JP2020011193A - Elution method of lithium - Google Patents

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Abstract

To provide a method for always keeping lithium concentration after elution constant in an elution method of lithium adsorbed to an ion exchange resin from a manufacturing process wastewater including lithium of a positive electrode material for lithium secondary battery to the ion exchange resin.SOLUTION: There is provided an elution method of lithium including: conducting an adsorption process by connecting a part of a plurality of ion exchange resins in series, conducting an elution process by connecting a plurality of remaining ion exchange resins in series, connecting the ion exchange resins in the first step in the adsorption process to an end of the ion exchange resins in the elution process to move them to the elution process, connecting the ion exchange resins in the first step in the elution process to an end of the ion exchange resins in the adsorption process to move them to the adsorption process, conducting the adsorption process and the elution process on the plurality of ion exchange resins repeatedly, and conducting transition from the elution process to the adsorption process when water conduction in the adsorption process becomes 1.0 to 3.0 by BV (Bed volume) value.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、リチウム二次電池用正極材料のリチウムを含有する製造工程排水からイオン交換樹脂に吸着させたリチウムの溶離方法に関する。   The present invention relates to a method for eluting lithium adsorbed on an ion-exchange resin from wastewater of a manufacturing process containing lithium as a cathode material for a lithium secondary battery.

リチウムは陶器やガラスの添加剤、鉄鋼連続鋳造用のガラスフラックス、グリース、医薬品、電池等、産業において広く利用されている。特に、二次電池であるリチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、電圧が高いことから、最近ではノートパソコンなどの電子機器のバッテリーや電気自動車・ハイブリッド車の車載バッテリーとしての用途が拡大しており、需要が急増している。これに伴い、原料である水酸化リチウムや炭酸リチウムの需要が急増している。   Lithium is widely used in industries such as ceramics and glass additives, glass flux for continuous casting of steel, grease, pharmaceuticals, and batteries. In particular, lithium-ion batteries, which are secondary batteries, have a high energy density and a high voltage, and their use as batteries for electronic devices such as notebook computers and on-board batteries for electric vehicles and hybrid vehicles has recently expanded. Demand is soaring. Accordingly, the demand for lithium hydroxide and lithium carbonate as raw materials has been rapidly increasing.

最近では資源の有効活用のため、リチウム二次電池用正極材料の製造工程で排出される排水(以下、「製造工程排水」ともいう)からリチウムを回収することが推進されている。   In recent years, in order to make effective use of resources, it has been promoted to recover lithium from wastewater discharged in a manufacturing process of a positive electrode material for a lithium secondary battery (hereinafter, also referred to as “manufacturing process wastewater”).

製造工程排水からリチウムを回収する方法として、特許文献1に溶媒抽出法が、特許文献2にイオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法が提案されている。   As a method for recovering lithium from wastewater of a production process, Patent Literature 1 proposes a solvent extraction method, and Patent Literature 2 proposes a method using electrodialysis using an ion exchange membrane.

また、イオン交換樹脂を用いたイオンの回収方法として、特許文献3にいわゆるメリーゴーランド方式を利用した方法が提案されている。   As a method for collecting ions using an ion exchange resin, Patent Document 3 proposes a method using a so-called merry-go-round method.

特開2006−57142号公報JP 2006-57142 A 特開2012−234732号公報JP 2012-234732 A 特開2012−030208号公報JP 2012-030208 A

しかし、特許文献1の溶媒抽出法は安全上の対策が必要になることや、工程が長く、高額なコストになることが問題となる。また、特許文献2のイオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法は、コスト面や運用面で不利である。   However, the solvent extraction method of Patent Document 1 has problems that safety measures are required and that the steps are long and costly. Further, the method using electrodialysis using an ion exchange membrane disclosed in Patent Document 2 is disadvantageous in terms of cost and operation.

一方、安価で簡便な方法としてイオン交換樹脂を用いた回収方法がある。   On the other hand, there is a recovery method using an ion exchange resin as an inexpensive and simple method.

イオン交換樹脂を用いた回収方法では、リチウムを吸着させたイオン交換樹脂に溶離液を通液し、溶離後液からリチウムを回収する。しかし、リチウムは選択性が低く溶離が短期間に進行するため、安定したリチウム濃度で溶離後液を回収することが困難となる。このため、リチウム濃度の安定化に設備を要し経済性を損なう問題があった。また、溶離後液中のリチウム濃度がその都度異なるため、生産管理上の問題があった。   In the recovery method using an ion exchange resin, an eluent is passed through an ion exchange resin on which lithium is adsorbed, and lithium is recovered from the solution after the elution. However, since lithium has low selectivity and elution proceeds in a short period of time, it is difficult to recover a solution after elution with a stable lithium concentration. For this reason, there has been a problem that equipment is required for stabilizing the lithium concentration, which impairs economic efficiency. In addition, since the concentration of lithium in the solution after elution is different each time, there is a problem in production control.

上述した選択性の低いイオンを、イオン交換樹脂を用いて回収する方法として、いわゆるメリーゴーランド方式を用いる方法が特許文献3に提案されている。しかし、特許文献3では選択性の低い金属については検討されていなかった。   Patent Literature 3 proposes a method using a so-called merry-go-round method as a method for recovering the above-mentioned low selectivity ions using an ion exchange resin. However, Patent Literature 3 did not discuss metals with low selectivity.

このような経緯から、溶離工程において、溶離後のリチウム濃度を常に一定に保つ方法が求められてきた。   From such circumstances, there has been a demand for a method for always keeping the lithium concentration after elution constant in the elution step.

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、リチウム二次電池用正極材料のリチウムを含有する製造工程排水からイオン交換樹脂に吸着させたリチウムの溶離方法において、溶離後のリチウム濃度を常に一定に保つ方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a method for eluting lithium adsorbed on an ion exchange resin from a manufacturing process wastewater containing lithium of a cathode material for a lithium secondary battery, the lithium concentration after elution Provide a way to keep the constant at all times.

発明者らは吸着工程でリチウムを吸着した複数本のカラムを段階的に溶離工程へ移動させて、リチウムを溶離することによって、溶離後液中のリチウム濃度の変化を抑制することが可能であることを見出した。   The inventors can move a plurality of columns that have adsorbed lithium in the adsorption step to the elution step in a stepwise manner to elute lithium, thereby suppressing a change in lithium concentration in the solution after elution. I found that.

