JP2020084198A - Production method of cobalt chloride aqueous solution - Google Patents

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宏之 三ツ井
浅野 聡
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聡 浅野
伸一 平郡
Shinichi Hiragori
伸一 平郡
隆雄 伊藤
Takao Ito
隆雄 伊藤
公彦 冨士田
Kimihiko Fujita
公彦 冨士田
井上 雅仁
Masahito Inoue
雅仁 井上
徹 北崎
Toru Kitazaki
徹 北崎
大祐 齋藤
Daisuke Saito
大祐 齋藤
中村 聡
Satoshi Nakamura
中村  聡
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Abstract

To provide a method capable of stably producing cobalt chloride aqueous solution with lower nickel concentration, in a production method of cobalt chloride aqueous solution including a step of a solvent extraction of cobalt by an amine-based extractant from nickel chloride aqueous solution containing the cobalt.SOLUTION: A method is for producing cobalt chloride aqueous solution: by utilizing a mixer-settler type solvent extractor; by a solvent extraction method using an organic solvent containing a tertiary amine at an organic phase; and by separating and recovering cobalt from nickel chloride aqueous solution containing the cobalt. The method includes a solvent extraction process composed of: (1) an extraction stage of extracting the cobalt; (2) a cleaning stage of removing nickel contained in the organic phase; (3) a back extraction stage of detaching the cobalt in the organic phase; and (4) a reproduction stage. Then, at least only part of the organic phase after back extraction at the back extraction stage is transported to the reproduction stage to apply a neutralization treatment and the balance of the organic phase is directly transported to the extraction stage.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、コバルトを含有する塩化ニッケル水溶液から、アミン系抽出剤を含む有機溶媒によってコバルトを溶媒抽出することによりコバルトを分離回収して塩化コバルト水溶液を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing an aqueous cobalt chloride solution by separating and recovering cobalt from an aqueous nickel chloride solution containing cobalt by solvent extraction of the cobalt with an organic solvent containing an amine-based extractant.

ニッケルの湿式製錬法において、酸性水溶液中に含まれるニッケルとコバルトの分離は最も重要な技術要素である。一般に、酸性水溶液中のニッケルとコバルトの分離は、各種の有機抽出剤を用いた溶媒抽出法によって実施されている。 In the hydrometallurgical process of nickel, the separation of nickel and cobalt contained in the acidic aqueous solution is the most important technical element. Generally, the separation of nickel and cobalt in an acidic aqueous solution is carried out by a solvent extraction method using various organic extractants.

具体的に、ニッケルとコバルトを分離する溶媒抽出法では、有機抽出剤としてD2EHPA(Di−(2−ethylhexyl)phosphoricacid)等の燐酸エステル系酸性抽出剤や、TNOA(Tri−n−octylamine)等のアミン系抽出剤が用いられる。燐酸エステル系酸性抽出剤とアミン系抽出剤は、両者ともに優れたニッケルとコバルトの分離性能を有するが、一般的には、アニオンが硫酸イオンの場合は燐酸エステル系酸性抽出剤が、アニオンが塩化物イオンの場合にはアミン系抽出剤が使用されている。 Specifically, in a solvent extraction method for separating nickel and cobalt, as an organic extractant, a phosphoric acid ester-based acidic extractant such as D2EHPA (Di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid) or TNOA (Tri-n-octylamine) or the like is used. An amine extractant is used. Both the phosphate ester-based acidic extractant and the amine-based extractant have excellent nickel-cobalt separation performance, but in general, when the anion is sulfate ion, the phosphate ester-based acidic extractant and the anion are chlorided. In the case of product ions, amine-based extractants are used.

ところで、水溶液中の塩化物イオン濃度が十分に高い、塩化物イオン濃度が200g/L以上の塩化物水溶液の場合、コバルトはクロロ錯イオンを形成するが、ニッケルはクロロ錯イオンを形成しない。そのため、アミン系抽出剤の方が、燐酸エステル系酸性抽出剤に比べてより高いコバルトとニッケルの分離係数を持つ。 By the way, in the case of a chloride aqueous solution having a sufficiently high chloride ion concentration of 200 g/L or more, cobalt forms a chloro complex ion, but nickel does not form a chloro complex ion. Therefore, the amine-based extractant has a higher cobalt-nickel separation factor than the phosphate ester-based acidic extractant.

また、燐酸エステル系酸性抽出剤では、金属イオンの抽出によって抽出剤から水素イオンが放出されるため、中和剤コストを要するほか、pHの変動によってクラッドが発生することが多い。このクラッドとは、金属の水酸化物等の固体であり、油水分離装置内で有機相と水相の中間に滞留・蓄積されるため、溶媒抽出の重要な技術要素である油水分離を大きく阻害するものとなる。 Further, in the case of a phosphoric acid ester-based acidic extractant, hydrogen ions are released from the extractant by extraction of metal ions, so that a neutralizer cost is required, and a clad often occurs due to a change in pH. The clad is a solid such as metal hydroxide, which stays and accumulates between the organic phase and the aqueous phase in the oil-water separator, which greatly impedes oil-water separation, which is an important technical element of solvent extraction. It will be done.

コバルトを含有する塩化ニッケル水溶液からアミン系抽出剤によってコバルトを分離する方法は、以下に記載するような技術を利用して、抽出段、洗浄段、及び逆抽出段から構成される溶媒抽出処理として工業化されている。 A method for separating cobalt from an aqueous nickel chloride solution containing cobalt with an amine-based extractant is a solvent extraction process comprising an extraction stage, a washing stage, and a back extraction stage, using the technique described below. It is industrialized.

アミン系抽出剤としては、1級アミン(RNH)や2級アミン(RNH)、3級アミン(RN)が用いられる(なお、Rは任意の飽和又は不飽和炭化水素基を表す)。このようなアミン系抽出剤は、塩酸が付加されて活性化することにより、金属クロロ錯イオンの抽出能力を保有し、優れたニッケルとコバルトの分離特性を有する。 As the amine-based extractant, a primary amine (RNH 2 ), a secondary amine (R 2 NH), and a tertiary amine (R 3 N) are used (wherein R is any saturated or unsaturated hydrocarbon group). Represent). Such an amine-based extractant has a capability of extracting a metal chloro complex ion when activated by addition of hydrochloric acid, and has an excellent nickel-cobalt separation property.

具体的に、抽出段では、塩化ニッケル水溶液に含まれるCo、Cu、Zn、Fe等のクロロ錯イオンを形成する金属種がアミン系抽出剤を含む有機相中に抽出され、金属元素のクロロ錯イオンを担持したアミンが生成される。一方で、塩化ニッケル水溶液中のニッケルは、クロロ錯イオンを形成しないことから、抽出残液に残留して分離される。 Specifically, in the extraction stage, the metal species forming chloro complex ions such as Co, Cu, Zn, and Fe contained in the nickel chloride aqueous solution are extracted into the organic phase containing the amine-based extractant, and the chloro complex of the metal element is extracted. An amine bearing ions is produced. On the other hand, nickel in the nickel chloride aqueous solution does not form a chloro complex ion and thus remains in the extraction residual liquid and is separated.

次の洗浄段は、必要により設置される。一般に、洗浄段では、抽出後の有機相中のエントレインメント(有機相中に懸濁する微細な水相の液滴)に含まれる不純物が、洗浄水によって希釈除去される。 The next washing stage is installed if necessary. Generally, in the washing stage, impurities contained in the entrainment (fine aqueous phase droplets suspended in the organic phase) in the organic phase after extraction are diluted and removed by the washing water.

洗浄段では、通常、次の逆抽出段で産出される逆抽出液である純度の高い塩化コバルト水溶液を用いて、抽出後の有機相を洗浄する。つまり、抽出後の有機相を塩化コバルト水溶液で洗浄することで、抽出段からエントレインメントとして持ち込まれる有機相中の塩化ニッケル水溶液を塩化コバルト水溶液で希釈、置換して、有機相中のニッケル濃度を低下させる。なお、洗浄後に洗浄除去される水相は、ニッケルを含んだ塩化コバルト水溶液となるため、抽出始液に混合されて抽出段に繰り返される。 In the washing stage, usually, the organic phase after extraction is washed with a high-purity aqueous solution of cobalt chloride which is a back-extract produced in the next back-extraction stage. In other words, by washing the organic phase after extraction with a cobalt chloride aqueous solution, the nickel chloride aqueous solution in the organic phase brought in as an entrainment from the extraction stage is diluted and replaced with the cobalt chloride aqueous solution to reduce the nickel concentration in the organic phase. Lower. The aqueous phase washed and removed after the washing is a nickel chloride-containing cobalt chloride aqueous solution, and thus is mixed with the initial solution for extraction and repeated in the extraction stage.

次に、逆抽出段では、洗浄後の有機相、すなわちコバルトのクロロ錯イオンを担持したアミンを、弱酸性水溶液(希塩酸等)と接触させることにより、コバルトを水相中に脱離する処理を行う。 Next, in the back extraction stage, the organic phase after washing, that is, the amine carrying the chloro complex ion of cobalt is brought into contact with a weakly acidic aqueous solution (dilute hydrochloric acid, etc.) to remove cobalt into the aqueous phase. To do.

逆抽出段で得られた逆抽出液、すなわち塩化コバルト水溶液は、ニッケルとは別の処理ルートで更なる浄液処理(マンガン、銅、亜鉛等の不純物を除去する処理)が行われ、その後、電解採取によって電気コバルトとして製品化される。 The back extraction liquid obtained in the back extraction stage, that is, the aqueous solution of cobalt chloride, is subjected to a further cleaning treatment (treatment for removing impurities such as manganese, copper, zinc) by a treatment route different from nickel, and then, It is commercialized as electric cobalt by electrowinning.

ところで、塩化コバルト水溶液に含まれる微量のニッケルの除去は、酸化性雰囲気中での中和、イオン交換や溶媒抽出等の手段を用いたとしても、主要成分であるコバルトに対する沈澱除去、吸着、抽出等を行って微量不純物であるニッケルを水溶液中に残留させる操作となるため、工業的には実施が不可能である。 By the way, for the removal of a trace amount of nickel contained in an aqueous solution of cobalt chloride, even if a means such as neutralization in an oxidizing atmosphere, ion exchange or solvent extraction is used, precipitation removal, adsorption or extraction for cobalt which is a main component is carried out. It is impossible to industrially carry out the above because it is an operation of leaving nickel, which is a trace impurity, in the aqueous solution.

一方で、塩化コバルト水溶液に含まれる微量のニッケルは、電解採取工程で生成する電気コバルトを汚染して製品品質を悪化させる要因となる。したがって、コバルトを含有する塩化ニッケル水溶液から、アミン系抽出剤を含む有機溶媒によってコバルトを溶媒抽出することにより塩化コバルト水溶液を製造する方法においては、得られる塩化コバルト水溶液中のニッケル濃度を有効に低減させることが重要な技術課題となっている。 On the other hand, a very small amount of nickel contained in the aqueous solution of cobalt chloride is a factor that deteriorates the product quality by contaminating the electric cobalt produced in the electrolytic extraction process. Therefore, in the method for producing an aqueous cobalt chloride solution by solvent-extracting cobalt from an aqueous nickel chloride solution containing cobalt with an organic solvent containing an amine-based extractant, the nickel concentration in the obtained aqueous cobalt chloride solution is effectively reduced. This is an important technical issue.

このような課題を解決するために、例えば特許文献1には、洗浄段のミキサータンク(撹拌槽)内を有機相連続とし、ミキサータンク内の有機相対水相の体積比率を3.0以下として溶媒抽出を行う方法が開示されている。特許文献1に開示された方法によれば、洗浄始液量を増やして水相連続とするのではなく、有機相連続とすることで、有機相中での水滴同士の結合が促進されるため、エントレインメント中のニッケル濃度が減少するとともにエントレインメント自体が減少するため、洗浄効率の向上を図ることができる。 In order to solve such a problem, for example, in Patent Document 1, the inside of the mixer tank (stirring tank) in the washing stage is made to be an organic phase continuous, and the volume ratio of the organic relative aqueous phase in the mixer tank is set to 3.0 or less. A method of performing solvent extraction is disclosed. According to the method disclosed in Patent Document 1, the binding of water droplets in the organic phase is promoted by increasing the amount of the cleaning start liquid to make the aqueous phase continuous, instead of making the aqueous phase continuous. As the nickel concentration in the entrainment decreases and the entrainment itself decreases, the cleaning efficiency can be improved.

