JP2021063281A - 高純度硫酸コバルト溶液の製造方法及び、硫酸コバルトの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一の実施形態に係る高純度硫酸コバルト溶液の製造方法では、図1に示すように、ニッケルイオンを含む硫酸コバルト溶液に対してニッケル分離工程を行い、ニッケルイオンが分離されたことにより当該硫酸コバルト溶液に比してコバルトの純度が高くなった高純度硫酸コバルト溶液を製造する。ニッケル分離工程では、溶媒抽出法による所定の抽出及び逆抽出を行うことにより、硫酸コバルト溶液中のニッケルイオンを有効に分離することができる。なお、さらに高純度硫酸コバルト溶液に対して結晶化工程を行った場合は、ニッケル含有量が少ない固体のコバルトの硫酸塩である硫酸コバルトを製造することができる。
ニッケル分離工程で用いる硫酸コバルト溶液は、コバルトイオン及び、比較的少量のニッケルイオンも含むものである。具体的には、硫酸コバルト溶液のニッケル濃度に対するコバルト濃度の比であるコバルト/ニッケル濃度比が100以上である硫酸コバルト溶液を対象とする。硫酸コバルト溶液のコバルト/ニッケル濃度比は、典型的には100〜1000である。
その他、硫酸コバルト溶液には、たとえば、ナトリウムイオンが0.01g/L〜0.05g/Lで含まれることがある。
ニッケル分離工程では、上記の硫酸コバルト溶液に対して溶媒抽出法による抽出及び逆抽出を行う。ここでは、硫酸コバルト溶液中のコバルトイオンが有効に抽出・逆抽出されつつ、硫酸コバルト溶液中のニッケルイオンができる限り抽出されないようにするため、ビス(2,4,4−トリメチルペンチル)ホスフィン酸(phosphinic acid)を含む抽出剤を使用する。
かかる抽出剤は、芳香族系、パラフィン系、ナフテン系等の炭化水素系有機溶剤を用いて、濃度が10体積%〜30体積%となるように希釈して、これを溶媒として使用することができる。
溶媒抽出は繰り返し行ってもよく、たとえば有機相と水相が向流接触するようにした多段方式とすることもできる。O/A比(水相に対する有機相の体積比)は0.1〜10とすることが一般的である。
硫酸コバルトを製造する場合、図1に示すように、上記の高純度硫酸コバルト溶液に対して結晶化工程を行うことができる。結晶化工程では、高純度硫酸コバルト溶液を、たとえば40℃〜50℃に加熱して濃縮し、コバルトを硫酸コバルトとして晶析させる。
以上に述べた高純度硫酸コバルト溶液ないし硫酸コバルトの製造に用いる硫酸コバルト溶液を得るには、たとえば、図2及び3に示すように、少なくともコバルト及びニッケルを含むリチウムイオン電池スクラップを処理して電池粉末を得る前処理と、前記電池粉末を湿式で処理して前記硫酸コバルト溶液を得る湿式処理とが行われることがある。
コバルトイオンを抽出した溶媒(有機相)は必要に応じて、好ましくはpHが4.0〜5.0、より好ましくは4.3〜4.6の硫酸酸性溶液等のスクラビング液を用いたスクラビングに供することができる。スクラビング回数は1回以上、O/A比は1/2〜1.5/1とすることがそれぞれ好ましい。これにより、溶媒中のナトリウムイオンを有効に除去することができる。
硫酸ニッケルは、上述したコバルト抽出工程のコバルト抽出残液を用いて製造することができる。硫酸ニッケルの製造では、図4に示すように、ニッケル抽出工程、電解工程、溶解工程及び結晶化工程を行う。
抽出後は、ニッケルイオンを含有する有機相に対して、硫酸、塩酸もしくは硝酸等の逆抽出液を使用して逆抽出を行う。ここでは、ニッケルイオンが有機相から逆抽出液(水相)に100%抽出されるようなpHの条件で行う。具体的にはpHは1.0〜3.0の範囲が好ましく、1.5〜2.5がより好ましい。なお、O/A比と回数については適宜決めることができるが、O/A比は5/1〜1/1、より好ましくは4/1〜2/1である。逆抽出回数を増やすことで、目的金属濃度を高め、電解工程に有利な濃度とすることができる。
結晶化工程で得られた硫酸ニッケルは、不純物がほぼ含まれておらず、リチウムイオン電池の製造の原料として用いることに適している。
Claims (10)
- ニッケルイオンを含む硫酸コバルト溶液から、当該硫酸コバルト溶液に比してコバルトの純度が高い高純度硫酸コバルト溶液を製造する方法であって、
前記硫酸コバルト溶液のコバルト/ニッケル濃度比が100以上であり、
前記硫酸コバルト溶液を、ビス(2,4,4−トリメチルペンチル)ホスフィン酸を含む溶媒と接触させてpHを調整し、前記硫酸コバルト溶液中のニッケルイオンを液中に残しつつコバルトイオンを前記溶媒に抽出した後、該溶媒に抽出されたコバルトイオンを硫酸で逆抽出するニッケル分離工程を含む、高純度硫酸コバルト溶液の製造方法。 - 前記高純度硫酸コバルト溶液のコバルト/ニッケル濃度比が10000以上である、請求項1に記載の高純度硫酸コバルト溶液の製造方法。
- 前記硫酸コバルト溶液のコバルト濃度が5g/L〜90g/Lであり、ニッケル濃度が0.05g/L〜0.90g/Lである、請求項1又は2に記載の高純度硫酸コバルト溶液の製造方法。
- 前記ニッケル分離工程で、抽出時の平衡pHを4.0〜7.0にする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の高純度硫酸コバルト溶液の製造方法。
- 前記ニッケル分離工程の前に、コバルトイオン及びニッケルイオンを含む酸性溶液からコバルトイオンを溶媒に抽出するとともに、該溶媒中のコバルトイオンを硫酸で逆抽出して前記硫酸コバルト溶液を得るコバルト抽出工程をさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の高純度硫酸コバルト溶液の製造方法。
- 前記コバルト抽出工程が、コバルトイオンを抽出した溶媒をスクラビングすることを含む、請求項5に記載の高純度硫酸コバルト溶液の製造方法。
- 少なくともコバルト及びニッケルを含むリチウムイオン電池スクラップを処理して、電池粉末を得る前処理と、前記電池粉末を湿式で処理して前記硫酸コバルト溶液を得る湿式処理とを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の高純度硫酸コバルト溶液の製造方法。
- 前記前処理が、前記リチウムイオン電池スクラップに対する焙焼工程、破砕工程及び篩別工程を含む請求項7に記載の高純度硫酸コバルト溶液の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の高純度硫酸コバルト溶液の製造方法により製造された高純度硫酸コバルト溶液中のコバルトイオンを結晶化させ、硫酸コバルトを得る結晶化工程を含む、硫酸コバルトの製造方法。
- 前記結晶化工程で、ニッケル含有量が10質量ppm以下である硫酸コバルトを得る、請求項9に記載の硫酸コバルトの製造方法。
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