JP2022180229A - 塩化鉄(ii)の高純度化方法 - Google Patents
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Abstract
Description
エッチング処理によって、エッチング液に含まれる塩化鉄(III)が還元されて塩化鉄(II)になり、塩化鉄(III)の濃度が低下してエッチング効率が悪くなるので、定期的にエッチング液の交換が行われている。
しかしながら、還元処理工程において銅成分、ニッケル成分が除去されても完全に除去されるわけではなく、また、鉄粉を加えても還元されない成分も種々液中には含まれる。塩化鉄(II)を含む溶液中の不純物成分としては、典型元素であるカルシウムや亜鉛、遷移元素である銅、ニッケル、マンガン、コバルト等が挙げられる。これらの不純物が含まれる結果、塩化鉄(II)の純度が低いため、様々な用途(例えば、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーの正極材料や顔料の原料など)に再利用することが難しいという問題があった。
〔1〕
塩化鉄(II)を含む溶液を加熱濃縮し、濃縮液を得る工程(A)と、
前記濃縮液を攪拌しながら冷却し、塩化鉄(II)4水和物の結晶を得る工程(B)とを含み、
前記工程(B)の冷却を冷却速度0.01℃/分~1℃/分で行い、
前記工程(B)の攪拌を回転数10rpm~80rpmで行う、
塩化鉄(II)の高純度化方法。
〔2〕
前記工程(B)の攪拌を回転数20rpm~50rpmで行う、〔1〕に記載の塩化鉄(II)の高純度化方法。
〔3〕
前記工程(B)の冷却を冷却速度0.01℃/分~0.1℃/分で行う、〔1〕又は〔2〕に記載の塩化鉄(II)の高純度化方法。
〔4〕
前記工程(B)で得られる前記結晶の平均粒径が200μm以上である、〔1〕~〔3〕のいずれか1つに記載の塩化鉄(II)の高純度化方法。
〔5〕
前記工程(A)で用いられる前記塩化鉄(II)を含む溶液が、エッチング廃液に由来する溶液である、〔1〕~〔4〕のいずれか1つに記載の塩化鉄(II)の高純度化方法。
〔6〕
前記工程(B)の後に、固液分離工程を含む、〔1〕~〔5〕のいずれか1つに記載の塩化鉄(II)の高純度化方法。
塩化鉄(II)を含む溶液を加熱濃縮し、濃縮液を得る工程(A)と、
前記濃縮液を攪拌しながら冷却し、塩化鉄(II)4水和物の結晶を得る工程(B)とを含み、
前記工程(B)の冷却を冷却速度0.01℃/分~1℃/分で行い、
前記工程(B)の攪拌を回転数10rpm~80rpmで行う、
塩化鉄(II)の高純度化方法である。
工程(A)は、塩化鉄(II)を含む溶液を加熱濃縮し、濃縮液を得る工程である。
工程(A)で用いられる塩化鉄(II)を含む溶液は、塩化鉄(II)を含む水溶液であることが好ましく、エッチング廃液に由来する溶液であることがより好ましい。エッチング廃液に由来する溶液とは、エッチング廃液又はエッチング廃液に対して何らかの処理(例えば酸化処理や還元処理)を行った後の溶液である。エッチング廃液に由来する溶液は通常は鉄以外の金属などの不純物を含有しており、本発明の方法を適用した際に本発明の効果が顕著に現れる。
工程(A)で用いられる塩化鉄(II)を含む溶液は、鉄以外の金属を含むものであることが好ましく、カルシウム、亜鉛、マンガン、コバルト、銅、ニッケルの少なくとも1種を含むものであることがより好ましく、カルシウム及びマンガンの少なくとも1種を含むことが更に好ましい。
工程(A)で用いられる塩化鉄(II)を含む溶液は、例えば、塩化鉄(II)を10~50質量%、カルシウムを100~3000ppm、マンガンを100~3000ppm含むものであってもよい。「ppm」は「parts per million」の略であり、質量基準(「質量ppm」)である。
加熱手段は特に限定されず、公知の加熱手段を用いることができる。
工程(B)は、工程(A)で得られた濃縮液を攪拌しながら冷却し、塩化鉄(II)4水和物の結晶を得る工程である。
回収率(%)=100×{工程(B)で得られた結晶の質量(g)/工程(B)で用いた濃縮液の質量(g)}
工程(B)の冷却速度を上記範囲にすることで、得られる結晶中に不純物として存在する遷移元素(例えば、マンガン、コバルト、銅、ニッケル等)の量を低減させることができ、塩化鉄(II)の純度を高くすることができるため好ましい。
工程(B)で得られる結晶の平均粒径を上記範囲にすることで、結晶と残液を分離する際に固液分離性が向上し、結晶への残液の付着量を低減させることができる。これにより、残液に不純物として存在する典型元素(例えば、カルシウム、亜鉛等)の量を低減させることができ、塩化鉄(II)の純度を高くすることができるため好ましい。
結晶の平均粒径を上記範囲にするためには、工程(B)の冷却速度を0.01℃/分~1℃/分とし、かつ工程(B)の攪拌を回転数10rpm~80rpmで行うことが好ましく、工程(B)の冷却速度を0.01℃/分~0.1℃/分とし、かつ工程(B)の攪拌を回転数20rpm~50rpmで行うことがより好ましい。