しかしながら、洗浄段のミキサータンク内の洗浄効率が向上したとしても、セトラー部(油水分離槽)内の油水分離効率が低下すると、有機相中のエントレインメントが増加するため、塩化コバルト水溶液中のニッケル濃度を低減させることができなくなる。特に、有機相の化学的及び物理的性状が変化して、有機相中の微細な水相液滴が安定して存在するようになると、洗浄効率及び油水分離効率の両方が低下し、塩化コバルト水溶液中のニッケル濃度が通常の1000倍程度にまで急上昇してしまうこともある。 However, even if the cleaning efficiency in the mixer tank of the cleaning stage is improved, if the oil/water separation efficiency in the settler section (oil/water separation tank) decreases, entrainment in the organic phase increases, so nickel cobalt in the cobalt chloride aqueous solution is increased. The concentration cannot be reduced. In particular, when the chemical and physical properties of the organic phase are changed so that the fine aqueous phase droplets in the organic phase are stably present, both the washing efficiency and the oil-water separation efficiency decrease, and cobalt chloride The nickel concentration in the aqueous solution may suddenly rise to about 1000 times the normal concentration.

また、例えば特許文献2には、複数の金属イオンを含有する強酸化性雰囲気の塩化ニッケル水溶液の酸化還元電位を、還元剤により500mV(Ag/AgCl電極基準)以下に調整した後、その塩化ニッケル水溶液を抽出始液として溶媒抽出処理に付する方法が開示されている。 Further, for example, in Patent Document 2, after adjusting the redox potential of an aqueous solution of nickel chloride in a strongly oxidizing atmosphere containing a plurality of metal ions to 500 mV (Ag/AgCl electrode reference) or less by a reducing agent, the nickel chloride is adjusted. A method in which an aqueous solution is used as a starting solution for extraction and subjected to a solvent extraction treatment is disclosed.

しかしながら、特許文献2に開示された方法は、抽出剤である3級アミン化合物の劣化防止を目的としており、洗浄段の油水分離効率の低下を防止するものではない。 However, the method disclosed in Patent Document 2 is intended to prevent deterioration of the tertiary amine compound that is an extractant, and does not prevent deterioration of oil-water separation efficiency in the washing stage.

特開2015−183267号公報JP, 2005-183267, A 特開2015−209582号公報JP, 2005-209582, A

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、コバルトを含有する塩化ニッケル水溶液からアミン系抽出剤を含む有機溶媒によってコバルトを溶媒抽出して塩化コバルト水溶液を製造する方法において、安定的に低ニッケル濃度の塩化コバルト水溶液を製造することが可能な方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such circumstances, in a method for producing an aqueous cobalt chloride solution by solvent extraction of cobalt from an aqueous nickel chloride solution containing cobalt with an organic solvent containing an amine-based extractant, It is an object of the present invention to provide a method capable of stably producing a cobalt chloride aqueous solution having a low nickel concentration.

本発明者らは、溶媒抽出工程での処理において、抽出剤を由来とする両性界面活性剤物質であるアルキルアミンオキサイドが生成することを発見し、このアルキルアミンオキサイドが有機相内に蓄積することで、塩化ニッケル水溶液を含む有機相中のエントレインメントが安定な逆ミセルを形成する結果、エントレインメントの洗浄効率が低下し、塩化コバルト水溶液中のニッケル濃度が増加してしまうことを見出した。そこで、アルキルアミンオキサイドの発生原因を検討したところ、逆抽出後の有機相に対するアルカリを用いた中和処理(高pH条件下での処理)にあることが分かり、このことから、逆抽出後の有機相のうちのアルカリを用いた中和処理に供する量を制御して系内における中和処理負荷を低減させることで、アルキルアミンオキサイドの生成が抑制され、エントレインメントの洗浄効率の低下を防ぐことができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have discovered that during the treatment in the solvent extraction step, an alkylamine oxide, which is an amphoteric surfactant substance derived from an extractant, is produced, and the alkylamine oxide is accumulated in the organic phase. It was found that entrainment in an organic phase containing an aqueous solution of nickel chloride forms stable reverse micelles, and as a result, the cleaning efficiency of entrainment decreases and the concentration of nickel in the aqueous solution of cobalt chloride increases. Therefore, when the cause of generation of alkylamine oxide was examined, it was found that the organic phase after the back extraction was subjected to a neutralization treatment with an alkali (treatment under high pH conditions). By controlling the amount of the organic phase used for the neutralization treatment with alkali to reduce the load of the neutralization treatment in the system, the production of alkylamine oxide is suppressed and the deterioration of the entrainment cleaning efficiency is prevented. The inventors have found that they can be achieved and have completed the present invention.

[1]本発明の第1の発明は、ミキサーセトラー型溶媒抽出装置を用い、抽出剤として3級アミンを含む有機溶媒を有機相に用いた溶媒抽出法によって、コバルトを含有する塩化ニッケル水溶液からコバルトを分離回収して塩化コバルト水溶液を製造する方法であって、(1)前記塩化ニッケル水溶液から前記有機相にコバルトを抽出する抽出段と、(2)前記抽出段にて得られたコバルトを含む有機相に逆抽出後の水相の一部を混合して、該有機相に含まれるニッケルを除去する洗浄段と、(3)前記洗浄段での洗浄後の有機相(洗浄後有機相)に、逆抽出剤としての弱酸性水溶液を接触させることによって該有機相中のコバルトを脱離させ、塩化コバルト水溶液の水相を得る逆抽出段と、(4)前記逆抽出段での逆抽出後の有機相をアルカリによる中和処理に付し、次いで、該中和処理後の有機相を塩酸水溶液による塩酸付加処理に付すことにより再生後有機相を得て、前記抽出段に繰り返す再生段と、により構成される溶媒抽出工程を含み、前記逆抽出段での逆抽出後の有機相のうちの少なくとも一部のみを前記再生段に移送して前記中和処理に付し、残部の有機相を前記抽出段に直接移送する、塩化コバルト水溶液の製造方法である。 [1] A first invention of the present invention is to use a mixer-settler type solvent extraction device and a solvent extraction method using an organic solvent containing a tertiary amine as an extractant in an organic phase to obtain an aqueous solution of nickel chloride containing cobalt. A method for producing an aqueous cobalt chloride solution by separating and recovering cobalt, comprising: (1) an extraction stage for extracting cobalt from the aqueous nickel chloride solution into the organic phase; and (2) the cobalt obtained in the extraction stage. A washing stage for removing nickel contained in the organic phase by mixing a part of the aqueous phase after the back extraction with the containing organic phase, and (3) the organic phase after the washing in the washing stage (the organic phase after washing). ) Is contacted with a weakly acidic aqueous solution as a back-extracting agent to desorb cobalt in the organic phase to obtain an aqueous phase of a cobalt chloride aqueous solution, and (4) a reverse extraction step in the back-extracting step. The organic phase after extraction is subjected to a neutralization treatment with an alkali, and then the neutralized organic phase is subjected to a hydrochloric acid addition treatment with an aqueous hydrochloric acid solution to obtain a regenerated organic phase, which is repeatedly regenerated to the extraction stage. And a solvent extraction step constituted by a stage, wherein at least a part of the organic phase after the back extraction in the back extraction stage is transferred to the regeneration stage and subjected to the neutralization treatment, and the remaining It is a method for producing an aqueous solution of cobalt chloride, in which the organic phase is directly transferred to the extraction stage.

[2]本発明の第2の発明は、第1の発明において、前記逆抽出段での逆抽出後の有機相のうち、体積比率で300分の1以上、30分の1以下の割合の有機相を前記再生段に移送して前記中和処理に付し、残部の有機相を前記抽出段に移送する、塩化コバルト水溶液の製造方法である。 [2] The second invention of the present invention is the same as the first invention, wherein the volume of the organic phase after the back extraction in the back extraction stage is 1/300 or more and 1/30 or less. It is a method for producing an aqueous cobalt chloride solution, in which the organic phase is transferred to the regeneration stage and subjected to the neutralization treatment, and the remaining organic phase is transferred to the extraction stage.

[3]本発明の第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記再生段における中和処理では、アルカリを添加してpH13以上の条件下で行う、塩化コバルト水溶液の製造方法である。 [3] A third invention of the present invention is the method for producing an aqueous cobalt chloride solution according to the first or second invention, wherein the neutralization treatment in the regeneration stage is carried out under the condition of pH 13 or more with addition of alkali. is there.

本発明に係る方法によれば、洗浄段でのニッケルを含むエントレインメントの洗浄効率の低下を防ぎ、安定的に低ニッケル濃度の塩化コバルト水溶液を製造することができる。 According to the method of the present invention, it is possible to prevent a decrease in the cleaning efficiency of the entrainment containing nickel in the cleaning stage and to stably manufacture a cobalt chloride aqueous solution having a low nickel concentration.

溶媒抽出工程の流れの一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the flow of a solvent extraction process. ミキサーセトラー型溶媒抽出装置の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of a mixer-settler type solvent extraction apparatus. 抽出剤の3級アミンからアルキルアミンオキサイドが生成する推定メカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the presumed mechanism which alkylamine oxide produces|generates from the tertiary amine of an extractant. 高アルカリ条件での中和処理に基づくアルキルアミンオキサイド生成の検証試験の結果を示すグラフ図である。It is a graph which shows the result of the verification test of the alkylamine oxide formation based on the neutralization process in highly alkaline conditions. 活性化処理後の有機相中のヘプタン酸の含有量と、抽出後有機相中のエントレインメントの含有量(ニッケル含有量度)との関係を示すグラフ図である。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the content of heptanoic acid in the organic phase after the activation treatment and the content of entrainment in the organic phase after extraction (degree of nickel content). アミン系抽出剤(3級アミン)からの脂肪族モノカルボン酸の生成メカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the production mechanism of the aliphatic monocarboxylic acid from an amine type extractant (tertiary amine).

以下、本発明の具体的な実施形態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限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。なお、本明細書にて、「X〜Y」(X、Yは任意の数値)との表記は、「X以上Y以下」の意味である。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without changing the gist of the present invention. In this specification, the notation “X to Y” (X and Y are arbitrary numerical values) means “X or more and Y or less”.

≪1.塩化コバルト水溶液の製造方法(溶媒抽出工程について)≫
本発明に係る塩化コバルト水溶液の製造方法は、ミキサーセトラー型溶媒抽出装置を用い、抽出剤として3級アミンを含む有機溶媒を有機相に用いた溶媒抽出法によって、コバルトを含有する塩化ニッケル水溶液からコバルトを分離回収する工程(溶媒抽出工程)を含む方法である。
<<1. Method for producing cobalt chloride aqueous solution (solvent extraction step)>>
The method for producing an aqueous cobalt chloride solution according to the present invention uses a mixer-settler type solvent extraction device and a solvent extraction method using an organic solvent containing a tertiary amine as an extractant in an organic phase to produce a cobalt chloride-containing nickel chloride aqueous solution. This is a method including a step of separating and recovering cobalt (solvent extraction step).

図1は、溶媒抽出工程の流れの一例を示すフロー図である。図1に示すように、溶媒抽出工程は、コバルトを含有する塩化ニッケル水溶液(抽出始液)から抽出剤を含む有機相にコバルトを抽出する抽出段と、コバルトを含む有機相中のニッケルを洗浄除去する洗浄段と、洗浄後の有機相に弱酸性水溶液を接触させることによって有機相中のコバルトを脱離させて塩化コバルト水溶液の水相を得る逆抽出段と、を有する。また、逆抽出後の有機相を再生して抽出段に繰り返す再生段を有する。 FIG. 1 is a flow chart showing an example of the flow of a solvent extraction process. As shown in FIG. 1, in the solvent extraction step, an extraction stage for extracting cobalt from an aqueous nickel chloride solution containing cobalt (extraction initial solution) into an organic phase containing an extractant, and washing nickel in the organic phase containing cobalt are performed. It has a washing stage for removal and a back-extraction stage for contacting the organic phase after washing with a weakly acidic aqueous solution to desorb cobalt in the organic phase to obtain an aqueous phase of the aqueous cobalt chloride solution. It also has a regeneration stage in which the organic phase after back extraction is regenerated and repeated in the extraction stage.

