KR20210129042A - Lithium recovery method - Google Patents
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Abstract
리튬 및 무기염이 용해한 피처리액으로부터 리튬을 고순도로 회수할 수 있는 리튬 회수 방법을 제공한다. 리튬 회수 방법은, 리튬 및 무기염이 적어도 용해한 피처리액을 증발 농축하는 농축 공정(S8)과, 농축 공정(S8) 후의 피처리액을 냉각 정석하여 무기염을 결정으로서 석출시키는 정석 공정(S9)과, 정석 공정(S9) 후의 피처리액으로부터 무기염의 결정을 포함하는 석출물을 분리하는 고액 분리 공정(S10)과, 고액 분리 공정(S10) 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가하는 탄산화 공정(S11)과, 탄산화 공정(S11)에 의해 석출된 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 고액 분리 공정(S12)을 가진다.Provided is a lithium recovery method capable of recovering lithium with high purity from a liquid to be treated in which lithium and inorganic salts are dissolved. The lithium recovery method includes a concentration step (S8) of evaporating and concentrating the liquid to be treated in which lithium and inorganic salts are at least dissolved, and a crystallization step (S9) of cooling and crystallizing the liquid to be treated after the concentration step (S8) to precipitate inorganic salts as crystals (S9). ), a solid-liquid separation step (S10) of separating a precipitate containing inorganic salt crystals from the target liquid after the crystallization step (S9), and mixing carbon dioxide into the target liquid after the solid-liquid separation step (S10) and/or It has a carbonation process (S11) of adding a water-soluble carbonate, and a solid-liquid separation process (S12) of separating a precipitate containing crystals of lithium carbonate precipitated in the carbonation process (S11) from a liquid to be treated.
Description
본 개시는 리튬이 적어도 용해한 피처리액으로부터 리튬을 회수하는 리튬 회수 방법, 특히, 폐(廢)리튬 이온 전지로부터 리튬을 회수할 때에 이용되는 리튬 회수 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a lithium recovery method for recovering lithium from a liquid to be treated in which lithium is at least dissolved, and in particular, a lithium recovery method used for recovering lithium from a waste lithium ion battery.
또한, 본 개시는 코발트 및 불순물 금속이 적어도 용해한 피처리액으로부터 코발트를 회수하는 코발트 회수 방법, 특히, 폐리튬 이온 전지로부터 코발트를 회수할 때에 이용되는 코발트 회수 방법에 관한 것이다.In addition, the present disclosure relates to a cobalt recovery method for recovering cobalt from a liquid to be treated in which at least cobalt and impurity metals are dissolved, in particular, to a cobalt recovery method used when recovering cobalt from a spent lithium ion battery.
리튬 이온 전지는 경량이고 또한 고에너지 밀도의 전지로서 주목되고 있고, 각종 휴대 기기, 전기 자동차, 전동 어시스트 자전거 등의 배터리로서 대량으로 사용되고 있다. 이 리튬 이온 전지의 양극에는 양극 활물질로서 예를 들면, 코발트산 리튬이나 니켈산 리튬 등의 리튬 천이 금속 산화물이 사용되고 있고, 폐리튬 이온 전지로부터 유가 금속의 코발트나 니켈을 회수하는 것은 자원의 유효 이용의 관점에서 매우 중요하기 때문에 많은 방법이 제안되어 있다.Lithium ion batteries are attracting attention as lightweight and high energy density batteries, and are used in large quantities as batteries for various portable devices, electric vehicles, electric assist bicycles, and the like. For the positive electrode of this lithium ion battery, a lithium transition metal oxide such as lithium cobaltate or lithium nickelate is used as a positive electrode active material, and recovery of valuable metal cobalt and nickel from a waste lithium ion battery is an effective use of resources. Many methods have been proposed because it is very important from the point of view of
폐리튬 이온 전지로부터 코발트를 회수하는 방법으로서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 폐리튬 이온 전지를 황산으로 침출하여 코발트를 용출시키고, 이 산침출액에 알칼리를 첨가하여 pH를 4~5로 조정하고, 코발트와 함께 용출하고 있는 알루미늄 등의 불순물 금속의 염을 결정으로서 석출, 침전시킨 후, 다시 알칼리의 첨가에 의해 pH를 7~10으로 조정하여, 코발트염을 결정으로서 석출, 침전시킴으로써 코발트를 회수하는 방법이 기재되어 있다. As a method of recovering cobalt from a spent lithium ion battery, for example, in
한편, 폐리튬 이온 전지로부터 리튬을 회수하는 방법은 리튬의 단가가 낮은 것도 있어서, 그다지 많이 제안되어 있지는 않다. 그러나 리튬 이온 전지의 수요는 점점 증가하고 있고, 앞으로도 폐기물의 증가가 예상되기 때문에 리튬을 효율 좋게 회수할 수 있으면 유익하다.On the other hand, a method for recovering lithium from a spent lithium ion battery has a low unit cost of lithium, and therefore, not many methods have been proposed. However, the demand for lithium ion batteries is gradually increasing, and since an increase in waste is expected in the future, it is advantageous if lithium can be efficiently recovered.
특허문헌 2에는, 사용 완료의 리튬 금속 겔 및 고체 폴리머 전해질 2차 전지를 황산으로 용해하고, 이에 따라 얻어지는 황산리튬을 함유하는 황산리튬 함유액에 수산화리튬 또는 수산화암모늄을 첨가하여 중화함으로써 불순물 금속의 염(수산화알루미늄)을 결정으로서 석출시켜서 분리하고, 그리고 황산리튬 함유액을 증발 농축한 후에 탄산화를 실시함으로써 황산리튬 함유액에 포함되는 리튬을 탄산리튬의 결정으로서 석출시켜서 분리, 회수하는 방법이 기재되어 있다.In
그러나 특허문헌 2에 기재된 방법에서는 황산리튬 함유액으로부터 불순물(수산화알루미늄)을 제거할 때의 중화에 있어서 수산화암모늄을 이용하면, 중화 후의 황산리튬 함유액에 무기염의 황산암모늄이 포함된다. 황산리튬 함유액에 무기염이 포함된 상태에서 탄산화를 실시하면, 농축에 의해 황산리튬 함유액 중의 무기염 농도가 올라가 있는 것에서 결정화할 가능성도 있다. 그 때문에, 탄산화 시에 탄산리튬에 무기염이 포함되게 되기 때문에 회수하는 탄산리튬의 순도가 저하한다는 점에서 개량의 여지가 있다.However, in the method described in
본 개시는 상기 과제를 해결하기 위해, 리튬 및 무기염이 용해한 피처리액으로부터 리튬을 고순도로 회수할 수 있는 리튬 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present disclosure is to provide a lithium recovery method capable of recovering lithium with high purity from a liquid to be treated in which lithium and an inorganic salt are dissolved.
본 개시의 일양태의 리튬 회수 방법은 리튬 및 무기염이 적어도 용해한 피처리액을 증발 농축하는 농축 공정과, 상기 농축 공정 후의 피처리액을 냉각 정석(crystallization)하여 무기염을 결정으로서 석출시키는 정석 공정과, 상기 정석 공정 후의 피처리액으로부터 무기염의 결정을 포함하는 석출물을 분리하는 제 1 고액 분리 공정과, 상기 제 1 고액 분리 공정 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가하는 탄산화 공정과, 상기 탄산화 공정에 의해 석출된 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 제 2 고액 분리 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.A lithium recovery method of one embodiment of the present disclosure includes a concentration step of evaporating and concentrating a liquid to be treated in which lithium and inorganic salts are at least dissolved, and crystallization by cooling and crystallization of the liquid to be treated after the concentration step to precipitate inorganic salts as crystals. a first solid-liquid separation step of separating a precipitate containing inorganic salt crystals from the liquid to be treated after the crystallization step; and a second solid-liquid separation step of separating a precipitate including crystals of lithium carbonate precipitated by the carbonation step from a liquid to be treated.
본 개시의 일양태의 리튬 회수 방법에 따르면, 탄산화 공정 전에 농축 공정에서 피처리액을 증발 농축함으로써 피처리액의 액량을 줄여서 피처리액 중의 리튬 농도를 증가시키고 있다. 따라서, 탄산화 공정에서 탄산리튬의 회수율을 양호하게 향상시킬 수 있다.According to the lithium recovery method of one aspect of the present disclosure, by evaporating and concentrating the liquid to be treated in the concentration step before the carbonation step, the amount of the liquid to be treated is reduced and the lithium concentration in the liquid to be treated is increased. Therefore, the recovery rate of lithium carbonate in the carbonation process can be improved favorably.
또한, 농축 공정 후의 정석 공정에 있어서, 피처리액을 냉각 정석함으로써 증발 농축 후의 피처리액의 온도를 내려서 피처리액에 포함되는 무기염이 결정화할 때까지 용해도를 저하시키고 있다. 이에 따라, 피처리액 중의 무기염의 농도를 감소시킬 수 있다. 또한, 탄산화 공정에서는, 탄산리튬의 용해도를 내릴 목적으로 피처리액의 온도를 올리기 때문에 피처리액에 잔존하는 무기염의 용해도가 올라가서, 무기염의 결정화를 억제할 수 있다. 따라서, 탄산화 공정에서 탄산리튬을 회수할 때에 탄산리튬의 순도를 높일 수 있다.Further, in the crystallization step after the concentration step, by cooling and crystallizing the target solution, the temperature of the target solution after evaporation and concentration is lowered to decrease the solubility until the inorganic salt contained in the target solution crystallizes. Thereby, the concentration of the inorganic salt in the liquid to be treated can be reduced. In addition, in the carbonation step, since the temperature of the liquid to be treated is raised for the purpose of lowering the solubility of lithium carbonate, the solubility of the inorganic salt remaining in the liquid to be treated increases, and crystallization of the inorganic salt can be suppressed. Accordingly, when lithium carbonate is recovered in the carbonation process, the purity of lithium carbonate can be increased.
본 개시의 리튬 회수 방법에 따르면, 리튬 및 무기염이 용해한 피처리액으로부터 리튬을 고순도로 회수할 수 있다.According to the lithium recovery method of the present disclosure, lithium can be recovered with high purity from the liquid to be treated in which lithium and inorganic salt are dissolved.
도 1은 제 1 양태의 리튬 회수 방법의 순서를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 리튬 회수 방법에 이용하는 처리 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 3은 바이폴라막 전기 투석 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 4는 제 1 양태의 리튬 회수 방법의 변형예의 순서를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 5는 도 4의 리튬 회수 방법에 이용하는 처리 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 6은 제 1 양태의 리튬 회수 방법의 변형예의 순서를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 7은 도 6의 리튬 회수 방법에 이용하는 처리 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 8은 제 2 양태의 리튬 회수 방법의 순서를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 9는 도 8의 리튬 회수 방법에 이용하는 처리 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 10은 바이폴라막 전기 투석 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 11은 제 2 양태의 리튬 회수 방법의 변형예의 순서를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 12는 도 11의 리튬 회수 방법에 이용하는 처리 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 13은 제 2 양태의 리튬 회수 방법의 변형예의 순서를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 14는 도 13의 리튜 회수 방법에 이용하는 처리 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 15는 코발트 회수 방법의 순서를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 16은 도 15의 코발트 회수 방법에 이용하는 처리 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 17은 바이폴라막 전기 투석 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 18은 코발트 회수 방법의 변형예의 순서를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 19는 도 18의 코발트 회수 방법에 이용하는 처리 장치의 개략 구성을 도시한 모식도이다.
도 20은 실시예 1의 여과 잔사의 표면 상태를 촬영한 사진이다.
도 21은 실시예 2의 여과 잔사의 표면 상태를 촬영한 사진이다.
도 22는 실시예 3의 여과 잔사의 표면 상태를 촬영한 사진이다.1 is a flowchart schematically showing the sequence of the lithium recovery method of the first aspect.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a processing device used in the lithium recovery method of FIG. 1 .
3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a bipolar membrane electrodialysis apparatus.
4 is a flowchart schematically showing a sequence of a modification of the lithium recovery method of the first aspect.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a processing device used in the lithium recovery method of FIG. 4 .
6 is a flowchart schematically showing a sequence of a modification of the lithium recovery method of the first aspect.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a processing device used in the lithium recovery method of FIG. 6 .
8 is a flowchart schematically showing the sequence of the lithium recovery method of the second aspect.
9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a processing device used in the lithium recovery method of FIG. 8 .
10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a bipolar membrane electrodialysis apparatus.
11 is a flowchart schematically showing the sequence of a modification of the lithium recovery method of the second aspect.
12 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a processing device used in the lithium recovery method of FIG. 11 .
13 is a flowchart schematically showing the sequence of a modification of the lithium recovery method of the second aspect.
Fig. 14 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a processing apparatus used in the method for recovering the retweet of Fig. 13;
15 is a flowchart schematically illustrating a sequence of a cobalt recovery method.
FIG. 16 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a processing apparatus used for the cobalt recovery method of FIG. 15 .
17 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a bipolar membrane electrodialysis apparatus.
18 is a flowchart schematically illustrating a sequence of a modification of the cobalt recovery method.
19 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a processing apparatus used for the cobalt recovery method of FIG. 18 .
20 is a photograph of the surface state of the filtration residue of Example 1. FIG.
21 is a photograph of the surface state of the filtration residue of Example 2. FIG.
22 is a photograph of the surface state of the filtration residue of Example 3. FIG.
이하, 본 개시의 리튬 회수 방법의 실시 형태에 대하여 첨부 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서 "~"는 이상 이하를 의미한다.Hereinafter, embodiments of the lithium recovery method of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in the following description, "~" means above and below.
제 1 양태의 리튬 회수 방법Lithium recovery method of the first aspect
본 개시의 제 1 양태의 리튬 회수 방법은 리튬 및 무기염이 적어도 용해한 피처리액을 증발 농축하는 농축 공정과, 상기 농축 공정 후의 피처리액을 냉각 정석하여 무기염을 결정으로서 석출시키는 정석 공정과, 상기 정석 공정 후의 피처리액으로부터 무기염의 결정을 포함하는 석출물을 분리하는 제 1 고액 분리 공정과, 상기 제 1 고액 분리 공정 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가하는 탄산화 공정과, 상기 탄산화 공정에 의해 석출된 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 제 2 고액 분리 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.The lithium recovery method of the first aspect of the present disclosure includes a concentration step of evaporating and concentrating a liquid to be treated in which lithium and inorganic salts are at least dissolved; a crystallization step of cooling and crystallizing the liquid to be treated after the concentration step to precipitate inorganic salts as crystals; , a first solid-liquid separation step of separating precipitates containing inorganic salt crystals from the liquid to be treated after the crystallization step; and a second solid-liquid separation step of separating a precipitate including crystals of lithium carbonate precipitated by the carbonation step from a liquid to be treated.
단락 0016, 단락 0017에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 제 2 고액 분리 공정 후의 피처리액의 적어도 일부를 상기 농축 공정에서 증발 농축하는 것이 바람직하다.In the lithium recovery method described in paragraphs 0016 and 0017, it is preferable that at least a part of the liquid to be treated after the second solid-liquid separation step is concentrated by evaporation in the concentration step.
또한, 단락 0016, 단락 0017, 또는 단락 0018에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 농축 공정 전에 피처리액에 포함되는 칼슘 및/또는 마그네슘을 적어도 제거하는 불순물 제거 공정을 더 가지는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method described in Paragraph 0016, Paragraph 0017, or Paragraph 0018, it is preferable to further include an impurity removal step of at least removing calcium and/or magnesium contained in the liquid to be treated before the concentration step.
또한, 단락 0016에서 단락 0019 중 어느 하나에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 제 1 고액 분리 공정에서 피처리액으로부터 분리된 석출물에 포함되는 무기염의 결정을 용해하여 무기염 용액을 생성하는 용해 공정과, 상기 용해 공정에 의해 얻어진 무기염 용액에 대하여 바이폴라막 전기 투석을 실시함으로써 해당 무기염 용액으로부터 알칼리와 함께 무기산을 분리하여 회수하는 전기 투석 공정을 더 가지는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method according to any one of paragraphs 0016 to 0019, in the first solid-liquid separation step, a dissolution step of dissolving inorganic salt crystals contained in the precipitate separated from the liquid to be treated to produce an inorganic salt solution; , it is preferable to further have an electrodialysis step of separating and recovering an inorganic acid together with an alkali from the inorganic salt solution by performing bipolar membrane electrodialysis on the inorganic salt solution obtained by the dissolution step.
또한, 단락 0020에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 바이폴라막 전기 투석에 의한 탈염 후의 무기염 용액을 상기 농축 공정에서 증발 농축하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method described in paragraph 0020, it is preferable to evaporate and concentrate the inorganic salt solution after desalting by the bipolar membrane electrodialysis in the concentration step.
또한, 단락 0020 또는 단락 0021에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 전기 투석 공정 전에 무기염 용액에 포함되는 칼슘 및/또는 마그네슘 등의 전기 투석을 운전하는 데 있어서 스케일링 등의 지장이 생기는 물질을 적어도 제거하는 불순물 제거 공정을 더 가지는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method described in paragraph 0020 or paragraph 0021, before the electrodialysis step, at least substances that interfere with scaling such as calcium and/or magnesium contained in the inorganic salt solution in operating electrodialysis are removed. It is preferable to further have an impurity removal process.
또한, 단락 0020에서 단락 0022 중 어느 하나에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 전기 투석 공정 전에 무기염 용액에 포함되는 무기염을 재결정시키고, 또한 해당 무기염의 결정을 무기염 용액으로부터 분리시키는 재결정 공정과, 상기 재결정 공정에 의해 얻어진 무기염의 결정을 용해하여 무기염 용액을 생성하는 재용해 공정을 더 가지는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method according to any one of paragraphs 0020 to 0022, the recrystallization step of recrystallizing the inorganic salt contained in the inorganic salt solution before the electrodialysis step and separating the crystal of the inorganic salt from the inorganic salt solution; , it is preferable to further have a re-dissolving step of dissolving the crystals of the inorganic salt obtained by the recrystallization step to produce an inorganic salt solution.
또한, 단락 0020에서 단락 0023 중 어느 하나에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 농축 공정에서 발생하는 응축수를 상기 용해 공정에서의 무기염의 용해에 이용하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method according to any one of paragraphs 0020 to 0023, it is preferable to use the condensed water generated in the concentration step for dissolving the inorganic salt in the dissolution step.
또한, 단락 0020에서 단락 0023 중 어느 하나에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 전기 투석 공정에서 회수한 무기산을 상기 불순물 처리 공정에서 이용하는 킬레이트 수지 또는 이온 교환 수지의 재생액에 이용하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method according to any one of paragraphs 0020 to 0023, it is preferable to use the inorganic acid recovered in the electrodialysis step for the regeneration solution of the chelate resin or ion exchange resin used in the impurity treatment step.
또한, 단락 0016에서 단락 0025 중 어느 하나에 기재된 리튬 회수 방법에 이있어서는, 상기 농축 공정에서 발생하는 응축수에 의해, 상기 제 1 고액 분리 공정에 의해 얻어지는 무기염의 결정을 포함하는 석출물 및/또는 상기 제 2 고액 분리 공정에 의해 얻어지는 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 세정하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method according to any one of paragraphs 0016 to 0025, in this case, a precipitate containing inorganic salt crystals obtained in the first solid-liquid separation step by the condensed water generated in the concentration step and/or the first agent It is preferable to wash|clean the precipitate containing the crystal|crystallization of lithium carbonate obtained by 2 solid-liquid separation process.
또한, 단락 0016에서 단락 0026 중 어느 하나에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 농축 공정 전에 폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출하여 리튬을 용출하는 산침출 공정과, 상기 산침출 공정에 의해 얻어진 리튬 함유액에 알칼리를 첨가하여 pH를 조정하는 pH 조정 공정을 더 가지고, 상기 pH 조정 공정에 의해 석출된 석출물을 리튬 함유액으로부터 분리함으로써 피처리액이 생성되는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method according to any one of paragraphs 0016 to 0026, an acid leaching step of leaching lithium by leaching a spent lithium ion battery with an inorganic acid before the concentration step, and a lithium-containing liquid obtained by the acid leaching step It is preferable that the liquid to be treated is produced by further comprising a pH adjustment step of adjusting the pH by adding an alkali to the solution, and separating the precipitates precipitated by the pH adjustment step from the lithium-containing liquid.
또한, 단락 0027에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 제 2 고액 분리 공정 후의 피처리액의 적어도 일부를 상기 pH 조정 공정에서 첨가하는 알칼리로서 재이용하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method described in paragraph 0027, it is preferable to reuse at least a part of the liquid to be treated after the second solid-liquid separation step as the alkali added in the pH adjustment step.
또한, 단락 0027 또는 단락 0028에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 전기 투석 공정에서 회수한 알칼리를 상기 pH 조정 공정에서 첨가하는 알칼리로서 재이용하고, 상기 전기 투석 공정에서 회수한 무기산을 상기 산침출 공정에서 이용하는 무기산으로서 재이용하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method described in paragraph 0027 or 0028, the alkali recovered in the electrodialysis step is reused as an alkali added in the pH adjustment step, and the inorganic acid recovered in the electrodialysis step is used in the acid leaching step. It is preferable to reuse as an inorganic acid to be used.
또한, 단락 0027에서 단락 0029 중 어느 하나에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 농축 공정에서 발생하는 응축수에 의해, 상기 pH 조정 공정에 의해 석출된 석출물을 세정하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method according to any one of paragraphs 0027 to 0029, it is preferable to wash the precipitates deposited in the pH adjustment step with the condensed water generated in the concentration step.
또한, 단락 0027에서 단락 0030 중 어느 하나에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 산침출 공정 전에 상기 폐리튬 이온 전지를 배소(焙燒)하는 배소 공정을 더 가지고, 상기 탄산화 공정에서는 상기 배소 공정에서 발생한 배기가스를 탄산가스로서 피처리액에 혼합하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method according to any one of paragraphs 0027 to 0030, the method further includes a roasting step of roasting the spent lithium ion battery before the acid leaching step, and in the carbonation step, exhaust gas generated in the roasting step It is preferable to mix the gas with the liquid to be treated as carbon dioxide gas.
본 개시의 제 1 양태의 리튬 회수 방법에 따르면, 탄산화 공정 전에 농축 공정에서 피처리액을 증발 농축함으로써 피처리액의 액량을 줄여서 피처리액 중의 리튬 농도를 증가시키고 있다. 따라서, 탄산화 공정에서 탄산리튬의 회수율을 양호하게 향상시킬 수 있다.According to the lithium recovery method of the first aspect of the present disclosure, by evaporating and concentrating the liquid to be treated in the concentration step before the carbonation step, the amount of the liquid to be treated is reduced and the lithium concentration in the liquid to be treated is increased. Therefore, the recovery rate of lithium carbonate in the carbonation process can be improved favorably.
또한, 농축 공정 후의 정석 공정에 있어서, 피처리액을 냉각 정석함으로써 증발 농축 후의 피처리액의 온도를 내려서 피처리액에 포함되는 무기염이 결정화할 때까지 용해도를 저하시키고 있다. 이에 따라, 피처리액 중의 무기염의 농도를 감소할 수 있다. 또한, 탄산화 공정에 있어서는, 탄산리튬의 용해도를 내릴 목적으로 피처리액의 온도를 올리기 때문에 피처리액에 잔존하는 무기염의 용해도가 올라가서 무기염의 결정화를 억제할 수 있다. 따라서, 탄산화 공정에서 탄산리튬을 회수할 때에 탄산리튬의 순도를 높일 수 있다.Further, in the crystallization step after the concentration step, by cooling and crystallizing the target solution, the temperature of the target solution after evaporation and concentration is lowered to decrease the solubility until the inorganic salt contained in the target solution crystallizes. Thereby, the concentration of the inorganic salt in the liquid to be treated can be reduced. In addition, in the carbonation step, since the temperature of the liquid to be treated is raised for the purpose of lowering the solubility of lithium carbonate, the solubility of the inorganic salt remaining in the liquid to be treated is increased, and crystallization of the inorganic salt can be suppressed. Accordingly, when lithium carbonate is recovered in the carbonation process, the purity of lithium carbonate can be increased.
도 1은 본 개시의 제 1 양태의 리튬 회수 방법의 실시 형태에 대하여 각 공정의 순서를 도시하고, 도 2는 도 1의 리튬 회수 방법을 실시하는 처리 장치(10)의 개략 구성을 도시한다. 본 실시 형태의 리튬 회수 방법은 리튬에 추가하여, 염산, 황산, 불산, 인산 등의 강산과, 칼륨, 나트륨 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 무기염을 포함하는 피처리액을 처리하는 데 적합하게 이용할 수 있고, 특히, 폐리튬 이온 전지로부터 리튬을 회수하는 데 적합하게 이용할 수 있다. 이하에서는 폐리튬 이온 전지로부터 리튬을 회수하는 경우를 예로 하여 설명한다.1 shows the sequence of each process with respect to the embodiment of the lithium recovery method of the first aspect of the present disclosure, and FIG. 2 shows a schematic configuration of a
본 실시 형태의 리튬 회수 방법은,The lithium recovery method of this embodiment comprises:
-폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출하여 리튬을 용출하는 산침출 공정(S1)과,-Acid leaching process (S1) of leaching lithium by leaching the spent lithium ion battery with an inorganic acid;
-산침출 공정(S1)에 의해 얻어진 리튬 함유액으로부터 불용 잔사를 분리하는 고액 분리 공정(S2)과,- a solid-liquid separation step (S2) of separating insoluble residues from the lithium-containing liquid obtained by the acid leaching step (S1);
-고액 분리 공정(S2) 후의 리튬 함유액에 알칼리를 첨가하여 pH를 조정하는 pH 조정 공정(S3, S5)과,- A pH adjustment step (S3, S5) of adjusting the pH by adding an alkali to the lithium-containing liquid after the solid-liquid separation step (S2);
-pH 조정 공정(S3, S5) 후의 리튬 함유액으로부터 석출물을 분리하는 고액 분리 공정(S4, S6)과,- a solid-liquid separation step (S4, S6) of separating the precipitate from the lithium-containing liquid after the pH adjustment step (S3, S5);
-pH 조정 공정(S3, S5) 후의 리튬 함유액으로부터 석출물을 분리한 피처리액에 대하여 킬레이트 처리를 실시하는 불순물 제거 공정(S7)과,an impurity removal step (S7) of performing a chelating treatment on the liquid to be treated in which precipitates are separated from the lithium-containing liquid after the pH adjustment step (S3, S5);
-불순물 제거 공정(S7) 후의 리튬 및 무기염이 적어도 용해한 피처리액을 증발 농축하는 농축 공정(S8)과,- Concentration step (S8) of evaporating and concentrating the liquid to be treated in which lithium and inorganic salts are at least dissolved after the impurity removal step (S7);
-농축 공정(S8) 후의 피처리액을 냉각 정석하여 무기염을 결정으로서 석출시키는 정석 공정(S9)과,- A crystallization step (S9) of cooling and crystallizing the liquid to be treated after the concentration step (S8) to precipitate inorganic salts as crystals;
-정석 공정(S9) 후의 피처리액으로부터 무기염의 결정을 포함하는 석출물을 분리하는 고액 분리 공정(S10)(단락 0016, 단락 0017에 기재된 "제 1 고액 분리 공정"에 해당)과,- A solid-liquid separation step (S10) of separating a precipitate containing inorganic salt crystals from the liquid to be treated after the crystallization step (S9) (corresponding to the “first solid-liquid separation step” described in paragraphs 0016 and 0017);
-고액 분리 공정(S10) 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가하는 탄산화 공정(S11)과,- Carbonation step (S11) of mixing carbon dioxide gas and/or adding water-soluble carbonate to the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S10);
-탄산화 공정(S11)에 의해 석출된 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 고액 분리 공정(S12)(단락 0016, 단락 0017에 기재된 "제 2 고액 분리 공정"에 해당)을 가진다. 본 실시 형태의 리튬 회수 방법은 또한,- A solid-liquid separation step (S12) (corresponding to the “second solid-liquid separation step” described in paragraphs 0016 and 0017) of separating the precipitate containing lithium carbonate crystals precipitated by the carbonation step (S11) from the liquid to be treated; have The lithium recovery method of the present embodiment further comprises:
-고액 분리 공정(S10)에서 피처리액으로부터 분리된 석출물에 포함되는 무기염의 결정을 용해하여 무기염 용액을 생성하는 용해 공정(S13)과,- A dissolution step (S13) of dissolving inorganic salt crystals contained in the precipitate separated from the liquid to be treated in the solid-liquid separation step (S10) to produce an inorganic salt solution;
-용해 공정(S13) 후의 무기염 용액에 대하여 바이폴라막 전기 투석을 실시함으로써 해당 무기염 용액으로부터 알칼리 및 무기산을 분리하여 회수하는 전기 투석 공정(S14)을 가진다.- Bipolar membrane electrodialysis is performed on the inorganic salt solution after the dissolution step (S13) to separate and recover alkalis and inorganic acids from the inorganic salt solution (S14).
