JP2023150694A - Separation method for cobalt and nickel - Google Patents

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Abstract

To provide a separation method for cobalt and nickel in which cobalt and nickel are collected from a lithium ion secondary battery at low cost.SOLUTION: A separation method for cobalt and nickel includes a crushing and classifying step of crushing and classifying a lithium ion secondary battery to yield an electrode material, a cleaning step of cleaning the electrode material with water and collecting alkaline cleaning waste liquid, a leaching step of immersing the electrode material cleaned in the cleaning step in a treatment liquid containing sulfuric acid to yield a leachate, a copper precipitation step of adding a hydrogen sulfide compound to the leachate and stirring, followed by solid-liquid separation to yield an eluate containing cobalt and nickel and a residue containing copper sulfide, a first treatment step or a second treatment step that includes a neutralization process and a filtration process, and a cobalt-nickel separation step of adding a hydrogen sulfide compound to the eluted liquid generated in the first treatment step or the neutralized liquid generated in the second treatment step, followed by stirring and solid-liquid separation to yield a precipitate containing cobalt sulfide and nickel sulfide, and a residual liquid containing lithium.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に含まれるコバルトおよびニッケルを、他の金属から正確に分離、回収することを可能にするコバルトおよびニッケルの分離方法に関する。 The present invention relates to a method for separating cobalt and nickel that makes it possible to accurately separate and recover cobalt and nickel contained in a lithium ion secondary battery from other metals.

リチウムイオン二次電池は、各種電子機器等の小型の物から電気自動車等の大型の物まで、幅広い分野の電源として利用されている。こうしたリチウムイオン二次電池が廃棄された際には、有用な金属を回収して再利用することが求められている。 Lithium ion secondary batteries are used as power sources in a wide range of fields, from small devices such as various electronic devices to large devices such as electric vehicles. When such lithium ion secondary batteries are disposed of, there is a need to recover and reuse useful metals.

リチウムイオン二次電池は、負極材と正極材とを、多孔質のポリプロピレン等のセパレータで分画し層状に重ね、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)等の電解質および電解液と共にアルミニウムやステンレス等のケースに封入して形成されている。 Lithium ion secondary batteries are made by separating the negative electrode material and the positive electrode material with a separator such as porous polypropylene and stacking them in layers, and using aluminum or stainless steel along with an electrolyte such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and an electrolytic solution. It is enclosed in a case such as

リチウムイオン二次電池の負極材は銅箔などからなる負極集電体にバインダーが混合された黒鉛などの負極活物質を塗布して形成されている。また、正極材はアルミニウム箔などからなる正極集電体にバインダーが混合されたマンガン酸リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムなどの正極活物質を塗布して形成されている。 The negative electrode material of a lithium ion secondary battery is formed by applying a negative electrode active material such as graphite mixed with a binder to a negative electrode current collector made of copper foil or the like. Further, the positive electrode material is formed by applying a positive electrode active material such as lithium manganate, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, etc. mixed with a binder to a positive electrode current collector made of aluminum foil or the like.

このようにリチウムイオン二次電池の正極活物質にはコバルトおよびニッケルが多く含まれているが、リサイクル過程で予め粉砕分離された正極活物質には、コバルト、ニッケル以外にも、マンガン、銅、アルミニウム、リチウムなどが含まれている。このため、リチウムイオン二次電池からコバルトおよびニッケルを高い収率で分離、回収するためには、これら以外の金属を正確に取り除く必要がある。 In this way, the positive electrode active material of lithium ion secondary batteries contains a large amount of cobalt and nickel, but in addition to cobalt and nickel, the positive electrode active material that has been crushed and separated in advance during the recycling process also contains manganese, copper, Contains aluminum and lithium. Therefore, in order to separate and recover cobalt and nickel from lithium ion secondary batteries with high yield, it is necessary to accurately remove metals other than these.

