백서
샤프™ L을 위한 기술iB 폐기물
간소화된 습식 야금술 고급 재활용 공정
박사. 가잘레 나자리
기술 수석 이사
경영진 요약
바카라 카지노는 리튬 이온 배터리(LiB)에서 수집된 흑색 덩어리에서 중요한 금속을 효율적으로 회수하고 고가치 배터리 재료를 생산하기 위해 간소화된 SHARP(수압 제련 고급 재활용 공정) 기술을 개발하고 검증했습니다. 이 기술은 성공적으로 확장되었습니다. 영향은 다음과 같습니다.
#1. 품질: 공급원료 유연성; 95% 이상의 중요 금속 회수 및 LiB 생산에 적합한 양극 전구체 및 음극 재료 생산.
#2. 환경: 일반적인 습식 야금 공정에 비해 에너지 사용량, 물 소비량, 총 배출량이 각각 60%, 70%, 60% 더 낮습니다. 제로 액체 배출; 독성 고체, 가스 또는 액체 폐기물이 생성되지 않습니다. 그리고 귀중한 부산물이 생성됩니다.
#3. 비용: 이 간소화된 공정을 통해 일반적인 습식 야금 공정에 비해 자본 비용을 최소 50% 절감하고 시약 및 처리 비용을 50% 낮출 수 있습니다.
대부분의 습식 제련 공정에서 중요한 금속 분리에는 복잡하고 민감한 용매 추출 공정 단계가 수반됩니다. 많은 장비와 큰 설치 공간이 필요하므로 자본 비용이 많이 듭니다. SHARP 기술에서는 여러 금속 분리 단계를 우회합니다. 양극 전구체 및 음극 재료는 중요한 금속 분리 및 정제 없이 배터리 폐기물에서 직접 생산됩니다. 이 기술은 제품의 품질을 검증하고 프로세스 경제성 이점을 입증하기 위해 더 크고 지속적인 구성으로 확장 및 검증되었습니다. 파일럿 플랜트 운영이 성공적으로 이루어졌으며, 스케일업 시 리스크가 낮은 것으로 확인되었습니다. 이는 공정에 필요한 장비가 습식 야금 산업에서 일반적이고 성공적인 사용에 대한 입증된 기록을 갖고 있기 때문입니다. 위험을 줄이고 정확한 상업용 공장 크기 조정, 빠른 확장 및 고품질 제품 생산을 보장하기 위해 단계적 확장이 구현되었습니다.
커지는 기회
전기자동차(EV) 시장의 지속적인 성장을 위해서는 원자재 확보가 중요합니다. 배터리 애플리케이션의 모든 신규 및 예상 개발로 인해 수명이 다한(EOL) LiB의 재활용이 더욱 중요해지고 있습니다. 2차 수명 애플리케이션을 위해 LiB를 재생 및 재사용할 가능성이 있지만 궁극적으로는 LiB를 폐기해야 합니다. EV 시장에서 LiB에 대한 수요가 급증함에 따라 LiB의 크기가 커지고 수집이 쉬워지기 때문에 재활용이 더 쉬워질 것입니다. EV 배터리는 일반적으로 10~12년 안에 EOL에 도달하므로 이러한 배터리의 초기 세대가 여전히 사용되고 있습니다. EOL 배터리 폐기는 향후 몇 년 내에 증가할 것으로 예상됩니다.
그림 1에 표시된 것처럼 제조 스크랩은 재활용을 위한 또 다른 중요한 재료 소스입니다. LiB 생산 스크랩 비율은 최고의 생산업체의 경우 약 5%, 일반 생산업체의 경우 10%, 시작 단계에서는 최대 30% 이상입니다. 빠른 EV 램프업을 고려할 때, 향후 10년 동안 LiB 폐기물의 대부분을 차지하는 상당한 양의 거부된 배터리 재료가 예상됩니다. 이는 재활용에 대한 상당한 필요성을 야기합니다. 2020년부터 2030년까지 LiB 생산으로 인한 폐기물은 1,500만 톤이 넘을 것으로 예상됩니다.
그림 1.리튬이온 배터리 수명주기.
중요유가금속 및 그 관리
1차 공급업체의 배터리 핵심 금속 공급망에 대한 최근 평가에서는 지리적 집중과 관련된 정치적, 보안 및 비즈니스 위험을 포함한 다양한 위험이 드러났습니다. 리튬의 경우 전 세계 광석 공급량의 약 절반이 호주에서 생산되어 정제 및 국내 사용을 위해 중국으로 수출됩니다. 라틴 아메리카는 리튬의 또 다른 주요 공급업체이며, 이 지역은 가치 사슬을 높이고 도전적인 정치적 환경에서 운영해야 한다는 압력을 점점 더 받고 있습니다.
