리튬 배터리의 열야금 재활용에서 코크스와 플럭싱제를 첨가하는 것은 폐기물에서 귀금속을 분리하는 기본적인 메커니즘입니다. 코크스는 필요한 고온을 생성하는 연료와 산화물을 금속 형태로 화학적으로 전환하는 환원제 역할을 모두 수행합니다. 플럭싱제는 용융 풀의 특성을 조절하여 액체 물질이 올바르게 분리되도록 하기 위해 도입됩니다.
핵심 요점: 이러한 첨가제 간의 상호 작용은 배터리 요소의 물리적 분리를 촉진합니다. 코크스는 용광로를 가동하고 전이 금속(코발트, 니켈, 구리)을 별도의 합금으로 환원시키는 반면, 플럭싱제는 나머지 물질, 특히 리튬이 후속 처리를 위해 슬래그 내에 농축되도록 합니다.
코크스의 이중 역할
코크스는 샤프트 용광로 내 반응의 주요 동인으로, 두 가지 뚜렷하지만 동시에 발생하는 목적을 수행합니다.
열 에너지 공급
무엇보다도 코크스는 연료 역할을 합니다. 코크스의 연소는 고온 제련에 필요한 강렬한 열을 제공합니다.
이 에너지는 배터리 스크랩을 녹이고 화학 반응이 일어나기 위해 필요한 용광로 온도를 유지합니다.
환원제 역할
단순히 연소하는 것 외에도 코크스는 환원제 역할을 합니다. 용광로의 화학 환경에서 배터리 폐기물에 있는 금속 산화물에서 산소 원자를 제거합니다.
이 환원 과정은 코발트, 니켈, 구리의 화합물을 다시 금속 상태로 전환하여 서로 융합되도록 합니다.
플럭싱제의 기능
코크스가 열과 환원을 주도하는 동안 플럭싱제는 용광로 내부 물질의 물리적 상태를 관리하는 데 필수적입니다.
용융 풀 성능 조정
플럭싱제는 용융 풀의 성능을 조정하기 위해 첨가됩니다. 이는 일반적으로 액체 물질의 점도와 녹는점을 수정하는 것을 의미합니다.
용융 풀을 최적화함으로써 플럭스는 재료가 밀도에 따라 물리적으로 분리될 수 있을 만큼 유동성을 유지하도록 합니다.
분리 결과
코크스와 플럭스의 결합된 적용은 금속 요소의 뚜렷한 "예비 분류"를 초래합니다.
합금 형성 (대상 금속)
코크스의 환원 덕분에 코발트, 니켈, 구리와 같은 금속이 서로 융합됩니다.
이 요소들은 용융물의 바닥에 무거운 금속 합금을 형성하여 추출 및 추가 정제를 준비합니다.
슬래그 농축 (리튬 목적지)
전이 금속과 달리 리튬은 이 과정에서 금속 합금 상으로 들어가지 않습니다.
대신, 리튬은 플럭싱제가 관리하는 비금속 폐기물 층인 슬래그에 농축됩니다. 이는 리튬을 고부가가치 합금 금속에서 효과적으로 분리합니다.
절충안 이해
이 공정은 전이 금속을 효과적으로 회수하지만, 리튬 회수에는 특정 제한이 있습니다.
리튬은 금속으로 회수되지 않음
이 샤프트 용광로 단계의 주요 절충점은 리튬이 합금이 아닌 슬래그에 격리된다는 것입니다.
이는 코발트나 구리와 같이 환원된 금속으로 추출되는 것과 달리, 리튬은 슬래그 재료에서 나중에 회수하기 위해 추가적이고 종종 복잡한 단계를 필요로 한다는 것을 의미합니다. 이 공정은 리튬의 직접 회수보다 Co, Ni, Cu의 직접 금속화에 우선순위를 둡니다.
목표에 맞는 올바른 선택
코크스와 플럭스의 사용은 특정 요소가 회수 스트림의 어디에 위치하는지를 결정합니다.
- 코발트, 니켈, 구리가 주요 초점이라면: 이 금속들이 완전히 환원되어 합금 층으로 융합되도록 충분한 코크스가 환원제로 작용하는지 확인하십시오.
- 리튬이 주요 초점이라면: 이 특정 열야금 설정에서는 리튬이 슬래그에 갇히게 되므로, 후속 다운스트림 처리에 적합하도록 슬래그를 관리 가능하게 만들기 위해 플럭싱제를 최적화해야 함을 인지하십시오.
샤프트 용광로는 재활용의 중요한 첫 단계인 고부가가치 전이 금속을 합금으로 농축하고 리튬을 슬래그로 분리하기 위해 이러한 투입물에 의존합니다.
요약 표:
| 첨가제 | 주요 기능 | 영향받는 대상 원소 |
|---|---|---|
| 코크스 | 연료 (열 에너지) 및 환원제 | 코발트, 니켈, 구리 (합금 형성) |
| 플럭싱제 | 용융 풀의 녹는점 및 점도 조정 | 리튬 (슬래그 농축) |
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