JP2023055031A - Recovery method of salt containing metal species constituting polyvalent rare metal ion or simple substance - Google Patents

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竜馬 宮本
Ryoma MIYAMOTO
雅和 小岩
Masakazu Koiwa
茂久 花田
Shigehisa Hanada
友哉 吉崎
Tomoya Yoshizaki
宜記 岡本
Yoshiki Okamoto
慎一郎 吉冨
Shinichiro Yoshitomi
恭典 征矢
Yasunori Soya
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Abstract

To provide an efficiently recovering method of a polyvalent rare metal ion-derived salt or a rare metal simple substance from a lithium ion battery, a mobile phone, a rare earth magnet and a waste material, a waste liquid, an ore and the like produced in their production processes.SOLUTION: A method to recover a salt containing metal species constituting a polyvalent rare metal ion or a simple substance from a solution X containing the polyvalent rare metal ion includes a step to concentrate the polyvalent rare metal ion by a membrane. The membrane has an isopropyl alcohol removal ratio of 40% or more when permeating an isopropyl alcohol aqueous solution having a pH value of 6.5 at 25°C in an operation pressure of 0.5 MPa.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、多価レアメタルイオンが含まれる溶液に対して、膜による濃縮を行い、多価レアメタルイオンを構成する金属種を含む塩、もしくは、レアメタル単体を高純度かつ高回収率で回収する方法を提供することを目的とする。 The present invention is a method for concentrating a solution containing polyvalent rare metal ions with a membrane, and recovering salts containing metal species that constitute polyvalent rare metal ions or simple rare metals with high purity and high recovery rate. intended to provide

近年、世界の経済発展に伴い、レアメタルの需要拡大が著しい。例えば、コバルトは、特殊鋼および磁性材料の合金用元素として、様々な産業界において広く利用されている。例えば、特殊鋼は、航空宇宙、発電機、特殊工具の分野で用いられており、磁性材料は小型ヘッドフォンおよび小型モーター等に用いられている。コバルトは、リチウムイオン電池の正極材の原料としても使用されており、スマートフォン等の移動式情報処理端末、並びに自動車用および電力貯蔵用の電池の普及に伴い、コバルトの需要は高まっている。また、ニッケルは、光沢と耐食性の高さを活かし、ステンレス鋼として利用されており、近年ではコバルト同様にリチウムイオン電池の材料としての需要が高まっている。 In recent years, the demand for rare metals has increased remarkably along with the economic development of the world. For example, cobalt is widely used in various industries as an alloying element for specialty steels and magnetic materials. For example, special steel is used in the fields of aerospace, generators, and special tools, and magnetic materials are used in small headphones, small motors, and the like. Cobalt is also used as a raw material for positive electrode materials in lithium ion batteries, and with the spread of mobile information processing terminals such as smartphones, and batteries for automobiles and power storage, the demand for cobalt is increasing. Also, nickel is used as stainless steel because of its high luster and corrosion resistance, and in recent years, like cobalt, the demand for nickel as a material for lithium-ion batteries is increasing.

このように、各種レアメタルの需要が高まる中、貴重資源リサイクルの観点から使用済みのリチウムイオン電池やその製造工程から生じる廃材などから、リチウムやコバルト、ニッケルなどの金属イオンを回収する取り組みが推進されている。
例えば、廃リチウムイオン電池を酸浸出させた水溶液から限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜といった分離膜を用いた分離回収方法(特許文献1)が提案されている。
As the demand for various rare metals increases, efforts are being made to recover metal ions such as lithium, cobalt, and nickel from used lithium-ion batteries and waste materials generated from their manufacturing processes from the perspective of recycling valuable resources. ing.
For example, a separation and recovery method using separation membranes such as ultrafiltration membranes, nanofiltration membranes, and reverse osmosis membranes from an aqueous solution obtained by leaching waste lithium ion batteries with acid has been proposed (Patent Document 1).

国際公開第2019/18333号第International Publication No. 2019/18333

しかしながら、従来の方法では、1価のレアメタルイオンの回収を前提としているため、分離膜として、2価レアメタルイオンに対して1価レアメタルイオンの選択分離性を有するナノろ過膜が使用されている。そのため、リチウムなどの1価レアメタルイオンに対して高価なコバルト、ニッケルなどの多価レアメタルイオンがロスする問題があった。 However, since the conventional method is premised on the recovery of monovalent rare metal ions, a nanofiltration membrane that selectively separates monovalent rare metal ions from divalent rare metal ions is used as a separation membrane. Therefore, there is a problem that expensive polyvalent rare metal ions such as cobalt and nickel are lost with respect to monovalent rare metal ions such as lithium.

そこで、本発明の目的は、リチウムイオン電池、携帯電話、希土類磁石や、それらの製造工程で生じる廃材、廃液や鉱石などから、多価レアメタルイオンに由来する塩もしくはレアメタル単体を、ロスを小さく、効率的に回収する方法を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to extract salts derived from polyvalent rare metal ions or rare metal simple substances from lithium ion batteries, mobile phones, rare earth magnets, and waste materials, waste liquids, ores, etc. generated in their manufacturing processes, with small loss. To provide a method for efficiently collecting.

前記課題を解決するために、本発明は下記のいずれかの構成をとる。
[1] 多価レアメタルイオンを含有する溶液Xから、多価レアメタルイオンを構成する金属種を含む塩または単体を回収する方法であって、下記の膜によって前記溶液X中の多価レアメタルイオンを濃縮する工程を含むことを特徴とする回収方法。
(膜)0.5MPaの操作圧力で25℃、pH6.5のイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が40%以上である膜。
[2] 前記溶液XのpHが3以下であり、前記膜が、0.5MPaの操作圧力で25℃、pHが前記溶液XのpHと同一のイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が40%以上である、ことを特徴とする、前記[1]に記載の回収方法。
[3] 前記膜が、0.5MPaの操作圧力で25℃、pH6.5のイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が70%以上である、および/または、0.5MPaの操作圧力で25℃、pH3以下のイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が70%以上である、ことを特徴とする、前記[1]または[2]に記載の回収方法。
[4] 前記溶液Xは、1価レアメタルイオン濃度の総和(mg/L)/多価レアメタルイオン濃度の総和(mg/L)の比が0以上100未満である、ことを特徴とする、前記[1]~[3]のいずれかに記載の回収方法。
[5] 前記多価レアメタルイオンが、コバルトイオン、ニッケルイオン、金イオン、パラジウムイオン、白金イオン、ネオジウムイオン、インジウムイオン、ジスプロジウムイオン、ランタンイオン、イットリウムイオン、タンタルイオン、ニオブイオン、タングステンイオン、モリブデンイオン、のうちの少なくとも一種のイオン、である、前記[1]~[4]のいずれかに記載の回収方法。
[6] 以下の(a)、(b)のいずれかを含むことを特徴とする、前記[1]~[5]のいずれかに記載の回収方法。
(a)前記膜によって、前記溶液Xよりも、多価レアメタルイオンの濃度が高い非透過液と、多価レアメタルイオンの濃度の低い透過液、を得る濃縮工程と、溶媒抽出によって、前記非透過液から、回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が高い液と、前記回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が低い液、を得る分離工程を、この順序で行う。
(b)溶媒抽出によって、前記溶液Xから、回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が高い液と、前記回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が低い液、を得る分離工程と、前記膜によって、多価レアメタルイオンの濃度が高い非透過液と、多価レアメタルイオンの濃度の低い透過液、を得る濃縮工程を、この順序で行う。
[7] 前記溶液Xにおける総金属イオン濃度が50,000mg/L以下の場合、前記(a)を行い、前記溶液Xにおける総金属イオン濃度が50,000mg/Lより大きい場合、前記(b)を行う、[6]に記載の回収方法。
[8] 前記膜は、架橋芳香族ポリアミドを含有し、かつ前記架橋芳香族ポリアミドが下記式(1)または(2)で表される構造のうち少なくとも一方の構造を有する、前記[1]~[7]のいずれかに記載の回収方法。
In order to solve the above problems, the present invention takes any of the following configurations.
[1] A method for recovering, from a solution X containing polyvalent rare metal ions, a salt or simple substance containing metal species constituting polyvalent rare metal ions, wherein the polyvalent rare metal ions in the solution X are separated by the following membrane: A recovery method, comprising a step of concentrating.
(Membrane) A membrane having an isopropyl alcohol removal rate of 40% or more when an isopropyl alcohol aqueous solution having a pH of 6.5 at 25° C. and an operating pressure of 0.5 MPa is permeated.
[2] The solution X has a pH of 3 or less, and the isopropyl alcohol solution when the membrane is permeated with an isopropyl alcohol aqueous solution having the same pH as the solution X at 25° C. under an operating pressure of 0.5 MPa. The recovery method according to the above [1], characterized in that the removal rate is 40% or more.
[3] The membrane has an isopropyl alcohol removal rate of 70% or more when an isopropyl alcohol aqueous solution of pH 6.5 at 25° C. is permeated at an operating pressure of 0.5 MPa, and/or The recovery method according to the above [1] or [2], wherein the isopropyl alcohol removal rate is 70% or more when an isopropyl alcohol aqueous solution having a pH of 3 or less at 25° C. at an operating pressure is permeated.
[4] The solution X is characterized in that the ratio of the total concentration of monovalent rare metal ions (mg/L)/the total concentration of polyvalent rare metal ions (mg/L) is 0 or more and less than 100. The recovery method according to any one of [1] to [3].
[5] The polyvalent rare metal ions are cobalt ions, nickel ions, gold ions, palladium ions, platinum ions, neodymium ions, indium ions, dysprosium ions, lanthanum ions, yttrium ions, tantalum ions, niobium ions, tungsten ions, The recovery method according to any one of the above [1] to [4], wherein the molybdenum ion is at least one type of molybdenum ion.
[6] The recovery method according to any one of the above [1] to [5], characterized by including either of the following (a) or (b).
(a) a concentration step of obtaining a non-permeated liquid having a higher polyvalent rare metal ion concentration than the solution X and a permeated liquid having a lower polyvalent rare metal ion concentration than the solution X by the membrane; A separation step of obtaining a liquid having a high concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered and a liquid having a low concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered from the liquid is performed in this order.
(b) a separation step of obtaining a liquid having a high concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered and a liquid having a low concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered from the solution X by solvent extraction; to obtain a non-permeated liquid having a high concentration of polyvalent rare metal ions and a permeated liquid having a low concentration of polyvalent rare metal ions in this order.
[7] If the total metal ion concentration in the solution X is 50,000 mg/L or less, perform the above (a), and if the total metal ion concentration in the solution X is greater than 50,000 mg/L, perform the above (b) The recovery method according to [6].
[8] The membrane contains a crosslinked aromatic polyamide, and the crosslinked aromatic polyamide has at least one structure represented by the following formula (1) or (2): [1] to The recovery method according to any one of [7].

Figure 2023055031000001
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Figure 2023055031000002
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(Ar~Arは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭素数5~14の芳香族環であり、Rは芳香族環とヘテロ原子のいずれも有さない原子団であり、Xは水素原子もしくはカルボキシ基であり、またR~Rは、それぞれ独立して、水素原子または炭素数が1~10の脂肪族鎖である。) (Ar 1 to Ar 3 are each independently an optionally substituted aromatic ring having 5 to 14 carbon atoms, and R 1 is an atom having neither an aromatic ring nor a hetero atom group, X is a hydrogen atom or a carboxy group, and R 2 to R 5 are each independently a hydrogen atom or an aliphatic chain having 1 to 10 carbon atoms.)

本発明によると、多価レアメタルイオン含有溶液を、特定の条件を満たす膜で処理することにより、多価レアメタルイオンに由来する塩やレアメタル単体を効率的に回収することができる。特に、特定の条件を満たす膜で処理する濃縮工程と溶媒抽出による分離工程とを併用し、しかもそれらを適切な順序で共に行う場合には、多価レアメタルイオンに由来する塩やレアメタル単体をさらに効率的に回収することが可能となる。 According to the present invention, salts derived from polyvalent rare metal ions and simple rare metals can be efficiently recovered by treating a polyvalent rare metal ion-containing solution with a membrane that satisfies specific conditions. In particular, when a concentration step of treating with a membrane that satisfies specific conditions and a separation step by solvent extraction are used in combination, and these steps are performed together in an appropriate order, salts derived from polyvalent rare metal ions and simple rare metals can be added. Efficient recovery is possible.

[1]本発明に供する溶液X
本発明に供する溶液Xは、少なくとも多価レアメタルイオンを含有する溶液であって、1価レアメタルイオンは、含有していなくてもよい。
[1] Solution X for use in the present invention
The solution X used in the present invention is a solution containing at least polyvalent rare metal ions, and may not contain monovalent rare metal ions.

(1)1価レアメタルイオン
1価レアメタルイオンとして、具体的には、リチウム、セシウム、ルビジウムのイオンが挙げられる。
(1) Monovalent Rare Metal Ions Specific examples of monovalent rare metal ions include ions of lithium, cesium, and rubidium.