なお、抽出段、洗浄段、及び逆抽出段の段数は、抽出始液の組成や、抽出剤の種類、抽出装置の構造等によって決まってくるが、一般に、有機相と水相との接触を確実に行って良好な抽出結果を得る観点から、それぞれを複数段とすることが好ましい。 The number of extraction stages, washing stages, and back extraction stages is determined by the composition of the extraction starter solution, the type of extractant, the structure of the extraction device, etc., but generally the contact between the organic phase and the aqueous phase is From the viewpoint of surely performing and obtaining a good extraction result, it is preferable that each stage has a plurality of stages.

<抽出段>
抽出段では、抽出始液であるコバルトを含有する塩化ニッケル水溶液から、抽出剤を含む有機溶媒により構成される有機相にコバルトを抽出する。
<Extraction stage>
In the extraction stage, cobalt is extracted from an aqueous nickel chloride solution containing cobalt, which is the starting solution for extraction, into an organic phase composed of an organic solvent containing an extractant.

抽出剤は、アミン系抽出剤であれば特に限定されない。中でも、反応性の高さや水に対する溶解度の低さ等の観点から3級アミン系抽出剤を用いることが好ましく、取り扱い性や価格等を勘案すると、TNOA(Tri−n−octylamine)又はTIOA(Tri−i−octylamine)を用いることがより好ましい。有機相を構成する有機溶媒は、このような抽出剤を希釈剤により希釈することで得られる。有機溶媒を構成する希釈剤としては、水に対する溶解度の低さや良好な油水分離性の観点から、芳香族炭化水素を用いることが好ましい。また、抽出剤と希釈剤の混合物(有機相)中における抽出剤の濃度は、所望とする有機相の粘度範囲に応じて適宜調整することが好ましいが、例えば10〜40体積%の範囲とすることができる。 The extractant is not particularly limited as long as it is an amine-based extractant. Among them, it is preferable to use a tertiary amine-based extractant from the viewpoint of high reactivity and low solubility in water. Considering handleability and price, TNOA (Tri-n-octylamine) or TIOA (Tria) is used. It is more preferable to use -i-octylamine). The organic solvent that constitutes the organic phase is obtained by diluting such an extractant with a diluent. As the diluent constituting the organic solvent, it is preferable to use an aromatic hydrocarbon from the viewpoint of low solubility in water and good oil-water separability. The concentration of the extractant in the mixture of the extractant and the diluent (organic phase) is preferably adjusted appropriately according to the desired viscosity range of the organic phase, but is, for example, in the range of 10 to 40% by volume. be able to.

抽出剤としての3級アミンは、下記の式[i]に示すように塩酸が付加されて活性化することにより、式[ii]及び式[iii]に示すような金属クロロ錯イオンの抽出能力を保有し、優れたニッケルとコバルトの分離特性を有するようになる。 The tertiary amine as an extractant is activated by the addition of hydrochloric acid as shown in the following formula [i] to extract metal chloro complex ion as shown in formula [ii] and formula [iii]. Possesses and has excellent nickel-cobalt separation properties.

N:+HCl→RN:HCl ・・・[i]
2RN:HCl+MCl 2−→(RN:H)2MCl+2Cl ・・・[ii]
N:HCl+MCl →RN:HMCl+Cl ・・・[iii]
R 3 N:+HCl→R 3 N:HCl... [i]
2R 3 N: HCl + MCl 4 2- → (R 3 N: H) 2MCl 4 + 2Cl - ··· [ii]
R 3 N: HCl + MCl 4 - → R 3 N: HMCl 4 + Cl - ··· [iii]

上記式[ii]中のMは、Co、Cu、Zn等のクロロ錯イオンを形成する金属種を表すが、金属イオンの価数によってクロロ錯イオンの形態が異なるため、例えば3価の場合には下記式[iii]に従う。なお、式[i]〜[iii]中の「:」は、窒素原子の非共有電子対を表す。 M in the above formula [ii] represents a metal species that forms a chloro complex ion such as Co, Cu, and Zn, but since the form of the chloro complex ion differs depending on the valence of the metal ion, for example, in the case of trivalent Follows the formula [iii] below. In addition, “:” in the formulas [i] to [iii] represents an unshared electron pair of a nitrogen atom.

抽出段では、式[ii]及び式[iii]で示す反応により、Co、Cu、Zn、Fe等のクロロ錯イオンを形成する金属種が有機相中に抽出され、金属元素のクロロ錯イオンを担持したアミンが生成される。なお、抽出始液中のニッケルはクロロ錯イオンを形成しないため、抽出残液に残留して分離される。 In the extraction stage, the metal species forming chloro complex ions such as Co, Cu, Zn, and Fe are extracted into the organic phase by the reactions represented by the formulas [ii] and [iii], and the chloro complex ions of the metal elements are extracted. A supported amine is produced. Since nickel in the initial solution for extraction does not form a chloro complex ion, it remains in the residual solution for extraction and is separated.

抽出始液であるコバルトを含有する塩化ニッケル水溶液の組成は特に限定されないが、ニッケル硫化物原料を塩素浸出して得られた塩化ニッケル水溶液を用いることが好適であり、例えばニッケル濃度が140〜240g/L、コバルト濃度が3〜10g/Lの塩化ニッケル水溶液を用いることができる。ニッケル硫化物原料を塩素浸出して得られた塩化ニッケル水溶液では、ニッケルやコバルトのほか、銅、亜鉛、鉄等を含有する。上述したように、銅、亜鉛、鉄は、塩化物イオンを含む溶液中でクロロ錯イオンを形成する金属種であることから、コバルトと共に有機相中に抽出される。 The composition of the nickel chloride aqueous solution containing cobalt which is the initial solution for extraction is not particularly limited, but it is preferable to use the nickel chloride aqueous solution obtained by leaching the nickel sulfide raw material with chlorine, for example, the nickel concentration is 140 to 240 g. /L, a nickel chloride aqueous solution having a cobalt concentration of 3 to 10 g/L can be used. The nickel chloride aqueous solution obtained by leaching the nickel sulfide raw material with chlorine contains copper, zinc, iron, etc. in addition to nickel and cobalt. As described above, copper, zinc, and iron are metal species that form chloro complex ions in a solution containing chloride ions, and thus are extracted into the organic phase together with cobalt.

さて、抽出段における溶媒抽出処理は、ミキサーセトラー型溶媒抽出装置を用いて行われる。なお、後述する洗浄段、逆抽出段においても、同様にしてミキサーセトラー型溶媒抽出装置を用いた処理が行われる。 Now, the solvent extraction process in the extraction stage is performed using a mixer-settler type solvent extraction device. In addition, the treatment using the mixer-settler type solvent extraction device is similarly performed in the washing stage and the back extraction stage described later.

図2は、ミキサーセトラー型溶媒抽出装置の構成を説明するための模式図である。なお、2の模式図は、抽出段における溶媒抽出処理に用いた場合を例とするものである。ミキサーセトラー型溶媒抽出装置1は、向流多段方式の溶媒抽出装置であり、ミキサー部(抽出部)11と、セトラー部(静置部)12と、排出部13と、から構成されている。なお、図2に示す態様は、ミキサーセトラー型溶媒抽出装置の一具体例を示すものであり、構成はこれに限られるものではない。 FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of the mixer-settler type solvent extraction device. Note that the schematic diagram of 2 is an example of the case used for the solvent extraction process in the extraction stage. The mixer-settler type solvent extraction device 1 is a countercurrent multi-stage solvent extraction device and includes a mixer part (extraction part) 11, a settler part (stationary part) 12, and a discharge part 13. The embodiment shown in FIG. 2 shows a specific example of the mixer-settler type solvent extraction device, and the configuration is not limited to this.

ミキサー部11では、水相と有機相とが装入されて、水相と有機相との接触混合により、抽出対象物が有機相に移行して抽出される。例えば、抽出段における処理では、抽出始液であるコバルトを含有する塩化ニッケル水溶液(水相)と抽出剤を含む有機溶媒(有機相)とが装入され、水相と有機相との接触混合により抽出対象物であるコバルトが有機相に移行して抽出される。ミキサー部11は、例えば、水相装入口11aと有機相装入口11bとを有し、各装入口11a,11bから水相と有機相とがミキサー部11の内部(ミキサータンク)に装入される。 In the mixer section 11, the aqueous phase and the organic phase are charged, and the extraction target is transferred to the organic phase and extracted by contact mixing of the aqueous phase and the organic phase. For example, in the treatment in the extraction stage, an aqueous nickel chloride solution (aqueous phase) containing cobalt, which is the starting solution for the extraction, and an organic solvent (organic phase) containing an extractant are charged, and the aqueous phase and the organic phase are subjected to contact mixing. As a result, cobalt, which is the object of extraction, is transferred to the organic phase and extracted. The mixer section 11 has, for example, a water phase charging port 11a and an organic phase charging port 11b, and the water phase and the organic phase are charged into the mixer section 11 (mixer tank) through the charging ports 11a and 11b. It

また、ミキサー部11は、例えば撹拌軸20aと撹拌羽根20bとから構成される撹拌装置20を備えている。ミキサー部11では、撹拌装置20による撹拌力によって水相と有機相とが混合した混合相の液が効率的に撹拌される。混合撹拌された混合相の液は、オーバーフローして樋14を流れて、次のセトラー部12へと移行する。 The mixer unit 11 also includes a stirring device 20 including, for example, a stirring shaft 20a and a stirring blade 20b. In the mixer section 11, the liquid of the mixed phase in which the water phase and the organic phase are mixed is efficiently stirred by the stirring force of the stirring device 20. The mixed and mixed liquid of the mixed phase overflows, flows through the gutter 14, and moves to the next settler unit 12.

セトラー部12では、ミキサー部11にて水相と有機相とが混合されて得られた混合相を静置させ、水相と有機相とを比重差により相分離する。例えば、抽出段における処理では、塩化ニッケル水溶液の水相とコバルトを抽出した有機溶媒からなる有機相との混合相が、セトラー部12においてそれぞれ比重差により相分離する。 In the settler section 12, the mixed phase obtained by mixing the aqueous phase and the organic phase in the mixer section 11 is allowed to stand, and the aqueous phase and the organic phase are phase-separated by the difference in specific gravity. For example, in the treatment in the extraction stage, the mixed phase of the aqueous phase of the nickel chloride aqueous solution and the organic phase composed of the organic solvent from which cobalt is extracted is phase-separated in the settler section 12 due to the difference in specific gravity.

セトラー部12では、水相と有機相とが相分離し、その油水界面を境にして、下層に水相が、上層に有機相がそれぞれ分離する。 In the settler portion 12, the aqueous phase and the organic phase are phase-separated, and the aqueous phase is separated into the lower layer and the organic phase is separated into the upper layer with the oil-water interface as a boundary.

排出部13では、セトラー部12にて相分離した水相と有機相の各相が混入しないように、それらを油水分離して排出する。排出部13では、セトラー部12と隔てる隔壁13wが設けられており、セトラー部12にて相分離して下層を構成するようになった水相は、下端が開放されているその隔壁13wの下部から排出される。また、セトラー部12にて相分離して上層を構成するようになった有機相は、隔壁13wの上部をオーバーフローして排出部13に移送される。 In the discharge part 13, the water phase and the organic phase separated in the settler part 12 are separated into oil and water and discharged so as not to be mixed. The discharge part 13 is provided with a partition wall 13w which is separated from the settler part 12, and the lower end of the partition wall 13w whose lower end is opened is the aqueous phase that has been phase-separated in the settler part 12 to form a lower layer. Discharged from. Further, the organic phase that has been phase-separated in the settler section 12 to form the upper layer overflows above the partition wall 13w and is transferred to the discharge section 13.

例えば、抽出段における処理では、セトラー部12にて下層を構成するようになった塩化ニッケル水溶液からなる水相が、隔壁13wの下部から排出される。一方で、セトラー部12にて上層を構成するようになったコバルトを含む有機溶媒からなる有機相が、隔壁13wの上部をオーバーフローして排出部13に移送される。なお、排出部13に排出された有機相は、有機排出口を介して排出され、次の段(洗浄段)へと移送される。 For example, in the treatment in the extraction stage, the aqueous phase composed of the nickel chloride aqueous solution that has constituted the lower layer in the settler section 12 is discharged from the lower portion of the partition wall 13w. On the other hand, the organic phase made of the organic solvent containing cobalt, which has constituted the upper layer in the settler section 12, overflows the upper portion of the partition wall 13w and is transferred to the discharge section 13. The organic phase discharged to the discharge part 13 is discharged through the organic discharge port and transferred to the next stage (washing stage).

