)는 전술한 온도 범위에서 수행됨에 따라, Ni-Co-Mn 합금의 회수율을 높임과 동시에, Li의 회수율을 높일 수 있는 이점이 있다.The melting unit (113) can satisfy a Li recovery rate of 40 to 70%, specifically, a range of 55 to 60%, as it is heated in the aforementioned temperature range, and the Ni-Co-Mn alloy can satisfy a range of 55 to 95%, specifically, a range of 85 to 95%, and more specifically, a range of 85 to 90%. When the melting unit (113) exceeds the upper limit of the aforementioned range, there is a problem that the Li recovery rate becomes excessively low, and when it exceeds the lower limit of the aforementioned range, there is a problem that the recovery rate of the Ni-Co-Mn alloy becomes excessively low. In this way, the melting unit (113) has an advantage of increasing the recovery rate of the Ni-Co-Mn alloy and at the same time increasing the recovery rate of Li as it is performed in the aforementioned temperature range.

일 실시예에서, 가열부(110)는 가열로(110_F) 및 히팅부(110_H)를 포함한다. 가열로(110_F)는 투입된 원료 물질이 가열부(110)를 통과하는 통로를 의미한다. 히팅부(110_H)는 가열로(110_F)에 열 에너지를 가하는 부재를 의미한다.In one embodiment, the heating unit (110) includes a heating furnace (110_F) and a heating unit (110_H). The heating furnace (110_F) refers to a passage through which the input raw material passes through the heating unit (110). The heating unit (110_H) refers to a member that applies heat energy to the heating furnace (110_F).

가열로(110_F)는 가열로(110_F)의 단면에 있어서, 중심부를 기준으로 상기 단면의 단축 및 장축 방향의 임의의 위치에서의 온도를 측정하였을 때, 상기 중심부와 상기 임의의 위치에서의 온도차가 250 ℃ 이하일 수 있다. 상기 가열로(110_F)의 단면은 상기 원료 물질이 진행하는 방향과 어긋나는 방향, 예를 들어 교차 또는 수직하는 방향으로 자른 것을 의미한다.The heating furnace (110_F) may have a temperature difference of 250° C. or less at any location in the short and long axes of the cross-section of the heating furnace (110_F) when the temperature is measured at any location in the short and long axes of the cross-section based on the center. The cross-section of the heating furnace (110_F) means that it is cut in a direction that is different from the direction in which the raw material advances, for example, in a direction intersecting or perpendicular to it.

구체적으로, 상기 온도차는 최대 온도에서 최소 온도의 차이일 수 있다. 상기 중심부와 상기 임의의 위치에서의 온도차가 상기 온도 범위를 벗어나는 경우, 가열로(110_F)에 균일한 열 전달이 용이하지 못하여, 유가 금속 회수율이 저하되는 문제가 있다.Specifically, the temperature difference may be the difference between the maximum temperature and the minimum temperature. If the temperature difference between the center and the arbitrary location is outside the temperature range, uniform heat transfer to the heating furnace (110_F) is not easy, which causes a problem in that the recovery rate of valuable metals is reduced.

일 실시예에서, 히팅부(110_H)는 가열부(110) 내의 적어도 하나 이상을 포함하고, 히팅부(110_H)는 유도 가열, 가스 열, 또는 저항 열과 같은 방법으로 열 에너지를 가하는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 히팅부(110_H)는 상기 열 에너지를 공급하기 위한 수단으로 코일 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 코일의 선재는 비제한적인 예시로서, 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 삼각형, 사다리꼴, 마름모, 및 별모양 중 어느 하나의 단면을 가질 수 있다. In one embodiment, the heating member (110_H) includes at least one or more heating members (110), and the heating member (110_H) may apply heat energy by a method such as induction heating, gas heating, or resistance heating. In one embodiment, the heating member (110_H) may have a coil shape as a means for supplying the heat energy. In one embodiment, the wire of the coil may have a cross-section of any one of a circular, square, rectangular, oval, triangular, trapezoidal, rhombus, and star shape, as non-limiting examples.

일 실시예에서, 히팅부(110_H)의 상기 코일은 상기 코일의 중심 영역으로부터 멀어질수록 상기 코일의 피치간 이격 거리가 좁아질 수 있다. 상기 코일의 중심 영역은 코일이 감겨진 길이 방향을 기준으로 하였을 때의 중간 값을 포함하는 영역을 의미한다. 상기 코일의 피치는 코일이 권선되었을 때, 두개의 유효한 코일변 사이의 거리를 의미한다.In one embodiment, the coil of the heating unit (110_H) may have a pitch distance between the coils that becomes narrower as the coil gets farther away from the center area of the coil. The center area of the coil means an area that includes a median value when the coil is wound in a longitudinal direction. The pitch of the coil means the distance between two effective coil edges when the coil is wound.

유도 가열의 경우, 코일 인덕턴스는 코일의 회전 수에 비례한다. 구체적으로, 코일 인덕턴스는 코일이 감겨진 횟수에 비례하는 것이다. 구체적으로, 코일이 다수의 횟수로 감겨져 있는 경우, 가해지는 열 에너지가 높아지고, 코일이 적은 횟수로 감겨져 있는 경우, 가해지는 열 에너지가 낮아지게 된다.In the case of induction heating, the coil inductance is proportional to the number of turns of the coil. Specifically, the coil inductance is proportional to the number of turns of the coil. Specifically, if the coil has many turns, the applied heat energy is higher, and if the coil has few turns, the applied heat energy is lower.