従来、リチウムイオン二次電池に含まれるコバルトおよびニッケルを分離、回収する方法として、例えば、特許文献1、2には、使用済みのリチウムイオン二次電池から有価金属を回収する方法として、リチウムイオン二次電池から正極材活物質を取り出し、この正極活物質から酸浸出によって金属が浸出した浸出液を得て、この浸出液から溶媒抽出によってコバルトとニッケルとを分離する回収方法が開示されている。 Conventionally, as a method for separating and recovering cobalt and nickel contained in a lithium ion secondary battery, for example, Patent Documents 1 and 2 describe a method for recovering valuable metals from a used lithium ion secondary battery. A recovery method is disclosed in which a positive electrode active material is taken out from a secondary battery, a leachate in which metal is leached from the positive electrode active material is obtained by acid leaching, and cobalt and nickel are separated from this leachate by solvent extraction.

特開2015-183292号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-183292 特開2007-122885号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-122885

電極活物質は、多くの場合、水などに溶解すると溶液がアルカリ性を示す化合物が含まれている。このため、特許文献1、2に開示された回収方法では、電極活物質を酸浸出する際に、多量の硫酸を用いて、電極活物質を溶解している。 Electrode active materials often contain compounds that exhibit alkalinity when dissolved in water or the like. For this reason, in the recovery methods disclosed in Patent Documents 1 and 2, a large amount of sulfuric acid is used to dissolve the electrode active material when acid leaching the electrode active material.

また、浸出工程の後工程では、こうした酸性の浸出液を中和するために、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物を多量に用いてpH調整を行っている。このように、従来の回収方法では、各処理工程において、液性を強酸性から強アルカリ性まで幅広く調整する必要があるため、酸やアルカリ化合物などの薬液を多く用いる必要があり、リチウムイオン二次電池に含まれるコバルトやニッケルを分離、回収する際の処理コストが高くなるという課題があった。 In addition, in the subsequent process of the leaching process, in order to neutralize such acidic leaching solution, a large amount of alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide is used to adjust the pH. In this way, in the conventional recovery method, it is necessary to adjust the liquid property widely from strong acidity to strong alkalinity in each treatment process, so it is necessary to use a large amount of chemical solutions such as acids and alkaline compounds, and lithium ion secondary The problem was that the processing costs involved in separating and recovering the cobalt and nickel contained in batteries were high.

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、リチウムイオン二次電池から低コストでコバルトおよびニッケルを回収することが可能なコバルトおよびニッケルの分離方法を提供することを目的とする。 This invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object thereof is to provide a method for separating cobalt and nickel that can recover cobalt and nickel from lithium ion secondary batteries at low cost. .

上記の課題を解決するために、本発明のコバルトおよびニッケルの分離方法は、リチウムイオン二次電池からコバルトおよびニッケルを分離する、コバルトおよびニッケルの分離方法であって、前記リチウムイオン二次電池を粉砕および分級し、少なくともコバルト、ニッケル、銅、およびリチウムを含む電極材料を得る粉砕選別工程、前記電極材料を水を用いて洗浄し、前記電極材料を洗浄した後のアルカリ性の洗浄排液を回収する洗浄工程、硫酸を含む処理液に、前記洗浄工程で洗浄された前記電極材料を浸漬して浸出液を得る浸出工程、前記浸出液に硫化水素化合物を加えて撹拌し、硫化銅として銅を沈殿させる銅沈殿工程、前記銅沈殿工程で得られた沈殿を含む混合液に前記洗浄排液及びアルカリ金属水酸化物を加えてpH調整を行い、第1中和液を得る第1中和過程と、前記第1中和液の固液分離を行い、コバルトおよびニッケルを含む第1溶出液と硫化銅を含む残渣を得る第1濾過過程と、を順に含む第1処理工程、または、前記銅沈殿工程で得られた沈殿を含む混合液の固液分離を行い、コバルトおよびニッケルを含む第2溶出液と硫化銅を含む残渣を得る第2濾過過程と、前記第2溶出液に前記洗浄排液及びアルカリ金属水酸化物を加えてpH調整を行い、第2中和液を得る第2中和過程と、を順に含む第2処理工程、のうちいずれか一方、前記第1処理工程で得た前記第1溶出液、または第2処理工程で得た前記第2中和液に硫化水素化合物を加えて撹拌、固液分離を行い、硫化コバルトおよび硫化ニッケルを含む沈殿物と、リチウムを含む残液とを得るコバルト・ニッケル分離工程、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the cobalt and nickel separation method of the present invention is a cobalt and nickel separation method that separates cobalt and nickel from a lithium ion secondary battery. A crushing and sorting step to obtain an electrode material containing at least cobalt, nickel, copper, and lithium by crushing and classifying, washing the electrode material with water, and collecting an alkaline washing waste liquid after washing the electrode material. a leaching step in which the electrode material cleaned in the cleaning step is immersed in a treatment solution containing sulfuric acid to obtain a leaching solution; a hydrogen sulfide compound is added to the leaching solution and stirred to precipitate copper as copper sulfide. a copper precipitation step, a first neutralization step in which the washing waste liquid and an alkali metal hydroxide are added to the mixed solution containing the precipitate obtained in the copper precipitation step to adjust the pH to obtain a first neutralized solution; A first treatment step comprising in order a first filtration step of performing solid-liquid separation of the first neutralized liquid to obtain a first eluate containing cobalt and nickel and a residue containing copper sulfide, or the copper precipitation step. A second filtration process in which the mixed solution containing the precipitate obtained is subjected to solid-liquid separation to obtain a second eluate containing cobalt and nickel and a residue containing copper sulfide; A second neutralization step in which a second neutralized solution is obtained by adjusting the pH by adding an alkali metal hydroxide; A hydrogen sulfide compound is added to the first eluate or the second neutralized solution obtained in the second treatment step, stirred, and solid-liquid separated to produce a precipitate containing cobalt sulfide and nickel sulfide and a residual solution containing lithium. A cobalt-nickel separation step for obtaining

