JP2021017627A - Lithium recovery method - Google Patents

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Yoshiaki Miho
慶明 三保
幸則 紀平
Yukinori Kihira
幸則 紀平
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Satoru Hirano
悟 平野
和彦 石田
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和彦 石田
義浩 藤原
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義浩 藤原
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Kaho Yokoyama
佳帆 横山
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Abstract

To provide a lithium recovery method capable of recovering lithium with high purity from a liquid to be treated in which lithium and an inorganic salt are dissolved.SOLUTION: The lithium recovery method includes: a concentration step S8 of evaporating and concentrating, under low pressure lower than atmospheric pressure, a liquid to be treated in which lithium and an inorganic salt are at least dissolved; a carbonation step S10 of mixing carbon dioxide gas into the liquid to be treated and/or adding a water-soluble carbonate to the liquid to be treated after the concentration step S8; and a solid-liquid separation step S11 of separating, from the liquid to be treated, a precipitate containing crystals of lithium carbonate having been precipitated by the carbonation step S10. In the carbonation step S10, the temperature of the liquid to be treated is set to be equal to or higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated in the concentration step S8.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムが少なくとも溶解した被処理液からリチウムを回収するリチウム回収方法、特に、廃リチウムイオン電池からリチウムを回収する際に用いられるリチウム回収方法に関する。 The present invention relates to a lithium recovery method for recovering lithium from a liquid to be treated in which at least lithium is dissolved, and in particular, a lithium recovery method used for recovering lithium from a waste lithium ion battery.

リチウムイオン電池は、軽量かつ高エネルギー密度の電池として注目されており、各種携帯機器、電気自動車、電動アシスト自転車などのバッテリーとして大量に使用されている。このリチウムイオン電池の正極には、正極活物質として例えばコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物が使用されており、廃リチウムイオン電池から有価金属のコバルトやニッケルを回収することは資源の有効利用の観点から極めて重要であるため、多くの方法が提案されている。 Lithium-ion batteries are attracting attention as lightweight and high-energy density batteries, and are widely used as batteries for various portable devices, electric vehicles, electrically power assisted bicycles, and the like. Lithium transition metal oxides such as lithium cobalt oxide and lithium nickel nickel oxide are used as the positive electrode active material in the positive electrode of this lithium ion battery, and it is not possible to recover valuable metals cobalt and nickel from waste lithium ion batteries. Many methods have been proposed because they are extremely important from the perspective of effective use of resources.

一方で、廃リチウムイオン電池からリチウムを回収する方法は、リチウムの単価が低いこともあり、あまり多くは提案されていない。しかし、リチウムイオン電池の需要はますます増加しており、今後も廃棄物の増加が予想されるため、リチウムを効率よく回収することができれば有益である。 On the other hand, many methods for recovering lithium from waste lithium-ion batteries have not been proposed because the unit price of lithium is low. However, the demand for lithium-ion batteries is increasing more and more, and the amount of waste is expected to increase in the future, so it would be beneficial if lithium could be recovered efficiently.

特許文献1には、使用済みのリチウム金属ゲル及び固体ポリマー電解質二次電池を硫酸で溶解し、これにより得られる硫酸リチウムを含有する硫酸リチウム含有液に水酸化リチウム又は水酸化アンモニウムを添加して中和することで、不純物金属の塩(水酸化アルミニウム)を結晶として析出させて分離し、そして、硫酸リチウム含有液を蒸発濃縮した後に炭酸化を行うことによって、硫酸リチウム含有液に含まれるリチウムを炭酸リチウムの結晶として析出させて、分離、回収する方法が記載されている。 In Patent Document 1, a used lithium metal gel and a solid polymer electrolyte secondary battery are dissolved in sulfuric acid, and lithium hydroxide or ammonium hydroxide is added to a lithium sulfate-containing liquid containing lithium sulfate obtained thereby. By neutralizing, the salt of the impurity metal (aluminum hydroxide) is precipitated as crystals and separated, and the lithium sulfate-containing liquid is evaporated and concentrated, and then carbonized, thereby containing lithium contained in the lithium sulfate-containing liquid. Is described as a method of precipitating lithium carbonate crystals to separate and recover the mixture.

特表2004−508694号公報Japanese Patent Publication No. 2004-508964

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、硫酸リチウム含有液から不純物(水酸化アルミニウム)を除去する際の中和において水酸化アンモニウムを用いると、中和後の硫酸リチウム含有液に無機塩の硫酸アンモニウムが含まれる。硫酸リチウム含有液に無機塩が含まれた状態で炭酸化を行うと、濃縮により硫酸リチウム含有液中の無機塩濃度が上がっていることから結晶化する可能性もある。そのため、炭酸化の際に炭酸リチウムに無機塩が含まれることになるため、回収する炭酸リチウムの純度が低下するという点で、改良の余地がある。 However, in the method described in Patent Document 1, when ammonium hydroxide is used for neutralization when removing impurities (aluminum hydroxide) from the lithium sulfate-containing liquid, the inorganic salt ammonium sulfate sulfate is added to the neutralized lithium sulfate-containing liquid. Is included. If carbonation is performed in a state where the lithium sulfate-containing liquid contains an inorganic salt, crystallization may occur because the concentration of the inorganic salt in the lithium sulfate-containing liquid increases due to the concentration. Therefore, since the lithium carbonate contains an inorganic salt during carbonation, there is room for improvement in that the purity of the recovered lithium carbonate is lowered.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、リチウム及び無機塩が溶解した被処理液からリチウムを高純度で回収することができるリチウム回収方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and is to provide a lithium recovery method capable of recovering lithium with high purity from a liquid to be treated in which lithium and an inorganic salt are dissolved.

本発明のリチウム回収方法は、リチウム及び無機塩が少なくとも溶解した被処理液を大気圧よりも圧力が低い低圧下で加熱して蒸発濃縮する濃縮工程と、前記濃縮工程後の被処理液に炭酸ガスを混合する及び/又は水溶性の炭酸塩を添加する炭酸化工程と、前記炭酸化工程により析出した炭酸リチウムの結晶を含む析出物を被処理液から分離する固液分離工程と、を含み、前記炭酸化工程では、被処理液の温度が前記濃縮工程における被処理液の蒸発温度以上とされていることを特徴とする。 The lithium recovery method of the present invention comprises a concentration step of heating a liquid to be treated in which at least lithium and an inorganic salt are dissolved at a low pressure lower than atmospheric pressure to evaporate and concentrate, and carbonic acid in the liquid to be treated after the concentration step. Includes a carbonation step of mixing gas and / or adding a water-soluble carbonate, and a solid-liquid separation step of separating a precipitate containing lithium carbonate crystals precipitated by the carbonation step from the liquid to be treated. The carbonation step is characterized in that the temperature of the liquid to be treated is equal to or higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated in the concentration step.

本発明のリチウム回収方法においては、前記濃縮工程では10kPa以上70kPa以下の圧力下で被処理液を蒸発濃縮することが好ましい。 In the lithium recovery method of the present invention, it is preferable to evaporate and concentrate the liquid to be treated under a pressure of 10 kPa or more and 70 kPa or less in the concentration step.

また、本発明のリチウム回収方法においては、前記固液分離工程後の被処理液の少なくとも一部を前記濃縮工程において蒸発濃縮することが好ましい。 Further, in the lithium recovery method of the present invention, it is preferable that at least a part of the liquid to be treated after the solid-liquid separation step is evaporated and concentrated in the concentration step.

また、本発明のリチウム回収方法においては、前記濃縮工程では、被処理液に含まれる無機塩を結晶として析出させ、前記濃縮工程後の被処理液から分離された析出物に結晶として含まれる無機塩を溶解して無機塩溶液を生成する溶解工程と、前記溶解工程により得られた無機塩溶液に対してバイポーラ膜電気透析を行うことにより該無機塩溶液からアルカリとともに無機酸を分離して回収する電気透析工程と、をさらに含むことが好ましい。 Further, in the lithium recovery method of the present invention, in the concentration step, the inorganic salt contained in the solution to be treated is precipitated as crystals, and the precipitate separated from the solution to be treated after the concentration step contains the inorganic salts as crystals. A dissolution step of dissolving a salt to produce an inorganic salt solution and a bipolar membrane electrodialysis of the inorganic salt solution obtained by the dissolution step are performed to separate and recover the inorganic acid together with the alkali from the inorganic salt solution. It is preferable to further include an electrodialysis step.

また、本発明のリチウム回収方法においては、前記濃縮工程前に、廃リチウムイオン電池を無機酸で浸出してリチウムを溶出する酸溶出工程と、前記酸溶出工程により得られたリチウム含有液にアルカリを添加してpHを調整するpH調整工程と、をさらに含み、前記pH調整工程により析出した析出物をリチウム含有液から分離することで被処理液が生成されることが好ましい。 Further, in the lithium recovery method of the present invention, before the concentration step, an acid elution step of leaching a waste lithium ion battery with an inorganic acid to elute lithium and an alkali in the lithium-containing liquid obtained by the acid elution step. It is preferable that the liquid to be treated is produced by further including a pH adjusting step of adding and adjusting the pH, and separating the precipitate precipitated by the pH adjusting step from the lithium-containing liquid.

また、本発明のリチウム回収方法においては、前記固液分離工程後の被処理液の少なくとも一部を前記pH調整工程で添加するアルカリとして再利用することが好ましい。 Further, in the lithium recovery method of the present invention, it is preferable to reuse at least a part of the liquid to be treated after the solid-liquid separation step as an alkali to be added in the pH adjustment step.

また、本発明のリチウム回収方法においては、前記電気透析工程で回収したアルカリを前記pH調整工程で添加するアルカリとして再利用し、前記電気透析工程で回収した無機酸を前記酸溶出工程で用いる無機酸として再利用することが好ましい。 Further, in the lithium recovery method of the present invention, the alkali recovered in the electrodialysis step is reused as an alkali to be added in the pH adjustment step, and the inorganic acid recovered in the electrodialysis step is used in the acid elution step. It is preferable to reuse it as an acid.

本発明のリチウム回収方法によれば、炭酸化工程前に濃縮工程において被処理液を蒸発濃縮することで、被処理液の液量を減らして被処理液中のリチウム濃度を増加させている。よって、炭酸化工程において炭酸リチウムの回収率を良好に向上することができる。 According to the lithium recovery method of the present invention, the liquid to be treated is evaporated and concentrated in the concentration step before the carbonation step to reduce the amount of the liquid to be treated and increase the concentration of lithium in the liquid to be treated. Therefore, the recovery rate of lithium carbonate can be satisfactorily improved in the carbonation step.