이와 같은 원리를 이용하여, 구현된 본 발명의 히팅부(110_H)의 코일은 상기 코일의 중심 영역으로부터 멀어질수록 상기 코일의 피치간 이격 거리가 좁아짐에 따라, 기존에 열 에너지가 집중되었던 중심 영역의 열을 분산시킬 수 있는 이점이 있다. 일 실시예에서, 히팅부(110_H)는 예비열처리부(111)와 흡열부(112) 및 용융부(113)에 각각 배치되어 가열부(110)의 온도를 제어할 수 있다.By utilizing this principle, the coil of the heating unit (110_H) of the present invention implemented has an advantage in that it can disperse heat in the central region where heat energy was previously concentrated, as the pitch spacing between the coils becomes narrower as it gets farther away from the central region of the coil. In one embodiment, the heating unit (110_H) is arranged in the preheat treatment unit (111), the heat absorption unit (112), and the melting unit (113), respectively, to control the temperature of the heating unit (110).

가열부(110)는 산소가 포함된 가스 분위기 하에 가열이 수행될 수 있고, 상기 산소는 부피 분율로 5 vol% 이하로 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 가열부(110)는 산소 분압이 0.1 atm 이하인 분위기에서 수행될 수 있다. 전술한 범위의 산소를 일부 포함하는 가스 분위기에서 가열이 진행됨에 따라, 리튬 회수를 위한 리튬 산화물을 용이하게 형성시켜 유가 금속의 회수율을 향상시킬 수 있다.The heating unit (110) can perform heating under a gas atmosphere containing oxygen, and the oxygen can be contained in a volume fraction of 5 vol% or less. In one embodiment, the heating unit (110) can be performed in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.1 atm or less. As heating is performed in a gas atmosphere containing some oxygen in the above-described range, lithium oxide for lithium recovery can be easily formed, thereby improving the recovery rate of valuable metals.

일 실시예에서, 가열부(110) 내의 예비열처리부(111)는 12.0 kW 이상의 전력에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 예비열처리부(111)는 12.0 내지 15.0 kW의 전력에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 전력은 12.0 내지 14 kW의 전력에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the preheat treatment unit (111) within the heating unit (110) can be performed at a power of 12.0 kW or more. Specifically, the preheat treatment unit (111) can be performed at a power of 12.0 to 15.0 kW. Specifically, the power can be performed at a power of 12.0 to 14 kW.

일 실시예에서, 가열부(110) 내의 용융부(113)는 16.0 kW 이상의 전력에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 전력은 16.0 내지 19.0 kW의 전력에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 전력은 17.5 내지 18.5 kW의 전력에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the melting portion (113) within the heating portion (110) can be performed at a power of 16.0 kW or greater. Specifically, the power can be performed at a power of 16.0 to 19.0 kW. Specifically, the power can be performed at a power of 17.5 to 18.5 kW.

상기 예비열처리부(111) 및 용융부(113)에서 가해지는 전력은 반응물 가열에 필요한 최소한의 에너지를 의미할 수 있으며, 상기 전력은 상기 범위를 만족함으로써, 목표한 온도 범위에서 열처리를 수행할 수 있다.The power applied to the above preheat treatment section (111) and melting section (113) may mean the minimum energy required to heat the reactants, and by satisfying the above range, the power can perform heat treatment in the target temperature range.

일 실시예에서, 가열부(110)내의 반응물질의 체류 시간은 5 내지 7 시간 수행될 수 있다. 상기 체류 시간은 가열부(110) 전체 길이를 시간당 반응물의 이동거리로 나눈 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 시간당 65 kg/hr로 반응물을 생성하는 가열부(110)에 있어서, 가열부(110)의 길이가 285 cm인 경우, 시간당 약 44 cm로 상기 반응물이 이동하며, 약 6.5 시간을 가열부(110) 내에서 체류한 후 통과하게 된다.In one embodiment, the residence time of the reactant within the heating unit (110) may be performed for 5 to 7 hours. The residence time may mean a value obtained by dividing the entire length of the heating unit (110) by the movement distance of the reactant per hour. For example, in a heating unit (110) that produces a reactant at 65 kg/hr per hour, if the length of the heating unit (110) is 285 cm, the reactant moves at about 44 cm per hour and passes after remaining within the heating unit (110) for about 6.5 hours.

가열부(110)의 상기 체류 시간 내에 수행될 경우, 가열부(110)의 Li 및 Ni, Co, 및 Mn과 같은 유가 금속의 회수율을 향상시키는 이점이 있다. 상기 체류 시간이 전술한 범위를 벗어나는 경우, Li이 소실될 뿐만 아니라, 환원된 유가 금속의 입도 크기가 커지게 되어 후공정 침출시간이 길어지는 문제가 있다.When performed within the above-mentioned residence time of the heating unit (110), there is an advantage of improving the recovery rate of valuable metals such as Li and Ni, Co, and Mn of the heating unit (110). When the above-mentioned residence time is outside the above-mentioned range, not only is Li lost, but the particle size of the reduced valuable metal increases, which causes a problem of a longer post-process leaching time.

일 실시예에서, 가열부(110) 내 예비열처리부(111)의 목표 온도는 하기 식 1을 만족할 수 있다.In one embodiment, the target temperature of the preheat treatment section (111) within the heating section (110) may satisfy the following equation 1.

<식 1><Formula 1>

T111 ≥ 0.813(x/(Cp×m) + 25)T 111 ≥ 0.813(x/(Cp×m) + 25)

(상기 식 1에서 x는 투입되는 에너지[W]이고, Cp는 비열[J/Kg- ℃]이고, m은 물질 이송량[Kg/s]이다)(In the above equation 1, x is the input energy [W], Cp is the specific heat [J/Kg-℃], and m is the mass transport amount [Kg/s])

일 실시예에서, 가열부(110) 내 용융부(113)의 목표 온도는 하기 식 2를 만족할 수 있다.In one embodiment, the target temperature of the molten portion (113) within the heating portion (110) may satisfy the following equation 2.

