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실용기술

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실용기술 상세정보 게시판
제목 폐전지의 재활용 기술개발
국적 한국
회사명 한국지질자원연구원
대표자 서준호
주소 대전광역시 유성구 가정동 30번지
대표전화 042-868-3114
담당부서 자원활용소재연구부
담당자 손정수, 신선명, 양동효, 김태현
팩스 042-861-9720
이메일 webmaster@kigam.re.kr
요약
  • 우리나라에서는 현재 망간전지와 알칼리망간전지가 일반폐기물로 처리되고 있으며 전지 구성 성분이 대부분, 저가의 금속들이어서 폐망간전지를 본격적으로 재활용하는 회사가 없는 상태이다. 외국의 경우에도 망간전지, 알칼리망간전지의 재활용은 유가금속의 회수 차원보다는 환경문제의 해결차원에서 처리를 하고 있는 실정으로 페로망간 재조공정에 원료를 투입되는 건식처리 방법이 일반적이나 수거, 운반비용을 포함하면 처리비용에 비해 제조 산물의 가격이 낮아 경제성에 문제가 있으며 이를 해결하기 위해 처리비용을 보조받는 경우가 대부분이다. 따라서 선진국에서도 경제성을 갖는 재활용공정을 개발하는 연구가 꾸준히 이루어지고 있으며 전지 발생량이 대량이 아니므로 습식, 고부가가치화 쪽으로 연구가 진행되고 있다.
  • 본 연구에서는 현재 경제성 있는 상용화 공정을 개발해야 하는 폐망간전지, 폐리튬이온전지 및 리튬일차 전지를 대상으로 재활용 기술개발 연구를 수행하고 있는데, 일차적으로 폐산화은전지 재활용 기술을 개발하였으며 폐망간전지 및 폐리튬이온전지 재활용을 위한 기반기술 확립연구도 함께 수행하여 현재 물리적 처리 및 화학적 처리에 대한 단위공정의 연구개발을 완료한 상태이다. 이렇게 도출된 공정을 바탕으로 재활용업체에서 폐전지 재활용기술을 상용화할 수 있도록 규모확대 실험에 초점을 맞추고 있다. 또한 리튬일차전지의 경우 매립이나 재활용시 화재 및 폭발의 위험이 높기 때문에 재활용 기술을 개발하기 위한 전단계로서 현재 자원화를 위한 안정적 해체 및 파쇄공정의 연구를 수행하고 있다.
특징
  • 리튬일차전지의 재활용 기술
  • 리튬전지는 음극활물질로서 금속 리튬을 사용하고 전해액으로 비수용매를 사용하는 전지의 총칭으로 양극활물질로는 이산화망간, 불화흑연, 산화구리, 염화티오닐 등 여러가지 물질이 사용되고 있다. 리튬일차전지의 경우 전지 내부에 리튬금속이 포함되어 있어 다음과 같은 반응이 진행되면서 격렬하게 수소를 발생시키며 리튬수산화물을 형성한다. 2 Li + 2 H2O → 2 LiOH + H2
    • 리튬전지는 음극활물질로서 금속 리튬을 사용하고 전해액으로 비수용매를 사용하는 전지의 총칭으로 양극활물질로는 이산화망간, 불화흑연, 산화구리, 염화티오닐 등 여러가지 물질이 사용되고 있다. 리튬일차전지의 경우 전지 내부에 리튬금속이 포함되어 있어 다음과 같은 반응이 진행되면서 격렬하게 수소를 발생시키며 리튬수산화물을 형성한다.
    • 2 Li + 2 H2O → 2 LiOH + H2
      • 2 Li + 2 H2O → 2 LiOH + H2
  • 리튬일차전지의 해체시에 화재 및 폭발위험이 있기 때문에 방전을 시킨 후에 유압프레스를 물 속에 위치 시키고 전지를 물 속에서 해체되도록 실험을 수행하였다. 군용으로 사용되는 염화티오닐 리튬전지의 경우 전지 내 리튬금속이 반응하여 LiCl 상태로 존재하고 고체 황이 함께 존재하며 반응으로 생성된 이산화황이 염화티오닐 용액 내부에 존재하게 된다. 또한 방전이 된 전지의 경우에도 미반응된 리튬금속이 20~30% 존재하고 있어 물과 반응 시 격렬한 발열반응과 함께 수소가스의 발생이 관찰되었으며 다음과 같이 염화티오닐과 물이 반응하여 이산화황 가스와 염산이 생성되는데 이와같이 여러 반응이 일시에 진행되면서 온도가 상승하게 되면 급격한 폭발과 화재가 발생할 수 있다. SOCl2 + H20 → SO2 + 2 HCl
    • 리튬일차전지의 해체시에 화재 및 폭발위험이 있기 때문에 방전을 시킨 후에 유압프레스를 물 속에 위치 시키고 전지를 물 속에서 해체되도록 실험을 수행하였다. 군용으로 사용되는 염화티오닐 리튬전지의 경우 전지 내 리튬금속이 반응하여 LiCl 상태로 존재하고 고체 황이 함께 존재하며 반응으로 생성된 이산화황이 염화티오닐 용액 내부에 존재하게 된다. 또한 방전이 된 전지의 경우에도 미반응된 리튬금속이 20~30% 존재하고 있어 물과 반응 시 격렬한 발열반응과 함께 수소가스의 발생이 관찰되었으며 다음과 같이 염화티오닐과 물이 반응하여 이산화황 가스와 염산이 생성되는데 이와같이 여러 반응이 일시에 진행되면서 온도가 상승하게 되면 급격한 폭발과 화재가 발생할 수 있다.
    • SOCl2 + H20 → SO2 + 2 HCl
      • SOCl2 + H20 → SO2 + 2 HCl
  • 해체기를 이용하여 해체된 리튬일차전지는 고/액 분리과정을 거쳐 폐리튬일차전지 해체산물만을 회수한 후 리튬일차전지의 자원화 공정은 망간전지 자원화 공정과 같이 물리적 해체-파쇄-자력선별-분급 등을 통하여 철 성분, 플라스틱 성분 등을 부리하여 각각 판매하고 리튬과 탄소, 니켈합금 등이 농축된 분말은 습식 처리하여 각각을 리튬, 니켈, 망간 등으로 자원화 하는 공정으로 구성된다. 현재 해체과정을 통하여 회수된 리튬일차전지의 파쇄공정에서는 화재나 폭발 등이 관찰되지 않았으나 안정적 처리를 위해서는 액체질소의 사용 및 배기설비의 설치 등이 검토되어야 한다.
    • 해체기를 이용하여 해체된 리튬일차전지는 고/액 분리과정을 거쳐 폐리튬일차전지 해체산물만을 회수한 후 리튬일차전지의 자원화 공정은 망간전지 자원화 공정과 같이 물리적 해체-파쇄-자력선별-분급 등을 통하여 철 성분, 플라스틱 성분 등을 부리하여 각각 판매하고 리튬과 탄소, 니켈합금 등이 농축된 분말은 습식 처리하여 각각을 리튬, 니켈, 망간 등으로 자원화 하는 공정으로 구성된다. 현재 해체과정을 통하여 회수된 리튬일차전지의 파쇄공정에서는 화재나 폭발 등이 관찰되지 않았으나 안정적 처리를 위해서는 액체질소의 사용 및 배기설비의 설치 등이 검토되어야 한다.
용도