ここで、抽出段における溶媒抽出処理において、図2中の一部拡大図(「Z」)として模式的に示すように、有機相中に、塩化ニッケル水溶液を含む微細な水相の液滴(エントレインメント)が懸濁するようになる。このように有機相中にエントレインメントの形態で取り込まれたニッケルは、次の洗浄段にて洗浄除去される。 Here, in the solvent extraction process in the extraction stage, as schematically shown as a partially enlarged view (“Z”) in FIG. 2, fine droplets of an aqueous phase containing an aqueous nickel chloride solution in the organic phase ( Entrainment) becomes suspended. The nickel thus incorporated in the organic phase in the form of entrainment is washed away in the next washing stage.

<洗浄段>
洗浄段では、抽出後の有機相中のエントレインメントを洗浄水によって希釈除去する。つまり、抽出後の有機相を洗浄することによって、抽出段からエントレインメントとして持ち込まれる塩化ニッケル水溶液を洗浄水で希釈し置換して、有機相中のニッケル濃度を低下させる。なお、上述したように、洗浄段での処理も、図2に模式的に示したようなミキサーセトラー型溶媒抽出装置を用いて行われ、コバルトを抽出した有機相と洗浄水(水相)とが接触混合されて、エントレインメントを洗浄除去する。
<Washing stage>
In the washing stage, the entrainment in the extracted organic phase is diluted and removed with washing water. In other words, by washing the organic phase after extraction, the nickel chloride aqueous solution brought in as an entrainment from the extraction stage is diluted and replaced with washing water to reduce the nickel concentration in the organic phase. Note that, as described above, the treatment in the washing stage is also performed using the mixer-settler type solvent extraction device as schematically shown in FIG. 2, and the organic phase from which cobalt has been extracted and the washing water (aqueous phase) Are contact mixed to wash away the entrainment.

この洗浄段では、次の逆抽出段での逆抽出後の水相、すなわち逆抽出される塩化コバルト水溶液(逆抽出液)の一部を洗浄液として用いる。なお、洗浄後の水相は、エントレインメントに含まれていたニッケルを含有する塩化コバルト水溶液となるため、抽出始液に混合されて抽出段に繰り返される。 In this washing stage, a part of the aqueous phase after the back extraction in the next back extraction stage, that is, the aqueous solution of cobalt chloride to be back-extracted (back extraction liquid) is used as the washing liquid. Since the aqueous phase after washing becomes an aqueous cobalt chloride solution containing nickel contained in the entrainment, it is mixed with the initial solution for extraction and repeated in the extraction stage.

ここで、洗浄段における処理では、エントレインメントとして持ち込まれる塩化ニッケル水溶液を洗浄除去する効率の低下を防ぎ、さらには向上させることが重要となる。エントレインメントの洗浄効率が低いと、次の逆抽出段において逆抽出液にコバルトと共にニッケルが抽出され、ニッケルを含有する塩化コバルト水溶液が生成されることになる。塩化コバルト水溶液に含まれる微量のニッケルは、電解採取工程で生成する電気コバルトを汚染して製品品質を悪化させる要因となる。したがって、洗浄段でのニッケルを含むエントレインメントの洗浄効率の低下を防ぎ、安定的に低ニッケル濃度の塩化コバルト水溶液を製造することが求められる。 Here, in the treatment in the washing stage, it is important to prevent the efficiency of washing and removing the nickel chloride aqueous solution brought in as entrainment from decreasing and further improving it. If the cleaning efficiency of the entrainment is low, nickel is extracted together with cobalt into the back extraction liquid in the next back extraction stage, and an aqueous cobalt chloride solution containing nickel is produced. The small amount of nickel contained in the aqueous solution of cobalt chloride contaminates the electric cobalt produced in the electrowinning process and causes deterioration of product quality. Therefore, it is required to prevent the reduction of the cleaning efficiency of the entrainment containing nickel in the cleaning stage and to stably manufacture the cobalt chloride aqueous solution having a low nickel concentration.

なお、洗浄段の水相流量を増やせば洗浄効率は向上するとも考えられる。しかしながら、その場合には洗浄水として用いる逆抽出液(塩化コバルト水溶液)の繰り返し量が増えることになるため、塩化コバルトとして回収されるコバルト量が減少してコバルト回収効率が低下する。さらにはコバルト処理能力が低下するだけでなく、逆抽出液の塩化物イオン濃度が低いため、洗浄段でのコバルトの逆抽出量を増加させてしまう。このことから、洗浄段の水相(洗浄水)流量を増やさずに、エントレインメントを有効に洗浄除去することが求められる。 It is also considered that the cleaning efficiency can be improved by increasing the flow rate of the aqueous phase in the cleaning stage. However, in that case, the repeating amount of the back extraction liquid (cobalt chloride aqueous solution) used as the washing water increases, so that the amount of cobalt recovered as cobalt chloride decreases and the cobalt recovery efficiency decreases. Further, not only the cobalt treatment capacity is lowered, but also the chloride ion concentration of the back extraction liquid is low, so that the back extraction amount of cobalt in the washing stage is increased. From this, it is required to effectively wash and remove the entrainment without increasing the flow rate of the aqueous phase (wash water) in the wash stage.

<逆抽出段>
逆抽出段では、洗浄後の有機相(洗浄後有機相)に、逆抽出剤としての希塩酸等の弱酸性水溶液を接触させることにより、有機相中のコバルトのクロロ錯イオンを担持したアミンからコバルトを脱離させ、塩化コバルト水溶液の水相を得る。
<Back extraction stage>
In the back-extraction stage, the organic phase after washing (the organic phase after washing) is brought into contact with a weakly acidic aqueous solution such as dilute hydrochloric acid as a back-extracting agent, so that the cobalt carrying the chloro complex ion of cobalt in the organic phase can Is removed to obtain an aqueous phase of cobalt chloride aqueous solution.

逆抽出段では、上記式[ii]の逆反応である下記式[iv]に従ってコバルトを水相中に脱離する。これにより、ニッケルを分離した塩化コバルト水溶液が得られる。
(RN:H)2CoCl→2RN:HCl+CoCl ・・・[iv]
In the back extraction stage, cobalt is desorbed into the aqueous phase according to the following formula [iv] which is a reverse reaction of the above formula [ii]. As a result, an aqueous cobalt chloride solution from which nickel has been separated is obtained.
(R 3 N:H) 2CoCl 4 →2R 3 N:HCl+CoCl 2 ... [iv]

上述したように、逆抽出段での処理も、図2に模式的に示したようなミキサーセトラー型溶媒抽出装置を用いて行われる。具体的には、洗浄後有機相と弱酸性水溶液(水相)とがミキサー部にて接触混合され、有機相中のコバルトが水相に分配される。その後、セトラー部にて静置することで、有機相と塩化コバルト水溶液からなる水相とが分離する。 As described above, the treatment in the back extraction stage is also performed using the mixer-settler type solvent extraction device as schematically shown in FIG. Specifically, after washing, the organic phase and the weakly acidic aqueous solution (aqueous phase) are contact-mixed in the mixer section, and cobalt in the organic phase is distributed to the aqueous phase. Then, by leaving it to stand in the settler section, the organic phase and the aqueous phase consisting of the aqueous cobalt chloride solution are separated.

<再生段>
再生段では、逆抽出段での逆抽出後の有機相を再生する処理を行い、抽出段にて用いる抽出剤を含む有機相として繰り返す。具体的に、再生段では、逆抽出後の有機相をアルカリによる中和処理に付し、次いで、その中和処理後の有機相を塩酸水溶液による塩酸付加処理に付すことにより再生後有機相を得て、抽出段に繰り返す。
<Play stage>
In the regeneration stage, a treatment for regenerating the organic phase after the back extraction in the back extraction stage is performed, and the process is repeated as the organic phase containing the extractant used in the extraction stage. Specifically, in the regeneration stage, the organic phase after back extraction is subjected to a neutralization treatment with an alkali, and then the organic phase after the neutralization treatment is subjected to a hydrochloric acid addition treatment with an aqueous hydrochloric acid solution to remove the organic phase after regeneration. Obtain and repeat for extraction stage.

(中和処理)
上述したように、抽出段においては、コバルトと共に、亜鉛、鉄、銅等の不純物も有機相に抽出される。抽出されたコバルトは、逆抽出段にて水相に逆抽出されるが、不純物(亜鉛、鉄、銅)は逆抽出されずに有機相中に残る。ところが、有機相中の不純物濃度が上昇し、そのような有機相を抽出段に繰り返すと、抽出段でのコバルト抽出量の減少や、塩化ニッケル溶液や塩化コバルト溶液への不純物の溶出が生じる可能性がある。そのため、逆抽出後の有機相については、アルカリによる中和処理を施して、亜鉛、鉄、銅等の不純物を除去する。
(Neutralization process)
As described above, in the extraction stage, impurities such as zinc, iron and copper are extracted into the organic phase together with cobalt. The extracted cobalt is back-extracted into the aqueous phase in the back-extraction stage, but the impurities (zinc, iron, copper) remain in the organic phase without being back-extracted. However, if the concentration of impurities in the organic phase rises and such an organic phase is repeated in the extraction stage, the amount of cobalt extracted in the extraction stage may decrease and impurities may elute into the nickel chloride solution or cobalt chloride solution. There is a nature. Therefore, the organic phase after the back extraction is neutralized with an alkali to remove impurities such as zinc, iron and copper.

具体的に、アルカリを用いた中和処理では、逆抽出段から産出される、金属元素(亜鉛、鉄、銅等の不純物元素)のクロロ錯イオンを担持したアミンを含む有機相に、アルカリ水溶液を添加して混合する。これにより、金属元素が脱離された有機相と、金属元素の中和沈殿物と、水相とを形成する。次いで、有機相、中和沈殿物、及び水相を油水分離に付して、有機相の上澄み部分からなる中和沈殿物の混入がない有機相を分別する。 Specifically, in the neutralization treatment using an alkali, an aqueous alkaline solution is added to an organic phase containing an amine carrying a chloro complex ion of a metal element (impurity element such as zinc, iron and copper) produced from the back extraction stage. Add and mix. As a result, an organic phase from which the metal element is desorbed, a neutralized precipitate of the metal element, and an aqueous phase are formed. Then, the organic phase, the neutralized precipitate, and the aqueous phase are subjected to oil-water separation to separate the organic phase consisting of the supernatant of the organic phase and free of the neutralized precipitate.

アルカリとしては、特に限定されないが、水酸化ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。また、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリを用いて、pH9以上、好ましくはpH10以上、より好ましくはpH13以上の条件下で行うことが好ましい。 The alkali is not particularly limited, but it is preferable to use an aqueous solution of sodium hydroxide. It is also preferable to use an alkali such as an aqueous solution of sodium hydroxide under the conditions of pH 9 or higher, preferably pH 10 or higher, more preferably pH 13 or higher.

なお、この再生段における中和処理は、中和処理槽にて行われる。 The neutralization treatment in this regeneration stage is performed in the neutralization treatment tank.

(活性化処理)
活性化処理では、中和処理後の有機相を塩酸水溶液による塩酸付加処理に付すことによって再生後有機相を得る。アルカリを用いた中和処理を経て得られる有機相は、亜鉛、鉄、銅等の不純物元素が脱離され、かつ中和沈殿物の混入がない清澄な有機相であるため、その得られた有機相に対して塩酸付加することで活性化(再生)し、抽出段での再利用を可能にする。なお、上記式[i]に示すようにして塩酸が付加されて活性化される。本明細書では、活性化処理のことを「塩酸付加処理」とも称する。
(Activation process)
In the activation treatment, the neutralized organic phase is subjected to a hydrochloric acid addition treatment with an aqueous hydrochloric acid solution to obtain a regenerated organic phase. The organic phase obtained through the neutralization treatment with alkali was a clear organic phase from which impurity elements such as zinc, iron, and copper were desorbed, and the neutralized precipitate was not mixed, and thus the organic phase was obtained. It is activated (regenerated) by adding hydrochloric acid to the organic phase and can be reused in the extraction stage. In addition, hydrochloric acid is added and activated as shown in the above formula [i]. In the present specification, the activation treatment is also referred to as “hydrochloric acid addition treatment”.

なお、この再生段における塩酸付加処理は、塩酸付加処理槽にて行われる。 The hydrochloric acid addition treatment in this regeneration stage is performed in a hydrochloric acid addition treatment tank.