上述した目的を達成する本発明の一態様は、リチウム二次電池用正極材料のリチウムを含有する製造工程排水からイオン交換樹脂に吸着させたリチウムの溶離方法であって、複数のイオン交換樹脂の一部を直列に連結して前記製造工程排水を通水して接触させる吸着工程を行い、残りの複数のイオン交換樹脂を直列に連結して溶離液を通液して接触させる溶離工程を行い、吸着工程における初段のイオン交換樹脂を溶離工程におけるイオン交換樹脂の最後に連結して、該初段のイオン交換樹脂を溶離工程に移行させ、溶離工程における初段のイオン交換樹脂を吸着工程におけるイオン交換樹脂の最後に連結して、該初段のイオン交換樹脂を吸着工程に移行させ、前記複数のイオン交換樹脂に対し吸着工程と溶離工程を交互に繰り返し行い、前記溶離工程における前記通液がBV(Bed volume)値で1.0以上、3.0以下の所定の値になったときに、前記溶離工程から前記吸着工程への移行を行うことを特徴とする。   One embodiment of the present invention that achieves the above-described object is a method for eluting lithium adsorbed on an ion-exchange resin from a manufacturing process wastewater containing lithium of a positive electrode material for a lithium secondary battery, comprising the steps of: Perform an adsorption step in which a part is connected in series and the manufacturing process wastewater is passed through and brought into contact, and an elution step in which the remaining plurality of ion exchange resins are connected in series and an eluent is passed through and contacted Connecting the first-stage ion exchange resin in the adsorption step to the end of the ion-exchange resin in the elution step, transferring the first-stage ion exchange resin to the elution step, and replacing the first-stage ion exchange resin in the elution step with the ion exchange resin in the adsorption step. At the end of the resin, the first-stage ion exchange resin is transferred to the adsorption step, and the adsorption step and the elution step are alternately repeated for the plurality of ion exchange resins. A transition from the elution step to the adsorption step is performed when the flow rate in the elution step reaches a predetermined value of 1.0 to 3.0 in BV (Bed volume) value. .

このようにすれば、溶離後液中のリチウム濃度を一定にすることができるため、撹拌混合槽等の溶離液全量を均一化する設備が不要となり経済的に有利となる。また、生産管理が容易となる。   In this case, since the lithium concentration in the solution after elution can be kept constant, a facility such as a stirring and mixing tank for equalizing the entire amount of the eluate is not required, which is economically advantageous. Also, production management becomes easy.

また、本発明の一態様では、前記溶離工程における前記通液のSV(空間速度)が2hr−1以上6hr−1以下としてもよい。 In one embodiment of the present invention, the SV of the liquid passing in the elution step (space velocity) may be less 2 hr -1 or more 6hr -1.

このようにすれば、単位時間あたりの処理効率及びリチウムの溶離効率を向上することができる。   In this way, the processing efficiency per unit time and the lithium elution efficiency can be improved.

また、本発明の一態様では、前記吸着工程における前記通水のSV(空間速度)が5hr−1以上15hr−1以下としてもよい。 Further, in one embodiment of the present invention, an SV (space velocity) of the water flow in the adsorption step may be not less than 5 hr -1 and not more than 15 hr -1 .

このようにすれば、単位時間あたりの処理効率及びリチウムの溶離効率を向上することができる。   In this way, the processing efficiency per unit time and the lithium elution efficiency can be improved.

また、本発明の一態様では、前記溶離工程後に前記イオン交換樹脂を洗浄する洗浄工程をさらに有し、前記洗浄工程における前記イオン交換樹脂への水の通水のSV(空間速度)が2hr−1以上6hr−1以下としてもよい。 In one embodiment of the present invention, the method further includes a washing step of washing the ion-exchange resin after the elution step, wherein an SV (space velocity) of passing water to the ion-exchange resin in the washing step is 2 hr −. It may be 1 or more and 6 hr- 1 or less.

このようにすれば、単位時間あたりの洗浄処理効率を向上することができる。   In this way, the cleaning efficiency per unit time can be improved.

また、本発明の一態様では、前記イオン交換樹脂が、強酸性陽イオン交換樹脂としてもよい。   In one embodiment of the present invention, the ion exchange resin may be a strongly acidic cation exchange resin.

強酸性陽イオン交換樹脂は耐久性が高いため、より多く吸着工程及び溶離工程を行うことができる。   Since the strongly acidic cation exchange resin has high durability, the adsorption step and the elution step can be performed more.

また、本発明の一態様では、前記製造工程排水はアルミニウムを含有し、前記吸着工程における前記製造工程排水のpHを9以上としてもよい。   In one embodiment of the present invention, the production process wastewater may contain aluminum, and the pH of the production process wastewater in the adsorption step may be 9 or more.

このようにすれば、アルミニウムを含有する製造工程排水からリチウムを溶離する際に、イオン交換樹脂の容量の低下を抑制することができる。   In this manner, when lithium is eluted from the manufacturing process wastewater containing aluminum, a decrease in the capacity of the ion exchange resin can be suppressed.

また、本発明の一態様では、前記溶離工程における前記溶離液は硫酸ナトリウムを含有する水溶液としてもよい。   In one embodiment of the present invention, the eluent in the elution step may be an aqueous solution containing sodium sulfate.

このようにすれば、溶離工程において陽イオン交換樹脂がH型からNa型に変換されるため、再生工程を省略することができる。   By doing so, the cation exchange resin is converted from H-type to Na-type in the elution step, so that the regeneration step can be omitted.

本発明によれば、リチウム二次電池用正極材料のリチウムを含有する製造工程排水からイオン交換処理によりリチウムを溶離する方法において、溶離後液中のリチウム濃度を一定にすることで、溶離後液全量を均一化する撹拌混合槽は不要となり、払出のための最低限の容量の貯留槽のみあれば良く、経済的に有利になる上、生産管理を容易にすることができる。   According to the present invention, in a method of eluting lithium by ion exchange treatment from a manufacturing process wastewater containing lithium of a cathode material for a lithium secondary battery, the lithium concentration in the eluted solution is kept constant, and the There is no need for a stirring and mixing tank for making the whole amount uniform, and only a storage tank with a minimum capacity for dispensing is required, which is economically advantageous and can facilitate production management.

リチウム二次電池用正極材料の製造工程の概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing process of the positive electrode material for lithium secondary batteries. シングルカラムにおける溶離工程での通液量と溶離後液中のリチウム濃度推移概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a flow rate of a liquid in an elution step in a single column and a transition of a lithium concentration in a liquid after elution. 本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法の概略を示すフロー図である。FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a method for eluting lithium according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法におけるカラム操作方法を示した概念図である。図4(A)は吸着工程及び溶離工程における、カラムを切り替える前の状態を示した概念図である。図4(B)はカラムを切り替えた後の状態を示した概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a column operation method in a lithium elution method according to one embodiment of the present invention. FIG. 4A is a conceptual diagram showing a state before switching columns in the adsorption step and the elution step. FIG. 4B is a conceptual diagram showing a state after switching columns. 本発明の一実施形態に係る溶離工程でのBVと溶離後液中のリチウム濃度の関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between BV and a lithium concentration in a solution after elution in an elution step according to one embodiment of the present invention. 比較例における溶離工程でのBVと溶離後液中のリチウム濃度の関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a relationship between BV and a lithium concentration in a solution after elution in an elution step in a comparative example.

以下、本発明の具体的な実施形態(以下、「本実施の形態」という)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。   Hereinafter, a specific embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments at all, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the present invention.