(2)多価レアメタルイオン
多価レアメタルイオンとして、具体的には、ベリリウム、ホウ素、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、ガリウム、ゲルマニウム、セレン、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、パラジウム、インジウム、アンチモン、テルル、バナジウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、白金、タリウム、ビスマス、ランタノイドに属する金属、のイオンが挙げられる。ランタノイドとは、原子番号57から71までの15元素であり、ランタン、セリウム、プルトニウム、ネオジウム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロジウム、ホフニウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムを指す。
(2) Polyvalent rare metal ions Examples of polyvalent rare metal ions include beryllium, boron, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, cobalt, nickel, gallium, germanium, selenium, strontium, yttrium, zirconium, niobium, Ions of molybdenum, palladium, indium, antimony, tellurium, vanadium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, platinum, thallium, bismuth, and lanthanide metals are included. Lanthanides are 15 elements with atomic numbers from 57 to 71, and refer to lanthanum, cerium, plutonium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, hofnium, erbium, thulium, ytterbium, and lutetium.

(3)多価レアメタルイオンを含有する溶液
多価レアメタルイオンを含有する溶液は、上述した多価レアメタルイオンを少なくとも1種含有する。具体的には、再利用の要望が高いこと、含有するレアメタルの純度が高いことから、リチウムイオン電池、携帯電話、希土類磁石、並びにそれらの製造工程で生じる廃材、廃液、鉱石、およびスラグ、などに含有される、レアメタルに由来する多価レアメタルイオンを含有する溶液が好ましく、さらにはコバルトイオン、ニッケルイオン、金イオン、パラジウムイオン、白金イオン、ネオジウムイオン、インジウムイオン、ジスプロジウムイオン、ランタンイオン、イットリウムイオン、タンタルイオン、ニオブイオン、タングステンイオン、モリブデンイオンのうちの少なくとも1種類の多価レアメタルイオンを含む溶液が好ましい。
(3) Solution Containing Polyvalent Rare Metal Ions The solution containing polyvalent rare metal ions contains at least one of the polyvalent rare metal ions described above. Specifically, due to the high demand for reuse and the high purity of the rare metals contained, lithium ion batteries, mobile phones, rare earth magnets, and waste materials, waste liquids, ores, and slag generated in their manufacturing processes, etc. A solution containing polyvalent rare metal ions derived from rare metals contained in is preferable, and further cobalt ions, nickel ions, gold ions, palladium ions, platinum ions, neodymium ions, indium ions, dysprosium ions, lanthanum ions, A solution containing at least one polyvalent rare metal ion selected from yttrium ions, tantalum ions, niobium ions, tungsten ions, and molybdenum ions is preferred.

リチウムイオン電池は、正極材、負極材、セパレータおよび電解質などの部材で構成される。特にコバルトまたはニッケルなど多価イオンとなるレアメタルは正極材料に含まれるため、正極材に含有されるレアメタルに由来する多価レアメタルイオンを含有する溶液がさらに好ましい。 A lithium ion battery is composed of members such as a positive electrode material, a negative electrode material, a separator and an electrolyte. In particular, rare metals such as cobalt or nickel that become polyvalent ions are contained in the positive electrode material, so a solution containing polyvalent rare metal ions derived from the rare metals contained in the positive electrode material is more preferable.

また、多価レアメタルイオンを含有する溶液は、ナトリウムおよびカリウムなどのアルカリ金属、マグネシウムおよびカルシウムなどのアルカリ土類金属、アルミニウム、スズおよび鉛などの典型元素、ならびに鉄および銅等の遷移元素うち、少なくとも1種の元素をさらに含有してもよい。 In addition, the solution containing polyvalent rare metal ions contains alkali metals such as sodium and potassium, alkaline earth metals such as magnesium and calcium, typical elements such as aluminum, tin and lead, and transition elements such as iron and copper. It may further contain at least one element.

また、本発明において上記多価レアメタルイオンを含有する溶液は、回収対象とする多価レアメタルイオン濃度が、0.5mg/L以上100,000mg/L以下であることが好ましい。回収対象とする多価レアメタルイオン濃度が0.5mg/L以上であれば、より有用な量の多価レアメタルを回収することが可能である。また、回収対象とする多価レアメタルイオンが100,000mg/L以下であることで、工程内での塩の析出をより抑制できる。 In the present invention, the solution containing the polyvalent rare metal ions preferably has a concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered of 0.5 mg/L or more and 100,000 mg/L or less. If the concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered is 0.5 mg/L or more, it is possible to recover a more useful amount of polyvalent rare metal. In addition, since the amount of polyvalent rare metal ions to be collected is 100,000 mg/L or less, precipitation of salts in the process can be further suppressed.

上記多価レアメタルイオンを含有する溶液は、総金属イオン濃度が100,000mg/L以下であることが好ましく、90,000mg/L以下であることがより好ましい。液中のイオン濃度が上昇することで固形物が発生し、膜面が傷つく恐れがある。 The solution containing polyvalent rare metal ions preferably has a total metal ion concentration of 100,000 mg/L or less, more preferably 90,000 mg/L or less. As the ion concentration in the liquid rises, solid matter is generated, which may damage the film surface.

さらに、本発明において、上記多価レアメタルイオンを含有する溶液は、1価レアメタルイオン濃度の総和(mg/L)/多価レアメタルイオン濃度の総和(mg/L)の比が0以上100未満であることが好ましく、10未満であることがさらに好ましい。かかる比が100未満であることで、1価レアメタルイオンの塩が濃縮工程で析出するリスクを減らし、かつ、多価レアメタルイオンをより効率的に濃縮・分離できる。 Further, in the present invention, the solution containing the polyvalent rare metal ions has a ratio of the total concentration of monovalent rare metal ions (mg/L)/the total concentration of polyvalent rare metal ions (mg/L) of 0 or more and less than 100. It is preferably less than 10, more preferably less than 10. When the ratio is less than 100, the risk of precipitation of monovalent rare metal ion salts in the concentration step can be reduced, and polyvalent rare metal ions can be concentrated and separated more efficiently.

なお、多価レアメタルイオンの質量は、たとえば、コバルトイオンやニッケルイオンなどのイオン換算質量の総和で計算される。また、1価レアメタルイオンの質量は、例えばリチウムイオンやセシウムイオンなどのイオン換算質量の総和で計算される。元素によっては単原子イオンではなく、多原子イオンとして水溶液中に存在する場合があるが、換算質量は、単原子イオンとして存在すると仮定した場合の質量である。上記多価および1価のレアメタルイオン換算質量は、例えば、測定対象水溶液を、日立株式会社製のP-4010型ICP(高周波誘導結合プラズマ発光分析)装置を用いて分析し、各種レアメタルイオンの濃度(mg/L)を定量して求めることができる。 The mass of the polyvalent rare metal ions is calculated, for example, by summing the ion-equivalent masses of cobalt ions, nickel ions, and the like. Also, the mass of the monovalent rare metal ion is calculated by summing the ion-equivalent masses of lithium ions, cesium ions, and the like. Although some elements may exist in an aqueous solution as polyatomic ions instead of monoatomic ions, the reduced mass is the mass when it is assumed that they exist as monoatomic ions. The multivalent and monovalent rare metal ion equivalent masses are obtained, for example, by analyzing the aqueous solution to be measured using a P-4010 type ICP (Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometer) device manufactured by Hitachi Co., Ltd., and determining the concentration of various rare metal ions. (mg/L) can be determined by quantification.

また、上記溶液はpH3以下の範囲にあることが好ましく、2以下であることがさらに好ましい。これは塩基性条件下では沈殿を生じ、配管の閉塞を引き起こす可能性があるためである。一方、溶液の酸性度が高くなりすぎると、膜性能の劣化が加速されるため、pHの値は0以上の範囲にあることが好ましく、0.5以上の範囲にあることがより好ましい。 Further, the pH of the solution is preferably in the range of 3 or less, more preferably 2 or less. This is because precipitation may occur under basic conditions, causing clogging of piping. On the other hand, if the acidity of the solution becomes too high, deterioration of the membrane performance is accelerated.

[2]濃縮工程
本工程では、膜に原液を供給することによって、上述の溶液Xよりも多価レアメタルイオン濃度の高い非透過液と、多価レアメタルイオン濃度の低い透過液を得る。
[2] Concentration step In this step, by supplying the undiluted solution to the membrane, a non-permeated liquid having a higher concentration of polyvalent rare metal ions than the solution X and a permeated liquid having a lower concentration of polyvalent rare metal ions are obtained.

濃縮工程は、後述する溶媒抽出による分離工程を実施する場合、該分離工程よりも後段で実施してもよい。しかしながら、濃縮工程は、溶媒抽出による分離工程ならびに回収工程での多価レアメタルイオンの回収率を向上させる効果があるため、溶液Xの総金属イオン濃度が50,000mg/L以下である場合、溶媒抽出による分離工程よりも前段で、濃縮工程を実施するのが好ましい。 The concentration step may be carried out after the separation step when the separation step by solvent extraction, which will be described later, is carried out. However, since the concentration step has the effect of improving the recovery rate of polyvalent rare metal ions in the separation step and the recovery step by solvent extraction, when the total metal ion concentration of solution X is 50,000 mg / L or less, the solvent It is preferable to carry out the concentration step before the separation step by extraction.

しかし、溶液Xにおける総金属イオン濃度が50,000mg/L超である場合は、溶液Xをそのまま濃縮工程で処理すると工程内で塩が析出しやすいので、濃縮工程を実施せず、溶媒抽出による分離工程を先に実施し、その後に濃縮工程を実施することが好ましい。すなわち、溶媒抽出による分離工程では、回収対象とした多価レアメタルイオンの濃度が高い液Yと、その余の残液Zを得るが、前記液Yにおける回収対象となる多価レアメタルイオンの濃度が5,0000mg/L以下となった場合に濃縮工程を実施することが好ましい。また、残液Zについても、前記回収対象とした多価レアメタルイオン以外で所望する多価レアメタルイオンが残液Zに含まれており、該残液Zにおいて所望する多価レアメタルイオンの濃度が5,0000mg/L以下である場合に、これを原液として濃縮工程を実施することが好ましい。 However, when the total metal ion concentration in the solution X is more than 50,000 mg / L, if the solution X is treated directly in the concentration step, the salt is likely to precipitate in the process, so the concentration step is not performed, and solvent extraction is performed. Preferably, the separation step is performed first, followed by the concentration step. That is, in the separation step by solvent extraction, a liquid Y having a high concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered and a remaining liquid Z are obtained. It is preferable to carry out the concentration step when the concentration becomes 5,0000 mg/L or less. Further, the residual liquid Z also contains desired polyvalent rare metal ions other than the polyvalent rare metal ions to be recovered, and the concentration of the desired polyvalent rare metal ions in the residual liquid Z is 5. ,0000 mg/L or less, it is preferable to carry out the concentration step using this as a stock solution.

(1)膜
濃縮工程においては、下記の膜を用いることで、多価レアメタルイオンのロスが極めて少なく、高回収率で濃縮することができる。そして、該濃縮工程において得られる濃縮液を後述の溶媒抽出工程で処理する場合には、溶媒抽出工程での多価メタルイオンのロスをより低減できるため、多価メタルイオンの回収率をより向上でき、さらに、後述の、多価レアメタルイオンに由来する塩やレアメタルを回収する工程においても、多価レアメタルイオンのロスを低減でき、回収率を向上できる。
(1) Membrane In the concentration step, by using the following membrane, loss of polyvalent rare metal ions is extremely small, and concentration can be performed at a high recovery rate. When the concentrate obtained in the concentration step is treated in the solvent extraction step described later, the loss of polyvalent metal ions in the solvent extraction step can be further reduced, so the recovery rate of polyvalent metal ions is further improved. Furthermore, in the step of recovering salts and rare metals derived from polyvalent rare metal ions, which will be described later, the loss of polyvalent rare metal ions can be reduced and the recovery rate can be improved.

(膜)0.5MPaの操作圧力で25℃、pH6.5の1,000mg/Lのイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が40%以上である膜。 (Membrane) A membrane having an isopropyl alcohol removal rate of 40% or more when a 1,000 mg/L isopropyl alcohol aqueous solution having a pH of 6.5 at 25° C. and an operating pressure of 0.5 MPa is permeated.

このような膜を用いることで、多価レアメタルイオンのロスが極めて少なく、高回収率で濃縮することができる。そして、後述する分離工程を実施する場合には多価メタルイオンのロスをより低減でき、多価メタルイオンの回収率をさらに向上できる。その結果、多価レアメタルイオンに由来する塩やレアメタルを回収する回収工程においても、多価レアメタルイオンのロスを低減でき、回収率を向上できる。 By using such a membrane, loss of polyvalent rare metal ions is extremely small, and concentration can be achieved at a high recovery rate. In addition, when a separation step, which will be described later, is performed, the loss of polyvalent metal ions can be further reduced, and the recovery rate of polyvalent metal ions can be further improved. As a result, even in the recovery step for recovering salts and rare metals derived from polyvalent rare metal ions, the loss of polyvalent rare metal ions can be reduced and the recovery rate can be improved.