また、濃縮工程において、低圧下で被処理液を蒸発濃縮することにより、大気圧下で被処理液を蒸発濃縮するよりも、蒸発濃縮後の被処理液の温度を低くすることができる。そのため、その後の炭酸化工程において被処理液の温度を上げる余地を大きく確保できるうえ、低圧下では被処理液の蒸発温度(被処理液に含まれる水の沸点)が下がるので、被処理液の蒸発濃縮に必要なエネルギーを低く抑えて省エネルギー化を図ることができる。そして、炭酸化工程において被処理液の温度が低いと、被処理液に含まれる無機塩が結晶化するため、炭酸化時の被処理液の温度を濃縮工程における被処理液の蒸発温度よりも上げることで、被処理液に残存する無機塩の溶解度が上がり、炭酸化の際に無機塩の結晶化を抑制することができる。また、炭酸化時に被処理液の温度が高いと、炭酸リチウムの溶解度が下がり、炭酸リチウムの結晶の回収量を増やすことができる。よって、高純度の炭酸リチウムを高効率で得ることが高めることができる。 Further, in the concentration step, by evaporating and concentrating the liquid to be treated under low pressure, the temperature of the liquid to be treated after evaporative concentration can be lowered as compared with the case where the liquid to be treated is evaporated and concentrated under atmospheric pressure. Therefore, it is possible to secure a large room for raising the temperature of the liquid to be treated in the subsequent carbonation step, and the evaporation temperature of the liquid to be treated (the boiling point of water contained in the liquid to be treated) is lowered under low pressure. Energy saving can be achieved by keeping the energy required for evaporation and concentration low. When the temperature of the liquid to be treated is low in the carbonation step, the inorganic salt contained in the liquid to be treated crystallizes, so that the temperature of the liquid to be treated during carbonation is higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated in the concentration step. By increasing the solubility of the inorganic salt remaining in the liquid to be treated, the crystallization of the inorganic salt can be suppressed during carbonation. Further, if the temperature of the liquid to be treated is high during carbonation, the solubility of lithium carbonate decreases, and the amount of lithium carbonate crystals recovered can be increased. Therefore, it is possible to obtain high-purity lithium carbonate with high efficiency.

本発明の一実施形態のリチウム回収方法の手順を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows roughly the procedure of the lithium recovery method of one Embodiment of this invention. 図1のリチウム回収方法に用いる処理装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the processing apparatus used for the lithium recovery method of FIG. バイポーラ膜電気透析装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the bipolar membrane electrodialysis apparatus. 本発明の他の実施形態のリチウム回収方法の手順を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows generally the procedure of the lithium recovery method of another embodiment of this invention. 図4のリチウム回収方法に用いる処理装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the processing apparatus used for the lithium recovery method of FIG. 本発明の他の実施形態のリチウム回収方法の手順を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows generally the procedure of the lithium recovery method of another embodiment of this invention. 図6のリチウム回収方法に用いる処理装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the processing apparatus used for the lithium recovery method of FIG.

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図1は、本実施形態のリチウム回収方法の各工程の手順を示し、図2は、該リチウム回収方法を実施する処理装置10の概略構成を示す。本実施形態のリチウム回収方法は、リチウムに加えて、塩酸、硫酸、フッ酸、リン酸などの強酸と、カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属との無機塩を含む被処理液を処理するのに好適に用いることができ、以下では、廃リチウムイオン電池からリチウムを回収する場合を例にして説明する。 Hereinafter, the actual form of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a procedure of each step of the lithium recovery method of the present embodiment, and FIG. 2 shows a schematic configuration of a processing device 10 that implements the lithium recovery method. In the lithium recovery method of the present embodiment, in addition to lithium, a liquid to be treated containing a strong acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid and phosphoric acid and an inorganic salt of an alkali metal such as potassium and sodium or an alkaline earth metal is used. It can be suitably used for processing, and the case of recovering lithium from a waste lithium ion battery will be described below as an example.

本実施形態のリチウム回収方法は、
‐廃リチウムイオン電池を無機酸で浸出してリチウムを溶出する酸溶出工程S1と、
‐酸溶出工程S1により得られたリチウム含有液から不溶残渣を分離する固液分離工程S2と、
‐固液分離工程S2後のリチウム含有液にアルカリを添加してpHを調整するpH調整工程S3,S5と、
‐pH調整工程S3,S5後のリチウム含有液から析出物を分離する固液分離工程S4,S6と、
‐pH調整工程S3,S5後のリチウム含有液から析出物を分離した被処理液に対してキレート処理を行う不純物除去工程S7と、
‐不純物除去工程S7後のリチウム及び無機塩が少なくとも溶解した被処理液を蒸発濃縮する濃縮工程S8と、
‐濃縮工程S8後の被処理液から無機塩の結晶を含む析出物を分離する固液分離工程S9と、
‐固液分離工程S9後の被処理液に炭酸ガスを混合する及び/又は水溶性の炭酸塩を添加する炭酸化工程S10と、
‐炭酸化工程S10により析出した炭酸リチウムの結晶を含む析出物を被処理液から分離する固液分離工程S11と、
を含む。本実施形態のリチウム回収方法は、さらに、
‐固液分離工程S9において被処理液から分離された析出物に含まれる無機塩の結晶を溶解して無機塩溶液を生成する溶解工程S12と、
‐溶解工程S12後の無機塩溶液に対してバイポーラ膜電気透析を行うことにより該無機塩溶液からアルカリ及び無機酸を分離して回収する電気透析工程S13と、
を有する。
The lithium recovery method of this embodiment is
-The acid elution step S1 in which the waste lithium ion battery is leached with an inorganic acid to elute lithium,
-A solid-liquid separation step S2 for separating an insoluble residue from the lithium-containing liquid obtained in the acid elution step S1 and
-The pH adjusting steps S3 and S5 for adjusting the pH by adding an alkali to the lithium-containing liquid after the solid-liquid separation step S2.
-The solid-liquid separation steps S4 and S6 for separating the precipitate from the lithium-containing liquid after the pH adjustment steps S3 and S5,
-The impurity removing step S7 in which the liquid to be treated from which the precipitate is separated from the lithium-containing liquid after the pH adjusting steps S3 and S5 is chelated.
-The concentration step S8 for evaporating and concentrating the liquid to be treated in which at least lithium and the inorganic salt are dissolved after the impurity removal step S7,
-A solid-liquid separation step S9 for separating a precipitate containing inorganic salt crystals from the liquid to be treated after the concentration step S8.
-In the carbonation step S10 in which carbon dioxide gas is mixed with the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S9 and / or a water-soluble carbonate is added.
-A solid-liquid separation step S11 for separating the precipitate containing lithium carbonate crystals precipitated in the carbonation step S10 from the liquid to be treated.
including. The lithium recovery method of the present embodiment further
-The dissolution step S12, which dissolves the crystals of the inorganic salt contained in the precipitate separated from the liquid to be treated in the solid-liquid separation step S9 to generate an inorganic salt solution,
-The electrodialysis step S13 in which the alkali and the inorganic acid are separated and recovered from the inorganic salt solution by performing bipolar membrane electrodialysis on the inorganic salt solution after the dissolution step S12.
Have.

リチウムを回収する対象の廃リチウムイオン電池は、所定の充放電回数の使用により充電容量が低下した使用済みのリチウムイオン電池の他、電池製造工程内での不具合などで発生する半製品、製品仕様変更に伴って発生する旧型式在庫整理品などを含む。廃リチウムイオン電池は、粉砕又は焙焼処理がなされていてもよいし、粉砕及び焙焼処理がなされて得られる粉末であってもよい。 Waste lithium-ion batteries for which lithium is to be recovered include used lithium-ion batteries whose charge capacity has decreased due to the use of a predetermined number of charge / discharge cycles, as well as semi-finished products and product specifications that occur due to defects in the battery manufacturing process. Includes old model inventory reorganized products that occur due to changes. The waste lithium ion battery may be pulverized or roasted, or may be a powder obtained by pulverizing and roasting.

まず、酸溶出工程S1では、上述した廃リチウムイオン電池を無機酸で浸出することにより、リチウムの他、例えばアルミニウム、ニッケル、コバルト、鉄などの金属を溶出する。無機酸としては、例えば硫酸、塩酸、硝酸、リン酸などを用いることができるが、本実施形態では塩酸が用いられている。 First, in the acid elution step S1, the above-mentioned waste lithium ion battery is leached with an inorganic acid to elute lithium and other metals such as aluminum, nickel, cobalt, and iron. As the inorganic acid, for example, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and the like can be used, but in this embodiment, hydrochloric acid is used.

酸溶出工程S1において、廃リチウムイオン電池を無機酸で浸出する方法については特に限定されるものではなく、通常行われている方法を用いることができる。例えば、酸溶解槽1内で廃リチウムイオン電池を例えば塩酸水溶液などの無機酸の水溶液に浸漬させて所定時間攪拌することで、上述したリチウムなどの金属が溶解したリチウム含有液を得る。 In the acid elution step S1, the method of leaching the waste lithium ion battery with an inorganic acid is not particularly limited, and a commonly used method can be used. For example, a waste lithium ion battery is immersed in an aqueous solution of an inorganic acid such as an aqueous hydrochloric acid solution in an acid dissolution tank 1 and stirred for a predetermined time to obtain a lithium-containing liquid in which a metal such as lithium is dissolved.

次の固液分離工程S2では、酸溶出工程S1により得られたリチウム含有液をろ過することにより、リチウム含有液から不溶残渣を分離する。不溶残渣は、主に無機酸に溶解しない炭素材料、金属材料、有機材料である。固液分離する方法としては、例えば、加圧ろ過(フィルタープレス)、真空ろ過、遠心ろ過などの各種ろ過装置や、デカンター型のような遠心分離装置など公知の装置を用いることができる。なお、以下の固液分離工程S4,S6,S9,S11においても同様である。 In the next solid-liquid separation step S2, the insoluble residue is separated from the lithium-containing liquid by filtering the lithium-containing liquid obtained in the acid elution step S1. The insoluble residue is mainly a carbon material, a metal material, and an organic material that are insoluble in inorganic acids. As a method for solid-liquid separation, for example, various filtration devices such as pressure filtration (filter press), vacuum filtration, and centrifugal filtration, and known devices such as a centrifuge such as a decanter type can be used. The same applies to the following solid-liquid separation steps S4, S6, S9, and S11.

次のpH調整工程S3,S5では、固液分離工程S2後のリチウム含有液(ろ液)にアルカリを添加し、pHを所定の範囲に調整することにより、リチウム含有液中の上述した金属のうち、リチウム以外の金属をリチウム含有液から除去する。アルカリとしては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどを用いることができるが、本実施形態では低コストかつ扱いやすい点で水酸化ナトリウムが用いられている。 In the next pH adjusting steps S3 and S5, an alkali is added to the lithium-containing liquid (filter solution) after the solid-liquid separation step S2, and the pH is adjusted to a predetermined range to adjust the pH of the above-mentioned metal in the lithium-containing liquid. Of these, metals other than lithium are removed from the lithium-containing liquid. As the alkali, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and the like can be used, but in this embodiment, sodium hydroxide is used because of its low cost and ease of handling.

pH調整工程S3,S5において、リチウム含有液のpHを調整する方法については特に限定されるものではなく、通常行われている方法を用いることができる。例えば、第1pH調整槽2及び第2pH調整槽3内でリチウム含有液を攪拌しながら例えば水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリの水溶液を添加することで、リチウム含有液中のリチウム以外の金属を水酸化物などの無機塩の結晶として析出、沈殿させる。本実施形態では、pH調整工程S3,S5は、第1pH調整工程S3と第2pH調整工程S5とに分けられている。 In the pH adjusting steps S3 and S5, the method for adjusting the pH of the lithium-containing liquid is not particularly limited, and a commonly used method can be used. For example, by adding an alkaline aqueous solution such as a sodium hydroxide aqueous solution while stirring the lithium-containing liquid in the first pH adjusting tank 2 and the second pH adjusting tank 3, metals other than lithium in the lithium-containing liquid are hydroxylated. Precipitate and precipitate as crystals of inorganic salts such as substances. In the present embodiment, the pH adjusting steps S3 and S5 are divided into a first pH adjusting step S3 and a second pH adjusting step S5.