[1.リチウム二次電池用正極材料の製造工程の概要]
まず、リチウム二次電池用正極材料の製造工程の概要について図面を使用しながら説明する。図1は、リチウム二次電池用正極材料の製造工程の概略を示すフロー図である。リチウム二次電池用正極材料の製造工程は、図1に示すように、晶析工程S101と分離工程S102と焼成工程S103と水洗工程S104とから構成される。詳細には、晶析工程S101は、ニッケル、コバルト、又はアルミニウム等の原料からなる各硫酸金属塩の混合水溶液に、水酸化ナトリウム水溶液を加えて、これらの金属水酸化物を共沈させて金属水酸化物を含むスラリーを得る工程である。また、分離工程S102は、得られた金属水酸化物を含むスラリーから金属複合水酸化物を固液分離等により分離する工程である。また、焼成工程S103は、得られた金属複合水酸化物と水酸化リチウムとを混合し、この混合物を所定の温度で焼成することによりリチウム金属複合酸化物を得る工程である。そして、水洗工程S104は、得られたリチウム金属複合酸化物を水洗処理する工程である。
[1. Overview of manufacturing process of positive electrode material for lithium secondary battery]
First, an outline of a manufacturing process of a positive electrode material for a lithium secondary battery will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a manufacturing process of a positive electrode material for a lithium secondary battery. As shown in FIG. 1, the manufacturing process of the positive electrode material for a lithium secondary battery includes a crystallization process S101, a separation process S102, a firing process S103, and a water washing process S104. Specifically, the crystallization step S101 is performed by adding an aqueous solution of sodium hydroxide to a mixed aqueous solution of metal sulfates made of a raw material such as nickel, cobalt, or aluminum to coprecipitate these metal hydroxides. This is a step of obtaining a slurry containing a hydroxide. The separation step S102 is a step of separating the metal composite hydroxide from the obtained slurry containing the metal hydroxide by solid-liquid separation or the like. The firing step S103 is a step of mixing the obtained metal composite hydroxide and lithium hydroxide, and firing this mixture at a predetermined temperature to obtain a lithium metal composite oxide. The washing step S104 is a step of washing the obtained lithium metal composite oxide with water.

リチウム二次電池用正極材料の製造工程のうち、水洗工程S104では、正極材料を水洗するため、リチウムイオンとアルミニウムイオンを高濃度で含む排水が排出される。
排水濃度は、例えばリチウムイオンが、1〜5g/Lであり、アルミニウムイオンが、0.04〜0.18g/Lを有している。リチウムはアルカリ金属であり、ナトリウムやカリウムと同様に水質汚濁に関する規制がない。工場の排水処理工程では通常、水質汚濁法や条例で規制された金属のみ処理して除去することから、製造工程排水中のリチウムは排水処理工程で除去されず、公共用水域に放流される。リチウムは海水に含まれる金属であり、公共用水域に放流しても環境上の問題はない。しかし、リチウムは貴重な金属であり、省資源という観点から、このような製造工程排水を公共用水域に放流することは好ましくない。そして、資源のリサイクルにおいて、製造工程において排出されるリチウムを廃棄せずに回収し有効活用することが求められている。
In the water washing step S104 of the manufacturing process of the positive electrode material for a lithium secondary battery, in order to wash the positive electrode material with water, wastewater containing a high concentration of lithium ions and aluminum ions is discharged.
The concentration of waste water is, for example, 1 to 5 g / L for lithium ions and 0.04 to 0.18 g / L for aluminum ions. Lithium is an alkali metal and, like sodium and potassium, has no regulations on water pollution. In a factory wastewater treatment process, usually, only metals regulated by the Water Pollution Law and the regulations are treated and removed, so lithium in the production process wastewater is not removed in the wastewater treatment process but discharged into public water bodies. Lithium is a metal contained in seawater, and there is no environmental problem if it is discharged into public water bodies. However, lithium is a precious metal, and it is not preferable to discharge such production process wastewater to public water bodies from the viewpoint of resource saving. In the recycling of resources, it is required to recover and effectively utilize lithium discharged in the manufacturing process without discarding it.

製造工程排水からリチウムを回収するには、溶媒抽出法(例えば特許文献1)、イオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法(例えば特許文献2)及びイオン交換樹脂を用いた回収方法などがある。   In order to recover lithium from wastewater from the manufacturing process, there are a solvent extraction method (for example, Patent Document 1), a method using electrodialysis using an ion exchange membrane (for example, Patent Document 2), a recovery method using an ion exchange resin, and the like. .

しかし、溶媒抽出法を用いた場合、排水中の有機物の処理が必要となることや、消防法上の危険物を扱う設備となるため安全上の対策が必要になることや、多段抽出であるため、工程が長く、高額なコストになることが問題になる。また、イオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法は、電気透析装置は排水処理として用いるには大規模な装置が必要となり、コスト面や運用面で不利である。   However, when the solvent extraction method is used, it is necessary to treat the organic matter in the wastewater, and it is necessary to take safety measures because it is a facility that handles dangerous substances under the Fire Service Law, and multi-stage extraction Therefore, there is a problem that the process is long and the cost is high. Also, the method using electrodialysis using an ion exchange membrane requires a large-scale electrodialysis apparatus to be used for wastewater treatment, which is disadvantageous in terms of cost and operation.

これらの回収方法に対し、イオン交換樹脂を用いた回収方法は安価で簡便な方法として考えられる。工業的に陽イオン交換樹脂を用いる場合、カラム方式が一般的である。   In contrast to these recovery methods, a recovery method using an ion-exchange resin is considered as an inexpensive and simple method. When a cation exchange resin is used industrially, a column method is generally used.

カラム方式では、イオン交換樹脂を充填したカラムに製造工程排水を通水し、リチウムをイオン交換樹脂に吸着させる。その後、カラムに溶離液を通液し、イオン交換樹脂からリチウムを溶離する。しかし、リチウムは選択性が低いためイオン交換樹脂から溶離しやすい。このため、溶離後中のリチウム濃度は溶離液の通液と共に上昇する。   In the column method, the production process wastewater is passed through a column filled with an ion exchange resin, and lithium is adsorbed on the ion exchange resin. Thereafter, the eluent is passed through the column to elute lithium from the ion exchange resin. However, lithium has a low selectivity and is easily eluted from the ion exchange resin. For this reason, the lithium concentration during the elution increases with the passage of the eluent.

ここで、図2はシングルカラムにおける溶離工程での通液量と溶離後液中のリチウム濃度推移概念図である。図2に示すように、カラム方式でイオン交換樹脂に吸着したリチウムを溶離する場合、1段のカラム(シングルカラム)では溶離液の通液と同時に鋭いピークが立ち上がり、その後、濃度が通液と共に下がる溶離曲線が得られる。このため、部分的に溶離後液を回収しようと場合、回収するタイミングによってリチウムの濃度が異なることになることから、安定したリチウム濃度で溶離後液を回収しようとした場合、溶離後液を全量タンクに貯留し、撹拌混合するなどして均一化を行う必要がある。すなわち、生産においては設備点数が増加し、経済性を損なうことになる。さらに、少量の溶離後液のみ出荷が必要な場合に、抜き出すタイミングで濃度が異なることから、生産管理の上からも望ましくない。   Here, FIG. 2 is a conceptual diagram showing the amount of liquid passed in the elution step and the transition of lithium concentration in the eluted liquid in the single column. As shown in FIG. 2, when eluting lithium adsorbed on the ion-exchange resin by the column method, a sharp peak rises simultaneously with the passage of the eluent in the single-stage column (single column), and then the concentration is increased with the passage of the eluent. A lower elution curve is obtained. For this reason, when partially recovering the eluted solution, the concentration of lithium will vary depending on the timing of recovery.When attempting to recover the eluted solution at a stable lithium concentration, the entire amount of the eluted solution will be reduced. It is necessary to store it in a tank and stir and mix it to make it uniform. That is, in production, the number of facilities increases, which impairs economic efficiency. Further, when only a small amount of the eluted solution needs to be shipped, the concentration differs at the timing of withdrawal, which is not desirable from the viewpoint of production management.