향후전망

  • 현재 외국에서 상용화된 공정들은 대부분 기존의 금속제련 공정에 폐전지를 혼합 처리하는 공정으로서 기존의 설비를 활용하는 이점이 있는데 반하여 폐전지의 특성을 감안하지 않은 공정이라 회수율이 낮고 비교적 저가의 산물로 회수되는 단점을 갖고 있다. 또한 재활용해야 할 폐전지의 양이 최대 15,000톤 내외의 비교적 소규모 처리대상이므로 열처리, 연소, 건식고온 용융처리 등을 행하는 경우 초기 투자비용이 크고 대기환경오염 방지를 위한 시설비용이 과대해지고 정확한 물질수지 식의 정립이 어려우므로 소량의 폐전지를 고부가가치화 하기에 알맞은 습식처리 공정을 개발하는 쪽으로 연구가 진행되고 있는 추세이다.
  • 국내외적으로 경제성 있는 폐전지재활용 기술이 여전히 요구되고 있는 실정이고 특히 사용량이 증가하고 있는 리튬이온전지, 니켈수소전지 등은 선진국에서도 완전한 상용화가 이루어져 있지 않으므로 이레 대한 적극적 연구 개발이 필요한다. 또한 사용량이 가장 많은 망간전지, 알칼리망간전지는 비교적 경제성을 갖기 위해서는 고부가가치 제품을 얻을 수 있는 공정개발과 함께 생산자 또는 공공기관으로부터 적절한 보조금 지원이 요구된다. 보다 경제성 높은 폐전지 재활용 공정을 갖기 위하여 X-ray 선별기, UV 선별장치 등 혼합폐전지들로부터 각각의 전지를 부리해내는 전처리 공정의 개발이 필요하며, 향후 전지동향을 주시하면서 향후 폐기물로 발생이 예상되는 연로전지, 태양전지 등을 대상으로 이에 대한 재활용기술을 지속적으로 연구개발해야 한다.
공정도

폐망간전지 및 폐알칼리망간전지의 재활용 공정도

폐리튬이온전지 재활용 공정도

첨부파일 31C3A0530317.pdf
조회수 3572
등록일 2005-12-07

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