第1pH調整工程S3では、アルカリの添加によりリチウム含有液のpHを4〜7、好ましくは4〜6に調整する。これにより、リチウム含有液中の不純物金属(例えばアルミニウム、鉄)を水酸化物(例えば水酸化アルミニウム、水酸化鉄)などの無機塩の結晶として析出、沈殿させる。第1pH調整工程S3では、リチウム含有液を例えば30℃〜60℃で一定温度に加温しながら行うことが好ましい。 In the first pH adjusting step S3, the pH of the lithium-containing liquid is adjusted to 4 to 7, preferably 4 to 6 by adding an alkali. As a result, impurity metals (for example, aluminum and iron) in the lithium-containing liquid are precipitated and precipitated as crystals of inorganic salts such as hydroxides (for example, aluminum hydroxide and iron hydroxide). In the first pH adjusting step S3, it is preferable to carry out the lithium-containing liquid while heating it to a constant temperature, for example, at 30 ° C. to 60 ° C.

第1pH調整工程S3で添加されるアルカリの水溶液は、アルカリ濃度が1.0mol/L未満と希薄であることが好ましい。これにより、第1pH調整工程S3で被処理液中のコバルトが不純物金属とともにコバルト塩の結晶として析出、沈殿して被処理液から除去されることを抑制できる。ただし、アルカリ濃度が過度に低いと、第1pH調整工程S3においてpH調整のためにアルカリの水溶液を大量に使用する必要があるうえ、pH調整後の被処理液の液量も多量となるため、アルカリ濃度の下限は、0.1mol/L以上であることが好ましい。また、第1pH調整工程S3で被処理液中のコバルトが被処理液から除去されることを効果的に抑制するためには、第1pH調整工程S3で添加されるアルカリの水溶液のアルカリ濃度は、0.5mol/L以下であることが好ましく、0.2mol/L以下であることがより好ましい。 The alkaline aqueous solution added in the first pH adjusting step S3 is preferably diluted with an alkali concentration of less than 1.0 mol / L. As a result, it is possible to prevent cobalt in the liquid to be treated from being precipitated and precipitated as cobalt salt crystals together with the impurity metal in the first pH adjusting step S3 and being removed from the liquid to be treated. However, if the alkali concentration is excessively low, it is necessary to use a large amount of an alkaline aqueous solution for pH adjustment in the first pH adjustment step S3, and the amount of the liquid to be treated after pH adjustment is also large. The lower limit of the alkali concentration is preferably 0.1 mol / L or more. Further, in order to effectively suppress the removal of cobalt in the liquid to be treated from the liquid to be treated in the first pH adjustment step S3, the alkali concentration of the alkaline aqueous solution added in the first pH adjustment step S3 is set. It is preferably 0.5 mol / L or less, and more preferably 0.2 mol / L or less.

なお、この第1pH調整工程S3においては、pH調整に使用するアルカリの水溶液量を減らすために、被処理液のpHが4より小さい所定値となるまでは1.0mol/L以上の濃いアルカリ濃度を有するアルカリの水溶液を被処理液に添加し、被処理液のpHが所定値となった後は、1.0mol/L未満の薄いアルカリ濃度を有するアルカリの水溶液を被処理液に添加することで、被処理液のpHを4〜7に調整することもできる。上述した被処理液のpHの所定値としては、2〜3の範囲内で設定することができる。 In the first pH adjustment step S3, in order to reduce the amount of the alkaline aqueous solution used for pH adjustment, a strong alkali concentration of 1.0 mol / L or more is obtained until the pH of the liquid to be treated becomes a predetermined value smaller than 4. After the pH of the liquid to be treated reaches a predetermined value, an aqueous alkali solution having a low alkali concentration of less than 1.0 mol / L is added to the liquid to be treated. Therefore, the pH of the liquid to be treated can be adjusted to 4 to 7. The predetermined value of the pH of the liquid to be treated can be set within the range of 2 to 3.

第1pH工程S3で析出、沈殿した析出物は、次の固液分離工程S4において、リチウム含有液をろ過することでリチウム含有液から分離される。なお、第1pH調整工程S3でリチウム含有液から除去される不純物金属には、その他、銅などが含まれていてもよい。固液分離工程S4においては、析出物を洗浄液で洗浄し、洗浄した後の洗浄廃液を被処理液(ろ液)とともに、次の第2pH調整工程S5に循環することが好ましい。これにより、洗浄廃液に含まれるリチウムについてもろ液に含まれるリチウムとともに第2pH調整工程S5に供給することができる。この析出物の洗浄に用いる水は、特に限定されるものではないが、後述する濃縮工程S8において被処理液を蒸発濃縮した際に発生する凝縮水を利用することが好ましく、これにより、凝縮水の有効利用が可能である。 The precipitate precipitated and precipitated in the first pH step S3 is separated from the lithium-containing liquid by filtering the lithium-containing liquid in the next solid-liquid separation step S4. The impurity metal removed from the lithium-containing liquid in the first pH adjusting step S3 may also contain copper or the like. In the solid-liquid separation step S4, it is preferable that the precipitate is washed with a washing liquid, and the washing waste liquid after washing is circulated together with the liquid to be treated (filter liquid) in the next second pH adjustment step S5. As a result, the lithium contained in the cleaning waste liquid can be supplied to the second pH adjustment step S5 together with the lithium contained in the filtrate. The water used for washing the precipitate is not particularly limited, but it is preferable to use the condensed water generated when the liquid to be treated is evaporated and concentrated in the concentration step S8 described later, whereby the condensed water is used. Can be effectively used.

第2pH調整工程S5では、固液分離工程S4後のリチウム含有液(ろ液)にアルカリを添加して、pHを7〜11、好ましくは8〜10の範囲に調整する。これにより、リチウム含有液中の有価金属(例えばコバルト、ニッケル)を水酸化物(例えば水酸化コバルト、水酸化ニッケル)などの無機塩の結晶として析出、沈殿させる。第2pH調整工程S5で添加されるアルカリの水溶液のアルカリ濃度は、特に限定されるものではないが、第1pH調整工程S3で使用したアルカリの水溶液のアルカリ濃度以上であることが好ましい。 In the second pH adjusting step S5, an alkali is added to the lithium-containing liquid (filter solution) after the solid-liquid separation step S4 to adjust the pH to the range of 7 to 11, preferably 8 to 10. As a result, valuable metals (for example, cobalt and nickel) in the lithium-containing liquid are precipitated and precipitated as crystals of inorganic salts such as hydroxides (for example, cobalt hydroxide and nickel hydroxide). The alkali concentration of the alkaline aqueous solution added in the second pH adjusting step S5 is not particularly limited, but is preferably equal to or higher than the alkaline concentration of the alkaline aqueous solution used in the first pH adjusting step S3.

第2pH工程S5で析出、沈殿した析出物は、次の固液分離工程S6において、リチウム含有液をろ過することでリチウム含有液から分離される。なお、第2pH調整工程S5でリチウム含有液から除去される有価金属には、その他、マンガンなどが含まれていてもよい。 The precipitate precipitated and precipitated in the second pH step S5 is separated from the lithium-containing liquid by filtering the lithium-containing liquid in the next solid-liquid separation step S6. In addition, manganese and the like may be contained in the valuable metal removed from the lithium-containing liquid in the second pH adjusting step S5.

一方、固液分離工程S6後のリチウム含有液(ろ液)には、リチウムの他、酸溶出工程S1及びpH調整工程S3,S5において添加された無機酸(本実施形態では塩酸)及びアルカリ(本実施形態では水酸化ナトリウム)によって無機塩(本実施形態では塩化ナトリウム(NaCl))が溶解している。本実施形態においては、このpH調整工程S3,S5後のリチウム含有液が特許請求の範囲に記載の「被処理液」に該当する。この被処理液には、さらにカルシウム、マグネシウム及びシリカのうちの少なくとも1つが溶解されていてもよい。 On the other hand, in the lithium-containing liquid (filter solution) after the solid-liquid separation step S6, in addition to lithium, the inorganic acid (hydrochloric acid in this embodiment) and alkali (hydrochloric acid in this embodiment) added in the acid elution step S1 and the pH adjusting steps S3 and S5. In this embodiment, the inorganic salt (sodium chloride (NaCl) in this embodiment) is dissolved by (sodium hydroxide). In the present embodiment, the lithium-containing liquid after the pH adjustment steps S3 and S5 corresponds to the "liquid to be treated" described in the claims. At least one of calcium, magnesium and silica may be further dissolved in the liquid to be treated.

固液分離工程S6においては、析出物を洗浄液で洗浄し、洗浄した後の洗浄廃液を被処理液(ろ液)とともに、次工程に循環することが好ましい。これにより、洗浄廃液に含まれるリチウムについてもろ液に含まれるリチウムとともに次工程に供給することができ、後述する炭酸化工程S10で炭酸化することで、リチウムを高回収率で回収することができる。この析出物の洗浄に用いる水は、特に限定されるものではないが、後述する濃縮工程S8において被処理液を蒸発濃縮した際に発生する凝縮水を利用することが好ましく、これにより、凝縮水の有効利用が可能である。 In the solid-liquid separation step S6, it is preferable that the precipitate is washed with a washing liquid, and the washing waste liquid after washing is circulated to the next step together with the liquid to be treated (filter liquid). As a result, the lithium contained in the cleaning waste liquid can be supplied to the next step together with the lithium contained in the filtrate, and by carbonating in the carbonation step S10 described later, lithium can be recovered with a high recovery rate. .. The water used for washing the precipitate is not particularly limited, but it is preferable to use the condensed water generated when the liquid to be treated is evaporated and concentrated in the concentration step S8 described later, whereby the condensed water is used. Can be effectively used.