리튬을 회수하는 대상의 폐리튬 이온 전지는 사전에 결정된 충방전 횟수의 사용에 의해 충전 용량이 저하한 사용 완료의 리튬 이온 전지 외에, 전지 제조 공정 내에서의 결함 등으로 발생하는 반제품, 제품 형식 변경에 동반하여 발생하는 구형식 재고 정리품 등을 포함한다. 폐리튬 이온 전지는 분쇄 또는 배소 처리가 이루어져 있어도 좋고, 분쇄 및 배소 처리가 이루어져서 얻어지는 분말이어도 좋다.Waste lithium ion batteries subject to lithium recovery include used lithium ion batteries whose charge capacity has decreased due to use of a predetermined number of charge/discharge cycles, as well as semi-finished products and product type changes caused by defects in the battery manufacturing process. It includes outdated inventory clearances that accompany the The waste lithium ion battery may be pulverized or roasted, or may be a powder obtained by pulverization and roasting treatment.
우선, 산침출 공정(S1)에서는 상기한 폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출함으로써 리튬 외에, 예를 들면, 알루미늄, 니켈, 코발트, 철 등의 금속을 용출한다. 무기산으로서는, 예를 들면, 황산, 염산, 질산, 인산 등을 이용할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 저비용이고 또한 취급하기 쉬운 점에서 황산이 이용되고 있다.First, in the acid leaching step (S1), metals such as aluminum, nickel, cobalt, and iron are eluted in addition to lithium by leaching the above-described spent lithium ion battery with an inorganic acid. As the inorganic acid, for example, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and the like can be used, but in the present embodiment, sulfuric acid is used because of its low cost and ease of handling.
산침출 공정(S1)에 있어서, 폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상 실시되고 있는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 산침출조(1) 내에서 폐리튬 이온 전지를 예를 들면, 황산 수용액 등의 무기산의 수용액에 침지시켜서 사전 결정 시간 교반함으로써 상기한 리튬 등의 금속이 용해한 리튬 함유액을 얻는다. 산침출 공정(S1)에서는 수용액 중의 무기산의 농도가 1㏖~5㏖/L인 것이 바람직하고, 수용액의 온도는 60℃ 이상이 바람직하다.In the acid leaching step (S1), the method for leaching a spent lithium ion battery with an inorganic acid is not particularly limited, and a method commonly used can be used. For example, in the
다음의 고액 분리 공정(S2)에서는 산침출 공정(S1)에 의해 얻어진 리튬 함유액을 예를 들면, 여과함으로써 리튬 함유액으로부터 불용 잔사를 분리한다. 불용 잔사는 주로 무기산에 용해하지 않는 탄소 재료, 금속 재료, 유기 재료이다. 고액 분리하는 방법으로서는, 예를 들면, 가압 여과(필터 프레스), 진공 여과, 원심 여과 등의 각종 여과 장치나 디캔터형과 같은 원심 분리 장치 등, 공지의 고액 분리 장치를 이용할 수 있다. 또한, 이하의 고액 분리 공정(S4, S6, S10, S12) 등에서도 동일하다.In the next solid-liquid separation step (S2), the lithium-containing liquid obtained in the acid leaching step (S1) is filtered, for example, to separate insoluble residues from the lithium-containing liquid. The insoluble residues are mainly carbon materials, metal materials, and organic materials that do not dissolve in inorganic acids. As a method of solid-liquid separation, well-known solid-liquid separation apparatuses, such as various filtration apparatuses, such as pressure filtration (filter press), vacuum filtration, and centrifugal filtration, and a centrifugal separation apparatus like a decanter type, can be used, for example. The same applies to the following solid-liquid separation steps (S4, S6, S10, S12).
다음의 pH 조정 공정(S3, S5)에서는 고액 분리 공정(S2) 후의 리튬 함유액(여과액)에 알칼리를 첨가하고, pH를 사전에 결정된 범위로 조정함으로써 리튬 함유액 중의 상기한 금속 중, 리튬 이외의 금속을 리튬 함유액으로부터 제거한다. 알칼리로서는, 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등을 이용할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 저비용이고 또한 취급하기 쉬운 점에서 수산화나트륨이 이용되고 있다.In the following pH adjustment steps (S3 and S5), an alkali is added to the lithium-containing liquid (filtrate) after the solid-liquid separation step (S2) and the pH is adjusted to a predetermined range, so that among the above metals in the lithium-containing liquid, lithium Other metals are removed from the lithium-containing liquid. As the alkali, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, etc. can be used, but in the present embodiment, sodium hydroxide is used because of its low cost and ease of handling.
pH 조정 공정(S3, S5)에 있어서, 리튬 함유액의 pH를 조정하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상 실시되고 있는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 제 1 pH 조정조(2) 및 제 2 pH 조정조(3) 내에서 리튬 함유액을 교반하면서 예를 들면, 수산화나트륨 수용액 등의 알칼리의 수용액을 첨가함으로써 리튬 함유액 중의 리튬 이외의 금속을 수산화물 등의 무기염의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 본 실시 형태에서 pH 조정 공정(S3, S5)은 제 1 pH 조정 공정(S3)과 제 2 pH 조정 공정(S5)으로 나누어져 있다.In the pH adjustment step (S3, S5), the method for adjusting the pH of the lithium-containing liquid is not particularly limited, and a method generally used can be used. For example, by adding an aqueous alkali solution such as sodium hydroxide aqueous solution while stirring the lithium-containing liquid in the first
제 1 pH 조정 공정(S3)에서는 알칼리의 첨가에 의해 리튬 함유액의 pH를 4~7, 바람직하게는 4~6, 보다 바람직하게는 4~5로 조정한다. 이에 따라, 리튬 함유액 중의 불순물 금속(예를 들면, 알루미늄, 철)을 수산화물(예를 들면, 수산화알루미늄, 수산화철) 등의 무기염의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 제 1 pH 조정 공정(S3)에서는 리튬 함유액을 예를 들면, 30℃~80℃로 일정 온도로 가온하면서 실시하는 것이 바람직하다.In the first pH adjustment step (S3), the pH of the lithium-containing liquid is adjusted to 4 to 7, preferably 4 to 6, more preferably 4 to 5 by addition of an alkali. As a result, impurity metals (eg, aluminum, iron) in the lithium-containing liquid are precipitated and precipitated as crystals of inorganic salts such as hydroxides (eg, aluminum hydroxide and iron hydroxide). In the first pH adjustment step (S3), it is preferable to carry out the lithium-containing liquid while heating the lithium-containing liquid to a constant temperature, for example, from 30°C to 80°C.
제 1 pH 조정 공정(S3)에서 첨가되는 알칼리의 수용액은 알칼리 농도가 1.0㏖/ L 미만으로 희박한 것이 바람직하다. 이에 따라, 상세는 후술하지만, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 리튬 함유액 중의 코발트가 불순물 금속과 함께 코발트염의 결정으로서 석출, 침전하여 리튬 함유액으로부터 제거되는 것을 억제할 수 있다. 다만, 알칼리 농도가 과도하게 낮으면, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 pH 조정을 위해 알칼리의 수용액을 대량으로 사용할 필요가 있고, 또한 pH 조정 후의 리튬 함유액의 액량도 다량으로 되기 때문에 알칼리 농도의 하한은 0.1㏖/L 이상인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 리튬 함유액 중의 코발트가 리튬 함유액으로부터 제거되는 것을 효과적으로 억제하기 위해서는, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 첨가되는 알칼리의 수용액의 알칼리 농도는 0.5㏖/L 이하인 것이 바람직하고, 0.2㏖/L 이하인 것이 보다 바람직하다.It is preferable that the alkali concentration of the aqueous solution of the alkali added in the 1st pH adjustment process (S3) is less than 1.0 mol/L and a dilute thing. Accordingly, although details will be described later, it is possible to suppress the cobalt in the lithium-containing liquid from being removed from the lithium-containing liquid by precipitation and precipitation as crystals of a cobalt salt together with the impurity metal in the first pH adjustment step (S3). However, if the alkali concentration is excessively low, it is necessary to use a large amount of an aqueous alkali solution for pH adjustment in the first pH adjustment step S3, and the amount of the lithium-containing liquid after pH adjustment also becomes large, so the alkali concentration It is preferable that the lower limit of is 0.1 mol/L or more. In addition, in order to effectively suppress the removal of cobalt in the lithium-containing liquid from the lithium-containing liquid in the first pH adjustment step (S3), the alkali concentration of the aqueous alkali solution added in the first pH adjustment step (S3) is 0.5 mol/ It is preferable that it is L or less, and it is more preferable that it is 0.2 mol/L or less.
또한, 이 제 1 pH 조정 공정(S3)에 있어서는, pH 조정에 사용하는 알칼리의 수용액량을 줄이기 위해, 리튬 함유액의 pH가 4보다 작은 사전 결정값으로 될 때까지는 1.0㏖/L 이상의 짙은 알칼리 농도를 가지는 알칼리의 수용액을 리튬 함유액에 첨가하고, 리튬 함유액의 pH가 사전 결정값으로 된 후에는 1.0㏖/L 미만의 옅은 알칼리 농도를 가지는 알칼리의 수용액을 리튬 함유액에 첨가함으로써 리튬 함유액의 pH를 4~7로 조정할 수도 있다. 상기한 리튬 함유액의 pH의 사전 결정값으로서는, 2~3의 범위 내에서 설정할 수 있다.In addition, in this 1st pH adjustment process (S3), in order to reduce the amount of the aqueous solution of alkali used for pH adjustment, until the pH of a lithium-containing liquid becomes a predetermined value smaller than 4, a deep alkali of 1.0 mol/L or more An aqueous solution of alkali having a concentration is added to the lithium-containing liquid, and after the pH of the lithium-containing liquid reaches a predetermined value, an aqueous solution of an alkali having a light alkali concentration of less than 1.0 mol/L is added to the lithium-containing liquid to contain lithium It is also possible to adjust the pH of the liquid to 4-7. As a predetermined value of the pH of the above-described lithium-containing liquid, it can be set within the range of 2-3.
제 1 pH공정(S3)에서 석출, 침전한 석출물은 다음의 고액 분리 공정(S4)에 있어서, 리튬 함유액을 예를 들면, 여과함으로써 리튬 함유액으로부터 분리된다. 또한, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 리튬 함유액으로부터 제거되는 불순물 금속에는, 그 밖에, 구리 등이 포함되어 있어도 좋다. 고액 분리 공정(S4)에 있어서는, 석출물을 세정액으로 세정하고, 세정한 후의 세정 폐액을 리튬 함유액(여과액)과 함께 다음의 제 2 pH 조정 공정(S5)에 공급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 세정 폐액에 포함되는 리튬에 대해서도 리튬 함유액에 포함되는 리튬과 함께 제 2 pH 조정 공정(S5)으로부터 탄산화 공정(S11)에 공급할 수 있고, 후술하는 탄산화 공정(S11)에서 탄산화함으로써 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 이 석출물의 세정에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 후술하는 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다.The precipitates deposited and precipitated in the first pH step (S3) are separated from the lithium-containing liquid by, for example, filtering the lithium-containing liquid in the following solid-liquid separation step (S4). In addition, copper etc. may be contained in the impurity metal removed from the lithium-containing liquid in the 1st pH adjustment process (S3). In the solid-liquid separation step (S4), it is preferable to wash the precipitate with a washing liquid, and to supply the washing waste liquid after washing to the next second pH adjustment process (S5) together with the lithium-containing liquid (filtrate). Accordingly, even lithium contained in the washing waste liquid can be supplied together with lithium contained in the lithium-containing liquid from the second pH adjustment step (S5) to the carbonation step (S11), and lithium is carbonated by carbonation in the carbonation step (S11) described later. can be recovered with a high recovery rate. Although the water used for washing|cleaning this precipitate is not specifically limited, It is preferable to use the condensed water generated when the to-be-processed liquid is evaporated and concentrated in the concentration process (S8) mentioned later, Thus, the effective use of condensed water is possible.
제 2 pH 조정 공정(S5)에서는 고액 분리 공정(S4) 후의 리튬 함유액(여과액)에 알칼리를 첨가하여 pH를 7 이상, 바람직하게는 7~13, 보다 바람직하게는 7~11, 더욱 바람직하게는 8~10의 범위로 조정한다. 이에 따라, 리튬 함유액 중의 유가 금속(예를 들면, 코발트, 니켈)을 수산화물(예를 들면, 수산화코발트, 수산화니켈) 등의 무기염의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 제 2 pH 조정 공정(S5)에서는 리튬 함유액을 예를 들면, 30℃~80℃로 일정 온도로 가온하면서 실시하는 것이 바람직하다. 제 2 pH 조정 공정(S5)에서 첨가되는 알칼리의 수용액의 알칼리 농도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 사용한 알칼리의 수용액의 알칼리 농도 이상인 것이 바람직하고, 나아가서는, 알칼리 농도가 0.2㏖/L 이상인 것이 바람직하다.In the second pH adjustment step (S5), an alkali is added to the lithium-containing liquid (filtrate) after the solid-liquid separation step (S4) to raise the pH to 7 or more, preferably 7 to 13, more preferably 7 to 11, still more preferably Usually, it is adjusted in the range of 8-10. Thereby, valuable metals (eg, cobalt, nickel) in the lithium-containing liquid are precipitated and precipitated as crystals of inorganic salts such as hydroxides (eg, cobalt hydroxide, nickel hydroxide). In the second pH adjustment step (S5), it is preferable to carry out the lithium-containing liquid while heating the lithium-containing liquid to a constant temperature, for example, from 30°C to 80°C. Although the alkali concentration of the aqueous solution of alkali added in the 2nd pH adjustment process (S5) is not specifically limited, It is preferable that it is more than the alkali concentration of the aqueous solution of alkali used in the 1st pH adjustment process (S3), Furthermore, the alkali concentration It is preferable that is 0.2 mol/L or more.
제 2 pH 조정 공정(S5)에서 석출, 침전한 석출물은 다음의 고액 분리 공정(S6)에 있어서, 리튬 함유액을 예를 들면, 여과함으로써 리튬 함유액으로부터 분리된다. 또한, 제 2 pH 조정 공정(S5)에서 리튬 함유액으로부터 제거되는 유가 금속에는, 그 밖에, 망간 등이 포함되어 있어도 좋다.The precipitates deposited and precipitated in the second pH adjustment step (S5) are separated from the lithium-containing liquid by, for example, filtering the lithium-containing liquid in the following solid-liquid separation step (S6). In addition, manganese etc. may be contained in the valuable metal removed from the lithium-containing liquid in the 2nd pH adjustment process (S5).
한편, 고액 분리 공정(S6) 후의 리튬 함유액(여과액)에는, 리튬 외에, 산침출 공정(S1) 및 pH 조정 공정(S3, S5)에서 첨가된 무기산(본 실시 형태에서는 황산) 및 알칼리(본 실시 형태에서는 수산화나트륨)에 의하여 무기염(본 실시 형태에서는 황산나트륨(Na2SO4))이 용해해 있다. 이 pH 조정 공정(S3, S5) 후의 리튬 함유액이 본 개시의 리튬 회수 방법의 "피처리액"에 해당된다. 이 피처리액에는 칼슘, 마그네슘 및 실리카 중의 적어도 하나가 더 용해되어 있어도 좋다.On the other hand, to the lithium-containing liquid (filtrate) after the solid-liquid separation step (S6), in addition to lithium, inorganic acids (sulfuric acid in this embodiment) and alkalis ( in this embodiment it is dissolved inorganic salt (in the present embodiment, sodium sulfate (Na 2 SO 4), by sodium) hydroxide). The lithium-containing liquid after this pH adjustment step (S3, S5) corresponds to the "to-be-processed liquid" of the lithium recovery method of the present disclosure. At least one of calcium, magnesium and silica may be further dissolved in this to-be-processed liquid.
고액 분리 공정(S6)에 있어서는, 석출물을 세정액으로 세정하고, 세정한 후의 세정 폐액을 피처리액(여과액)과 함께 다음의 불순물 제거 공정(S7)에 공급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 세정 폐액에 포함되는 리튬에 대해서도 피처리액에 포함되는 리튬과 함께 불순물 제거 공정(S7)으로부터 탄산화 공정(S11)에 공급할 수 있고, 후술하는 탄산화 공정(S11)에서 탄산화함으로써 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 이 석출물의 세정에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 후술하는 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다.In the solid-liquid separation step (S6), it is preferable to wash the precipitate with a washing liquid, and to supply the washing waste liquid after washing to the next impurity removal process (S7) together with the liquid to be treated (filtrate). Accordingly, even lithium contained in the washing waste liquid can be supplied from the impurity removal process (S7) to the carbonation process (S11) together with the lithium contained in the liquid to be treated, and lithium is recovered by carbonation in the carbonation process (S11) to be described later. It can be recovered with a recovery rate. Although the water used for washing|cleaning this precipitate is not specifically limited, It is preferable to use the condensed water generated when the to-be-processed liquid is evaporated and concentrated in the concentration process (S8) mentioned later, Thus, the effective use of condensed water is possible.
다음의 불순물 제거 공정(S7)에서는 고액 분리 공정(S6) 후의 피처리액에 포함되는 칼슘 및/또는 마그네슘 등의 다가 양이온을 적어도 제거한다. 피처리액에 불순물로서 포함되는 칼슘이나 마그네슘 등을 제거함으로써 후술하는 농축 공정(S8)에 있어서, 증발 농축 장치(5)의 열교환기의 전열면에 스케일이 발생하여 부착하는 것을 억제할 수 있어서, 열교환 효율을 높게 유지할 수 있다. 또한, 피처리액에 칼슘이나 마그네슘 등이 포함되어 있으면, 후술하는 전기 투석 공정(S14)에 있어서, 무기 용액 중에 포함되는 칼슘이나 마그네슘 등의 다가 양이온이 바이폴라막 전기 투석 장치(9)의 양이온 교환막 내에서 석출되어, 막의 성능 저하를 초래할 염려가 있다. 그 때문에, 미리 피처리액으로부터 칼슘이나 마그네슘 등의 전기 투것을 운전하는 데 있어서 스케일링 등의 지장이 생기는 물질을 제거함으로써 바이폴라막 전기 투석 장치(9)의 양이온 교환막으로의 악영향을 방지할 수 있어서, 전기 투석의 성능을 높게 유지할 수 있다.In the next impurity removal step (S7), at least polyvalent cations such as calcium and/or magnesium contained in the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S6) are removed. By removing calcium, magnesium, etc. contained as impurities in the liquid to be treated, in the concentration step (S8) to be described later, it is possible to suppress the occurrence of scale and adhesion to the heat transfer surface of the heat exchanger of the
불순물 제거 공정(S7)에 있어서, 피처리액으로부터 칼슘이나 마그네슘을 제거하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 다가 양이온 제거 장치(4)를 이용할 수 있다. 다가 양이온 제거 장치(4)는 칼슘 이온이나 마그네슘 이온 등의 2가 이상의 다가 양이온을 제거하는 장치이고, 예를 들면, 킬레이트 수지를 충전한 컬럼에 피처리액을 통액 가능한 구성을 예시할 수 있다. 킬레이트 수지로서는, 칼슘 이온이나 마그네슘 이온을 선택적으로 포착 가능한 것을 사용할 수 있고, 예를 들면, 이미노디초산형, 아미노인산형 등을 예시할 수 있다. 다가 양이온 제거 장치(4)로서는, 그 밖에, 킬레이트제를 첨가하는 것이나 이온 교환 수지를 이용하는 것 등을 들 수 있다. 또한, 불순물 제거 공정(S7)에서 피처리액으로부터 제거하는 불순물에는 칼슘이나 마그네슘에 추가하여 실리카(규산 이온)가 포함되어 있어도 좋다.In the impurity removal step (S7), the method for removing calcium or magnesium from the liquid to be treated is not particularly limited, and, for example, the polyvalent
다음의 농축 공정(S8)에서는 불순물 제거 공정(S7) 후의 피처리액을 가열함으로써 증발 농축한다. 즉, 열처리액 중의 수분을 증발시킴으로써 피처리액을 농축한다. 이에 따라, 피처리액의 액량이 감소하여, 피처리액 중의 리튬 농도가 증가한다. 따라서, 후술하는 탄산화 공정(S11)에서 탄산리튬의 회수율을 향상시킬 수 있다.In the next concentration step (S8), the liquid to be treated after the impurity removal step (S7) is heated and concentrated by evaporation. That is, the to-be-processed liquid is concentrated by evaporating the water|moisture content in the heat processing liquid. Accordingly, the liquid amount of the liquid to be treated decreases, and the lithium concentration in the liquid to be treated increases. Therefore, it is possible to improve the recovery rate of lithium carbonate in the carbonation process (S11) to be described later.
농축 공정(S8)에서는 농축 후의 피처리액에 리튬이 예를 들면, 황산리튬 등의 리튬염의 결정으로서 석출되지 않을 정도의 농도까지 피처리액을 농축하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 농축 후의 피처리액에서의 리튬의 농도를 높게 할 수 있어서, 후술하는 탄산화 공정(S11)에서 탄산리튬의 회수율을 향상시킬 수 있다.In the concentration step (S8), it is preferable to concentrate the liquid to be treated to a concentration such that lithium does not precipitate as crystals of lithium salts such as lithium sulfate in the liquid to be treated after concentration. Accordingly, the concentration of lithium in the liquid to be treated after concentration can be increased, and the recovery rate of lithium carbonate in the carbonation step (S11) described later can be improved.
농축 공정(S8)에 있어서, 피처리액을 증발 농축하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 증발 농축 장치(5)를 이용할 수 있다. 증발 농축 장치(5)로서는, 피처리액을 증발에 의해 농축 가능하면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 히트 펌프형, 이젝터 구동형, 스팀형, 플래시형 등의 공지의 증발 농축 장치를 이용할 수 있지만, 바람직하게는 히트 펌프형의 증발 농축 장치이다. 히트 펌프형의 증발 농축 장치를 이용한 경우에는, 사용하는 에너지를 현저히 억제할 수 있다. 또한, 감압 분위기하에서 피처리액의 농축을 실시함으로써 더욱 에너지 절약화를 도모할 수 있다.In the concentration step (S8), the method of evaporating and concentrating the liquid to be treated is not particularly limited, and, for example, the
다음의 정석 공정(S9)에서는 농축 공정(S8) 후의 피처리액을 냉각 정석한다. 이 정석 공정(S9)에 있어서는, 증발 농축 후의 피처리액의 온도를 저하시켜서 피처리액에 포함되는 무기염이 결정화할 때까지 용해도를 내림으로써 피처리액 중의 무기염(본 실시 형태에서는 황산나트륨)의 농도를 감소시킬 수 있다. 그 때문에, 후술하는 탄산화 공정(S11)에서 탄산리튬을 회수할 때에 탄산리튬의 순도를 높일 수 있다.In the next crystallization process (S9), the to-be-processed liquid after a concentration process (S8) is cooled and crystallized. In this crystallization step (S9), the temperature of the liquid to be treated after evaporation and concentration is lowered to lower the solubility until the inorganic salt contained in the liquid to be treated crystallizes, whereby the inorganic salt in the liquid to be treated (sodium sulfate in this embodiment) concentration can be reduced. Therefore, when recovering lithium carbonate in the carbonation process (S11) mentioned later, the purity of lithium carbonate can be improved.
정석 공정(S9)에 있어서, 피처리액을 냉각 정석하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 냉각 정석 장치(6)를 이용할 수 있다. 냉각 정석 장치(6)는 공급된 피처리액을 정석조 내에서 냉각하여 목적으로 하는 무기염의 결정을 석출시키는 것이다. 냉각 정석 장치(6)로서는, 예를 들면, 재킷이나 내부 코일에 의한 냉각 방식의 정석 장치, 외부 순환 냉각식의 정석 장치 등의 공지의 냉각 정석 장치를 이용할 수 있고, 특별히 한정되지 않는다.In the crystallization process (S9), it does not specifically limit about the method of cooling and crystallizing a to-be-processed liquid, For example, the cooling and
정석 공정(S9)에 있어서는, 무기염에 의하여 포화 용해도나 용해도의 온도 의존성이 다른 것을 이용해서, 목적으로 하는 무기염의 결정만을 석출시킨다. 본 실시 형태에 있어서는, 황산리튬 등의 리튬염의 용해도의 온도 의존성이 황산나트륨 등의 리튬염 이외의 무기염에 비하여 작은 것을 이용하고 있다. 즉, 공급 농도에서의 리튬염의 석출 온도 이상으로서, 리튬염 이외의 무기염의 석출 온도 이하로 냉각함으로써 리튬염 이외의 무기염을 결정으로서 석출시킨다. 구체적으로, 황산나트륨의 결정을 석출시키기 위한 냉각 온도로서는, 30℃ 이하, 바람직하게는 5℃ 이상 20℃ 이하이다. 이때, 황산나트륨은 황산나트륨+수화물(Na2SO4ㆍ10H2O)의 형태로 석출된다.In the crystallization process (S9), only the crystal|crystallization of the objective inorganic salt is precipitated using the thing from which saturated solubility and the temperature dependence of solubility differ with an inorganic salt. In this embodiment, the temperature dependence of the solubility of lithium salts, such as lithium sulfate, compared with inorganic salts other than lithium salts, such as sodium sulfate, is used. That is, inorganic salts other than lithium salts are precipitated as crystals by cooling below the precipitation temperature of inorganic salts other than lithium salts above the precipitation temperature of the lithium salt in the supply concentration. Specifically, the cooling temperature for precipitating sodium sulfate crystals is 30°C or less, preferably 5°C or more and 20°C or less. At this time, sodium sulfate is precipitated in the form of sodium sulfate + hydrate (Na 2 SO 4 ·10H 2 O).
다음의 고액 분리 공정(S10)에서는 정석 공정(S9) 후의 피처리액을 예를 들면, 여과함으로써 피처리액으로부터 무기염(본 실시 형태에서는 황산나트륨)의 결정을 포함하는 석출물을 분리한다.In the next solid-liquid separation process (S10), the precipitate containing the crystal|crystallization of an inorganic salt (sodium sulfate in this embodiment) is isolate|separated from the to-be-processed liquid by filtering, for example, the to-be-processed liquid after the crystallization process (S9).
다음의 탄산화 공정(S11)에서는 상기한 무기염의 결정을 포함하는 석출물이 분리된 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가함으로써 피처리액 중의 리튬을 탄산리튬의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 이에 따라, 피처리액 중의 리튬을 탄산리튬으로서 회수할 수 있다. 탄산염으로서는, 예를 들면, 탄산나트륨, 탄산암모늄, 탄산칼륨 등을 이용할 수 있다.In the following carbonation step (S11), lithium in the liquid to be treated is converted into lithium carbonate crystals by mixing carbon dioxide gas and/or adding a water-soluble carbonate to the liquid to be treated after the precipitates containing the inorganic salt crystals are separated. precipitation and precipitation. Thereby, lithium in the liquid to be treated can be recovered as lithium carbonate. As carbonate, sodium carbonate, ammonium carbonate, potassium carbonate, etc. can be used, for example.