本発明によれば、粉砕選別工程で分離された電極材料を洗浄工程で水を用いて洗浄を行うことにより、電極材料のうち、水に溶解してアルカリ性となる成分、例えばリチウム化合物の一部が、電極材料を洗浄した後の洗浄排液に移行する。これにより、後工程である浸出工程において、電極材料を酸浸出する際に、硫酸の使用量を低減することができ、コバルトおよびニッケルの分離に係る処理コストを低減することができる。 According to the present invention, by washing the electrode material separated in the crushing and sorting process with water in the washing process, a part of the electrode material that dissolves in water and becomes alkaline, such as a lithium compound, is removed. is transferred to the cleaning waste liquid after cleaning the electrode material. This makes it possible to reduce the amount of sulfuric acid used when acid leaching the electrode material in the leaching step, which is a subsequent step, and to reduce the processing cost related to the separation of cobalt and nickel.

また、第1中和過程または第2中和過程において、洗浄工程で回収された洗浄排液を再利用することによって、コストの高い水酸化ナトリウムの使用量を低減することができ、コバルトおよびニッケルの分離に係る処理コストを低減することができる。 In addition, by reusing the cleaning waste liquid collected in the cleaning process in the first neutralization process or the second neutralization process, the amount of expensive sodium hydroxide used can be reduced, and cobalt and nickel It is possible to reduce the processing cost related to the separation.

また、本発明では、前記銅沈殿工程の後工程として、前記第1処理工程を行うことが好ましい。 Further, in the present invention, it is preferable that the first treatment step is performed as a subsequent step of the copper precipitation step.

また、本発明では、前記洗浄排液は、pHが9以上であってもよい。 Further, in the present invention, the cleaning waste liquid may have a pH of 9 or more.

また、本発明では、前記洗浄工程は、水に前記電極材料を入れて、0.33時間以上6時間以下の範囲で攪拌を行う工程であってもよい。 Further, in the present invention, the cleaning step may be a step of adding the electrode material to water and stirring for a period of 0.33 hours or more and 6 hours or less.

また、本発明では、前記浸出工程で用いる処理液は、炭素原子数が8以下の飽和直鎖状アルコールを含む消泡剤が更に添加されてもよい。 Further, in the present invention, an antifoaming agent containing a saturated linear alcohol having 8 or less carbon atoms may be further added to the treatment liquid used in the leaching step.

また、本発明では、前記浸出工程は、前記硫酸と前記洗浄工程で洗浄された前記電極材料とを混錬して浸出ペーストを形成する混練過程と、前記浸出ペーストに水を加えて希釈する希釈過程と、を含む工程であってもよい。 Further, in the present invention, the leaching step includes a kneading step of kneading the sulfuric acid and the electrode material cleaned in the cleaning step to form a leaching paste, and a dilution step of adding water to the leaching paste to dilute it. The process may include a process.