しかし、溶離後液中のリチウム濃度が常に一定であれば、このような、溶離後液全量を均一化する撹拌混合槽は不要となり、払出のための最低限の容量の貯留槽のみあれば良く、経済的に有利になる上、生産管理が容易になる。   However, if the lithium concentration in the eluted solution is always constant, such a stirring and mixing tank for homogenizing the entire amount of the eluted solution becomes unnecessary, and only a minimum capacity storage tank for dispensing is required. In addition, it is economically advantageous, and production management becomes easy.

上述した選択性の低いイオンを、イオン交換樹脂を用いて回収する方法として、いわゆるメリーゴーランド方式を用いる方法が特許文献3に提案されている。しかし、特許文献3では選択性の低い金属については検討されていなかった。   Patent Literature 3 proposes a method using a so-called merry-go-round method as a method for recovering the above-mentioned low selectivity ions using an ion exchange resin. However, Patent Literature 3 did not discuss metals with low selectivity.

このような経緯から、溶離工程において、溶離後液中のリチウム濃度を常に一定に保つ方法が求められてきた。   From such circumstances, there has been a demand for a method of always keeping the lithium concentration in the solution after elution constant in the elution step.

このような実情に鑑み、発明者らは鋭意検討を重ねた結果、吸着工程でリチウムを吸着した複数本のカラムを段階的に溶離工程へ移動させて、リチウムを溶離することによって、溶離後液中のリチウム濃度の変化を抑制することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。   In view of such circumstances, the inventors have conducted intensive studies, and as a result, by sequentially moving a plurality of columns that have adsorbed lithium in the adsorption step to the elution step to elute lithium, the eluent The present inventors have found that it is possible to suppress a change in lithium concentration in the medium, and have completed the present invention.

以下、本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the method for eluting lithium according to one embodiment of the present invention will be described in detail.

[2.リチウムの溶離方法]
本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法は、リチウム二次電池用正極材料の製造工程排水からリチウムを溶離するものであって、吸着工程と、溶離工程とを有する。以下、リチウムの溶離方法の概要及び各工程をそれぞれ説明する。
[2. Lithium elution method]
The method for eluting lithium according to one embodiment of the present invention is for eluting lithium from wastewater of a process for producing a positive electrode material for a lithium secondary battery, and has an adsorption step and an elution step. Hereinafter, the outline of the method of eluting lithium and each step will be described.

[2−1.リチウムの溶離方法の概要]
まず、リチウムの溶離方法の概要について図面を使用しながら説明する。図3は、本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法の概略を示すフロー図である。本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法は、図3に示すように、吸着工程S1と溶離工程S2とから構成される。
[2-1. Overview of lithium elution method]
First, an outline of a method for eluting lithium will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a flowchart schematically showing a method of eluting lithium according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the method for eluting lithium according to one embodiment of the present invention includes an adsorption step S1 and an elution step S2.

[2−2.吸着工程]
吸着工程S1では、製造工程排水にイオン交換樹脂を接触させて、イオン交換樹脂にリチウムイオンを選択的に吸着させる。ここで、イオン交換樹脂としては、強酸性陽イオン交換樹脂が好ましい。強酸性陽イオン交換樹脂は耐久性が高いため、より多く吸着工程及び溶離工程を行うことができる。また、製造工程排水にアルミニウムが含まれる場合、アルミニウムとリチウムを含有するリチウム液はどのような金属濃度でもかまわないが、水溶液のpHを9以上に調整することで、アルミニウムイオンをアルミン酸イオン[Al(OH)にする。この液をNa型に調整したスルホン酸基を含有する強酸性陽イオン交換樹脂に通液すると、カチオンであるリチウムイオンは吸着するが、アニオンであるアルミン酸イオンは吸着しない。アルミニウムイオンはリチウムイオンより選択性が高いため製造工程排水中にアルミニウムイオンが存在する場合はリチウムを強酸性陽イオン交換樹脂に選択的に吸着させるのは困難であるが、アルミニウムイオンをアルミン酸イオンにすることでリチウムを選択的に吸着させることができる。このとき官能基が水素型(以下、H型と記載)であると、リチウムイオンと交換した水素が水素イオンとして水溶液中に放出され、樹脂近傍のpHは低下する。この場合、ろ過性の悪い水酸化アルミニウムが析出して、樹脂に付着して、通液やイオン交換反応を阻害する。最悪の場合はカラムを用いた吸着工程が不可能になる。樹脂近傍のpHがさらに低下し、アルミニウムがカチオンとして存在する酸性領域になった場合はリチウムより選択的に吸着され分離が困難になる。強酸性陽イオン交換樹脂の場合であれば、前記の水酸化アルミニウムのような塩基を分解してアルミニウムとイオン交換して吸着するため、リチウムとの分離が困難になる。
[2-2. Adsorption process]
In the adsorption step S1, the ion exchange resin is brought into contact with the wastewater from the production step to selectively adsorb lithium ions on the ion exchange resin. Here, as the ion exchange resin, a strongly acidic cation exchange resin is preferable. Since the strongly acidic cation exchange resin has high durability, the adsorption step and the elution step can be performed more. Further, when aluminum is contained in the production process wastewater, the lithium solution containing aluminum and lithium may have any metal concentration, but by adjusting the pH of the aqueous solution to 9 or more, aluminum ions can be converted to aluminate ions [ Al (OH) 4 ] . When this solution is passed through a strongly acidic cation exchange resin containing a sulfonic acid group adjusted to Na type, lithium ions as cations are adsorbed, but aluminate ions as anions are not adsorbed. Since aluminum ions have higher selectivity than lithium ions, it is difficult to selectively adsorb lithium to the strongly acidic cation exchange resin when aluminum ions are present in the wastewater of the manufacturing process. By doing so, lithium can be selectively adsorbed. At this time, if the functional group is of a hydrogen type (hereinafter, referred to as an H type), hydrogen exchanged with lithium ions is released into the aqueous solution as hydrogen ions, and the pH near the resin decreases. In this case, aluminum hydroxide having poor filterability precipitates and adheres to the resin, thereby impeding the passage of liquid and the ion exchange reaction. In the worst case, the adsorption step using a column becomes impossible. When the pH in the vicinity of the resin further decreases and becomes an acidic region where aluminum is present as a cation, it is more selectively adsorbed than lithium and separation becomes difficult. In the case of a strongly acidic cation exchange resin, a base such as the above-mentioned aluminum hydroxide is decomposed and ion-exchanged with aluminum and adsorbed, so that separation from lithium becomes difficult.

しかし、Na型に予め調整しておくことで、このようなpH低下を防ぎ、水酸化アルミニウムやアルミニウムイオンの生成を抑制し、アルミニウムはアルミン酸イオンの状態に保持できるため、樹脂に吸着されることはない。   However, by pre-adjusting to the Na type, such a decrease in pH is prevented, the production of aluminum hydroxide and aluminum ions is suppressed, and aluminum can be kept in the state of aluminate ions, so that it is adsorbed by the resin. Never.

また、pHの低下によりアルミニウムがカチオンとして存在する酸性領域になった場合、リチウムより選択性の高いアルミニウムが強酸性陽イオン交換樹脂に吸着して、樹脂中に蓄積し、樹脂の容量を低下させる。   In addition, when the pH falls to an acidic region where aluminum is present as a cation, aluminum having higher selectivity than lithium is adsorbed on the strongly acidic cation exchange resin, accumulates in the resin, and reduces the capacity of the resin. .