이 탄산화 공정(S11)에 있어서는, 피처리액에 탄산가스를 혼합함으로써 탄산리튬의 결정을 석출, 침전시키는 것이 바람직하다. 이와 같이, 탄산화 공정(S11)에 있어서, 예를 들면, 나트륨 등의 알칼리 금속을 포함하지 않는 재료를 이용함으로써, 석출되는 탄산리튬의 결정에 리튬 이외의 알칼리 금속이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 순도가 높은 탄산리튬을 회수할 수 있다.In this carbonation step (S11), it is preferable to precipitate and precipitate crystals of lithium carbonate by mixing carbon dioxide gas with the liquid to be treated. In this way, in the carbonation step (S11), for example, by using a material that does not contain alkali metals such as sodium, it is possible to suppress mixing of alkali metals other than lithium into the precipitated crystals of lithium carbonate. Therefore, lithium carbonate with high purity can be recovered.
다만, 탄산가스의 혼합을 계속하면, 피처리액의 pH가 내려가기 때문에 탄산리튬의 석출량이 감소하는 경우가 있다. 그 때문에, 피처리액의 pH가 7 이하로 되기 전에 탄산가스의 혼합을 중지하는 것이 바람직하다. 또한, 피처리액에 알칼리를 첨가함으로써 pH가 내려가지 않도록 해도 좋다. 그 때에는, 알칼리 첨가에 의해 pH를 9 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 첨가하는 알칼리로서는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등을 이용할 수 있다.However, when the carbon dioxide gas is continuously mixed, the pH of the liquid to be treated decreases, so that the amount of lithium carbonate precipitated may decrease. Therefore, it is preferable to stop mixing the carbon dioxide gas before the pH of the liquid to be treated becomes 7 or less. Moreover, you may make it so that pH does not fall by adding an alkali to the to-be-processed liquid. In that case, it is preferable to maintain pH at 9 or more by alkali addition. As an alkali to be added, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, etc. can be used.
탄산화 공정(S11)에 있어서, 피처리액에 탄산가스를 혼합하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상 실시되고 있는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 탄산화조(7) 내에서 피처리액을 교반하면서 피처리액 중에 탄산가스를 노즐에 의해 미세한 기포의 상태로 공급함으로써 피처리액에 탄산가스를 균일하게 혼합할 수 있어서, 피처리액 중의 리튬과 탄산가스를 효율 좋게 반응시킬 수 있다. 또한, 피처리액을 탄산가스의 분위기하에 분무함으로써 탄산가스와 반응시켜도 좋다.In the carbonation step (S11), the method of mixing the carbon dioxide gas with the liquid to be treated is not particularly limited, and a method usually performed can be used. For example, carbon dioxide gas can be uniformly mixed with the liquid to be treated by supplying carbon dioxide gas into the liquid to be treated in the form of fine bubbles by means of a nozzle while stirring the liquid to be treated in the
탄산리튬의 용해도는 온도가 높아질수록 낮아지기 때문에 탄산화 공정(S11)에 있어서는, 피처리액을 가온하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 피처리액 중의 리튬과 탄산가스의 반응에서 발생하는 탄산리튬의 용해도가 저하하기 때문에 탄산리튬의 결정의 석출량을 늘릴 수 있다. 또한, 피처리액을 가온함으로써 피처리액에 잔존하는 무기염(본 실시 형태에서는 황산나트륨)의 용해도가 올라가서, 무기염의 결정화를 억제할 수 있다. 따라서, 탄산리튬의 결정과 함께 무기염의 결정이 석출되는 것을 억제할 수 있기 때문에 탄산화 공정에서 탄산리튬을 회수할 때에 탄산리튬의 순도를 높일 수 있다.Since the solubility of lithium carbonate decreases as the temperature increases, it is preferable to heat the liquid to be treated in the carbonation step S11. Accordingly, since the solubility of lithium carbonate generated by the reaction of lithium and carbon dioxide in the liquid to be treated decreases, the amount of precipitated lithium carbonate crystals can be increased. In addition, by heating the liquid to be treated, the solubility of the inorganic salt (sodium sulfate in the present embodiment) remaining in the liquid to be treated increases, and crystallization of the inorganic salt can be suppressed. Therefore, since it is possible to suppress the deposition of crystals of inorganic salts together with crystals of lithium carbonate, it is possible to increase the purity of lithium carbonate when recovering lithium carbonate in the carbonation step.
다음의 고액 분리 공정(S12)에서는 탄산화 공정(S11) 후의 피처리액을 예를 들면, 여과함으로써 리튬 함유액으로부터 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 분리한다. 고액 분리 공정(S12)에 있어서는, 리튬 함유액으로부터 분리한 석출물을 물 등으로 세정함으로써 불순물을 제거하여, 탄산리튬의 순도를 올릴 수 있다. 이 석출물의 세정에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다.In the next solid-liquid separation step (S12), the precipitate containing lithium carbonate crystals is separated from the lithium-containing liquid by, for example, filtering the liquid to be treated after the carbonation step (S11). In the solid-liquid separation step (S12), impurities are removed by washing the precipitate separated from the lithium-containing liquid with water or the like, and the purity of lithium carbonate can be increased. Although the water used for washing|cleaning this precipitate is not specifically limited, It is preferable to use the condensed water which arises when the to-be-processed liquid is evaporated and concentrated in the concentration process (S8), Thus, the effective use of condensed water is possible.
고액 분리 공정(S12) 후의 피처리액(여과액)은 특별히 한정되는 셈은 아니지만, 불순물이 포함되어 있기 때문에 일부는 부로액(burow's solution)으로서 배출하지만, 일부는 다시 계 내로 순환하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 피처리액 중에 잔존하는 리튬을 회수할 수 있기 때문에 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 또한, 상기한 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 세정한 후의 세정 폐액에 대해서도 고액 분리 공정(S12) 후의 피처리액과 함께 다시 계 내로 순환하는 것이 바람직하다.The liquid to be treated (filtrate) after the solid-liquid separation step (S12) is not particularly limited, but since it contains impurities, a part is discharged as a burrow's solution, but it is preferable to circulate a part back into the system. . Accordingly, since the lithium remaining in the liquid to be treated can be recovered, lithium can be recovered at a high recovery rate. In addition, it is preferable that the washing waste liquid after washing the precipitate containing the lithium carbonate crystals is also circulated back into the system together with the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S12).
고액 분리 공정(S12) 후의 피처리액을 다시 계 내로 순환할 때에는, 증발 농축 장치(5)에 공급하여 농축 공정(S8)에서 증발 농축해도 좋지만, 바람직하게는 제 1 pH 조정조(2) 및/또는 제 2 pH 조정조(3)에 공급한다. 고액 분리 공정(S12) 후의 피처리액은 알칼리성이기 때문에 pH 조정 공정(S3, S5)에서 첨가하는 알칼리로서 이용할 수 있다. 나아가서는, 고액 분리 공정(S12) 후의 피처리액이 탄산 이온(CO3 2-)을 많이 포함하고 있으면, 농축 공정(S8)에서 증발 농축될 때에 증발 농축 장치(5)의 열교환기의 전열면에 탄산염의 결정이 석출된다. 그래서 고액 분리 공정(S2, S4) 후의 리튬 함유액은 산성인 이유에서, 해당 리튬 함유액으로 고액 분리 공정(S12) 후의 피처리액을 중화하여 탄산 이온을 탄산가스로서 해당 피처리액으로부터 빼냄으로써 농축 공정(S8)에서 증발 농축 장치(5)의 열교환기의 전열면에 탄산염의 결정이 석출되는 것을 방지할 수 있다.When the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S12) is circulated back into the system, it may be supplied to the
한편, 고액 분리 공정(S10)(냉각 정석 장치(6))에서 피처리액으로부터 분리된 석출물에 포함되는 무기염(본 실시 형태에서는 황산나트륨)의 결정은 용해 공정(S13)(용해조(8))에 공급된다. 용해 공정(S13)에서는 용해조(8) 내에서 무기염의 결정을 소망의 농도로 되도록 예를 들면, 물을 이용하여 용해해서 무기염 용액을 생성한다. 이때의 온도는 특별히 한정되는 것은 아니고, 무기염의 결정을 용해할 수 있는 온도이면 좋다. 또한, 무기염의 용해에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다. 생성된 무기염 용액은 바이폴라막 전기 투석 장치(9)에 공급된다.On the other hand, the crystal of the inorganic salt (sodium sulfate in this embodiment) contained in the precipitate separated from the liquid to be treated in the solid-liquid separation step (S10) (cooling and crystallization device 6) is dissolved in the dissolution step (S13) (dissolution tank 8) is supplied to In a dissolution process (S13), it melt|dissolves using water so that it may become a desired density|concentration in the crystal|crystallization of an inorganic salt in the
다음의 전기 투석 공정(S14)에서는 바이폴라막 전기 투석 장치(9)에 의해 용해 공정(S13) 후의 무기염 용액으로부터 알칼리 및 무기산을 분리하여 회수한다. 바이폴라막 전기 투석 장치(9)로서는, 예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이, 양극(95)과 음극(96)의 사이에 음이온 교환막(91), 양이온 교환막(92) 및 2개의 바이폴라막(93, 94)을 구비하는 셀(90)이 복수 적층된 3실 셀방식의 바이폴라막 전기 투석 장치를 적합하게 사용할 수 있다. 본 실시 형태의 바이폴라막 전기 투석 장치(9)는 음이온 교환막(91) 및 양이온 교환막(92)에 의해 탈염실(R1)을 형성하고, 음이온 교환막(91) 및 한쪽의 바이폴라막(93)의 사이에 산실(R2)을 형성하고, 양이온 교환막(91)과 다른쪽의 바이폴라막(94)의 사이에 알칼리실(R3)을 형성하고 있다. 각 바이폴라막(93, 94)의 외측에는 양극실(R4)과 음극실(R5)이 형성되어 있고, 양극실(R4)에 양극(95)이, 음극실(R5)에 음극(96)이 각각 배치되어 있다.In the next electrodialysis step (S14), the alkali and inorganic acids are separated and recovered from the inorganic salt solution after the dissolution step (S13) by the bipolar
이 전기 투석 공정(S14)에서는 탈염실(R1)에 무기염 용액을 도입하고, 산실(R2) 및 알칼리실(R3)에 각각 순수를 도입한다. 이에 따라, 무기염 용액이 예를 들면, 황산나트륨을 포함하고 있는 경우에는, 탈염실(R1)에서는 나트륨 이온(Na+)은 양이온 교환막(92)을 통과하고, 황산 이온(SO4 2-)은 음이온 교환막(91)을 통과한다. 한편, 산실(R2) 및 알칼리실(R3)에서는 공급된 순수가 바이폴라막(93, 94)에서 수소 이온(H+) 및 수산화물 이온(OH-)에 해리되고, 산실(R2)에서는 수소 이온(H+)이 황산 이온(SO4 2-)과 결합하여 황산(H2SO4)이 생성되고, 알칼리실(R3)에서는 수산화물 이온(OH-)이 나트륨 이온(Na+)과 결합하여 수산화나트륨(NaOH)이 생성된다. 이에 따라, 산실(R2)로부터 무기산으로서 황산(H2SO4)이, 알칼리실(R3)로부터 알칼리로서 수산화나트륨(NaOH)이 각각 회수된다. 또한, 산실(R2) 및 알칼리실(R3)에 도입되는 순수는 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용해도 좋다.In this electrodialysis step (S14), an inorganic salt solution is introduced into the desalting chamber R1, and pure water is introduced into the acid chamber R2 and the alkali chamber R3, respectively. Accordingly, when the inorganic salt solution contains, for example, sodium sulfate, sodium ions (Na + ) pass through the
탈염실(R1)로부터 배출되는 탈염 후의 희박한 무기염 용액(탈염액)은 특별히 한정되는 셈은 아니지만, 리튬을 약간 포함하고 있기 때문에 농축 공정(S8)(증발 농축 장치(5))에 공급하여, 다시 농축한 후에 탄산화 공정(S11)에서 탄산화하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 또한, 탈염액은 본 실시 형태에서는 농축 공정(S8)에 공급하고 있지만, 탈염액에 칼슘 및/또는 마그네슘이 남아 있는 경우에는, 탈염액을 불순물 제거 공정(S7)에 공급해도 좋다. 이에 따라, 칼슘이나 마그네슘을 탈염액으로부터 제거한 후에 농축 공정(S8)에 공급할 수 있다. 또한, 탈염액은 제 1 pH 조정 공정(S3)에 공급해도 좋다. 이에 따라, 탈염액에 코발트가 잔존해 있는 경우에, 코발트의 회수율을 올릴 수 있다.The dilute inorganic salt solution (desalting solution) after desalting discharged from the desalting chamber R1 is not particularly limited, but since it contains a little lithium, it is supplied to the concentration step S8 (evaporative concentration device 5), After concentration again, carbonation is preferably carried out in the carbonation step (S11). Accordingly, lithium can be recovered with a high recovery rate. In addition, although the demineralization liquid is supplied to the concentration process (S8) in this embodiment, when calcium and/or magnesium remain in the desalination liquid, you may supply the demineralization liquid to the impurity removal process S7. Thereby, after removing calcium and magnesium from a desalting liquid, it can supply to a concentration process (S8). In addition, you may supply the desalting liquid to the 1st pH adjustment process (S3). Accordingly, when cobalt remains in the desalting solution, the recovery rate of cobalt can be increased.
또한, 산실(R2)로부터 회수한 무기산(본 실시 형태에서는 황산)은 특별히 한정되는 셈은 아니지만, 산침출조(1)에 공급하여, 산침출 공정(S1)에서 폐리튬 이온 전지를 침출하는 무기산으로서 재이용하는 것이 바람직하다. 또한, 다가 양이온 제거 장치(4)에 공급하여, 불순물 처리 공정(S7)에서 이용하는 킬레이트 수지 또는 이온 교환 수지의 재생액으로서 재이용하는 것이 바람직하다.In addition, the inorganic acid (sulfuric acid in this embodiment) recovered from the acid chamber (R2) is not particularly limited, but is supplied to the
또한, 알칼리실(R3)로부터 회수한 알칼리(본 실시 형태에서는 수산화나트륨)는 특별히 한정되는 셈은 아니지만, pH 조정조(2, 3)에 공급하여, pH 조정 공정(S3, S5)에서 리튬 함유액의 pH 조정을 위한 알칼리로서 재이용하는 것이 바람직하다. 또한, 다가 양이온 제거 장치(4)에 공급하여, 불순물 처리 공정(S7)에서 이용하는 킬레이트 수지 또는 이온 교환 수지의 재생액으로서 재이용하는 것이 바람직하다.In addition, although the alkali (sodium hydroxide in this embodiment) recovered|recovered from alkali chamber R3 is not specifically limited, Lithium-containing liquid is supplied to the
상기한 본 실시 형태의 리튬 회수 방법에 따르면, 탄산화 공정(S11) 전에 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축함으로써 피처리액의 액량을 줄여서 피처리액 중의 리튬 농도를 증가시키고 있다. 따라서, 탄산화 공정(S11)에서 탄산리튬의 결정의 회수율을 양호하게 향상시킬 수 있다.According to the lithium recovery method of the present embodiment described above, by evaporating and concentrating the liquid to be treated in the concentration step (S8) before the carbonation step (S11), the amount of the liquid to be treated is reduced and the lithium concentration in the liquid to be treated is increased. Therefore, the recovery rate of the crystals of lithium carbonate in the carbonation step (S11) can be improved favorably.
또한, 농축 공정(S8) 후의 정석 공정(S9)에 있어서, 피처리액을 냉각 정석함으로써 증발 농축 후의 피처리액의 온도를 내려서 피처리액에 포함되는 무기염(본 실시 형태에서는 황산나트륨)이 결정화할 때까지 용해도를 내리고 있기 때문에 피처리액 중의 무기염의 농도를 감소시킬 수 있다. 또한, 탄산화 공정(S11)에 있어서는, 탄산리튬의 용해도를 내릴 목적으로 피처리액의 온도를 올리기 때문에 피처리액에 잔존하는 무기염의 용해도가 올라가서, 무기염의 결정화를 억제할 수 있다. 따라서, 탄산화 공정(S11)에서 탄산리튬을 회수할 때에 탄산리튬의 순도를 높일 수 있다.Further, in the crystallization step (S9) after the concentration step (S8), the target solution is cooled and crystallized to lower the temperature of the target solution after evaporation and concentration, and the inorganic salt (sodium sulfate in this embodiment) contained in the target solution is crystallized. Since the solubility is lowered until the In addition, in the carbonation step (S11), since the temperature of the liquid to be treated is raised for the purpose of lowering the solubility of lithium carbonate, the solubility of the inorganic salt remaining in the liquid to be treated increases, and crystallization of the inorganic salt can be suppressed. Accordingly, when lithium carbonate is recovered in the carbonation step S11, the purity of the lithium carbonate can be increased.
또한, 본 실시 형태의 리튬 회수 방법에 따르면, 탄산화 공정(S11)에서 탄산리튬의 결정을 회수 후의 피처리액을 폐기하지 않고, 계 내로 순환시켜서 피처리액 중에 잔존하는 리튬을 회수하고 있다. 따라서, 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다.Further, according to the lithium recovery method of the present embodiment, the lithium carbonate remaining in the liquid to be treated is recovered by circulating it in the system without disposing of the liquid to be treated after the crystals of lithium carbonate are recovered in the carbonation step (S11). Therefore, lithium can be recovered with a high recovery rate.
또한, 본 실시 형태의 리튬 회수 방법에 따르면, 고액 분리 공정(S10)에서 피처리액으로부터 분리된 석출물에 포함되는 무기염(본 실시 형태에서는 황산나트륨)의 결정을 용해 공정(S13)에서 용해하여 무기염 용액으로 한 후, 전기 투석 공정(S14)에서 바이폴라막 전기 투석을 실시함으로써 무기염 용액으로부터 무기산 및 알칼리를 회수하고, 또한 탈염 후의 희박한 무기염 용액을 농축 공정(S8)에서 증발 농축한 후, 탄산화 공정(S11)에서 희박한 무기염 용액에 포함되는 리튬을 회수하고 있다. 따라서, 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 또한, 전기 투석 공정(S14)에서 회수한 무기산 및 알칼리를 산침출 공정(S1), pH 조정 공정(S3, S5), 불순물 제거 공정(S7)에 순환시켜서 재이용함으로써 각 공정(S1, S3, S5, S7)에서 사용하는 무기산이나 알칼리의 양을 줄일 수 있다.Further, according to the lithium recovery method of the present embodiment, crystals of an inorganic salt (sodium sulfate in this embodiment) contained in the precipitate separated from the liquid to be treated in the solid-liquid separation step (S10) are dissolved in the dissolution step (S13) to obtain inorganic After making the salt solution, inorganic acids and alkalis are recovered from the inorganic salt solution by performing bipolar membrane electrodialysis in the electrodialysis step (S14), and the dilute inorganic salt solution after desalting is evaporated and concentrated in the concentration step (S8), In the carbonation step (S11), lithium contained in the dilute inorganic salt solution is recovered. Therefore, lithium can be recovered with a high recovery rate. In addition, the inorganic acids and alkalis recovered in the electrodialysis step (S14) are recycled and reused in the acid leaching step (S1), the pH adjustment step (S3, S5), and the impurity removal step (S7) to be reused in each step (S1, S3, S5). , it is possible to reduce the amount of inorganic acid or alkali used in S7).
또한, 본 실시 형태의 리튬 회수 방법에 따르면, 불순물 제거 공정(S7)에서 피처리액에 포함되는 칼슘이나 마그네슘 등의 다가 양이온을 제거하고 있다. 이에 따라, 탄산화 공정(S11) 후의 고액 분리 공정(S12)에서 석출물을 분리한 피처리액 중의 불순물의 양이 줄어듦으로써 고액 분리 공정(S12) 후의 피처리액의 대부분을 다시 계 내로 순환할 수 있다. 따라서, 고액 분리 공정(S12) 후의 피처리액 중에 잔존하는 리튬을 보다 많이 회수할 수 있기 때문에 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 또한, 전기 투석 공정(S14)에서 전기 투석되는 무기 용액 중의 불순물의 양도 줄어들기 때문에 바이폴라 전기 투석 장치(9)의 양이온 교환막이 스케일링에 의해 성능 저하하는 것을 방지할 수 있어서, 바이폴라막의 성능을 높게 유지할 수 있다.In addition, according to the lithium recovery method of the present embodiment, polyvalent cations such as calcium and magnesium contained in the liquid to be treated are removed in the impurity removal step (S7). Accordingly, the amount of impurities in the liquid to be treated from which precipitates are separated in the solid-liquid separation step (S12) after the carbonation step (S11) is reduced, so that most of the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S12) can be circulated back into the system. . Therefore, since more lithium remaining in the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S12 can be recovered, lithium can be recovered at a high recovery rate. In addition, since the amount of impurities in the inorganic solution to be electrodialyzed in the electrodialysis step S14 is reduced, it is possible to prevent the performance of the cation exchange membrane of the
또한, 본 실시 형태의 리튬 회수 방법에 따르면, 농축 공정(S8)에서 발생하는 응축수를 각종 처리에 이용하고 있기 때문에 응축수를 유효 이용할 수 있다. 또한, 응축수를 이용하여 각 고액 분리 공정(S4, S6, S10, S12)에 의해 얻어진 결정을 세정함으로써 각 결정의 회수율을 양호하게 향상시킬 수 있다.In addition, according to the lithium recovery method of this embodiment, since the condensed water generated in the concentration step S8 is used for various treatments, the condensed water can be effectively used. In addition, by washing the crystals obtained by the respective solid-liquid separation steps S4, S6, S10, and S12 using condensed water, the recovery rate of each crystal can be improved favorably.
이상, 제 1 양태의 리튬 회수 방법의 일 실시 형태에 대하여 설명했지만, 제 1 양태의 리튬 회수 방법은 도 1 및 도 2의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 여러 가지 변경이 가능하다.As mentioned above, although one embodiment of the lithium recovery method of the first aspect has been described, the lithium recovery method of the first aspect is not limited to the embodiments shown in Figs. There are several possible changes.
예를 들면, 도 1 및 도 2의 실시 형태에서는 농축 공정(S8) 전의 피처리액에 대하여 칼슘 및/또는 마그네슘을 적어도 제거하는 불순물 제거 공정(S7)을 실시하고 있지만, 이에 대신하여 또는 이에 추가하여 전기 투석 공정(S14) 전의 무기염 용액에 대하여 동일하게 칼슘 및/또는 마그네슘을 적어도 제거하는 불순물 제거 공정을 실시해도 좋다.For example, in the embodiment of FIGS. 1 and 2 , an impurity removal step (S7) of at least removing calcium and/or magnesium from the liquid to be treated before the concentration step (S8) is performed, but instead of or in addition to this Thus, an impurity removal step of removing at least calcium and/or magnesium may be performed similarly to the inorganic salt solution before the electrodialysis step (S14).
또한, 도 1 및 도 2의 실시 형태에서는 전기 투석 공정(S14)에서 회수한 알칼리를 제 1 pH 조정 공정(S3) 및 제 2 pH 조정 공정(S5)에 공급하고 있지만, 어느 한쪽에만 공급하도록 구성해도 좋다.1 and 2, the alkali recovered in the electrodialysis step (S14) is supplied to the first pH adjustment step (S3) and the second pH adjustment step (S5), but only either one is supplied. good to do
또한, 도 1 및 도 2의 실시 형태에서는 pH 조정 공정(S3, S5)이 제 1 pH 조정 공정(S3) 및 제 2 pH 조정 공정(S5)을 포함하고 있지만, 폐리튬 이온 전지에 포함되는 성분에 따라서 3개 이상의 공정을 포함하도록 구성해도 좋고, 1개의 공정만을 포함하도록 구성해도 좋다.In addition, in the embodiment of FIG. 1 and FIG. 2, although the pH adjustment process (S3, S5) includes the 1st pH adjustment process (S3) and the 2nd pH adjustment process (S5), the component contained in a waste lithium ion battery It may be configured to include three or more steps, or may be configured to include only one step.
또한, 도 1 및 도 2의 실시 형태에 있어서, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 용해 공정(S13) 후에서 전기 투석 공정(S14) 전에 무기염 용액에 포함되는 예를 들면, 실리카 등의 불순물을 제거하기 위한 처리 공정을 실시해도 좋다. 이 처리 공정은 불순물 제거 공정(S7)에 대신하여 또는 불순물 제거 공정(S7)에 추가하여 실시할 수 있다.In addition, in the embodiment of Figs. 1 and 2, as shown in Figs. 4 and 5, after the dissolution step (S13) and before the electrodialysis step (S14), the inorganic salt solution contains, for example, silica, etc. A treatment step for removing impurities of This treatment step can be performed instead of the impurity removing step S7 or in addition to the impurity removing step S7.
구체적으로는 우선, 재결정 공정(S13-1)에서 무기염 용액에 포함되는 무기염(본 실시 형태에서는 황산나트륨)을 재결정시킨다. 무기염 용액에 포함되는 무기염을 재결정시키는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 상기한 정석 공정(S9)의 냉각 정석 장치(6)와 동일한 냉각 정석 장치(10)에 의한 냉각 정석을 이용할 수 있다. 즉, 무기염과 실리카에서 포화 용해도나 용해도의 온도 의존성이 다른 것을 이용하여 무기염의 결정만을 석출시킬 수 있고, 공급 농도에서의 실리카의 석출 온도 이상으로서, 무기염의 석출 온도 이하로 냉각함으로써 무기염의 결정을 석출시킨다. 이때, 황산나트륨은 황산나트륨+수화물(Na2SO4ㆍ10H2O)의 형태로 석출된다. 또한, 무기염 용액은 사전에 무기염의 정석에 적합한 무기염의 농도까지 농축해도 좋다. 본 실시 형태에서는 재결정 공정(S13-1)에서 냉각 정석 장치(10)를 사용하고 있지만, 순도가 높은 결정이 석출되는 정석 방법이면 좋고, 예를 들면, 증발 정석 장치 등을 이용할 수도 있다.Specifically, first, the inorganic salt (sodium sulfate in the present embodiment) contained in the inorganic salt solution in the recrystallization step (S13-1) is recrystallized. It does not specifically limit about the method of recrystallizing the inorganic salt contained in an inorganic salt solution, For example, cooling and crystallization by the cooling and
무기염의 결정을 재석출시킨 후, 고액 분리 공정(S13-2)에서 무기염의 결정을 포함하는 수용액으로부터 해당 무기염의 결정을 분리하고, 재결정 처리한 무기염의 결정을 회수한다. 고액 분리하는 방법으로서는, 예를 들면, 가압 여과(필터 프레스), 진공 여과, 원심 여과 등의 각종 여과 장치나 디캔터형과 같은 원심 분리 장치 등, 공지의 고액 분리 장치를 이용할 수 있다.After recrystallizing the crystals of the inorganic salts, the crystals of the inorganic salts are separated from the aqueous solution containing the crystals of the inorganic salts in the solid-liquid separation step (S13-2), and the crystals of the inorganic salts subjected to the recrystallization treatment are recovered. As a method of solid-liquid separation, well-known solid-liquid separation apparatuses, such as various filtration apparatuses, such as pressure filtration (filter press), vacuum filtration, and centrifugal filtration, and a centrifugal separation apparatus like a decanter type, can be used, for example.