また、本発明では、前記コバルト・ニッケル分離工程で分離した前記沈殿物に硫酸を含む再溶解液を加えて攪拌した後、固液分離を行い、コバルトおよびニッケルを含むコバルト・ニッケル溶液を得る再溶解工程、前記コバルト・ニッケル溶液に抽出剤溶液を添加して、コバルト抽出液とニッケル抽出液とを得る溶媒抽出工程、を更に備えていてもよい。 Further, in the present invention, after adding a redissolution solution containing sulfuric acid to the precipitate separated in the cobalt-nickel separation step and stirring, solid-liquid separation is performed to obtain a cobalt-nickel solution containing cobalt and nickel. The method may further include a dissolving step and a solvent extraction step of adding an extractant solution to the cobalt-nickel solution to obtain a cobalt extract and a nickel extract.

また、本発明では、前記粉砕選別工程の前工程として、前記リチウムイオン二次電池を加熱して熱処理を行う熱処理工程、を更に備えていてもよい。 Further, the present invention may further include a heat treatment step of heating and heat-treating the lithium ion secondary battery as a pre-step of the pulverizing and sorting step.

本発明によれば、リチウムイオン二次電池に含まれるコバルトおよびニッケルと、それ以外の金属とを、低コストで高精度に分離して、リチウムイオン二次電池から低コストでコバルトおよびニッケルを回収することが可能なコバルトおよびニッケルの分離方法を提供することができる。 According to the present invention, cobalt and nickel contained in lithium ion secondary batteries are separated from other metals at low cost and with high precision, and cobalt and nickel are recovered from lithium ion secondary batteries at low cost. A method for separating cobalt and nickel can be provided.

本発明の第1実施形態のコバルトおよびニッケルの分離方法を含むリチウムイオン二次電池の電極材料のリサイクル方法を段階的に示したフローチャートである。1 is a flowchart showing step-by-step a method for recycling an electrode material of a lithium ion secondary battery, including a method for separating cobalt and nickel according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態のコバルトおよびニッケルの分離方法を含むリチウムイオン二次電池の電極材料のリサイクル方法を段階的に示したフローチャートである。It is a flowchart showing step-by-step a method for recycling an electrode material of a lithium ion secondary battery, including a method for separating cobalt and nickel according to a second embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態のコバルトおよびニッケルの分離方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, a method for separating cobalt and nickel according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments shown below will be specifically described in order to better understand the gist of the invention, and unless otherwise specified, the embodiments are not intended to limit the invention.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態のコバルトおよびニッケルの分離方法を含むリチウムイオン二次電池の電極材料のリサイクル方法を段階的に示したフローチャートである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing step-by-step a method for recycling an electrode material of a lithium ion secondary battery, including a method for separating cobalt and nickel according to a first embodiment of the present invention.

(熱処理工程S1)
廃棄されたリチウムイオン二次電池(以下、廃LIBと称する)を構成する電極材料を分離する前処理工程として、廃LIBを加熱炉で例えば過熱水蒸気で約500℃程度まで加熱して熱処理を行う。
(Heat treatment step S1)
As a pre-treatment step for separating the electrode materials constituting discarded lithium ion secondary batteries (hereinafter referred to as waste LIBs), waste LIBs are heat-treated by heating them in a heating furnace, for example, with superheated steam to about 500°C. .

熱処理は、真空でも常圧でもよいが、酸素を含まない不活性雰囲気中の加熱が好ましい。廃LIBは、バインダー及び電解液の存在により正極活物質や負極活物質と、集電体であるアルミニウム箔や銅箔との付着力が大きい。このため、400℃以上の熱処理工程を行うことによって、これら活物質と集電体との分離を容易にする。廃LIBの加熱温度を650℃以下にすることにより、アルミニウムが溶融して活物質を巻き込んで冷却固化して、活物質だけを取り出すことが困難になることを防止できる。 The heat treatment may be performed under vacuum or normal pressure, but heating in an inert atmosphere containing no oxygen is preferred. Due to the presence of the binder and electrolyte, waste LIB has a strong adhesion force between the positive electrode active material and the negative electrode active material and the current collector such as aluminum foil or copper foil. Therefore, by performing a heat treatment step at 400° C. or higher, the active material and the current collector can be easily separated. By setting the heating temperature of the waste LIB to 650° C. or lower, it is possible to prevent the aluminum from melting, enveloping the active material, cooling and solidifying, and making it difficult to take out only the active material.

