JP2021172537A - Method for producing lithium hydroxide - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing lithium hydroxide which can obtain lithium hydroxide from lithium carbonate at comparatively low cost.SOLUTION: A method for producing lithium hydroxide from lithium carbonate includes: a hydroxylation step of reacting the lithium carbonate with calcium hydroxide in a liquid to obtain a lithium hydroxide solution; a calcium removal step of removing calcium ions in the lithium hydroxide solution using a cation exchange resin and/or a chelate resin; and a crystallization step of depositing lithium hydroxide in the lithium hydroxide solution through the calcium removal step.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この明細書は、水酸化リチウムの製造方法に関する技術を開示するものである。 This specification discloses a technique relating to a method for producing lithium hydroxide.

たとえば、リチウムイオン二次電池廃棄物もしくは種々の電子機器等からの有価金属の回収プロセスや、塩湖かん水又は鉱石その他の処理では、炭酸リチウムが得られることがある。 For example, lithium carbonate may be obtained in the process of recovering valuable metals from lithium-ion secondary battery waste or various electronic devices, salt lake brackish water, ore and other treatments.

たとえば、リチウムイオン二次電池廃棄物に対する処理の一例では、リチウムイオン二次電池廃棄物に対して焙焼等の処理を施した後、そこに含まれるリチウムが溶解したリチウム溶解液を得る。リチウム溶解液は炭酸水素リチウム溶液である場合があり、この炭酸水素リチウム溶液から炭酸リチウムが得られる。これに関連する技術としては、たとえば特許文献1及び2に記載されたもの等がある。 For example, in an example of treatment for lithium ion secondary battery waste, after the lithium ion secondary battery waste is subjected to a treatment such as roasting, a lithium solution in which lithium contained therein is dissolved is obtained. The lithium solution may be a lithium hydrogen carbonate solution, and lithium carbonate can be obtained from this lithium hydrogen carbonate solution. Examples of the technique related to this include those described in Patent Documents 1 and 2.

また、リチウム溶解液は、リチウムイオンの溶媒による抽出及び、溶媒から水相への逆抽出に供されて濃縮することがあり、この抽出及び逆抽出を経た後の逆抽出後液は、たとえば硫酸リチウム溶液である。なお、この種の抽出及び逆抽出については、特許文献3〜5等に記載されている。
上述した逆抽出後に得られる逆抽出後液に対しては一般に、特許文献5にも記載されているように、炭酸塩の添加又は炭酸ガスの吹込みによる炭酸化を行う。この場合、リチウムは炭酸リチウムとして回収される。
Further, the lithium solution may be concentrated by being subjected to extraction with a lithium ion solvent and back extraction from the solvent to the aqueous phase, and the back extraction solution after the extraction and back extraction is, for example, sulfuric acid. It is a lithium solution. Note that this type of extraction and back extraction are described in Patent Documents 3 to 5 and the like.
The liquid after back extraction obtained after the back extraction described above is generally carbonated by adding a carbonate or blowing carbon dioxide gas, as described in Patent Document 5. In this case, lithium is recovered as lithium carbonate.

ところで、特許文献6、7には、炭酸リチウムから、リチウムイオン二次電池正極材用原料等に用いられ得る水酸化リチウムを製造する方法が記載されている。
具体的には、特許文献6には、「陽極槽と陰極槽と陽イオン交換膜から構成された電解装置において陽極槽に炭酸リチウム水溶液ないし懸濁液を供給して電解を行い、陽イオン交換膜を介した陰極槽において水酸化リチウム水溶液を生成させる水酸化リチウムの製造方法」が開示されている。
また特許文献7には、「陽極と陰極との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とが交互に配列され、陽極とカチオン交換膜とで陽極室が形成され、次に陽極側から陰極側にむけて当該カチオン交換膜とアニオン膜とで区画された酸室、当該アニオン交換膜ともうひとつのカチオン交換膜とで区画された塩室、このカチオン交換膜ともうひとつのアニオン交換膜とで区画されたアルカリ室、更にこのアニオン交換膜と新たなカチオン交換膜とで区画された水電解室の順に配列されている酸室、塩室、アルカリ室、水電解室からなる組がひとつ以上配列されていて最も陰極側のアニオン膜とで構成される水電解室をカチオン膜の代わりに陰極で区画し、陰極室とする電気透析装置を使用して塩室にリチウム塩の水溶液を供給して酸室から酸を、アルカリ室から水酸化リチウム水溶液を取り出すことを特徴とする水酸化リチウムの製造方法。」が提案されている。
By the way, Patent Documents 6 and 7 describe a method for producing lithium hydroxide that can be used as a raw material for a positive electrode material of a lithium ion secondary battery from lithium carbonate.
Specifically, Patent Document 6 states, "In an electrolyzer composed of an anode tank, a cathode tank, and a cation exchange membrane, an aqueous solution or suspension of lithium carbonate is supplied to the anode tank for electrolysis to perform cation exchange. A method for producing lithium hydroxide that produces an aqueous solution of lithium hydroxide in a cathode tank via a membrane "is disclosed.
Further, in Patent Document 7, "Cation exchange membranes and cation exchange membranes are alternately arranged between the anode and the cathode, an anode chamber is formed by the anode and the cation exchange membrane, and then from the anode side to the cathode side. An acid chamber partitioned by the cation exchange membrane and the anion membrane, a salt chamber partitioned by the cation exchange membrane and another cation exchange membrane, and a partition between the cation exchange membrane and another anion exchange membrane. One or more sets consisting of an acid chamber, a salt chamber, an alkali chamber, and a water electrolysis chamber, which are arranged in the order of an alkali chamber, an anion exchange membrane, and a water electrolysis chamber partitioned by a new cation exchange membrane, are arranged. The water electrolysis chamber, which is composed of the anion film on the most cathode side, is partitioned by the cathode instead of the cation film, and an aqueous solution of lithium salt is supplied to the salt chamber using an electrodialysis machine that serves as the cathode chamber. A method for producing lithium hydroxide, which comprises taking out an acid from a chamber and an aqueous solution of lithium hydroxide from an alkali chamber. ”Has been proposed.

特許文献6及び7はいずれも、炭酸リチウムを原料とし、その炭酸リチウムから電解を用いて水酸化リチウムを製造するというものである。 Patent Documents 6 and 7 both use lithium carbonate as a raw material, and produce lithium hydroxide from the lithium carbonate by electrolysis.

特開2019−26916号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-26916 特開2019−26531号公報JP-A-2019-26531 特開2010−180439号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-180439 米国特許出願公開第2011/0135547号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2011/0135547 特開2014−162982号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-162982 特開2009−270188号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-270188 特開2011−31232号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-31232

炭酸リチウムから水酸化リチウムを製造するに当り、仮に特許文献6、7に記載された技術を用いた場合は、電解の実施によってコストが大きく嵩む。 If the techniques described in Patent Documents 6 and 7 are used in producing lithium hydroxide from lithium carbonate, the cost will increase significantly due to the implementation of electrolysis.

特に、この明細書では、炭酸リチウムから比較的低コストで水酸化リチウムを得ることができる水酸化リチウムの製造方法を開示する。 In particular, this specification discloses a method for producing lithium hydroxide, which can obtain lithium hydroxide from lithium carbonate at a relatively low cost.