현재 EV 배터리 설계에서 가장 가치 있는 금속인 코발트는 공급망을 혼란에 빠뜨릴 가능성이 있어 고위험 광물로 평가됩니다. 이는 주로 전 세계 코발트 공급량의 절반 이상이 콩고민주공화국에서 채굴되고 있어 노동 및 인권 침해 문제에 대한 우려가 높아지고 있기 때문입니다.
코발트 함량이 낮거나 코발트가 없는 배터리 설계에 대한 연구 및 실험은 성능 저하 없이 코발트 의존도를 줄이는 것을 목표로 합니다. 대부분의 솔루션은 니켈 함량이 높은 NMC 화학에 의존하여 니켈 수요를 더욱 증가시켜 니켈 가격을 높이거나 여전히 Li에 크게 의존하는 낮은 비용량 LFP를 사용합니다.
EV로의 전환은 화석 연료 사용을 억제하고 기후 변화에 맞서기 위한 많은 국가의 환경 정책의 주요 구성 요소입니다. 그러나 EV의 수명주기 분석에 따르면 원자재 채굴, 처리 및 비축, 사용한 LiB 폐기가 환경에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. EV가 전반적인 환경에 미치는 영향을 크게 줄이는 열쇠는 사용한 LiB를 재활용하는 것입니다. LiB의 금속 농도는 종종 광석의 금속 농도를 초과하므로 상대적으로 회수가 더 쉽습니다. 이는 천연자원을 크게 보존하고, 처리 중 에너지 소비를 줄이며, 독성 폐기물 처리를 방지합니다.
LiB 재활용 프로세스
사용 수명이 끝나면 LiB가 수집되어 재활용 시설로 옮겨집니다. 저장된 잔여 에너지를 완전히 배출하기 위해 먼저 배터리가 방전됩니다. 그런 다음 수동으로 또는 파쇄기나 분쇄기에서 배터리 모듈을 분쇄하여 배터리를 분해합니다. 이것은 일반적으로 "검은 덩어리"라고 불리는 것에서 강철, 플라스틱, 알루미늄 및 구리와 같은 물질을 분리하기 위해 체로 걸러지는 과립을 생성합니다. 그림 2는 LiB의 구성 요소를 중량%로 보여줍니다.
LiB 폐기물을 처리하기 위한 기존의 상업적 경로는 제련을 핵심 공정 단계로 사용하는 건식 야금 공정입니다. 이 경로는 높은 에너지 소비, 비용이 많이 드는 독성 가스 처리, 슬래그로의 리튬 손실과 같은 심각한 장애물을 제시합니다. 게다가 회수된 금속은 배터리 생산에 부적합한 형태로, 개별 금속화합물로 분리하기 위해서는 추가적인 가공이 필요합니다.
건식 야금 공정은 건식 야금 공정의 한계를 우회하지만 자체적인 과제를 제시합니다. 대부분의 습식 야금 공정에는 용매 추출(추출, 스크러빙 및 스트리핑의 여러 단계가 필요한 공정)과 복잡한 장비 및 대규모 설치 공간이 포함되므로 자본 지출이 높습니다. 더욱이 이러한 공정은 많은 양의 시약, 연료 및 전기를 소비하고 상당한 양의 공정 폐수를 생성합니다. 현재까지 LiB 폐기물 회수를 위해 습식 제련 공정이 상업적으로 구현되지 않았습니다.
그림 2.LiB 구성요소(중량%).
효율적인 습식 제련 공정을 구현함으로써 흑색 덩어리에서 유가 금속의 회수율이 95% 이상이 될 수 있습니다. 기계적 분리 공정과 결합하면 배터리 구성 요소의 80% 이상을 회수할 수 있습니다.
바카라 카지노는 세상을 더 안전하고, 더 가깝고, 더 건강하고, 더 효율적으로 만들겠다는 사명의 일환으로 희소 금속 제련 분야의 글로벌 리더이며 환경 보건 및 안전(EHS) 및 품질 우수성 부문에서 탁월한 실적을 보유하고 있습니다. 바카라 카지노는 추출 야금 분야에서 30년 이상 광범위한 전문 지식을 보유하고 있으며 유능하고 경험이 풍부한 엔지니어와 화학자를 다양한 신제품 및 공정 개발의 중심으로 삼고 있습니다. 그러한 혁신 중 하나는 LiB에서 수집된 흑색 덩어리로부터 중요한 금속을 효율적으로 회수하는 SHARP 기술의 개발입니다.
우리의 기술은 중요한 금속을 효율적으로 회수하고 배터리급 재료를 생산할 수 있는 기술적으로 실현 가능한 것으로 성공적으로 확장 및 검증되었습니다. 파일럿 플랜트 운영은 더 크고 지속적인 구성으로 입증되었으며 경제적 이점이 확립되었습니다. 위험을 줄이고 정확한 상업용 공장 크기 조정, 빠른 확장 및 고품질 제품 생산을 보장하기 위해 단계적 확장이 구현되었습니다.