[2−3.溶離工程]
溶離工程S2ではナトリウム塩を含有する水溶液を用いてリチウムイオンを溶離する。例えば硫酸ナトリウム水溶液を用いることができる。陽イオン交換樹脂は通常酸を用いて溶離を行うが、カラムを用いて吸着と溶離を行う場合、吸着工程で通液した液が残留していると液の混合によるpH低下で水酸化アルミニウムの沈殿が発生する、アルミニウムが酸性領域でカチオンの形態になり樹脂に吸着されるなどの不具合が発生する。
[2-3. Elution process]
In the elution step S2, lithium ions are eluted using an aqueous solution containing a sodium salt. For example, an aqueous sodium sulfate solution can be used. Cation exchange resins are usually eluted with an acid, but when adsorption and elution are performed using a column, if the liquid that has passed in the adsorption step remains, the pH of the mixture decreases and the pH of the aluminum hydroxide decreases. Problems such as the occurrence of precipitation and the aluminum being in the form of cation in the acidic region and being adsorbed by the resin occur.

また、溶離工程から吸着工程に移行する場合も同様であり、残留している酸との混合により、pH9以上に調整したアルミニウムとリチウムを含有する水溶液のpHが低下し、pH低下で水酸化アルミニウムの沈殿が発生する、アルミニウムが酸性領域でカチオンの形態になり樹脂に吸着されるなどの不具合が発生する。   The same applies to the case where the process shifts from the elution step to the adsorption step. By mixing with the remaining acid, the pH of the aqueous solution containing aluminum and lithium adjusted to pH 9 or more is lowered. There are problems such as precipitation of aluminum, aluminum being in a cation form in an acidic region and being adsorbed by a resin.

さらに酸で溶離した場合、官能基はH型になるため、次の吸着工程を行うためにナトリウム塩を含有する水溶液を通液する必要があり、工程が増えるといったデメリットがある。溶離液にナトリウムを含む水溶液を用いれば、pH変動による不具合を回避でき、溶離と同時に官能基をNa型に戻すことができるため、工程も簡素になる。また、溶離液の流量を調整することで、溶離液のリチウムを濃縮することができる。このため、エネルギーコストの高い蒸発濃縮法を用いなくてもリチウムを回収することが可能になる。   Further, when eluted with an acid, the functional group becomes H-type, so that it is necessary to pass an aqueous solution containing a sodium salt in order to perform the next adsorption step, which has the disadvantage of increasing the number of steps. If an aqueous solution containing sodium is used as the eluent, problems due to pH fluctuation can be avoided, and the functional group can be returned to the Na type at the same time as elution, so that the process is simplified. Further, by adjusting the flow rate of the eluent, lithium in the eluent can be concentrated. For this reason, it is possible to recover lithium without using an evaporative concentration method that requires high energy costs.

溶離液はリチウムとナトリウムを含有する水溶液であるが、炭酸リチウムを沈殿させて回収するには炭酸ナトリウムを添加するため、ナトリウム塩を用いることは炭酸リチウムの沈殿生成に悪影響を及ぼさない。得られた炭酸リチウムは用途に応じた品位を要求されるが、必要に応じて水洗することで、不純物となるナトリウム濃度を低減できる。   The eluent is an aqueous solution containing lithium and sodium. However, since sodium carbonate is added to precipitate and recover lithium carbonate, the use of a sodium salt does not adversely affect the precipitation of lithium carbonate. The quality of the obtained lithium carbonate is required according to the use, but if necessary, the concentration of sodium as an impurity can be reduced by washing with water.

ナトリウム塩には塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムといったものがあるが、塩化ナトリウムを用いた場合、沈殿回収した炭酸リチウムに塩素が残留する。回収した炭酸リチウムはリチウム二次電池用正極材料の原料としてリサイクルされるが、塩素は設備の構造材を腐食するといったデメリットがあることから硫酸ナトリウムを用いることが望ましい   Sodium salts include sodium chloride and sodium sulfate. When sodium chloride is used, chlorine remains in the precipitated and recovered lithium carbonate. The recovered lithium carbonate is recycled as a raw material for the positive electrode material for lithium secondary batteries, but it is desirable to use sodium sulfate because chlorine has the disadvantage of corroding structural materials of equipment.

[3.カラム操作方法]
まず、カラム操作方法の概要について図面を使用しながら説明する。図4は本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法におけるカラム操作方法を示した概念図であり、次の手順で吸着と溶離を行う。ここで、図4(A)は吸着工程及び溶離工程におけるカラムを切り替える前の状態を示し、図4(B)はカラムを切り替えた後の状態を示している。
[3. Column operation method]
First, an outline of a column operation method will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a conceptual diagram showing a column operation method in a method for eluting lithium according to one embodiment of the present invention, and adsorption and elution are performed in the following procedure. Here, FIG. 4A shows a state before switching columns in the adsorption step and the elution step, and FIG. 4B shows a state after switching columns.

本発明の一実施形態に係るリチウムの吸着方法では複数のイオン交換樹脂を使用する。そして、図4(A)、図4(B)に示すように、これらのうち、一部のイオン交換樹脂に対して吸着工程を行い、その他のイオン交換樹脂について溶離工程を行う。   In the lithium adsorption method according to one embodiment of the present invention, a plurality of ion exchange resins are used. Then, as shown in FIGS. 4A and 4B, the adsorption step is performed on some of the ion exchange resins, and the elution step is performed on the other ion exchange resins.

カラムを切り替える前の状態では図4(A)に示すように、上述の複数のイオン交換樹脂1から3のうち、カラム1及び2で溶離工程を、残りのカラム3で吸着工程を行う。ここで、カラム1及び2には、上記溶離工程の前に行われた吸着工程においてリチウムが吸着されている。そして、カラム1及び2を直列に連結して溶離液を通液し、溶離工程に配置する。このとき、カラム3は吸着工程に配置されている。カラムの総本数、吸着工程又は溶離工程に配置するカラムの本数は必要に応じて適宜増減させることが可能である。   In the state before the column is switched, as shown in FIG. 4A, the elution step is performed in the columns 1 and 2 and the adsorption step is performed in the remaining columns 3 among the plurality of ion exchange resins 1 to 3 described above. Here, in columns 1 and 2, lithium was adsorbed in the adsorption step performed before the elution step. Then, the columns 1 and 2 are connected in series, the eluent is passed, and the column is placed in the elution step. At this time, the column 3 is placed in the adsorption step. The total number of columns and the number of columns arranged in the adsorption step or the elution step can be appropriately increased or decreased as necessary.

一定量の溶離液を通液した後、カラム1に充填しているイオン交換樹脂中のリチウムは全て溶離されるため、カラム1の溶離後液中リチウム濃度は0g/Lに等しくなるが、カラム2に充填しているイオン交換樹脂中にはリチウムが残っているため、溶離工程から出てくる溶離後液中のリチウム濃度は若干低くなるが、高い濃度を保持することができる。   After passing a certain amount of eluent, all the lithium in the ion exchange resin packed in column 1 is eluted, so that the lithium concentration in the eluate after elution of column 1 is equal to 0 g / L. Since lithium remains in the ion-exchange resin filled in No. 2, the lithium concentration in the eluted solution coming out of the elution step is slightly reduced, but can be kept high.