≪2.洗浄段におけるエントレインメント洗浄不良について≫
<2−1.アルキルアミンオキサイド生成による洗浄不良>
上述したように、塩化コバルト水溶液の製造方法では、溶媒抽出工程の洗浄段での洗浄処理において、エントレインメントとして有機相に持ち込まれる塩化ニッケル水溶液を洗浄除去する効率(洗浄効率)の低下を防ぐことが重要となる。エントレインメントの洗浄効率が低いと、次の逆抽出段において逆抽出液にコバルトと共にニッケルが抽出され、ニッケルを含有する塩化コバルト水溶液が生成されることになり、次工程の電解工程を経て得られる電気コバルト製品の品質を悪化させる。
<<2. Entrainment cleaning failure in the cleaning stage ≫
<2-1. Poor cleaning due to alkylamine oxide formation>
As described above, in the method for producing an aqueous cobalt chloride solution, in the cleaning process in the cleaning step of the solvent extraction step, it is possible to prevent a decrease in the efficiency of cleaning and removing the aqueous nickel chloride solution brought into the organic phase as entrainment (cleaning efficiency). Is important. If the cleaning efficiency of the entrainment is low, nickel will be extracted with cobalt in the back extraction liquid in the next back extraction stage, and a cobalt chloride aqueous solution containing nickel will be generated, which will be obtained through the electrolysis step of the next step. Deteriorate the quality of electric cobalt products.

本発明者らは、洗浄段におけるエントレインメントの洗浄効率の低下(洗浄不良)について研究を重ねた結果、溶媒抽出工程(抽出段、洗浄段、逆抽出段、及び再生段)にて界面活性物質が生成し、その界面活性剤物質が系内に蓄積することによることが原因であることを発見した。 As a result of repeated studies on the reduction of the cleaning efficiency of the entrainment in the cleaning stage (cleaning failure), the present inventors have found that the surface-active substances in the solvent extraction process (extraction stage, washing stage, back-extraction stage, and regeneration stage). It was found that the cause was that the surfactant substance was generated and accumulated in the system.

具体的に、その界面活性物質は、両性界面活性物質であるアルキルアミンオキサイドであることを推測されている。両性界面活性物質であるアルキルアミンオキサイドが系内で蓄積されて一定値に達すると、そのアルキルアミンオキサイドによって、エントレインメントを構成する微細な水滴が安定な形態の逆ミセルを形成する。例えば、1000nmを超える大きさを形成するエマルジョンの場合、比較的不安定な形態であるため、洗浄水を用いた洗浄によって物理破壊が生じさせて容易に除去することができる。これに対し、1000nm以下(1〜1000nm)程度の大きさの逆ミセルの場合、極めて安定な形態であることから、洗浄による物理破壊を生じさせることができない。これにより、エントレインメントの洗浄効率の低下、つまり洗浄不良が生じると考えられる。 Specifically, it is speculated that the surface-active substance is an alkylamine oxide which is an amphoteric surface-active substance. When the alkylamine oxide, which is an amphoteric surface active substance, is accumulated in the system and reaches a certain value, the alkylamine oxide causes fine water droplets constituting entrainment to form a stable reverse micelle. For example, in the case of an emulsion having a size of more than 1000 nm, since it has a relatively unstable form, it can be easily removed by causing physical destruction by washing with washing water. On the other hand, in the case of reverse micelles having a size of about 1000 nm or less (1 to 1000 nm), since they have an extremely stable form, physical destruction due to washing cannot occur. As a result, it is considered that the cleaning efficiency of the entrainment decreases, that is, cleaning failure occurs.

アルキルアミンオキサイドは、抽出段における抽出剤として用いるアミン系抽出剤(3級アミン)に由来する分解物である。図3は、抽出剤である3級アミンからアルキルアミンオキサイドが生成する推定メカニズムを説明するための図(化学反応式)である。図3に示すように、アルキルアミンオキサイドが生成する理由としては、1つに、抽出剤である3級アミンが主に空気からなる酸化物(酸化剤)によって酸化分解されることによると考えられる。また1つに、再生段における3級アミンを含む有機相に対する高アルカリ条件下での中和処理によると考えられる。なお、3級アミンがTNOA(トリ−n−オクチルアミン)である場合には、n−オクチルアミンオキサイドが生成する。 Alkylamine oxide is a decomposition product derived from an amine-based extractant (tertiary amine) used as an extractant in the extraction stage. FIG. 3 is a diagram (chemical reaction formula) for explaining a presumed mechanism in which an alkylamine oxide is produced from a tertiary amine that is an extractant. As shown in FIG. 3, one of the reasons why the alkylamine oxide is produced is considered to be that the tertiary amine, which is an extractant, is oxidatively decomposed by an oxide (oxidant) mainly composed of air. .. In addition, it is considered that the organic phase containing the tertiary amine in the regeneration stage is neutralized under highly alkaline conditions. When the tertiary amine is TNOA (tri-n-octylamine), n-octylamine oxide is produced.

(空気による酸化分解に基づくアルキルアミンオキサイド生成の検証)
ここで、本発明者らは、逆抽出段を経て得られた有機相を用いた中和処理において積極的な空気バブリングを行い、バブリング時間を変更したときのアルキルアミンオキサイド(TNOAオキサイド)濃度を測定する試験を行った。中和処理においては、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH13の条件で処理を行った。また、中和処理前の有機相に含まれるTNOAオキサイドの濃度を測定したところ、検出下限の5ppm未満であった。
(Verification of alkylamine oxide formation based on oxidative decomposition by air)
Here, the present inventors conducted positive air bubbling in the neutralization treatment using the organic phase obtained through the back extraction stage, and changed the alkylamine oxide (TNOA oxide) concentration when the bubbling time was changed. A test to measure was performed. In the neutralization treatment, the treatment was performed under the condition of pH 13 using an aqueous sodium hydroxide solution. Further, the concentration of TNOA oxide contained in the organic phase before the neutralization treatment was measured and found to be less than the detection lower limit of 5 ppm.

なお、有機相中のTNOAオキサイド濃度は、液体クロマトグラフ質量分析計を用いて測定した。具体的には、液体クロマトグラフ質量分析計により得られるクロマトグラムからTNOAオキサイドのピークを検索し、かかるピーク面積に基づいて有機相中に存在するTNOAオキサイドの濃度を算出した。 The TNOA oxide concentration in the organic phase was measured using a liquid chromatograph mass spectrometer. Specifically, the peak of TNOA oxide was searched from the chromatogram obtained by the liquid chromatograph mass spectrometer, and the concentration of TNOA oxide existing in the organic phase was calculated based on the peak area.

下記表1に、中和処理において空気バブリングを1.6hr行った試験例1と、空気バブリングを14hr行った試験例2のそれぞれのTNOAオキサイド濃度の測定結果と、そのような中和処理後、塩酸を付加して再生して抽出段に繰り返したときの、洗浄段における洗浄効率の結果を示す。なお、洗浄効率とは、洗浄段に供される抽出後有機相中のニッケル濃度に対する、洗浄段を経て得られた水相(塩化コバルト水溶液)中のニッケル濃度の割合の百分率である。 In Table 1 below, the measurement results of the TNOA oxide concentrations of Test Example 1 in which air bubbling was performed for 1.6 hours in the neutralization treatment and Test Example 2 in which air bubbling was performed for 14 hours, and after such neutralization treatment, The results of the washing efficiency in the washing stage when hydrochloric acid is added to regenerate and repeated in the extraction stage are shown. The washing efficiency is a percentage of the nickel concentration in the aqueous phase (cobalt chloride aqueous solution) obtained through the washing stage with respect to the nickel concentration in the extracted organic phase that is subjected to the washing stage.

Figure 2020084198
Figure 2020084198

表1に示すように、空気バブリングを行わずに処理した参考例に比べて、バブリングにより積極的に空気を取り込ませた試験例1、2では、中和処理後のTNOAオキサイド濃度が極めて増大した。また、試験例1と試験例2との比較でも、バブリング時間を長くして空気の取り込み量が多くなった試験例2では、TNOAオキサイド濃度が2倍以上も増えた。このことから、空気を主とする酸化物によって、有機相に含まれる3級アミンが分解される結果、アルキルアミンオキサイドが生成することが分かる。 As shown in Table 1, in Test Examples 1 and 2 in which air was positively taken in by bubbling, the TNOA oxide concentration after the neutralization treatment was significantly increased as compared with the reference example in which air was not bubbled. .. Further, also in the comparison between Test Example 1 and Test Example 2, in Test Example 2 in which the bubbling time was lengthened and the air intake amount was increased, the TNOA oxide concentration was more than doubled. From this, it is understood that the tertiary amine contained in the organic phase is decomposed by the oxide mainly composed of air, and as a result, the alkylamine oxide is generated.

また、試験例1と試験例2とでは大きな差は見受けられなかったものの、空気により酸化分解されてTNOAオキサイド濃度が大きくなると、洗浄段におけるエントレインメントの洗浄効率が低下することが分かった。 Although no significant difference was found between Test Example 1 and Test Example 2, it was found that the cleaning efficiency of entrainment in the cleaning stage was lowered when the concentration of TNOA oxide increased due to oxidative decomposition by air.

(高アルカリ条件での中和処理に基づくアルキルアミンオキサイド生成の検証)
また、本発明者らは、逆抽出段を経て得られた有機相を用いた中和処理において、pH条件を酸性領域からアルカリ性領域(pH0〜14)まで推移させて処理したときのアルキルアミンオキサイド(TNOAオキサイド)濃度を測定する試験を行った。なお、有機相中のTNOAオキサイド濃度は、液体クロマトグラフ質量分析計を用いて測定した。
(Verification of alkylamine oxide formation by neutralization under high alkaline conditions)
In addition, the inventors of the present invention, in the neutralization treatment using the organic phase obtained through the back extraction stage, alkylamine oxide when the pH condition is changed from an acidic region to an alkaline region (pH 0 to 14). A test for measuring the (TNOA oxide) concentration was conducted. The TNOA oxide concentration in the organic phase was measured using a liquid chromatograph mass spectrometer.

図4は、測定結果を示すグラフ図である。図4のグラフに示されるように、酸性条件下ではTNOAオキサイドの生成は認められず、高アルカリ条件下(例えばpH12を超えるアルカリ条件下)となると急激にTNOAオキサイドの濃度が増大した。このことから、高いアルカリ条件下での中和処理によって、アルキルアミンオキサイドが生成することが分かる。 FIG. 4 is a graph showing the measurement results. As shown in the graph of FIG. 4, generation of TNOA oxide was not observed under acidic conditions, and the concentration of TNOA oxide increased rapidly under high alkaline conditions (for example, alkaline conditions exceeding pH 12). From this, it is understood that the alkylamine oxide is produced by the neutralization treatment under the highly alkaline condition.

<2−2.カルボン酸生成による洗浄不良>
さて、本発明者らは、両性界面活性物質であるアルキルアミンオキサイドによるもののほか、アミン系抽出剤(3級アミン)の分解生成物であるカルボン酸が系内に蓄積することによっても、洗浄段におけるエントレインメントの洗浄不良が生じることを発見した。
<2-2. Poor cleaning due to carboxylic acid formation>
Now, the present inventors have found that, in addition to the alkylamine oxide which is an amphoteric surfactant, the carboxylic acid which is a decomposition product of an amine-based extractant (tertiary amine) accumulates in the system, so It was discovered that poor cleaning of the entrainment occurs in.

図5は、再生段での活性化処理後の有機相に含まれるヘプタン酸の濃度と、その有機相を用いて抽出段にてコバルト抽出を行った後の抽出後有機相中のエントレインメント濃度(ニッケル濃度)との関係を示すグラフ図である。なお、ヘプタン酸は、3級アミンTNOA(トリ−n−オクチルアミン)の分解生成物である脂肪族モノカルボン酸である。 FIG. 5 shows the concentration of heptanoic acid contained in the organic phase after the activation treatment in the regeneration stage and the entrainment concentration in the organic phase after extraction after performing cobalt extraction in the extraction stage using the organic phase. It is a graph which shows the relationship with (nickel concentration). Heptanoic acid is an aliphatic monocarboxylic acid that is a decomposition product of tertiary amine TNOA (tri-n-octylamine).