그리고 재용해 공정(S13-3)에 있어서, 회수한 무기염의 결정을 재용해조(11) 내에서 소망의 농도로 되도록 예를 들면, 물을 이용하여 용해해서 무기염 용액을 다시 생성한다. 이때의 온도는 특별히 한정되는 것은 아니고, 무기염의 결정을 용해할 수 있는 온도이면 좋다. 또한, 무기염의 용해에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다. 다시 생성된 무기염 용액은 바이폴라막 전기 투석 장치(9)에 공급된다. 또한, 재결정 공정(S13-1)으로부터 재용해 공정(S13-3)에서 무기염 용액으로부터 제거되는 불순물에는, 실리카에 추가하여 칼슘 및/또는 마그네슘이 포함되어 있어도 좋다.Then, in the re-dissolving step (S13-3), the recovered inorganic salt crystals are dissolved in the
도 4 및 도 5의 실시 형태에서는 전기 투석 공정(S14) 전에 무기염 용액에 포함되는 실리카를 제거하고 있다. 이에 따라, 전기 투석 공정(S14)에서 전기 투석되는 무기 용액 중의 불순물의 양도 줄어들기 때문에 바이폴라막의 성능을 높게 유지할 수 있다. 또한, 전기 투석 공정(S14) 후의 희박한 무기염 용액(탈염액)을 증발 농축 장치(5)에 공급하여 농축 공정(S8)에서 다시 증발 농축하는 데 있어서, 탈염액의 불순물의 양이 줄어들고 있는 것에 의해 농축 공정(S8)에서 증발 농축 장치(5)의 열교환기의 전열면에 스케일이 발생하여 부착하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 탄산화 공정(S11) 후의 고액 분리 공정(S12)에서 석출물을 분리한 피처리액 중의 불순물의 양이 줄어듦으로써 고액 분리 공정(S12) 후의 피처리액의 대부분을 다시 계 내로 순환할 수 있다. 따라서, 고액 분리 공정(S12) 후의 피처리액 중에 잔존하는 리튬을 보다 많이 회수할 수 있기 때문에 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다.4 and 5, the silica contained in the inorganic salt solution is removed before the electrodialysis step (S14). Accordingly, since the amount of impurities in the inorganic solution electrodialyzed in the electrodialysis step S14 is reduced, the performance of the bipolar film can be maintained high. In addition, when the dilute inorganic salt solution (desalted solution) after the electrodialysis step (S14) is supplied to the
또한, 도 1 및 도 2의 실시 형태에 있어서, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 산침출 공정(S1) 전에 폐리튬 이온 전지를 배소하는 배소 공정(S0)을 더 가지고 있어도 좋다. 배소 공정(S0)에 있어서, 폐리튬 이온 전지를 배소하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 배소 장치(12)를 이용할 수 있다.In addition, in the embodiment of FIGS. 1 and 2 , as shown in FIGS. 6 and 7 , a roasting step S0 of roasting the spent lithium ion battery before the acid leaching step S1 may be further included. In the roasting step S0, the method of roasting the spent lithium ion battery is not particularly limited, and a known
도 6 및 도 7의 실시 형태에서는 배소 장치(12)(배소 공정(S0))에서 발생한 배기가스를 탄산화조(7)에 공급하고, 탄산화 공정(S11)에서 배기가스를 탄산가스로서 피처리액에 혼합하고 있다. 이에 따라, 탄산화 공정(S11)에서 사용하는 탄산가스의 양을 줄일 수 있다. 또한, 도 4 및 도 5의 실시 형태에 대해서도, 산침출 공정(S1) 전에 폐리튬 이온 전지를 배소하는 배소 공정(S0)을 실행 가능한 것은 말할 것도 없다.6 and 7, the exhaust gas generated in the roasting device 12 (roasting step S0) is supplied to the
제 2 양태의 리튬 회수 방법Lithium recovery method of the second aspect
본 개시의 제 2 양태의 리튬 회수 방법은 리튬 및 무기염이 적어도 용해한 피처리액을 대기압보다도 압력이 낮은 저압하에서 가열하여 증발 농축하는 농축 공정과, 상기 농축 공정 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가하는 탄산화 공정과, 상기 탄산화 공정에 의해 석출된 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 고액 분리 공정을 포함하고, 상기 탄산화 공정에서는 피처리액의 온도가 상기 농축 공정에서의 피처리액의 증발 온도 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.The lithium recovery method of the second aspect of the present disclosure includes a concentration step of heating and concentrating a liquid to be treated, in which lithium and inorganic salts are at least dissolved, under a low pressure lower than atmospheric pressure, and mixing carbon dioxide gas with the liquid to be treated after the concentration step. and/or a carbonation step of adding a water-soluble carbonate, and a solid-liquid separation step of separating a precipitate including crystals of lithium carbonate precipitated by the carbonation step from a target liquid, wherein in the carbonation step, the target liquid It is characterized in that the temperature of is equal to or higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated in the concentration step.
단락 0102, 단락 0103에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서, 상기 농축 공정에서는 10kPa 이상 70kPa 이하의 압력하에서 피처리액을 증발 농축하는 것이 바람직하다.In the lithium recovery method described in paragraphs 0102 and 0103, in the concentration step, it is preferable to evaporate and concentrate the liquid to be treated under a pressure of 10 kPa or more and 70 kPa or less.
또한, 단락 0102, 단락 0103, 또는 단락 0104에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 고액 분리 공정 후의 피처리액의 적어도 일부를 상기 농축 공정에서 증발 농축하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method described in Paragraph 0102, Paragraph 0103, or Paragraph 0104, it is preferable that at least a part of the liquid to be treated after the solid-liquid separation step is concentrated by evaporation in the concentration step.
또한, 단락 0102에서 단락 0105 중 어느 하나에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서, 상기 농축 공정에서는 피처리액에 포함되는 무기염을 결정으로서 석출시키고, 상기 농축 공정 후의 피처리액으로부터 분리된 석출물에 결정으로서 포함되는 무기염을 용해하여 무기염 용액을 생성하는 용해 공정과, 상기 용해 공정에 의해 얻어진 무기염 용액에 대하여 바이폴라막 전기 투석을 실시함으로써 해당 무기염 용액으로부터 알칼리와 함께 무기산을 분리하여 회수하는 전기 투석 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method according to any one of paragraphs 0102 to 0105, in the concentration step, inorganic salts contained in the liquid to be treated are precipitated as crystals, and as crystals in the precipitate separated from the liquid to be treated after the concentration step. Dissolution step of dissolving the inorganic salt contained therein to produce an inorganic salt solution, and bipolar membrane electrodialysis on the inorganic salt solution obtained by the dissolution step to separate and recover the inorganic acid together with the alkali from the inorganic salt solution It is preferable to further include a dialysis process.
또한, 단락 0102서 단락 0106 중 어느 하나에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 농축 공정 전에 폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출하여 리튬을 용출하는 산침출 공정과, 상기 산침출 공정에 의해 얻어진 리튬 함유액에 알칼리를 첨가하여 pH를 조정하는 pH 조정 공정을 더 포함하고, 상기 pH 조정 공정에 의해 석출된 석출물을 리튬 함유액으로부터 분리함으로써 피처리액이 생성되는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method according to any one of paragraphs 0102 to 0106, an acid leaching step of leaching lithium by leaching a spent lithium ion battery with an inorganic acid before the concentration step, and a lithium-containing liquid obtained by the acid leaching step It is preferable that the liquid to be treated is produced by further comprising a pH adjustment step of adjusting the pH by adding an alkali to the solution, and separating the precipitates precipitated by the pH adjustment step from the lithium-containing liquid.
또한, 단락 0107에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 고액 분리 공정 후의 피처리액의 적어도 일부를 상기 pH 조정 공정에서 첨가하는 알칼리로서 재이용하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method described in paragraph 0107, it is preferable to reuse at least a part of the liquid to be treated after the solid-liquid separation step as the alkali added in the pH adjustment step.
또한, 단락 0107 또는 단락 0108에 기재된 리튬 회수 방법에 있어서는, 상기 전기 투석 공정에서 회수한 알칼리를 상기 pH 조정 공정에서 첨가하는 알칼리로서 재이용하고, 상기 전기 투석 공정에서 회수한 무기산을 상기 산침출 공정에서 이용하는 무기산으로서 재이용하는 것이 바람직하다.Further, in the lithium recovery method described in paragraph 0107 or 0108, the alkali recovered in the electrodialysis step is reused as an alkali added in the pH adjustment step, and the inorganic acid recovered in the electrodialysis step is used in the acid leaching step. It is preferable to reuse as an inorganic acid to be used.
본 개시의 제 2 양태의 리튬 회수 방법에 따르면, 탄산화 공정 전에 농축 공정에서 피처리액을 증발 농축함으로써 피처리액의 액량을 줄여서 피처리액 중의 리튬 농도를 증가시키고 있다. 따라서, 탄산화 공정에서 탄산리튬의 회수율을 양호하게 향상시킬 수 있다.According to the lithium recovery method of the second aspect of the present disclosure, by evaporating and concentrating the liquid to be treated in the concentration step before the carbonation step, the amount of the liquid to be treated is reduced and the lithium concentration in the liquid to be treated is increased. Therefore, the recovery rate of lithium carbonate in the carbonation process can be improved favorably.
또한, 농축 공정에 있어서, 저압하에서 피처리액을 증발 농축함으로써 대기압하에서 피처리액을 증발 농축하는 것보다도 증발 농축 후의 피처리액의 온도를 낮게 할 수 있다. 그 때문에, 그 후의 탄산화 공정에서 피처리액의 온도를 올릴 여지를 크게 확보할 수 있고, 또한 저압하에서는 피처리액의 증발 온도(피처리액에 포함되는 물의 비점)가 내려가기 때문에 피처리액의 증발 농축에 필요한 에너지를 낮게 억제하여 에너지 절약화를 도모할 수 있다. 그리고 탄산화 공정에서 피처리액의 온도가 낮으면, 피처리액에 포함되는 무기염이 결정화하기 때문에 탄산화 시의 피처리액의 온도를 농축 공정에서의 피처리액의 증발 온도보다도 올림으로써 피처리액에 잔존하는 무기염의 용해도가 올라가서, 탄산화 시에 무기염의 결정화를 억제할 수 있다. 또한, 탄산화 시에 피처리액의 온도가 높으면, 탄산리튬의 용해도가 내려가서, 탄산리튬의 결정의 회수량을 늘릴 수 있다. 따라서, 고순도의 탄산리튬을 고효율로 얻는 것을 높일 수 있다.Further, in the concentration step, by evaporating and concentrating the liquid to be treated under low pressure, the temperature of the liquid to be treated after evaporation and concentration can be lowered than that of evaporating the liquid to be treated under atmospheric pressure. Therefore, it is possible to secure a large room for raising the temperature of the liquid to be treated in the subsequent carbonation step, and since the evaporation temperature of the liquid to be treated (boiling point of water contained in the liquid to be treated) is lowered under low pressure, the temperature of the liquid to be treated is lowered. Energy required for evaporation and concentration can be suppressed to a low level, and energy saving can be achieved. In addition, if the temperature of the liquid to be treated in the carbonation step is low, the inorganic salt contained in the liquid to be treated crystallizes. Therefore, the temperature of the liquid to be treated during carbonation is raised above the evaporation temperature of the liquid to be treated in the concentration step, thereby increasing the temperature of the liquid to be treated. The solubility of the inorganic salt remaining in the mixture is increased, and crystallization of the inorganic salt can be suppressed during carbonation. In addition, if the temperature of the liquid to be treated is high during carbonation, the solubility of lithium carbonate decreases, and the amount of recovery of crystals of lithium carbonate can be increased. Accordingly, it is possible to increase the efficiency in obtaining high-purity lithium carbonate.
도 8은 본 개시의 제 2 양태의 리튬 회수 방법의 실시 형태에 대하여 각 공정의 순서를 도시하고, 도 9는 도 8의 리튬 회수 방법을 실시하는 처리 장치(10)의 개략 구성을 도시한다. 본 실시 형태의 리튬 회수 방법은 리튬에 추가하여, 염산, 황산, 불산, 인산 등의 강산과, 칼륨, 나트륨 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 무기염을 포함하는 피처리액을 처리하는 데 적합하게 이용할 수 있고, 특히, 폐리튬 이온 전지로부터 리튬을 회수하는 데 적합하게 이용할 수 있다. 이하에서는 폐리튬 이온 전지로부터 리튬을 회수하는 경우를 예로 하여 설명한다.FIG. 8 shows the sequence of each step with respect to the embodiment of the lithium recovery method of the second aspect of the present disclosure, and FIG. 9 shows a schematic configuration of a
본 실시 형태의 리튬 회수 방법은,The lithium recovery method of this embodiment comprises:
-폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출하여 리튬을 용출하는 산침출 공정(S1)과,-Acid leaching process (S1) of leaching lithium by leaching the spent lithium ion battery with an inorganic acid;
-산침출 공정(S1)에 의해 얻어진 리튬 함유액으로부터 불용 잔사를 분리하는 고액 분리 공정(S2)과,- a solid-liquid separation step (S2) of separating insoluble residues from the lithium-containing liquid obtained by the acid leaching step (S1);
-고액 분리 공정(S2) 후의 리튬 함유액에 알칼리를 첨가하여 pH를 조정하는 pH 조정 공정(S3, S5)과,- A pH adjustment step (S3, S5) of adjusting the pH by adding an alkali to the lithium-containing liquid after the solid-liquid separation step (S2);
-pH 조정 공정(S3, S5) 후의 리튬 함유액으로부터 석출물을 분리하는 고액 분리 공정(S4, S6)과,- a solid-liquid separation step (S4, S6) of separating the precipitate from the lithium-containing liquid after the pH adjustment step (S3, S5);
-pH 조정 공정(S3, S5) 후의 리튬 함유액으로부터 석출물을 분리한 피처리액에 대하여 킬레이트 처리를 실시하는 불순물 제거 공정(S7)과,an impurity removal step (S7) of performing a chelating treatment on the liquid to be treated in which precipitates are separated from the lithium-containing liquid after the pH adjustment steps (S3, S5);
-불순물 제거 공정(S7) 후의 리튬 및 무기염이 적어도 용해한 피처리액을 증발 농축하는 농축 공정(S8)과,- Concentration step (S8) of evaporating and concentrating the liquid to be treated in which lithium and inorganic salts are at least dissolved after the impurity removal step (S7);
-농축 공정(S8) 후의 피처리액으로부터 무기염의 결정을 포함하는 석출물을 분리하는 고액 분리 공정(S9)과,- A solid-liquid separation step (S9) of separating a precipitate containing inorganic salt crystals from the liquid to be treated after the concentration step (S8);
-고액 분리 공정(S9) 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가하는 탄산화 공정(S10)과,- Carbonation step (S10) of mixing carbon dioxide gas and/or adding water-soluble carbonate to the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S9);
-탄산화 공정(S10)에 의해 석출된 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 고액 분리 공정(S11)- Solid-liquid separation process (S11) of separating the precipitate containing the crystals of lithium carbonate precipitated by the carbonation process (S10) from the liquid to be treated
을 포함한다. 본 실시 형태의 리튬 회수 방법은,includes The lithium recovery method of this embodiment comprises:
-고액 분리 공정(S9)에서 피처리액으로부터 분리된 석출물에 포함되는 무기염의 결정을 용해하여 무기염 용액을 생성하는 용해 공정(S12)과,- A dissolution step (S12) of dissolving inorganic salt crystals contained in the precipitate separated from the liquid to be treated in the solid-liquid separation step (S9) to produce an inorganic salt solution;
-용해 공정(S12) 후의 무기염 용액에 대하여 바이폴라막 전기 투석을 실시함으로써 해당 무기염 용액으로부터 알칼리 및 무기산을 분리하여 회수하는 전기 투석 공정(S1)- Electrodialysis step (S1) of separating and recovering alkali and inorganic acids from the inorganic salt solution by performing bipolar membrane electrodialysis on the inorganic salt solution after the dissolution step (S12)
을 더 가진다.have more
리튬을 회수하는 대상의 폐리튬 이온 전지는 상기한 제 1 양태와 동일하다.A waste lithium ion battery to be recovered from lithium is the same as in the first aspect.
우선, 산침출 공정(S1)에서는 상기한 폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출함으로써 리튬 외에, 예를 들면, 알루미늄, 니켈, 코발트, 철 등의 금속을 용출한다. 무기산으로서는, 예를 들면, 황산, 염산, 질산, 인산 등을 이용할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 염산이 이용되고 있다.First, in the acid leaching step (S1), metals such as aluminum, nickel, cobalt, and iron are eluted in addition to lithium by leaching the above-described spent lithium ion battery with an inorganic acid. As the inorganic acid, for example, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and the like can be used, but hydrochloric acid is used in the present embodiment.
산침출 공정(S1)에 있어서, 폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상 실시되고 있는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 산침출조(1) 내에서 폐리튬 이온 전지를 예를 들면, 염산 수용액 등의 무기산의 수용액에 침지시켜서 사전 결정 시간 교반함으로써 상기한 리튬 등의 금속이 용해한 리튬 함유액을 얻는다.In the acid leaching step (S1), the method for leaching a spent lithium ion battery with an inorganic acid is not particularly limited, and a method commonly used can be used. For example, in the
다음의 고액 분리 공정(S2)에서는 산침출 공정(S1)에 의해 얻어진 리튬 함유액을 예를 들면, 여과함으로써 리튬 함유액으로부터 불용 잔사를 분리한다. 불용 잔사는 주로 무기산에 용해하지 않는 탄소 재료, 금속 재료, 유기 재료이다. 고액 분리하는 방법으로서는, 예를 들면, 가압 여과(필터 프레스), 진공 여과, 원심 여과 등의 각종 여과 장치나 디캔터형과 같은 원심 분리 장치 등, 공지의 고액 분리 장치를 이용할 수 있다. 또한, 이하의 고액 분리 공정(S4, S6, S9, S11) 등에서도 동일하다.In the next solid-liquid separation step (S2), the lithium-containing liquid obtained in the acid leaching step (S1) is filtered, for example, to separate insoluble residues from the lithium-containing liquid. The insoluble residues are mainly carbon materials, metal materials, and organic materials that do not dissolve in inorganic acids. As a method of solid-liquid separation, well-known solid-liquid separation apparatuses, such as various filtration apparatuses, such as pressure filtration (filter press), vacuum filtration, and centrifugal filtration, and a centrifugal separation apparatus like a decanter type, can be used, for example. The same applies to the following solid-liquid separation steps (S4, S6, S9, S11).
다음의 pH 조정 공정(S3, S5)에서는 고액 분리 공정(S2) 후의 리튬 함유액(여과액)에 알칼리를 첨가하고, pH를 사전에 결정된 범위로 조정함으로써 리튬 함유액 중의 상기한 금속 중, 리튬 이외의 금속을 리튬 함유액으로부터 제거한다. 알칼리로서는, 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등을 이용할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 저비용이고 또한 취급하기 쉬운 점에서 수산화나트륨이 이용되고 있다.In the following pH adjustment steps (S3 and S5), an alkali is added to the lithium-containing liquid (filtrate) after the solid-liquid separation step (S2) and the pH is adjusted to a predetermined range, so that among the above metals in the lithium-containing liquid, lithium Other metals are removed from the lithium-containing liquid. As the alkali, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, etc. can be used, but in the present embodiment, sodium hydroxide is used because of its low cost and ease of handling.
pH 조정 공정(S3, S5)에 있어서, 리튬 함유액의 pH를 조정하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상 실시되고 있는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 제 1 pH 조정조(2) 및 제 2 pH 조정조(3) 내에서 리튬 함유액을 교반하면서 예를 들면, 수산화나트륨 수용액 등의 알칼리의 수용액을 첨가함으로써 리튬 함유액 중의 리튬 이외의 금속을 수산화물 등의 무기염의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 본 실시 형태에서 pH 조정 공정(S3, S5)은 제 1 pH 조정 공정(S3)과 제 2 pH 조정 공정(S5)으로 나누어져 있다.In the pH adjustment step (S3, S5), the method for adjusting the pH of the lithium-containing liquid is not particularly limited, and a method generally used can be used. For example, by adding an aqueous alkali solution such as sodium hydroxide aqueous solution while stirring the lithium-containing liquid in the first
제 1 pH 조정 공정(S3)에서는 알칼리의 첨가에 의해 리튬 함유액의 pH를 4~7, 바람직하게는 4~6, 보다 바람직하게는 4~5로 조정한다. 이에 따라, 리튬 함유액 중의 불순물 금속(예를 들면, 알루미늄, 철)을 수산화물(예를 들면, 수산화알루미늄, 수산화철) 등의 무기염의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 제 1 pH 조정 공정(S3)에서는 리튬 함유액을 예를 들면, 30℃~80℃로 일정 온도로 가온하면서 실시하는 것이 바람직하다.In the first pH adjustment step (S3), the pH of the lithium-containing liquid is adjusted to 4 to 7, preferably 4 to 6, more preferably 4 to 5 by addition of an alkali. As a result, impurity metals (eg, aluminum, iron) in the lithium-containing liquid are precipitated and precipitated as crystals of inorganic salts such as hydroxides (eg, aluminum hydroxide and iron hydroxide). In the first pH adjustment step (S3), it is preferable to carry out the lithium-containing liquid while heating the lithium-containing liquid to a constant temperature, for example, from 30°C to 80°C.
제 1 pH 조정 공정(S3)에서 첨가되는 알칼리의 수용액은 알칼리 농도가 1.0㏖/L 미만으로 희박한 것이 바람직하다. 이에 따라, 상세는 후술하지만, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 리튬 함유액 중의 코발트가 불순물 금속과 함께 코발트염의 결정으로서 석출, 침전하여 리튬 함유액으로부터 제거되는 것을 억제할 수 있다. 다만, 알칼리 농도가 과도하게 낮으면, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 pH 조정을 위해 알칼리의 수용액을 대량으로 사용할 필요가 있고, 또한 pH 조정 후의 리튬 함유액의 액량도 다량으로 되기 때문에 알칼리 농도의 하한은 0.1㏖/L 이상인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 리튬 함유액 중의 코발트가 리튬 함유액으로부터 제거되는 것을 효과적으로 억제하기 위해서는, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 첨가되는 알칼리의 수용액의 알칼리 농도는 0.5㏖/L 이하인 것이 바람직하고, 0.2㏖/L 이하인 것이 보다 바람직하다.It is preferable that the alkali concentration of the aqueous solution of the alkali added in the 1st pH adjustment process (S3) is less than 1.0 mol/L and the dilute thing. Accordingly, although details will be described later, it is possible to suppress the cobalt in the lithium-containing liquid from being removed from the lithium-containing liquid by precipitation and precipitation as crystals of a cobalt salt together with the impurity metal in the first pH adjustment step (S3). However, if the alkali concentration is excessively low, it is necessary to use a large amount of an aqueous alkali solution for pH adjustment in the first pH adjustment step S3, and the amount of the lithium-containing liquid after pH adjustment also becomes large, so the alkali concentration It is preferable that the lower limit of is 0.1 mol/L or more. In addition, in order to effectively suppress the removal of cobalt in the lithium-containing liquid from the lithium-containing liquid in the first pH adjustment step (S3), the alkali concentration of the aqueous alkali solution added in the first pH adjustment step (S3) is 0.5 mol/ It is preferable that it is L or less, and it is more preferable that it is 0.2 mol/L or less.
또한, 이 제 1 pH 조정 공정(S3)에 있어서는, pH 조정에 사용하는 알칼리의 수용액량을 줄이기 위해, 리튬 함유액의 pH가 4보다 작은 사전 결정값으로 될 때가지는 1.0㏖/L 이상의 짙은 알칼리 농도를 가지는 알칼리의 수용액을 리튬 함유액에 첨가하고, 리튬 함유액의 pH가 사전 결정값으로 된 후에는, 1.0㏖/L 미만의 옅은 알칼리 농도를 가지는 알칼리의 수용액을 리튬 함유액에 첨가함으로써 리튬 함유액의 pH를 4~7로 조정할 수도 있다. 상기한 리튬 함유액의 pH의 사전 결정값으로서는, 2~3의 범위 내에서 설정할 수 있다.In addition, in this 1st pH adjustment process (S3), in order to reduce the amount of aqueous solution of the alkali used for pH adjustment, it is a deep alkali 1.0 mol/L or more until the pH of a lithium-containing liquid becomes a predetermined value smaller than 4. An aqueous alkali solution having a concentration is added to the lithium-containing liquid, and after the pH of the lithium-containing liquid reaches a predetermined value, an aqueous alkali solution having a light alkali concentration of less than 1.0 mol/L is added to the lithium-containing liquid by adding lithium The pH of the contained liquid can also be adjusted to 4-7. As a predetermined value of the pH of the above-described lithium-containing liquid, it can be set within the range of 2-3.
제 1 pH공정(S3)에서 석출, 침전한 석출물은 다음의 고액 분리 공정(S4)에 있어서, 리튬 함유액을 예를 들면, 여과함으로써 리튬 함유액으로부터 분리된다. 또한, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 리튬 함유액으로부터 제거되는 불순물 금속에는, 그 밖에, 구리 등이 포함되어 있어도 좋다. 고액 분리 공정(S4)에 있어서는, 석출물을 세정액으로 세정하고, 세정한 후의 세정 폐액을 리튬 함유액(여과액)과 함께 다음의 제 2 pH 조정 공정(S5)에 공급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 세정 폐액에 포함되는 리튬에 대해서도 리튬 함유액에 포함되는 리튬과 함께 제 2 pH 조정 공정(S5)으로부터 탄산화 공정(S10)에 공급할 수 있고, 후술하는 탄산화 공정(S10)에서 탄산화함으로써 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 이 석출물의 세정에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 후술하는 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다.The precipitates deposited and precipitated in the first pH step (S3) are separated from the lithium-containing liquid by, for example, filtering the lithium-containing liquid in the following solid-liquid separation step (S4). In addition, copper etc. may be contained in the impurity metal removed from the lithium-containing liquid in the 1st pH adjustment process (S3). In the solid-liquid separation step (S4), it is preferable to wash the precipitate with a washing liquid, and to supply the washing waste liquid after washing to the next second pH adjustment process (S5) together with the lithium-containing liquid (filtrate). Accordingly, even lithium contained in the washing waste liquid can be supplied together with lithium contained in the lithium-containing liquid from the second pH adjustment step (S5) to the carbonation step (S10), and lithium is carbonated by carbonation in the carbonation step (S10) described later. can be recovered with a high recovery rate. Although the water used for washing|cleaning this precipitate is not specifically limited, It is preferable to use the condensed water generated when the to-be-processed liquid is evaporated and concentrated in the concentration process (S8) mentioned later, Thus, the effective use of condensed water is possible.
제 2 pH 조정 공정(S5)에서는 고액 분리 공정(S4) 후의 리튬 함유액에 알칼리를 첨가하여, pH를 7 이상, 바람직하게는 7~13, 보다 바람직하게는 7~11, 더욱 바람직하게는 8~10의 범위로 조정한다. 이에 따라, 리튬 함유액 중의 유가 금속(예를 들면, 코발트, 니켈)을 수산화물(예를 들면, 수산화코발트, 수산화니켈) 등의 무기염의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 제 2 pH 조정 공정(S5)에서는 리튬 함유액을 예를 들면, 30℃~80℃로 일정 온도로 가온하면서 실시하는 것이 바람직하다. 제 2 pH 조정 공정(S5)에서 첨가되는 알칼리의 수용액의 알칼리 농도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 사용한 알칼리의 수용액의 알칼리 농도 이상인 것이 바람직하고, 나아가서는, 알칼리 농도가 0.2㏖/L 이상인 것이 바람직하다.In the second pH adjustment step (S5), an alkali is added to the lithium-containing liquid after the solid-liquid separation step (S4) to raise the pH to 7 or more, preferably 7 to 13, more preferably 7 to 11, still more preferably 8 Adjust in the range of ~10. Thereby, valuable metals (eg, cobalt, nickel) in the lithium-containing liquid are precipitated and precipitated as crystals of inorganic salts such as hydroxides (eg, cobalt hydroxide, nickel hydroxide). In the second pH adjustment step (S5), it is preferable to carry out the lithium-containing liquid while heating the lithium-containing liquid to a constant temperature, for example, from 30°C to 80°C. Although the alkali concentration of the aqueous solution of alkali added in the 2nd pH adjustment process (S5) is not specifically limited, It is preferable that it is more than the alkali concentration of the aqueous solution of alkali used in the 1st pH adjustment process (S3), Furthermore, the alkali concentration It is preferable that is 0.2 mol/L or more.