次の不純物除去工程S7では、固液分離工程S6後の被処理液に含まれるカルシウム及び/又はマグネシウム等の多価陽イオンを少なくとも除去する。被処理液に不純物として含まれるカルシウムやマグネシウム等を除去することにより、後述する濃縮工程S8において、蒸発濃縮装置5の熱交換器の伝熱面にスケールが発生して付着することを抑制することができ、熱交換効率を高く維持することができる。また、被処理液にカルシウムやマグネシウム等が含まれていると、後述する電気透析工程S13において、無機溶液中に含まれるカルシウムやマグネシウム等の多価陽イオンがバイポーラ膜電気透析装置9の陽イオン交換膜内で析出し、膜の性能低下を招くおそれがある。そのため、予め被処理液からカルシウムやマグネシウム等の電気透析を運転するうえでスケーリング等の支障がでる物質を除去することにより、バイポーラ膜電気透析装置9の陽イオン交換膜への悪影響を防止することができ、電気透析の性能を高く維持することができる。 In the next impurity removing step S7, at least polyvalent cations such as calcium and / or magnesium contained in the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S6 are removed. By removing calcium, magnesium, etc. contained as impurities in the liquid to be treated, it is possible to prevent scale from being generated and adhering to the heat transfer surface of the heat exchanger of the evaporation concentrator 5 in the concentration step S8 described later. It is possible to maintain high heat exchange efficiency. When the liquid to be treated contains calcium, magnesium, etc., the polyvalent cations such as calcium and magnesium contained in the inorganic solution are the cations of the bipolar membrane electrodialysis apparatus 9 in the electrodialysis step S13 described later. It may precipitate in the exchange membrane and cause deterioration of film performance. Therefore, it is necessary to prevent adverse effects on the cation exchange membrane of the bipolar membrane electrodialysis apparatus 9 by removing substances such as calcium and magnesium that hinder scaling in operating electrodialysis from the liquid to be treated in advance. And the performance of electrodialysis can be maintained high.

不純物除去工程S7において、被処理液からカルシウムやマグネシウムを除去する方法については特に限定されるものではなく、例えば多価陽イオン除去装置4を用いることができる。多価陽イオン除去装置4は、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの2価以上の多価陽イオンを除去する装置であり、例えば、イオン交換樹脂を内部に備えていて被処理液をイオン交換樹脂に接触させてカルシウムイオンやマグネシウムイオンを吸着可能な構成のもの例示することができる。多価陽イオン除去装置4としては、その他に、キレート樹脂を充填したカラムに被処理液を通液可能な構成のものを例示することができる。キレート樹脂としては、カルシウムイオンやマグネシウムイオンを選択的に捕捉可能なものを使用することができ、例えば、イミノジ酢酸型、アミノリン酸型などを例示することができる。また多価陽イオン除去装置4としては、キレート剤を添加するものなどを挙げることができる。なお、不純物除去工程S7で被処理液から除去する不純物には、カルシウムやマグネシウムに加えて、シリカ(ケイ酸イオン)が含まれていてもよい。 In the impurity removing step S7, the method for removing calcium and magnesium from the liquid to be treated is not particularly limited, and for example, a multivalent cation removing device 4 can be used. The polyvalent cation removing device 4 is a device that removes divalent or higher valent cations such as calcium ions and magnesium ions. For example, an ion exchange resin is provided inside and the liquid to be treated is used as an ion exchange resin. An example of a structure capable of adsorbing calcium ions and magnesium ions in contact with each other can be exemplified. As the polyvalent cation removing device 4, another example of a device in which a liquid to be treated can be passed through a column filled with a chelate resin can be exemplified. As the chelate resin, one capable of selectively capturing calcium ions and magnesium ions can be used, and examples thereof include iminodiacetic acid type and aminophosphate type. Further, examples of the multivalent cation removing device 4 include those to which a chelating agent is added. The impurities removed from the liquid to be treated in the impurity removing step S7 may contain silica (silicate ion) in addition to calcium and magnesium.

次の濃縮工程S8では、不純物除去工程S7後の被処理液を加熱することにより蒸発濃縮する、すなわち、被処理液中の水分を蒸発させることで被処理液を濃縮する。これにより、被処理液の液量が減少し、被処理液中のリチウム濃度が増加する。よって、後述する炭酸化工程S10において炭酸リチウムの回収率を向上することができる。 In the next concentration step S8, the liquid to be treated is concentrated by heating after the impurity removal step S7, that is, the liquid to be treated is concentrated by evaporating the water content in the liquid to be treated. As a result, the amount of the liquid to be treated decreases, and the lithium concentration in the liquid to be treated increases. Therefore, the recovery rate of lithium carbonate can be improved in the carbonation step S10 described later.

濃縮工程S8では、濃縮後の被処理液にリチウムが例えば塩化リチウムなどのリチウム塩の結晶として析出しない程度の濃度まで被処理液を蒸発濃縮することが好ましい。これにより、濃縮後の被処理液におけるリチウムの濃度を高くすることができ、後述する炭酸化工程S10において炭酸リチウムの回収率を向上することができる。 In the concentration step S8, it is preferable to evaporate and concentrate the liquid to be treated to a concentration at which lithium does not precipitate as crystals of a lithium salt such as lithium chloride in the liquid to be treated after concentration. As a result, the concentration of lithium in the liquid to be treated after concentration can be increased, and the recovery rate of lithium carbonate can be improved in the carbonation step S10 described later.

この濃縮工程S8では、被処理液の蒸発濃縮により、被処理液中の無機塩はその濃度が上がるため結晶化する可能性がある。被処理液に含まれる無機塩は、濃縮工程S8で結晶として析出させてもよいし、析出させなくてもよい。本実施形態では、濃縮工程S8で被処理液に含まれる無機塩を結晶として析出させており、析出物を次の固液分離工程S9で被処理液から分離している。 In this concentration step S8, the concentration of the inorganic salt in the liquid to be treated increases due to the evaporation and concentration of the liquid to be treated, so that the inorganic salt may crystallize. The inorganic salt contained in the liquid to be treated may or may not be precipitated as crystals in the concentration step S8. In the present embodiment, the inorganic salt contained in the liquid to be treated is precipitated as crystals in the concentration step S8, and the precipitate is separated from the liquid to be treated in the next solid-liquid separation step S9.

濃縮工程S8において、被処理液を蒸発濃縮する方法については特に限定されるものではなく、例えば蒸発濃縮装置5を用いることができる。蒸発濃縮装置5としては、被処理液を蒸発により濃縮可能であれば特に限定されず、例えばヒートポンプ型、エゼクター駆動型、スチーム型、フラッシュ型などの公知の蒸発濃縮装置を用いることができるが、好ましくはヒートポンプ型の蒸発濃縮装置である。ヒートポンプ型の蒸発濃縮装置を用いた場合には、使用するエネルギーを著しく抑制することができる。 In the concentration step S8, the method for evaporating and concentrating the liquid to be treated is not particularly limited, and for example, an evaporation concentrator 5 can be used. The evaporative concentrator 5 is not particularly limited as long as the liquid to be treated can be concentrated by evaporation, and for example, a known evaporative concentrator such as a heat pump type, an ejector drive type, a steam type, or a flash type can be used. A heat pump type evaporation concentrator is preferable. When a heat pump type evaporation concentrator is used, the energy used can be significantly suppressed.

蒸発濃縮装置5は、図示しない真空ポンプが接続されていることで内部が低圧に維持されており、濃縮工程S8では被処理液を大気圧よりも圧力の低い低圧下で加熱することにより蒸発濃縮している。被処理液を蒸発濃縮すると被処理液の温度は高くなるが、低圧下では大気圧下よりも被処理液の蒸発温度(被処理液に含まれる水の沸点)が下がるので、低圧下で蒸発濃縮することにより、蒸発濃縮後の被処理液の温度はその分低くなる。そのため、後述する炭酸化工程S10において被処理液の温度を上げる余地を大きく確保することができる。そのうえ、低圧下では被処理液の蒸発温度が下がるので、被処理液の蒸発濃縮に必要なエネルギーを低く抑えて省エネルギー化を図ることができる。 The inside of the evaporation concentrator 5 is maintained at a low pressure by connecting a vacuum pump (not shown), and in the concentration step S8, the liquid to be treated is heated under a low pressure lower than the atmospheric pressure to evaporate and concentrate. doing. When the liquid to be treated is evaporated and concentrated, the temperature of the liquid to be treated rises, but at low pressure, the evaporation temperature of the liquid to be treated (the boiling point of water contained in the liquid to be treated) is lower than that under atmospheric pressure, so that the liquid to be treated evaporates under low pressure. By concentrating, the temperature of the liquid to be treated after evaporative concentration is lowered by that amount. Therefore, it is possible to secure a large room for raising the temperature of the liquid to be treated in the carbonation step S10 described later. In addition, since the evaporation temperature of the liquid to be treated is lowered under low pressure, the energy required for evaporation and concentration of the liquid to be treated can be suppressed to a low level to save energy.

蒸発濃縮装置5の内部の圧力、すなわち、被処理液を蒸発濃縮する際の雰囲気圧力は、特に限定されるものではないが、10kPa以上70kPa以下であることが好ましく、15kPa以上50kPa以下であることがより好ましい。被処理液の蒸発温度は、上記圧力との関係(飽和水蒸気圧曲線)で、45℃以上95℃以下であることが好ましく、55℃以上80℃以下であることがより好ましい。 The pressure inside the evaporation concentrator 5, that is, the atmospheric pressure when evaporating and concentrating the liquid to be treated is not particularly limited, but is preferably 10 kPa or more and 70 kPa or less, and is 15 kPa or more and 50 kPa or less. Is more preferable. The evaporation temperature of the liquid to be treated is preferably 45 ° C. or higher and 95 ° C. or lower, and more preferably 55 ° C. or higher and 80 ° C. or lower in relation to the above pressure (saturated water vapor pressure curve).

上記圧力が10kPa以上であることで、蒸発濃縮後の被処理液の温度を過度に下がらない好適な低温度にすることができるため、後述する炭酸化工程S10で被処理液の温度を上げる際に必要なエネルギーを低く抑えることができる。また、蒸発濃縮装置5を耐圧性能が非常に高いものとする必要がないため、装置の製造コストを低く抑えることができる。一方で、上記圧力が70kPa以下であることで、蒸発濃縮後の被処理液の温度を過度に上がらない好適な低温度にすることができるため、後述する炭酸化工程S10で被処理液の温度を上げる余地を十分に確保することができる。また、被処理液の蒸発濃縮に必要なエネルギーが大きくなり過ぎず、省エネルギー化を効果的に図ることができる。 When the pressure is 10 kPa or more, the temperature of the liquid to be treated after evaporation and concentration can be set to a suitable low temperature so as not to be excessively lowered. Therefore, when raising the temperature of the liquid to be treated in the carbonation step S10 described later. The energy required for the process can be kept low. Further, since it is not necessary for the evaporation concentrator 5 to have a very high withstand voltage performance, the manufacturing cost of the apparatus can be kept low. On the other hand, when the pressure is 70 kPa or less, the temperature of the liquid to be treated after evaporation and concentration can be set to a suitable low temperature so as not to rise excessively. Therefore, the temperature of the liquid to be treated in the carbonation step S10 described later There is ample room to raise it. In addition, the energy required for evaporation and concentration of the liquid to be treated does not become too large, and energy saving can be effectively achieved.