この明細書で開示する水酸化リチウムの製造方法は、炭酸リチウムから水酸化リチウムを製造する方法であって、前記炭酸リチウムを水酸化カルシウムと液中で反応させ、水酸化リチウム溶液を得る水酸化工程と、陽イオン交換樹脂及び/又はキレート樹脂を用いて、前記水酸化リチウム溶液中のカルシウムイオンを除去するカルシウム除去工程と、カルシウム除去工程を経た水酸化リチウム溶液で水酸化リチウムを析出させる晶析工程とを含むものである。 The method for producing lithium hydroxide disclosed in this specification is a method for producing lithium hydroxide from lithium carbonate, in which the lithium carbonate is reacted with calcium hydroxide in a liquid to obtain a lithium hydroxide solution. Crystals that precipitate lithium hydroxide in the lithium hydroxide solution that has undergone the steps, a calcium removal step of removing calcium ions in the lithium hydroxide solution using a cation exchange resin and / or a chelate resin, and a calcium hydroxide removal step. It includes an analysis step.

上述した水酸化リチウムの製造方法によれば、炭酸リチウムから比較的低コストで水酸化リチウムを得ることができる。 According to the above-mentioned method for producing lithium hydroxide, lithium hydroxide can be obtained from lithium carbonate at a relatively low cost.

一の実施形態に係る水酸化リチウムの製造方法を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the manufacturing method of lithium hydroxide which concerns on one Embodiment. 図1の水酸化リチウムの製造方法で用いることのできる炭酸リチウムを得る過程の例を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the example of the process of obtaining lithium carbonate which can be used in the manufacturing method of lithium hydroxide of FIG. 試験例2の樹脂通液後の水酸化リチウム溶液のリチウム濃度及びカルシウム濃度とBV(Bed Volume)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the lithium concentration and the calcium concentration of the lithium hydroxide solution after passing through the resin of Test Example 2 and BV (Bed Volume).

以下に、この明細書で開示する実施の形態について詳細に説明する。
一の実施形態に係る水酸化リチウムの製造方法は、炭酸リチウムから水酸化リチウムを製造する方法であって、たとえば図1に示すように、炭酸リチウムを水酸化カルシウムと液中で反応させ、水酸化リチウム溶液を得る水酸化工程と、陽イオン交換樹脂及び/又はキレート樹脂を用いて、水酸化リチウム溶液中のカルシウムイオンを吸着して除去するカルシウム除去工程と、カルシウム除去工程を経た水酸化リチウム溶液中の水酸化リチウムを析出させる晶析工程とを含む。
Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail.
The method for producing lithium hydroxide according to one embodiment is a method for producing lithium hydroxide from lithium carbonate. For example, as shown in FIG. 1, lithium carbonate is reacted with calcium hydroxide in a solution and water is used. Lithium hydroxide that has undergone a hydroxylation step to obtain a lithium oxide solution, a calcium removal step of adsorbing and removing calcium ions in the lithium hydroxide solution using a cation exchange resin and / or a chelate resin, and a calcium removal step. It includes a crystallization step of precipitating lithium hydroxide in the solution.

水酸化リチウムは炭酸リチウムよりも融点が低く、リチウムイオン二次電池の正極材の原料等として有効に用いられる可能性がある。それ故に、この実施形態では、炭酸リチウムから、水酸化リチウムを低コストで容易に製造する。特にここでは、製造しようとする水酸化リチウム中の不純物を十分に低減し、正極材の原料として好適に用いられる程度の高純度の水酸化リチウムを製造することを目的とする。 Lithium hydroxide has a lower melting point than lithium carbonate, and may be effectively used as a raw material for a positive electrode material of a lithium ion secondary battery. Therefore, in this embodiment, lithium hydroxide can be easily produced from lithium carbonate at low cost. In particular, here, it is an object of the present invention to sufficiently reduce impurities in lithium hydroxide to be produced and to produce high-purity lithium hydroxide suitable for use as a raw material for a positive electrode material.

ここで、炭酸リチウムを水酸化カルシウムと反応させる水酸化工程により、Li2CO3+Ca(OH)2→2LiOH+CaCO3の式に基づいて、水酸化リチウムを比較的簡易に得ることができる。当該反応後、その反応で生成する炭酸カルシウムはある程度、固液分離によって取り除くことができる。
但し、水酸化リチウム溶液にカルシウムイオンが残留することは避けられず、このまま晶析しても当該カルシウムの存在によって水酸化リチウムの純度が低下する。
Here, lithium hydroxide can be obtained relatively easily based on the formula of Li 2 CO 3 + Ca (OH) 2 → 2 LiOH + CaCO 3 by the hydroxylation step of reacting lithium carbonate with calcium hydroxide. After the reaction, the calcium carbonate produced by the reaction can be removed to some extent by solid-liquid separation.
However, it is inevitable that calcium ions will remain in the lithium hydroxide solution, and even if crystallization occurs as it is, the purity of lithium hydroxide will decrease due to the presence of the calcium.

そこで、この実施形態では、水酸化工程の後に、水酸化工程での水酸化カルシウムの添加に起因して水酸化リチウム溶液中に存在するカルシウムイオンを、陽イオン交換樹脂及び/又はキレート樹脂で吸着して除去するカルシウム除去工程を行い、その後に晶析工程を行う。これにより、カルシウム含有量の低い高純度の水酸化リチウムが得られる。 Therefore, in this embodiment, after the hydroxylation step, calcium ions existing in the lithium hydroxide solution due to the addition of calcium hydroxide in the hydroxylation step are adsorbed by the cation exchange resin and / or the chelate resin. The calcium removal step of removing the calcium is carried out, and then the crystallization step is carried out. As a result, high-purity lithium hydroxide having a low calcium content can be obtained.

(炭酸リチウム)
水酸化リチウムの製造の原料とする炭酸リチウムは、たとえば、リチウムイオン二次電池廃棄物から有価金属を回収するプロセス等で得られるものとすることができる。
(Lithium carbonate)
Lithium carbonate, which is a raw material for producing lithium hydroxide, can be obtained, for example, by a process of recovering valuable metals from lithium ion secondary battery waste.

リチウムイオン二次電池は、その周囲を包み込む外装として、アルミニウムを含む筐体を有する。この筐体としては、たとえば、アルミニウムのみからなるものや、アルミニウム及び鉄、アルミラミネート等を含むものがある。また、リチウムイオン二次電池は、上記の筐体内に、リチウム、ニッケル、コバルト及びマンガンからなる群から選択される一種の単独金属酸化物又は、二種以上の複合金属酸化物等からなる正極活物質や、正極活物質が、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVDF)その他の有機バインダー等によって塗布されて固着されたアルミニウム箔(正極基材)を含むことがある。またその他に、リチウムイオン二次電池には、銅、鉄等が含まれる場合がある。さらに、リチウムイオン二次電池には通常、筐体内に電解液が含まれる。電解液としては、たとえば、エチレンカルボナート、ジエチルカルボナート等が使用されることがある。
このようなリチウムイオン二次電池廃棄物から得られる炭酸リチウムの例を以下に示す。
The lithium ion secondary battery has a housing containing aluminum as an exterior wrapping around the lithium ion secondary battery. As the housing, for example, there are those made of only aluminum and those containing aluminum, iron, aluminum laminate and the like. Further, the lithium ion secondary battery has a positive electrode activity in the above-mentioned housing, which is composed of a single metal oxide selected from the group consisting of lithium, nickel, cobalt and manganese, or a composite metal oxide of two or more kinds. The material or the positive electrode active material may include an aluminum foil (positive electrode base material) coated and fixed with, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) or other organic binder. In addition, the lithium ion secondary battery may contain copper, iron and the like. Further, the lithium ion secondary battery usually contains an electrolytic solution in the housing. As the electrolytic solution, for example, ethylene carbonate, diethyl carbonate and the like may be used.
An example of lithium carbonate obtained from such lithium ion secondary battery waste is shown below.