図5に示されるように、有機相におけるヘプタン酸の濃度と、抽出後有機相中のエントレインメントを濃度との間に相関があり、アミン系抽出剤の分解生成物である脂肪族モノカルボン酸の濃度が大きくなるほど、抽出後有機相中のエントレインメント濃度も大きくなる。すなわち、脂肪族モノカルボン酸の濃度が大きくなるほど、抽出有機として洗浄段に持ち込まれるニッケル量が多くなり、洗浄後有機相中のニッケル濃度が上昇し易くなることが分かる。 As shown in FIG. 5, there is a correlation between the concentration of heptanoic acid in the organic phase and the concentration of entrainment in the organic phase after extraction, and an aliphatic monocarboxylic acid that is a decomposition product of an amine-based extractant The higher the concentration of, the higher the entrainment concentration in the organic phase after extraction. That is, it is understood that the higher the concentration of the aliphatic monocarboxylic acid, the larger the amount of nickel brought into the washing stage as the extracted organic matter, and the higher the concentration of nickel in the organic phase after washing becomes.

なお、図6は、アミン系抽出剤(3級アミン)からの脂肪族モノカルボン酸の生成メカニズムを説明するための図である。図6に示すように、TNOA等の3級アミンは、空気等の酸化物により分解され、ヘプタン酸(図6中「A」で示す)やオクタン酸(図6中「B」で示す)が生成する。 Note that FIG. 6 is a diagram for explaining the mechanism of production of the aliphatic monocarboxylic acid from the amine-based extractant (tertiary amine). As shown in FIG. 6, tertiary amines such as TNOA are decomposed by oxides such as air, and heptanoic acid (indicated by “A” in FIG. 6) and octanoic acid (indicated by “B” in FIG. 6) are removed. To generate.

≪3.塩化コバルト水溶液の製造方法(エントレインメント洗浄効率の低下防止)≫
本発明に係る塩化コバルト水溶液の製造方法は、(1)塩化ニッケル水溶液から有機相にコバルトを抽出する抽出段と、(2)コバルトを含む有機相に逆抽出後の水相の一部を混合してその有機相に含まれるニッケルを除去する洗浄段と、(3)洗浄後有機相に逆抽出剤としての弱酸性水溶液を接触させることによって有機相中のコバルトを脱離させ、塩化コバルト水溶液の水相を得る逆抽出段と、(4)逆抽出段での逆抽出後の有機相をアルカリによる中和処理に付し、次いで、中和処理後の有機相を塩酸水溶液による塩酸付加処理に付すことにより再生後有機相を得て、抽出段に繰り返す再生段と、により構成される溶媒抽出工程を含むものである。
<<3. Manufacturing method of cobalt chloride aqueous solution (prevention of deterioration of entrainment cleaning efficiency)>>
The manufacturing method of the cobalt chloride aqueous solution which concerns on this invention mixes (1) the extraction stage which extracts cobalt into an organic phase from nickel chloride aqueous solution, and (2) mixes a part of aqueous phase after back extraction with the organic phase containing cobalt. Then, the washing step for removing nickel contained in the organic phase is carried out, and (3) after washing, the organic phase is brought into contact with a weakly acidic aqueous solution as a back-extracting agent to remove cobalt in the organic phase, and an aqueous cobalt chloride solution. And the organic phase after the back extraction in the (4) back extraction stage is subjected to neutralization treatment with an alkali, and then the neutralized organic phase is subjected to hydrochloric acid addition treatment with an aqueous hydrochloric acid solution. The organic phase after regeneration is obtained by subjecting to the above, and a solvent extraction step constituted by a regeneration stage repeated to the extraction stage is included.

なお、以下(1)〜(4)の表示は、溶媒抽出工程における各処理を示す。また、溶媒抽出工程での(1)〜(4)の各処理段から構成される処理領域を「系」と称する。 In addition, the following (1)-(4) display shows each process in a solvent extraction process. In addition, a processing region including the processing stages (1) to (4) in the solvent extraction step is referred to as a “system”.

そして、本発明に係る塩化コバルト水溶液の製造方法においては、上述したようなエントレインメントの洗浄効率の低下の原因に関する知見を踏まえ、以下のものを提供する。以下では、第1の実施態様〜第4の実施態様の4つをそれぞれ独立して示すが、各実施態様を組み合わせて処理するようにしてもよい。 And in the manufacturing method of the cobalt chloride aqueous solution which concerns on this invention, the following is provided based on the knowledge about the cause of the fall of the cleaning efficiency of the entrainment as mentioned above. In the following, four of the first to fourth embodiments are independently shown, but the embodiments may be combined and processed.

<3−1.第1の実施態様>
具体的には、第1の実施態様は、溶媒抽出工程における(1)〜(4)の少なくとも1つ以上の処理段で、ミキサーセトラー型溶媒抽出装置のミキサー部、中和処理槽、塩酸付加処理槽の各処理槽における気相部の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くした状態に調整して処理することを特徴とする。
<3-1. First embodiment>
Specifically, in the first embodiment, at least one or more treatment stages of (1) to (4) in the solvent extraction step, the mixer section of the mixer-settler type solvent extraction apparatus, the neutralization treatment tank, and the addition of hydrochloric acid are added. It is characterized in that the treatment is performed by adjusting the oxygen concentration in the gas phase portion of each treatment tank to be lower than the oxygen concentration in the atmosphere.

上述したように、洗浄段(2)でのエントレインメントの洗浄効率が低下する理由として、抽出剤の3級アミンが空気を含む酸化物により酸化されて両性界面活性物質であるアルキルアミンオキサイドが生成することによるとの知見が得られている。ここで、溶媒抽出工程の各処理段((1)〜(3))においては、ミキサーセトラー型溶媒抽出装置を用いた処理を行っている。また、再生段(4)における中和処理では中和処理槽を用いた処理を、塩酸付加処理では塩酸付加処理槽を用いた処理を行っている。例えば、ミキサーセトラー型溶媒抽出装置では、図2に示したように、ミキサー部11において、撹拌軸20aと撹拌羽根20bとを備えた撹拌装置20により、有機相と水相とが撹拌混合されるように構成されているため、その撹拌に伴って気相中の空気が混合相内に取り込まれる。そこで、本発明に係る塩化コバルト水溶液の製造方法の第1の態様では、ミキサー部における気相部の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くした状態に調整して処理する。中和処理槽や塩酸付加処理槽においても同様であり、気相部の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くした状態に調整して処理する。 As described above, the reason why the cleaning efficiency of entrainment in the cleaning stage (2) is lowered is that the tertiary amine of the extractant is oxidized by the oxide containing air to form the alkylamine oxide which is an amphoteric surfactant. It has been found that Here, in each processing stage ((1) to (3)) of the solvent extraction step, processing using a mixer-settler type solvent extraction device is performed. In the neutralization treatment in the regeneration stage (4), a treatment using a neutralization treatment tank is performed, and in a hydrochloric acid addition treatment, a treatment using a hydrochloric acid addition treatment tank is performed. For example, in the mixer-settler type solvent extraction device, as shown in FIG. 2, in the mixer section 11, the organic phase and the aqueous phase are agitated and mixed by the agitation device 20 including the agitation shaft 20a and the agitation blade 20b. With this configuration, the air in the gas phase is taken into the mixed phase with the stirring. Therefore, in the first aspect of the method for producing an aqueous solution of cobalt chloride according to the present invention, the oxygen concentration in the gas phase portion of the mixer is adjusted to be lower than the oxygen concentration in the atmosphere for treatment. The same applies to the neutralization treatment tank and the hydrochloric acid addition treatment tank, and the treatment is performed by adjusting the oxygen concentration in the gas phase to be lower than the oxygen concentration in the atmosphere.

このようにすることで、気相部における酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも低くした状態であることから、撹拌装置20による撹拌によっても混合相中に巻き込まれる空気量(酸素量)を有効に低減することができる。このことにより、3級アミンを酸化する酸化物量を減少させることができるため、3級アミンの酸化を抑制して、アルキルアミンオキサイドの生成量を抑えることができる。そして、アルキルアミンオキサイドによるエントレインメントの逆ミセル化を防ぎ、洗浄効率の低下を効果的に抑制することができる。 By doing so, since the oxygen concentration in the gas phase portion is lower than the oxygen concentration in the atmosphere, the amount of air (oxygen amount) entrained in the mixed phase by the stirring by the stirring device 20 is effective. Can be reduced to As a result, the amount of oxide that oxidizes the tertiary amine can be reduced, so that the oxidation of the tertiary amine can be suppressed and the amount of alkylamine oxide produced can be suppressed. Then, it is possible to prevent the reverse micelles of entrainment due to the alkylamine oxide, and effectively suppress the decrease in cleaning efficiency.

気相部における大気中の酸素濃度よりも酸素濃度が低い状態とは、気相部の雰囲気の酸素の物質量濃度(mol/m)が大気中の酸素の物質量濃度よりも低いことを意味し、大気圧においては酸素の体積濃度が大気中の酸素の体積濃度よりも低いことを意味する。 The state in which the oxygen concentration is lower than the atmospheric oxygen concentration in the gas phase portion means that the oxygen substance amount concentration (mol/m 3 ) in the gas phase portion atmosphere is lower than the atmospheric oxygen substance amount concentration. It means that the volume concentration of oxygen is lower than the volume concentration of oxygen in the atmosphere at atmospheric pressure.

気相部の酸素濃度としては、具体的には、10〜16体積%の状態に調整して処理することがより好ましい。酸素濃度が16体積%を超えると、酸素による3級アミンの酸化を抑制することができない可能性がある。一方で、気相部の酸素濃度を10体積%未満に制御とするには、過度な操作が必要となり、コストも増加して効率的な処理を行うことができなくなる。 Specifically, it is more preferable to adjust the oxygen concentration in the gas phase portion to a state of 10 to 16% by volume for treatment. If the oxygen concentration exceeds 16% by volume, the oxidation of the tertiary amine by oxygen may not be suppressed. On the other hand, in order to control the oxygen concentration in the vapor phase portion to be less than 10% by volume, excessive operation is required, cost is increased, and efficient treatment cannot be performed.

また、特に、再生段(4)におけるアルカリを用いた中和処理に際して、中和処理槽における気相部の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くした状態に調整して処理することが好ましい。再生段(4)における中和処理では、高アルカリ条件下での処理とも相俟って、アルキルアミンオキサイドの生成量が多くなると考えられている。したがって、溶媒抽出工程の処理の中でも、再生段(4)におけるアルカリを用いた中和処理に際して、気相部の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くした状態にして処理することで、系内に生成し、蓄積するアルキルアミンオキサイドの量をより効率的に低減させることができ、洗浄段でのエントレインメントの洗浄効率の低下を抑えることができる。 Further, in particular, during the neutralization treatment using an alkali in the regeneration stage (4), it is preferable to adjust the oxygen concentration in the gas phase portion of the neutralization treatment tank to be lower than the oxygen concentration in the atmosphere. .. The neutralization treatment in the regeneration stage (4) is considered to increase the production amount of alkylamine oxide in combination with the treatment under the highly alkaline condition. Therefore, among the treatments in the solvent extraction step, during the neutralization treatment with an alkali in the regeneration stage (4), the oxygen concentration in the gas phase part is set to be lower than the oxygen concentration in the atmosphere, and the system is treated. It is possible to more efficiently reduce the amount of the alkylamine oxide that is generated and accumulated inside, and it is possible to suppress a decrease in the cleaning efficiency of entrainment in the cleaning stage.

気相部における酸素濃度の調整方法は、特に限定されないが、例えば気相部の酸素の一部を不活性ガスで置換することによって調整することができる。不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガス等を用いることができるが、コストや取り扱い性等の観点から窒素ガスであることが好ましい。 The method for adjusting the oxygen concentration in the gas phase part is not particularly limited, but it can be adjusted by, for example, substituting a part of oxygen in the gas phase part with an inert gas. Nitrogen gas, argon gas, or the like can be used as the inert gas, but nitrogen gas is preferable from the viewpoint of cost, handleability, and the like.