<식 2><Formula 2>

T113 ≥ 0.4(x/(Cp×m) + 700)T 113 ≥ 0.4(x/(Cp×m) + 700)

(상기 식 2에서 x는 투입되는 에너지[W]이고, Cp는 비열[J/Kg- ℃]이고, m은 물질 이송량[Kg/s]이다)(In the above equation 2, x is the input energy [W], Cp is the specific heat [J/Kg-℃], and m is the mass transport amount [Kg/s])

상기 식 1 및 식 2는 구체적으로, 가열부(110) 내의 예비열처리부(111) 및 용융부(113)의 목표 온도와 투입되는 반응물의 공급 에너지의 최소 값을 나타낸다. 상기 식 1 및 식 2의 최소 에너지를 투입함으로써, 예비열처리부(111) 및 용융부(113)의 목표 온도에 도달할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 식 1에서 x는 12,000 W 이상일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 식 2에서 x는 16,000 W 이상일 수 있다.The above equations 1 and 2 specifically represent the target temperatures of the preheat treatment section (111) and the melting section (113) in the heating section (110) and the minimum value of the supply energy of the reactants being input. By inputting the minimum energy of the equations 1 and 2, the target temperatures of the preheat treatment section (111) and the melting section (113) can be reached. In one embodiment, x in the equation 1 may be 12,000 W or more. In one embodiment, x in the equation 2 may be 16,000 W or more.

상기 식 1 및 식 2과 같이 반응물의 공급 에너지에 따른 목표 온도를 제어함으로써, Li 및 Ni, Co, Mn 등 유가금속 회수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 상기 식 1 및 식 2의 범위를 벗어나는 온도 범위에서 가열을 수행할 경우, 유가 금속 회수율이 저하되는 문제가 있다.By controlling the target temperature according to the supply energy of the reactants as in the above equations 1 and 2, there is an advantage in that the recovery rate of valuable metals such as Li, Ni, Co, and Mn can be improved. If heating is performed in a temperature range outside the range of the above equations 1 and 2, there is a problem in that the recovery rate of valuable metals decreases.

냉각부(120)는 가열부(110)를 통해 생성된 반응물을 100 ℃ 이하로 냉각시키는 단계를 포함한다. 상기 반응물은 가열부(110)를 통해 생성된 환원반응 물질일 수 있다. 냉각부(120)는 전술한 범위에서 냉각이 진행됨에 따라, 가열부(110)에서 가열된 반응물을 안정화시킬 수 있다.The cooling unit (120) includes a step of cooling the reactant generated through the heating unit (110) to 100° C. or lower. The reactant may be a reduction reaction material generated through the heating unit (110). The cooling unit (120) can stabilize the reactant heated in the heating unit (110) as cooling proceeds within the above-described range.

배출부(130)는 냉각부(120)를 통해 냉각된 유가 금속을 포함하는 반응물이 배출되는 부재이다. 상기 유가 금속을 포함하는 반응물은 Ni-Co 기반의 합금과 리튬 화합물, 카본, 및 기타 잔류의 불순물로 구성될 수 있다. 상기 불순물은 예를 들어, Al, Cu, P, Na, Mg, 및 F와 같은 불순물을 포함할 수 있다.The discharge unit (130) is a member through which a reactant including a valuable metal cooled through the cooling unit (120) is discharged. The reactant including the valuable metal may be composed of a Ni-Co-based alloy, a lithium compound, carbon, and other residual impurities. The impurities may include, for example, impurities such as Al, Cu, P, Na, Mg, and F.

일 실시예에서, 고온 환원 장치(10)는 원료 물질로부터 회수되는 반응물은 전체 원료 물질 기준으로 60 % 이상일 수 있다. 구체적으로, 가열로에 투입 전에 폐배터리 파쇄물 무게는 열처리 후 반응물의 60 내지 65 % 이상의 회수율을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 열처리 후 반응물 중 Ni-Co는 전체 무게의 40 % 이상일 수 있다.In one embodiment, the high-temperature reduction device (10) may recover 60% or more of the reactants from the raw materials based on the total raw materials. Specifically, the weight of the waste battery shreds before being fed into the furnace may have a recovery rate of 60 to 65% or more of the reactants after the heat treatment. In one embodiment, Ni-Co among the reactants after the heat treatment may be 40% or more of the total weight.

고온 환원 장치(10)는 냉각 후 회수된 합금이 자력 선별하는 자력 선별부를 포함할 수 있다. 상기 자력 선별부는 배출부(130) 내에 배치될 수 있고, 배출부(130)와 별개로 배치될 수 있다. The high temperature reduction device (10) may include a magnetic separation unit for magnetically separating the alloy recovered after cooling. The magnetic separation unit may be placed within the discharge unit (130) or may be placed separately from the discharge unit (130).

일 실시예에서, 자력 선별부는 자장 강도 100 Gauss 이상의 자력으로 Ni-Co 기반의 합금을 자력 선별할 수 있다. 100 Gauss 이상으로 자력 선별을 수행함으로써, 자성을 갖는 Co 기반의 합금을 별도로 분리하여 유가 금속 합금의 회수율을 높일 수 있는 이점이 있다.In one embodiment, the magnetic separator can magnetically separate a Ni-Co-based alloy with a magnetic field strength of 100 Gauss or greater. By performing magnetic separation with a magnetic field strength of 100 Gauss or greater, there is an advantage in that the recovery rate of the valuable metal alloy can be increased by separately separating the Co-based alloy having magnetism.