그림 3은 위에서 논의한 현재 기술 수준과 비교하여 제안된 기술의 장점을 강조합니다. 건식야금 공정과 달리 리튬이 회수되고 독성 가스가 발생하지 않습니다. 일반적인 습식 야금 공정과 달리 대부분의 공급물은 분리 및 정제 단계를 우회하여 저렴하고 단순화된 재활용 공정으로 진행됩니다.
그림 3.바카라 카지노의 SHARP 기술과 건식 야금 및 일반 습식 야금 공정의 비교.
SHARP 기술 파일럿 플랜트 결과
바카라 카지노 SHARP 기술이 성공적으로 확장되었습니다(그림 4). 파일럿 플랜트 결과를 통해 배터리급 재료를 훨씬 저렴한 비용으로 생산할 수 있음이 확인되었으며, 환경을 생각하는 소비자와 시장 전체에 매력적인 가치 제안을 제공했습니다. 공정의 견고성을 확인하기 위해 파일럿 플랜트에 선택된 흑색 대량 공급물은 알루미늄, 철, 구리, 카드뮴, 칼슘, 마그네슘, 불소 및 아연과 같은 여러 불순물로 오염되었습니다. 이러한 불순물 중 일부는 NMC LiB 폐기물에서는 예상되지 않으며 다른 유형의 배터리와의 교차 오염으로 인해 이 검은 덩어리에 존재했습니다. 흑색 덩어리에서 모든 불순물을 효율적으로 제거하고 배터리급 재료를 생산함으로써 높은 수준의 불순물이 존재하는 경우에도 SHARP 기술의 견고성이 확인되었습니다.
그림 4:SHARP 기술의 불순물 제거 단계를 위한 일련의 반응기입니다.
SHARP 기술 상용화 경로
시범 공장의 성공적인 운영을 통해 바카라 카지노는 유휴 자산을 활용하여 기존 시설에서 연간 1,500미터톤(MT/y)의 속도로 시범 공장을 운영함으로써 2024년에 이 기술을 발전시키고 있습니다.
바카라 카지노는 2025년에 흑색 덩어리 20,000MT/y 용량의 LiB 재활용 시설을 건설할 계획입니다. 이 최첨단 시설은 LiB의 지속 가능한 관리에 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 이 프로젝트는 상당량의 배터리를 재활용하여 환경 지속 가능성과 자원 보존에 기여하는 것을 목표로 합니다. 바카라 카지노는 이러한 배터리를 효과적으로 처리함으로써 약 11,000MT/년의 재활용 제품을 pCAM으로 생산하고 10GWh에 해당하는 5,500MT/y의 LiOH.H2O를 생산하여 원자재 필요성을 줄이고 폐기물을 최소화할 것입니다. 이 이니셔티브는 배터리 업계에서 친환경 관행을 추구하는 전 세계적인 추세에 부응하며 배터리 폐기가 환경에 미치는 영향과 중요 재료 고갈에 대한 우려를 해결하는 데 도움이 됩니다.
일관적인 이점
- 자압제련 경험:
30년 이상의 전문 지식을 갖춘 바카라 카지노는 희소 금속 정제 공장을 성공적으로 운영한 풍부한 역사를 자랑합니다. 바카라 카지노는 고순도 텔루르 및 셀레늄 생산에 탁월하여 전 세계 수요의 대부분을 충족합니다. - SHARP 기술의 견고성:
SHARP의 기능은 농도에 관계없이 NMC LiB에서 흔히 발견되는 알루미늄, 철, 구리 및 불소를 포함한 다양한 불순물을 처리하는 데까지 확장됩니다. - 낮은 확장 위험:
필요한 장비는 습식 야금 산업에서 성공적으로 사용되었다는 입증된 기록을 갖고 있어 확장 위험을 최소화합니다. - 다양성과 유연성:
SHARP 기술은 스크랩 제조를 넘어 카드뮴, 칼슘, 마그네슘, 아연, 텅스텐, 지르코늄과 같은 불순물을 수용하는 EOL 블랙 매스로부터 배터리급 제품을 생산함으로써 다용성을 보여줍니다. 높은 수준의 불순물을 함유한 EOL 배터리에서 얻은 흑색 덩어리는 우리의 파일럿 플랜트에서 효과적으로 처리되어 우리 기술의 성공을 강조합니다.
바카라 카지노는 우수성에 대한 헌신과 첨단 기술 및 적응성을 결합하여 LiB 재활용 및 배터리 재료 생산 분야의 리더로서 미래를 위한 지속 가능한 혁신의 선두에 서게 되었습니다.