また、気相部の酸素の一部を不活性ガスで置換するに際しては、気相部に不活性ガスを吹き込んで行うことができるが、そのとき、ミキサー部の気相部における気液界面付近(近傍)に向かって吹き込むようにすることが好ましい。また、ミキサー部に設けられた撹拌装置の撹拌軸の付近に不活性ガスを吹き込むようにすることも有効である。気液界面付近や撹拌軸付近の空気は、撹拌に伴って混合相内に取り込まれ易い状態にあることから、それら近傍に向かって不活性ガスを吹き込んで酸素と置換させることにより、混合相内に入る酸素量をより効率的に低減させることができる。 Further, when substituting a part of the oxygen in the gas phase portion with an inert gas, it can be performed by blowing an inert gas into the gas phase portion, but at that time, near the gas-liquid interface in the gas phase portion of the mixer portion. It is preferable to blow it toward (the vicinity). It is also effective to blow an inert gas near the stirring shaft of the stirring device provided in the mixer section. Since the air near the gas-liquid interface and the vicinity of the stirring shaft is easily taken into the mixed phase as it is stirred, the inert gas is blown into the vicinity to replace it with oxygen. The amount of oxygen entering can be reduced more efficiently.

<3−2.第2の実施態様>
また、第2の実施態様は、逆抽出段(3)での逆抽出後の有機相のうちの少なくとも一部のみを再生段(4)に移送して中和処理に付し、残部の有機相を抽出段(1)に直接移送することを特徴とする。
<3-2. Second embodiment>
In the second embodiment, at least a part of the organic phase after the back extraction in the back extraction stage (3) is transferred to the regeneration stage (4) for neutralization treatment, and the remaining organic phase is left. It is characterized in that the phases are transferred directly to the extraction stage (1).

上述したように、洗浄段(2)におけるエントレインメントの洗浄効率が低下する理由として、アルキルアミンオキサイドの生成が原因との知見が得られ、そしてそのアルキルアミンオキサイドの生成は、空気を含む酸化物による酸化のほか、再生段(4)におけるアルカリを用いた高アルカリ条件(好ましくはpH13以上)での中和処理にあると推測される。そこで、本発明に係る塩化コバルト水溶液の製造方法の第2の態様では、逆抽出段(3)での逆抽出後の有機相のうちの少なくとも一部のみを再生段(4)に移送して中和処理に付す一方で、残部の有機相は抽出段(1)に直接移送するようにする。 As described above, it has been found that the reason why the cleaning efficiency of entrainment in the cleaning stage (2) is lowered is that the formation of alkylamine oxide is the cause, and the formation of the alkylamine oxide is caused by the oxide containing air. It is presumed that, in addition to the oxidation by, the neutralization treatment under the highly alkaline condition (preferably pH 13 or more) using an alkali in the regeneration stage (4). Therefore, in the second embodiment of the method for producing an aqueous solution of cobalt chloride according to the present invention, at least a part of the organic phase after the back extraction in the back extraction stage (3) is transferred to the regeneration stage (4). While being subjected to neutralization treatment, the remaining organic phase is directly transferred to the extraction stage (1).

つまりは、逆抽出後の有機相のすべてに対して高アルカリ条件下での中和処理を施すのではなく、少なくともその一部のみに対して中和処理を施すようにし、残りは中和処理を施さずに直接抽出段(1)に移送させるようにする。 In other words, not all of the organic phase after back-extraction is subjected to neutralization treatment under highly alkaline conditions, but at least part of it is subjected to neutralization treatment, and the rest is neutralized. It is transferred directly to the extraction stage (1) without performing.

このようにすることで、逆抽出後の有機相のうち、高アルカリ条件下での中和処理が施されるのはその一部となることから、系内を流れる抽出剤の中でもアルキルアミンオキサイドに分解される可能性があるものを相対的に減少させることができ、結果として系内に蓄積するアルキルアミンオキサイドの量を有効に低減させることができる。このことから、アルキルアミンオキサイドによるエントレインメントの逆ミセル化を防ぎ、洗浄効率の低下を効果的に抑制することができる。 By doing so, a part of the organic phase after the back extraction is subjected to the neutralization treatment under the highly alkaline condition, so that the alkylamine oxide is one of the extractants flowing in the system. It is possible to relatively reduce the amount that may be decomposed into the product, and as a result, it is possible to effectively reduce the amount of alkylamine oxide accumulated in the system. From this, it is possible to prevent reverse micelles of entrainment due to alkylamine oxide, and effectively suppress a decrease in cleaning efficiency.

なお、直接抽出段(1)に移送する有機相に関しては、その抽出段(1)にて有機相として使用するにあたり、塩酸を付加して有機相中の抽出剤を活性化させる処理を行う。これにより、有効に再利用することが可能となる。 Regarding the organic phase directly transferred to the extraction stage (1), when it is used as the organic phase in the extraction stage (1), hydrochloric acid is added to activate the extractant in the organic phase. This enables effective reuse.

具体的に、逆抽出段(3)での逆抽出後の有機相のうち再生段(4)における中和処理に移送する割合としては、体積比率で300分の1以上、30分の1以下の割合とすることが好ましく、残部の有機相を抽出段(1)に移送する。中和処理に移送する有機相の割合が体積比率で300分の1未満であると、ほとんどの有機相が中和処理されない状態となるため、有機相中の不純物元素(亜鉛、鉄、銅)が除去されずに、抽出段(1)でのコバルト抽出能の低下をもたらす可能性がある。一方で、中和処理に移送する有機相の割合が体積比率で30分の1を超える量となると、相対的にアルキルアミンオキサイドの生成量が増えてしまう可能性がある。 Specifically, the proportion of the organic phase after the back extraction in the back extraction stage (3) that is transferred to the neutralization treatment in the regeneration stage (4) is 1/300 or more and 1/30 or less in volume ratio. It is preferable to adjust the ratio to the above, and the remaining organic phase is transferred to the extraction stage (1). When the ratio of the organic phase transferred to the neutralization treatment is less than 1/300 in volume ratio, most of the organic phases are in a state where the neutralization treatment is not performed, and therefore impurity elements (zinc, iron, copper) in the organic phase May not be removed, resulting in a decrease in cobalt extraction capacity in the extraction stage (1). On the other hand, if the volume ratio of the organic phase transferred to the neutralization treatment exceeds 1/30, the production amount of alkylamine oxide may relatively increase.

なお、再生段(4)における中和処理に供する有機相の量を一部のみとしていることから、その一部については不純物元素を除去するための中和処理が施されず、結果として不純物元素の増加につながるようにも考えられる。しかしながら、塩化コバルト水溶液の製造方法においては、溶媒抽出工程に先立って、脱鉄工程といった浄液処理工程が設けられていることが一般的であり、溶媒抽出工程における抽出段(1)にてコバルトと共に有機相中のアミンに担持される不純物元素はごく僅かである。そのため、逆抽出後の有機相の一部(例えば、体積比率で300分の1以上、30分の1以下の割合)のみを中和処理に供することによっても、系内に循環することになる不純物元素は有効に低減され、その効果は損なわれない。 In addition, since the amount of the organic phase used for the neutralization treatment in the regeneration stage (4) is only a part, the neutralization treatment for removing the impurity element is not performed for a part thereof, and as a result, the impurity element is not added. It is also thought to lead to an increase in However, in the method for producing an aqueous solution of cobalt chloride, it is general that a purification treatment step such as a deironing step is provided prior to the solvent extraction step, and the cobalt is used in the extraction stage (1) in the solvent extraction step. In addition, the impurity elements carried by the amine in the organic phase are very small. Therefore, even if only a part of the organic phase after the back extraction (for example, a volume ratio of 1/300 or more and 1/30 or less) is subjected to the neutralization treatment, the organic phase is circulated in the system. Impurity elements are effectively reduced and the effect is not impaired.

<3−3.第3の実施態様>
また、第3の実施態様は、再生段(4)での塩酸付加処理において、中和処理後の有機相の流量(有機相流量:O)よりも前記塩酸水溶液の流量(塩酸水溶液流量:A)を多くして処理することを特徴とする。
<3-3. Third embodiment>
Further, in the third embodiment, in the hydrochloric acid addition treatment in the regeneration stage (4), the flow rate of the hydrochloric acid aqueous solution (hydrochloric acid aqueous solution flow rate: A) is higher than the flow rate of the organic phase after neutralization treatment (organic phase flow rate: O). ) Is increased and processed.

上述したように、洗浄段(2)におけるエントレインメントの洗浄効率が低下する理由として、両性界面活性物質のアルキルアミンオキサイドの生成が原因との知見が得られている。アルキルアミンオキサイドは、抽出剤である3級アミンが空気等の酸化物と接触することによる酸化や、逆抽出後有機相に対する高アルカリ条件下(好ましくはpH13以上)での中和により生成すると考えられる。そこで、本発明に係る塩化コバルト水溶液の製造方法の第3の態様では、再生段(4)での塩酸付加処理において、中和処理後の有機相流量よりも塩酸水溶液流量を多くして(O<A)処理することを特徴とする。 As described above, it has been found that the reason why the cleaning efficiency of the entrainment in the cleaning stage (2) is lowered is the formation of alkylamine oxide, which is an amphoteric surfactant. Alkylamine oxide is considered to be produced by oxidation of tertiary amine, which is an extractant, when it contacts oxides such as air, and by neutralization under high alkaline conditions (preferably pH 13 or higher) for the organic phase after back extraction. Be done. Therefore, in the third embodiment of the method for producing an aqueous solution of cobalt chloride according to the present invention, in the hydrochloric acid addition treatment in the regeneration stage (4), the flow rate of the aqueous hydrochloric acid solution is made higher than the flow rate of the organic phase after the neutralization treatment (O <A) It is characterized by processing.

再生段(4)における塩酸付加処理は、活性化処理とも呼ばれ、塩酸水溶液を用いて3級アミンに塩酸を付加することによって、抽出始液(塩化ニッケル水溶液)中のコバルトをクロロ錯イオンの形態で担持可能となるように活性化する。このとき、活性化のために必要な塩酸水溶液の量よりも多く、すなわち、中和処理後の有機相流量よりも塩酸水溶液流量を多くすることにより、3級アミンの活性化と共に、その塩酸水溶液を洗浄水として用いることができる。 Hydrochloric acid addition treatment in the regeneration stage (4) is also called activation treatment, and by adding hydrochloric acid to the tertiary amine using an aqueous hydrochloric acid solution, cobalt in the initial solution for extraction (nickel chloride aqueous solution) is converted into a chloro complex ion. It is activated so that it can be supported in the form. At this time, by increasing the amount of the hydrochloric acid aqueous solution necessary for activation, that is, by increasing the flow rate of the hydrochloric acid aqueous solution higher than the flow rate of the organic phase after the neutralization treatment, the tertiary amine is activated and the hydrochloric acid aqueous solution is activated. Can be used as washing water.

アルキルアミンオキサイドは、上述のように両性界面活性物質である。したがって、中和処理後の有機相よりも流量の多い塩酸水溶液によって、両性界面活性物質であるアルキルアミンオキサイドは、有効に洗浄除去されるようになる。 Alkylamine oxide is an amphoteric surfactant as described above. Therefore, the alkylamine oxide, which is an amphoteric surface-active substance, can be effectively washed and removed by the hydrochloric acid aqueous solution having a larger flow rate than the organic phase after the neutralization treatment.

このようにすることで、系内にて生成(特に再生段(4)における中和処理にて生成)したアルキルアミンオキサイドが塩酸水溶液によって有効に洗浄除去されて、系内に蓄積するアルキルアミンオキサイドの量を有効に低減させることができる。このことから、アルキルアミンオキサイドによるエントレインメントの逆ミセル化を防ぎ、洗浄効率の低下を効果的に抑制することができる。 By doing so, the alkylamine oxide generated in the system (in particular, the neutralization treatment in the regeneration stage (4)) is effectively washed and removed by the aqueous hydrochloric acid solution, and the alkylamine oxide accumulated in the system is accumulated. Can be effectively reduced. From this, it is possible to prevent reverse micelles of entrainment due to alkylamine oxide, and effectively suppress a decrease in cleaning efficiency.

具体的に、中和処理後の有機相流量(O)と塩酸水溶液流量(A)の比率(O/A)としては、0.2〜0.5の範囲となるようにすることが好ましい。O/Aが0.2未満であると、塩酸水溶液の流量が多すぎてしまいコストが増加する。一方で、O/Aが0.5を超えると、塩酸水溶液の洗浄水としての効果が低下し、効率的にアルキルアミンオキサイドを除去することができない可能性がある。 Specifically, it is preferable that the ratio (O/A) of the flow rate (O) of the organic phase after the neutralization treatment and the flow rate (A) of the aqueous hydrochloric acid solution be in the range of 0.2 to 0.5. When O/A is less than 0.2, the flow rate of the hydrochloric acid aqueous solution becomes too large, which increases the cost. On the other hand, when O/A exceeds 0.5, the effect of the hydrochloric acid aqueous solution as washing water is reduced, and the alkylamine oxide may not be efficiently removed.