ここで、図4(B)に示すようにカラム1をカラム2から分離して吸着工程に配置することで、カラム1を溶離工程から吸着工程に移行させる。カラム2は溶離工程に留めおき、カラム3を、カラム2の後に直列に連結して、溶離工程の最後段に配置することで、カラム3を吸着工程から溶離工程に移行させる。ここで、カラム同士は、製造工程排水の通水や溶離液の通液に使用される通水管や通液管によって連結されている。通水管や通液管にはバルブが設けられており、カラムの分離及び連結は、バルブの開閉によって製造工程排水や溶離液等の流路を切り替えることにより行われる。   Here, as shown in FIG. 4B, by separating the column 1 from the column 2 and arranging it in the adsorption step, the column 1 is shifted from the elution step to the adsorption step. The column 2 is kept in the elution step, and the column 3 is connected in series after the column 2 and is arranged at the last stage of the elution step, thereby shifting the column 3 from the adsorption step to the elution step. Here, the columns are connected to each other by a water pipe or a liquid pipe used for water flow of manufacturing process wastewater or eluent. A valve is provided in the water pipe or the liquid pipe, and the separation and connection of the column are performed by switching the flow path of the manufacturing process drainage and the eluent by opening and closing the valve.

カラム3にはリチウムが交換容量一杯のリチウムが吸着しているため、図4(A)における溶離工程で若干低くなった溶離後液中のリチウム濃度は、図4(B)における溶離工程において再び高い濃度に戻ることができる。   Since lithium has been adsorbed on the column 3 with the full exchange capacity of lithium, the lithium concentration in the eluted solution slightly lowered in the elution step in FIG. 4 (A) is again reduced in the elution step in FIG. 4 (B). High concentrations can be returned.

そして、図4(B)における溶離工程においてカラム2に充填しているイオン交換樹脂中のリチウムが全て溶離された後は、カラム2をカラム3から分離して吸着工程に配置し、カラム1をカラム3の後に直列に連結して、溶離工程の最後段に配置するというように同様の操作を繰り返し、イオン交換樹脂に対し吸着工程と溶離工程を交互に繰り返し行う。そして、吸着工程から溶離工程に、溶離工程から吸着工程にカラムを切り替えながら連続的にリチウムの溶離を行うことで、常に高いリチウム濃度の溶離後液を得ることが可能になる。   Then, after all the lithium in the ion exchange resin packed in the column 2 is eluted in the elution step in FIG. 4B, the column 2 is separated from the column 3 and placed in the adsorption step, and the column 1 is moved to the adsorption step. The same operation is repeated such that the column 3 is connected in series after the column 3 and is arranged at the last stage of the elution step, and the adsorption step and the elution step are alternately repeated for the ion exchange resin. Then, by continuously eluting lithium while switching the column from the adsorption step to the elution step and from the elution step to the adsorption step, it is possible to always obtain an eluted liquid having a high lithium concentration.

また、図示しないが、吸着工程と溶離工程との間は適宜必要に応じて、水洗などの洗浄工程を入れても良い。   Although not shown, a washing step such as washing with water may be inserted between the adsorption step and the elution step, if necessary.

以上の説明は、溶離工程におけるカラムが2本の場合であって、1本目に配置されていたカラム1内のイオン交換樹脂からリチウムが全て溶離された場合を説明している。しかし、溶離工程において分離し、吸着工程へ移すカラムは1本に限定されない。上述したようにカラムの総本数、吸着工程又は溶離工程に配置するカラムの本数は必要に応じて適宜増減させることが可能である。溶離工程におけるカラムが2本以上の複数本の場合であって、1本目及びその後に連結された複数の(以下、「初段の」という)カラム内のイオン交換樹脂からリチウムが全て溶離される場合は、当該複数のカラム(初段のカラム)及び当該複数のイオン交換樹脂(初段のイオン交換樹脂)について上記溶離、吸着工程を行うことが可能である。   The above description describes the case where the number of columns in the elution step is two and all the lithium is eluted from the ion-exchange resin in the column 1 arranged in the first column. However, the number of columns separated in the elution step and transferred to the adsorption step is not limited to one. As described above, the total number of columns and the number of columns arranged in the adsorption step or the elution step can be appropriately increased or decreased as necessary. In the case where two or more columns are used in the elution step, and all lithium is eluted from the ion exchange resin in the first column and a plurality of columns (hereinafter referred to as “first stage”) connected thereafter. Can perform the above-mentioned elution and adsorption steps on the plurality of columns (first-stage column) and the plurality of ion-exchange resins (first-stage ion-exchange resin).

また、以上の説明では吸着工程におけるカラムは1本である。しかし、上述したようにカラムの本数は必要に応じて適宜増減させることが可能であり、吸着工程において複数のカラムを直列に連結することが可能である。そして、吸着工程から溶離工程へ移すカラムも1本に限られない。吸着工程において複数のカラムが直列に連結されている場合、初段のカラム及び初段のイオン交換樹脂を吸着工程から溶離工程へ移すことができる。   In the above description, the number of columns in the adsorption step is one. However, as described above, the number of columns can be appropriately increased or decreased as necessary, and a plurality of columns can be connected in series in the adsorption step. Further, the number of columns transferred from the adsorption step to the elution step is not limited to one. When a plurality of columns are connected in series in the adsorption step, the first column and the first ion exchange resin can be transferred from the adsorption step to the elution step.

リチウム二次電池用正極材料の製造工程排水からリチウムを溶離する場合、具体的には以下の方法を用いることで、溶離後液中のリチウム濃度を一定にすることができる。   When lithium is eluted from wastewater in the production process of a positive electrode material for a lithium secondary battery, specifically, the following method can be used to keep the lithium concentration in the solution after elution constant.

(工程1:吸着工程)
吸着工程では、カラム5〜8本を配置する。カラム1本目より直列にリチウム二次電池用正極材料の製造工程排水を直列に5〜8本のカラムに通水する。吸着工程のSV(空間速度)は、5hr−1以上、15hr−1以下が好ましい。SV(空間速度)が5hr−1未満では、製造工程排水の流量が小さくなり吸着工程で処理されるリチウムが減少するため、単位時間あたりの処理効率が悪化する。SV(空間速度)が15hr−1を超える場合、製造工程排水の流量が大きくなり、リチウムがイオン交換樹脂に吸着しきれず流出してしまうため、リチウムの吸着効率が悪くなる。
(Step 1: adsorption step)
In the adsorption step, 5 to 8 columns are arranged. Process for producing a positive electrode material for a lithium secondary battery in series from the first column. Wastewater is passed through 5 to 8 columns in series. The SV (space velocity) in the adsorption step is preferably 5 hr -1 or more and 15 hr -1 or less. If the SV (space velocity) is less than 5 hr −1 , the flow rate of the wastewater in the production process becomes small and the amount of lithium to be treated in the adsorption process decreases, so that the treatment efficiency per unit time deteriorates. If the SV (space velocity) exceeds 15 hr −1 , the flow rate of the wastewater in the production process increases, and lithium cannot be completely absorbed by the ion exchange resin and flows out, so that the lithium adsorption efficiency is deteriorated.