図示は省略するが、蒸発濃縮装置5の底の被処理液の液溜り部、又は蒸発濃縮装置5と後述する炭酸化槽7との間の被処理液の供給路には、温度センサが設けられており、被処理液の蒸発温度(蒸発濃縮後の被処理液の温度)が温度センサによって監視されている。また、蒸発濃縮装置5の上部の空間には、図示は省略するが圧力センサが設けられており、蒸発濃縮装置5の内部の圧力(被処理液を蒸発濃縮する際の雰囲気圧力)が圧力センサによって監視されている。 Although not shown, a temperature sensor is provided at the bottom of the evaporation concentrator 5 or in the supply path of the liquid to be treated between the evaporation concentration device 5 and the carbonization tank 7 described later. The evaporation temperature of the liquid to be treated (the temperature of the liquid to be treated after evaporation concentration) is monitored by a temperature sensor. Further, although not shown, a pressure sensor is provided in the space above the evaporative concentrator 5, and the pressure inside the evaporative concentrator 5 (atmospheric pressure when evaporating and concentrating the liquid to be treated) is a pressure sensor. Is being monitored by.

次の固液分離工程S9では、濃縮工程S8後の被処理液をろ過することにより、被処理液から無機塩(本実施形態では塩化ナトリウム)の結晶を含む析出物を分離する。 In the next solid-liquid separation step S9, the precipitate containing crystals of an inorganic salt (sodium chloride in this embodiment) is separated from the liquid to be treated by filtering the liquid to be treated after the concentration step S8.

次の炭酸化工程S10では、上述した無機塩の結晶を含む析出物が分離された後の被処理液に炭酸ガスを混合する及び/又は水溶性の炭酸塩を添加することにより、被処理液中のリチウムを炭酸リチウムの結晶として析出、沈殿させる。これにより、被処理液中のリチウムを炭酸リチウムとして回収することができる。炭酸塩としては、例えば炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、炭酸カリウムなどを用いることができる。 In the next carbonation step S10, the liquid to be treated is mixed with carbon dioxide gas and / or by adding a water-soluble carbonate to the liquid to be treated after the precipitate containing the crystals of the inorganic salt described above has been separated. The lithium inside is precipitated and precipitated as crystals of lithium carbonate. As a result, lithium in the liquid to be treated can be recovered as lithium carbonate. As the carbonate, for example, sodium carbonate, ammonium carbonate, potassium carbonate and the like can be used.

この炭酸化工程S10においては、被処理液に炭酸ガスを混合することにより炭酸リチウムの結晶を析出、沈殿させることが好ましい。このように、炭酸化工程S10において、例えばナトリウムなどのアルカリ金属を含まない材料を用いることにより、析出する炭酸リチウムの結晶にリチウム以外のアルカリ金属が混入することを抑制することができる。よって、純度の高い炭酸リチウムを回収することができる。 In this carbonation step S10, it is preferable to precipitate and precipitate lithium carbonate crystals by mixing carbon dioxide gas with the liquid to be treated. As described above, in the carbonation step S10, by using a material that does not contain an alkali metal such as sodium, it is possible to suppress the mixing of alkali metals other than lithium into the precipitated lithium carbonate crystals. Therefore, highly pure lithium carbonate can be recovered.

ただし、炭酸ガスの混合を続けると被処理液のpHが下がるため、炭酸リチウムの析出量が減少する場合がある。そのため、被処理液のpHが7以下になる前に炭酸ガスの混合を止めることが好ましい。また、被処理液にアルカリを添加することで、pHが下がらないようにしてもよい。その際には、アルカリ添加によりpHを9以上に維持することが好ましい。添加するアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどを用いることができる。 However, if the mixing of carbon dioxide gas is continued, the pH of the liquid to be treated drops, so that the amount of lithium carbonate precipitated may decrease. Therefore, it is preferable to stop the mixing of carbon dioxide gas before the pH of the liquid to be treated becomes 7 or less. Further, the pH may not be lowered by adding an alkali to the liquid to be treated. In that case, it is preferable to maintain the pH at 9 or higher by adding alkali. As the alkali to be added, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and the like can be used.

炭酸化工程S10において、被処理液に炭酸ガスを混合する方法については特に限定されるものではなく、通常行われている方法を用いることができる。例えば、炭酸化槽7内で被処理液を攪拌しながら被処理液中に炭酸ガスをノズルにより微細な気泡の状態で供給することで、被処理液に炭酸ガスを均一に混合することができ、被処理液中のリチウムと炭酸ガスとを効率よく反応させることができる。また、被処理液を炭酸ガスの雰囲気下に噴霧することで炭酸ガスと反応させてもよい。 In the carbonation step S10, the method of mixing carbon dioxide gas with the liquid to be treated is not particularly limited, and a commonly used method can be used. For example, by supplying carbon dioxide gas into the liquid to be treated in the form of fine bubbles by a nozzle while stirring the liquid to be treated in the carbonation tank 7, the carbon dioxide gas can be uniformly mixed with the liquid to be treated. , Lithium in the liquid to be treated and carbon dioxide gas can be efficiently reacted. Further, the liquid to be treated may be reacted with carbon dioxide gas by spraying it in an atmosphere of carbon dioxide gas.

炭酸化工程S10では、被処理液の温度が濃縮工程S8における被処理液の蒸発温度以上とされている。炭酸化の際に被処理液の温度が低いと、被処理液に含まれる無機塩(本実施形態では塩化ナトリウム)が結晶化する可能性がある。そのため、炭酸化工程S10において被処理液を加温して、被処理液の蒸発温度よりも炭酸化時の被処理液の温度を上げることで、炭酸化の際に被処理液に残存する無機塩の溶解度が上がり、無機塩の結晶化を抑制することができる。よって、炭酸化工程S10において炭酸リチウムを回収する際に、炭酸リチウムの純度を高めることができる。 In the carbonation step S10, the temperature of the liquid to be treated is set to be equal to or higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated in the concentration step S8. If the temperature of the liquid to be treated is low during carbonation, the inorganic salt (sodium chloride in this embodiment) contained in the liquid to be treated may crystallize. Therefore, in the carbonation step S10, the liquid to be treated is heated to raise the temperature of the liquid to be treated at the time of carbonation higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated, so that the inorganic material remaining in the liquid to be treated during carbonation is formed. The solubility of the salt is increased, and the crystallization of the inorganic salt can be suppressed. Therefore, when the lithium carbonate is recovered in the carbonation step S10, the purity of the lithium carbonate can be increased.

炭酸化時の被処理液の温度は、被処理液の蒸発温度以上であれば特に限定されないが、被処理液の蒸発温度より高いことが好ましく、100℃未満であることが好ましい。炭酸化工程S10において被処理液を加温する方法としては特に限定されるものではなく、例えばヒーター等の公知の加熱手段を用いて炭酸化槽7内の被処理液を加熱する方法を用いることができる。なお、炭酸化槽7に被処理液を供給する前に予め熱交換器等の予熱手段を用いて被処理液を加温するように構成してもよい。 The temperature of the liquid to be treated at the time of carbonation is not particularly limited as long as it is equal to or higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated, but is preferably higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated and preferably less than 100 ° C. The method of heating the liquid to be treated in the carbonation step S10 is not particularly limited, and for example, a method of heating the liquid to be treated in the carbonation tank 7 by using a known heating means such as a heater is used. Can be done. Before supplying the liquid to be treated to the carbonation tank 7, the liquid to be treated may be preheated by using a preheating means such as a heat exchanger.

また、炭酸リチウムの溶解度は被処理液の温度が高くなるほど低くなる。そのため、炭酸化工程S10において被処理液の温度が上がることにより、被処理液中のリチウムと炭酸ガスとの反応で生じる炭酸リチウムの溶解度が低下する。よって、炭酸リチウムの結晶の析出量を増やすことができる。 Further, the solubility of lithium carbonate decreases as the temperature of the liquid to be treated increases. Therefore, as the temperature of the liquid to be treated rises in the carbonation step S10, the solubility of lithium carbonate generated by the reaction of lithium in the liquid to be treated with carbon dioxide gas decreases. Therefore, the amount of lithium carbonate crystals precipitated can be increased.

このように、炭酸リチウムの結晶の回収量を増加できるとともに無機塩の結晶の析出量を抑制できるので、高純度の炭酸リチウムを高効率で得ることができる。 As described above, the amount of lithium carbonate crystals recovered can be increased and the amount of inorganic salt crystals precipitated can be suppressed, so that high-purity lithium carbonate can be obtained with high efficiency.

次の固液分離工程S11では、炭酸化工程S10後の被処理液をろ過することにより、リチウム含有液から炭酸リチウムの結晶を含む析出物を分離する。固液分離工程S11においては、リチウム含有液から分離した析出物を水などで洗浄することで、不純物を除去し、炭酸リチウムの純度を上げることができる。この析出物の洗浄に用いる水は、特に限定されるものではないが、濃縮工程S8において被処理液を蒸発濃縮した際に発生する凝縮水を利用することが好ましく、これにより、凝縮水の有効利用が可能である。 In the next solid-liquid separation step S11, the precipitate containing lithium carbonate crystals is separated from the lithium-containing liquid by filtering the liquid to be treated after the carbonation step S10. In the solid-liquid separation step S11, impurities can be removed and the purity of lithium carbonate can be increased by washing the precipitate separated from the lithium-containing liquid with water or the like. The water used for washing the precipitate is not particularly limited, but it is preferable to use the condensed water generated when the liquid to be treated is evaporated and concentrated in the concentration step S8, whereby the condensed water is effective. It is available.

固液分離工程S11後の被処理液(ろ液)は、特に限定されるわけではないが、不純物が含まれているため、一部はブロー液として排出するが、一部は再度系内に循環することが好ましい。これにより被処理液中に残存するリチウムを回収できるため、リチウムを高回収率で回収することができる。なお、上述した炭酸リチウムの結晶を含む析出物を洗浄した後の洗浄廃液についても固液分離工程S11後の被処理液とともに、再度系内に循環することが好ましい。 The liquid to be treated (filter liquid) after the solid-liquid separation step S11 is not particularly limited, but since it contains impurities, a part of it is discharged as a blow liquid, but a part of it is discharged into the system again. It is preferable to circulate. As a result, the lithium remaining in the liquid to be treated can be recovered, so that lithium can be recovered at a high recovery rate. It is preferable that the cleaning waste liquid after cleaning the above-mentioned precipitate containing lithium carbonate crystals is also circulated in the system again together with the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S11.