제 2 pH 조정 공정(S5)에서 석출, 침전한 석출물은 다음의 고액 분리 공정(S6)에 있어서, 리튬 함유액을 예를 들면, 여과함으로써 리튬 함유액으로부터 분리된다. 또한, 제 2 pH 조정 공정(S5)에서 리튬 함유액으로부터 제거되는 유가 금속에는, 그 밖에, 망간 등이 포함되어 있어도 좋다.The precipitates deposited and precipitated in the second pH adjustment step (S5) are separated from the lithium-containing liquid by, for example, filtering the lithium-containing liquid in the following solid-liquid separation step (S6). In addition, manganese etc. may be contained in the valuable metal removed from the lithium-containing liquid in the 2nd pH adjustment process (S5).
한편, 고액 분리 공정(S6) 후의 리튬 함유액에는 리튬 외에, 산침출 공정(S1) 및 pH 조정 공정(S3, S5)에서 첨가된 무기산(본 실시 형태에서는 염산) 및 알칼리(본 실시 형태에서는 수산화나트륨)에 의하여 무기염(본 실시 형태에서는 염화나트륨(NaCl))이 용해해 있다. 이 pH 조정 공정(S3, S5) 후의 리튬 함유액이 본 개시의 리튬 회수 방법의 "피처리액"에 해당된다. 이 피처리액에는 칼슘, 마그네슘 및 실리카 중의 적어도 하나가 더 용해되어 있어도 좋다.On the other hand, in the lithium-containing liquid after the solid-liquid separation step (S6), in addition to lithium, inorganic acids (hydrochloric acid in this embodiment) and alkalis (hydroxylated in this embodiment) added in the acid leaching step (S1) and the pH adjustment step (S3, S5) Inorganic salt (sodium chloride (NaCl) in this embodiment) is melt|dissolved by sodium). The lithium-containing liquid after this pH adjustment step (S3, S5) corresponds to the "to-be-processed liquid" of the lithium recovery method of the present disclosure. At least one of calcium, magnesium and silica may be further dissolved in this to-be-processed liquid.
고액 분리 공정(S6)에 있어서는, 석출물을 세정액으로 세정하고, 세정한 후의 세정 폐액을 피처리액(여과액)과 함께 다음의 불순물 제거 공정(S8)에 공급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 세정 폐액에 포함되는 리튬에 대해서도 피처리액에 포함되는 리튬과 함께 불순물 제거 공정(S8)으로부터 탄산화 공정(S10)에 공급할 수 있고, 후술하는 탄산화 공정(S10)에서 탄산화함으로써 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 이 석출물의 세정에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 후술하는 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다.In the solid-liquid separation step (S6), it is preferable to wash the precipitate with a washing liquid, and to supply the washing waste liquid after washing to the next impurity removal process (S8) together with the liquid to be treated (filtrate). Accordingly, even lithium contained in the washing waste liquid can be supplied from the impurity removal process (S8) to the carbonation process (S10) together with the lithium contained in the liquid to be treated, and lithium is recovered by carbonation in the carbonation process (S10) to be described later. It can be recovered with a recovery rate. Although the water used for washing|cleaning this precipitate is not specifically limited, It is preferable to use the condensed water generated when the to-be-processed liquid is evaporated and concentrated in the concentration process (S8) mentioned later, Thus, the effective use of condensed water is possible.
다음의 불순물 제거 공정(S7)에서는 고액 분리 공정(S6) 후의 피처리액에 포함되는 칼슘 및/또는 마그네슘 등의 다가 양이온을 적어도 제거한다. 피처리액에 불순물로서 포함되는 칼슘이나 마그네슘 등을 제거함으로써 후술하는 농축 공정(S8)에 있어서, 증발 농축 장치(5)의 열교환기의 전열면에 스케일이 발생하여 부착하는 것을 억제할 수 있어서, 열교환 효율을 높게 유지할 수 있다. 또한, 피처리액에 칼슘이나 마그네슘 등이 포함되어 있으면, 후술하는 전기 투석 공정(S13)에 있어서, 무기 용액 중에 포함되는 칼슘이나 마그네슘 등의 다가 양이온이 바이폴라막 전기 투석 장치(9)의 양이온 교환막 내에서 석출되어, 막의 성능 저하를 초래할 염려가 있다. 그 때문에, 미리 피처리액으로부터 칼슘이나 마그네슘 등의 전기 투석을 운전하는 데 있어서 스케일링 등의 지장이 생기는 물질을 제거함으로써 바이폴라막 전기 투석 장치(9)의 양이온 교환막으로의 악영향을 방지할 수 있어서, 전기 투석의 성능을 높게 유지할 수 있다.In the next impurity removal step (S7), at least polyvalent cations such as calcium and/or magnesium contained in the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S6) are removed. By removing calcium, magnesium, etc. contained as impurities in the liquid to be treated, in the concentration step (S8) to be described later, it is possible to suppress the occurrence of scale and adhesion to the heat transfer surface of the heat exchanger of the
불순물 제거 공정(S7)에 있어서, 피처리액으로부터 칼슘이나 마그네슘을 제거하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 다가 양이온 제거 장치(4)를 이용할 수 있다. 다가 양이온 제거 장치(4)는 칼슘 이온이나 마그네슘 이온 등의 2가 이상의 다가 양이온을 제거하는 장치이고, 예를 들면, 이온 교환 수지를 내부에 구비하고 있어서, 피처리액을 이온 교환 수지에 접촉시켜서 칼슘 이온이나 마그네슘 이온을 흡착할 수 있는 구성의 것을 예시할 수 있다. 다가 양이온 제거 장치(4)로서는, 그 밖에, 킬레이트 수지를 충전한 컬럼에 피처리액을 통액 가능한 구성의 것을 예시할 수 있다. 킬레이트 수지로서는, 칼슘 이온이나 마그네슘 이온을 선택적으로 포착 가능한 것을 사용할 수 있고, 예를 들면, 이미노디초산형, 아미노인산형 등을 예시할 수 있다. 또한, 다가 양이온 제거 장치(4)로서는, 킬레이트제를 첨가하는 것 등을 들 수 있다. 또한, 불순물 제거 공정(S7)에서 피처리액으로부터 제거하는 불순물에는, 칼슘이나 마그네슘에 추가하여, 실리카(규산 이온)가 포함되어 있어도 좋다.In the impurity removal step (S7), the method for removing calcium or magnesium from the liquid to be treated is not particularly limited, and, for example, the polyvalent
다음의 농축 공정(S8)에서는 불순물 제거 공정(S7) 후의 피처리액을 가열함으로써 증발 농축한다. 즉, 피처리액 중의 수분을 증발시킴으로써 피처리액을 농축한다. 이에 따라, 피처리액의 액량이 감소하여, 피처리액 중의 리튬 농도가 증가한다. 따라서, 후술하는 탄산화 공정(S10)에서 탄산리튬의 회수율을 향상시킬 수 있다.In the next concentration step (S8), the liquid to be treated after the impurity removal step (S7) is heated and concentrated by evaporation. That is, the to-be-processed liquid is concentrated by evaporating the water|moisture content in the to-be-processed liquid. Accordingly, the liquid amount of the liquid to be treated decreases, and the lithium concentration in the liquid to be treated increases. Therefore, it is possible to improve the recovery rate of lithium carbonate in the carbonation process (S10) to be described later.
농축 공정(S8)에서는 농축 후의 피처리액에 리튬이 예를 들면, 염화리튬 등의 리튬염의 결정으로서 석출되지 않을 정도의 농도까지 피처리액을 증발 농축하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 농축 후의 피처리액에서의 리튬의 농도를 높게 할 수 있어서, 후술하는 탄산화 공정(S10)에서 탄산리튬의 회수율을 향상시킬 수 있다.In the concentration step (S8), it is preferable to evaporate and concentrate the liquid to be treated to a concentration such that lithium does not precipitate as crystals of lithium salts such as lithium chloride in the liquid to be concentrated after concentration. Accordingly, the concentration of lithium in the liquid to be treated after concentration can be increased, and the recovery rate of lithium carbonate in the carbonation step (S10) described later can be improved.
이 농축 공정(S8)에서는 피처리액의 증발 농축에 의해 피처리액 중의 무기염은 그 농도가 올라가기 때문에 결정화할 가능성이 있다. 피처리액에 포함되는 무기염은 농축 공정(S8)에서 결정으로서 석출시켜도 좋고, 석출시키지 않아도 좋다. 본 실시 형태에서는 농축 공정(S8)에서 피처리액에 포함되는 무기염을 결정으로서 석출시키고 있고, 석출물을 다음의 고액 분리 공정(S9)에서 피처리액으로부터 분리하고 있다.In this concentration step (S8), since the concentration of the inorganic salt in the liquid to be treated increases due to evaporation of the liquid to be treated, there is a possibility of crystallization. The inorganic salt contained in the liquid to be treated may be precipitated as crystals in the concentration step (S8), or may not be precipitated. In the present embodiment, the inorganic salt contained in the liquid to be treated is precipitated as crystals in the concentration step (S8), and the precipitate is separated from the liquid to be treated in the next solid-liquid separation step (S9).
농축 공정(S8)에 있어서, 피처리액을 증발 농축하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 증발 농축 장치(5)를 이용할 수 있다. 증발 농축 장치(5)로서는, 피처리액을 증발에 의해 농축 가능하면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 히트 펌프형, 이젝터 구동형, 스팀형, 플래시형 등의 공지의 증발 농축 장치를 이용할 수 있지만, 바람직하게는 히트 펌프형의 증발 농축 장치이다. 히트 펌프형의 증발 농축 장치를 이용한 경우에는, 사용하는 에너지를 현저히 억제할 수 있다.In the concentration step (S8), the method of evaporating and concentrating the liquid to be treated is not particularly limited, and, for example, the
증발 농축 장치(5)는 도시하지 않는 진공 펌프가 접속되어 있는 것에 의해 내부가 저압으로 유지되고 있고, 농축 공정(S8)에서는 피처리액을 대기압보다도 압력이 낮은 저압하에서 가열함으로써 증발 농축하고 있다. 피처리액을 증발 농축하면, 피처리액의 온도는 높아지지만, 저압하에서는 대기압하보다도 피처리액의 증발 온도(피처리액에 포함되는 물의 비점)가 내려가기 때문에 저압하에서 증발 농축함으로써 증발 농축 후의 피처리액의 온도는 그만큼 낮아진다. 그 때문에, 후술하는 탄산화 공정(S10)에서 피처리액의 온도를 올릴 여지를 크게 확보할 수 있다. 또한, 저압하에서는 피처리액의 증발 온도가 내려가기 때문에 피처리액의 증발 농축에 필요한 에너지를 낮게 억제하여 에너지 절약화를 도모할 수 있다.The inside of the
증발 농축 장치(5)의 내부의 압력, 즉, 피처리액을 증발 농축할 때의 분위기 압력은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 10kPa 이상 70kPa 이하인 것이 바람직하고, 15kPa 이상 50kPa 이하인 것이 보다 바람직하다. 피처리액의 증발 온도는 상기 압력과의 관계(포화 수증기압 곡선)에서 45℃ 이상 95℃ 이하인 것이 바람직하고, 55℃ 이상 80℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.The pressure inside the
상기 압력이 10kPa 이상인 것에 의해 증발 농축 후의 피처리액의 온도를 과도하게 내려가지 않는 적합한 저온도로 할 수 있기 때문에 후술하는 탄산화 공정(S10)에서 피처리액의 온도를 올릴 때에 필요한 에너지를 낮게 억제할 수 있다. 또한, 증발 농축 장치(5)를 내압 성능이 매우 높은 것으로 할 필요가 없기 때문에 장치의 제조 비용을 낮게 억제할 수 있다. 한편, 상기 압력이 70kPa 이하인 것에 의해 증발 농축 후의 피처리액의 온도를 과도하게 올리지 않는 적합한 저온도로 할 수 있기 때문에 후술하는 탄산화 공정(S10)에서 피처리액의 온도를 올릴 여지를 충분히 확보할 수 있다. 또한, 피처리액의 증발 농축에 필요한 에너지가 지나치게 커지지 않아서, 에너지 절약화를 효과적으로 도모할 수 있다.When the pressure is 10 kPa or more, the temperature of the liquid to be treated after evaporation and concentration can be set to a suitable low temperature that does not decrease excessively, so that the energy required when raising the temperature of the liquid to be treated in the carbonation step (S10) described later can be suppressed low. can Moreover, since it is not necessary to make the
도시는 생략하지만, 증발 농축 장치(5)의 바닥의 피처리액의 액저장부 또는 증발 농축 장치(5)와 후술하는 탄산화조(7)의 사이의 피처리액의 공급로에는 온도 센서가 설치되어 있고, 피처리액의 증발 온도(증발 농축 후의 피처리액의 온도)가 온도 센서에 의하여 감시되고 있다. 또한, 증발 농축 장치(5)의 상부의 공간에는 도시는 생략하지만, 압력 센서가 설치되어 있고, 증발 농축 장치(5)의 내부의 압력(피처리액을 증발 농축할 때의 분위기 압력)이 압력 센서에 의하여 감시되고 있다.Although not shown, a temperature sensor is installed in the liquid storage part of the liquid to be treated at the bottom of the evaporation and
다음의 고액 분리 공정(S9)에서는 농축 공정(S8) 후의 피처리액을 예를 들면, 여과함으로써 피처리액으로부터 무기염(본 실시 형태에서는 염화나트륨)의 결정을 포함하는 석출물을 분리한다.In the following solid-liquid separation process (S9), the precipitate containing the crystal|crystallization of an inorganic salt (sodium chloride in this embodiment) is isolate|separated from the to-be-processed liquid by filtering, for example, the to-be-processed liquid after the concentration process (S8).
다음의 탄산화 공정(S10)에서는 상기한 무기염의 결정을 포함하는 석출물이 분리된 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가함으로써 피처리액 중의 리튬을 탄산리튬의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 이에 따라, 피처리액 중의 리튬을 탄산리튬으로서 회수할 수 있다. 탄산염으로서는, 예를 들면, 탄산나트륨, 탄산암모늄, 탄산칼륨 등을 이용할 수 있다.In the following carbonation step (S10), lithium in the liquid to be treated is converted into lithium carbonate crystals by mixing carbon dioxide gas and/or adding a water-soluble carbonate to the liquid to be treated after the precipitates containing crystals of the inorganic salt are separated. precipitation and precipitation. Thereby, lithium in the liquid to be treated can be recovered as lithium carbonate. As carbonate, sodium carbonate, ammonium carbonate, potassium carbonate, etc. can be used, for example.
이 탄산화 공정(S10)에 있어서는, 피처리액에 탄산가스를 혼합함으로써 탄산리튬의 결정을 석출, 침전시키는 것이 바람직하다. 이와 같이, 탄산화 공정(S10)에 있어서, 예를 들면, 나트륨 등의 알칼리 금속을 포함하지 않는 재료를 이용함으로써, 석출하는 탄산리튬의 결정에 리튬 이외의 알칼리 금속이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 순도가 높은 탄산리튬을 회수할 수 있다.In this carbonation step (S10), it is preferable to precipitate and precipitate crystals of lithium carbonate by mixing carbon dioxide gas with the liquid to be treated. In this way, in the carbonation step (S10), for example, by using a material that does not contain alkali metals such as sodium, it is possible to suppress mixing of alkali metals other than lithium into the precipitated crystals of lithium carbonate. Therefore, lithium carbonate with high purity can be recovered.
다만, 탄산가스의 혼합을 계속하면, 피처리액의 pH가 내려가기 때문에 탄산리튬의 석출량이 감소하는 경우가 있다. 그 때문에, 피처리액의 pH가 7 이하로 되기 전에 탄산가스의 혼합을 중지하는 것이 바람직하다. 또한, 피처리액에 알칼리를 첨가함으로써 pH가 내려가지 않도록 해도 좋다. 그 때에는, 알칼리 첨가에 의해 pH를 9 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 첨가하는 알칼리로서는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등을 이용할 수 있다.However, when the carbon dioxide gas is continuously mixed, the pH of the liquid to be treated decreases, so that the amount of lithium carbonate precipitated may decrease. Therefore, it is preferable to stop mixing the carbon dioxide gas before the pH of the liquid to be treated becomes 7 or less. Moreover, you may make it so that pH does not fall by adding an alkali to the to-be-processed liquid. In that case, it is preferable to maintain pH at 9 or more by alkali addition. As an alkali to be added, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, etc. can be used.
탄산화 공정(S10)에 있어서, 피처리액에 탄산가스를 혼합하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상 실시되고 있는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 탄산화조(7) 내에서 피처리액을 교반하면서 피처리액 중에 탄산가스를 노즐에 의해 미세한 기포의 상태로 공급함으로써 피처리액에 탄산가스를 균일하게 혼합할 수 있어서, 피처리액 중의 리튬과 탄산가스를 효율 좋게 반응시킬 수 있다. 또한, 피처리액을 탄산가스의 분위기하에 분무함으로써 탄산가스와 반응시켜도 좋다.In the carbonation step (S10), the method of mixing the carbon dioxide gas with the liquid to be treated is not particularly limited, and a method commonly used can be used. For example, carbon dioxide gas can be uniformly mixed with the liquid to be treated by supplying carbon dioxide gas into the liquid to be treated in the form of fine bubbles by means of a nozzle while stirring the liquid to be treated in the
탄산화 공정(S10)에서는 피처리액의 온도가 농축 공정(S8)에서의 피처리액의 증발 온도 이상으로 되어 있다. 탄산화 시에 피처리액의 온도가 낮으면, 피처리액에 포함되는 무기염(본 실시 형태에서는 염화나트륨)이 결정화할 가능성이 있다. 그 때문에, 탄산화 공정(S10)에서 피처리액을 가온하여, 피처리액의 증발 온도보다도 탄산화 시의 피처리액의 온도를 올림으로써 탄산화 시에 피처리액에 잔존하는 무기염의 용해도가 올라가서, 무기염의 결정화를 억제할 수 있다. 따라서, 탄산화 공정(S10)에서 탄산리튬을 회수할 때에 탄산리튬의 순도를 높일 수 있다.In the carbonation step (S10), the temperature of the liquid to be treated is equal to or higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated in the concentration step (S8). If the temperature of the liquid to be treated is low during carbonation, the inorganic salt (sodium chloride in the present embodiment) contained in the liquid to be treated may crystallize. Therefore, by heating the liquid to be treated in the carbonation step (S10) and raising the temperature of the liquid to be treated at the time of carbonation above the evaporation temperature of the liquid to be treated, the solubility of the inorganic salt remaining in the liquid to be treated during carbonation increases, Salt crystallization can be inhibited. Accordingly, when lithium carbonate is recovered in the carbonation step ( S10 ), the purity of the lithium carbonate can be increased.
탄산화 시의 피처리액의 온도는 피처리액의 증발 온도 이상이면 특별히 한정되지 않지만, 피처리액의 증발 온도보다 높은 것이 바람직하고, 100℃ 미만인 것이 바람직하다. 탄산화 공정(S10)에서 피처리액을 가온하는 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 히터 등의 공지의 가열 수단을 이용하여 탄산화조(7) 내의 피처리액을 가열하는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 탄산화조(7)에 피처리액을 공급하기 전에 미리 열교환기 등의 예열 수단을 이용하여 피처리액을 가온하도록 구성해도 좋다.The temperature of the liquid to be treated at the time of carbonation is not particularly limited as long as it is equal to or higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated, but is preferably higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated, and preferably less than 100°C. A method of heating the liquid to be treated in the carbonation step S10 is not particularly limited, and for example, a method of heating the liquid to be treated in the
또한, 탄산리튬의 용해도는 피처리액의 온도가 높아질수록 낮아진다. 그 때문에, 탄산화 공정(S10)에서 피처리액의 온도가 올라감으로써 피처리액 중의 리튬과 탄산가스의 반응으로 발생하는 탄산리튬의 용해도가 저하한다. 따라서, 탄산리튬의 결정의 회수량을 증가시킬 수 있고, 또한 무기염의 결정의 석출량을 억제할 수 있기 때문에 고순도의 탄산리튬을 고효율로 얻을 수 있다.In addition, the solubility of lithium carbonate decreases as the temperature of the liquid to be treated increases. Therefore, as the temperature of the liquid to be treated rises in the carbonation step S10, the solubility of lithium carbonate generated by the reaction of lithium and carbon dioxide gas in the liquid to be treated decreases. Accordingly, the recovery amount of the crystals of lithium carbonate can be increased, and the amount of precipitation of the crystals of the inorganic salt can be suppressed, so that high-purity lithium carbonate can be obtained with high efficiency.
다음의 고액 분리 공정(S11)에서는 탄산화 공정(S10) 후의 피처리액을 예를 들면, 여과함으로써 리튬 함유액으로부터 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 분리한다. 고액 분리 공정(S11)에 있어서는, 리튬 함유액으로부터 분리한 석출물을 물 등으로 세정함으로써 불순물을 제거하여, 탄산리튬의 순도를 올릴 수 있다. 이 석출물의 세정에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다.In the next solid-liquid separation step (S11), the precipitate containing lithium carbonate crystals is separated from the lithium-containing liquid by, for example, filtering the liquid to be treated after the carbonation step (S10). In the solid-liquid separation step (S11), impurities are removed by washing the precipitate separated from the lithium-containing liquid with water or the like, and the purity of lithium carbonate can be increased. Although the water used for washing|cleaning this precipitate is not specifically limited, It is preferable to use the condensed water which arises when the to-be-processed liquid is evaporated and concentrated in the concentration process (S8), Thus, the effective use of condensed water is possible.
고액 분리 공정(S11) 후의 피처리액(여과액)은 특별히 한정되는 셈은 아니지만, 불순물이 포함되어 있기 때문에 일부는 부로액으로서 배출하지만, 일부는 다시 계 내로 순환하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 피처리액 중에 잔존하는 리튬을 회수할 수 있기 때문에 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 또한, 상기한 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 세정한 후의 세정 폐액에 대해서도 고액 분리 공정(S11) 후의 피처리액과 함께 다시 계 내로 순환하는 것이 바람직하다.The liquid to be treated (filtrate) after the solid-liquid separation step (S11) is not particularly limited, but since it contains impurities, part of it is discharged as a counter-fluid, but it is preferable that a part is circulated back into the system. Accordingly, since the lithium remaining in the liquid to be treated can be recovered, lithium can be recovered at a high recovery rate. In addition, it is preferable that the washing waste liquid after washing the precipitate containing the lithium carbonate crystals is also circulated back into the system together with the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S11).
고액 분리 공정(S11) 후의 피처리액을 다시 계 내로 순환할 때에는 증발 농축 장치(5)에 공급하여 농축 공정(S8)에서 증발 농축해도 좋지만, 바람직하게는 제 1 pH 조정조(2) 및/또는 제 2 pH 조정조(3)에 공급한다. 고액 분리 공정(S11) 후의 피처리액은 알칼리성이기 때문에 pH 조정 공정(S3, S5)에서 첨가하는 알칼리로서 이용할 수 있다. 나아가서는, 고액 분리 공정(S11) 후의 피처리액이 탄산 이온(CO32-)을 많이 포함하고 있으면, 농축 공정(S8)에서 증발 농축될 때에 증발 농축 장치(5)의 열교환기의 전열면에 탄산염의 결정이 석출된다. 그래서 고액 분리 공정(S2, S4) 후의 리튬 함유액은 산성인 이유에서, 해당 리튬 함유액으로 고액 분리 공정(S11) 후의 피처리액을 중화하여 탄산 이온을 탄산가스로서 해당 피처리액으로부터 빼냄으로써 농축 공정(S8)에서 증발 농축 장치(5)의 열교환기의 전열면에 탄산염의 결정이 석출되는 것을 방지할 수 있다.When the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S11) is circulated back into the system, it may be supplied to the
한편, 농축 공정(S8)(증발 농축 장치(5))에서 생성되어 고액 분리 공정(S9)에서 피처리액으로부터 분리된 석출물에 포함되는 무기염(본 실시 형태에서는 염화나트륨)의 결정은 용해 공정(S12)(용해조(8))에 공급된다. 용해 공정(S12)에서는 용해조(8) 내에서 무기염의 결정을 소망의 농도로 되도록 예를 들면, 물을 이용하여 용해해서 무기염 용액을 생성한다. 이때의 온도는 특별히 한정되는 것은 아니고, 무기염의 결정을 용해할 수 있는 온도이면 좋다. 또한, 무기염의 용해에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다. 생성된 무기염 용액은 바이폴라막 전기 투석 장치(9)에 공급된다.On the other hand, the crystals of the inorganic salt (sodium chloride in this embodiment) produced in the concentration step (S8) (evaporative concentration device 5) and contained in the precipitate separated from the liquid to be treated in the solid-liquid separation step (S9) are dissolved in the dissolution step ( S12) (dissolving tank 8). In a dissolution process (S12), it melt|dissolves using water so that the crystal|crystallization of an inorganic salt may become a desired density|concentration in the
다음의 전기 투석 공정(S13)에서는 바이폴라막 전기 투석 장치(9)에 의해 용해 공정(S12) 후의 무기염 용액으로부터 알칼리 및 무기산을 분리하여 회수한다. 바이폴라막 전기 투석 장치(9)로서는, 예를 들면, 도 10에 도시한 바와 같이, 양극(95)과 음극(96)의 사이에 음이온 교환막(91), 양이온 교환막(92) 및 2개의 바이폴라막(93, 94)을 구비하는 셀(90)이 복수 적층된 3실 셀방식의 바이폴라막 전기 투석 장치를 적합하게 사용할 수 있다. 본 실시 형태의 바이폴라막 전기 투석 장치(9)는 음이온 교환막(91) 및 양이온 교환막(92)에 의해 탈염실(R1)을 형성하고, 음이온 교환막(91) 및 한쪽의 바이폴라막(93)의 사이에 산실(R2)을 형성하고, 양이온 교환막(92)과 다른쪽의 바이폴라막(94)의 사이에 알칼리실(R3)을 형성하고 있다. 각 바이폴라막(93, 94)의 외측에는 양극실(R4)과 음극실(R5)이 형성되어 있고, 양극실(R4)에 양극(95)이, 음극실(R5)에 음극(96)이 각각 배치되어 있다.In the next electrodialysis step (S13), the alkali and inorganic acids are separated and recovered from the inorganic salt solution after the dissolution step (S12) by the bipolar
이 전기 투석 공정(S13)에서는 탈염실(R1)에 무기염 용액을 도입하고, 산실(R2) 및 알칼리실(R3)에 각각 순수를 도입한다. 이에 따라, 무기염 용액이 예를 들면, 염화나트륨을 포함하고 있는 경우에는, 탈염실(R1)에 있어서는, 나트륨 이온(Na+)은 양이온 교환막(92)을 통과하고, 염화물 이온(Cl-)은 음이온 교환막(91)을 통과한다. 한편, 산실(R2) 및 알칼리실(R3)에 있어서는, 공급된 순수가 바이폴라막(93, 94)에서 수소 이온(H+) 및 수산화물 이온(OH-)으로 해리되고, 산실(R2)에서는 수소 이온(H+)이 염화물 이온(Cl-)와 결합하여 염산(HCl)이 생성되고, 알칼리실(R3)에서는 수산화물 이온(OH-)이 나트륨 이온(Na+)과 결합하여 수산화나트륨(NaOH)이 생성된다. 이에 따라, 산실(R2)로부터 무기산으로서 염산(HCl)이, 알칼리실(R3)로부터 알칼리로서 수산화나트륨(NaOH)이 각각 회수된다. 또한, 산실(R2) 및 알칼리실(R3)에 도입되는 순수는 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용해도 좋다.In this electrodialysis step (S13), an inorganic salt solution is introduced into the desalting chamber (R1), and pure water is introduced into the acid chamber (R2) and the alkali chamber (R3), respectively. Accordingly, when the inorganic salt solution contains sodium chloride, for example, in the desalting chamber R1, sodium ions (Na + ) pass through the
탈염실(R1)로부터 배출되는 탈염 후의 희박한 무기염 용액(탈염액)은 특별히 한정되는 셈은 아니지만, 리튬을 약간 포함하고 있기 때문에 증발 농축 장치(5)에 공급하여 농축 공정(S8)에서 다시 증발 농축하는 것이 바람직하다.The dilute inorganic salt solution (desalting solution) after desalting discharged from the desalting chamber R1 is not particularly limited, but since it contains a little lithium, it is supplied to the
또한, 산실(R2)로부터 회수한 무기산(본 실시 형태에서는 염산)은 특별히 한정되는 셈은 아니지만, 산침출조(1)에 공급하여, 산침출 공정(S1)에서 폐리튬 이온 전지를 침출하는 무기산으로서 재이용하는 것이 바람직하다. 또한, 다가 양이온 제거 장치(4)에 공급하여, 불순물 처리 공정(S7)에서 이용하는 킬레이트 수지 또는 이온 교환 수지의 재생액으로서 재이용하는 것이 바람직하다.In addition, the inorganic acid (hydrochloric acid in this embodiment) recovered from the acid chamber (R2) is not particularly limited, but as an inorganic acid supplied to the
또한, 알칼리실(R3)로부터 회수한 알칼리(본 실시 형태에서는 수산화나트륨)는 특별히 한정되는 셈은 아니지만, pH 조정조(2, 3)에 공급하여, pH 조정 공정(S3, S5)에서 리튬 함유액의 pH 조정을 위한 알칼리로서 재이용하는 것이 바람직하다. 또한, 다가 양이온 제거 장치(4)에 공급하여, 불순물 처리 공정(S7)에서 이용하는 킬레이트 수지 또는 이온 교환 수지의 재생액으로서 재이용하는 것이 바람직하다.In addition, although the alkali (sodium hydroxide in this embodiment) recovered|recovered from alkali chamber R3 is not specifically limited, Lithium-containing liquid is supplied to the
상기한 본 실시 형태의 리튬 회수 방법에 따르면, 탄산화 공정(S10) 전에 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축함으로써 피처리액의 액량을 줄여서 피처리액 중의 리튬 농도를 증가시키고 있다. 따라서, 탄산화 공정(S10)에서 탄산리튬의 결정의 회수율을 양호하게 향상시킬 수 있다.According to the lithium recovery method of the present embodiment described above, by evaporating and concentrating the liquid to be treated in the concentration step (S8) before the carbonation step (S10), the amount of the liquid to be treated is reduced and the lithium concentration in the liquid to be treated is increased. Accordingly, the recovery rate of crystals of lithium carbonate in the carbonation step (S10) can be improved favorably.