일 실시예에서, 배출부(130)는 스텝퍼(Stepper)를 더 포함할 수 있다. 상기 스텝퍼는 예를 들어, 탄성력을 갖는 부재로, 배출부(130)에서 배출되는 반응물의 양을 더욱 정밀하고, 용이하게 배출하기 위한 수단일 수 있다. In one embodiment, the discharge unit (130) may further include a stepper. The stepper may be, for example, a member having elasticity, and may be a means for more precisely and easily discharging the amount of reactant discharged from the discharge unit (130).

일 실시예에서, 고온 환원 장치(10)는 적어도 하나 이상의 흡입부(Suction)를 더 포함할 수 있다. 상기 흡입구는 가열로 내 가스 농도 및 열을 제어 및 환풍을 위한 부재일 수 있다. 상기 흡입부는 예를 들어, 가열부(110)의 전단 부재인 투입부 또는 가열부(110)의 후단 부재인 냉각부(120) 구간에 배치될 수 있다.In one embodiment, the high-temperature reduction device (10) may further include at least one suction. The suction port may be a member for controlling and ventilating the gas concentration and heat inside the heating unit. The suction port may be arranged, for example, in the section of the input section, which is a front member of the heating unit (110), or the cooling section (120), which is a rear member of the heating unit (110).

상기 모니터링부는 원료 물질을 투입하는 장입부(100)에 의해 투입되는 원료 물질의 로내 레벨을 측정하는 제1 측정부, 장입부(100)에 의해 투입되는 상기 원료 물질의 상기 가열부 내에서의 온도를 측정하는 제2 측정부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 모니터링부는 고온 환원 장치 내 가열부의 온도나 가열부 내 장입된 원료 물질의 레벨을 확인할 수 있다.The above monitoring unit may include a first measuring unit that measures the level of raw material inside the furnace that is fed by the feeding unit (100) that feeds the raw material, and a second measuring unit that measures the temperature of the raw material inside the heating unit that is fed by the feeding unit (100). Specifically, the monitoring unit may check the temperature of the heating unit inside the high-temperature reduction device or the level of the raw material that is fed inside the heating unit.

일 실시예에서, 상기 제1 측정부는 초음파, 라이다, 및 레이더 중 적어도 하나에 따라 상기 원료 물질의 레벨을 측정할 수 있다. 구체적으로, 제1 측정부는 장입부(100)로부터 가열부(110)에 장입된 배터리 파쇄물의 탭밀도와 같은 파쇄물의 특징을 판단할 수 있다.In one embodiment, the first measuring unit can measure the level of the raw material according to at least one of ultrasound, lidar, and radar. Specifically, the first measuring unit can determine the characteristics of the shredded material, such as the tap density of the battery shredded material loaded into the heating unit (110) from the loading unit (100).

일 실시예에서, 제1 측정부는 장입부(100)로부터 장입된 상기 원료 물질의 수축 특성을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 측정부는 상기 원료 물질의 장입 레벨을 측정하고, 상기 장입 레벨이 로 전체 높이의 70 내지 80 % 이하인 경우, 장입부(110)에 상기 원료 물질이 더 투입되도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 제1 측정부는 상기 원료 물질의 장입 레벨이 가열부(110) 전체 높이 기준 70 내지 80 % 이하일 때, 원료 물질이 더 투입될 수 있다.In one embodiment, the first measuring unit can measure the shrinkage characteristics of the raw material loaded from the loading unit (100). In one embodiment, the first measuring unit can measure the loading level of the raw material, and when the loading level is 70 to 80% or less of the total height of the furnace, the raw material can be controlled to be further loaded into the loading unit (110). Specifically, the first measuring unit can further load the raw material when the loading level of the raw material is 70 to 80% or less of the total height of the heating unit (110).

일 실시예에서, 예비열처리부(111)의 적어도 일부 영역에 상기 원료 물질이 충진되지 않는 공간부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 원료 물질의 상기 장입 레벨은 상기 원료 물질이 예비열처리부(111) 공간을 100 % 투입하지 않고, 환경 처리부를 통해 외부로 열이 빠져나가도록 제어될 수 있다. 상기 장입 레벨을 전술한 범위로 유지시킴으로써, 원료 위로 방출되는 열을 균일하게 유지시키고, 환경 처리부로 향하는 배가스가 상기 환경 처리부와 연결된 배관에 축적되어 막히는 것과 같은 문제를 방지할 수 있다.In one embodiment, at least a portion of the preheat treatment unit (111) may include a space where the raw material is not filled. Specifically, the charging level of the raw material may be controlled so that the raw material does not fill 100% of the space of the preheat treatment unit (111) and heat escapes to the outside through the environmental treatment unit. By maintaining the charging level within the above-described range, the heat emitted onto the raw material can be uniformly maintained, and problems such as exhaust gas heading to the environmental treatment unit accumulating and clogging a pipe connected to the environmental treatment unit can be prevented.

일 실시예에서, 상기 제2 측정부는 예를 들어, 온도계와 같은 온도 측정 센싱부를 포함할 수 있다. 상기 제2 측정부는 가열부(110) 내 가열로의 온도를 측정하기 위한 것으로, 예를 들어, 가열부(110)의 외측에 배치되어 가열로의 온도를 측정할 수 있다.In one embodiment, the second measuring unit may include a temperature measuring sensing unit, such as a thermometer, for example. The second measuring unit is for measuring the temperature of the heating unit (110) within the heating unit, and may be, for example, positioned outside the heating unit (110) to measure the temperature of the heating unit.