(粉砕選別工程S2)
次に、熱処理後の廃LIBを粉砕した後、篩分けによって電極材料を選別分離する。廃LIBの粉砕は、例えば、二軸剪断破砕機やハンマーミルを用いて行う。
(Crushing and sorting process S2)
Next, after the heat-treated waste LIB is pulverized, the electrode material is separated by sieving. The waste LIB is crushed using, for example, a twin-shaft shear crusher or a hammer mill.

そして、粉砕した廃LIBを、適切な目開きの篩を用いて分級し,電池容器,アルミニウム箔,銅箔,ニッケル端子を篩の上産物として、正極活物質(LiCoOなど)および負極活物質(グラファイト)を含む電極材料を篩の下産物として回収する。こうした電極材料は、例えば、目開きが0.5mm程度の篩を通過したものであればよい。 Then, the crushed waste LIB is classified using a sieve with an appropriate opening, and the battery container, aluminum foil, copper foil, and nickel terminal are passed through the sieve, and the positive electrode active material (such as LiCoO 2 ) and the negative electrode active material are separated. Electrode materials containing (graphite) are recovered as a sieve product. Such an electrode material may be one that has passed through a sieve with an opening of about 0.5 mm, for example.

分離された電極材料は、主に正極活物質の構成材料および不純物であるコバルト、ニッケル、マンガン、銅、鉄、アルミニウム、リチウム、カルシウム等、および負極活物質の構成材料である炭素等を含んでいる。 The separated electrode material mainly contains cobalt, nickel, manganese, copper, iron, aluminum, lithium, calcium, etc., which are the constituent materials and impurities of the positive electrode active material, and carbon, etc., which is the constituent material of the negative electrode active material. There is.

(洗浄工程S3)
次に、粉砕選別工程S2で分離された、電極活物質を含む粉末状の電極材料を、水を用いて洗浄する。水は、例えば蒸留水を用いることができる。洗浄工程S3は、例えば、液温が0℃以上、100℃以下の水に、電極材料を入れて、0.33時間以上、6時間以下の範囲で攪拌を行なえばよい。
(Cleaning step S3)
Next, the powdered electrode material containing the electrode active material separated in the crushing and sorting step S2 is washed with water. For example, distilled water can be used as water. In the cleaning step S3, for example, the electrode material may be placed in water with a liquid temperature of 0° C. or more and 100° C. or less, and stirred for 0.33 hours or more and 6 hours or less.

この後、例えば、濾材を用いて固液分離を行うことによって、洗浄後の電極材料と、電極材料を洗浄した後の洗浄排液とを、それぞれ回収する。ここで得られる洗浄排液は、洗浄工程S3において、電極材料に含まれるリチウム化合物(例えば、炭酸リチウム)が水に溶解することによって、洗浄排液のpHが9~10程度の弱アルカリ性になっている。また、洗浄後の電極材料は、特に乾燥を行わずに、湿った状態で、次工程である浸出工程S4に供給されてもよい。 Thereafter, for example, by performing solid-liquid separation using a filter medium, the electrode material after washing and the washing waste liquid after washing the electrode material are respectively collected. In the cleaning step S3, the lithium compound (for example, lithium carbonate) contained in the electrode material dissolves in water, so that the pH of the cleaning drainage liquid obtained here becomes weakly alkaline, about 9 to 10. ing. Moreover, the electrode material after washing may be supplied to the next step, leaching step S4, in a wet state without particularly drying.