또한, 탄산화 공정(S10)에 있어서, 피처리액의 온도가 낮으면, 피처리액에 포함되는 무기염(본 실시 형태에서는 염화나트륨)이 결정화하기 때문에 피처리액을 가온하여 탄산화 시의 피처리액의 온도를 증발 온도보다도 올림으로써 피처리액에 잔존하는 무기염의 용해도가 올라가서, 탄산화 시에 무기염의 결정화를 억제할 수 있다. 또한, 탄산화 시에 피처리액의 온도가 높으면, 탄산리튬의 용해도가 내려가서, 탄산리튬의 결정의 회수량도 증가한다. 따라서, 고순도의 탄산리튬을 고효율로 얻는 것을 높일 수 있다.In addition, in the carbonation step (S10), if the temperature of the liquid to be treated is low, the inorganic salt (sodium chloride in the present embodiment) contained in the liquid to be treated crystallizes. By raising the temperature of is higher than the evaporation temperature, the solubility of the inorganic salt remaining in the liquid to be treated increases, and crystallization of the inorganic salt during carbonation can be suppressed. In addition, if the temperature of the liquid to be treated is high during carbonation, the solubility of lithium carbonate decreases and the amount of recovery of crystals of lithium carbonate increases. Accordingly, it is possible to increase the efficiency in obtaining high-purity lithium carbonate.
또한, 본 실시 형태의 리튬 회수 방법에 따르면, 탄산화 공정(S10)에서 탄산리튬의 결정을 회수 후의 피처리액을 폐기하지 않고, 제 1 pH 조정조(2), 제 2 pH 조정조(3), 증발 농축 장치(5) 등의 계 내로 순환시켜서 피처리액 중에 잔존하는 리튬을 회수하고 있다. 따라서, 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다.Further, according to the lithium recovery method of the present embodiment, the first
또한, 본 실시 형태의 리튬 회수 방법에 따르면, 고액 분리 공정(S9)에서 피처리액으로부터 분리된 석출물에 포함되는 무기염(본 실시 형태에서는 염화나트륨)의 결정을 용해 공정(S12)에서 용해하여 무기염 용액으로 한 후, 전기 투석 공정(S13)에서 바이폴라막 전기 투석을 실시함으로써 무기염 용액으로부터 무기산 및 알칼리를 회수하고, 또한 탈염 후의 희박한 무기염 용액을 농축 공정(S8)에서 증발 농축한 후, 탄산화 공정(S10)에서 희박한 무기염 용액에 포함되는 리튬을 회수하고 있다. 따라서, 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 또한, 전기 투석 공정(S13)에서 회수한 무기산 및 알칼리를 산침출 공정(S1), pH 조정 공정(S3, S5), 불순물 제거 공정(S7)으로 순환시켜서 재이용함으로써 각 공정(S1, S3, S5, S7)에서 사용하는 무기산이나 알칼리의 양을 줄일 수 있다.In addition, according to the lithium recovery method of this embodiment, crystals of an inorganic salt (sodium chloride in this embodiment) contained in the precipitate separated from the liquid to be treated in the solid-liquid separation step (S9) are dissolved in the dissolution step (S12) to obtain inorganic After making a salt solution, inorganic acids and alkalis are recovered from the inorganic salt solution by performing bipolar membrane electrodialysis in the electrodialysis step (S13), and the dilute inorganic salt solution after desalting is evaporated and concentrated in the concentration step (S8), In the carbonation step (S10), lithium contained in the dilute inorganic salt solution is recovered. Therefore, lithium can be recovered with a high recovery rate. In addition, the inorganic acids and alkalis recovered in the electrodialysis step (S13) are recycled and reused in the acid leaching step (S1), the pH adjustment step (S3, S5), and the impurity removal step (S7) to be reused in each step (S1, S3, S5). , it is possible to reduce the amount of inorganic acid or alkali used in S7).
또한, 본 실시 형태의 리튬 회수 방법에 따르면, 불순물 제거 공정(S7)에서 피처리액에 포함되는 칼슘이나 마그네슘 등의 다가 양이온을 제거하고 있다. 이에 따라, 탄산화 공정(S10) 후의 고액 분리 공정(S11)에서 석출물을 분리한 피처리액 중의 불순물의 양이 줄어듦으로써 고액 분리 공정(S11) 후의 피처리액의 대부분을 다시 계 내로 순환할 수 있다. 따라서, 고액 분리 공정(S11) 후의 피처리액 중에 잔존하는 리튬을 보다 많이 회수할 수 있기 때문에 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 또한, 전기 투석 공정(S13)에서 전기 투석되는 무기 용액 중의 불순물의 양도 줄어들기 때문에 바이폴라 전기 투석 장치(9)의 양이온 교환막이 스케일링에 의해 성능 저하하는 것을 방지할 수 있어서, 바이폴라막의 성능을 높게 유지할 수 있다.In addition, according to the lithium recovery method of the present embodiment, polyvalent cations such as calcium and magnesium contained in the liquid to be treated are removed in the impurity removal step (S7). Accordingly, the amount of impurities in the liquid to be treated from which the precipitate is separated in the solid-liquid separation step (S11) after the carbonation step (S10) is reduced, so that most of the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S11) can be circulated back into the system. . Therefore, since more lithium remaining in the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S11 can be recovered, lithium can be recovered at a high recovery rate. In addition, since the amount of impurities in the inorganic solution electrodialyzed in the electrodialysis step S13 is reduced, it is possible to prevent the performance of the cation exchange membrane of the
또한, 본 실시 형태의 리튬 회수 방법에 따르면, 농축 공정(S8)에서 발생하는 응축수를 각종 처리에 이용하고 있기 때문에 응축수를 유효 이용할 수 있다. 또한, 응축수를 이용하여 각 고액 분리 공정(S4, S6, S9, S11)에 의해 얻어진 결정을 세정함으로써 각 결정의 회수율을 양호하게 향상시킬 수 있다.In addition, according to the lithium recovery method of this embodiment, since the condensed water generated in the concentration step S8 is used for various treatments, the condensed water can be effectively used. In addition, by washing the crystals obtained by each solid-liquid separation step (S4, S6, S9, S11) using condensed water, the recovery rate of each crystal can be improved favorably.
이상, 제 2 양태의 리튬 회수 방법의 일 실시 형태에 대하여 설명했지만, 제 2 양태의 리튬 회수 방법은 도 8 및 도 9의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 여러 가지 변경이 가능하다.As mentioned above, although one embodiment of the lithium recovery method of the second aspect has been described, the lithium recovery method of the second aspect is not limited to the embodiments shown in Figs. There are several possible changes.
예를 들면, 도 8 및 도 9의 실시 형태에서는 농축 공정(S8) 전의 피처리액에 대하여 칼슘 및/또는 마그네슘을 적어도 제거하는 불순물 제거 공정(S7)을 실시하고 있지만, 이에 대신하여 또는 이에 추가하여, 전기 투석 공정(S13) 전의 무기염 용액에 대하여 동일하게 칼슘 및/또는 마그네슘을 적어도 제거하는 불순물 제거 공정을 실시해도 좋다.For example, in the embodiment of FIGS. 8 and 9 , an impurity removal step (S7) of at least removing calcium and/or magnesium from the liquid to be treated before the concentration step (S8) is performed, but instead of or in addition to this Accordingly, an impurity removal step of removing at least calcium and/or magnesium may be performed similarly to the inorganic salt solution before the electrodialysis step (S13).
또한, 도 8 및 도 9의 실시 형태에서는 전기 투석 공정(S13)에서 회수한 알칼리를 제 1 pH 조정 공정(S3) 및 제 2 pH 조정 공정(S5)에 공급하고 있지만, 어느 한쪽에만 공급하도록 구성해도 좋다.8 and 9, the alkali recovered in the electrodialysis step (S13) is supplied to the first pH adjustment step (S3) and the second pH adjustment step (S5), but only one of them is supplied good to do
또한, 도 8 및 도 9의 실시 형태에서는 pH 조정 공정(S3, S5)이 제 1 pH 조정 공정(S3) 및 제 2 pH 조정 공정(S5)을 포함하고 있지만, 폐리튬 이온 전지에 포함되는 성분에 따라서 3개 이상의 공정을 포함하도록 구성해도 좋고, 1개의 공정만을 포함하도록 구성해도 좋다.In addition, in the embodiment of FIG. 8 and FIG. 9, although the pH adjustment process (S3, S5) includes the 1st pH adjustment process (S3) and the 2nd pH adjustment process (S5), the component contained in a waste lithium ion battery It may be configured to include three or more steps, or may be configured to include only one step.
또한, 도 8 및 도 9의 실시 형태에 있어서, 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 용해 공정(S12) 후에서 전기 투석 공정(S13) 전에 무기염 용액에 포함되는 예를 들면, 실리카 등의 불순물을 제거하기 위한 처리 공정을 실시해도 좋다. 이 처리 공정은 불순물 제거 공정(S7)에 대신하여 또는 불순물 제거 공정(S7)에 추가하여 실시할 수 있다.In addition, in the embodiment of FIGS. 8 and 9, as shown in FIGS. 11 and 12, after the dissolution step (S12) and before the electrodialysis step (S13), the inorganic salt solution contains, for example, silica, etc. A treatment step for removing impurities of This treatment step can be performed instead of the impurity removing step S7 or in addition to the impurity removing step S7.
구체적으로는 우선, 재결정 공정(S12-1)에서 무기염 용액에 포함되는 무기염(본 실시 형태에서는 염화나트륨)을 재결정시킨다. 무기염 용액에 포함되는 무기염을 재결정시키는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 증발 정석 장치(13)에 의한 증발 정석을 이용할 수 있다. 증발 정석은 무기염 용액을 가열하여 용매를 증발시키고, 무기염의 농도를 올림으로써 무기염의 결정을 석출시킨다. 또한, 무기염 용액의 증발은 대기압보다도 압력이 낮은 저압하에서 실시하는 것이 바람직하다. 증발 정석에 있어서는, 증발 정석 장치(10)를 별도로 설치하지 않고, 증발 농축 장치(5)를 사용하여 무기염 용액에 포함되는 무기염을 결정화시켜도 좋다.Specifically, first, the inorganic salt (sodium chloride in this embodiment) contained in the inorganic salt solution in the recrystallization process (S12-1) is recrystallized. It does not specifically limit about the method of recrystallizing the inorganic salt contained in an inorganic salt solution, For example, evaporation crystallization by the evaporation and
무기염의 결정을 재석출시킨 후, 고액 분리 공정(S12-2)에서 무기염의 결정을 포함하는 수용액으로부터 해당 무기염의 결정을 분리하고, 재결정 처리한 무기염의 결정을 회수한다. 고액 분리하는 방법으로서는, 예를 들면, 가압 여과(필터 프레스), 진공 여과, 원심 여과 등의 각종 여과 장치나 디캔터형과 같은 원심 분리 장치 등, 공지의 고액 분리 장치를 이용할 수 있다.After recrystallizing the crystals of the inorganic salts, the crystals of the inorganic salts are separated from the aqueous solution containing the crystals of the inorganic salts in the solid-liquid separation step (S12-2), and the crystals of the inorganic salts subjected to the recrystallization process are recovered. As a method of solid-liquid separation, well-known solid-liquid separation apparatuses, such as various filtration apparatuses, such as pressure filtration (filter press), vacuum filtration, and centrifugal filtration, and a centrifugal separation apparatus like a decanter type, can be used, for example.
그리고 재용해 공정(S12-3)에 있어서, 회수한 무기염의 결정을 재용해조(11) 내에서 소망의 농도로 되도록 예를 들면, 물을 이용하여 용해해서 무기염 용액을 다시 생성한다. 이때의 온도는 특별히 한정되는 것은 아니고, 무기염의 결정을 용해할 수 있는 온도이면 좋다. 또한, 무기염의 용해에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다. 다시 생성된 무기염 용액은 바이폴라막 전기 투석 장치(9)에 공급된다. 또한, 재결정 공정(S12-1)으로부터 재용해 공정(S12-3)에서 무기염 용액으로부터 제거되는 불순물에는, 실리카에 추가하여 칼슘 및/또는 마그네슘이 포함되어 있어도 좋다.Then, in the re-dissolving step (S12-3), the recovered inorganic salt crystals are dissolved in the
도 11 및 도 12의 실시 형태에서는 전기 투석 공정(S13) 전에 무기염 용액에 포함되는 실리카를 제거하고 있다. 이에 따라, 전기 투석 공정(S13)에서 전기 투석되는 무기 용액 중의 불순물의 양도 줄어들기 때문에 바이폴라막의 성능을 높게 유지할 수 있다. 또한, 전기 투석 공정(S13) 후의 희박한 무기염 용액(탈염액)을 증발 농축 장치(5)에 공급하여 농축 공정(S8)에서 다시 증발 농축하는 데 있어서, 탈염액의 불순물의 양이 줄어들고 있는 것에 의해 농축 공정(S8)에 있어서, 증발 농축 장치(5)의 열교환기의 전열면에 스케일이 발생하여 부착하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 탄산화 공정(S10) 후의 고액 분리 공정(S11)에서 석출물을 분리한 피처리액 중의 불순물의 양이 줄어듦으로써 고액 분리 공정(S11) 후의 피처리액의 대부분을 다시 계 내로 순환할 수 있다. 따라서, 고액 분리 공정(S11) 후의 피처리액 중에 잔존하는 리튬을 보다 많이 회수할 수 있기 때문에 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다.11 and 12, the silica contained in the inorganic salt solution is removed before the electrodialysis step (S13). Accordingly, since the amount of impurities in the inorganic solution electrodialyzed in the electrodialysis step S13 is reduced, the performance of the bipolar film can be maintained high. In addition, when the dilute inorganic salt solution (demineralized solution) after the electrodialysis step (S13) is supplied to the
또한, 도 8 및 도 9의 실시 형태에 있어서, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 산침출 공정(S1) 전에 폐리튬 이온 전지를 배소하는 배소 공정(S0)을 더 가지고 있어도 좋다. 배소 공정(S0)에 있어서, 폐리튬 이온 전지를 배소하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 배소 장치(12)를 이용할 수 있다.Further, in the embodiment of FIGS. 8 and 9 , as shown in FIGS. 13 and 14 , a roasting step S0 of roasting the spent lithium ion battery before the acid leaching step S1 may be further included. In the roasting step S0, the method of roasting the spent lithium ion battery is not particularly limited, and a known
도 13 및 도 14의 실시 형태에서는 배소 장치(12)(연소 공정(S0))에서 발생한 배기가스를 탄산화조(7)에 공급하고, 탄산화 공정(S10)에서 배기가스를 탄산가스로서 피처리액에 혼합하고 있다. 이에 따라, 탄산화 공정(S10)에서 사용하는 탄산가스의 양을 줄일 수 있다. 또한, 탄산화 공정(S10)에서 피처리액을 가온할 수 있다. 또한, 도 11 및 도 12의 실시 형태에 대해서도, 산침출 공정(S1) 전에 폐리튬 이온 전지를 배소하는 배소 공정(S0)을 실행 가능한 것은 말할 것도 없다.13 and 14, the exhaust gas generated in the roasting device 12 (combustion step S0) is supplied to the
상기한 실시 형태의 리튬 회수 방법은 폐리튬 이온 전지로부터 리튬을 회수하는 경우를 예로 하고 있지만, 본 개시의 리튬 회수 방법은 폐리튬 이온 전지로부터 리튬을 회수하기 위해 이용되는 방법에는 한정되지 않는다.Although the lithium recovery method of the above embodiment takes the case of recovering lithium from a waste lithium ion battery as an example, the lithium recovery method of the present disclosure is not limited to a method used for recovering lithium from a waste lithium ion battery.
코발트 회수 방법How to recover cobalt
폐리튬 이온 전지로부터 유가 금속의 코발트를 회수하는 것은 자원의 유효 이용의 관점에서 매우 중요하다. 그러나 배경 기술에서의 특허문헌 1에 기재된 폐리튬 이온 전지로부터 코발트를 회수하는 방법에서는 산침출액으로부터 알루미늄 등의 불순물 금속을 제거하기 위해 산침출액의 pH를 4 이상으로 하지만 이때, 불순물 금속의 염의 결정과 함께 코발트염의 결정도 석출, 침전하여 불순물 금속과 함께 코발트가 산침출액으로부터 제거되고, 그 후의 코발트 회수 시에 코발트의 회수율이 낮아질 염려가 있다는 과제가 있다.Recovering cobalt as a valuable metal from a waste lithium ion battery is very important from the viewpoint of effective use of resources. However, in the method for recovering cobalt from a spent lithium ion battery described in
본 개시는 상기 과제를 해결하기 위해, 코발트 및 불순물 금속이 용해한 피처리액으로부터 코발트를 고회수율로 회수할 수 있는 코발트 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present disclosure is to provide a cobalt recovery method capable of recovering cobalt at a high recovery rate from a liquid to be treated in which cobalt and impurity metals are dissolved.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 실시한 결과, 코발트 및 불순물 금속이 적어도 용해한 피처리액의 pH를 조정함으로써 불순물 금속의 염을 결정으로서 석출시킬 때에 피처리액에 첨가하는 알칼리의 수용액의 농도가 높으면, 불순물 금속의 염의 결정과 함께 코발트염의 결정이 석출되어, 피처리액으로부터 불순물 금속과 함께 코발트가 제거되는 것을 발견했다. 본 개시의 회수 방법은, 이와 같은 지견에 기초하여 더욱 연구를 거듭한 결과 완성된 것이다. 즉, 본 개시는 하기 양태의 코발트 회수 방법을 제공한다.As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that an aqueous solution of alkali added to the liquid to be treated when the salt of the impurity metal is precipitated as crystals by adjusting the pH of the liquid to be treated in which at least cobalt and impurity metals are dissolved. It was found that when the concentration was high, crystals of a cobalt salt were precipitated together with crystals of a salt of an impurity metal, and cobalt was removed together with an impurity metal from the to-be-processed liquid. The recovery method of the present disclosure was completed as a result of further research based on such knowledge. That is, the present disclosure provides a method for recovering cobalt of the following aspects.
본 개시의 코발트 회수 방법은 코발트 및 불순물 금속이 적어도 용해한 산성의 피처리액에 알칼리의 수용액을 첨가하여 pH를 4~7로 조정함으로써 해당 불순물 금속의 염을 결정으로서 석출시키는 제 1 pH 조정 공정과, 상기 제 1 pH 조정 공정에 의해 석출된 불순물 금속의 염의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 제 1 고액 분리 공정과, 상기 제 1 고액 분리 공정 후의 피처리액에 알칼리의 수용액을 첨가하여 pH를 7 이상으로 조정함으로써 코발트염의 결정을 석출시키는 제 2 pH 조정 공정과, 상기 제 2 pH 조정 공정에 의해 석출된 코발트염의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 제 2 고액 분리 공정을 가지고, 상기 제 1 pH 조정 공정에서 첨가되는 알칼리의 수용액의 알칼리 농도가 1.0㏖/L 미만인 것을 특징으로 한다.The cobalt recovery method of the present disclosure includes a first pH adjustment step of precipitating a salt of the impurity metal as crystals by adding an aqueous alkali solution to an acidic to-be-treated solution in which at least cobalt and impurity metal are dissolved, and adjusting the pH to 4-7; , a first solid-liquid separation step of separating a precipitate containing crystals of a salt of an impurity metal precipitated in the first pH adjustment step from the target liquid, and adding an aqueous alkali solution to the target solution after the first solid-liquid separation step a second pH adjustment step of precipitating cobalt salt crystals by adjusting the pH to 7 or higher, and a second solid-liquid separation step of separating the precipitate containing the cobalt salt crystals precipitated by the second pH adjustment step from the liquid to be treated and, characterized in that the alkali concentration of the aqueous solution of alkali added in the first pH adjustment step is less than 1.0 mol/L.
단락 0190에 기재된 코발트 회수 방법에 있어서는, 상기 제 1 pH 조정 공정에서 첨가되는 알칼리의 수용액의 알칼리 농도가 0.1㏖/L 이상인 것이 바람직하다.In the cobalt recovery method described in Paragraph 0190, it is preferable that the alkali concentration of the aqueous solution of alkali added in the said 1st pH adjustment process is 0.1 mol/L or more.
또한, 단락 0190 또는 단락 0191에 기재된 코발트 회수 방법에 있어서는, 상기 제 1 pH 조정 공정에서는 피처리액의 pH가 4보다 작은 사전 결정값으로 될 때까지는 1.0㏖/L 이상의 알칼리 농도를 가지는 알칼리의 수용액을 피처리액에 첨가하고, 그 후, 1.0㏖/L 미만의 알칼리 농도를 가지는 알칼리의 수용액을 피처리액에 첨가하여 피처리액의 pH를 4~7로 조정하는 것이 바람직하다.Further, in the cobalt recovery method described in paragraph 0190 or paragraph 0191, in the first pH adjustment step, an aqueous solution of alkali having an alkali concentration of 1.0 mol/L or more until the pH of the liquid to be treated becomes a predetermined value smaller than 4 is added to the liquid to be treated, and thereafter, an aqueous alkali solution having an alkali concentration of less than 1.0 mol/L is added to the liquid to be treated to adjust the pH of the liquid to be treated to 4-7.
또한, 단락 0190에서 단락 0192 중 어느 하나에 기재된 코발트 회수 방법에 있어서는, 피처리액에 리튬이 용해해 있고, 상기 제 2 고액 분리 공정 후의 피처리액을 증발 농축하는 농축 공정과, 상기 농축 공정 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가하는 탄산화 공정을 가지는 것이 바람직하다.Further, in the cobalt recovery method according to any one of paragraphs 0190 to 0192, a concentration step of evaporating and concentrating the target liquid after the second solid-liquid separation step in which lithium is dissolved in the target liquid, and the concentration step It is preferable to have a carbonation process of mixing carbon dioxide gas and/or adding a water-soluble carbonate to the liquid to be treated.
또한, 단락 0193에 기재된 코발트 회수 방법에 있어서는, 상기 탄산화 공정에 의해 석출된 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 제 3 고액 분리 공정과, 상기 제 3 고액 분리 공정 후의 피처리액에 대하여 바이폴라막 전기 투석을 실시함으로써 해당 피처리액으로부터 알칼리를 분리하여 회수하는 전기 투석 공정을 더 가지고, 상기 전기 투석 공정에서 회수한 알칼리를 상기 제 1 pH 조정 공정 및/또는 상기 제 2 pH 조정 공정에서 이용하는 알칼리로서 재이용하는 것이 바람직하다.Further, in the cobalt recovery method described in Paragraph 0193, a third solid-liquid separation step of separating a precipitate containing crystals of lithium carbonate precipitated in the carbonation step from the target liquid; an electrodialysis step of separating and recovering alkali from the solution to be treated by subjecting the solution to bipolar membrane electrodialysis, wherein the alkali recovered in the electrodialysis step is used in the first pH adjustment step and/or the second pH It is preferable to reuse as an alkali used in an adjustment process.
본 개시의 코발트 회수 방법에 따르면, 코발트 및 불순물 금속이 용해한 피처리액에 대하여, 제 1 pH 조정 공정에서 피처리액으로부터 불순물 금속을 제거할 때에 알칼리 농도가 1.0㏖/L 미만의 희박한 알칼리의 수용액으로 피처리액의 pH 조정을 실시함으로써 피처리액으로부터 코발트가 불순물 금속과 함께 제거되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 제 2 pH 조정 공정에 공급되는 피처리액 중의 코발트의 양을 높게 유지할 수 있기 때문에 제 2 pH 조정 공정에서 코발트를 고회수율로 회수할 수 있다.According to the cobalt recovery method of the present disclosure, with respect to the liquid to be treated in which cobalt and impurity metal are dissolved, when the impurity metal is removed from the liquid to be treated in the first pH adjustment step, an aqueous solution of a dilute alkali having an alkali concentration of less than 1.0 mol/L The removal of cobalt together with impurity metals from the liquid to be treated can be suppressed by adjusting the pH of the liquid to be treated. Therefore, since the amount of cobalt in the to-be-processed liquid supplied to the 2nd pH adjustment process can be maintained high, cobalt can be collect|recovered with a high recovery rate in the 2nd pH adjustment process.
