배터리 재활용 리뷰 3

슬래그 시스템의 문제점

• 산업 제련에서 CaO-SiO2-Al2O3 슬래그 시스템이 일반적이다.
• 그러나 이 시스템의 높은 점도는 폐기물과 금속의 혼합 및 전이에 영향을 미칠 수 있다.
  • 이로 인해 운영상의 어려움이나 불균형한 화학 반응이 발생할 수 있다.
• 또한, 이 슬래그 시스템은 강한 산화성을 가질 수 있어, 산화가 쉬운 원소나 화합물의 손실을 초래할 수 있다.

Flowchart of recovering Co, Ni, Cu, Mn, and Li from spent LIBs by smelting

코발타이트의 한계

• 적절한 양의 코발타이트를 추가하면 이 공정의 회수 효율성을 개선할 수 있다.
• 그러나 코발타이트 자원의 희소성으로 인해 이 공정의 적용이 제한된다.
• 따라서, 코발타이트의 대체 자원에 대한 연구가 필요하다.

구리 슬래그의 활용

• NCA 회수를 위한 새로운 슬래그 시스템인 FeO-SiO2-Al2O3를 제안하였다.
• 이 시스템은 폐기물 구리 슬래그를 유일한 플럭스로 사용한다.
• 구리 슬래그는 코발타이트보다 더 풍부한 자원으로, 철광석으로 주로 구성되어 있다.
  • 총 FeO와 SiO2 함량이 70% 이상이다.
• 따라서 구리 슬래그는 제련 과정에서 슬래깅 제제로서 FeO와 SiO2를 제공할 수 있다.

회수 효율성의 최적 조건

• 최적 조건에서 슬래그 제제와 배터리 질량 비율이 4.0:1일 때, 제련 온도가 1723 K, 제련 시간이 30분인 경우, 다음과 같은 회수율이 나타났다:
  • 코발트: 98.83%
  • 니켈: 98.39%
  • 구리: 93.57%
• 이 결과는 FeO-SiO2-Al2O3 슬래그 시스템이 경제적임을 보여준다.

리튬과 망간 회수 문제

• FeO-SiO2-Al2O3 슬래그 시스템은 CaO-SiO2-Al2O3보다 더 경제적이지만, 두 시스템 모두 **리튬(Li)**과 **망간(Mn)**을 회수할 수 없다.
• 이들 원소는 제련 중 불용성 슬래그로 들어가게 된다.
• 따라서, 이 문제를 해결하기 위한 추가 연구가 필요하다.

망간 회수를 위한 연구

• 이 문제를 해결하기 위해, 연구자들은 MnO-SiO2-Al2O3 슬래그 시스템을 사용하여 연구를 진행하였다.
• 이 시스템은 Co-Ni-Cu-Fe 합금과 리튬이 풍부한 망간 슬래그를 생산하였다.
• 이 연구는 망간 회수를 위한 새로운 접근 방식을 제시한다.

슬래그의 후속 침출 과정

• 슬래그의 후속 침출을 통해 다음과 같은 회수율이 나타났다:
  • 리튬: 94.85%
  • 망간: 79.86%
• 이 결과는 새로운 슬래그 시스템이 리튬과 망간 회수에 효과적임을 보여준다.