また、カラムを切り替えるタイミングはリチウム二次電池用正極材料の製造工程排水中のリチウム濃度によって異なるが、リチウムイオン濃度が1〜5g/Lの場合、BV(Bed Volume)は、2.5以上、7.5以下が好ましい。ここで本願におけるBVは、1本のカラムに充填されたイオン交換樹脂の体積に対する値をいう。BVが2.5未満では、リチウムがイオン交換樹脂に十分吸着されていない状態で吸着工程から溶離工程に切り替えられるため、交換容量より少ない量のリチウムしかイオン交換樹脂に吸着できない。このため、リチウムの吸着に必要なイオン交換樹脂の量が増加する。BVが7.5を超える場合、製造工程排水の流量が大きくなり、リチウムがイオン交換樹脂に吸着しきれず流出してしまうため、リチウムの吸着効率が悪くなる。   In addition, the timing of switching the column varies depending on the lithium concentration in the wastewater of the positive electrode material for a lithium secondary battery, but when the lithium ion concentration is 1 to 5 g / L, the BV (Bed Volume) is 2.5 or more, 7.5 or less is preferred. Here, BV in the present application refers to a value with respect to the volume of the ion exchange resin packed in one column. If the BV is less than 2.5, the process is switched from the adsorption process to the elution process in a state where lithium is not sufficiently adsorbed on the ion exchange resin, so that only a smaller amount of lithium than the exchange capacity can be adsorbed on the ion exchange resin. For this reason, the amount of ion exchange resin required for adsorption of lithium increases. If the BV exceeds 7.5, the flow rate of the wastewater in the production process becomes large, and lithium cannot be completely absorbed by the ion exchange resin and flows out, so that the lithium adsorption efficiency is deteriorated.

(工程2:洗浄工程)
吸着後の洗浄工程ではカラム2本を配置する。カラムが切替り吸着工程より移動してきたカラムに順次、水を通液して洗浄する。SV(空間速度)は、2hr−1以上、6hr−1以下が好ましい。洗浄工程のSV(空間速度)はカラムが洗浄工程内にいる間にカラム内のリチウム二次電池用正極材料の製造工程排水が置換できる速度であれば良い。
(Step 2: washing step)
In the washing step after the adsorption, two columns are arranged. The column is sequentially washed by passing water through the column that has been moved from the switching adsorption step. SV (space velocity) is, 2 hr -1 or more, 6hr -1 or less. The SV (space velocity) in the washing step may be any speed at which the wastewater from the manufacturing process of the positive electrode material for a lithium secondary battery in the column can be replaced while the column is in the washing step.

(工程3:溶離工程)
溶離工程では、カラム2本を配置する。カラムが切替り洗浄工程より移動してきたカラムに順次、溶離液を通液して溶離する。吸着工程のSV(空間速度)は、2hr−1以上、6hr−1以下が好ましい。SV(空間速度)が2hr−1未満では、リチウムを溶離した溶離液の量が小さくなり単位時間あたりの処理効率が悪化する。SV(空間速度)が6hr−1を超える場合、リチウムの溶離に関与しない溶離液の量が大きくなるため、リチウムの溶離効率が悪くなる。
(Step 3: elution step)
In the elution step, two columns are arranged. The column is sequentially eluted by passing the eluent through the column moved from the switching washing step. Adsorption step SV (space velocity) is, 2 hr -1 or more, 6hr -1 or less. If the SV (space velocity) is less than 2 hr −1 , the amount of the eluent eluted with lithium becomes small, and the processing efficiency per unit time deteriorates. When the SV (space velocity) exceeds 6 hr -1 , the amount of the eluent not involved in the elution of lithium increases, and the elution efficiency of lithium deteriorates.

また、カラムを切り替えて溶離工程から吸着工程に移行するタイミングはBV(Bed Volume)は、1.0以上、3.0以下である。BVが1.0未満では、リチウムが十分溶離されていない状態で溶離工程から吸着工程に切り替えられるため、リチウムの溶離効率が悪くなる。BVが3.0を超える場合、溶離後液中のリチウム濃度が鋭いピークで立ち上がった後に溶離工程から吸着工程に切り替えられるため、溶離後液中のリチウム濃度が一定にならない。   The timing at which the column is switched to shift from the elution step to the adsorption step is BV (Bed Volume) of 1.0 or more and 3.0 or less. When the BV is less than 1.0, the elution step is switched to the adsorption step in a state where lithium is not sufficiently eluted, so that the lithium elution efficiency deteriorates. When the BV exceeds 3.0, the lithium concentration in the solution after elution rises to a sharp peak, and then the process is switched from the elution step to the adsorption step, so that the lithium concentration in the solution after elution is not constant.

(工程4:洗浄工程)
溶離後の洗浄工程では、カラム2本を配置する。カラムが切替り溶離工程より移動してきたカラムに順次、水を通液して洗浄する。通液速度は工程2の洗浄工程と同様に、カラムが洗浄工程内にいる間にカラム内の溶離液が置換できる速度であれば良い。SV(空間速度)は、2hr−1以上、6hr−1以下が好ましい。
(Step 4: washing step)
In the washing step after elution, two columns are arranged. The column is sequentially washed by passing water through the column that has been moved from the switching and elution step. As with the washing step in step 2, the flow rate may be any rate at which the eluent in the column can be replaced while the column is in the washing step. SV (space velocity) is, 2 hr -1 or more, 6hr -1 or less.

以下、本発明を適用した具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, specific examples to which the present invention is applied will be described, but the present invention is not limited to these examples.

<実施例>
連続カラム装置(Outotec Inc.製)を使用し、溶離操作を行った。連続カラム装置の容量250mL/本カラム20本の内カラム2本分を溶離工程に用いた。そのカラムには240mL/本の強酸性陽イオン交換樹脂(住化ケムテック社製:デュオライトC20LF)を充填しており、リチウムを吸着工程で交換容量一杯に吸着させた。溶離工程では、その2本のカラムに対して、硫酸ナトリウム濃度が約150g/Lの溶離液をSV4=16mL/minの流量で流しカラム内の強酸性陽イオン交換樹脂と接触させリチウムを溶離させた。BV2毎に、溶離工程初段のカラムを吸着工程最終段に切り替える作業を繰り返した。溶離中は2本目のカラムからの溶離後液をBV2毎にサンプリングし、ICP−AESで溶離後液中のリチウム濃度を測定した。
<Example>
The elution operation was performed using a continuous column apparatus (manufactured by Autotec Inc.). Two columns of a continuous column apparatus having a capacity of 250 mL / 20 columns were used for the elution step. The column was packed with 240 mL / piece of a strongly acidic cation exchange resin (manufactured by Sumika Chemtech Co., Ltd .: Duolite C20LF), and lithium was adsorbed to the full exchange capacity in the adsorption step. In the elution step, an eluent having a sodium sulfate concentration of about 150 g / L was passed through the two columns at a flow rate of SV4 = 16 mL / min to contact the strongly acidic cation exchange resin in the columns to elute lithium. Was. The operation of switching the column at the first stage of the elution step to the last stage of the adsorption step was repeated for each BV2. During the elution, the solution after the elution from the second column was sampled for each BV2, and the lithium concentration in the solution after the elution was measured by ICP-AES.