일 실시예에서, 가열부(110) 내 상기 원료 물질의 반응에 의해 발생되는 배가스를 처리하는 환경 처리부를 포함할 수 있다. 상기 환경 처리부는 가열부(110) 내 상기 원료 물질이 가열 과정을 통해 발생하는 부산물, 예를 들어, 이산화탄소 또는 불소 함유 가스와 같은 가스를 포집하는 부재일 수 있다. 그러나 부산물은 배터리 파쇄물의 고온환원 과정에서 가스나 분진 등이 배출되는 배관에서 냉각되면서 배관에 누적되어 막히는 문제가 발생할 수 있으며 이로 인하여 로내부의 압력의 증가 및 가스배출을 막아 환경처리부의 기능을 못하게 할 수 있다. 이를 해결하기 위하여 배관부의 적정온도를 유지하는 것이 중요하다.In one embodiment, an environmental treatment unit for treating exhaust gas generated by the reaction of the raw material in the heating unit (110) may be included. The environmental treatment unit may be a member that captures byproducts generated by the heating process of the raw material in the heating unit (110), such as gases containing carbon dioxide or fluorine. However, the byproducts may accumulate in the pipes through cooling, where gases or dust are discharged during the high-temperature reduction process of the battery shreds, thereby causing a problem of blockage, which may increase the pressure inside the furnace and prevent gas discharge, thereby hindering the function of the environmental treatment unit. To solve this problem, it is important to maintain an appropriate temperature in the pipes.

일 실시예에서, 상기 환경 처리부와 연결된 상기 배관부는 100 ℃ 이상의 온도로 제어될 수 있다. 구체적으로 상기 온도는 120 ℃ 이상의 온도로 제어될 수 있다. 상기 온도가 전술한 범위 보다 낮게 유지될 경우, 가스 또는 분진이 냉각에 의하여 배관부에 축적되는 문제가 있다. 전술한 문제는 제1 내지 제3 측정부를 통해 배가스의 온도를 모니터링하고 배가스 온도가 낮을 경우, 원료 장입 레벨을 높임으로써, 상기 배가스의 온도를 높일 수 있다.In one embodiment, the piping section connected to the environmental treatment section can be controlled to a temperature of 100° C. or higher. Specifically, the temperature can be controlled to a temperature of 120° C. or higher. If the temperature is maintained below the above-mentioned range, there is a problem that gas or dust accumulates in the piping section due to cooling. The above-mentioned problem can be solved by monitoring the temperature of the exhaust gas through the first to third measuring sections, and if the temperature of the exhaust gas is low, increasing the raw material charging level to increase the temperature of the exhaust gas.

일 실시예에서, 상기 모니터링부는 상기 배가스의 온도를 측정하는 제3 측정부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제3 측정부는 상기 배가스가 상기 환경 처리부로 배출될 때의 온도를 측정할 수 있다. 상기 제3 측정부는 상기 배가스의 온도가 배관부의 막힘을 방지하면서 배가스가 원활하게 환경처리부로 빠져나갈 수 있도록 적정온도를 유지하는 기능을 하며, 또한 가열부(110) 내 온도가 과도하게 높아진 것을 예방할 수 있다.In one embodiment, the monitoring unit may include a third measuring unit that measures the temperature of the exhaust gas. In one embodiment, the third measuring unit may measure the temperature of the exhaust gas when it is discharged to the environmental treatment unit. The third measuring unit may function to maintain an appropriate temperature of the exhaust gas so that the exhaust gas can smoothly escape to the environmental treatment unit while preventing clogging of the pipe section, and may also prevent the temperature inside the heating unit (110) from becoming excessively high.

일 실시예에서, 통합 제어부는 상기 모니터링부로부터 신호를 검출하여 장입부(100)의 상기 원료 물질의 투입량 또는 가열부(110)의 온도를 제어시킬 수 있다. 상기 통합제어부는 제1 측정부, 제2 측정부, 및 제3 측정부를 포함하는 모니터링부, 장입부(100) 및 가열부(110)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 통합제어부는 제1 측정부, 제2 측정부, 및 제3 측정부로부터 전달받은 신호를 검출하여, 장입부(100) 및 가열부(110)를 제어할 수 있다.In one embodiment, the integrated control unit can detect a signal from the monitoring unit to control the input amount of the raw material of the charging unit (100) or the temperature of the heating unit (110). The integrated control unit can control the monitoring unit including the first measuring unit, the second measuring unit, and the third measuring unit, the charging unit (100), and the heating unit (110). Specifically, the integrated control unit can detect signals received from the first measuring unit, the second measuring unit, and the third measuring unit, and control the charging unit (100) and the heating unit (110).

제1 측정부, 제2 측정부, 및 제3 측정부를 통해, 가열부(110)의 온도가 낮아지거나, 상기 원료 물질의 장입 레벨이 과도하게 낮아지는 경우를 측정한 경우, 가열부(110)의 온도를 높여, 배터리 파쇄물이 저온에서 반응물로 환원되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가열부(110) 내부의 온도를 측정하고, 상기 배터리 파쇄물로부터 방출되는 배가스의 온도를 측정하여 배가스가 축적되어 배관이 막히는 현상을 미연에 방지할 수 있다.When it is measured through the first measuring unit, the second measuring unit, and the third measuring unit that the temperature of the heating unit (110) is lowered or the charging level of the raw material is excessively lowered, the temperature of the heating unit (110) can be increased to prevent the battery shreds from being reduced to a reactant at a low temperature. In addition, by measuring the temperature inside the heating unit (110) and the temperature of the exhaust gas emitted from the battery shreds, it is possible to prevent the phenomenon of the exhaust gas accumulating and clogging the pipe in advance.