上記特性を有する膜としては、溶液XのpHが3以下の場合、0.5MPaの操作圧力で25℃、溶液XのpHと同一のpHの1,000mg/Lのイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が40%以上であることが好ましい。溶液XのpHが3以下の場合、特に、溶液XのpHにおけるイソプロピルアルコールの除去率が40%以上であることで、多価レアメタルイオンのロスをより小さくできる。また処理する溶液XのpHに限定されずとも、膜は、0.5MPaの操作圧力で25℃、pH6.5のイソプロピルアルコール水溶液、および/または、0.5MPaの操作圧力で25℃、pH3以下のイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が70%以上であることが、好ましい。かかる除去率が70%以上であることで、多価レアメタルイオンのロスをより小さくできる。 As the membrane having the above characteristics, when the pH of the solution X is 3 or less, a 1,000 mg/L isopropyl alcohol aqueous solution having the same pH as the solution X was permeated at 25° C. at an operating pressure of 0.5 MPa. It is preferable that the removal rate of isopropyl alcohol at the time is 40% or more. When the pH of the solution X is 3 or less, especially when the removal rate of isopropyl alcohol at the pH of the solution X is 40% or more, the loss of polyvalent rare metal ions can be further reduced. In addition, even if the pH of the solution X to be treated is not limited, the membrane can be treated with an isopropyl alcohol aqueous solution of pH 6.5 at 25°C at an operating pressure of 0.5 MPa, and/or at 25°C at an operating pressure of 0.5 MPa, pH 3 or less. It is preferable that the removal rate of isopropyl alcohol is 70% or more when the isopropyl alcohol aqueous solution of is permeated. When the removal rate is 70% or more, the loss of polyvalent rare metal ions can be further reduced.

上記特性を有する膜としては、詳細は後述するが、例えば架橋芳香族ポリアミドを含有し、かつ該架橋芳香族ポリアミドが上記式(1)または(2)で表される構造のうちの少なくとも一方の構造を有するものであることが好ましい。架橋芳香族ポリアミドの末端アミノ基は酸性条件において、正荷電性を帯びるため、膜の膨潤によるイオン除去性低下を招くため、下記一般式(1)または(2)で表される構造を有することで、酸性条件下においても高いイオン除去性を維持することができ、多価レアメタルイオンを長期にわたり高効率で安定的に濃縮することができる。 As the film having the above properties, details will be described later, but for example, it contains a crosslinked aromatic polyamide, and the crosslinked aromatic polyamide has at least one of the structures represented by the above formula (1) or (2). It preferably has a structure. The terminal amino group of the crosslinked aromatic polyamide becomes positively charged under acidic conditions, which causes swelling of the membrane and lowers the ion removal performance. , it is possible to maintain high ion removal properties even under acidic conditions, and to stably concentrate polyvalent rare metal ions with high efficiency over a long period of time.

Figure 2023055031000003
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Figure 2023055031000004
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(Ar~Arは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭素数5~14の芳香族環であり、Rは芳香族環とヘテロ原子のいずれも有さない原子団であり、Xは水素原子もしくはカルボキシ基であり、またR~Rは、それぞれ独立して、水素原子または炭素数が1~10の脂肪族鎖である。) (Ar 1 to Ar 3 are each independently an optionally substituted aromatic ring having 5 to 14 carbon atoms, and R 1 is an atom having neither an aromatic ring nor a hetero atom group, X is a hydrogen atom or a carboxy group, and R 2 to R 5 are each independently a hydrogen atom or an aliphatic chain having 1 to 10 carbon atoms.)

ここで、R~Rが水素原子であり、Ar~Arが置換基を有していてもよいベンゼン環であることが好ましい。また、Rの炭素数が1~5であることが好ましい。かかる膜としては、たとえば基材上に多孔性指示膜を設けてなる支持層と、該多孔性支持層の上に設けられた架橋芳香族ポリアミドからなる分離機能層とからなる複合半透膜を挙げることができる。分離機能層は実質的に分離性能を有するものであり、一方支持層は水を透過するものの実質的にイオン等の分離性能を有さず、分離機能層に強度を与えることができるものである。そして、複合半透膜の中でも、多価レアメタルイオンを高除去可能な逆浸透膜が好ましい。 Here, it is preferable that R 2 to R 5 are hydrogen atoms and Ar 1 to Ar 3 are optionally substituted benzene rings. Further, it is preferable that R 1 has 1 to 5 carbon atoms. As such a membrane, for example, a composite semipermeable membrane comprising a support layer having a porous indicator membrane provided on a substrate and a separation function layer made of a crosslinked aromatic polyamide provided on the porous support layer. can be mentioned. The separation functional layer has substantially separation performance, while the support layer is permeable to water but has substantially no separation performance for ions and the like, and can give strength to the separation functional layer. . Among composite semipermeable membranes, reverse osmosis membranes capable of highly removing polyvalent rare metal ions are preferred.

(2)原液
膜で濃縮処理する原液は、基本的に上記多価レアメタルイオンを含有する溶液であり、上記の溶液Xをそのまま原液として膜に供給してもよいし、後述の溶媒抽出による分離工程で得られた分離液を原液として膜に供給してもよい。このとき、当該分離液としては、溶媒抽出による分離工程で得られた、回収対象とした多価レアメタルイオンの濃度が高い回収液であってもよいし、前記溶媒抽出による分離工程で回収対象とした多価レアメタルイオンの濃度が低い残液で、かつ、前記回収対象とした多価レアメタルイオン以外で所望する多価レアメタルイオンが含まれている該残液、であってもよい。
(2) Stock solution The stock solution to be concentrated by the membrane is basically a solution containing the polyvalent rare metal ions, and the above solution X may be directly supplied to the membrane as the stock solution, or separated by solvent extraction, which will be described later. The separated liquid obtained in the process may be supplied to the membrane as a stock solution. At this time, the separation liquid may be a recovery liquid having a high concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered, which is obtained in the separation step by solvent extraction, or may be a recovery liquid to be recovered in the separation step by solvent extraction. The residual liquid may be a residual liquid having a low polyvalent rare metal ion concentration and containing desired polyvalent rare metal ions other than the polyvalent rare metal ions to be recovered.

(3)運転条件
濃縮工程での操作圧力(つまり原液の圧力)は、0.5MPa以上12MPa以下であることが好ましい。圧力が大きいほど膜透過速度が高くなり、圧力が0.5MPa以上であることで実用的な膜透過速度を実現できる。また操作圧力が12MPa以下であることで、膜の損傷を抑えることができる。また、操作圧力は1MPa以上10MPa以下であることがより好ましく、2MPa以上8MPa以下であることがさらに好ましい。
(3) Operating conditions The operating pressure (that is, the pressure of the undiluted solution) in the concentration step is preferably 0.5 MPa or more and 12 MPa or less. The higher the pressure, the higher the membrane permeation rate, and a pressure of 0.5 MPa or more can realize a practical membrane permeation rate. Further, by setting the operating pressure to 12 MPa or less, damage to the membrane can be suppressed. Further, the operating pressure is more preferably 1 MPa or more and 10 MPa or less, and further preferably 2 MPa or more and 8 MPa or less.

(4)濃縮回数
濃縮工程は、膜による工程であれば、単段としても多段としてもよく、例えば、膜による第1および第2の濃縮ステップを少なくとも含み、第1濃縮ステップで得られた非透過液を原液として第2濃縮ステップを行ってもよい。
(4) Concentration times The concentration step may be a single-stage or multi-stage process as long as it is a membrane process. For example, it includes at least first and second membrane concentration steps, and A second concentration step may be performed with the permeate as the stock solution.

(5)非透過液および透過液
濃縮工程では、原液を膜に供給し、該原液よりも多価レアメタルイオンの濃度の高い非透過液と該原液よりも多価レアメタルイオンの濃度の低い透過液を得る。非透過液は濃縮液とも言い換えられる。
(5) Non-permeated liquid and permeated liquid In the concentration step, a raw liquid is supplied to the membrane, and a non-permeated liquid having a higher polyvalent rare metal ion concentration than the raw liquid and a permeated liquid having a lower polyvalent rare metal ion concentration than the raw liquid are used. get The non-permeated liquid can also be referred to as a concentrated liquid.

[3]分離工程
本発明においては、上記の濃縮工程に加え、分離工程を行ってもよい。分離工程では、溶媒抽出によって、上述の溶液X、もしくは、前記濃縮工程で得られた非透過液、から、所望する、回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が高い液と、前記回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が低い液、を得ることが好ましい。
[3] Separation step In the present invention, a separation step may be performed in addition to the concentration step described above. In the separation step, a liquid having a high concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered and the target to be recovered are separated from the solution X or the non-permeated liquid obtained in the concentration step by solvent extraction. It is preferable to obtain a liquid having a low concentration of polyvalent rare metal ions.

ここで、複数の多価レアメタルイオンをそれぞれ抽出するためには、分離工程を複数回繰り返してもよい。すなわち、先に行った分離工程で得られた、前記回収対象とするレアメタルイオンの濃度が低い液に、先の分離工程で抽出した多価レアメタルイオンとは異なる多価レアメタルイオンが含まれている場合は、該液に対して溶媒抽出による分離工程をさらに実施してもよい。 Here, the separation step may be repeated multiple times in order to extract a plurality of polyvalent rare metal ions. That is, the liquid having a low concentration of rare metal ions to be recovered, obtained in the previous separation step, contains multivalent rare metal ions different from the multivalent rare metal ions extracted in the previous separation step. In some cases, the liquid may be further subjected to a separation step by solvent extraction.

なお、上述のように、分離工程の前に濃縮工程を実施することで、分離工程での溶媒抽出の効率が向上し、所望する多価レアメタルイオンの回収率が増加することから、前記溶液Xにおける総金属イオン濃度が50,000mg/L以下である場合には、前記濃縮工程を実施後に分離工程を実施することが好ましい。 As described above, by performing the concentration step before the separation step, the efficiency of solvent extraction in the separation step is improved, and the recovery rate of the desired polyvalent rare metal ions is increased. When the total metal ion concentration in is 50,000 mg/L or less, it is preferable to perform the separation step after performing the concentration step.

(1)溶媒抽出
上記したように、溶媒抽出は所望するレアメタルイオンの種類に応じて複数回行ってもよいが、以下には一回行う場合を説明する。
(1) Solvent Extraction As described above, the solvent extraction may be performed multiple times depending on the type of the desired rare metal ion, but the case where the solvent extraction is performed once will be described below.

溶媒抽出としては、正抽出を含み、さらに逆抽出を含んでもよい。 Solvent extraction includes forward extraction and may further include reverse extraction.

正抽出は、前記溶液Xもしくは前記濃縮工程で得られた非透過液を、pH調整後、水相の溶液として用い、前記水相の溶液から、回収対象とする多価レアメタルイオンの大部分、もしくは、回収対象とする多価レアメタルイオン以外の金属イオンの大部分を、抽出剤と希釈剤を含む有機相に付すことにより、有機相へ分配する。 In forward extraction, the solution X or the non-permeated liquid obtained in the concentration step is used as an aqueous phase solution after pH adjustment, and most of the polyvalent rare metal ions to be recovered are extracted from the aqueous phase solution. Alternatively, most of the metal ions other than the polyvalent rare metal ions to be recovered are distributed to the organic phase by subjecting them to an organic phase containing an extractant and a diluent.

逆抽出は、正抽出の後に実施し、回収対象とする多価レアメタルイオンの大部分が有機相にある場合には、所定のpHに調整した水相を該有機相に付すことにより、回収対象とする多価レアメタルイオンの大部分を水相に分配する。正抽出の後、回収対象とする多価レアメタルイオンの大部分が水相にある場合には、有機相(抽出剤、希釈剤)を回収する目的で、上記の逆抽出を実施してもよい。 Reverse extraction is carried out after forward extraction, and when most of the polyvalent rare metal ions to be recovered are in the organic phase, an aqueous phase adjusted to a predetermined pH is applied to the organic phase to obtain the target to be recovered. Most of the multivalent rare metal ions are distributed to the aqueous phase. After forward extraction, if most of the polyvalent rare metal ions to be recovered are in the aqueous phase, the above-mentioned back extraction may be performed for the purpose of recovering the organic phase (extractant, diluent). .

正抽出における抽出剤は、回収対象となる多価レアメタルイオン、ならびに、他のイオン種の存在の有無により、適宜選定される。例えば、コバルトとニッケルの混合溶液を処理する場合であって、回収対象の多価レアメタルイオンがニッケルイオンもしくはコバルトイオンである場合、トリ-ノルマル-オクチルアミン(TNOA)や、トリ-イソ-オクチルアミン(TIOA)等のアミン系抽出剤、2-エチルヘキシルホスホン酸モノ-2-エチルヘキシル(製品名:PC-88A)や、ジ-(2-エチルヘキシル)ホスホン酸(D2EHPA)、ビス(2,4,4-トリメチルペンチル)ホスフィン酸(製品名:Cyanex272)等の酸性リン酸エステル系抽出剤が好適に用いられる。 The extractant in forward extraction is appropriately selected depending on the presence or absence of polyvalent rare metal ions to be recovered and other ion species. For example, in the case of processing a mixed solution of cobalt and nickel, when the polyvalent rare metal ions to be recovered are nickel ions or cobalt ions, tri-normal-octylamine (TNOA) or tri-iso-octylamine (TIOA) and other amine extractants, mono-2-ethylhexyl 2-ethylhexylphosphonate (product name: PC-88A), di-(2-ethylhexyl)phosphonic acid (D2EHPA), bis(2,4,4) -trimethylpentyl)phosphinic acid (product name: Cyanex 272) and other acidic phosphate extractants are preferably used.