(リチウム溶解工程)
図2に例示するように、リチウムイオン二次電池廃棄物を、必要に応じて焙焼・破砕・篩別等で処理した後、そこに含まれるリチウムを水又は酸性溶液で溶解させるリチウム溶解工程で、リチウムを含有する溶解液(以下、リチウム溶解液と称する。)が得られる。リチウム溶解工程は、リチウムが溶解するにつれてアルカリ性を示すので、最終的にリチウム溶解液のpHが7〜10になるように、必要に応じてpHを調整してもよい。この場合、pHが7〜10であれば、コバルト、ニッケルやアルミニウム等の溶出を抑制して、主としてリチウムを選択的に溶解させることができるからである。
(Lithium melting process)
As illustrated in FIG. 2, a lithium ion dissolution step of treating lithium ion secondary battery waste by roasting, crushing, sieving, etc., if necessary, and then dissolving the lithium contained therein in water or an acidic solution. Then, a solution containing lithium (hereinafter referred to as a lithium solution) can be obtained. Since the lithium dissolution step becomes alkaline as lithium dissolves, the pH of the lithium solution may be adjusted as necessary so that the pH of the lithium solution is finally 7 to 10. In this case, if the pH is 7 to 10, the elution of cobalt, nickel, aluminum and the like can be suppressed, and mainly lithium can be selectively dissolved.

リチウム溶解工程では、たとえば、炭酸ガスの吹き込み又は炭酸塩もしくは炭酸水の供給等により炭酸イオンを供給しながらリチウムを溶解することができる。この場合、炭酸リチウムについてはH2O+CO2→H2CO3及びLi2CO3+H2CO3→2LiHoCO3の反応、水酸化リチウムや酸化リチウムについては、2LiOH→Li2O+H2O及びLi2O+H2CO3+CO2→2LiHCO3や、Li2O+CO2→Li2CO3及びLi2CO3+H2CO3→2LiHoCO3の反応の下、リチウム溶解液としての炭酸水素リチウム溶液が得られる。炭酸ガスの吹き込みは、不純物の混入が抑えられるうえ、液量増加を抑制出来ることから、リチウム濃度の希釈が起こらない点で好ましい。なお、炭酸塩を添加する場合における炭酸塩の具体例としては、炭酸ナトリウム等を挙げることができ、この場合の炭酸塩の添加量は、たとえば1.0〜2.0倍モル当量、好ましくは1.0〜1.2倍モル当量とすることができる。 In the lithium dissolution step, lithium can be dissolved while supplying carbonic acid ions by, for example, blowing carbon dioxide gas or supplying carbonate or carbonated water. In this case, for lithium carbonate, the reaction of H 2 O + CO 2 → H 2 CO 3 and Li 2 CO 3 + H 2 CO 32 LiHoCO 3 , and for lithium hydroxide and lithium oxide, 2 LiOH → Li 2 O + H 2 O and Li 2 Under the reaction of O + H 2 CO 3 + CO 22 LiHCO 3 or Li 2 O + CO 2 → Li 2 CO 3 and Li 2 CO 3 + H 2 CO 32 LiHoCO 3 , a lithium hydrogen carbonate solution as a lithium solution is obtained. The blowing of carbon dioxide gas is preferable in that the contamination of impurities can be suppressed and the increase in the amount of liquid can be suppressed, so that the lithium concentration does not dilute. Specific examples of the carbonate when adding the carbonate include sodium carbonate and the like, and the amount of the carbonate added in this case is, for example, 1.0 to 2.0 times the molar equivalent, preferably 1.0 to 2.0 times the molar equivalent. It can be 1.0 to 1.2 times the molar equivalent.

リチウムイオン二次電池廃棄物を焙焼等で処理した後に水又は酸性溶液で溶解させて得られるリチウム溶解液は、不純物が少なく、後述する水酸化リチウムの原料として好適である。なお、リチウム溶解工程で生じる残渣は、酸浸出、中和及び溶媒抽出等によるコバルトやニッケル等の有価金属の回収プロセスに用いられ得る。 The lithium solution obtained by treating the lithium ion secondary battery waste by roasting or the like and then dissolving it in water or an acidic solution has few impurities and is suitable as a raw material for lithium hydroxide, which will be described later. The residue generated in the lithium dissolution step can be used in the recovery process of valuable metals such as cobalt and nickel by acid leaching, neutralization, solvent extraction and the like.

あるいは、リチウム溶解液は、リチウムイオン二次電池廃棄物を焙焼・破砕・篩別工程で得られた篩下物から先にリチウムを回収せず、すべての元素を浸出して、不純物を除去しながら、有価金属であるコバルト、ニッケル、マンガン等を回収してリチウムが残った溶液としてもよい。 Alternatively, the lithium solution does not recover lithium first from the sieving product obtained by roasting, crushing, and sieving the lithium ion secondary battery waste, but leaches all the elements to remove impurities. At the same time, valuable metals such as cobalt, nickel, and manganese may be recovered to form a solution in which lithium remains.

(リチウム濃縮工程)
リチウム溶解液が炭酸水素リチウム溶液である場合、図2(a)のように、加熱濃縮等によって、リチウム濃度を高めて濃縮することができる。ここでは、リチウム溶解液を、たとえば50℃〜90℃の温度に加熱して濃縮することができる。これにより、リチウム溶解液から炭酸を炭酸ガスとして脱離させることができ、炭酸リチウムが得られる。または、リチウム溶解液に、メタノールやエタノール等を添加して、そのような非水溶媒による炭酸の脱離を行うことも可能である。なかでも、メタノールやエタノールは安価であることから非水溶媒として用いることが好ましい。ここで添加方法として具体的には、リチウム溶解液に対して非水溶媒を混合撹拌することを挙げることができる。
これにより得られる炭酸リチウムは、必要に応じて精製を行うことができる。炭酸リチウムの精製は具体的には、リチウム溶解液からの炭酸の脱離により得られた炭酸リチウムに対してリパルプ洗浄を行うとともに、そこに炭酸ガスを吹き込んで、液中に炭酸を溶解させ、次いで、固液分離により、炭酸水素リチウム溶液と、カルシウムやマグネシウムなどを分離させる。その後、脱炭酸・濃縮を行った後、固液分離により、精製炭酸リチウムと濾液とに分離させる。この精製炭酸リチウム中の不純物品位が高い場合は、さらに洗浄を行うことができる。
(Lithium concentration process)
When the lithium solution is a lithium hydrogen carbonate solution, the lithium concentration can be increased and concentrated by heat concentration or the like as shown in FIG. 2 (a). Here, the lithium solution can be concentrated by heating it to a temperature of, for example, 50 ° C. to 90 ° C. As a result, carbonic acid can be desorbed from the lithium solution as carbon dioxide gas, and lithium carbonate can be obtained. Alternatively, it is also possible to add methanol, ethanol or the like to the lithium solution to remove carbonic acid with such a non-aqueous solvent. Of these, methanol and ethanol are preferably used as non-aqueous solvents because they are inexpensive. Here, as a specific addition method, a non-aqueous solvent may be mixed and stirred with the lithium solution.
The resulting lithium carbonate can be purified as needed. Specifically, in the purification of lithium carbonate, lithium carbonate obtained by desorption of carbonic acid from the lithium solution is washed with repulp, and carbonic acid gas is blown into the lithium carbonate to dissolve the carbonic acid in the solution. Next, the lithium hydrogen carbonate solution is separated from calcium, magnesium, etc. by solid-liquid separation. Then, after decarboxylation and concentration, it is separated into purified lithium carbonate and a filtrate by solid-liquid separation. If the impurity grade in the purified lithium carbonate is high, further cleaning can be performed.