도 15는 본 개시의 코발트 회수 방법의 실시 형태에 대하여 각 공정의 순서를 도시하고, 도 16은 도 15의 코발트 회수 방법을 실시하는 처리 장치(10)의 개략 구성을 도시한다. 본 실시 형태의 코발트 회수 방법은 폐리튬 이온 전지로부터 코발트에 추가하여 리튬을 회수하는 경우를 예로 하여 설명한다.15 shows the sequence of each process with respect to the embodiment of the cobalt recovery method of the present disclosure, and FIG. 16 shows a schematic configuration of a
본 실시 형태의 코발트 회수 방법은,The cobalt recovery method of the present embodiment includes:
-폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출하여 코발트 및 리튬을 용출하는 산침출 공정(S1)과,- An acid leaching process (S1) of leaching a spent lithium ion battery with an inorganic acid to elute cobalt and lithium;
-산침출 공정(S1)에 의해 얻어진 피처리액으로부터 불용 잔사를 분리하는 고액 분리 공정(S2)과,- a solid-liquid separation step (S2) of separating insoluble residues from the liquid to be treated obtained by the acid leaching step (S1);
-고액 분리 공정(S2) 후의 피처리액에 알칼리의 수용액을 첨가하여 pH를 4~7로 조정하는 제 1 pH 조정 공정(S3)과,- A first pH adjustment step (S3) of adjusting the pH to 4-7 by adding an aqueous alkali solution to the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S2);
-제 1 pH 조정 공정(S3)에 의해 석출된 불순물 금속의 염의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 고액 분리 공정(S4)(단락 0190에 기재된 "제 1 고액 분리 공정"에 해당)과,- A solid-liquid separation step (S4) of separating a precipitate containing crystals of a salt of an impurity metal precipitated by the first pH adjustment step (S3) from the liquid to be treated (corresponding to the “first solid-liquid separation step” described in paragraph 0190) class,
-고액 분리 공정(S4) 후의 피처리액에 알칼리의 수용액을 첨가하여 pH를 7 이상으로 조정하는 제 2 pH 조정 공정(S5)과,- A second pH adjustment step (S5) of adjusting the pH to 7 or higher by adding an aqueous alkali solution to the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S4);
-제 2 pH 조정 공정(S5)에 의해 석출된 코발트염의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 고액 분리 공정(S6)(단락 0190에 기재된 "제 2 고액 분리 공정"에 해당)과,- A solid-liquid separation step (S6) of separating the precipitate containing the crystals of the cobalt salt precipitated by the second pH adjustment step (S5) from the liquid to be treated (corresponding to the “second solid-liquid separation step” described in paragraph 0190);
-고액 분리 공정(S6) 후의 피처리액을 증발 농축하는 농축 공정(S7)과,- Concentration step (S7) of evaporating and concentrating the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S6);
-농축 공정(S7) 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가하는 탄산화 공정(S8)과,- Carbonation step (S8) of mixing carbon dioxide gas and/or adding water-soluble carbonate to the liquid to be treated after the concentration step (S7);
-탄산화 공정(S8)에 의해 석출된 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 고액 분리 공정(S9)(단락 0194에 기재된 "제 3 고액 분리 공정"에 해당)과,- A solid-liquid separation step (S9) of separating a precipitate containing crystals of lithium carbonate precipitated by the carbonation step (S8) from the liquid to be treated (corresponding to the “third solid-liquid separation step” described in paragraph 0194);
-고액 분리 공정(S9) 후의 피처리액에 대하여 바이폴라막 전기 투석을 실시함으로써 해당 피처리액으로부터 적어도 수산화리튬을 포함하는 알칼리 및 무기산을 분리하여 회수하는 전기 투석 공정(S10)을 가진다.- Bipolar membrane electrodialysis is performed on the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S9) to separate and recover alkali and inorganic acids containing at least lithium hydroxide from the liquid to be treated (S10).
코발트를 회수하는 대상의 폐리튬 이온 전지는 상기한 리튬 회수 방법과 동일하다.A waste lithium ion battery for recovering cobalt is the same as the lithium recovery method described above.
우선, 산침출 공정(S1)에서는 상기한 폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출함으로써 코발트 및 리튬 외에, 예를 들면, 알루미늄, 니켈, 철 등의 금속을 용출한다. 무기산으로서는, 예를 들면, 황산, 염산, 질산, 인산 등을 이용할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 저비용이고 또한 취급하기 쉬운 점에서 황산이 이용되고 있다.First, in the acid leaching step (S1), metals such as aluminum, nickel, and iron are eluted in addition to cobalt and lithium by leaching the above-described spent lithium ion battery with an inorganic acid. As the inorganic acid, for example, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and the like can be used, but in the present embodiment, sulfuric acid is used because of its low cost and ease of handling.
산침출 공정(S1)에 있어서, 폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상 실시되고 있는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 산침출조(1) 내에서 폐리튬 이온 전지를 예를 들면, 황산 수용액 등의 무기산의 수용액에 침지시켜서 사전 결정 시간 교반함으로써 상기한 코발트 등의 용해한 산성의 피처리액을 얻는다. 산침출 공정(S1)에서는 수용액 중의 무기산의 농도가 1㏖/L~5㏖/L인 것이 바람직하고, 수용액의 온도는 60℃ 이상이 바람직하다.In the acid leaching step (S1), the method for leaching a spent lithium ion battery with an inorganic acid is not particularly limited, and a method commonly used can be used. For example, in the
다음의 고액 분리 공정(S2)에서는 산침출 공정(S1)에 의해 얻어진 피처리액을 예를 들면, 여과함으로써 피처리액으로부터 불용 잔사를 분리한다. 불용 잔사는 주로 무기산에 용해하지 않는 탄소 재료, 금속 재료, 유기 재료이다. 고액 분리하는 방법으로서는, 예를 들면, 가압 여과(필터 프레스), 진공 여과, 원심 여과 등의 각종 여과 장치나 디캔터형과 같은 원심 분리 장치 등, 공지의 고액 분리 장치를 이용할 수 있다. 또한, 이하의 고액 분리 공정(S4, S6, S9) 등에서도 동일하다.In the next solid-liquid separation step (S2), the insoluble residue is separated from the liquid to be treated by filtering, for example, the liquid to be treated obtained in the acid leaching step (S1). The insoluble residues are mainly carbon materials, metal materials, and organic materials that do not dissolve in inorganic acids. As a method of solid-liquid separation, well-known solid-liquid separation apparatuses, such as various filtration apparatuses, such as pressure filtration (filter press), vacuum filtration, and centrifugal filtration, and a centrifugal separation apparatus like a decanter type, can be used, for example. The same applies to the following solid-liquid separation steps (S4, S6, S9).
다음의 제 1 pH 조정 공정(S3)에서는 고액 분리 공정(S2) 후의 피처리액(여과액)에 알칼리의 수용액을 첨가하고, pH를 4~7, 바람직하게는 4~6, 보다 바람직하게는 4~5로 조정한다. 이에 따라, 피처리액 중의 상기한 금속 중, 불순물 금속(예를 들면, 알루미늄, 철)을 피처리액으로부터 제거한다. 알칼리로서는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등을 이용할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 수산화리튬이 이용되고 있다.In the next first pH adjustment step (S3), an aqueous alkali solution is added to the liquid to be treated (filtrate) after the solid-liquid separation step (S2), and the pH is adjusted to 4-7, preferably 4-6, more preferably Adjust it to 4-5. Thereby, among the above-mentioned metals in the liquid to be treated, impurity metals (eg, aluminum and iron) are removed from the liquid to be treated. Although sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, etc. can be used as an alkali, lithium hydroxide is used in this embodiment.
제 1 pH 조정 공정(S3)에 있어서, 피처리액의 pH를 조정하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상 실시되고 있는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 제 1 pH 조정조(2) 내에서 피처리액을 교반하면서 예를 들면, 수산화리튬 수용액 등의 알칼리의 수용액을 첨가함으로써 피처리액 중의 불순물 금속을 수산화물(예를 들면, 수산화알루미늄, 수산화철) 등의 무기염의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 제 1 pH 조정 공정(S3)에서는 피처리액을 예를 들면, 30℃~80℃로 일정 온도로 가온하면서 실시하는 것이 바람직하다.In the 1st pH adjustment process (S3), it does not specifically limit about the method of adjusting the pH of a to-be-processed liquid, The method normally implemented can be used. For example, by adding an aqueous solution of an alkali such as an aqueous lithium hydroxide solution while stirring the liquid to be treated in the first
제 1 pH 조정 공정(S3)에서 첨가되는 알칼리의 수용액은 알칼리 농도가 1.0㏖/L 미만으로 희박하다. 이에 따라, 상세는 후술하지만, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 피처리액 중의 코발트가 불순물 금속과 함께 코발트염의 결정으로서 석출, 침전하여 피처리액으로부터 제거되는 것을 억제할 수 있다. 다만, 알칼리 농도가 과도하게 낮으면, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 pH 조정을 위해 알칼리의 수용액을 대량으로 사용할 필요가 있고, 또한 pH 조정 후의 피처리액의 액량도 다량으로 되기 때문에 알칼리 농도의 하한은 0.1㏖/L 이상인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 피처리액 중의 코발트가 피처리액으로부터 제거되는 것을 효과적으로 억제하기 위해서는, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 첨가되는 알칼리의 수용액의 알칼리 농도는 0.5㏖/L 이하인 것이 바람직하고, 0.2㏖/L 이하인 것이 보다 바람직하다.The alkali concentration of the aqueous solution of alkali added in the 1st pH adjustment process (S3) is less than 1.0 mol/L and is thin. Accordingly, although details will be described later, it is possible to suppress the cobalt in the liquid to be treated in the first pH adjustment step S3 from being removed from the liquid to be treated by precipitation and precipitation as crystals of cobalt salt together with impurity metals. However, if the alkali concentration is excessively low, it is necessary to use a large amount of an aqueous alkali solution for pH adjustment in the first pH adjustment step S3, and the amount of the liquid to be treated after the pH adjustment is also large, so the alkali concentration It is preferable that the lower limit of is 0.1 mol/L or more. In addition, in order to effectively suppress removal of cobalt in the liquid to be treated in the first pH adjustment step (S3) from the liquid to be treated, the alkali concentration of the aqueous alkali solution added in the first pH adjustment step (S3) is 0.5 mol/ It is preferable that it is L or less, and it is more preferable that it is 0.2 mol/L or less.
또한, 이 제 1 pH 조정 공정(S3)에 있어서는, pH 조정에 사용하는 알칼리의 수용액량을 줄이기 위해, 피처리액의 pH가 4보다 작은 사전 결정값으로 될 때까지는 1.0㏖/L 이상의 짙은 알칼리 농도를 가지는 알칼리의 수용액을 피처리액에 첨가하고, 피처리액의 pH가 사전 결정값으로 된 후에는 1.0㏖/L 미만의 옅은 알칼리 농도를 가지는 알칼리의 수용액을 피처리액에 첨가함으로써 피처리액의 pH를 4~7로 조정할 수도 있다. 상기한 피처리액의 pH의 사전 결정값으로서는, 2~3의 범위 내에서 설정할 수 있다.In addition, in this 1st pH adjustment process (S3), in order to reduce the amount of the aqueous solution of the alkali used for pH adjustment, until the pH of the to-be-processed liquid becomes a predetermined value smaller than 4, the dark alkali of 1.0 mol/L or more An aqueous solution of alkali having a concentration is added to the liquid to be treated, and after the pH of the liquid to be treated has reached a predetermined value, an aqueous solution of alkali having a light alkali concentration of less than 1.0 mol/L is added to the liquid to be treated. It is also possible to adjust the pH of the liquid to 4-7. As a predetermined value of the pH of the above-mentioned to-be-processed liquid, it can set within the range of 2-3.
제 1 pH 조정 공정(S3)에서 석출, 침전한 석출물은 다음의 고액 분리 공정(S4)에 있어서, 피처리액을 예를 들면, 여과함으로써 피처리액으로부터 분리된다. 또한, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 피처리액으로부터 제거되는 불순물 금속에는, 그 밖에, 구리 등이 포함되어 있어도 좋다. 고액 분리 공정(S4)에 있어서는, 석출물을 세정액으로 세정하고, 세정한 후의 세정 폐액을 피처리액(여과액)과 함께 다음의 제 2 pH 조정 공정(S5)에 공급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 세정 폐액에 포함되는 리튬에 대해서도 피처리액에 포함되는 리튬과 함께 제 2 pH 조정 공정(S5)으로부터 탄산화 공정(S8)에 공급할 수 있고, 후술하는 탄산화 공정(S8)에서 탄산화함으로써 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 이 석출물의 세정에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 후술하는 농축 공정(S7)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다.The precipitate deposited and precipitated in the first pH adjustment step (S3) is separated from the liquid to be treated by, for example, filtering the liquid to be treated in the next solid-liquid separation step (S4). In addition, copper etc. may be contained in the impurity metal removed from the to-be-processed liquid in the 1st pH adjustment process (S3). In the solid-liquid separation step (S4), it is preferable to wash the precipitate with a washing solution and supply the washing waste solution after washing to the next second pH adjustment step (S5) together with the liquid to be treated (filtrate). Accordingly, even lithium contained in the washing waste liquid can be supplied together with lithium contained in the liquid to be treated from the second pH adjustment step (S5) to the carbonation step (S8), and lithium is carbonated by carbonation in the carbonation step (S8) described later. can be recovered with a high recovery rate. The water used for washing the precipitate is not particularly limited, but it is preferable to use condensed water generated when the liquid to be treated is evaporated and concentrated in the concentration step (S7) to be described later, so that the condensed water can be effectively used.
제 2 pH 조정 공정(S5)에서는 고액 분리 공정(S4) 후의 피처리액(여과액)에 알칼리의 수용액을 첨가하여, pH를 7 이상, 바람직하게는 7~13, 보다 바람직하게는 7~11, 더욱 바람직하게는 8~10으로 조정한다. 이에 따라, 피처리액 중의 상기한 금속 중, 코발트, 나아가서는 니켈 등의 유가 금속을 피처리액으로부터 제거한다. 알칼리로서는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등을 이용할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 수산화리튬이 이용되고 있다.In the second pH adjustment step (S5), an aqueous alkali solution is added to the to-be-treated liquid (filtrate) after the solid-liquid separation step (S4) to adjust the pH to 7 or more, preferably 7 to 13, more preferably 7 to 11 , More preferably, it adjusts to 8-10. Thereby, among the above-mentioned metals in the to-be-processed liquid, valuable metals, such as cobalt and further nickel, are removed from the to-be-processed liquid. Although sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, etc. can be used as an alkali, lithium hydroxide is used in this embodiment.
제 2 pH 조정 공정(S5)에 있어서, 피처리액의 pH를 조정하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상 실시되고 있는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 제 2 pH 조정조(3) 내에서 피처리액을 교반하면서 예를 들면, 수산화리튬 수용액 등의 알칼리의 수용액을 첨가함으로써 피처리액 중의 유가 금속을 수산화물(예를 들면, 수산화철 코발트, 나아가서는 수산화니켈) 등의 무기염의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 이에 따라, 피처리액 중의 코발트를 수산화코발트 등의 코발트염으로서 회수할 수 있다. 제 2 pH 조정 공정(S5)에서는 피처리액을 예를 들면, 30℃~80℃로 일정 온도로 가온하면서 실시하는 것이 바람직하다. 제 2 pH 조정 공정(S5)에서 첨가되는 알칼리의 수용액의 알칼리 농도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 사용한 알칼리의 수용액의 알칼리 농도 이상인 것이 바람직하고, 나아가서는, 알칼리 농도가 0.2㏖/L 이상인 것이 바람직하다.In the 2nd pH adjustment process (S5), it does not specifically limit about the method of adjusting the pH of a to-be-processed liquid, The method normally implemented can be used. For example, by adding an aqueous solution of an alkali such as an aqueous lithium hydroxide solution while stirring the liquid to be treated in the second
제 2 pH 조정 공정(S5)에서 석출, 침전한 석출물은 다음의 고액 분리 공정(S6)에 있어서, 피처리액을 예를 들면, 여과함으로써 피처리액으로부터 분리된다. 또한, 제 2 pH 조정 공정(S5)에서 피처리액으로부터 제거되는 유가 금속에는, 그 밖에, 망간 등이 포함되어 있어도 좋다. 한편, 고액 분리 공정(S6) 후의 피처리액(여과액) 중에는 리튬 및 무기산의 음이온(예를 들면, 황산 이온)이 포함되어 있다.The precipitate deposited and precipitated in the second pH adjustment step (S5) is separated from the liquid to be treated by, for example, filtering the liquid to be treated in the next solid-liquid separation step (S6). In addition, manganese etc. may be contained in the valuable metal removed from the to-be-processed liquid in the 2nd pH adjustment process (S5). On the other hand, the to-be-treated liquid (filtrate) after the solid-liquid separation step (S6) contains lithium and anions of an inorganic acid (eg, sulfate ions).
고액 분리 공정(S6)에 있어서는, 석출물을 세정액으로 세정하고, 세정한 후의 세정 폐액을 피처리액(여과액)과 함께 다음의 농축 공정(S7)에 공급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 세정 폐액에 포함되는 리튬에 대해서도 피처리액에 포함되는 리튬과 함께 농축 공정(S7)으로부터 탄산화 공정(S8)에 공급할 수 있고, 후술하는 탄산화 공정(S8)에서 탄산화함으로써 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 이 석출물의 세정에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 농축 공정(S7)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다.In the solid-liquid separation step (S6), it is preferable to wash the precipitate with a washing liquid and supply the washing waste liquid after washing to the next concentration step (S7) together with the liquid to be treated (filtrate). Accordingly, even lithium contained in the washing waste liquid can be supplied from the concentration step (S7) to the carbonation step (S8) together with the lithium contained in the liquid to be treated, and the lithium is highly recovered by carbonation in the carbonation step (S8) described later. can be recovered with Although the water used for washing|cleaning this precipitate is not specifically limited, It is preferable to use the condensed water which arises when the to-be-processed liquid is evaporated and concentrated in the concentration process (S7), Thus, effective use of the condensed water is possible.
또한, 이 제 1 pH 조정 공정(S3) 및 제 2 pH 조정 공정(S5)에 있어서, 사용하는 알칼리를 수산화리튬으로 함으로써 수산화나트륨 등의 다른 알칼리 금속의 수산화물을 이용한 경우에 비하여, 후술하는 탄산화 공정(S8)에서 석출하는 탄산리튬의 결정에 대하여 예를 들면, 나트륨 등의 리튬 이외의 알칼리 금속의 혼입을 억제할 수 있다. 따라서, 순도가 높은 탄산리튬을 회수할 수 있다.Moreover, in this 1st pH adjustment process (S3) and 2nd pH adjustment process (S5), the carbonation process mentioned later compared with the case where the hydroxide of other alkali metals, such as sodium hydroxide, is used by making the alkali to be used lithium hydroxide. Mixing of alkali metals other than lithium, such as sodium, can be suppressed with respect to the crystal|crystallization of lithium carbonate precipitated in (S8). Therefore, lithium carbonate with high purity can be recovered.
다음의 농축 공정(S7)에서는 고액 분리 공정(S6) 후의 리튬을 함유하는 피처리액을 가열함으로써 증발 농축하는, 즉, 피처리액 중의 수분을 증발시킴으로써 피처리액을 농축한다. 이에 따라, 피처리액의 액량이 감소하여 피처리액 중의 리튬 농도가 증가한다. 따라서, 후술하는 탄산화 공정(S8)에서 탄산리튬의 회수율을 향상시킬 수 있다.In the next concentration step (S7), the liquid to be treated is concentrated by heating the lithium-containing liquid after the solid-liquid separation step (S6), that is, the liquid to be treated is concentrated by evaporating moisture in the liquid to be treated. Accordingly, the liquid amount of the liquid to be treated decreases and the lithium concentration in the liquid to be treated increases. Accordingly, it is possible to improve the recovery rate of lithium carbonate in the carbonation process (S8), which will be described later.
또한, 농축 공정(S7)에서는 피처리액을 증발 농축함으로써 농축 후의 피처리액의 온도를 높게 할 수 있어서, 후술하는 탄산화 공정(S8)에서 탄산리튬의 회수율을 향상시킬 수 있다. 탄산리튬의 용해도는 온도가 높아질수록 낮아지기 때문에 탄산화 공정(S8)에 있어서, 피처리액의 온도가 높아짐으로써 피처리액 중의 리튬과 탄산가스의 반응으로 발생하는 탄산리튬의 용해도가 저하하기 때문에 탄산리튬의 결정의 석출량을 늘릴 수 있다.In addition, in the concentration step (S7), the temperature of the target solution after concentration can be increased by evaporating the target solution, so that the recovery rate of lithium carbonate can be improved in the carbonation step (S8) described later. Since the solubility of lithium carbonate decreases as the temperature increases, in the carbonation step S8, as the temperature of the liquid to be treated increases, the solubility of lithium carbonate generated by the reaction of lithium and carbon dioxide in the liquid to be treated decreases. It is possible to increase the amount of precipitation of crystals.
농축 공정(S7)에서는 농축 후의 피처리액에 리튬이 예를 들면, 황산리튬 등의 리튬염의 결정으로서 석출되지 않을 정도의 농도까지 피처리액을 농축하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 농축 후의 피처리액에서의 리튬의 농도를 높게 할 수 있어서, 후술하는 탄산화 공정(S8)에서 탄산리튬의 회수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 농축 공정(S7)에서 석출물이 석출된 경우에는, 피처리액으로부터 이것을 분리하는 고액 분리 공정을 실시해도 좋다.In the concentration step (S7), it is preferable to concentrate the liquid to be treated to a concentration such that lithium does not precipitate as crystals of lithium salts such as lithium sulfate in the liquid to be treated after concentration. Accordingly, the concentration of lithium in the liquid to be treated after concentration can be increased, and the recovery rate of lithium carbonate in the carbonation step (S8) described later can be improved. In addition, when a precipitate has precipitated in the concentration step (S7), a solid-liquid separation step of isolating it from the liquid to be treated may be performed.
농축 공정(S7)에 있어서, 피처리액을 증발 농축하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 증발 농축 장치(5)를 이용할 수 있다. 증발 농축 장치(5)로서는, 피처리액을 증발에 의해 농축 가능하면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 히트 펌프형, 이젝터 구동형, 스팀형, 플래시형 등의 공지의 증발 농축 장치를 이용할 수 있지만, 바람직하게는 히트 펌프형의 증발 농축 장치이다. 히트 펌프형의 증발 농축 장치를 이용한 경우에는, 사용하는 에너지를 현저히 억제할 수 있다. 또한, 감압 분위기하에서 피처리액의 농축을 실시함으로써 더욱 에너지 절약화를 도모할 수 있다.In the concentration step (S7), the method for evaporating and concentrating the liquid to be treated is not particularly limited, and, for example, the
다음의 탄산화 공정(S8)에서는 농축 공정(S7) 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가함으로써 피처리액 중의 리튬을 탄산리튬의 결정으로서 석출, 침전시킨다. 이에 따라, 피처리액 중의 리튬을 탄산리튬으로서 회수할 수 있다. 탄산염으로서는, 예를 들면, 탄산나트륨, 탄산암모늄, 탄산칼륨 등을 이용할 수 있다.In the following carbonation step (S8), lithium in the target solution is precipitated as crystals of lithium carbonate by mixing carbon dioxide gas and/or adding a water-soluble carbonate to the target solution after the concentration step (S7). Thereby, lithium in the liquid to be treated can be recovered as lithium carbonate. As carbonate, sodium carbonate, ammonium carbonate, potassium carbonate, etc. can be used, for example.
이 탄산화 공정(S8)에 있어서는, 피처리액에 탄산가스를 혼합함으로써 탄산리튬의 결정을 석출, 침전시키는 것이 바람직하다. 이와 같이, 탄산화 공정(S8)에 있어서, 예를 들면, 나트륨 등의 알칼리 금속을 포함하지 않는 재료를 이용함으로써, 석출되는 탄산리튬의 결정에 리튬 이외의 알칼리 금속이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 순도가 높은 탄산리튬을 회수할 수 있다.In this carbonation step (S8), it is preferable to precipitate and precipitate crystals of lithium carbonate by mixing carbon dioxide gas with the liquid to be treated. In this way, in the carbonation step (S8), for example, by using a material that does not contain alkali metals such as sodium, it is possible to suppress mixing of alkali metals other than lithium into the precipitated crystals of lithium carbonate. Therefore, lithium carbonate with high purity can be recovered.
탄산화 공정(S8)에 있어서, 피처리액에 탄산가스를 혼합하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상 실시되고 있는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 탄산화조(7) 내에서 피처리액을 교반하면서 피처리액 중에 탄산가스를 노즐에 의해 미세한 기포의 상태로 공급함으로써 피처리액에 탄산가스를 균일하게 혼합할 수 있어서, 피처리액 중의 리튬과 탄산가스를 효율 좋게 반응시킬 수 있다. 또한, 피처리액을 탄산가스의 분위기하에 분무함으로써 탄산가스와 반응시켜도 좋다.In the carbonation step (S8), the method of mixing the carbon dioxide gas with the liquid to be treated is not particularly limited, and a method commonly used can be used. For example, carbon dioxide gas can be uniformly mixed with the liquid to be treated by supplying carbon dioxide gas into the liquid to be treated in the form of fine bubbles by means of a nozzle while stirring the liquid to be treated in the
탄산리튬의 용해도는 온도가 높아질수록 낮아지기 때문에 탄산화 공정(S8)에 있어서는, 피처리액을 가온하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 피처리액 중의 리튬과 탄산가스의 반응으로 발생하는 탄산리튬의 용해도가 저하하기 때문에 탄산리튬의 결정의 석출량을 늘릴 수 있다.Since the solubility of lithium carbonate decreases as the temperature increases, it is preferable to heat the liquid to be treated in the carbonation step S8. Accordingly, since the solubility of lithium carbonate generated by the reaction of lithium and carbon dioxide gas in the liquid to be treated decreases, the amount of precipitated lithium carbonate crystals can be increased.
다음의 고액 분리 공정(S9)에서는 탄산화 공정(S8) 후의 피처리액을 예를 들면, 여과함으로써 피처리액으로부터 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 분리한다. 고액 분리 공정(S9)에 있어서는, 피처리액으로부터 분리한 석출물을 물 등으로 세정함으로써 불순물을 제거하여, 탄산리튬의 순도를 올릴 수 있다. 이 석출물의 세정에 이용하는 물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 농축 공정(S7)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 응축수의 유효 이용이 가능하다. 또한, 석출물을 세정한 후의 세정 폐액은 고액 분리 공정(S9) 후의 피처리액(여과액)과 함께 후술하는 전기 투석 공정(S10)의 바이폴라막 전기 투석 장치(6)에 공급하는 것이 바람직하다.In the next solid-liquid separation step (S9), the to-be-treated liquid after the carbonation step (S8) is filtered, for example, to separate a precipitate containing lithium carbonate crystals from the to-be-treated liquid. In the solid-liquid separation step (S9), by washing the precipitate separated from the liquid to be treated with water or the like, impurities are removed and the purity of lithium carbonate can be increased. Although the water used for washing|cleaning this precipitate is not specifically limited, It is preferable to use the condensed water which arises when the to-be-processed liquid is evaporated and concentrated in the concentration process (S7), Thus, effective use of the condensed water is possible. In addition, it is preferable to supply the washing waste liquid after washing the precipitates together with the liquid to be treated (filtrate) after the solid-liquid separation process (S9) to the bipolar
다음의 전기 투석 공정(S10)에서는 고액 분리 공정(S9) 후의 피처리액을 바이폴라막 전기 투석 장치(6)에 공급함으로써 해당 처리액으로부터 알칼리 및 무기산을 분리하여 회수한다. 바이폴라막 전기 투석 장치(9)로서는, 예를 들면, 도 17에 도시한 바와 같이, 양극(95)과 음극(96)의 사이에 음이온 교환막(91), 양이온 교환막(92) 및 2개의 바이폴라막(93, 94)을 구비하는 셀(90)이 복수 적층된 3실 셀방식의 바이폴라막 전기 투석 장치를 적합하게 사용할 수 있다. 본 실시 형태의 바이폴라막 전기 투석 장치(9)는 음이온 교환막(91) 및 양이온 교환막(92)에 의해 탈염실(R1)을 형성하고, 음이온 교환막(91) 및 한쪽의 바이폴라막(93)과의 사이에 산실(R2)을 형성하고, 양이온 교환막(92)과 다른쪽의 바이폴라막(94)의 사이에 알칼리실(R3)을 형성하고 있다. 각 바이폴라막(93, 94)의 외측에는 양극실(R4)과 음극실(R5)이 형성되어 있고, 양극실(R4)에 양극(95)이, 음극실(R5)에 음극(96)이 각각 배치되어 있다.In the next electrodialysis step (S10), the liquid to be treated after the solid-liquid separation step (S9) is supplied to the bipolar
이 전기 투석 공정(S10)에서는 탈염실(R1)에 피처리액을 도입하고, 산실(R2) 및 알칼리실(R3)에 각각 순수를 도입함으로써 피처리액이 리튬과 무기산의 음이온(본 실시 형태에서는 황산 이온)을 포함하는 경우, 탈염실(R1)에 있어서는, 리튬 이온(Li+)은 양이온 교환막(92)을 통과하고, 황산 이온(SO4 2-)은 음이온 교환막(91)을 통과한다. 한편, 산실(R2) 및 알칼리실(R3)에 있어서는, 공급된 순수가 바이폴라막(93, 94)에서 수소 이온(H+) 및 수산화물 이온(OH-)에 해리되고, 산실(R2)에서는 수소 이온(H+)이 황산 이온(SO4 2-)과 결합하여 황산(H2SO4)이 생성되고, 알칼리실(R3)에서는 수산화물 이온(OH-)이 리튬 이온(Li+)과 결합하여 수산화리튬(LiOH)이 생성된다. 이에 따라, 산실(R2)로부터 무기산으로서 황산(H2SO4)이, 알칼리실(R3)로부터 알칼리로서 수산화리튬(LiOH)이 각각 회수된다. 또한, 산실(R2) 및 알칼리실(R3)에 도입되는 순수는 농축 공정(S8)에서 피처리액을 증발 농축했을 때에 발생하는 응축수를 이용해도 좋다.In this electrodialysis step (S10), the liquid to be treated is introduced into the desalting chamber R1, and pure water is introduced into the acid chamber R2 and the alkali chamber R3, respectively, so that the liquid to be treated is an anion of lithium and an inorganic acid (this embodiment). In the desalting chamber (R1), lithium ions (Li + ) pass through the
탈염실(R1)로부터 배출되는 탈염 후의 희박한 피처리액(탈염액)은 특별히 한정되는 셈은 아니지만, 리튬을 약간 포함하고 있기 때문에 적어도 일부를 농축 공정(S7)(증발 농축 장치(5)) 또는 후술하는 농축 공정(S7) 전의 불순물 제거 공정(다가 양이온 제거 장치)에 공급하여, 다시 농축 공정(S7)에서 농축한 후에 탄산화 공정(S8)에서 탄산화하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 리튬을 고회수율로 회수할 수 있다. 또한, 탈염액은 본 실시 형태에서는 농축 공정(S7)에 공급하고 있지만, 제 1 pH 조정 공정(S3)에 공급해도 좋다. 이에 따라, 탈염액에 코발트가 잔존해 있는 경우에, 코발트의 회수율을 올릴 수 있다.The dilute to-be-treated liquid (desalting liquid) after desalting discharged from the desalting chamber R1 is not particularly limited, but since it contains a small amount of lithium, at least a part of it is concentrated in the concentration step S7 (evaporative concentration unit 5) or It is preferable to supply to the impurity removal process (polyvalent cation removal apparatus) before a concentration process (S7) mentioned later, and to carbonize in a carbonation process (S8) after concentrating again in a concentration process (S7). Accordingly, lithium can be recovered with a high recovery rate. In addition, although the desalination liquid is supplied to the concentration process (S7) in this embodiment, you may supply to the 1st pH adjustment process (S3). Accordingly, when cobalt remains in the desalting solution, the recovery rate of cobalt can be increased.