일 실시예에서, 상기 통합 제어부는 상기 모니터링부를 제어하여 상기 가열부의 온도가 800 내지 1,400 ℃ 범위로 제어되도록 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 통합 제어부는 상기 모니터링부로부터 검출된 신호를 바탕으로, 가열부(110)의 온도를 1,200 내지 1,400 ℃ 범위로 제어되도록 조절할 수 있다. In one embodiment, the integrated control unit can control the monitoring unit to control the temperature of the heating unit to be within a range of 800 to 1,400° C. Specifically, the integrated control unit can control the temperature of the heating unit (110) to be within a range of 1,200 to 1,400° C. based on a signal detected from the monitoring unit.

상기 제3 측정부 및 상기 제2 측정부가 배가스의 온도 및 가열로의 온도를 측정함으로써, 가열부(110)의 온도를 제어할 수 있다. 이때, 가열부(110)의 온도가 균일한 온도를 갖도록 유지시킬 수 있으며, 배관부의 분진 냉각을 인한 배관 막힘을 방지할 수 있어 정상적인 조업이 가능하게 된다.The temperature of the heating unit (110) can be controlled by measuring the temperature of the exhaust gas and the temperature of the heating unit using the third measuring unit and the second measuring unit. At this time, the temperature of the heating unit (110) can be maintained to have a uniform temperature, and clogging of the pipe due to cooling of dust in the pipe can be prevented, thereby enabling normal operation.

다른 실시예에서, 고온 환원 장치(10)는 수직로가 아닌 수평로 형태로도 구현될 수 있으며, 공정의 설계 변경에 따라 적절하게 변경될 수 있다. In another embodiment, the high temperature reduction device (10) may be implemented in a horizontal form rather than a vertical form, and may be appropriately changed according to changes in the design of the process.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

<실험예 1>: 온도에 따른 원료 장입 레벨 감소율<Experimental Example 1>: Reduction rate of raw material loading level according to temperature

도 2는 온도에 따른 원료 장입물의 높이 감소율을 의미한다.Figure 2 shows the rate of decrease in height of raw material according to temperature.

도 2를 참조하면, 로 내 원료를 100 % 채운 후, 목표 온도인 1,310 ℃까지 승온하면서 원료의 높이를 제1 측정부에서 측정한 결과값이다. 본 측정을 통해 원료에 대한 장입물의 온도에 따른 특성 변화를 확인할 수 있다. 구체적으로, 실제 원료가 반응물이 되기 위해 목표 온도를 유지하여 로 내부까지 충분한 열이 전달되기 위해 소정의 시간이 필요하다.Referring to Figure 2, this is the result of measuring the height of the raw material in the first measuring section while heating up to the target temperature of 1,310℃ after filling the furnace with 100% of the raw material. Through this measurement, it is possible to confirm the change in characteristics according to the temperature of the charged material for the raw material. Specifically, a certain amount of time is required for the actual raw material to maintain the target temperature and for sufficient heat to be transferred to the inside of the furnace to become a reactant.

<실험예 2>: 원료 장입 레벨 제어에 따른 환경 처리부의 배관의 막힘 현상 제어<Experimental Example 2>: Control of clogging of pipes in environmental treatment unit by controlling raw material loading level

도 3a 및 도 3b는 환경 처리부와 연결된 배관의 사진이다.Figures 3a and 3b are photographs of piping connected to the environmental treatment unit.

도 3a는 원료 장입 높이를 적정 수준으로 제어하기 전 배관의 내부이고, 도 3b는 원료 장입 높이를 적정 수준, 구체적으로, 가열부(110) 전체 100 % 기준으로, 70 내지 80 % 정도를 지속적으로 유지하도록 제어한 후 배관의 내부 사진이다. 도 3a를 참조하면, 배관 내부에 타르와 같은 분진 축적물이 쌓인 것을 확인할 수 있다. 도 3b를 참조하면, 배관 내부에 타르와 같은 분진 축적물이 없이 배가스의 배출이 용이한 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 원료의 장입 레벨을 제어함으로써, 배관의 막힘 현상을 방지할 수 있음을 확인하였다.Fig. 3a is a picture of the inside of the pipe before the raw material loading height is controlled to an appropriate level, and Fig. 3b is a picture of the inside of the pipe after the raw material loading height is controlled to be continuously maintained at an appropriate level, specifically, about 70 to 80% of the entire heating section (110) based on 100%. Referring to Fig. 3a, it can be confirmed that dust accumulations such as tar have accumulated inside the pipe. Referring to Fig. 3b, it can be confirmed that exhaust gas is easily discharged without dust accumulations such as tar inside the pipe. Through this, it was confirmed that the clogging of the pipe can be prevented by controlling the raw material loading level.

<실험예 3>: 원료 장입 레벨 제어에 따른 반응물 회수 현황<Experimental Example 3>: Status of Reactant Recovery According to Raw Material Loading Level Control

도 4 본 발명의 일 실시예에 따른, 고온 환원 장치의 시간에 따른 원료 장입 높이와 온도 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing the change in raw material loading height and temperature over time in a high-temperature reduction device according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 전처리 조건이 용이하게 이루어진 배터리 파쇄물의 경우, 장입부에서 투입된 원료가 분당 30 mm/min의 속도로 원료가 균일하게 투입되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 목표온도인 1,320 ℃에 도달한 후, 가열부에 도달하며 온도제어가 시작된다.Referring to Fig. 4, in the case of battery shreds for which preprocessing conditions are easily achieved, it can be confirmed that the raw material fed into the charging section is fed uniformly at a speed of 30 mm/min. Then, after reaching the target temperature of 1,320°C, it reaches the heating section and temperature control begins.