或いは、図2(b)に示すように、リチウム溶解液中のリチウムイオンを溶媒で抽出するとともに、溶媒中のリチウムイオンを逆抽出するリチウム濃縮工程を行ってもよい。溶媒による抽出及び逆抽出のリチウム濃縮工程を行うと、リチウムイオンが濃縮され、たとえば硫酸リチウム溶液等が得られる。なお、このリチウム濃縮工程では、リチウムイオンを抽出した後の溶媒をリチウムイオンを含むリチウム溶液でスクラビングしてもよい。この場合、スクラビングした後の溶媒に対して逆抽出を行う。これにより得られる硫酸リチウム溶液は、後述の炭酸化工程を行うことで、炭酸リチウムとすることができる。この抽出及び逆抽出の詳細について次に説明する。 Alternatively, as shown in FIG. 2B, a lithium concentration step may be performed in which the lithium ions in the lithium solution are extracted with a solvent and the lithium ions in the solvent are back-extracted. When the lithium ion concentration step of extraction with a solvent and back extraction is performed, lithium ions are concentrated to obtain, for example, a lithium sulfate solution. In this lithium concentration step, the solvent after extracting the lithium ions may be scrubbed with a lithium solution containing lithium ions. In this case, back extraction is performed on the solvent after scrubbing. The lithium sulfate solution thus obtained can be made into lithium carbonate by carrying out the carbonation step described later. The details of this extraction and back extraction will be described below.

抽出は具体的には、たとえば、リチウム溶解液(水相)と溶媒(有機相)とを接触させ、ミキサーで撹拌混合し、リチウム溶解液中のリチウムイオン等を溶媒に移行させることにより行う。その後、セトラーで有機相と水相を比重差に基いて分離する。水相に対する有機相の体積比としてのO/A比は、リチウムイオン濃度その他の条件にもよるが、1.5/1.0より大きくすることができる。リチウムイオンの抽出率を高めるため、O/A比を調整し、また抽出段数を増やすことができる。 Specifically, for example, the extraction is carried out by bringing the lithium solution (aqueous phase) and the solvent (organic phase) into contact with each other, stirring and mixing them with a mixer, and transferring lithium ions or the like in the lithium solution to the solvent. Then, the organic phase and the aqueous phase are separated by a settler based on the difference in specific densities. The O / A ratio as the volume ratio of the organic phase to the aqueous phase can be made larger than 1.5 / 1.0, although it depends on the lithium ion concentration and other conditions. In order to increase the extraction rate of lithium ions, the O / A ratio can be adjusted and the number of extraction stages can be increased.

ここでは、リチウム溶解液に対し、溶媒である抽出剤として、ホスホン酸エステル系抽出剤単独もしくは、リン酸エステル系抽出剤単独、または、ホスホン酸エステル系抽出剤とリン酸エステル系抽出剤とを混合した抽出剤を使用することができる。ホスホン酸エステル系抽出剤としては、ニッケルとコバルトの分離効率の観点から2−エチルヘキシルホスホン酸2−エチルヘキシル(商品名:PC−88A、Ionquest801)が好ましい。リン酸エステル系抽出剤としては、たとえばジ−2−エチルヘキシルリン酸(商品名:D2EHPA又はDP8R)等が挙げられる。 Here, the phosphonic acid ester-based extractant alone, the phosphoric acid ester-based extractant alone, or the phosphonic acid ester-based extractant and the phosphoric acid ester-based extractant are used as the solvent with respect to the lithium solution. A mixed extract can be used. As the phosphonic acid ester-based extractant, 2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphonate (trade name: PC-88A, Ionquest801) is preferable from the viewpoint of separation efficiency of nickel and cobalt. Examples of the phosphoric acid ester-based extractant include di-2-ethylhexyl phosphoric acid (trade name: D2EHPA or DP8R).

抽出剤は、必要に応じて、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で希釈して使用することができる。この場合、抽出剤の濃度は、たとえば15体積%〜35体積%とすることができる。 The extractant can be used by diluting it with a hydrocarbon-based organic solvent such as an aromatic-based, paraffin-based, or naphthenic-based solvent, if necessary. In this case, the concentration of the extractant can be, for example, 15% by volume to 35% by volume.

抽出時の平衡pHは7〜8とすることが好ましい。これは、平衡pHが7未満ではリチウム抽出率が低くなると共に、分相不良となるおそれがあり、この一方で、平衡pHが8より高いとpH調整剤由来のアルカリ濃度が高くなる事で、抽出剤と希釈剤が分離する可能性があるからである。この観点から、抽出時の平衡pHは7.2〜7.5とすることがより一層好適である。なお、ここでいう「平衡pH」とは、溶媒抽出操作、スクラビング操作、逆抽出操作後に静置し、水相と油相を分相させた際の水相のpHのことである。 The equilibrium pH at the time of extraction is preferably 7 to 8. This is because if the equilibrium pH is less than 7, the lithium extraction rate will be low and phase separation may be poor. On the other hand, if the equilibrium pH is higher than 8, the alkali concentration derived from the pH adjuster will be high. This is because the extractant and the diluent may separate. From this point of view, it is more preferable that the equilibrium pH at the time of extraction is 7.2 to 7.5. The "equilibrium pH" referred to here is the pH of the aqueous phase when the aqueous phase and the oil phase are separated by allowing them to stand after the solvent extraction operation, the scrubbing operation, and the back extraction operation.

抽出時に上記のようなpHに調整するため、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム又はアンモニア水その他のアルカリ性溶液等のpH調整剤を用いることができる。なかでも、水酸化ナトリウムは、他の試薬に比べて安価である他、臭気が無い点で好ましい。 In order to adjust the pH to the above level at the time of extraction, a pH adjusting agent such as sodium hydroxide, lithium hydroxide, aqueous ammonia or an alkaline solution can be used. Among them, sodium hydroxide is preferable because it is cheaper than other reagents and has no odor.

リチウムイオンを抽出した溶媒はリチウム溶液でスクラビングすることができる。スクラビングに用いるリチウム溶液中のリチウムイオン濃度は、好ましくは1.0g/L〜10.0g/L、より好ましくは1.0g/L〜5.0g/Lとする。スクラビングの際には、溶媒とリチウム溶液が混ざり合った状態でのpHが5.0〜9.0となるように調整することが好ましく、さらに当該pHが6.0〜8.0となるように調整することがより一層好ましい。 The solvent from which the lithium ions have been extracted can be scrubbed with a lithium solution. The lithium ion concentration in the lithium solution used for scrubbing is preferably 1.0 g / L to 10.0 g / L, and more preferably 1.0 g / L to 5.0 g / L. At the time of scrubbing, it is preferable to adjust the pH of the mixture of the solvent and the lithium solution to be 5.0 to 9.0, and further to adjust the pH to 6.0 to 8.0. It is even more preferable to adjust to.

その後、溶媒から、そこに含まれるリチウムイオンを逆抽出する。逆抽出では、たとえば、酸性水溶液である逆抽出前液を用いて、ミキサー等で撹拌混合する。これにより、溶媒に含まれていたリチウムイオンが水相に移る。 Then, the lithium ions contained therein are back-extracted from the solvent. In the back extraction, for example, a back extraction pre-extraction solution which is an acidic aqueous solution is used, and the mixture is stirred and mixed with a mixer or the like. As a result, the lithium ions contained in the solvent are transferred to the aqueous phase.