有機相(抽出剤と希釈剤)中の抽出剤濃度は、20体積%以上40体積%以下とすることが好ましい。20体積%以上であることで、回収対象とする多価レアメタルイオン、もしくは、回収対象とする多価レアメタルイオン以外の金属イオンを、効率よく有機相へ分配できる。一方、40体積%以下とすることで、有機相の粘度上昇を抑制し、油水分離性能が向上する。 The extractant concentration in the organic phase (extractant and diluent) is preferably 20% by volume or more and 40% by volume or less. When it is 20% by volume or more, the polyvalent rare metal ions to be recovered or the metal ions other than the polyvalent rare metal ions to be recovered can be efficiently distributed to the organic phase. On the other hand, by making it 40 volume% or less, the viscosity increase of the organic phase is suppressed, and the oil-water separation performance is improved.

溶媒抽出における、水相の体積に対する有機相の体積の比O/Aについては、小さい方が有機相の流量を低下させることができるため、ポンプや中継タンクを含む溶媒抽出装置全体の大きさを抑えることができ、設備コスト、運転コスト上有利となる。そのためO/Aは10以下とすることが好ましい。 In solvent extraction, the smaller the ratio O/A of the volume of the organic phase to the volume of the aqueous phase, the lower the flow rate of the organic phase. This is advantageous in terms of facility costs and operating costs. Therefore, O/A is preferably 10 or less.

溶媒抽出における、有機相(抽出剤、希釈剤)中の、回収対象とする多価レアメタルイオン、もしくは、回収対象とする多価レアメタルイオン以外の金属イオンの濃度は、高い方がO/Aを小さくすることができるため好ましいが、10,000mg/L以下で管理することが好ましい。10,000mg/Lを超えると、有機相の粘性が上昇し、油水分離性能が低下しやすい。 In the solvent extraction, the higher the concentration of the polyvalent rare metal ions to be recovered or the metal ions other than the polyvalent rare metal ions to be recovered in the organic phase (extractant, diluent), the higher the O/A. Although it is preferable because it can be made small, it is preferable to manage it at 10,000 mg/L or less. If it exceeds 10,000 mg/L, the viscosity of the organic phase increases, and the oil-water separation performance tends to decrease.

正抽出における希釈剤としては、芳香族炭化水素が好適に用いられる。 Aromatic hydrocarbons are preferably used as diluents in positive extraction.

溶媒抽出における、水相中の、回収対象とする多価レアメタルイオン濃度は、高い方が回収率を高くすることができる。そのため、1,000mg/L以上であることが好ましく、10,000mg/L以上であることがさらに好ましい。一方で、水相中の回収対象とする多価レアメタルイオン濃度は、100,000mg/L以下であることが好ましい。100,000mg/L以下であることで、該回収対象とする多価レアメタルイオンに由来する析出物の生成による回収率の低下を抑制できる。 In the solvent extraction, the higher the polyvalent rare metal ion concentration to be recovered in the aqueous phase, the higher the recovery rate. Therefore, it is preferably 1,000 mg/L or more, more preferably 10,000 mg/L or more. On the other hand, the polyvalent rare metal ion concentration to be recovered in the aqueous phase is preferably 100,000 mg/L or less. When the amount is 100,000 mg/L or less, it is possible to suppress a decrease in the recovery rate due to the formation of precipitates derived from the polyvalent rare metal ions to be recovered.

溶媒抽出は、多価レアメタルイオンの回収率の観点から、多段向流方式が好適に採用され、例えばミキサーセトラー方式の抽出装置を使用して実施される。 From the viewpoint of the recovery rate of polyvalent rare metal ions, the solvent extraction is preferably carried out by a multi-stage countercurrent system, for example, using a mixer-settler system.

[4]回収工程
回収工程では、上記濃縮工程および分離工程を経て、溶液Xよりも所望する多価レアメタルイオンの濃度が高くなった液から、多価レアメタルイオンを構成する金属種を含む塩またはレアメタル単体を取り出す。なお、この回収工程における原液は、濃縮工程および分離工程をこの順で行った場合、分離工程で処理した際に得られる、回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が高いほうの液体であり、また、分離工程および濃縮工程の順で行った場合、濃縮工程で得られる非透過液である。
[4] Recovery step In the recovery step, a salt containing a metal species constituting a polyvalent rare metal ion or a Take out a single rare metal. The stock solution in this recovery step is the liquid having the higher concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered, which is obtained when the concentration step and the separation step are performed in this order, and which is obtained when the separation step is performed. Moreover, when the separation step and the concentration step are carried out in this order, it is a non-permeated liquid obtained in the concentration step.

回収工程には、たとえば、晶析、電解採取などが好適に用いられ、晶析と電解採取の両方を含む回収工程も好適である。 For the recovery step, for example, crystallization, electrowinning, or the like is preferably used, and a recovery step including both crystallization and electrowinning is also suitable.

晶析は、例えばこの工程における原液に塩やアルカリを添加することにより、難溶性の塩または水酸化物塩を析出させることができる。晶析においては、回収対象となる多価レアメタルイオンの濃度が高い方が、多価レアメタル塩の溶解度との差分が大きくなるため、該多価レアメタルイオン由来の塩やレアメタルの回収効率が向上する。 Crystallization can precipitate a poorly soluble salt or hydroxide salt, for example, by adding a salt or an alkali to the stock solution in this step. In crystallization, the higher the concentration of the polyvalent rare metal ion to be recovered, the greater the difference in solubility from the polyvalent rare metal salt, so the recovery efficiency of the salt and rare metal derived from the polyvalent rare metal ion is improved. .

電解採取は、たとえば、チタン板に酸化イリジウムがコーティングされた不溶性アノードを用いて、回収対象の多価レアメタルの純金属の薄板をカソードにして、一定の電流密度の電流を通電させることによって、カソードの周りに回収対象の多価レアメタルイオン由来の金属を析出させることができる。電解採取においても、回収対象となる多価レアメタルイオンの濃度が高い方が、電流効率が高くなるので、該多価レアメタルイオン由来の金属の回収効率が向上する。 In electrowinning, for example, an insoluble anode made of a titanium plate coated with iridium oxide is used as a cathode, and a thin plate of pure metal of the polyvalent rare metal to be recovered is used as a cathode. A metal derived from polyvalent rare metal ions to be recovered can be deposited around the . Also in electrowinning, the higher the concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered, the higher the current efficiency, so the recovery efficiency of the metal derived from the polyvalent rare metal ions is improved.

上記の理由により、分離工程に加えて濃縮工程を経れば、回収工程において、所望する多価レアメタルイオン由来の塩やレアメタルの回収率をさらに向上させることができる。 For the above reason, if the concentration step is performed in addition to the separation step, the recovery rate of the desired polyvalent rare metal ion-derived salt and rare metal can be further improved in the recovery step.

[5]膜の詳細
本発明に係る膜は、上記したような分離性能を有していればよく、例えば、基材上に多孔性支持膜を設けてなる支持層と該支持層の上に設けられた分離機能膜とを有する複合半透膜を用いることができる。かかる複合半透膜は、原液流路材や濃縮液流路材とともに有孔中心管の周囲に巻回されてエレメントとして用いられる。エレメントの製造方法としては、特公昭44-14216号公報、特公平4-11928号公報、又は、特開平11-226366号公報等に開示された方法を用いることができる。
[5] Details of Membrane The membrane according to the present invention only needs to have the separation performance described above. A composite semipermeable membrane having a separation function membrane provided can be used. Such a composite semipermeable membrane is used as an element by being wound around a perforated central tube together with a raw liquid channel material and a concentrated liquid channel material. As a method for manufacturing the element, methods disclosed in Japanese Patent Publication No. 44-14216, Japanese Patent Publication No. 4-11928, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-226366 can be used.

(1)支持層
本発明において支持層は、基材および多孔性支持膜を備えることが好ましいが、この構成に限定されるものではない。例えば、支持層は、基材を持たず、多孔性支持膜のみで構成されていてもよい。
(1) Support layer In the present invention, the support layer preferably comprises a substrate and a porous support membrane, but is not limited to this configuration. For example, the support layer may be composed of only a porous support membrane without a substrate.

(2)基材
基材としては、ポリエステル系重合体、ポリフェニレンサルファイド系重合体、ポリアミド系重合体、ポリオレフィン系重合体、及びこれらの混合物又は共重合体等が挙げられる。中でも、機械的、熱的に安定性の高いポリエステル系重合体ないしポリフェニレンサルファイド系重合体の布帛が特に好ましい。布帛の形態としては、長繊維不織布や短繊維不織布、さらには織編物を好ましく用いることができる。
(2) Substrate Substrates include polyester-based polymers, polyphenylene sulfide-based polymers, polyamide-based polymers, polyolefin-based polymers, and mixtures or copolymers thereof. Among them, fabrics of polyester-based polymers or polyphenylene sulfide-based polymers having high mechanical and thermal stability are particularly preferable. As the form of the fabric, a long-fiber nonwoven fabric, a short-fiber nonwoven fabric, and a woven or knitted fabric can be preferably used.

(3)多孔性支持膜
本発明において多孔性支持膜は、イオン等の分離性能を実質的に有さず、分離性能を実質的に有する分離機能層に強度を与えるためのものである。多孔性支持膜の孔のサイズや分布は特に限定されない。例えば、均一で微細な孔、又は分離機能層が形成される側の表面からもう一方の面まで徐々に大きくなる微細孔をもち、かつ、分離機能層が形成される側の表面で微細孔の大きさが0.1nm以上100nm以下であるような多孔性支持膜が好ましい。
(3) Porous Supporting Membrane In the present invention, the porous supporting membrane does not substantially have the ability to separate ions and the like, but provides strength to the separation function layer that has substantially the ability to separate ions. The pore size and distribution of the porous support membrane are not particularly limited. For example, it has uniform fine pores, or fine pores that gradually enlarge from the surface on which the separation functional layer is formed to the other surface, and the surface on which the separation functional layer is formed has fine pores. A porous support membrane having a size of 0.1 nm or more and 100 nm or less is preferred.

多孔性支持膜の材料は、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエステル、セルロース系ポリマー、ビニルポリマー、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンスルホン、及びポリフェニレンオキシド等のホモポリマー又はコポリマーを、単独で又は混合して使用することができる。ここでセルロース系ポリマーとしては酢酸セルロース、硝酸セルロースなど、ビニルポリマーとしてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリルなどが使用できる。 Materials for the porous support membrane include, for example, homopolymers or copolymers such as polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyester, cellulosic polymer, vinyl polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfone, and polyphenylene oxide, alone. Or they can be mixed and used. Cellulose-based polymers such as cellulose acetate and cellulose nitrate, and vinyl polymers such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride and polyacrylonitrile can be used.

中でもポリスルホン、ポリアミド、ポリエステル、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホンなどのホモポリマーまたはコポリマーが好ましい。より好ましくは酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィドスルホン、またはポリフェニレンスルホンが挙げられる。さらに、これらの素材の中では化学的、機械的、熱的に安定性が高く、成型が容易であることからポリスルホンが一般的に使用できる。 Among them, homopolymers or copolymers such as polysulfone, polyamide, polyester, cellulose acetate, cellulose nitrate, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyphenylene sulfide and polyphenylene sulfide sulfone are preferred. Cellulose acetate, polysulfone, polyphenylene sulfide sulfone, or polyphenylene sulfone are more preferred. Furthermore, among these materials, polysulfone can generally be used because it has high chemical, mechanical and thermal stability and is easy to mold.

ポリスルホンは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)でN-メチルピロリドンを溶媒に、ポリスチレンを標準物質として測定した場合の質量平均分子量(Mw)が、10,000以上200,000以下であることが好ましく、より好ましくは15,000以上100,000以下である。ポリスルホンのMwが10,000以上であることで、多孔性支持膜として好ましい機械的強度および耐熱性を得ることができる。また、Mwが200,000以下であることで、溶液の粘度が適切な範囲となり、良好な成形性を実現することができる。 Polysulfone preferably has a mass average molecular weight (Mw) of 10,000 or more and 200,000 or less when measured by gel permeation chromatography (GPC) using N-methylpyrrolidone as a solvent and polystyrene as a standard substance. , more preferably 15,000 or more and 100,000 or less. When the Mw of polysulfone is 10,000 or more, it is possible to obtain mechanical strength and heat resistance that are preferable as a porous support membrane. Further, when the Mw is 200,000 or less, the viscosity of the solution is in an appropriate range, and good moldability can be achieved.

基材と多孔性支持膜の厚みは、複合半透膜の強度及びそれをエレメントにしたときの充填密度に影響を与える。十分な機械的強度及び充填密度を得るためには、基材と多孔性支持膜の厚みの合計(すなわち多孔性支持層の厚み)が、30μm以上300μm以下であることが好ましく、100μm以上220μm以下であるとより好ましい。また、多孔性支持膜の厚みは、20μm以上100μm以下であることが好ましい。なお、特に付記しない限り、厚みとは、相加平均値を表す。すなわち、基材と多孔性支持膜の厚みは、断面観察で厚み方向に直交する方向(膜の面方向)に20μm間隔で測定した、20点の厚みの平均値を算出することで求められる。 The thickness of the substrate and the porous support membrane affect the strength of the composite semipermeable membrane and the packing density when it is made into an element. In order to obtain sufficient mechanical strength and packing density, the total thickness of the substrate and the porous support membrane (that is, the thickness of the porous support layer) is preferably 30 μm or more and 300 μm or less, and 100 μm or more and 220 μm or less. is more preferable. Moreover, the thickness of the porous support membrane is preferably 20 μm or more and 100 μm or less. In addition, unless otherwise noted, the thickness represents an arithmetic mean value. That is, the thickness of the base material and the porous support membrane can be obtained by calculating the average value of 20 thicknesses measured at intervals of 20 μm in the direction perpendicular to the thickness direction (the surface direction of the membrane) by cross-sectional observation.