固液分離工程S11後の被処理液を再度系内に循環する際には、蒸発濃縮装置5に供給して濃縮工程S8で蒸発濃縮してもよいが、好ましくは、第1pH調整槽2及び/又は第2pH調整槽3に供給する。固液分離工程S11後の被処理液はアルカリ性のため、pH調整工程S3,S5で添加するアルカリとして利用できる。さらには、固液分離工程S11後の被処理液が炭酸イオン(CO −)を多く含んでいると、濃縮工程S8において蒸発濃縮される際に蒸発濃縮装置5の熱交換器の伝熱面に炭酸塩の結晶が析出する。そこで、固液分離工程S2,S4後のろ液は酸性であることから、固液分離工程S11後の被処理液を該ろ液で中和して炭酸イオンを炭酸ガスとして該被処理液から抜くことで、濃縮工程S8において蒸発濃縮装置5の熱交換器の伝熱面に炭酸塩の結晶が析出することを防止することができる。 When the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S11 is circulated in the system again, it may be supplied to the evaporation concentrator 5 and evaporated and concentrated in the concentration step S8, but preferably, the first pH adjusting tank 2 and / Or supply to the second pH adjusting tank 3. Since the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S11 is alkaline, it can be used as an alkali to be added in the pH adjusting steps S3 and S5. Furthermore, if the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S11 contains a large amount of carbonate ions (CO 3 2 −), the heat transfer of the heat exchanger of the evaporation concentrator 5 when evaporative concentration is performed in the concentration step S8. Carbonate crystals are deposited on the surface. Therefore, since the filtrate after the solid-liquid separation steps S2 and S4 is acidic, the filtrate to be treated after the solid-liquid separation step S11 is neutralized with the filtrate and carbonate ions are used as carbon dioxide gas from the filtrate. By removing the carbon dioxide, it is possible to prevent carbon dioxide crystals from depositing on the heat transfer surface of the heat exchanger of the evaporation concentrator 5 in the concentration step S8.

一方で、濃縮工程S8(蒸発濃縮装置5)で生成されて固液分離工程S9において被処理液から分離された析出物に含まれる無機塩(本実施形態では塩化ナトリウム)の結晶は、溶解工程S12(溶解槽8)に供給される。溶解工程S12では、溶解槽8内で無機塩の結晶を所望の濃度となるように例えば水を用いて溶解して、無機塩溶液を生成する。このときの温度は、特に限定されるものではなく、無機塩の結晶を溶解できる温度であればよい。また、無機塩の溶解に用いる水は、特に限定されるものではないが、濃縮工程S8において被処理液を蒸発濃縮した際に発生する凝縮水を利用することが好ましく、これにより、凝縮水の有効利用が可能である。生成された無機塩溶液は、バイポーラ膜電気透析装置9に供給される。 On the other hand, the crystals of the inorganic salt (sodium chloride in this embodiment) contained in the precipitate generated in the concentration step S8 (evaporation concentration device 5) and separated from the liquid to be treated in the solid-liquid separation step S9 are in the dissolution step. It is supplied to S12 (dissolving tank 8). In the dissolution step S12, the crystals of the inorganic salt are dissolved in the dissolution tank 8 with water, for example, so as to have a desired concentration to produce an inorganic salt solution. The temperature at this time is not particularly limited as long as it can dissolve the crystals of the inorganic salt. The water used for dissolving the inorganic salt is not particularly limited, but it is preferable to use the condensed water generated when the liquid to be treated is evaporated and concentrated in the concentration step S8, whereby the condensed water is used. Effective use is possible. The generated inorganic salt solution is supplied to the bipolar membrane electrodialysis apparatus 9.

次の電気透析工程S13では、バイポーラ膜電気透析装置9により、溶解工程S12後の無機塩溶液からアルカリ及び無機酸を分離して回収する。バイポーラ膜電気透析装置9としては、例えば図3に示すように、陽極95と陰極96との間に、陰イオン交換膜91、陽イオン交換膜92及び2つのバイポーラ膜93,94を備えるセル90が複数積層された三室セル方式のバイポーラ膜電気透析装置を好適に使用することができる。本実施形態のバイポーラ膜電気透析装置9は、陰イオン交換膜91及び陽イオン交換膜92により脱塩室R1を形成し、陰イオン交換膜91及び一方のバイポーラ膜93との間に酸室R2を形成し、陽イオン交換膜92と他方のバイポーラ膜94との間にアルカリ室R3を形成している。各バイポーラ膜93,94の外側には陽極室R4と陰極室R5とが形成されており、陽極室R4に陽極95が、陰極室R5に陰極96が、それぞれ配置されている。 In the next electrodialysis step S13, the bipolar membrane electrodialysis apparatus 9 separates and recovers the alkali and the inorganic acid from the inorganic salt solution after the dissolution step S12. As the bipolar membrane electrodialysis apparatus 9, for example, as shown in FIG. 3, a cell 90 having an anion exchange membrane 91, a cation exchange membrane 92, and two bipolar membranes 93 and 94 between the anode 95 and the cathode 96. A three-chamber cell type bipolar membrane electrodialysis apparatus in which a plurality of the two are laminated can be preferably used. In the bipolar membrane electrodialysis apparatus 9 of the present embodiment, the desalting chamber R1 is formed by the anion exchange membrane 91 and the cation exchange membrane 92, and the acid chamber R2 is formed between the anion exchange membrane 91 and one of the bipolar membranes 93. An alkali chamber R3 is formed between the cation exchange membrane 92 and the other bipolar membrane 94. An anode chamber R4 and a cathode chamber R5 are formed on the outside of each of the bipolar films 93 and 94, and an anode 95 is arranged in the anode chamber R4 and a cathode 96 is arranged in the cathode chamber R5, respectively.

この電気透析工程S13では、脱塩室R1に無機塩溶液を導入し、酸室R2及びアルカリ室R3にそれぞれ純水を導入する。これにより、無機塩溶液が例えば塩化ナトリウムを含んでいる場合には、脱塩室R1においては、ナトリウムイオン(Na)は陽イオン交換膜92を通過し、塩化物イオン(Cl)は陰イオン交換膜91を通過する。一方、酸室R2及びアルカリ室R3においては、供給された純水がバイポーラ膜93,94において水素イオン(H)及び水酸化物イオン(OH)に解離され、酸室R2では水素イオン(H)が塩化物イオン(Cl)と結合して塩酸(HCl)が生成され、アルカリ室R3では水酸化物イオン(OH)がナトリウムイオン(Na)と結合して水酸化ナトリウム(NaOH)が生成される。これにより、酸室R2から無機酸として塩酸(HCl)が、アルカリ室R3からアルカリとして水酸化ナトリウム(NaOH)が、それぞれ回収される。なお、酸室R2及びアルカリ室R3に導入される純水は、濃縮工程S8において被処理液を蒸発濃縮した際に発生する凝縮水を利用してもよい。 In this electrodialysis step S13, an inorganic salt solution is introduced into the desalting chamber R1, and pure water is introduced into the acid chamber R2 and the alkaline chamber R3, respectively. As a result, when the inorganic salt solution contains, for example, sodium chloride, in the desalting chamber R1, sodium ions (Na + ) pass through the cation exchange membrane 92 and chloride ions (Cl ) are negative. It passes through the ion exchange membrane 91. On the other hand, in the acid chamber R2 and the alkali chamber R3, the supplied pure water is dissociated into hydrogen ions (H + ) and hydroxide ions (OH ) in the bipolar films 93 and 94, and in the acid chamber R2, hydrogen ions ( H + ) binds to chloride ion (Cl ) to generate hydrochloric acid (HCl), and in the alkali chamber R3, hydroxide ion (OH ) binds to sodium ion (Na + ) to form sodium hydroxide (Na + ). NaOH) is produced. As a result, hydrochloric acid (HCl) as an inorganic acid is recovered from the acid chamber R2, and sodium hydroxide (NaOH) as an alkali is recovered from the alkali chamber R3. As the pure water introduced into the acid chamber R2 and the alkali chamber R3, the condensed water generated when the liquid to be treated is evaporated and concentrated in the concentration step S8 may be used.

脱塩室R1から排出される脱塩後の希薄な無機塩溶液(脱塩液)は、特に限定されるわけではないが、リチウムをわずかに含んでいるため、蒸発濃縮装置5に供給して、濃縮工程S8において再び蒸発濃縮することが好ましい。 The dilute inorganic salt solution (desalting solution) after desalting discharged from the desalting chamber R1 is not particularly limited, but since it contains a small amount of lithium, it is supplied to the evaporation concentrator 5. It is preferable to evaporate and concentrate again in the concentration step S8.

また、酸室R2から回収した無機酸(本実施形態では塩酸)は、特に限定されるわけではないが、酸溶出槽1に供給して、酸溶出工程S1において廃リチウムイオン電池を浸出する無機酸として再利用することが好ましい。さらに、多価陽イオン除去装置4に供給して、不純物処理工程S7で用いるキレート樹脂又はイオン交換樹脂の再生液として再利用することが好ましい。 The inorganic acid recovered from the acid chamber R2 (hydrochloric acid in the present embodiment) is not particularly limited, but is supplied to the acid elution tank 1 to leach the waste lithium ion battery in the acid elution step S1. It is preferable to reuse it as an acid. Further, it is preferable to supply the polyvalent cation removing device 4 and reuse it as a regenerating liquid for the chelate resin or ion exchange resin used in the impurity treatment step S7.

また、アルカリ室R3から回収したアルカリ(本実施形態では水酸化ナトリウム)は、特に限定されるわけではないが、pH調整槽2,3に供給して、pH調整工程S3,S5においてリチウム含有液のpH調整のためのアルカリとして再利用することが好ましい。さらに、多価陽イオン除去装置4に供給して、不純物処理工程S7で用いるキレート樹脂又はイオン交換樹脂の再生液として再利用することが好ましい。 Further, the alkali recovered from the alkali chamber R3 (sodium hydroxide in this embodiment) is not particularly limited, but is supplied to the pH adjusting tanks 2 and 3 and the lithium-containing liquid is supplied in the pH adjusting steps S3 and S5. It is preferable to reuse it as an alkali for adjusting the pH of. Further, it is preferable to supply the polyvalent cation removing device 4 and reuse it as a regenerating liquid for the chelate resin or ion exchange resin used in the impurity treatment step S7.

上述した本実施形態のリチウム回収方法によれば、炭酸化工程S10前に濃縮工程S8において被処理液を蒸発濃縮することで、被処理液の液量を減らして被処理液中のリチウム濃度を増加させている。よって、炭酸化工程S10において炭酸リチウムの結晶の回収率を良好に向上することができる。 According to the lithium recovery method of the present embodiment described above, the liquid to be treated is evaporated and concentrated in the concentration step S8 before the carbonation step S10 to reduce the amount of the liquid to be treated and reduce the lithium concentration in the liquid to be treated. It is increasing. Therefore, the recovery rate of lithium carbonate crystals can be satisfactorily improved in the carbonation step S10.