逆抽出に用いる逆抽出前液は、硫酸、塩酸、硝酸等の無機酸のいずれでもよいが、なかでも硫酸が好ましい。これは、硫酸を用いることにより、逆抽出後液が硫酸リチウム液となり、これを水酸化リチウムの原料に供する事が可能となるからである。 The pre-extraction liquid used for back extraction may be any of inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid, but sulfuric acid is preferable. This is because by using sulfuric acid, the liquid after back extraction becomes a lithium sulfate liquid, which can be used as a raw material for lithium hydroxide.

逆抽出では、平衡pHが、好ましくは0.5〜2.0の範囲内、より好ましくは1.0〜1.5の範囲内に入るように、pHを維持する。逆抽出時の平衡pHが当該範囲から外れて低くなると、抽出時のpH調整剤量が増えるおそれがある。また平衡pHが当該範囲を超えて高くなると、溶媒中にリチウムイオンが残留することが懸念される。仮に逆抽出を複数段行う場合で、段数を重ねるとpHが上昇してくることがあるが、この場合も、たとえば硫酸を添加する等して、平衡pHが上記の範囲内に維持されるように管理することが好適である。
なお、その他の条件は適宜設定されるが、O/A比は、たとえば1.0以上、好ましくは1.0〜1.5とすることができる。
In the back extraction, the pH is maintained so that the equilibrium pH is preferably in the range of 0.5 to 2.0, more preferably in the range of 1.0 to 1.5. If the equilibrium pH at the time of back extraction is out of the range and becomes low, the amount of the pH adjuster at the time of extraction may increase. Further, when the equilibrium pH becomes higher than the above range, there is a concern that lithium ions may remain in the solvent. If the back extraction is performed in multiple stages, the pH may increase as the number of stages increases. In this case as well, for example, sulfuric acid is added so that the equilibrium pH is maintained within the above range. It is preferable to manage it.
Although other conditions are appropriately set, the O / A ratio can be, for example, 1.0 or more, preferably 1.0 to 1.5.

逆抽出工程で得られる逆抽出後液は、さらに逆抽出前液として逆抽出工程に供することができ、それにより、リチウムイオン濃度をさらに高めることができる。また、逆抽出後液は、リチウム溶液としてスクラビング工程に用いることもできる。 The post-extraction solution obtained in the back-extraction step can be further subjected to the back-extraction step as a pre-extraction solution, whereby the lithium ion concentration can be further increased. The back-extracted liquid can also be used in the scrubbing step as a lithium solution.

逆抽出後液(硫酸リチウム溶液)は、そのリチウムイオン濃度が、たとえば10g/L〜30g/L、典型的には20g/L〜25g/Lである。 The liquid after back extraction (lithium sulfate solution) has a lithium ion concentration of, for example, 10 g / L to 30 g / L, typically 20 g / L to 25 g / L.

特に、上述したようにしてリチウムイオン二次電池廃棄物から得られた硫酸リチウム溶液中のリチウムイオン濃度は、たとえば10.0g/L〜30.0g/L、典型的には20.0g/L〜25.0g/Lである。例えば、カリウム、カルシウム、鉄、銅、亜鉛、アルミ、ニッケル、コバルト、マンガン等は、溶媒抽出前から少ない状態が維持されている。一方、リン、塩素などの不純物は、溶媒抽出前に除去され、低い濃度となる。 In particular, the lithium ion concentration in the lithium sulfate solution obtained from the lithium ion secondary battery waste as described above is, for example, 10.0 g / L to 30.0 g / L, typically 20.0 g / L. It is ~ 25.0 g / L. For example, potassium, calcium, iron, copper, zinc, aluminum, nickel, cobalt, manganese and the like are maintained in a low state even before solvent extraction. On the other hand, impurities such as phosphorus and chlorine are removed before solvent extraction, resulting in a low concentration.

但し、リチウムイオン二次電池廃棄物からの有価金属の回収プロセスだけでなく、液体又は固体の硫酸リチウムが得られる種々のプロセスに適用することが可能である。 However, it can be applied not only to the process of recovering valuable metals from lithium ion secondary battery waste but also to various processes for obtaining liquid or solid lithium sulfate.

(炭酸化工程)
上述したリチウム濃縮工程で溶媒による抽出及び逆抽出を行うことにより、たとえば炭酸リチウムの溶解度以上にリチウム濃度を濃縮し、図2(b)に示すように、硫酸リチウム溶液が得られた場合、炭酸化工程を行う。
(Carbonation process)
By performing extraction with a solvent and back extraction in the above-mentioned lithium concentration step, for example, the lithium concentration is concentrated above the solubility of lithium carbonate, and as shown in FIG. 2 (b), when a lithium sulfate solution is obtained, carbon dioxide is obtained. Perform the chemical conversion process.

ここでは、硫酸リチウム溶液に炭酸塩を添加し、又は炭酸ガスを吹き込むことにより、硫酸リチウム溶液中のリチウムイオンを炭酸リチウムとする。炭酸塩の添加ないし炭酸ガスの吹込み後は、たとえば、液温を20℃〜50℃の範囲内として、必要に応じて撹拌して所定の時間を保持する。炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム等を挙げることができるが、回収率の観点から炭酸ナトリウムが好ましい。 Here, by adding a carbonate to the lithium sulfate solution or blowing carbon dioxide gas, the lithium ions in the lithium sulfate solution are converted into lithium carbonate. After the addition of the carbonate or the blowing of the carbon dioxide gas, for example, the liquid temperature is set in the range of 20 ° C. to 50 ° C., and the mixture is stirred as necessary to maintain a predetermined time. Examples of the carbonate include sodium carbonate, ammonium carbonate and the like, but sodium carbonate is preferable from the viewpoint of recovery rate.

炭酸化の際の硫酸リチウム溶液のpHは10〜13と比較的高くすることが好適である。pHが低い状態で炭酸塩を添加すると炭酸ガスとして抜けてしまうので、反応効率が低下することが懸念される。 It is preferable that the pH of the lithium sulfate solution at the time of carbonation is relatively high, 10 to 13. If carbonate is added in a low pH state, it will be released as carbon dioxide gas, so there is a concern that the reaction efficiency will decrease.

硫酸リチウム溶液に対して炭酸化工程を行うにより、炭酸リチウムが得られる。 Lithium carbonate is obtained by performing a carbonation step on a lithium sulfate solution.

(水酸化工程)
Caを用いた水酸化工程では、上記の炭酸リチウムを液中で水酸化カルシウムと反応させ、水酸化リチウム溶液を得る。ここでの反応は、Li2CO3+Ca(OH)2→2LiOH+CaCO3で表すことができる。これにより、水酸化リチウムが溶解した水酸化リチウム溶液が生成し、炭酸カルシウムが沈殿する。水酸化工程で水酸化カルシウムを用いることは、たとえば硫酸リチウムを炭酸リチウムに変換したのち、炭酸リチウムと化成反応により水酸化リチウム溶液を生成できる点で有効である。
(Hydroxide process)
In the hydroxylation step using Ca, the above lithium carbonate is reacted with calcium hydroxide in a solution to obtain a lithium hydroxide solution. The reaction here can be represented by Li 2 CO 3 + Ca (OH) 2 → 2 LiOH + CaCO 3. As a result, a lithium hydroxide solution in which lithium hydroxide is dissolved is generated, and calcium carbonate is precipitated. The use of calcium hydroxide in the hydroxylation step is effective in that, for example, after converting lithium sulfate to lithium carbonate, a lithium hydroxide solution can be produced by a chemical reaction with lithium carbonate.