제1 측정부 및 제2 측정부의 온도는 통합제어부에 의해 온도가 유지되도록 제어되며, 장입원료의 수축 특성에 따라 장입 원료의 레벨이 변동된다. 여기서 장입레벨을 70 내지 80 % 지점을 제어하는 것이 매우 중요하다. 원료 장입 레벨이 70 내지 80 % 범위 보다 낮은 상황이 되며, 예비가열부의 열이 상부로 급격히 손실되고 이에 따라, 예비가열부의 온도 변동폭이 커지게 된다. 이로 인하여 원료가 반응에 문제가 발생할 수 있게 된다. 따라서, 그리고, 반응물이 배출하는 시점에서도 원료의 장입 높이가 급격히 변하는 상황이 발생하면 예비가열부의 온도 변동폭이 또 증가하게 된다. The temperatures of the first and second measuring sections are controlled by the integrated control section to maintain the temperature, and the level of the charged raw material fluctuates according to the shrinkage characteristics of the charged raw material. Here, it is very important to control the charging level at 70 to 80%. If the raw material charging level is lower than the range of 70 to 80%, the heat of the preheating section is rapidly lost upward, and accordingly, the temperature fluctuation range of the preheating section becomes large. This may cause a problem in the reaction of the raw material. Therefore, if the charging height of the raw material rapidly changes at the time of discharging the reactants, the temperature fluctuation range of the preheating section also increases.

이와 같이, 원료의 높이에 따라, 로내부의 온도 제어 편차가 발생하는 것을 해결하기 위하여 각 조건에 따라 장입부의 높이를 제어할 수 있도록 원료의 수축 특성과 온도제어 배출 조건을 모두 고려한 장입 레벨 조건을 잘 제어해야한다. 이에 따라, 로 내부의 생성되는 반응물의 변동성 또한 증가하게 되며, 하공정에 투입되는 반응물의 형태에 영향을 줌으로 회수율이 저하되는 문제가 있다.In this way, in order to solve the temperature control deviation inside the furnace depending on the height of the raw material, the charging level conditions that consider both the shrinkage characteristics of the raw material and the temperature control discharge conditions must be well controlled so that the height of the charging section can be controlled according to each condition. Accordingly, the variability of the reactants generated inside the furnace also increases, and there is a problem that the recovery rate is reduced by affecting the form of the reactants input to the lower process.

장입 제어Loading control 3000 ㎛ 이상 Flake 형태Flake shape of 3000 ㎛ or more 3000 ㎛ 이하 dropletDroplets less than 3000 ㎛ 환경처리 배관 막힘Environmental treatment pipe blockage 80% 이상80% or more 발생generation 비율 감소Decrease in ratio OO 70 ~ 80% 제어70 ~ 80% control 미발생Non-occurrence 양호Good XX 70% 이하70% or less 발생generation 비율 감소Decrease in ratio XX

하기 표 1은 원료 물질의 장입 레벨 제어 유무에 따라서 회수율에 영향을 주는 반응물의 형태를 보여준다. 원료 물질의 장입 레벨을 가열부 전체 100% 기준, 70 내지 80% 제어를 할 경우 회수율의 영향을 주는 Flake가 거의 발생하지 않게 되며, 80% 이상 또는 70 %이하의 조건에서는 예비 가열부의 온도 변동폭이 커짐으로 로 내부의 온도변화를 초래하여 Flake 형태의 반응물이 발생하게 됨을 확인할 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 회수된 반응물의 사진이다.Table 1 below shows the form of reactants that affect the recovery rate depending on whether or not the raw material charging level is controlled. When the raw material charging level is controlled to 70 to 80% based on 100% of the entire heating section, Flakes that affect the recovery rate are hardly generated, and when the level is 80% or more or 70% or less, the temperature fluctuation range of the preheating section becomes large, which causes a temperature change inside the furnace, and it can be confirmed that reactants in the form of Flakes are generated. FIGS. 5a and 5b are photographs of recovered reactants according to one embodiment of the present invention.

도 5a는 장입 레벨이 낮을 때, 회수되는 Flake 형상의 반응물을 나타내고, 도 5b는 장입 레벨이 본 발명의 범위로 유지될 때, 회수되는 반응물의 형상이다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 장입 레벨을 적정 수준으로 유지함으로써, 회수되는 반응물의 형상이 용이하게 제어되는 것을 확인하였다.Fig. 5a shows the shape of the recovered reactant in the form of a flake when the charging level is low, and Fig. 5b shows the shape of the recovered reactant when the charging level is maintained within the range of the present invention. Referring to Figs. 5a and 5b, it was confirmed that the shape of the recovered reactant was easily controlled by maintaining the charging level at an appropriate level.

이상 바람직한 실시예들에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concepts defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.

[부호의 설명][Explanation of symbols]

10: 고온 환원 장치 100: 장입부10: High temperature reduction device 100: Charging section

110: 가열부 120: 냉각부110: Heating section 120: Cooling section

130: 배출부 111: 예비열처리부130: Exhaust section 111: Preheat treatment section

112: 흡열부 113: 용융부112: Heat absorbing part 113: Melting part

110_F: 가열로 110_H: 히팅부110_F: Heating unit 110_H: Heating unit

Claims (15)