(4)多孔性支持膜の形成工程
多孔性支持膜の形成工程は、基材に高分子溶液を塗布する工程および溶液を塗布した前記基材を凝固浴に浸漬させて高分子を凝固させる工程を含む。
(4) Step of Forming Porous Support Membrane The step of forming a porous support film includes a step of applying a polymer solution to a base material and a step of immersing the base material coated with the solution in a coagulation bath to solidify the polymer. including.

基材に高分子溶液を塗布する工程において、高分子溶液は、多孔性支持膜の成分である高分子を、その高分子の良溶媒に溶解して調製する。 In the step of coating the base material with the polymer solution, the polymer solution is prepared by dissolving the polymer, which is a component of the porous support membrane, in a good solvent for the polymer.

高分子溶液塗布時の高分子溶液の温度は、高分子としてポリスルホンを用いる場合、10℃~60℃の範囲が好ましい。高分子溶液の温度が、この範囲内であれば、高分子が析出することがなく、高分子溶液が基材の繊維間にまで充分含浸したのち固化される。その結果、アンカー効果により基材に強固に接合した多孔性支持膜を得ることができる。なお、高分子溶液の好ましい温度範囲は、用いる高分子の種類や、所望の溶液粘度などによって適宜調整することができる。 The temperature of the polymer solution during coating is preferably in the range of 10° C. to 60° C. when polysulfone is used as the polymer. If the temperature of the polymer solution is within this range, the polymer will not precipitate, and the polymer solution will solidify after being sufficiently impregnated between the fibers of the substrate. As a result, it is possible to obtain a porous support film firmly bonded to the base material by the anchor effect. The preferred temperature range of the polymer solution can be appropriately adjusted depending on the type of polymer used, desired solution viscosity, and the like.

基材上に高分子溶液を塗布した後、凝固浴に浸漬させるまでの時間は、0.1~5秒間の範囲であることが好ましい。凝固浴に浸漬するまでの時間がこの範囲であれば、高分子を含む有機溶媒溶液が基材の繊維間にまで充分含浸したのち固化される。なお、凝固浴に浸漬するまでの時間の好ましい範囲は、用いる高分子溶液の種類や、所望の溶液粘度などによって適宜調整することができる。 The time from application of the polymer solution on the substrate to immersion in the coagulation bath is preferably in the range of 0.1 to 5 seconds. If the time until immersion in the coagulation bath is within this range, the polymer-containing organic solvent solution is sufficiently impregnated between the fibers of the base material and then solidified. The preferred range of time until immersion in the coagulation bath can be appropriately adjusted depending on the type of polymer solution to be used, the desired solution viscosity, and the like.

凝固浴としては、通常水が使われるが、多孔性支持膜の成分である高分子を溶解しないものであればよい。凝固浴の温度は、-20℃~100℃であることが好ましい。凝固浴の温度は、10℃~50℃であることがさらに好ましい。凝固浴の温度が100℃以下であれば、熱運動による凝固浴面の振動を抑えることができ、膜形成後の膜表面の平滑性を保持できる。また温度が-20℃以上であれば凝固速度が維持できるため、製膜性を向上できる。 Water is usually used as the coagulation bath, but any bath that does not dissolve the polymer component of the porous support membrane may be used. The temperature of the coagulation bath is preferably -20°C to 100°C. More preferably, the temperature of the coagulation bath is between 10°C and 50°C. If the temperature of the coagulation bath is 100° C. or less, the vibration of the coagulation bath surface due to thermal motion can be suppressed, and the smoothness of the film surface after film formation can be maintained. Also, if the temperature is -20° C. or higher, the solidification rate can be maintained, so the film formability can be improved.

次に、このようにして得られた支持膜を、膜中に残存する溶媒を除去するために熱水洗浄してもよい。このときの熱水の温度は40℃~100℃が好ましく、60℃~95℃がさらに好ましい。洗浄温度が上限以下であれば、支持膜の収縮度が大きくなり過ぎず、透水性能の低下を抑制することができる。また、洗浄温度が40℃以上であれば高い洗浄効果が得られる。 The support membrane thus obtained may then be washed with hot water to remove residual solvent in the membrane. The temperature of the hot water at this time is preferably 40°C to 100°C, more preferably 60°C to 95°C. If the washing temperature is equal to or lower than the upper limit, the degree of shrinkage of the support membrane does not become too large, and deterioration in water permeability can be suppressed. Also, if the washing temperature is 40° C. or higher, a high washing effect can be obtained.

(5)分離機能層
多孔性支持層上に設ける分離機能層は、実質的に上記の膜性能を発現する層である。分離機能層は、表面に凸部と凹部の繰り返しであるひだ構造を有することが好ましい。凸部と凹部とを備えるひだ構造を有することで、分離機能層の表面積が大きくなり、高い透水性を得ることができる。
(5) Separation Functional Layer The separation functional layer provided on the porous support layer is a layer that substantially exhibits the membrane performance described above. The separation functional layer preferably has a fold structure on the surface, which is a repetition of convex portions and concave portions. By having a pleated structure with protrusions and recesses, the surface area of the separation functional layer is increased, and high water permeability can be obtained.

分離機能層は、一般的に酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミドなどで構成されるが、酸、アルカリへの化学的安定性、イオンの除去性の観点からポリアミドで構成することが好ましく、架橋芳香族ポリアミドを主成分として含有することが好ましい。主成分とは分離機能層の成分のうち、50質量%以上を占める成分を指す。分離機能層は、架橋芳香族ポリアミドを50質量%以上含むことにより、高い除去性能を発現することができる。また、分離機能層における架橋芳香族ポリアミドの含有率は90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましい。 The separation functional layer is generally composed of cellulose acetate-based polymer, polyamide, etc., but preferably composed of polyamide from the viewpoint of chemical stability against acids and alkalis and removal of ions, and crosslinked aromatic polyamide. is preferably contained as a main component. The main component refers to a component that accounts for 50% by mass or more of the components of the separation functional layer. The separation functional layer can exhibit high removal performance by containing 50% by mass or more of the crosslinked aromatic polyamide. Moreover, the content of the crosslinked aromatic polyamide in the separation functional layer is more preferably 90% by mass or more, further preferably 95% by mass or more.

かかる架橋芳香族ポリアミドを含む分離機能層は、架橋芳香族ポリアミドの薄膜であって、多官能芳香族アミンと多官能芳香族酸ハロゲン化物とを重合させることにより得られる物である。 The separating functional layer containing such crosslinked aromatic polyamide is a thin film of crosslinked aromatic polyamide, which is obtained by polymerizing a polyfunctional aromatic amine and a polyfunctional aromatic acid halide.

ここで、多官能芳香族アミン及び多官能芳香族酸ハロゲン化物の少なくとも一方が3官能以上の化合物を含んでいることが好ましい。これにより、剛直な分子鎖が得られ、リチウムイオンなどイオンサイズの小さい溶質を濃縮するための良好な孔構造が形成される。そのため、多官能芳香族アミンと、2価以上の多官能芳香族酸ハロゲン化物との界面重合によって得られる架橋芳香族ポリアミドを含有することが好ましい。 Here, at least one of the polyfunctional aromatic amine and the polyfunctional aromatic acid halide preferably contains a trifunctional or higher compound. This results in a rigid molecular chain and a good pore structure for concentrating solutes with small ion sizes such as lithium ions. Therefore, it preferably contains a crosslinked aromatic polyamide obtained by interfacial polymerization of a polyfunctional aromatic amine and a divalent or higher polyfunctional aromatic acid halide.

多官能芳香族アミンとは、一分子中に第一級アミノ基及び第二級アミノ基のうち少なくとも一方のアミノ基を2個以上有し、かつ、アミノ基のうち少なくとも1つは第一級アミノ基である芳香族アミンを意味する。多官能芳香族アミンとしては、例えば、o-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、o-キシリレンジアミン、m-キシリレンジアミン、p-キシリレンジアミン、o-ジアミノピリジン、m-ジアミノピリジン、p-ジアミノピリジン等の2個のアミノ基がオルト位やメタ位、パラ位のいずれかの位置関係で芳香環に結合した多官能芳香族アミン、1,3,5-トリアミノベンゼン、1,2,4-トリアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸、3-アミノベンジルアミン、4-アミノベンジルアミンなどの多官能芳香族アミンなどが挙げられる。特に、膜の選択分離性や透過性、耐熱性を考慮すると、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、及び1,3,5-トリアミノベンゼンが好適に用いられる。中でも、入手の容易性や取り扱いのしやすさから、m-フェニレンジアミン(以下、m-PDAとも記す。)を用いることがより好ましい。これらの多官能芳香族アミンは、単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 A polyfunctional aromatic amine has two or more amino groups of at least one of a primary amino group and a secondary amino group in one molecule, and at least one of the amino groups is a primary It means an aromatic amine which is an amino group. Examples of polyfunctional aromatic amines include o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, o-xylylenediamine, m-xylylenediamine, p-xylylenediamine, o-diaminopyridine, m- Diaminopyridine, p-diaminopyridine, etc. Polyfunctional aromatic amines in which two amino groups are bonded to an aromatic ring in either the ortho-, meta-, or para-position, 1,3,5-triaminobenzene , 1,2,4-triaminobenzene, 3,5-diaminobenzoic acid, 3-aminobenzylamine, and polyfunctional aromatic amines such as 4-aminobenzylamine. In particular, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, and 1,3,5-triaminobenzene are preferably used in consideration of selective separation, permeability and heat resistance of the membrane. Among them, it is more preferable to use m-phenylenediamine (hereinafter also referred to as m-PDA) because of its availability and ease of handling. These polyfunctional aromatic amines may be used alone or in combination of two or more.

多官能芳香族酸ハロゲン化物とは、一分子中に2個以上のハロゲン化カルボニル基を有する芳香族酸ハロゲン化物であり、上記多官能芳香族アミンとの反応により芳香族ポリアミドを与えるものであれば特に限定されない。多官能芳香族酸ハロゲン化物としては、例えば、1,3,5-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸、1,3-ベンゼンジカルボン酸、1,4-ベンゼンジカルボン酸、1,3,5-ベンゼントリスルホン酸、1,3,6-ナフタレントリスルホン酸等のハロゲン化物を用いることができる。酸ハロゲン化物の中でも、酸塩化物が好ましく、特に経済性、入手の容易さ、取り扱い易さ、反応性の容易さ等の点から、1,3,5-ベンゼントリカルボン酸の酸ハロゲン化物であるトリメシン酸クロリド、1,3-ベンゼンジカルボン酸の酸ハロゲン化物であるイソフタル酸クロリド、1,4-ベンゼンジカルボン酸の酸ハロゲン化物であるテレフタル酸クロリド、1,3,5-ベンゼントリスルホン酸の酸ハロゲン化物である1,3,5-ベンゼントリスルホン酸クロリド、1,3,6-ナフタレントリスルホン酸の酸ハロゲン化物である1,3,6-ナフタレントリスルホン酸クロリドが好ましく、トリメシン酸クロリドが特に好ましい。上記多官能酸ハロゲン化物は単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよいが、三官能のトリメシン酸クロリド、1,3,5-ベンゼントリスルホン酸クロリド、1,3,6-ナフタレントリスルホン酸クロリドに、二官能のイソフタル酸クロリド、テレフタル酸クロリドのどちらか一方を混合することにより、ポリアミド架橋構造の分子間隙が拡大し、均一な孔径分布を持った膜を広範囲に制御することができる。三官能酸クロリドと二官能酸クロリドの混合モル比は、1:20から50:1が好ましく、1:1から20:1がより好ましい。 A polyfunctional aromatic acid halide is an aromatic acid halide having two or more halogenated carbonyl groups in one molecule, and the reaction with the polyfunctional aromatic amine gives an aromatic polyamide. is not particularly limited. Examples of polyfunctional aromatic acid halides include 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1,3-benzenedicarboxylic acid, 1,4-benzenedicarboxylic acid, 1, Halides such as 3,5-benzenetrisulfonic acid and 1,3,6-naphthalenetrisulfonic acid can be used. Among acid halides, acid chlorides are preferred, and acid halides of 1,3,5-benzenetricarboxylic acid are particularly preferred from the viewpoints of economic efficiency, availability, ease of handling, ease of reactivity, and the like. Trimesic acid chloride, isophthalic acid chloride which is an acid halide of 1,3-benzenedicarboxylic acid, terephthalic acid chloride which is an acid halide of 1,4-benzenedicarboxylic acid, acid of 1,3,5-benzenetrisulfonic acid 1,3,5-Benzenetrisulfonic acid chloride which is a halide, 1,3,6-naphthalenetrisulfonic acid chloride which is an acid halide of 1,3,6-naphthalenetrisulfonic acid is preferred, and trimesic acid chloride is preferred. Especially preferred. The above polyfunctional acid halides may be used alone or in combination of two or more. - By mixing either difunctional isophthalic acid chloride or terephthalic acid chloride with naphthalenetrisulfonic acid chloride, the molecular gaps of the polyamide crosslinked structure are expanded, and a membrane with a uniform pore size distribution can be controlled over a wide range. can do. The mixing molar ratio of the trifunctional acid chloride and the bifunctional acid chloride is preferably 1:20 to 50:1, more preferably 1:1 to 20:1.