より詳細には、炭酸リチウム溶液の場合、その炭酸リチウム溶液に水酸化カルシウムを添加し、液中で反応させる。あるいは、固体の炭酸リチウムの場合、水等の液体中に、当該炭酸リチウム及び水酸化カルシウムを添加してスラリーとし、反応を生じさせる。 More specifically, in the case of a lithium carbonate solution, calcium hydroxide is added to the lithium carbonate solution and reacted in the solution. Alternatively, in the case of solid lithium carbonate, the lithium carbonate and calcium hydroxide are added to a liquid such as water to form a slurry, which causes a reaction.

水酸化カルシウムは、上記の反応式においてモル等量で水酸化リチウムに対して1.05倍〜1.10倍添加することが好ましい。水酸化カルシウムの添加量が過剰である場合は、反応に寄与しない水酸化カルシウムが増える。反応に寄与しない水酸化カルシウムは固液分離時の残渣量増加、および、晶析の際に不純物となるため、カルシウム除去工程の負荷が高くなり、トータルコスト増加となるおそれがある。 In the above reaction formula, calcium hydroxide is preferably added 1.05 to 1.10 times as much as lithium hydroxide in a molar equivalent amount. If the amount of calcium hydroxide added is excessive, the amount of calcium hydroxide that does not contribute to the reaction increases. Calcium hydroxide, which does not contribute to the reaction, increases the amount of residue during solid-liquid separation and becomes an impurity during crystallization, which increases the load on the calcium removal step and may increase the total cost.

炭酸リチウムと水酸化カルシウムとを反応させる際に、液体のpHは、9以上あればよい。上限は特には規定しないが、pHが12を超えると過剰になるだけなので、12以下が好ましい。pHが低いと、炭酸リチウムから水酸化リチウムへの反応が不十分になるおそれがあり、この一方で、pHが高いと、水酸化カルシウムが過剰であり、薬剤コスト、除去のためのコストがかかるおそれがある。 When reacting lithium carbonate with calcium hydroxide, the pH of the liquid may be 9 or more. The upper limit is not particularly specified, but if the pH exceeds 12, it will only become excessive, so 12 or less is preferable. If the pH is low, the reaction from lithium carbonate to lithium hydroxide may be insufficient, while if the pH is high, calcium hydroxide is excessive, resulting in drug cost and cost for removal. There is a risk.

上記の反応で生成される炭酸カルシウムの多くは、反応後に、シックナーもしくはフィルタープレス等を用いて固液分離を行うことにより除去することができる。つまり、反応後の固液分離により、水酸化リチウム溶液から炭酸カルシウムのほとんどを分離させることができる。 Most of the calcium carbonate produced by the above reaction can be removed by performing solid-liquid separation using a thickener or a filter press after the reaction. That is, most of the calcium carbonate can be separated from the lithium hydroxide solution by solid-liquid separation after the reaction.

但し、固液分離を行っても、水酸化リチウム溶液にはカルシウムが溶解して残留し得る。水酸化リチウム溶液に含まれるカルシウムイオンは、晶析後の水酸化リチウムの品位を低下させるので、この実施形態では、次に述べるカルシウム除去工程を行って取り除く。 However, even if solid-liquid separation is performed, calcium may dissolve and remain in the lithium hydroxide solution. Calcium ions contained in the lithium hydroxide solution deteriorate the quality of lithium hydroxide after crystallization. Therefore, in this embodiment, the calcium ion is removed by performing the calcium removal step described below.

(カルシウム除去工程)
カルシウム除去工程では、上記水酸化工程で得られた水酸化リチウム溶液中のカルシウムイオンを除去するため、水酸化リチウム溶液を陽イオン交換樹脂及び/又はキレート樹脂と接触させて、当該不純物を除去する。具体的には、水酸化リチウム溶液を当該樹脂に通液する。これにより、水酸化リチウム溶液に含まれ得るカルシウムイオンが当該樹脂に吸着されるので、水酸化リチウム溶液からカルシウムを除去することができる。その結果として、後述の晶析工程後に高純度の水酸化リチウムを得ることができる。
(Calcium removal process)
In the calcium removal step, in order to remove calcium ions in the lithium hydroxide solution obtained in the above-mentioned hydroxylation step, the lithium hydroxide solution is brought into contact with a cation exchange resin and / or a chelate resin to remove the impurities. .. Specifically, a lithium hydroxide solution is passed through the resin. As a result, calcium ions that can be contained in the lithium hydroxide solution are adsorbed on the resin, so that calcium can be removed from the lithium hydroxide solution. As a result, high-purity lithium hydroxide can be obtained after the crystallization step described later.

ここでは、カルシウム除去工程で、水酸化リチウム溶液中のカルシウムイオンが効率よく除去されるように樹脂及び条件を選定することが重要である。 Here, it is important to select the resin and conditions so that the calcium ions in the lithium hydroxide solution are efficiently removed in the calcium removal step.

カルシウムイオン等を除去する樹脂は、陽イオン交換樹脂及びキレート樹脂のうちの少なくとも一方とする。なお、水酸化リチウム溶液を、陽イオン交換樹脂又はキレート樹脂のいずれか一方と接触させた後、さらに他方と接触させてもよい。つまり、樹脂吸着の処理を複数段階にわたって行ってもよい。 The resin from which calcium ions and the like are removed is at least one of a cation exchange resin and a chelate resin. The lithium hydroxide solution may be brought into contact with either the cation exchange resin or the chelate resin, and then with the other. That is, the resin adsorption process may be performed in a plurality of steps.

陽イオン交換樹脂とは、表面に酸性基を持つことによって陽イオンと結合する合成樹脂である。キレート樹脂は、金属イオンとの錯体を生成する官能基を持つ樹脂である。水酸化リチウム溶液にはカルシウムイオンの他、リチウムイオン等が含まれるので、この不純物除去工程では、リチウムイオンとの選択性の差が高い陽イオン交換樹脂及び/又はキレート樹脂を用いることが望ましい。 A cation exchange resin is a synthetic resin that binds to cations by having an acidic group on the surface. The chelate resin is a resin having a functional group that forms a complex with a metal ion. Since the lithium hydroxide solution contains lithium ions and the like in addition to calcium ions, it is desirable to use a cation exchange resin and / or a chelate resin having a high selectivity difference from lithium ions in this impurity removal step.

陽イオン交換樹脂を用いる場合は、当該陽イオン交換樹脂としては、官能基としてカルボキシル基を持つ弱酸性陽イオン交換樹脂を使用することが好ましい。強酸性陽イオン交換樹脂は、一価金属と二価金属の選択性の差が低いため、通液の比較的早い段階から二価金属がリークするおそれがある。一方、弱酸性陽イオン交換樹脂は、二個のカルボキシル基で金属を挟み込むように吸着することから、二価の金属への選択性が高い。特に、イオン交換容量が高く物理強度に優れた弱酸性陽イオン交換樹脂が好適である。 When a cation exchange resin is used, it is preferable to use a weakly acidic cation exchange resin having a carboxyl group as a functional group as the cation exchange resin. Since the strong acid cation exchange resin has a low difference in selectivity between the monovalent metal and the divalent metal, the divalent metal may leak from a relatively early stage of liquid passage. On the other hand, the weakly acidic cation exchange resin has high selectivity for a divalent metal because it is adsorbed so as to sandwich the metal between two carboxyl groups. In particular, a weakly acidic cation exchange resin having a high ion exchange capacity and excellent physical strength is suitable.