結晶の平均粒径は空気透過法により測定することができる。
本発明の塩化鉄(II)の高純度化方法は、前述の工程(A)と工程(B)に加え、更にその他の工程を含むことができる。
その他の工程は特に限定されないが、本発明の塩化鉄(II)の高純度化方法は、工程(B)の後に固液分離工程を含むことが好ましい。
固液分離工程は、工程(B)を経て得られた結晶と残液を分離する工程である。固液分離は公知の手段(例えば、遠心分離機や濾過機)を用いて行うことができる。
下記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む塩化鉄(II)水溶液A100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液をプログラム冷却装置(水槽中の温度をプログラム制御できる装置)に入れ、0.05℃/分の速度で20℃に達するまで冷却を行った。冷却は、攪拌翼を用い、回転数50rpmで濃縮液を攪拌しながら行った。冷却終了後、得られたスラリーを遠心分離機にかけて結晶(塩化鉄(II)4水和物の結晶)を回収した。得られた結晶中の各成分の含有率、回収率、カルシウム及びマンガンの除去率、結晶の平均粒径を表3に示す。結晶の平均粒径は空気透過法により測定した。カルシウム及びマンガンの除去率が高いと、相対的に塩化鉄(II)の純度が高くなるため、高純度化の効果が優れる。
※用いた塩化鉄(II)水溶液のFe濃度になるよう結晶を溶解、希釈させた際の不純物量
実施例1で使用したものと同じ(上記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む)塩化鉄(II)水溶液A100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液をプログラム冷却装置に入れ、0.01℃/分の速度で20℃に達するまで冷却を行った。冷却は、攪拌翼を用い、回転数10rpmで濃縮液を攪拌しながら行った。冷却終了後、得られたスラリーを遠心分離機にかけて結晶(塩化鉄(II)4水和物の結晶)を回収した。得られた結晶中の各成分の含有率、回収率、カルシウム及びマンガンの除去率、結晶の平均粒径を表3に示す。
実施例1で使用したものと同じ(上記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む)塩化鉄(II)水溶液A100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液をプログラム冷却装置に入れ、0.01℃/分の速度で20℃に達するまで冷却を行った。冷却は、攪拌翼を用い、回転数80rpmで濃縮液を攪拌しながら行った。冷却終了後、得られたスラリーを遠心分離機にかけて結晶(塩化鉄(II)4水和物の結晶)を回収した。得られた結晶中の各成分の含有率、回収率、カルシウム及びマンガンの除去率、結晶の平均粒径を表3に示す。
実施例1で使用したものと同じ(上記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む)塩化鉄(II)水溶液A100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液をプログラム冷却装置に入れ、1℃/分の速度で20℃に達するまで冷却を行った。冷却は、攪拌翼を用い、回転数10rpmで濃縮液を攪拌しながら行った。冷却終了後、得られたスラリーを遠心分離機にかけて結晶(塩化鉄(II)4水和物の結晶)を回収した。得られた結晶中の各成分の含有率、回収率、カルシウム及びマンガンの除去率、結晶の平均粒径を表3に示す。
実施例1で使用したものと同じ(上記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む)塩化鉄(II)水溶液A100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液をプログラム冷却装置に入れ、1℃/分の速度で20℃に達するまで冷却を行った。冷却は、攪拌翼を用い、回転数80rpmで濃縮液を攪拌しながら行った。冷却終了後、得られたスラリーを遠心分離機にかけて結晶(塩化鉄(II)4水和物の結晶)を回収した。得られた結晶中の各成分の含有率、回収率、カルシウム及びマンガンの除去率、結晶の平均粒径を表3に示す。
上記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む塩化鉄(II)水溶液B100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液をプログラム冷却装置(水槽中の温度をプログラム制御できる装置)に入れ、0.05℃/分の速度で20℃に達するまで冷却を行った。冷却は、攪拌翼を用い、回転数50rpmで濃縮液を攪拌しながら行った。冷却終了後、得られたスラリーを遠心分離機にかけて結晶(塩化鉄(II)4水和物の結晶)を回収した。得られた結晶中の各成分の含有率、回収率、カルシウム及びマンガンの除去率、結晶の平均粒径を表3に示す。結晶の平均粒径は空気透過法により測定した。