또한, 산실(R2)로부터 회수한 무기산(본 실시 형태에서는 황산)은 특별히 한정되는 셈은 아니지만, 산침출조(1)에 공급하여, 산침출 공정(S1)에서 폐리튬 이온 전지를 침출하는 무기산으로서 재이용하는 것이 바람직하다.In addition, the inorganic acid (sulfuric acid in this embodiment) recovered from the acid chamber (R2) is not particularly limited, but is supplied to the
또한, 알칼리실(R3)로부터 회수한 알칼리(본 실시 형태에서는 수산화리튬)는 특별히 한정되는 셈은 아니지만, pH 조정조(2, 3)에 공급하여, pH 조정 공정(S3, S5)에서 피처리액의 pH 조정을 위한 알칼리로서 재이용하는 것이 바람직하다.In addition, although the alkali (lithium hydroxide in this embodiment) recovered|recovered from alkali chamber R3 is not specifically limited, It is supplied to the
상기한 본 실시 형태의 코발트 회수 방법에 따르면, 코발트 및 불순물 금속이 용해한 피처리액에 대하여, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 피처리액으로부터 불순물 금속을 제거할 때에 알칼리 농도가 1.0㏖/L 미만의 희박한 알칼리의 수용액으로 피처리액의 pH 조정을 실시함으로써 피처리액으로부터 코발트가 불순물 금속과 함께 제거되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 제 2 pH 조정 공정(S5)에 공급되는 피처리액 중의 코발트의 양을 높게 유지할 수 있기 때문에 제 2 pH 조정 공정(S5)에서 코발트를 고회수율로 회수할 수 있다.According to the cobalt recovery method of the present embodiment described above, the alkali concentration of the liquid to be treated in which cobalt and impurity metals are dissolved is 1.0 mol/L when the impurity metal is removed from the liquid to be treated in the first pH adjustment step (S3). By adjusting the pH of the liquid to be treated with an aqueous solution of less than a dilute alkali, it is possible to suppress removal of cobalt from the liquid to be treated together with impurity metals. Therefore, since the amount of cobalt in the to-be-processed liquid supplied to the 2nd pH adjustment process S5 can be maintained high, cobalt can be collect|recovered with a high recovery rate in the 2nd pH adjustment process S5.
또한, 본 실시 형태의 코발트 회수 방법에 따르면, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 알칼리 농도가 1.0㏖/L 미만의 희박한 알칼리의 수용액을 사용하고 있기 때문에 그 후의 리튬을 회수하기 위한 탄산화 공정(S8)에 공급되는 피처리액의 액량이 다량으로 되지만, 탄산화 공정(S8) 전에 농축 공정(S7)에서 피처리액을 증발 농축함으로써 피처리액의 액량을 줄여서 피처리액 중의 리튬 농도를 증가시키고 있다. 따라서, 탄산화 공정(S8)에서 탄산리튬의 회수율을 양호하게 향상시킬 수 있다. 또한, 피처리액의 증발 농축에 동반하여, 탄산화 공정(S8)에 공급되는 피처리액의 온도가 높아지기 때문에 탄산리튬의 용해도가 저하하여 탄산리튬의 석출량을 늘릴 수 있다.Further, according to the cobalt recovery method of the present embodiment, since an aqueous solution of a dilute alkali having an alkali concentration of less than 1.0 mol/L is used in the first pH adjustment step (S3), a carbonation step for recovering lithium thereafter (S8) ), the liquid amount of the liquid to be treated becomes large, but by evaporating and concentrating the liquid to be treated in the concentration step (S7) before the carbonation step (S8), the amount of the liquid to be treated is reduced and the lithium concentration in the liquid to be treated is increased. . Therefore, the recovery rate of lithium carbonate in the carbonation step (S8) can be improved favorably. In addition, since the temperature of the liquid to be treated supplied to the carbonation step S8 increases along with the evaporation and concentration of the liquid to be treated, the solubility of lithium carbonate decreases and the amount of lithium carbonate precipitated can be increased.
또한, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 피처리액의 pH를 4~7로 조정할 때에 피처리액의 pH가 사전 결정값으로 될 때까지는 알칼리 농도가 1.0㏖/L 이상의 알칼리의 수용액을 피처리액에 첨가하고, 피처리액의 pH가 사전 결정값으로 된 후, 알칼리 농도가 1.0㏖/L 미만의 알칼리의 수용액을 피처리액에 첨가함으로써 pH 조정에 사용하는 알칼리의 수용액량을 줄일 수 있다.In addition, when the pH of the liquid to be treated is adjusted to 4 to 7 in the first pH adjustment step S3, an aqueous solution of alkali having an alkali concentration of 1.0 mol/L or more is treated until the pH of the liquid to be treated becomes a predetermined value. After adding to the liquid and the pH of the liquid to be treated reaches a predetermined value, an aqueous solution of alkali having an alkali concentration of less than 1.0 mol/L is added to the liquid to be treated, thereby reducing the amount of aqueous alkali solution used for pH adjustment .
또한, 본 실시 형태의 코발트 회수 방법에 따르면, 전기 투석 공정(S10)에서 회수한 무기산 및 알칼리를 각각 산침출 공정(S1) 및 pH 조정 공정(S3, S5)에 순환시켜서 재이용함으로써 각 공정(S1, S3, S5)에서 사용하는 무기산이나 알칼리의 양을 줄일 수 있다.In addition, according to the cobalt recovery method of the present embodiment, the inorganic acid and alkali recovered in the electrodialysis step (S10) are circulated in the acid leaching step (S1) and the pH adjustment step (S3, S5), respectively, and reused in each step (S1). , S3, S5) can reduce the amount of inorganic acid or alkali used.
이상, 본 개시의 코발트 회수 방법의 일 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 개시의 코발트 회수 방법은 도 15 및 도 16의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 여러 가지 변경이 가능하다.As mentioned above, although one embodiment of the cobalt recovery method of this indication was described, the cobalt recovery method of this indication is not limited to the embodiment of FIGS. 15 and 16, Unless it deviates from the meaning of this indication, it is various branch changes are possible.
예를 들면, 도 15 및 도 16의 실시 형태에서는 전기 투석 공정(S10)에서 회수한 알칼리를 제 1 pH 조정 공정(S3) 및 제 2 pH 조정 공정(S5)에 공급하고 있지만, 어느 한쪽에만 공급하도록 구성해도 좋다.For example, in the embodiment of FIGS. 15 and 16 , the alkali recovered in the electrodialysis step (S10) is supplied to the first pH adjustment step (S3) and the second pH adjustment step (S5), but only either one is supplied. It may be configured to do so.
또한, 도 15 및 도 16의 실시 형태에서는 전기 투석 공정(S10)에 의해 수산화리튬을 회수한 후의 희박한 피처리액(탈염액)에 대하여, 적어도 일부를 농축 공정(S7)에 공급하고 있지만, 이에 대신하여 또는 이에 추가하여, 전기 투석 공정(S10)에 공급하도록 구성해도 좋다.15 and 16, at least a portion of the dilute to-be-processed liquid (demineralized liquid) after lithium hydroxide is recovered by the electrodialysis process (S10) is supplied to the concentration process (S7). Alternatively or in addition to this, you may comprise so that it may supply to the electrodialysis process (S10).
또한, 도 15 및 도 16의 실시 형태에서는 탄산화 공정(S8) 전에 농축 공정(S7)을 가지고 있지만, 농축 공정(S7)은 반드시 가지고 있을 필요는 없다. 또한, 이 경우, 전기 투석 공정(S10)에 의해 수산화리튬을 회수한 후의 희박한 피처리액(탈염액)에 대하여, 적어도 일부를 탄산화 공정(S8)에 공급하도록 구성할 수 있다.In addition, in embodiment of FIG. 15 and FIG. 16, although it has a concentration process S7 before carbonation process S8, it is not necessary to necessarily have a concentration process S7. Moreover, in this case, it can be comprised so that at least a part may be supplied to the carbonation process (S8) with respect to the thin to-be-processed liquid (demineralization liquid) after lithium hydroxide is collect|recovered by the electrodialysis process (S10).
또한, 도 15 및 도 16의 실시 형태에 있어서, 농축 공정(S7) 전의 피처리액 및/또는 전기 투석 공정(S10)에 공급하는 피처리액에 대하여, 피처리액 중의 2가 이상의 다가 양이온(대표적으로는, 칼슘 이온이나 마그네슘 이온)의 불순물을 제거하도록 구성해도 좋다. 피처리액 중에 칼슘 이온이나 마그네슘 이온 등의 다가 양이온이 존재하고 있으면, 이 다가 양이온이 바이폴라막 전기 투석 장치(9)의 양이온 교환막 내에서 석출되어, 막의 성능 저하를 초래할 염려가 있지만, 다가 양이온을 사전에 피처리액 중으로부터 제거함으로써 바이폴라막 전기 투석 장치(9)에서의 양이온 교환막으로의 악영향을 방지할 수 있다. 이 다가 양이온의 제거의 구체적인 구성은 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 킬레이트 수지를 충전한 컬럼에 피처리액을 통액 가능한 공지의 다가 양이온 제거 장치를 예시할 수 있다. 킬레이트 수지로서는, 칼슘 이온이나 마그네슘 이온을 선택적으로 포착 가능한 것을 사용할 수 있고, 예를 들면, 이미노디초산형, 아미노인산형 등을 예시할 수 있다. 다가 양이온 제거 장치로서는, 그 밖에, 킬레이트제를 첨가하는 것이나 이온 교환 수지를 이용하는 것 등을 들 수 있다. 또한, 피처리액으로부터 제거하는 불순물에는, 칼슘이나 마그네슘에 추가하여, 실리카(규산 이온)가 포함되어 있어도 좋다.15 and 16, with respect to the liquid to be treated before the concentration step (S7) and/or the liquid to be supplied to the electrodialysis step (S10), a polyvalent cation (divalent or higher) in the liquid to be treated ( Typically, you may comprise so that the impurity of calcium ion and magnesium ion) may be removed. If polyvalent cations such as calcium ions or magnesium ions are present in the liquid to be treated, these polyvalent cations are precipitated in the cation exchange membrane of the bipolar
또한, 도 15 및 도 16의 실시 형태에 있어서, 도 18 및 도 19에 도시한 바와 같이, 산침출 공정(S1) 전에 폐리튬 이온 전지를 배소하는 배소 공정(S0)을 더 가지고 있어도 좋다. 배소 공정(S0)에 있어서, 폐리튬 이온 전지를 배소하는 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 공지의 배소 장치(12)를 이용할 수 있다.15 and 16 , as shown in FIGS. 18 and 19 , a roasting step S0 of roasting the spent lithium ion battery before the acid leaching step S1 may be further included. In the roasting step S0, the method of roasting the spent lithium ion battery is not particularly limited, and a known
도 18 및 도 19의 실시 형태에서는 배소 장치(12)(배소 공정(S0))에서 발생한 배기가스를 탄산화조(7)(탄산화 공정(S8))에 공급하여 탄산 가스로서 피처리액에 혼합하고 있다. 이에 따라, 탄산화 공정(S8)에서 사용하는 탄산 가스의 양을 줄일 수 있다.18 and 19, the exhaust gas generated in the roasting device 12 (roasting step S0) is supplied to the carbonation tank 7 (carbonation step S8) and mixed with the liquid to be treated as carbon dioxide gas, have. Accordingly, it is possible to reduce the amount of carbon dioxide gas used in the carbonation process (S8).
또한, 도 15 및 도 16의 실시 형태에 있어서, 농축 공정(S7) 이후의 공정에서의 리튬의 회수 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 상기한 본 개시의 리튬 회수 방법이어도 좋다. 또한, 상기한 실시 형태의 리튬 회수 방법은 산침출 공정(S1)으로부터 고액 분리 공정(S6)에서 본 개시의 코발트 회수 방법이 이용되고 있다.15 and 16 , the method for recovering lithium in the step after the concentration step (S7) is not particularly limited, and the lithium recovery method of the present disclosure described above may be used. In the lithium recovery method of the above-described embodiment, the cobalt recovery method of the present disclosure is used in the solid-liquid separation step (S6) from the acid leaching step (S1).
또한, 상기한 실시 형태의 코발트 회수 방법은 폐리튬 이온 전지로부터 코발트를 회수하는 경우를 예로 하고 있지만, 본 개시의 코발트 회수 방법은 폐리튬 이온 전지로부터 코발트를 회수하기 위해 이용되는 방법에는 한정되지 않는다.In addition, although the cobalt recovery method of the above embodiment takes the case of recovering cobalt from a waste lithium ion battery as an example, the cobalt recovery method of the present disclosure is not limited to the method used for recovering cobalt from a waste lithium ion battery. .
시험예test example
제 1 pH 조정 공정(S3)에서 첨가되는 알칼리의 수용액의 알칼리 농도에 대하여, 본 발명자는 이하의 시험을 실시했다. 구체적으로, 이하의 표 1에 나타내는 성분을 가지는 피처리액 200㎖에 대하여, 알칼리의 수용액을 첨가함으로써 피처리액의 pH를 조정하는 처리(제 1 pH 조정 공정(S3))를 실시했다. 첨가하는 알칼리의 수용액으로서는, 수산화리튬 수용액을 사용했다. 수산화리튬 수용액의 알칼리 농도는 0.2㏖/L(실시예 1), 0.5㏖/L(실시예 2), 1.0㏖/L(실시예 3)로 하고, 피처리액의 pH가 4.7로 되도록 수산화리튬 수용액의 첨가량을 조정했다. 수산화리튬 수용액의 첨가량은 실시예 1에서는 418.6㎖, 실시예 2에서는 168.5㎖, 실시예 3에서는 86.3㎖이었다. 또한, 수산화리튬 수용액의 첨가에 의해 피처리액 중의 리튬의 함유량은 실시예 1에서 582㎎, 실시예 2에서 585㎎, 실시예 3에서 599㎎ 더 증가한다.About the alkali concentration of the aqueous solution of alkali added in the 1st pH adjustment process (S3), this inventor implemented the following test. Specifically, to 200 ml of the to-be-processed liquid having the components shown in Table 1 below, the process (1st pH adjustment process (S3)) of adjusting the pH of the to-be-processed liquid by adding an aqueous alkali solution was performed. As the aqueous alkali solution to be added, an aqueous lithium hydroxide solution was used. The alkali concentration of the lithium hydroxide aqueous solution was 0.2 mol/L (Example 1), 0.5 mol/L (Example 2), and 1.0 mol/L (Example 3), and lithium hydroxide so that the pH of the solution to be treated was 4.7. The addition amount of the aqueous solution was adjusted. The amount of lithium hydroxide aqueous solution added was 418.6 ml in Example 1, 168.5 ml in Example 2, and 86.3 ml in Example 3. In addition, the content of lithium in the liquid to be treated by the addition of the aqueous lithium hydroxide solution further increases by 582 mg in Example 1, 585 mg in Example 2, and 599 mg in Example 3.
(㎎/L)density
(mg/L)
(㎎)content
(mg)
그리고 pH 조정 후의 피처리액을 여과지를 이용하여 여과하고, 여과에 의해 얻어진 여과액에 포함되는 각 성분의 함유량을 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.And the to-be-processed liquid after pH adjustment was filtered using filter paper, and content of each component contained in the filtrate obtained by filtration was measured. The results are shown in Table 2.
(알칼리 농도:
0.2㏖/L)Example 1
(Alkali Concentration:
0.2 ㏖/L)
(㎎)content
(mg)
(%)recovery rate
(%)
(알칼리 농도:
0.5㏖/L)Example 2
(Alkali Concentration:
0.5 ㏖/L)
(㎎)content
(mg)
(%)recovery rate
(%)
(알칼리 농도:
1.0㏖/L)comparative example
(Alkali Concentration:
1.0 ㏖/L)
(㎎)content
(mg)
(%)recovery rate
(%)
한편, pH 조정 후의 피처리액의 여과에 의해 얻어진 여과 잔사의 표면 상태를 확인했다. 그 결과를 도 20에서 도 22에 도시한다. 또한, 도 20이 실시예 1을 도시하고, 도 21이 실시예 2를 도시하고, 도 22가 실시예 3을 도시하고 있다. 도 22에 따르면, 실시예 3에서는 여과 잔사에 수산화코발트가 포함되어 있는 것을 육안으로 확인할 수 있었지만, 도 20 및 도 21에 따르면, 실시예 1, 2에서는 여과 잔사에 수산화코발트가 포함되어 있는 것을 육안으로는 확인할 수 없었다.On the other hand, the surface state of the filtration residue obtained by filtration of the to-be-processed liquid after pH adjustment was confirmed. The results are shown in FIGS. 20 to 22 . 20 shows Example 1, FIG. 21 shows Example 2, and FIG. 22 shows Example 3. FIG. According to FIG. 22, it was visually confirmed that cobalt hydroxide was contained in the filtration residue in Example 3, but according to FIGS. 20 and 21, in Examples 1 and 2, it was visually observed that cobalt hydroxide was contained in the filtration residue. could not be verified with
이상의 결과로부터, 도 20에서 도 22에 따르면, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 피처리액에 첨가하는 알칼리 수용액의 알칼리 농도가 1.0㏖/L인 경우에는, 피처리액의 pH 조정 후의 여과 잔사에 많은 코발트염이 포함되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 표 2에 따르면, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 피처리액에 첨가하는 알칼리 수용액의 알칼리 농도가 1.0㏖/L인 경우에는, pH 조정 후의 피처리액(여과액)의 코발트 회수율이 85%를 밑돌고 있는 것에 대하여, 알칼리 농도가 1.0㏖/L 미만인 경우에는, pH 조정 후의 피처리액(여과액)의 코발트 회수율이 85% 이상으로, 피처리액(여과액)에 코발트가 많이 잔존해 있는 것이 확인되었다.From the above results, according to FIGS. 20 to 22 , when the alkali concentration of the aqueous alkali solution added to the liquid to be treated in the first pH adjustment step (S3) is 1.0 mol/L, the filtration residue after pH adjustment of the liquid to be treated It was confirmed that many cobalt salts were contained in In addition, according to Table 2, when the alkali concentration of the aqueous alkali solution added to the liquid to be treated in the first pH adjustment step (S3) is 1.0 mol/L, the cobalt recovery rate of the liquid to be treated (filtrate) after pH adjustment is When the alkali concentration is less than 1.0 mol/L compared to less than 85%, the cobalt recovery rate of the liquid to be treated (filtrate) after pH adjustment is 85% or more, and a large amount of cobalt remains in the liquid to be treated (filtrate). It has been confirmed that
이와 같이, 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 피처리액에 첨가하는 알칼리 수용액의 알칼리 농도를 1.0㏖/L 미만으로 함으로써 제 1 pH 조정 공정(S3)에서 피처리액으로부터 코발트가 불순물 금속(예를 들면, 알루미늄)과 함께 제거되는 것을 억제할 수 있고, 다음의 제 2 pH 조정 공정(S5)에 공급되는 피처리액 중의 코발트의 함유량을 높게 유지할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 제 2 pH 조정 공정(S5)에서 코발트를 고회수율로 회수하는 것이 가능하다.As described above, by setting the alkali concentration of the aqueous alkali solution added to the liquid to be treated in the first pH adjustment step S3 to less than 1.0 mol/L, cobalt is converted from the liquid to be treated in the first pH adjustment step S3 to an impurity metal (eg, For example, it can be seen that removal together with aluminum) can be suppressed, and the content of cobalt in the to-be-processed liquid supplied to the next 2nd pH adjustment process (S5) can be maintained high. Therefore, it is possible to recover cobalt with a high recovery rate in the second pH adjustment step (S5).
S0: 배소 공정
S1: 산침출 공정
S3: 제 1 pH 조정 공정(pH 조정 공정)
S5: 제 2 pH 조정 공정(pH 조정 공정)
S7: 불순물 제거 공정
S8: 농축 공정
S9: 정석 공정
S10: 고액 분리 공정(제 1 고액 분리 공정)
S11: 탄산화 공정
S12: 고액 분리 공정(제 2 고액 분리 공정)
S13: 용해 공정
S13-1: 재결정 공정
S13-3: 재용해 공정
S14: 전기 투석 공정S0: roasting process
S1: acid leaching process
S3: 1st pH adjustment process (pH adjustment process)
S5: 2nd pH adjustment process (pH adjustment process)
S7: Impurity removal process
S8: Concentration process
S9: crystallization process
S10: solid-liquid separation step (first solid-liquid separation step)
S11: carbonation process
S12: solid-liquid separation step (second solid-liquid separation step)
S13: melting process
S13-1: recrystallization process
S13-3: remelting process
S14: electrodialysis process
Claims (7)
상기 농축 공정 후의 피처리액을 냉각 정석하여 무기염을 결정으로서 석출시키는 정석 공정과,
상기 정석 공정 후의 피처리액으로부터 무기염의 결정을 포함하는 석출물을 분리하는 제 1 고액 분리 공정과,
상기 제 1 고액 분리 공정 후의 피처리액에 탄산가스를 혼합하거나 및/또는 수용성의 탄산염을 첨가하는 탄산화 공정과,
상기 탄산화 공정에 의해 석출된 탄산리튬의 결정을 포함하는 석출물을 피처리액으로부터 분리하는 제 2 고액 분리 공정을 가지는
리튬 회수 방법.
a concentration step of evaporating and concentrating the liquid to be treated in which lithium and inorganic salts are at least dissolved;
a crystallization step of cooling and crystallizing the liquid to be treated after the concentration step to precipitate inorganic salts as crystals;
a first solid-liquid separation step of separating precipitates containing inorganic salt crystals from the liquid to be treated after the crystallization step;
a carbonation step of mixing carbon dioxide gas and/or adding water-soluble carbonate to the liquid to be treated after the first solid-liquid separation step;
and a second solid-liquid separation step of separating a precipitate including crystals of lithium carbonate precipitated by the carbonation step from the liquid to be treated;
Lithium recovery method.
상기 제 2 고액 분리 공정 후의 피처리액의 적어도 일부를 상기 농축 공정에서 증발 농축하는
리튬 회수 방법.
According to claim 1,
At least a part of the liquid to be treated after the second solid-liquid separation step is concentrated by evaporation in the concentration step.
Lithium recovery method.
상기 제 1 고액 분리 공정에서 피처리액으로부터 분리된 석출물에 결정으로서 포함되는 무기염을 용해하여 무기염 용액을 생성하는 용해 공정과,
상기 용해 공정에 의해 얻어진 무기염 용액에 대하여 바이폴라막 전기 투석을 실시함으로써 상기 무기염 용액으로부터 알칼리와 함께 무기산을 분리하여 회수하는 전기 투석 공정을 더 가지는
리튬 회수 방법.
3. The method of claim 1 or 2,
a dissolution step of dissolving the inorganic salt contained as crystals in the precipitate separated from the liquid to be treated in the first solid-liquid separation step to produce an inorganic salt solution;
an electrodialysis step of separating and recovering an inorganic acid together with an alkali from the inorganic salt solution by performing bipolar membrane electrodialysis on the inorganic salt solution obtained by the dissolution step;
Lithium recovery method.
상기 바이폴라막 전기 투석에 의한 탈염 후의 무기염 용액을 상기 농축 공정에서 증발 농축하는
리튬 회수 방법.
4. The method of claim 3,
The inorganic salt solution after desalting by the bipolar membrane electrodialysis is evaporated and concentrated in the concentration step.
Lithium recovery method.
상기 농축 공정 전에,
폐리튬 이온 전지를 무기산으로 침출하여 리튬을 용출하는 산침출 공정과,
상기 산침출 공정에 의해 얻어진 리튬 함유액에 알칼리를 첨가하여 pH를 조정하는 pH 조정 공정을 더 가지고,
상기 pH 조정 공정에 의해 석출된 석출물을 리튬 함유액으로부터 분리함으로써 피처리액이 생성되는
리튬 회수 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Before the concentration process,
an acid leaching process for leaching lithium by leaching a spent lithium ion battery with an inorganic acid;
a pH adjustment step of adjusting the pH by adding an alkali to the lithium-containing liquid obtained by the acid leaching step;
The liquid to be treated is produced by separating the precipitates precipitated by the pH adjustment process from the lithium-containing liquid.
Lithium recovery method.
상기 제 2 고액 분리 공정 후의 피처리액의 적어도 일부를 상기 pH 조정 공정에서 첨가하는 알칼리로서 재이용하는
리튬 회수 방법.
6. The method of claim 5,
At least a part of the liquid to be treated after the second solid-liquid separation step is reused as an alkali added in the pH adjustment step.
Lithium recovery method.
상기 전기 투석 공정에서 회수한 알칼리를 상기 pH 조정 공정에서 첨가하는 알칼리로서 재이용하고, 상기 전기 투석 공정에서 회수한 무기산을 상기 산침출 공정에서 이용하는 무기산으로서 재이용하는
리튬 회수 방법.
7. A method according to claim 5 or claim 6 citing claim 3,
The alkali recovered in the electrodialysis step is reused as an alkali added in the pH adjustment step, and the inorganic acid recovered in the electrodialysis step is reused as an inorganic acid used in the acid leaching step.
Lithium recovery method.
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