また、炭酸化工程S10において、被処理液の温度が低いと、被処理液に含まれる無機塩(本実施形態では塩化ナトリウム)が結晶化するため、被処理液を加温して炭酸化時の被処理液の温度を蒸発温度よりも上げることで、被処理液に残存する無機塩の溶解度が上がり、炭酸化の際に無機塩の結晶化を抑制することができる。また、炭酸化時に被処理液の温度が高いと、炭酸リチウムの溶解度が下がり、炭酸リチウムの結晶の回収量も増える。よって、高純度の炭酸リチウムを高効率で得ることが高めることができる。 Further, in the carbonation step S10, when the temperature of the liquid to be treated is low, the inorganic salt (sodium chloride in the present embodiment) contained in the liquid to be treated crystallizes, so that the liquid to be treated is heated during carbonation. By raising the temperature of the liquid to be treated higher than the evaporation temperature, the solubility of the inorganic salt remaining in the liquid to be treated is increased, and crystallization of the inorganic salt can be suppressed during carbonation. Further, if the temperature of the liquid to be treated is high during carbonation, the solubility of lithium carbonate decreases and the amount of lithium carbonate crystals recovered increases. Therefore, it is possible to obtain high-purity lithium carbonate with high efficiency.

また、本実施形態のリチウム回収方法によれば、炭酸化工程S10において炭酸リチウムの結晶を回収後の被処理液を廃棄することなく、第1pH調整槽2、第2pH調整槽3、蒸発濃縮装置5などの系内に循環させて被処理液中に残存するリチウムを回収している。よって、リチウムを高回収率で回収することができる。 Further, according to the lithium recovery method of the present embodiment, the first pH adjustment tank 2, the second pH adjustment tank 3, and the evaporation concentrator device are used without discarding the liquid to be treated after recovering the lithium carbonate crystals in the carbonation step S10. Lithium remaining in the liquid to be treated is recovered by circulating it in the system such as 5. Therefore, lithium can be recovered with a high recovery rate.

また、本実施形態のリチウム回収方法によれば、固液分離工程S9において被処理液から分離された析出物に含まれる無機塩(本実施形態では塩化ナトリウム)の結晶を溶解工程S12で溶解して無機塩溶液とした後、電気透析工程S13においてバイポーラ膜電気透析を行うことで、無機塩溶液から無機酸及びアルカリを回収するとともに、脱塩後の希薄な無機塩溶液を濃縮工程S8において蒸発濃縮した後、炭酸化工程S10において希薄な無機塩溶液に含まれるリチウムを回収している。よって、リチウムを高回収率で回収することができる。さらに、電気透析工程S13において回収した無機酸及びアルカリを、酸溶出工程S1、pH調整工程S3,S5、不純物除去工程S7に循環させて再利用することで、各工程S1,S3,S5,S7において使用する無機酸やアルカリの量を減らすことができる。 Further, according to the lithium recovery method of the present embodiment, the crystals of the inorganic salt (sodium chloride in this embodiment) contained in the precipitate separated from the solution to be treated in the solid-liquid separation step S9 are dissolved in the dissolution step S12. By performing bipolar membrane electrodialysis in the electrodialysis step S13 after preparing the inorganic salt solution, the inorganic acid and alkali are recovered from the inorganic salt solution, and the dilute inorganic salt solution after desalting is evaporated in the concentration step S8. After concentration, lithium contained in the dilute inorganic salt solution is recovered in the carbonization step S10. Therefore, lithium can be recovered with a high recovery rate. Further, the inorganic acids and alkalis recovered in the electrodialysis step S13 are circulated and reused in the acid elution step S1, the pH adjustment step S3, S5, and the impurity removal step S7, so that each step S1, S3, S5, S7 The amount of inorganic acid or alkali used in the above can be reduced.

また、本実施形態のリチウム回収方法によれば、不純物除去工程S7において被処理液に含まれるカルシウムやマグネシウム等の多価陽イオンを除去している。これにより、炭酸化工程S10後の固液分離工程S11により得られるろ液中の不純物の量が減ることで、固液分離工程S11後の被処理液の多くを再度系内に循環することができる。よって、固液分離工程S11後の被処理液中に残存するリチウムをより多く回収できるため、リチウムを高回収率で回収することができる。さらに、電気透析工程S13において電気透析される無機溶液中の不純物の量も減るので、バイポーラ電気透析装置9の陽イオン交換膜がスケーリングにより性能低下することを防止でき、バイポーラ膜の性能を高く維持することができる。 Further, according to the lithium recovery method of the present embodiment, multivalent cations such as calcium and magnesium contained in the liquid to be treated are removed in the impurity removing step S7. As a result, the amount of impurities in the filtrate obtained in the solid-liquid separation step S11 after the carbonation step S10 is reduced, so that most of the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S11 can be circulated in the system again. it can. Therefore, more lithium remaining in the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S11 can be recovered, so that lithium can be recovered at a high recovery rate. Further, since the amount of impurities in the inorganic solution electrodialyzed in the electrodialysis step S13 is also reduced, it is possible to prevent the cation exchange membrane of the bipolar electrodialysis apparatus 9 from deteriorating due to scaling, and the performance of the bipolar membrane is maintained high. can do.

また、本実施形態のリチウム回収方法によれば、濃縮工程S8で発生する凝縮水を各種の処理に用いているので、凝縮水を有効利用することができる。さらに、凝縮水を用いて各固液分離工程S4,S6,S9,S11により得られた結晶を洗浄することにより、各結晶の回収率を良好に向上することができる。 Further, according to the lithium recovery method of the present embodiment, since the condensed water generated in the concentration step S8 is used for various treatments, the condensed water can be effectively used. Further, by washing the crystals obtained in each solid-liquid separation step S4, S6, S9, S11 with condensed water, the recovery rate of each crystal can be satisfactorily improved.

以上、本発明のリチウム回収方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Although one embodiment of the lithium recovery method of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態のリチウム回収方法では、濃縮工程S8前の被処理液に対してカルシウム及び/又はマグネシウムを少なくとも除去する不純物除去工程S7を行っているが、これに代えて又はこれに加えて、電気透析工程S13前の無機塩溶液に対して同様にカルシウム及び/又はマグネシウムを少なくとも除去する不純物除去工程を行ってもよい。 For example, in the lithium recovery method of the above embodiment, the impurity removing step S7 for removing at least calcium and / or magnesium from the solution to be treated before the concentration step S8 is performed, but instead of or in addition to this. , The impurity removing step of removing at least calcium and / or magnesium from the inorganic salt solution before the electrodialysis step S13 may be performed in the same manner.

また、上記実施形態のリチウム回収方法では、電気透析工程S13で回収したアルカリを第1pH調整工程S3及び第2pH調整工程S5に供給しているが、いずれか一方にのみ供給するように構成してもよい。 Further, in the lithium recovery method of the above embodiment, the alkali recovered in the electrodialysis step S13 is supplied to the first pH adjusting step S3 and the second pH adjusting step S5, but it is configured to be supplied to only one of them. May be good.

また、上記実施形態のリチウム回収方法では、pH調整工程S3,S5が第1pH調整工程S3及び第2pH調整工程S5を含んでいるが、廃リチウムイオン電池に含まれる成分に応じて、3つ以上の工程を含むように構成してもよいし、1つの工程のみを含むように構成してもよい。 Further, in the lithium recovery method of the above embodiment, the pH adjusting steps S3 and S5 include the first pH adjusting step S3 and the second pH adjusting step S5, but three or more depending on the components contained in the waste lithium ion battery. The process may be configured to include the above steps, or may be configured to include only one step.

また、上記実施形態のリチウム回収方法において、図4及び図5に示すように、溶解工程S12後で電気透析工程S13前に、無機塩溶液に含まれる例えばシリカなどの不純物を除去するための処理工程を行ってもよい。この処理工程は、不純物除去工程S7に代えて又は不純物除去工程S7に加えて行うことができる。 Further, in the lithium recovery method of the above embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, a treatment for removing impurities such as silica contained in the inorganic salt solution after the dissolution step S12 and before the electrodialysis step S13. The process may be performed. This treatment step can be performed in place of the impurity removing step S7 or in addition to the impurity removing step S7.

具体的には、まず、再結晶工程S12−1において無機塩溶液に含まれる無機塩(本実施形態では塩化ナトリウム)を再結晶させる。無機塩溶液に含まれる無機塩を再結晶させる方法については特に限定されるものではなく、例えば蒸発晶析装置10による蒸発晶析を用いることができる。蒸発晶析は、無機塩溶液を加熱して溶媒を蒸発させ、無機塩の濃度を上げることで無機塩の結晶を析出させる。なお、無機塩溶液の蒸発は大気圧よりも圧力の低い低圧下で行うことが好ましい。蒸発晶析においては、蒸発晶析装置10を別途に設置せずに、蒸発濃縮装置5を使って無機塩溶液に含まれる無機塩を結晶化させてもよい。 Specifically, first, in the recrystallization step S12-1, the inorganic salt (sodium chloride in this embodiment) contained in the inorganic salt solution is recrystallized. The method for recrystallizing the inorganic salt contained in the inorganic salt solution is not particularly limited, and for example, evaporation crystallization by the evaporation crystallization apparatus 10 can be used. In evaporation crystallization, the inorganic salt solution is heated to evaporate the solvent, and the concentration of the inorganic salt is increased to precipitate the crystals of the inorganic salt. The evaporation of the inorganic salt solution is preferably performed under a low pressure lower than the atmospheric pressure. In the evaporation crystallization, the inorganic salt contained in the inorganic salt solution may be crystallized by using the evaporation concentration device 5 without installing the evaporation crystallization device 10 separately.

無機塩の結晶を再析出させた後、固液分離工程S12−2において無機塩の結晶を含む水溶液から該無機塩の結晶を分離し、再結晶処理した無機塩の結晶を回収する。固液分離する方法としては、例えば、加圧ろ過(フィルタープレス)、真空ろ過、遠心ろ過などの各種ろ過装置や、デカンター型のような遠心分離装置など公知の装置を用いることができる。 After reprecipitating the crystals of the inorganic salt, the crystals of the inorganic salt are separated from the aqueous solution containing the crystals of the inorganic salt in the solid-liquid separation step S12-2, and the crystals of the recrystallized inorganic salt are recovered. As a method for solid-liquid separation, for example, various filtration devices such as pressure filtration (filter press), vacuum filtration, and centrifugal filtration, and known devices such as a centrifuge such as a decanter type can be used.

そして、再溶解工程S12−3において、回収した無機塩の結晶を再溶解槽11内で所望の濃度となるように例えば水を用いて溶解して、無機塩溶液を再度生成する。このときの温度は、特に限定されるものではなく、無機塩の結晶を溶解できる温度であればよい。また、無機塩の溶解に用いる水は、特に限定されるものではないが、濃縮工程S8において被処理液を蒸発濃縮した際に発生する凝縮水を利用することが好ましく、これにより、凝縮水の有効利用が可能である。再度生成された無機塩溶液は、バイポーラ膜電気透析装置9に供給される。なお、再結晶工程S12−1〜再溶解工程S12−3で無機塩溶液から除去される不純物には、シリカに加えて、カルシウム及び/又はマグネシウムが含まれていてもよい。 Then, in the redissolving step S12-3, the recovered inorganic salt crystals are dissolved in the redissolving tank 11 with, for example, water so as to have a desired concentration, and the inorganic salt solution is regenerated. The temperature at this time is not particularly limited as long as it can dissolve the crystals of the inorganic salt. The water used for dissolving the inorganic salt is not particularly limited, but it is preferable to use the condensed water generated when the liquid to be treated is evaporated and concentrated in the concentration step S8, whereby the condensed water is used. Effective use is possible. The regenerated inorganic salt solution is supplied to the bipolar membrane electrodialysis apparatus 9. The impurities removed from the inorganic salt solution in the recrystallization steps S12-1 to the redissolution step S12-3 may contain calcium and / or magnesium in addition to silica.