キレート樹脂は、官能基のイオン交換+配位結合によるキレート効果により特定の金属に対する選択性が高い。特にリチウムイオン等も共存する水酸化リチウム溶液では、キレート樹脂を有効に用いることができる。キレート樹脂にはイミノジ酢酸タイプやアミノリン酸タイプがあるが、なかでも、アミノリン酸タイプのキレート樹脂は、一価のイオンに対するカルシウム等の選択性が他のキレート樹脂より高い点で好ましい。 The chelate resin has high selectivity for a specific metal due to the chelating effect of the ion exchange of functional groups and the coordination bond. In particular, a chelate resin can be effectively used in a lithium hydroxide solution in which lithium ions and the like coexist. There are iminodiacetic acid type and aminophosphate type chelating resins. Among them, the aminophosphate type chelating resin is preferable in that the selectivity of calcium and the like with respect to monovalent ions is higher than that of other chelating resins.

陽イオン交換樹脂又はキレート樹脂をカラム内に充填し、該カラムに水酸化リチウム溶液を通す場合、カラム内での空間速度(SV)は、5〜20の範囲とすることが好ましい。この空間速度(SV)は、カラム内に充填した陽イオン交換樹脂又はキレート樹脂に対する、一時間当たりの水酸化リチウム溶液の通過量の比(倍量)を意味する。一般に空間速度(SV)が速すぎると、当該樹脂へのカルシウムイオンの吸着時間が足りず、水酸化リチウム溶液中のカルシウムイオンが十分に除去されないことが懸念される。なお、空間速度(SV)が遅すぎると処理速度の低下により処理時間が増大する。 When the column is filled with a cation exchange resin or a chelate resin and a lithium hydroxide solution is passed through the column, the space velocity (SV) in the column is preferably in the range of 5 to 20. This space velocity (SV) means the ratio (double amount) of the amount of passage of the lithium hydroxide solution per hour to the cation exchange resin or chelate resin packed in the column. Generally, if the space velocity (SV) is too high, there is a concern that the adsorption time of calcium ions on the resin is insufficient and the calcium ions in the lithium hydroxide solution are not sufficiently removed. If the space speed (SV) is too slow, the processing speed decreases and the processing time increases.

水酸化リチウム溶液を陽イオン交換樹脂及び/又はキレート樹脂と接触させる際に、水酸化リチウム溶液のpHは9以上、すなわち水酸化リチウム溶液はアルカリ性とすることが好ましい。これは、ここでの水酸化リチウム溶液のpHを9未満とした場合は、ここで用いる樹脂によっては、カルシウムイオンの除去効率が低下することや、リチウムイオンまで吸着してしまう可能性が考えられるからである。樹脂と接触させる際の水酸化リチウム溶液のpHは、選定する樹脂の種類等に応じて変更することもある。 When the lithium hydroxide solution is brought into contact with the cation exchange resin and / or the chelate resin, the pH of the lithium hydroxide solution is preferably 9 or more, that is, the lithium hydroxide solution is preferably alkaline. This is because if the pH of the lithium hydroxide solution here is less than 9, the removal efficiency of calcium ions may decrease or even lithium ions may be adsorbed depending on the resin used here. Because. The pH of the lithium hydroxide solution at the time of contact with the resin may be changed depending on the type of resin to be selected and the like.

(晶析工程)
晶析工程では、上記のカルシウム除去工程で不純物を除去した水酸化リチウム溶液中の水酸化リチウムを析出させる。それにより、水酸化リチウムを得ることができる。
(Crystalization process)
In the crystallization step, lithium hydroxide in the lithium hydroxide solution from which impurities have been removed in the above calcium removal step is precipitated. Thereby, lithium hydroxide can be obtained.

晶析工程では、水酸化リチウムを析出させるため、加熱濃縮又は減圧蒸留等の晶析操作を行うことができる。加熱濃縮の場合、晶析時の温度は高いほど処理が速く進むので好ましい。ただし、晶析後、晶析物の乾燥時の温度は、結晶水が脱離しない60℃未満の温度で実施するのが好ましい。結晶水が脱離すると、無水の水酸化リチウムとなり潮解性を有するため取り扱いが困難となるからである。 In the crystallization step, since lithium hydroxide is precipitated, a crystallization operation such as heat concentration or vacuum distillation can be performed. In the case of heat concentration, the higher the temperature at the time of crystallization, the faster the treatment proceeds, which is preferable. However, after crystallization, the drying temperature of the crystallized product is preferably a temperature of less than 60 ° C. at which water of crystallization does not desorb. This is because when the water of crystallization is desorbed, it becomes anhydrous lithium hydroxide and has deliquescent property, which makes it difficult to handle.

なおその後、上記の水酸化リチウムを、必要な物性に調整するため、粉砕処理等を行うことができる。 After that, in order to adjust the above-mentioned lithium hydroxide to the required physical properties, a pulverization treatment or the like can be performed.

これにより得られた水酸化リチウムは、上述したカルシウム除去工程を経たことにより、カルシウム含有量が、たとえば10質量ppm以下に十分に低減されたものになる。このような高純度の水酸化リチウムは、リチウムイオン二次電池の製造の原料として用いることに適している。 The lithium hydroxide thus obtained has a calcium content sufficiently reduced to, for example, 10 mass ppm or less by undergoing the above-mentioned calcium removal step. Such high-purity lithium hydroxide is suitable for use as a raw material for manufacturing a lithium ion secondary battery.

次に、上述したような水酸化リチウムの製造方法を試験的に実施し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、それに限定されることを意図するものではない。 Next, the above-mentioned method for producing lithium hydroxide was carried out on a trial basis, and its effect was confirmed, which will be described below. However, the description here is for the purpose of mere illustration, and is not intended to be limited thereto.

(試験例1)
250gの炭酸リチウム、648gの水酸化カルシウムを、5000mLの水に添加した後、濾過による固液分離を行い、水酸化リチウム溶液を得た。水酸化リチウム溶液中のLi濃度は6.0g/L、Ca濃度は0.03g/L、pHは12であった。
(Test Example 1)
After adding 250 g of lithium carbonate and 648 g of calcium hydroxide to 5000 mL of water, solid-liquid separation by filtration was performed to obtain a lithium hydroxide solution. The Li concentration in the lithium hydroxide solution was 6.0 g / L, the Ca concentration was 0.03 g / L, and the pH was 12.

実施例1では、上記のようにして得られた水酸化リチウム溶液を室温下で、カルボキシル基を持つ陽イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製のAMBERLITE IRC76)を20mL充填したカラムに通して、不純物の除去を行った。この通液の際の水酸化リチウム溶液のpHは12であり、空間速度(SV)は9とした。 In Example 1, the lithium hydroxide solution obtained as described above is passed through a column packed with 20 mL of a cation exchange resin having a carboxyl group (AMBERLITE IRC76 manufactured by Organo Corporation) at room temperature to remove impurities. It was removed. The pH of the lithium hydroxide solution during this liquid passage was 12, and the space velocity (SV) was 9.

実施例2では、上記の水酸化リチウム溶液を室温下で、キレート樹脂(オルガノ株式会社製のAMBERLITE IRC747UPS)を20mL充填したカラムに通して、不純物の除去を行った。この通液の際の水酸化リチウム溶液のpHは12であり、空間速度(SV)は9とした。 In Example 2, impurities were removed by passing the above lithium hydroxide solution at room temperature through a column filled with 20 mL of a chelate resin (AMBERLITE IRC747UPS manufactured by Organo Corporation). The pH of the lithium hydroxide solution during this liquid passage was 12, and the space velocity (SV) was 9.

比較例1では、上記の水酸化リチウム溶液に対して樹脂吸着を行わなかった。 In Comparative Example 1, resin adsorption was not performed on the above lithium hydroxide solution.