上記架橋芳香族ポリアミドは、多官能芳香族アミンと多官能芳香族酸クロリドの重合反応に由来するアミド基、未反応末端官能基に由来するアミノ基及びカルボキシ基を有する。これらの官能基量は、複合半透膜の透水性能や塩除去率に影響を与える。 The crosslinked aromatic polyamide has an amide group derived from a polymerization reaction of a polyfunctional aromatic amine and a polyfunctional aromatic acid chloride, and amino and carboxy groups derived from unreacted terminal functional groups. The amount of these functional groups affects the water permeability and salt removal rate of the composite semipermeable membrane.

架橋芳香族ポリアミド形成後に化学処理を行うと、架橋芳香族ポリアミド中の官能基を変換したり、架橋芳香族ポリアミドに新たな官能基を導入したりすることができ、これによって複合半透膜の透過水量や塩除去率を向上させることができる。導入する官能基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、水酸基、アミノ基、カルボキシ基、エーテル基、チオエーテル基、エステル基、アルデヒド基、ニトロ基、ニトロソ基、ニトリル基、アゾ基等が挙げられる。 If chemical treatment is performed after the formation of the crosslinked aromatic polyamide, it is possible to convert the functional groups in the crosslinked aromatic polyamide or introduce new functional groups into the crosslinked aromatic polyamide. It is possible to improve the amount of permeated water and the salt removal rate. Functional groups to be introduced include alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, hydroxyl groups, amino groups, carboxy groups, ether groups, thioether groups, ester groups, aldehyde groups, nitro groups, nitroso groups, nitrile groups, azo groups, and the like. be done.

(6)分離機能層の形成工程
分離機能層の形成工程においては、重合工程と修飾工程とを有する。
(6) Separation Functional Layer Forming Step The separation functional layer forming step includes a polymerization step and a modification step.

重合工程とは、例えば、基材と、前記基材上の多孔性支持膜とを有する多孔性支持層上に、下記式(3)で表される構造を有する架橋芳香族ポリアミドを含有する層を形成する工程である。 The polymerization step is, for example, a layer containing a crosslinked aromatic polyamide having a structure represented by the following formula (3) on a porous support layer having a substrate and a porous support film on the substrate. It is a step of forming

Figure 2023055031000005
Figure 2023055031000005

(Ar~Arは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭素数5~14の芳香族環であり、R~Rは、それぞれ独立して、水素原子または炭素数が1~10の脂肪族鎖である。) (Ar 1 to Ar 3 are each independently an aromatic ring having 5 to 14 carbon atoms which may have a substituent, and R 3 to R 5 are each independently a hydrogen atom or a carbon Aliphatic chains with numbers from 1 to 10.)

具体的には、多官能芳香族アミンと多官能芳香族酸クロリドとを重縮合することで架橋芳香族ポリアミドを形成する工程であり、より具体的には、多官能芳香族アミンを含有する水溶液を多孔性支持膜に接触させる工程と、その後に、多孔性支持膜に多官能芳香族酸クロリド溶液を接触させる工程とを有する。なお、ここでは、多孔性支持層が基材と多孔性支持膜とを備える場合を例に挙げるが、支持層が別の構成を備える場合は、「多孔性支持膜」を「多孔性支持層」と読み替えればよい。 Specifically, it is a step of forming a crosslinked aromatic polyamide by polycondensing a polyfunctional aromatic amine and a polyfunctional aromatic acid chloride, and more specifically, an aqueous solution containing a polyfunctional aromatic amine. is brought into contact with the porous support membrane, and then the porous support membrane is brought into contact with the polyfunctional aromatic acid chloride solution. Here, the case where the porous support layer includes a base material and a porous support film is taken as an example. ".

多官能芳香族アミン水溶液における多官能芳香族アミンの濃度は0.1質量%以上20質量%以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.5質量%以上15質量%以下の範囲内である。多官能芳香族アミンの濃度がこの範囲であると十分な溶質除去性能および透水性を得ることができる。 The concentration of the polyfunctional aromatic amine in the polyfunctional aromatic amine aqueous solution is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably in the range of 0.5% by mass or more and 15% by mass or less. is. If the concentration of the polyfunctional aromatic amine is within this range, sufficient solute removal performance and water permeability can be obtained.

多官能芳香族アミン水溶液を多孔性支持膜に接触させた後は、膜上に液滴が残らないように液切りする。液切りすることで、分離機能層形成後に液滴残存部分が膜欠陥となって除去性能が低下することを防ぐことができる。液切りの方法としては、多官能芳香族アミン水溶液接触後の支持層を垂直方向に把持して過剰の水溶液を自然流下させる方法や、エアーノズルから窒素などの気流を吹き付け、強制的に液切りする方法などを用いることができる。また、液切り後、膜面を乾燥させて水溶液の水分を一部除去することもできる。 After bringing the polyfunctional aromatic amine aqueous solution into contact with the porous support membrane, it is drained so that no droplets remain on the membrane. By draining off the liquid, it is possible to prevent the droplet remaining portion from becoming a film defect and lowering the removal performance after the separation functional layer is formed. As a method of draining, the support layer after contact with the polyfunctional aromatic amine aqueous solution is held vertically and the excess aqueous solution is allowed to flow down naturally, or an air stream such as nitrogen is blown from an air nozzle to forcibly drain. and the like can be used. Also, after draining, the film surface can be dried to partially remove water from the aqueous solution.

有機溶媒溶液中の多官能芳香族酸クロリドの濃度は、0.01質量%以上10質量%以下の範囲内であることが好ましく、0.02質量%以上2.0質量%以下の範囲内であることがさらに好ましい。0.01質量%以上とすることで十分な反応速度が得られ、また、10質量%以下とすることで副反応の発生を抑制することができるためである。 The concentration of the polyfunctional aromatic acid chloride in the organic solvent solution is preferably in the range of 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, and is in the range of 0.02% by mass or more and 2.0% by mass or less. It is even more preferable to have This is because a content of 0.01% by mass or more provides a sufficient reaction rate, and a content of 10% by mass or less can suppress the occurrence of side reactions.

有機溶媒は、水と非混和性であり、かつ多官能芳香族酸クロリドを溶解し、支持膜を破壊しないものが好ましく、多官能芳香族アミンおよび多官能芳香族酸クロリドに対して不活性であるものであればよい。好ましい例として、n-ノナン、n-デカン、n-ウンデカン、n-ドデカン、イソオクタン、イソデカン、イソドデカンなどの炭化水素化合物および混合溶媒が挙げられる。 The organic solvent is preferably one that is immiscible with water, dissolves the polyfunctional aromatic acid chloride, does not destroy the support film, and is inert to the polyfunctional aromatic amine and the polyfunctional aromatic acid chloride. Anything is fine. Preferred examples include hydrocarbon compounds such as n-nonane, n-decane, n-undecane, n-dodecane, isooctane, isodecane and isododecane, and mixed solvents.

多官能芳香族酸クロリドを含む有機溶媒溶液の多孔性支持膜への接触は、多官能芳香族アミン水溶液の多孔性支持膜への被覆方法と同様に行えばよい。 The organic solvent solution containing the polyfunctional aromatic acid chloride may be brought into contact with the porous support membrane in the same manner as the method of coating the porous support membrane with the polyfunctional aromatic amine aqueous solution.

多官能芳香族酸クロリド溶液を接触した後は、多官能芳香族アミン水溶液と同様に液切りすればよい。液切りには、多官能芳香族アミン水溶液について挙げた方法以外に、水とエアーの混合流体を用いる方法も採用できる。 After contact with the polyfunctional aromatic acid chloride solution, the liquid may be drained in the same manner as the polyfunctional aromatic amine aqueous solution. For draining, a method using a mixed fluid of water and air can also be adopted in addition to the method mentioned for the polyfunctional aromatic amine aqueous solution.

多官能芳香族アミン水溶液と多官能芳香族酸クロリド溶液との界面で、モノマーである多官能芳香族アミンと多官能芳香族酸クロリドとが重縮合することで、架橋芳香族ポリアミドが生成される。重縮合は、80℃以下で行うことが好ましい。「重縮合を80℃以下で行う」とは、少なくとも、多官能芳香族酸クロリドの塗布時からその後の液切りまでの支持膜周囲の温度、および多官能芳香族酸クロリド溶液の温度が80℃以下であることをいう。 At the interface between the polyfunctional aromatic amine aqueous solution and the polyfunctional aromatic acid chloride solution, polycondensation of the polyfunctional aromatic amine and the polyfunctional aromatic acid chloride, which are monomers, produces a crosslinked aromatic polyamide. . Polycondensation is preferably carried out at 80° C. or lower. "Polycondensation is carried out at 80 ° C. or less" means that at least the temperature around the support film from the time of coating the polyfunctional aromatic acid chloride until the subsequent draining, and the temperature of the polyfunctional aromatic acid chloride solution are 80 ° C. It means that:

こうして得られた膜を熱水で洗浄することで、未反応のモノマーを除去することができる。熱水の温度は40℃以上100℃以下、好ましくは60℃以上100℃以下である。 Unreacted monomers can be removed by washing the film thus obtained with hot water. The temperature of the hot water is 40°C or higher and 100°C or lower, preferably 60°C or higher and 100°C or lower.

次に、修飾工程では、脂肪族カルボン酸誘導体との反応を、前述の重合工程を経て得られた膜に対して行う。脂肪族カルボン酸誘導体は、そのまま接触させてもよいし、支持層を変質させない溶媒に溶解し、膜に接触させてもよい。 Next, in the modification step, the film obtained through the polymerization step described above is reacted with an aliphatic carboxylic acid derivative. The aliphatic carboxylic acid derivative may be brought into contact as it is, or may be dissolved in a solvent that does not degrade the support layer and brought into contact with the membrane.

脂肪族カルボン酸誘導体を接触させる方法としては、分離機能層上にコーティングすることで反応させてもよいし、脂肪族カルボン酸誘導体またはそれを含む溶液に、分離機能層を含む膜を浸漬して反応させてもよい。 As a method of bringing the aliphatic carboxylic acid derivative into contact with the separation functional layer, the reaction may be carried out by coating the derivative, or the membrane containing the separation functional layer may be immersed in the aliphatic carboxylic acid derivative or a solution containing the same. may be reacted.

脂肪族カルボン酸誘導体を水溶液として、またはそのまま、前記重合工程で得られた膜に塗布する際の反応時間および温度は、脂肪族カルボン酸誘導体の種類、塗布方法により適宜調整可能である。脂肪族カルボン酸誘導体を水溶液として塗布する際には、水溶液の濃度は分離機能層の耐酸性、耐塩素性向上効果の観点から、10mmol/L~100mmol/Lが好ましく、30mmol/L~100mmol/Lがさらに好ましい。 The reaction time and temperature when the aliphatic carboxylic acid derivative is applied as an aqueous solution or as it is to the film obtained in the polymerization step can be appropriately adjusted depending on the type of the aliphatic carboxylic acid derivative and the application method. When the aliphatic carboxylic acid derivative is applied as an aqueous solution, the concentration of the aqueous solution is preferably 10 mmol/L to 100 mmol/L, more preferably 30 mmol/L to 100 mmol/L, from the viewpoint of improving the acid resistance and chlorine resistance of the separation functional layer. L is more preferred.

以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

1.測定
(膜のイソプロピルアルコール除去率)
25℃でpH6.5およびpH1の硫酸酸性の1,000mg/Lのイソプロピルアルコールからなる水溶液それぞれについて、0.5MPaの操作圧力で膜に透過させた時の透過水と供給水のイソプロピルアルコール濃度を比較することにより評価した。
1. Measurement (Isopropyl alcohol removal rate of membrane)
For each aqueous solution of 1,000 mg/L isopropyl alcohol acidified with sulfuric acid at pH 6.5 and pH 1 at 25°C, the isopropyl alcohol concentrations of the permeate and feed water when permeated through the membrane at an operating pressure of 0.5 MPa were calculated. Evaluated by comparison.

すなわち、イソプロピルアルコール除去率(%)=100×(1-(透過水中のイソプロピルアルコール濃度/供給水中のイソプロピルアルコール濃度))で算出した。なお、イソプロピルアルコール濃度はガスクロマトグラフ(島津製作所製GC-18A)を用いて求めた。 That is, the isopropyl alcohol removal rate (%) was calculated as follows: 100×(1−(concentration of isopropyl alcohol in permeated water/concentration of isopropyl alcohol in feed water)). The isopropyl alcohol concentration was determined using a gas chromatograph (GC-18A manufactured by Shimadzu Corporation).