図4及び図5の実施形態では、電気透析工程S13前に無機塩溶液に含まれるシリカを除去している。これにより、電気透析工程S13において電気透析される無機溶液中の不純物の量も減るので、バイポーラ膜の性能を高く維持することができる。さらに、電気透析工程S13後の希薄な無機塩溶液(脱塩液)を蒸発濃縮装置5に供給して濃縮工程S8において再び蒸発濃縮するにあたり、脱塩液の不純物の量が減っていることで、濃縮工程S8において、蒸発濃縮装置5の熱交換器の伝熱面にスケールが発生して付着することを抑制することができる。そのうえ、炭酸化工程S10後の固液分離工程S11により得られるろ液中の不純物の量が減ることで、固液分離工程S11後の被処理液の多くを再度系内に循環することができる。よって、固液分離工程S11後の被処理液中に残存するリチウムをより多く回収できるため、リチウムを高回収率で回収することができる。 In the embodiment of FIGS. 4 and 5, the silica contained in the inorganic salt solution is removed before the electrodialysis step S13. As a result, the amount of impurities in the inorganic solution electrodialyzed in the electrodialysis step S13 is also reduced, so that the performance of the bipolar film can be maintained high. Further, when the dilute inorganic salt solution (desalting solution) after the electrodialysis step S13 is supplied to the evaporation concentrator 5 and evaporated and concentrated again in the concentration step S8, the amount of impurities in the desalting solution is reduced. In the concentration step S8, it is possible to prevent scale from being generated and adhering to the heat transfer surface of the heat exchanger of the evaporation concentration device 5. Moreover, since the amount of impurities in the filtrate obtained by the solid-liquid separation step S11 after the carbonation step S10 is reduced, most of the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S11 can be circulated in the system again. .. Therefore, more lithium remaining in the liquid to be treated after the solid-liquid separation step S11 can be recovered, so that lithium can be recovered at a high recovery rate.

また、上記実施形態のリチウム回収方法において、図6及び図7に示すように、酸溶出工程S1前に、廃リチウムイオン電池を焙焼する焙焼工程S0をさらに有していてもよい。焙焼工程S0において、廃リチウムイオン電池を焙焼する方法については特に限定されるものではなく、公知の焙焼装置12を用いることができる。 Further, in the lithium recovery method of the above embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, a roasting step S0 for roasting the waste lithium ion battery may be further provided before the acid elution step S1. In the roasting step S0, the method of roasting the waste lithium ion battery is not particularly limited, and a known roasting apparatus 12 can be used.

図6及び図7の実施形態では、焙焼装置12(焙焼工程S0)で発生した排気ガスを炭酸化槽7に供給し、炭酸化工程S10において排気ガスを炭酸ガスとして被処理液に混合している。これにより、炭酸化工程S10において使用する炭酸ガスの量を減らすことができる。また、炭酸化工程S10において被処理液を加温することができる。なお、図4及び図5の実施形態についても、酸溶出工程S1前に廃リチウムイオン電池を焙焼する焙焼工程S0を実行可能であることはいうまでもない。 In the embodiment of FIGS. 6 and 7, the exhaust gas generated in the roasting apparatus 12 (roasting step S0) is supplied to the carbonation tank 7, and the exhaust gas is mixed with the liquid to be treated as carbon dioxide in the carbonation step S10. doing. As a result, the amount of carbon dioxide gas used in the carbonation step S10 can be reduced. In addition, the liquid to be treated can be heated in the carbonation step S10. Needless to say, also in the embodiments of FIGS. 4 and 5, the roasting step S0 for roasting the waste lithium ion battery before the acid elution step S1 can be executed.

また、上記実施形態のリチウム回収方法は、廃リチウムイオン電池からリチウムを回収する場合を例にしているが、本発明は、廃リチウムイオン電池からリチウムを回収するために用いられる方法には限定されない。 Further, the lithium recovery method of the above embodiment is an example of recovering lithium from a waste lithium ion battery, but the present invention is not limited to the method used for recovering lithium from a waste lithium ion battery. ..

S0 焙焼工程
S1 酸溶出工程
S3 第1pH調整工程(pH調整工程)
S5 第2pH調整工程(pH調整工程)
S7 不純物除去工程
S8 濃縮工程
S9 固液分離工程
S10 炭酸化工程
S11 固液分離工程
S12 溶解工程
S12−1 再結晶工程
S12−3 再溶解工程
S13 電気透析工程
S0 Roasting step S1 Acid elution step S3 First pH adjustment step (pH adjustment step)
S5 Second pH adjustment step (pH adjustment step)
S7 Impurity removal step S8 Concentration step S9 Solid-liquid separation step S10 Carbonation step S11 Solid-liquid separation step S12 Dissolution step S12-1 Recrystallization step S12-3 Relysis step S13 Electrodialysis step

Claims (7)

リチウム及び無機塩が少なくとも溶解した被処理液を大気圧よりも圧力が低い低圧下で加熱して蒸発濃縮する濃縮工程と、
前記濃縮工程後の被処理液に炭酸ガスを混合する及び/又は水溶性の炭酸塩を添加する炭酸化工程と、
前記炭酸化工程により析出した炭酸リチウムの結晶を含む析出物を被処理液から分離する固液分離工程と、を含み、
前記炭酸化工程では、被処理液の温度が前記濃縮工程における被処理液の蒸発温度以上とされている、リチウム回収方法。
A concentration step in which a liquid to be treated in which at least lithium and an inorganic salt are dissolved is heated at a low pressure lower than atmospheric pressure to evaporate and concentrate.
A carbonation step of mixing carbon dioxide gas into the liquid to be treated after the concentration step and / or adding a water-soluble carbonate, and
A solid-liquid separation step of separating a precipitate containing lithium carbonate crystals precipitated by the carbonation step from the liquid to be treated is included.
A lithium recovery method in which the temperature of the liquid to be treated is equal to or higher than the evaporation temperature of the liquid to be treated in the concentration step in the carbonation step.
前記濃縮工程では10kPa以上70kPa以下の圧力下で被処理液を蒸発濃縮する、請求項1に記載のリチウム回収方法。 The lithium recovery method according to claim 1, wherein in the concentration step, the liquid to be treated is evaporated and concentrated under a pressure of 10 kPa or more and 70 kPa or less. 前記固液分離工程後の被処理液の少なくとも一部を前記濃縮工程において蒸発濃縮する、請求項1又は2に記載のリチウム回収方法。 The lithium recovery method according to claim 1 or 2, wherein at least a part of the liquid to be treated after the solid-liquid separation step is evaporated and concentrated in the concentration step. 前記濃縮工程では、被処理液に含まれる無機塩を結晶として析出させ、
前記濃縮工程後の被処理液から分離された析出物に結晶として含まれる無機塩を溶解して無機塩溶液を生成する溶解工程と、
前記溶解工程により得られた無機塩溶液に対してバイポーラ膜電気透析を行うことにより該無機塩溶液からアルカリとともに無機酸を分離して回収する電気透析工程と、をさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム回収方法。
In the concentration step, the inorganic salt contained in the liquid to be treated is precipitated as crystals.
A dissolution step of dissolving an inorganic salt contained as crystals in a precipitate separated from a liquid to be treated after the concentration step to form an inorganic salt solution, and a dissolution step.
Claims 1 to 3 further include an electrodialysis step of separating and recovering an inorganic acid together with an alkali from the inorganic salt solution by performing bipolar membrane electrodialysis on the inorganic salt solution obtained by the dissolution step. The lithium recovery method according to any one of.
前記濃縮工程前に、
廃リチウムイオン電池を無機酸で浸出してリチウムを溶出する酸溶出工程と、
前記酸溶出工程により得られたリチウム含有液にアルカリを添加してpHを調整するpH調整工程と、をさらに含み、
前記pH調整工程により析出した析出物をリチウム含有液から分離することで被処理液が生成される、請求項1〜4のいずれかに記載のリチウム回収方法。
Before the concentration step,
An acid elution process in which a waste lithium-ion battery is leached with an inorganic acid to elute lithium,
Further including a pH adjusting step of adding an alkali to the lithium-containing liquid obtained by the acid elution step to adjust the pH.
The lithium recovery method according to any one of claims 1 to 4, wherein a liquid to be treated is produced by separating the precipitate precipitated by the pH adjusting step from the lithium-containing liquid.
前記固液分離工程後の被処理液の少なくとも一部を前記pH調整工程で添加するアルカリとして再利用する、請求項5に記載のリチウム回収方法。 The lithium recovery method according to claim 5, wherein at least a part of the liquid to be treated after the solid-liquid separation step is reused as an alkali added in the pH adjustment step. 前記電気透析工程で回収したアルカリを前記pH調整工程で添加するアルカリとして再利用し、前記電気透析工程で回収した無機酸を前記酸溶出工程で用いる無機酸として再利用する、請求項4を引用する請求項5又は6に記載のリチウム回収方法。 Citing claim 4, wherein the alkali recovered in the electrodialysis step is reused as an alkali added in the pH adjustment step, and the inorganic acid recovered in the electrodialysis step is reused as an inorganic acid used in the acid elution step. The lithium recovery method according to claim 5 or 6.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003001218A (en) * 2001-06-21 2003-01-07 Taiheiyo Cement Corp Method for treating waste having high chlorine and lead contents
WO2011132282A1 (en) * 2010-04-22 2011-10-27 Uehara Haruo Device and method for recovering lithium
JP2012171827A (en) * 2011-02-21 2012-09-10 Jx Nippon Mining & Metals Corp Method for recovering lithium from aqueous solution containing lithium
JP2012172223A (en) * 2011-02-23 2012-09-10 Jx Nippon Mining & Metals Corp Method for recovering lithium
WO2019026977A1 (en) * 2017-08-02 2019-02-07 Jx金属株式会社 Sodium removal method, metal concentrating method, and metal recovery method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003001218A (en) * 2001-06-21 2003-01-07 Taiheiyo Cement Corp Method for treating waste having high chlorine and lead contents
WO2011132282A1 (en) * 2010-04-22 2011-10-27 Uehara Haruo Device and method for recovering lithium
JP2012171827A (en) * 2011-02-21 2012-09-10 Jx Nippon Mining & Metals Corp Method for recovering lithium from aqueous solution containing lithium
JP2012172223A (en) * 2011-02-23 2012-09-10 Jx Nippon Mining & Metals Corp Method for recovering lithium
WO2019026977A1 (en) * 2017-08-02 2019-02-07 Jx金属株式会社 Sodium removal method, metal concentrating method, and metal recovery method

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