원료 물질을 투입하는 장입부;Charging section for charging raw materials; 상기 장입부로부터 투입된 상기 원료 물질을 가열하는 가열부;A heating unit for heating the raw material fed from the charging unit; 열처리된 생성물을 냉각하는 냉각부;A cooling unit for cooling the heat-treated product; 상기 냉각부로부터 냉각된 반응물을 배출하는 배출부; 및A discharge unit for discharging the cooled reactant from the above cooling unit; and 상기 원료 물질을 투입하는 장입부에 의해 투입되는 원료 물질의 로내 레벨을 측정하는 제1 측정부 및 장입부에 의해 투입되는 상기 원료 물질의 상기 가열부 내에서의 온도를 측정하는 제2 측정부를 포함하는 모니터링부를 포함하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, comprising a monitoring unit including a first measuring unit for measuring the level of raw materials fed by the feeding unit, and a second measuring unit for measuring the temperature of the raw materials fed by the feeding unit within the heating unit. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 가열부 내 상기 원료 물질의 반응에 의해 발생되는 배가스를 처리하는 환경 처리부를 포함하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, comprising an environmental treatment unit that treats exhaust gas generated by the reaction of the raw material in the heating unit. 제2 항에 있어서,In the second paragraph, 상기 배가스를 처리하는 환경 처리부는 상기 가열부로부터 발생된 상기 배가스가 통과하는 배관부를 포함하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.The environmental treatment unit for processing the above exhaust gas is a high-temperature reduction device for recycling waste batteries, which includes a pipe section through which the exhaust gas generated from the heating section passes. 제2 항에 있어서,In the second paragraph, 상기 모니터링부는 상기 배가스의 온도를 측정하는 제3 측정부를 포함하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, wherein the monitoring unit includes a third measuring unit that measures the temperature of the exhaust gas. 제4 항에 있어서,In the fourth paragraph, 상기 모니터링부로부터 신호를 검출하여, 상기 장입부의 상기 원료 물질의 투입량 또는 상기 가열부의 온도를 제어시키는 통합제어부를 포함하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, comprising an integrated control unit that detects a signal from the monitoring unit and controls the amount of raw material input into the charging unit or the temperature of the heating unit. 제5 항에 있어서,In clause 5, 상기 통합제어부는 상기 제3 측정부로부터 상기 배가스의 온도가 120 ℃ 이하인 것을 측정하는 경우,When the above integrated control unit measures from the third measuring unit that the temperature of the exhaust gas is 120°C or lower, 상기 장입부에 상기 원료 물질을 추가 투입하도록 제어하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, which controls additional input of the raw material into the charging section. 제5 항에 있어서,In clause 5, 상기 통합제어부는 상기 제1 측정부가 상기 원료 물질의 장입 레벨이 가열부 전체 높이 100 %를 기준으로 70 내지 80 % 이하인 것을 측정하는 경우,The above integrated control unit, when the first measuring unit measures that the loading level of the raw material is 70 to 80% or less based on 100% of the total height of the heating unit, 상기 장입부에 상기 원료 물질을 추가 투입하도록 제어하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, which controls additional input of the raw material into the charging section. 제7 항에 있어서,In Article 7, 상기 통합제어부는 상기 배출부를 통해 배출되는 3,000 ㎛ 이상의 플레이크(Flake) 형상의 반응물이 발생하지 않도록 상기 가열부의 온도를 제어하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.The above integrated control unit is a high-temperature reduction device for recycling waste batteries that controls the temperature of the heating unit so that a flake-shaped reactant of 3,000 ㎛ or more is not generated through the discharge unit. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 제1 측정부는 초음파, 라이다, 및 레이더 중 적어도 하나에 따라 상기 원료 물질의 레벨을 측정하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, wherein the first measuring unit measures the level of the raw material according to at least one of ultrasound, lidar, and radar. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 장입부로부터 투입된 상기 원료 물질을 예비 가열하는 예비열처리부,A preheat treatment section for preheating the raw material fed from the above charging section; 상기 예비열처리부 보다 높은 온도로 가열하는 고온 열처리부를 포함하며,Includes a high temperature heat treatment section that heats to a higher temperature than the above preheat treatment section, 상기 고온 열처리부는 1,150 내지 1,400 ℃의 온도 범위에서 상기 원료 물질의 열처리가 수행되는 열처리부를 포함하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, wherein the high-temperature heat treatment unit includes a heat treatment unit in which heat treatment of the raw material is performed at a temperature range of 1,150 to 1,400°C. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 고온 열처리부는 수직 또는 수평 방향으로 2 이상의 열처리부를 포함하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.The above high temperature heat treatment unit is a high temperature reduction device for recycling waste batteries, which includes two or more heat treatment units in a vertical or horizontal direction. 제10 항에 있어서,In Article 10, 상기 예비열처리부의 적어도 일부 영역에 상기 원료 물질이 충진되지 않는 공간부를 포함하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, comprising a space in at least a portion of the above preheat treatment section in which the raw material is not filled. 제1 항에 있어서, In the first paragraph, 상기 원료 물질은 15 내지 35 mm/min의 속도로 상기 장입부에 투입되는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, wherein the above raw materials are fed into the charging section at a speed of 15 to 35 mm/min. 제1 항에 있어서, In the first paragraph, 상기 통합 제어부는 상기 모니터링부를 제어하여 상기 가열부의 온도가 800 내지 1,400 ℃ 범위로 제어되도록 조절하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, wherein the integrated control unit controls the monitoring unit to control the temperature of the heating unit to be within a range of 800 to 1,400°C. 제10 항에 있어서,In Article 10, 상기 제2 측정부는 복수 개를 포함하고,The above second measuring unit comprises a plurality of: 상기 예비열처리부 및 상기 고온 열처리부의 온도를 각각 측정하는 폐배터리 재활용을 위한 고온 환원 장치.A high-temperature reduction device for recycling waste batteries, which measures the temperatures of the above-mentioned preheat treatment section and the above-mentioned high-temperature heat treatment section, respectively.
PCT/KR2024/020429 2023-12-18 2024-12-16 High-temperature reduction device for waste battery recycling Pending WO2025135704A1 (en)

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