なお、本発明者らは、中和処理後の有機相に対し、O/Aを0.5として塩酸水溶液を添加して塩酸付加処理を施す試験を行った。その結果、中和処理後の有機相中のアルキルアミンオキサイド濃度が7ppmであったのに対し、有機相流量よりも塩酸水溶液流量を多くして塩酸付加処理を行った後の有機相中のアルキルアミンオキサイド濃度は5ppmとなり、塩酸水溶液によってアルキルアミンオキサイドが有効に洗浄除去されたことが認められた。なお、有機相中のアルキルアミンオキサイド濃度は、液体クロマトグラフ質量分析計を用いて測定した。 The inventors conducted a test of adding an aqueous hydrochloric acid solution to the organic phase after the neutralization treatment at O/A of 0.5 to perform the hydrochloric acid addition treatment. As a result, while the concentration of alkylamine oxide in the organic phase after the neutralization treatment was 7 ppm, the alkylamine oxide in the organic phase after the hydrochloric acid addition treatment was carried out at a higher flow rate of the hydrochloric acid aqueous solution than the organic phase flow rate. The amine oxide concentration was 5 ppm, and it was confirmed that the alkylamine oxide was effectively washed and removed by the hydrochloric acid aqueous solution. The concentration of alkylamine oxide in the organic phase was measured using a liquid chromatograph mass spectrometer.

<3−4.第4の実施態様>
さて、上述したように、洗浄段(2)でのエントレインメントの洗浄効率が低下する理由として、両性界面活性物質であるアルキルアミンオキサイドによるもののほか、抽出剤の3級アミンが空気等の酸化物によって分解することで生成するカルボン酸(脂肪族モノカルボン酸)が系内に蓄積することによるとの知見も得られている(図5、6を参照)。
<3-4. Fourth embodiment>
As described above, the reason why the cleaning efficiency of the entrainment in the cleaning stage (2) is lowered is not only due to the alkylamine oxide which is an amphoteric surface-active substance, but also because the tertiary amine of the extractant is an oxide such as air. It has also been found that the carboxylic acid (aliphatic monocarboxylic acid) generated by decomposition by (1) is accumulated in the system (see FIGS. 5 and 6).

そこで、本発明に係る塩化コバルト水溶液の製造方法の第4の態様では、抽出段(1)を経て得られる有機相(コバルトを含む有機相)に含まれる脂肪族モノカルボン酸の含有量を45体積ppm以下に維持するようにして処理することを特徴とする。 Therefore, in the fourth embodiment of the method for producing an aqueous cobalt chloride solution according to the present invention, the content of the aliphatic monocarboxylic acid contained in the organic phase (organic phase containing cobalt) obtained through the extraction stage (1) is 45 It is characterized in that the treatment is carried out so that the volume is maintained at ppm or less.

なお、抽出剤の3級アミンとしてTNOA(トリ−n−オクチルアミン)を用いる場合、空気等により分解生成する脂肪族モノカルボン酸としては、ヘプタン酸を含む。 When TNOA (tri-n-octylamine) is used as the tertiary amine of the extractant, heptanoic acid is included as the aliphatic monocarboxylic acid decomposed and produced by air or the like.

図5に示したように、有機相中の脂肪族モノカルボン酸であるヘプタン酸の含有量が45体積ppmを超えると、抽出段(1)での抽出後の有機相(抽出後有機相)中のエントレインメントの含有量が1000ppmを超えるようになることが分かる。したがって、再生段(4)を経て得られる有機相に含まれる脂肪族モノカルボン酸の含有量が45体積ppm以下となるように維持することで、抽出後有機相中のエントレインメントの量、すなわち抽出有機として洗浄段に持ち込まれるニッケル量を効果的に減少させることができ、言い換えると、洗浄段(2)を経て得られる洗浄後有機相中のニッケル濃度を低下させることができる。 As shown in FIG. 5, when the content of heptanoic acid that is an aliphatic monocarboxylic acid in the organic phase exceeds 45 ppm by volume, the organic phase after extraction in the extraction stage (1) (extracted organic phase) It can be seen that the entrainment content in the composition exceeds 1000 ppm. Therefore, by maintaining the content of the aliphatic monocarboxylic acid contained in the organic phase obtained through the regeneration stage (4) to be 45 ppm by volume or less, the amount of entrainment in the organic phase after extraction, that is, The amount of nickel brought into the washing stage as extracted organics can be effectively reduced, in other words, the nickel concentration in the post-washing organic phase obtained through the washing stage (2) can be reduced.

ここで、有機相に含まれる脂肪族モノカルボン酸の含有量を維持する方法としては、以下の(a)〜(d)のいずれか1つ以上を実行することが好ましい。また、定期的に再生段(4)を経て得られる有機相中の脂肪族モノカルボン酸の含有量を測定して監視するようにし、その含有量が45体積ppmを超える値となったときに、以下の(a)〜(d)のいずれか1つ以上の方法を実行するようにしてもよい。 Here, as a method for maintaining the content of the aliphatic monocarboxylic acid contained in the organic phase, it is preferable to execute any one or more of the following (a) to (d). In addition, the content of the aliphatic monocarboxylic acid in the organic phase obtained through the regeneration stage (4) is regularly measured and monitored, and when the content exceeds 45 ppm by volume. Any one or more of the following methods (a) to (d) may be executed.

具体的には、以下の方法である。
(a)溶媒抽出工程における(1)〜(4)の少なくとも1つ以上の処理段にて、ミキサーセトラー型溶媒抽出装置のミキサー部、中和処理槽、塩酸付加処理槽といった処理槽における気相部の酸素濃度を大気中の酸素濃度よりも低くした状態に調整して処理する。
(b)逆抽出段での逆抽出後の有機相のうちの少なくとも一部を再生段に移送して中和処理に付し、残部の有機相を抽出段に直接移送する。
(c)再生段での塩酸付加処理において、中和処理後の有機相の流量(有機相流量:O)よりも塩酸水溶液の流量(塩酸水溶液流量:A)を多くして処理する。
(d)抽出段に供給する新規の抽出剤の添加比率を調整する。
Specifically, the following method is used.
(A) At least one or more treatment stages of (1) to (4) in the solvent extraction step, a gas phase in a treatment tank such as a mixer section of a mixer-settler type solvent extraction device, a neutralization treatment tank, and a hydrochloric acid addition treatment tank. The oxygen concentration in the area is adjusted to be lower than the oxygen concentration in the atmosphere before processing.
(B) At least a part of the organic phase after the back extraction in the back extraction stage is transferred to the regeneration stage for neutralization treatment, and the remaining organic phase is transferred directly to the extraction stage.
(C) In the hydrochloric acid addition treatment in the regeneration stage, the flow rate of the hydrochloric acid aqueous solution (hydrochloric acid aqueous solution flow rate: A) is made higher than the flow rate of the organic phase after neutralization treatment (organic phase flow rate: O).
(D) The addition ratio of the new extractant supplied to the extraction stage is adjusted.

方法(a)、(b)、及び(c)はそれぞれ、上述した第1の実施態様、第2の実施態様、及び第3の実施態様にて説明した方法であり、ここでの詳細な説明は省略する。 Methods (a), (b), and (c) are the methods described in the above-described first embodiment, second embodiment, and third embodiment, respectively, and detailed description thereof will be given here. Is omitted.

方法(d)に関して、溶媒抽出工程においては、適宜抽出段(1)にて新規の抽出剤(3級アミン)が添加される。このことから、有機相に含まれる脂肪族モノカルボン酸の含有量に応じて、新規の抽出剤の添加比率を調整する方法を実行することにより、脂肪族モノカルボン酸の量を相対的に減少させることができる。また、有機相に含まれる抽出剤の抽出能力を安定的に維持することができる。 Regarding the method (d), in the solvent extraction step, a new extractant (tertiary amine) is appropriately added in the extraction stage (1). From this, the amount of the aliphatic monocarboxylic acid can be relatively reduced by executing the method of adjusting the addition ratio of the new extractant according to the content of the aliphatic monocarboxylic acid contained in the organic phase. Can be made Moreover, the extraction ability of the extractant contained in the organic phase can be stably maintained.

1 ミキサーセトラー型溶媒抽出装置
11 ミキサー部
11a 水相装入口
11b 有機相装入口
12 セトラー部
13 排出部
13w 隔壁
14 樋
20 撹拌装置
20a 撹拌軸
20b 撹拌羽根
1 Mixer Settler Type Solvent Extractor 11 Mixer 11a Water Phase Inlet 11b Organic Phase Inlet 12 Settler 13 Outlet 13w Partition 14 Gutter 20 Stirrer 20a Stirring Shaft 20b Stirring Blade

Claims (3)

ミキサーセトラー型溶媒抽出装置を用い、抽出剤として3級アミンを含む有機溶媒を有機相に用いた溶媒抽出法によって、コバルトを含有する塩化ニッケル水溶液からコバルトを分離回収して塩化コバルト水溶液を製造する方法であって、
(1)前記塩化ニッケル水溶液から前記有機相にコバルトを抽出する抽出段と、
(2)前記抽出段にて得られたコバルトを含む有機相に逆抽出後の水相の一部を混合して、該有機相に含まれるニッケルを除去する洗浄段と、
(3)前記洗浄段での洗浄後の有機相(洗浄後有機相)に、逆抽出剤としての弱酸性水溶液を接触させることによって該有機相中のコバルトを脱離させ、塩化コバルト水溶液の水相を得る逆抽出段と、
(4)前記逆抽出段での逆抽出後の有機相をアルカリによる中和処理に付し、次いで、該中和処理後の有機相を塩酸水溶液による塩酸付加処理に付すことにより再生後有機相を得て、前記抽出段に繰り返す再生段と、
により構成される溶媒抽出工程を含み、
前記逆抽出段での逆抽出後の有機相のうちの少なくとも一部のみを前記再生段に移送して前記中和処理に付し、残部の有機相を前記抽出段に直接移送する
塩化コバルト水溶液の製造方法。
A cobalt-chloride aqueous solution is produced by separating and recovering cobalt-containing nickel chloride aqueous solution by a solvent extraction method using an organic solvent containing a tertiary amine as an extractant in an organic phase using a mixer-settler type solvent extraction device. Method,
(1) an extraction stage for extracting cobalt into the organic phase from the nickel chloride aqueous solution,
(2) A washing stage in which a part of the aqueous phase after back extraction is mixed with the cobalt-containing organic phase obtained in the extraction stage to remove nickel contained in the organic phase,
(3) Cobalt in the organic phase after washing in the washing stage is brought into contact with the organic phase after washing (organic phase after washing) to desorb cobalt in the organic phase, and water in the aqueous solution of cobalt chloride is removed. A back extraction stage to obtain the phase,
(4) The organic phase after regeneration by subjecting the organic phase after the back extraction in the back extraction stage to neutralization treatment with an alkali, and then subjecting the organic phase after the neutralization treatment to hydrochloric acid addition treatment with an aqueous hydrochloric acid solution And a regeneration stage repeated in the extraction stage,
Comprising a solvent extraction step consisting of
At least a part of the organic phase after the back extraction in the back extraction stage is transferred to the regeneration stage and subjected to the neutralization treatment, and the remaining organic phase is transferred directly to the extraction stage Aqueous cobalt chloride solution Manufacturing method.
前記逆抽出段での逆抽出後の有機相のうち、体積比率で300分の1以上、30分の1以下の割合の有機相を前記再生段に移送して前記中和処理に付し、残部の有機相を前記抽出段に移送する
請求項1に記載の塩化コバルト水溶液の製造方法。
Of the organic phase after back-extraction in the back-extraction stage, the organic phase in a volume ratio of 1/300 or more and 1/30 or less is transferred to the regeneration stage and subjected to the neutralization treatment, The method for producing an aqueous cobalt chloride solution according to claim 1, wherein the remaining organic phase is transferred to the extraction stage.
前記再生段における中和処理では、アルカリを添加してpH13以上の条件下で行う
請求項1又は2に記載の塩化コバルト水溶液の製造方法。
The method for producing an aqueous cobalt chloride solution according to claim 1 or 2, wherein the neutralization treatment in the regeneration stage is performed under conditions of pH 13 or higher with addition of an alkali.
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