実施例1で使用したものと同じ(上記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む)塩化鉄(II)水溶液A100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液を5℃に設定した恒温槽に入れ、急冷して20℃に達するまで冷却を行った。この際の冷却速度は7.2℃/分であった。冷却は、攪拌翼を用い、回転数200rpmで濃縮液を攪拌しながら行った。冷却終了後、得られたスラリーを遠心分離機にかけて結晶(塩化鉄(II)4水和物の結晶)を回収した。得られた結晶中の各成分の含有率、回収率、カルシウム及びマンガンの除去率、結晶の平均粒径を表3に示す。
実施例1で使用したものと同じ(上記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む)塩化鉄(II)水溶液A100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液を5℃に設定した恒温槽に入れ、急冷して20℃に達するまで冷却を行った。この際の冷却速度は6.5℃/分であった。冷却は、攪拌翼を用い、回転数50rpmで濃縮液を攪拌しながら行った。冷却終了後、得られたスラリーを遠心分離機にかけて結晶(塩化鉄(II)4水和物の結晶)を回収した。得られた結晶中の各成分の含有率、回収率、カルシウム及びマンガンの除去率、結晶の平均粒径を表3に示す。
実施例1で使用したものと同じ(上記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む)塩化鉄(II)水溶液A100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液をプログラム冷却装置に入れ、0.05℃/分の速度で20℃に達するまで冷却を行った。冷却は、攪拌翼を用い、回転数250rpmで濃縮液を攪拌しながら行った。冷却終了後、得られたスラリーを確認したところ、汚泥が生成していた。これは徐冷中(長時間)、急攪拌したことによって液中に空気が過剰に入り込んだことにより、酸化が促進したためである。これでは目的の生成物の他に汚泥が固液分離によって回収されるため、試験を中止した。
実施例1で使用したものと同じ(上記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む)塩化鉄(II)水溶液A100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液をプログラム冷却装置に入れ、0.05℃/分の速度で20℃に達するまで冷却を行った。冷却中は攪拌を行わなかった。冷却終了後、得られたスラリーを遠心分離機にかけて結晶(塩化鉄(II)4水和物の結晶)を回収した。得られた結晶中の各成分の含有率、回収率、カルシウム及びマンガンの除去率、結晶の平均粒径を表3に示す。
実施例1で使用したものと同じ(上記表1に示す成分を表1に示す含有量で含む)塩化鉄(II)水溶液A100gをビーカーに入れ、ヒーターで100℃まで加熱し、100℃における飽和濃度まで加熱濃縮し、濃縮液を得た。得られた濃縮液を5℃に設定した恒温槽に入れ、急冷して20℃に達するまで冷却を行った。この際の冷却速度は7.0℃/分であった。冷却は、攪拌翼を用い、回転数100rpmで濃縮液を攪拌しながら行った。冷却終了後、得られたスラリーを遠心分離機にかけて結晶(塩化鉄(II)4水和物の結晶)を回収した。得られた結晶中の各成分の含有率、回収率、カルシウム及びマンガンの除去率、結晶の平均粒径を表3に示す。
Claims (6)
- 塩化鉄(II)を含む溶液を加熱濃縮し、濃縮液を得る工程(A)と、
前記濃縮液を攪拌しながら冷却し、塩化鉄(II)4水和物の結晶を得る工程(B)とを含み、
前記工程(B)の冷却を冷却速度0.01℃/分~1℃/分で行い、
前記工程(B)の攪拌を回転数10rpm~80rpmで行う、
塩化鉄(II)の高純度化方法。 - 前記工程(B)の攪拌を回転数20rpm~50rpmで行う、請求項1に記載の塩化鉄(II)の高純度化方法。
- 前記工程(B)の冷却を冷却速度0.01℃/分~0.1℃/分で行う、請求項1又は2に記載の塩化鉄(II)の高純度化方法。
- 前記工程(B)で得られる前記結晶の平均粒径が200μm以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の塩化鉄(II)の高純度化方法。
- 前記工程(A)で用いられる前記塩化鉄(II)を含む溶液が、エッチング廃液に由来する溶液である、請求項1~4のいずれか1項に記載の塩化鉄(II)の高純度化方法。
- 前記工程(B)の後に、固液分離工程を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の塩化鉄(II)の高純度化方法。
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