溶離液のBVと溶離後液中のリチウム濃度の関係を図5に示す。BV10以降、溶離後液中のリチウム濃度は4000〜5000mg/Lの範囲に安定することがわかる。   FIG. 5 shows the relationship between the BV of the eluent and the lithium concentration in the eluate. From BV10, it can be seen that the lithium concentration in the solution after elution stabilizes in the range of 4000 to 5000 mg / L.

<比較例>
容量1Lの1本のカラム内に1Lの強酸性イオン交換樹脂(住化ケムテック社製:デュオライトC20LF)を充填し、吸着工程でリチウムを交換容量一杯に吸着させた。
<Comparative example>
One column having a capacity of 1 L was filled with 1 L of a strongly acidic ion exchange resin (manufactured by Sumika Chemtech Co., Ltd .: Duolite C20LF), and lithium was adsorbed to the full exchange capacity in the adsorption step.

このカラムに硫酸ナトリウム濃度が約150g/Lの溶離液をSV4=67mL/minの流量で流しカラム内の強酸性陽イオン交換樹脂と接触させリチウムを溶離させた。溶離中はカラムからの流出液をBV1毎にサンプリングし、ICP−AESで溶離後液中のリチウム濃度を測定した。このときの溶離液のBVと溶離後液中リチウム濃度の関係を図6に示す。   An eluent having a sodium sulfate concentration of about 150 g / L was passed through this column at a flow rate of SV4 = 67 mL / min, and was brought into contact with a strongly acidic cation exchange resin in the column to elute lithium. During the elution, the effluent from the column was sampled for each BV1, and the concentration of lithium in the liquid was measured after elution by ICP-AES. FIG. 6 shows the relationship between the eluent BV and the lithium concentration in the eluted liquid at this time.

実施例と異なり、溶離後液中リチウム濃度は溶離開始から直ぐに上昇し、BV2をピークにその後直ぐに濃度減少していることがわかる。このことから、1本のカラムのみで溶離を行おうとした場合、安定したリチウム濃度で連続的に溶離後液を得ることが難しいことがわかる。また、リチウムは選択性が低く急速に溶離が進行するため、1本の大容量のカラムから溶離を行うよりも、複数本の小容量のカラムから順次連続的に溶離を行うことで、溶離後液中のリチウム濃度を一定に保つことができたと考えられる。   Unlike the example, it can be seen that the lithium concentration in the solution after the elution increases immediately after the start of the elution, and decreases immediately after peaking at BV2. This indicates that it is difficult to continuously obtain a solution after elution at a stable lithium concentration when elution is performed with only one column. In addition, since lithium has low selectivity and elutes rapidly, elution is carried out successively from a plurality of small-capacity columns, rather than from a single large-capacity column. It is considered that the lithium concentration in the liquid could be kept constant.

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。   Although each embodiment and each example of the present invention have been described in detail as described above, it is obvious to those skilled in the art that many modifications that do not substantially depart from the novel matter and effects of the present invention are possible. , Will be easy to understand. Therefore, such modified examples are all included in the scope of the present invention.

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、リチウムの溶離方法の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。   For example, in the description or drawings, a term described at least once together with a broader or synonymous different term can be replaced with the different term in any part of the description or drawing. Further, the configuration and operation of the lithium elution method are not limited to those described in each embodiment and each example of the present invention, and various modifications can be made.

S1 吸着工程、S2 溶離工程、 S101 晶析工程、S102 分離工程、S103 焼成工程、S104 水洗工程 1、2、3 カラム S1 adsorption step, S2 elution step, S101 crystallization step, S102 separation step, S103 baking step, S104 water washing step 1, 2, 3 column

Claims (7)

リチウム二次電池用正極材料のリチウムを含有する製造工程排水からイオン交換樹脂に吸着させたリチウムの溶離方法であって、
複数のイオン交換樹脂の一部を直列に連結して前記製造工程排水を通水して接触させる吸着工程を行い、残りの複数のイオン交換樹脂を直列に連結して溶離液を通液して接触させる溶離工程を行い、
吸着工程における初段のイオン交換樹脂を溶離工程におけるイオン交換樹脂の最後に連結して、該初段のイオン交換樹脂を溶離工程に移行させ、
溶離工程における初段のイオン交換樹脂を吸着工程におけるイオン交換樹脂の最後に連結して、該初段のイオン交換樹脂を吸着工程に移行させ、
前記複数のイオン交換樹脂に対し吸着工程と溶離工程を交互に繰り返し行い、
前記溶離工程における前記通液がBV(Bed volume)値で1.0以上、3.0以下の所定の値になったときに、前記溶離工程から前記吸着工程への移行を行うことを特徴とするリチウムの溶離方法。
A method for eluting lithium adsorbed on an ion-exchange resin from a manufacturing process wastewater containing lithium of a positive electrode material for a lithium secondary battery,
Perform an adsorption step of connecting a part of a plurality of ion exchange resins in series and passing the manufacturing process wastewater through and contacting, and connecting an eluent by connecting the remaining plurality of ion exchange resins in series. Perform the elution step of contacting,
Connecting the first-stage ion exchange resin in the adsorption step to the end of the ion-exchange resin in the elution step, and transferring the first-stage ion exchange resin to the elution step;
The first-stage ion exchange resin in the elution step is connected to the end of the ion exchange resin in the adsorption step, and the first-stage ion exchange resin is transferred to the adsorption step,
Repeating the adsorption step and the elution step alternately for the plurality of ion exchange resins,
A transition from the elution step to the adsorption step is performed when the flow rate in the elution step reaches a predetermined value of 1.0 to 3.0 in BV (Bed volume) value. To elute lithium.
前記溶離工程における前記通液のSV(空間速度)が2hr−1以上6hr−1以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムの溶離方法。 Elution method lithium according to claim 1, wherein the liquid passing in the elution step SV (space velocity) is not more than 2 hr -1 or more 6hr -1. 前記吸着工程における前記通水のSV(空間速度)が5hr−1以上15hr−1以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリチウムの溶離方法。 The method for eluting lithium according to claim 1, wherein an SV (space velocity) of the water passing in the adsorption step is 5 hr −1 or more and 15 hr −1 or less. 4. 前記溶離工程後に前記イオン交換樹脂を洗浄する洗浄工程をさらに有し、
前記洗浄工程における前記イオン交換樹脂への水の通水のSV(空間速度)が2hr−1以上6hr−1以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のリチウムの溶離方法。
Further comprising a washing step of washing the ion exchange resin after the elution step,
Lithium according to any one of claims 1 to 3, wherein the said in the washing step of water passing water to the ion exchange resin SV (space velocity) is not more than 2 hr -1 or more 6hr -1 Elution method.
前記イオン交換樹脂が、強酸性陽イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のリチウムの溶離方法。   The method for eluting lithium according to any one of claims 1 to 4, wherein the ion exchange resin is a strongly acidic cation exchange resin. 前記製造工程排水はアルミニウムを含有し、前記吸着工程における前記製造工程排水のpHを9以上にすることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のリチウムの吸着方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the production process wastewater contains aluminum, and the pH of the production process wastewater in the adsorption process is set to 9 or more. 前記溶離工程における前記溶離液は硫酸ナトリウムを含有する水溶液であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のリチウムの溶離方法。   The method for eluting lithium according to any one of claims 1 to 6, wherein the eluent in the elution step is an aqueous solution containing sodium sulfate.
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