(溶液中のレアメタルイオン濃度)
日立株式会社製のP-4010型ICP(高周波誘導結合プラズマ発光分析)装置を用いて、溶液の中のリチウムイオン濃度、コバルトイオン濃度、ニッケルイオン濃度を定量した。
(Rare metal ion concentration in solution)
Using a P-4010 type ICP (Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometer) device manufactured by Hitachi, Ltd., the lithium ion concentration, cobalt ion concentration, and nickel ion concentration in the solution were quantified.

(1価レアメタルイオン濃度の総和と多価レアメタルイオン濃度の総和の比)
溶液中の各種イオン濃度を用い、1価レアメタルイオン濃度の総和と多価レアメタルイオン濃度の総和の比=リチウムイオン濃度/(コバルトイオン濃度+ニッケルイオン濃度)で算出した。
(Ratio of total concentration of monovalent rare metal ions to total concentration of polyvalent rare metal ions)
Using various ion concentrations in the solution, the ratio of the total concentration of monovalent rare metal ions to the total concentration of polyvalent rare metal ions was calculated as the ratio of lithium ion concentration/(cobalt ion concentration+nickel ion concentration).

(総金属イオン濃度)
溶液中の各種イオン濃度を用い、総金属イオン濃度(mg/L)=リチウムイオン濃度(mg/L)+コバルトイオン濃度(mg/L)+ニッケルイオン濃度(mg/L)で算出した。
(Total metal ion concentration)
Using various ion concentrations in the solution, total metal ion concentration (mg/L)=lithium ion concentration (mg/L)+cobalt ion concentration (mg/L)+nickel ion concentration (mg/L) was calculated.

(回収率)
本実施例、比較例では、回収対象のレアメタルをコバルトとし、
回収率(%)=回収工程で析出した金属コバルト質量(g)/(溶液中のコバルトイオン濃度(mg/L)×工程に投入した液量(L))で算出した。
(Recovery rate)
In the present examples and comparative examples, the rare metal to be recovered is cobalt,
Recovery rate (%) = mass (g) of metallic cobalt precipitated in the recovery step/(concentration of cobalt ions in the solution (mg/L) x liquid volume (L) introduced in the step).

2.膜の作製
(多孔性支持層の作製)
ポリエステル繊維からなる不織布(通気度0.5~1cc/cm/sec)上にポリスルホンの15.0質量%ジメチルホルムアミド(DMF)溶液を180μmの厚みで室温(25℃)でキャストし、ただちに純水中に浸漬して5分間放置することによって繊維補強ポリスルホン支持層からなる多孔性支持層(厚さ150~160μm)を作製した。これを以下の膜A~Eの作製に使用した。
2. Fabrication of membrane (Fabrication of porous support layer)
A 15.0% by mass solution of polysulfone in dimethylformamide (DMF) was cast at room temperature (25° C.) to a thickness of 180 μm on a non-woven fabric made of polyester fiber (air permeability of 0.5 to 1 cc/cm 2 /sec), and immediately purified. A porous support layer (thickness: 150 to 160 μm) consisting of a fiber-reinforced polysulfone support layer was prepared by immersing it in water and allowing it to stand for 5 minutes. This was used to prepare membranes AE below.

(膜Aの作製)
前記多孔性支持層を、m-フェニレンジアミン(m-PDA)1.8質量%を溶解した水溶液に15秒間浸漬した後、エアーノズルから窒素を吹き付け余分な水溶液を除去し、さらにトリメシン酸クロリド0.07質量%を含む30℃のn-デカン溶液を多孔性支持膜の表面全体に均一塗布した後、30℃で1分間静置し、膜面に2流体(純水とエアー)を吹き付けて、表面の溶液を除去した。その後、80℃の純水で洗浄し、表1に示す性能を有する逆浸透膜Aを得た。なお、かかる逆浸透膜Aは、前記式(1)、(2)の構造は含まず、式(3)に該当する構造を含むものであった。
(Preparation of membrane A)
After the porous support layer was immersed in an aqueous solution containing 1.8% by mass of m-phenylenediamine (m-PDA) for 15 seconds, nitrogen was blown from an air nozzle to remove excess aqueous solution. A 30°C n-decane solution containing .07% by mass was uniformly applied to the entire surface of the porous support membrane, allowed to stand at 30°C for 1 minute, and two fluids (pure water and air) were sprayed onto the membrane surface. , to remove the surface solution. After that, it was washed with pure water at 80° C. to obtain a reverse osmosis membrane A having the performance shown in Table 1. The reverse osmosis membrane A did not include the structures of the formulas (1) and (2), but included the structure corresponding to the formula (3).

(膜Bの作製)
前記多孔性支持層を、m-フェニレンジアミン(m-PDA)3.0質量%を溶解した水溶液に15秒間浸漬した後、エアーノズルから窒素を吹き付け余分な水溶液を除去し、さらにトリメシン酸クロリド0.15質量%を含む40℃のn-デカン溶液を多孔性支持膜の表面全体に均一塗布した後、80℃で1分間加熱乾燥し、膜面に2流体(純水とエアー)を吹き付けて、表面の溶液を除去した。次に80℃の純水で洗浄した。その後、1.0質量%の無水酢酸水溶液に25℃で2分間浸漬した後、30℃の純水で洗浄することで、表1に示す性能を有する逆浸透膜Bを得た。なお、かかる逆浸透膜Bは、前記式(1)、(2)、(3)の構造をそれぞれ含むものであった。
(Preparation of membrane B)
After the porous support layer was immersed in an aqueous solution containing 3.0% by mass of m-phenylenediamine (m-PDA) for 15 seconds, nitrogen was blown from an air nozzle to remove excess aqueous solution. A 40° C. n-decane solution containing 15% by mass was uniformly applied to the entire surface of the porous support membrane, dried by heating at 80° C. for 1 minute, and two fluids (pure water and air) were sprayed onto the membrane surface. , to remove the surface solution. Next, it was washed with pure water at 80°C. After that, it was immersed in a 1.0% by mass aqueous solution of acetic anhydride at 25° C. for 2 minutes, and then washed with pure water at 30° C. to obtain a reverse osmosis membrane B having the performance shown in Table 1. The reverse osmosis membrane B contained the structures represented by the formulas (1), (2) and (3).

(膜Cの作製)
前記多孔性支持層を、ピペラジン2.3質量%、m-フェニレンジアミン(m-PDA)0.15質量%を含む水溶液中に2分間浸漬し、該支持層を垂直方向にゆっくりと引き上げ、エアーノズルから窒素を吹き付け支持層表面から余分な水溶液を取り除いた後、トリメシン酸クロリド0.2質量%を含むn-デカン溶液を、160cm/mの割合で支持層表面が完全に濡れるように塗布して、80℃の雰囲気下で1分間加熱した。次に膜から余分な溶液を除去するために、膜を1分間垂直に把持して液切りを行って、送風機を使い20℃の気体を吹き付けて乾燥させた。乾燥後、直ちに水で洗い、室温にて保存し、表1に示す性能を有するナノろ過膜Cを得た。なお、かかるナノろ過膜Cは、前記式(1)、(2)、(3)のいずれの構造も含まないものであった。
(Preparation of film C)
The porous support layer was immersed in an aqueous solution containing 2.3% by weight of piperazine and 0.15% by weight of m-phenylenediamine (m-PDA) for 2 minutes, and the support layer was slowly pulled up in the vertical direction. After removing excess aqueous solution from the surface of the support layer by blowing nitrogen through a nozzle, an n-decane solution containing 0.2% by mass of trimesic acid chloride was added at a rate of 160 cm 3 /m 2 so that the surface of the support layer was completely wetted. It was applied and heated in an atmosphere of 80° C. for 1 minute. Next, in order to remove excess solution from the membrane, the membrane was held vertically for 1 minute to drain, and dried by blowing gas at 20° C. using an air blower. After drying, it was immediately washed with water and stored at room temperature to obtain a nanofiltration membrane C having the performance shown in Table 1. The nanofiltration membrane C did not include any of the structures of formulas (1), (2) and (3).

(膜Dの作製)
前記多孔性支持層を、ピペラジン1.5質量%を含む水溶液中に2分間浸漬し、該支持層を垂直方向にゆっくりと引き上げ、エアーノズルから窒素を吹き付け支持層表面から余分な水溶液を取り除いた後、トリメシン酸クロリド0.1質量%を含むn-デカン溶液を、160cm/mの割合で支持層表面が完全に濡れるように塗布して、80℃の雰囲気下で1分間加熱した。次に膜から余分な溶液を除去するために、膜を1分間垂直に把持して液切りを行って、送風機を使い20℃の気体を吹き付けて乾燥させた。乾燥後、直ちに水で洗い、室温にて保存し、表1に示す性能を有するナノろ過膜Dを得た。なお、かかるナノろ過膜Dは、前記式(1)、(2)、(3)のいずれの構造も含まないものであった。
(Preparation of film D)
The porous support layer was immersed in an aqueous solution containing 1.5% by mass of piperazine for 2 minutes, the support layer was slowly lifted vertically, and nitrogen was blown from an air nozzle to remove excess aqueous solution from the surface of the support layer. After that, an n-decane solution containing 0.1% by mass of trimesic acid chloride was applied at a rate of 160 cm 3 /m 2 so that the support layer surface was completely wetted, and heated in an atmosphere of 80° C. for 1 minute. Next, in order to remove excess solution from the membrane, the membrane was held vertically for 1 minute to drain, and dried by blowing gas at 20° C. using an air blower. After drying, it was immediately washed with water and stored at room temperature to obtain a nanofiltration membrane D having the performance shown in Table 1. The nanofiltration membrane D did not include any of the structures represented by the formulas (1), (2) and (3).

(膜Eの作製)
前記多孔性支持層を、ピペラジン2.3質量%、m-フェニレンジアミン(m-PDA)0.05質量%を含む水溶液中に2分間浸漬し、該支持層を垂直方向にゆっくりと引き上げ、エアーノズルから窒素を吹き付け支持層表面から余分な水溶液を取り除いた後、トリメシン酸クロリド0.2質量%を含むn-デカン溶液を、160cm/mの割合で支持層表面が完全に濡れるように塗布して、80℃の雰囲気下で1分間加熱した。次に膜から余分な溶液を除去するために、膜を1分間垂直に把持して液切りを行って、送風機を使い20℃の気体を吹き付けて乾燥させた。乾燥後、直ちに水で洗い、室温にて保存し、表1に示す性能を有するナノろ過膜Eを得た。なお、かかるナノろ過膜Eは、前記式(1)、(2)、(3)のいずれの構造も含まないものであった。
(Preparation of membrane E)
The porous support layer was immersed in an aqueous solution containing 2.3% by weight of piperazine and 0.05% by weight of m-phenylenediamine (m-PDA) for 2 minutes, and the support layer was slowly lifted vertically and air was removed. After removing excess aqueous solution from the surface of the support layer by blowing nitrogen through a nozzle, an n-decane solution containing 0.2% by mass of trimesic acid chloride was added at a rate of 160 cm 3 /m 2 so that the surface of the support layer was completely wetted. It was applied and heated in an atmosphere of 80° C. for 1 minute. Next, in order to remove excess solution from the membrane, the membrane was held vertically for 1 minute to drain, and dried by blowing gas at 20° C. using an air blower. After drying, it was immediately washed with water and stored at room temperature to obtain a nanofiltration membrane E having performance shown in Table 1. The nanofiltration membrane E did not include any of the structures of formulas (1), (2) and (3).

Figure 2023055031000006
Figure 2023055031000006

3.溶液の作製
(溶液A~E)
硫酸リチウム、硫酸コバルト、硫酸ニッケル、を、1mol/L硫酸水溶液に溶解させ、硫酸でpH1に調整し、表2に示す組成の溶液A~Eを作製した。
3. Preparation of solutions (solutions A to E)
Lithium sulfate, cobalt sulfate, and nickel sulfate were dissolved in a 1 mol/L sulfuric acid aqueous solution and adjusted to pH 1 with sulfuric acid to prepare solutions A to E having the compositions shown in Table 2.

Figure 2023055031000007
Figure 2023055031000007

4.実施例および比較例
(実施例1)
50Lの溶液Aを、まず最初に、膜Aによる濃縮工程の原液として処理し、次に、濃縮工程で得られた非透過液を、分離工程で処理した。
4. Examples and Comparative Examples (Example 1)
50 L of solution A were first treated as stock solution for the concentration step by Membrane A and then the retentate from the concentration step was treated in the separation step.

濃縮工程は、液温25℃、操作圧力12MPa、体積比として、透過水:非透過水=6:4となるように実施した。 The concentration step was performed at a liquid temperature of 25° C., an operating pressure of 12 MPa, and a volume ratio of permeated water:non-permeated water=6:4.

分離工程は、ミキサセトラ装置を用いた溶媒抽出法で実施した。まず、濃縮工程で得られた非透過液を、pHを調整後、水相として用い、希釈剤であるケロシンに対し、コバルトの抽出剤であるビス(2,4,4-トリメチルペンチル)ホスフィン酸(製品名:Cyanex272)を30体積%溶解させたものを有機相として、水相と接触させ、正抽出を実施した。その後、コバルトイオン濃度の高い有機相と、硫酸水溶液を接触させ、水相へ逆抽出した。 The separation step was carried out by a solvent extraction method using a mixer-settler apparatus. First, the non-permeated liquid obtained in the concentration step is used as an aqueous phase after adjusting the pH, and bis(2,4,4-trimethylpentyl)phosphinic acid, which is an extractant for cobalt, is used for kerosene, which is a diluent. (Product name: Cyanex 272) was dissolved at 30% by volume as an organic phase, which was brought into contact with an aqueous phase to carry out positive extraction. After that, the organic phase having a high concentration of cobalt ions was brought into contact with an aqueous sulfuric acid solution to back-extract to the aqueous phase.