その後、実施例1及び2並びに比較例1のいずれについても、50℃の温度で水酸化リチウム溶液を加熱濃縮し、水酸化リチウムを晶析させた。 Then, in each of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the lithium hydroxide solution was heated and concentrated at a temperature of 50 ° C. to crystallize lithium hydroxide.

上記の実施例1及び2並びに比較例1のそれぞれで得られた水酸化リチウムの不純物含有量を表1に示す。 Table 1 shows the impurity content of lithium hydroxide obtained in each of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 above.

Figure 2021172537
Figure 2021172537

表1より、実施例1及び2はいずれも、比較例1に比して、水酸化リチウム中のCa含有量が十分に低減されていることから、陽イオン交換樹脂やキレート樹脂による処理でカルシウムイオンが有効に除去されたことが解かる。 From Table 1, since the Ca content in lithium hydroxide was sufficiently reduced in both Examples 1 and 2 as compared with Comparative Example 1, calcium was treated with a cation exchange resin or a chelate resin. It can be seen that the ions were effectively removed.

(試験例2)
上述した実施例1で用いた陽イオン交換樹脂及び、実施例2で用いたキレート樹脂のそれぞれについて、樹脂量に対し通水する流量倍数であるBV(Bed Volume)を変化させた際の、当該樹脂に通液した後の水酸化リチウム溶液中のLi濃度及びCa濃度の変化を確認した。BVは、BV=通液量(L)/樹脂体積(L)で表される。なおここでは、試験例1と同様の水酸化リチウム溶液を用いた。その結果を図3にグラフで示す。
(Test Example 2)
For each of the cation exchange resin used in Example 1 and the chelate resin used in Example 2 described above, when the BV (Bed Volume), which is a flow rate multiple of the amount of water flowing through the resin, is changed. Changes in Li concentration and Ca concentration in the lithium hydroxide solution after passing through the resin were confirmed. BV is represented by BV = liquid flow rate (L) / resin volume (L). Here, the same lithium hydroxide solution as in Test Example 1 was used. The result is shown in a graph in FIG.

図3より、BVの比較的広範囲にわたって、通液後の水酸化リチウム溶液中の高いLi濃度及び、低いCa濃度が維持されていることが解かる。したがって、これによれば、硫酸リチウムから比較的高純度の水酸化リチウムを製造することに寄与できることが解かった。 From FIG. 3, it can be seen that the high Li concentration and the low Ca concentration in the lithium hydroxide solution after passing the liquid are maintained over a relatively wide range of BV. Therefore, it was found that this can contribute to the production of relatively high-purity lithium hydroxide from lithium sulfate.

(試験例3)
焙焼後のリチウムイオン二次電池廃棄物中のリチウムを水又は酸性溶液で溶解させて、得られたリチウム溶解液から溶媒によりリチウムイオンを抽出、抽出後の溶媒をリチウム溶液でスクラビングし、スクラビングを経た後の溶媒からリチウムイオンを逆抽出し、それにより逆抽出後液としての硫酸リチウム溶液を得た。逆抽出後液の不純物組成を表2に示す。
(Test Example 3)
Lithium ion after roasting Lithium in secondary battery waste is dissolved in water or an acidic solution, lithium ions are extracted from the obtained lithium solution with a solvent, and the solvent after extraction is scrubbed with a lithium solution for scrubbing. Lithium ions were back-extracted from the solvent after the process, thereby obtaining a lithium sulfate solution as a solution after back-extraction. Table 2 shows the impurity composition of the liquid after back extraction.

Figure 2021172537
Figure 2021172537

上記の硫酸リチウム溶液に対して、炭酸ナトリウムを添加して炭酸化を行った後、水酸化カルシウムを添加し、濾過による固液分離を行い、水酸化リチウム溶液を得た。実施例1で用いた陽イオン交換樹脂及び、実施例2で用いたキレート樹脂のそれぞれを用いて、当該樹脂に通液した後の水酸化リチウム溶液を50℃の温度で加熱濃縮し、水酸化リチウムを晶析させた。
その結果、表1の実施例1及び実施例2と同様の水準の高純度の水酸化リチウムが得られた。
Sodium carbonate was added to the above lithium sulfate solution for carbonation, calcium hydroxide was added, and solid-liquid separation was performed by filtration to obtain a lithium hydroxide solution. Using each of the cation exchange resin used in Example 1 and the chelate resin used in Example 2, the lithium hydroxide solution after passing through the resin was heated and concentrated at a temperature of 50 ° C. to hydroxylate. Lithium was crystallized.
As a result, high-purity lithium hydroxide at the same level as in Examples 1 and 2 in Table 1 was obtained.

Claims (6)

炭酸リチウムから水酸化リチウムを製造する方法であって、
前記炭酸リチウムを水酸化カルシウムと液中で反応させ、水酸化リチウム溶液を得る水酸化工程と、陽イオン交換樹脂及び/又はキレート樹脂を用いて、前記水酸化リチウム溶液中のカルシウムイオンを除去するカルシウム除去工程と、カルシウム除去工程を経た水酸化リチウム溶液で水酸化リチウムを析出させる晶析工程とを含む、水酸化リチウムの製造方法。
A method of producing lithium hydroxide from lithium carbonate.
The calcium ion in the lithium hydroxide solution is removed by reacting the lithium carbonate with calcium hydroxide in a solution to obtain a lithium hydroxide solution and using a cation exchange resin and / or a chelate resin. A method for producing lithium hydroxide, which comprises a calcium removing step and a crystallization step of precipitating lithium hydroxide with a lithium hydroxide solution that has undergone the calcium removing step.
前記カルシウム除去工程で、前記陽イオン交換樹脂及び/又はキレート樹脂と接触させる際の前記水酸化リチウム溶液のpHを9以上とする、請求項1に記載の水酸化リチウムの製造方法。 The method for producing lithium hydroxide according to claim 1, wherein the pH of the lithium hydroxide solution when brought into contact with the cation exchange resin and / or the chelate resin in the calcium removal step is 9 or more. 前記カルシウム除去工程で、前記水酸化リチウム溶液を前記陽イオン交換樹脂及び/又はキレート樹脂に通す際の空間速度(SV)を5〜20とする請求項1又は2に記載の水酸化リチウムの製造方法。 The production of lithium hydroxide according to claim 1 or 2, wherein in the calcium removal step, the space velocity (SV) when the lithium hydroxide solution is passed through the cation exchange resin and / or the chelate resin is 5 to 20. Method. 前記カルシウム除去工程で、官能基としてカルボキシル基を持つ弱酸性陽イオン交換樹脂を用いる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水酸化リチウムの製造方法。 The method for producing lithium hydroxide according to any one of claims 1 to 3, wherein a weakly acidic cation exchange resin having a carboxyl group as a functional group is used in the calcium removal step. 前記炭酸リチウムが、焙焼後のリチウムイオン二次電池廃棄物中のリチウムを水又は酸性溶液で溶解させてリチウム溶解液を得るリチウム溶解工程と、リチウム溶解液のリチウムイオンを濃縮するリチウム濃縮工程とを含む処理で得られたものである請求項1〜4のいずれか一項に記載の水酸化リチウムの製造方法。 The lithium carbonate step of obtaining a lithium solution by dissolving lithium in the lithium ion secondary battery waste after roasting with water or an acidic solution, and the lithium concentration step of concentrating the lithium ions of the lithium solution. The method for producing lithium hydroxide according to any one of claims 1 to 4, which is obtained by a treatment including. リチウムイオン二次電池の製造に用いる水酸化リチウムを製造する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水酸化リチウムの製造方法。 The method for producing lithium hydroxide according to any one of claims 1 to 5, wherein the lithium hydroxide used for producing the lithium ion secondary battery is produced.
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