逆抽出によって得られた水相に対し、回収工程を実施した。 A recovery step was performed on the aqueous phase obtained by back extraction.

回収工程は、チタン板に酸化イリジウムがコーティングされた不溶性アノードを用いて、コバルトの純金属の薄板をカソードにし、通電させ、カソードの周りにコバルトを析出させた。 In the recovery process, an insoluble anode made of a titanium plate coated with iridium oxide was used, and a pure metal thin plate of cobalt was used as a cathode, and electricity was applied to deposit cobalt around the cathode.

析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 The recovery rate was calculated from the mass of precipitated cobalt and shown in Table 3.

(実施例2)
50Lの溶液Aを、まず最初に、分離工程で処理した。
(Example 2)
50 L of solution A was first processed through a separation step.

分離工程は、正抽出の水相として、溶液Aを用いたこと以外は、実施例1記載の方法と同様に実施した。 The separation step was performed in the same manner as described in Example 1, except that Solution A was used as the aqueous phase of the positive extraction.

分離工程の逆抽出で得られた水相を原液とし、実施例1と同様の膜Aによる濃縮工程で処理し、得られた非透過液に対し、実施例1と同様の方法で回収工程を実施した。 The aqueous phase obtained by the back extraction in the separation step was used as the raw liquid, and was treated in the same concentration step using Membrane A as in Example 1. The resulting non-permeated liquid was subjected to the recovery step in the same manner as in Example 1. carried out.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(実施例3)
溶液Aではなく、溶液Bを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で実施した。
(Example 3)
It was carried out in the same manner as in Example 1, except that Solution B was used instead of Solution A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(実施例4)
溶液Aではなく、溶液Cを用いたこと以外は、実施例2と同様の方法で実施した。
(Example 4)
It was carried out in the same manner as in Example 2, except that Solution C was used instead of Solution A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(実施例5)
溶液Aではなく、溶液Cを用い、かつ、濃縮工程における、透過水:非透過水=3:7にしたこと以外は、実施例1と同様の方法で実施した。
(Example 5)
It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the solution C was used instead of the solution A, and the ratio of permeated water:non-permeated water in the concentration step was set to 3:7.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(実施例6)
膜Aではなく膜Bを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で実施した。
(Example 6)
It was carried out in the same manner as in Example 1, except that film B was used instead of film A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(実施例7)
膜Aではなく膜Cを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で実施した。
(Example 7)
It was carried out in the same manner as in Example 1, except that film C was used instead of film A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(実施例8)
溶液Aではなく、溶液Dを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で実施した。
(Example 8)
It was carried out in the same manner as in Example 1 except that Solution D was used instead of Solution A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(実施例9)
膜Aではなく膜Eを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で実施した。
(Example 9)
It was carried out in the same manner as in Example 1, except that membrane E was used instead of membrane A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(実施例10)
溶液Aではなく、溶液Eを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で実施した。
(Example 10)
It was carried out in the same manner as in Example 1, except that Solution E was used instead of Solution A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(比較例1)
膜Aではなく膜Dを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で実施した。
(Comparative example 1)
It was carried out in the same manner as in Example 1, except that membrane D was used instead of membrane A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(比較例2)
50Lの溶液Aを、分離工程で処理した。
(Comparative example 2)
50 L of solution A was processed in the separation step.

分離工程は、ミキサセトラ装置を用いた溶媒抽出法を実施した。まず、50Lの溶液Aを、pHを調整後、水相として用い、希釈剤であるケロシンに対し、コバルトの抽出剤であるビス(2,4,4-トリメチルペンチル)ホスフィン酸(製品名:Cyanex272)を30体積%溶解させたものを有機相として、水相と接触させ、正抽出を実施した。その後、コバルトイオン濃度の高い有機相と、硫酸水溶液を接触させ、水相へ逆抽出した。 The separation step was carried out by a solvent extraction method using a mixer-settler apparatus. First, 50 L of solution A was used as an aqueous phase after adjusting the pH, and bis (2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid (product name: Cyanex 272 ) was dissolved at 30% by volume as an organic phase, which was brought into contact with an aqueous phase to carry out positive extraction. After that, the organic phase having a high concentration of cobalt ions was brought into contact with an aqueous sulfuric acid solution to back-extract to the aqueous phase.

逆抽出によって得られた水相に対し、回収工程を実施した。 A recovery step was performed on the aqueous phase obtained by back extraction.

回収工程は、チタン板に酸化イリジウムがコーティングされた不溶性アノードを用いて、コバルトの純金属の薄板をカソードにし、通電させ、カソードの周りにコバルトを析出させた。 In the recovery process, an insoluble anode made of a titanium plate coated with iridium oxide was used, and a pure metal thin plate of cobalt was used as a cathode, and electricity was applied to deposit cobalt around the cathode.

析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 The recovery rate was calculated from the mass of precipitated cobalt and shown in Table 3.

(比較例3)
溶液Aではなく、溶液Bを用いたこと以外は、比較例2と同様の方法で実施した。
(Comparative Example 3)
It was carried out in the same manner as in Comparative Example 2 except that Solution B was used instead of Solution A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(比較例4)
溶液Aではなく、溶液Cを用いたこと以外は、比較例2と同様の方法で実施した。
(Comparative Example 4)
It was carried out in the same manner as in Comparative Example 2 except that Solution C was used instead of Solution A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(比較例5)
溶液Aではなく、溶液Dを用いたこと以外は、比較例2と同様の方法で実施した。
(Comparative Example 5)
It was carried out in the same manner as in Comparative Example 2 except that Solution D was used instead of Solution A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

(比較例6)
溶液Aではなく、溶液Eを用いたこと以外は、比較例2と同様の方法で実施した。
(Comparative Example 6)
It was carried out in the same manner as in Comparative Example 2 except that Solution E was used instead of Solution A.

回収工程で、析出したコバルトの質量から回収率を算出し、表3に示した。 In the recovery step, the recovery rate was calculated from the mass of cobalt deposited and shown in Table 3.

Figure 2023055031000008
Figure 2023055031000008

本発明は、リチウムイオン電池、携帯電話、希土類磁石や、それらの製造工程で生じる廃材、廃液および鉱石やスラグなどから、コバルト、ニッケルなどの多価レアメタルイオンを構成する金属種を含む塩または該レアメタル単体を効率的に分離回収する方法として好適に利用できる。 The present invention provides a salt containing metal species constituting polyvalent rare metal ions such as cobalt and nickel from lithium ion batteries, mobile phones, rare earth magnets, and waste materials, waste liquids, ores, slags, etc. generated in their manufacturing processes, or salts thereof. It can be suitably used as a method for efficiently separating and recovering simple rare metals.

Claims (8)

多価レアメタルイオンを含有する溶液Xから、多価レアメタルイオンを構成する金属種を含む塩または単体を回収する方法であって、下記の膜によって前記溶液X中の多価レアメタルイオンを濃縮する工程を含むことを特徴とする回収方法。
(膜)0.5MPaの操作圧力で25℃、pH6.5のイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が40%以上である膜。
A method for recovering from a solution X containing polyvalent rare metal ions a salt or simple substance containing a metal species that constitutes a polyvalent rare metal ion, the step of concentrating the polyvalent rare metal ions in the solution X with the following membrane: A recovery method comprising:
(Membrane) A membrane having an isopropyl alcohol removal rate of 40% or more when an isopropyl alcohol aqueous solution having a pH of 6.5 at 25° C. and an operating pressure of 0.5 MPa is permeated.
前記溶液XのpHが3以下であり、前記膜が、0.5MPaの操作圧力で25℃、pHが前記溶液XのpHと同一のイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が40%以上である、ことを特徴とする、請求項1に記載の回収方法。 The pH of the solution X is 3 or less, and the isopropyl alcohol removal rate when the membrane is permeated with an isopropyl alcohol aqueous solution having the same pH as the solution X at 25° C. under an operating pressure of 0.5 MPa is The recovery method according to claim 1, characterized in that it is 40% or more. 前記膜が、0.5MPaの操作圧力で25℃、pH6.5のイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が70%以上である、および/または、0.5MPaの操作圧力で25℃、pH3以下のイソプロピルアルコール水溶液を透過させた時のイソプロピルアルコールの除去率が70%以上である、ことを特徴とする、請求項1または2に記載の回収方法。 The membrane has an isopropyl alcohol removal rate of 70% or more when an isopropyl alcohol aqueous solution of pH 6.5 at 25 ° C. is permeated at an operating pressure of 0.5 MPa, and / or at an operating pressure of 0.5 MPa 3. The recovery method according to claim 1 or 2, wherein the removal rate of isopropyl alcohol is 70% or more when an isopropyl alcohol aqueous solution at 25°C and pH 3 or less is permeated. 前記溶液Xは、1価レアメタルイオン濃度の総和(mg/L)/多価レアメタルイオン濃度の総和(mg/L)の比が0以上100未満である、ことを特徴とする、請求項1~3のいずれかに記載の回収方法。 The solution X is characterized in that the ratio of the sum of monovalent rare metal ion concentrations (mg/L)/sum of polyvalent rare metal ion concentrations (mg/L) is 0 or more and less than 100. 4. The recovery method according to any one of 3. 前記多価レアメタルイオンが、コバルトイオン、ニッケルイオン、金イオン、パラジウムイオン、白金イオン、ネオジウムイオン、インジウムイオン、ジスプロジウムイオン、ランタンイオン、イットリウムイオン、タンタルイオン、ニオブイオン、タングステンイオン、モリブデンイオン、のうちの少なくとも一種のイオン、である、請求項1~4のいずれかに記載の回収方法。 The polyvalent rare metal ions are cobalt ions, nickel ions, gold ions, palladium ions, platinum ions, neodymium ions, indium ions, dysprosium ions, lanthanum ions, yttrium ions, tantalum ions, niobium ions, tungsten ions, molybdenum ions, The recovery method according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one ion of 以下の(a)、(b)のいずれかを含むことを特徴とする、請求項1~5のいずれかに記載の回収方法。
(a)前記膜によって、前記溶液Xよりも、多価レアメタルイオンの濃度が高い非透過液と、多価レアメタルイオンの濃度の低い透過液、を得る濃縮工程と、溶媒抽出によって、前記非透過液から、回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が高い液と、前記回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が低い液、を得る分離工程を、この順序で行う。
(b)溶媒抽出によって、前記溶液Xから、回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が高い液と、前記回収対象とする多価レアメタルイオンの濃度が低い液、を得る分離工程と、前記膜によって、多価レアメタルイオンの濃度が高い非透過液と、多価レアメタルイオンの濃度の低い透過液、を得る濃縮工程を、この順序で行う。
The recovery method according to any one of claims 1 to 5, characterized by including either of the following (a) or (b).
(a) a concentration step of obtaining a non-permeated liquid having a higher polyvalent rare metal ion concentration than the solution X and a permeated liquid having a lower polyvalent rare metal ion concentration than the solution X by the membrane; A separation step of obtaining a liquid having a high concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered and a liquid having a low concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered from the liquid is performed in this order.
(b) a separation step of obtaining a liquid having a high concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered and a liquid having a low concentration of polyvalent rare metal ions to be recovered from the solution X by solvent extraction; to obtain a non-permeated liquid having a high concentration of polyvalent rare metal ions and a permeated liquid having a low concentration of polyvalent rare metal ions in this order.
前記溶液Xにおける総金属イオン濃度が50,000mg/L以下の場合、前記(a)を行い、前記溶液Xにおける総金属イオン濃度が50,000mg/Lより大きい場合、前記(b)を行う、請求項6に記載の回収方法。 If the total metal ion concentration in the solution X is 50,000 mg/L or less, perform the above (a), and if the total metal ion concentration in the solution X is greater than 50,000 mg/L, perform the above (b). The recovery method according to claim 6. 前記膜は、架橋芳香族ポリアミドを含有し、かつ前記架橋芳香族ポリアミドが下記式(1)または(2)で表される構造のうち少なくとも一方の構造を有する、請求項1~7のいずれかに記載の回収方法。
Figure 2023055031000009
Figure 2023055031000010
(Ar~Arは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭素数5~14の芳香族環であり、Rは芳香族環とヘテロ原子のいずれも有さない原子団であり、Xは水素原子もしくはカルボキシ基であり、またR~Rは、それぞれ独立して、水素原子または炭素数が1~10の脂肪族鎖である。)
Any one of claims 1 to 7, wherein the membrane contains a crosslinked aromatic polyamide, and the crosslinked aromatic polyamide has at least one structure represented by the following formula (1) or (2): Collection method described in .
Figure 2023055031000009
Figure 2023055031000010
(Ar 1 to Ar 3 are each independently an optionally substituted aromatic ring having 5 to 14 carbon atoms, and R 1 is an atom having neither an aromatic ring nor a hetero atom group, X is a hydrogen atom or a carboxy group, and R 2 to R 5 are each independently a hydrogen atom or an aliphatic chain having 1 to 10 carbon atoms.)
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