本実施形態のように、粉砕選別工程S2で分離された電極材料を洗浄工程S3で水によって洗浄を行うことにより、電極材料のうち、水に溶解してアルカリ性となる成分、例えばリチウム化合物の一部が洗浄排液に移行する。これにより、後工程である浸出工程S4において、電極材料を酸浸出する際に、硫酸の使用量を低減することができ、コバルトおよびニッケルの分離に係る処理コストを低減することができる。例えば、洗浄工程S3を行うことによって、浸出工程での硫酸使用量を、洗浄工程S3を行わない場合と比較して、10~20%程度削減することができる。 As in this embodiment, by washing the electrode material separated in the crushing and sorting step S2 with water in the washing step S3, components of the electrode material that become alkaline when dissolved in water, such as a lithium compound, are removed. part is transferred to the cleaning waste liquid. Thereby, in the subsequent leaching step S4, when acid leaching the electrode material, the amount of sulfuric acid used can be reduced, and the processing cost related to the separation of cobalt and nickel can be reduced. For example, by performing the cleaning step S3, the amount of sulfuric acid used in the leaching step can be reduced by about 10 to 20% compared to the case where the cleaning step S3 is not performed.

(浸出工程S4)
次に、洗浄工程S3で洗浄された電極材料を処理液に浸漬して浸出液を得る。処理液としては、硫酸(HSO)と過酸化水素(H)とを混合したものを用いればよい。廃LIBに含まれるCo,Niは硫酸に溶解しにくい3価,4価の状態も含まれるため、過酸化水素を還元剤として用いることで、より硫酸に溶解しやすい2価のCo,Niに還元することができる。
(Leaching step S4)
Next, the electrode material cleaned in the cleaning step S3 is immersed in a treatment liquid to obtain a leachate. As the treatment liquid, a mixture of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) may be used. Since the Co and Ni contained in waste LIB also include trivalent and tetravalent states that are difficult to dissolve in sulfuric acid, by using hydrogen peroxide as a reducing agent, it is possible to convert the Co and Ni to divalent Co and Ni, which are more easily soluble in sulfuric acid. It can be returned.

処理液の一例としては、濃度が2mol/L以上の希硫酸100mlに対し、濃度が30wt%の過酸化水素水を5ml以上の比率で混合したものが挙げられる。希硫酸の濃度を2mol/L以上、過酸化水素水の添加量を5ml以上とすることで、コバルトおよびニッケルの浸出率を高めることができる。特に制限はないが、それ以上にしても浸出率のさらなる向上は望めないため、硫酸濃度の上限は18mol/L、過酸化水素水の添加量の上限は30mlである。 An example of the treatment liquid is one in which 100 ml of dilute sulfuric acid with a concentration of 2 mol/L or more is mixed with 5 ml or more of hydrogen peroxide solution with a concentration of 30 wt%. By setting the concentration of dilute sulfuric acid to 2 mol/L or more and the amount of hydrogen peroxide added to 5 ml or more, the leaching rate of cobalt and nickel can be increased. Although there is no particular limit, the upper limit of the sulfuric acid concentration is 18 mol/L, and the upper limit of the amount of hydrogen peroxide added is 30 ml, since further improvement in the leaching rate cannot be expected even if the concentration is higher than that.

浸出工程S4の具体例としては、例えば60℃以上に加熱した処理液に、洗浄工程S3で水によって洗浄された後の湿った状態の電極材料を加え、4時間以上浸漬する。この時、更に攪拌することが好ましい。 As a specific example of the leaching step S4, for example, the wet electrode material that has been washed with water in the washing step S3 is added to a treatment liquid heated to 60° C. or higher, and is immersed for 4 hours or more. At this time, it is preferable to further stir the mixture.

処理液温度を60℃以上、浸出(浸漬)時間を4時間以上とすることで、コバルトおよびニッケルの浸出率を高めることができる。特に制限はないが、それ以上にしても浸出率のさらなる向上は望めないため、処理液温度の上限は90℃、浸出時間の上限は15時間である。 By setting the treatment liquid temperature to 60° C. or higher and the leaching (immersion) time to 4 hours or more, the leaching rate of cobalt and nickel can be increased. Although there is no particular limit, the upper limit of the treatment liquid temperature is 90° C. and the upper limit of the leaching time is 15 hours, since further improvement in the leaching rate cannot be expected even if the temperature is increased beyond that.

こうした浸出工程S4によって、電極材料のうち、正極活物質由来の金属成分(コバルト、ニッケル、マンガン、銅、鉄、アルミニウム、リチウム、カルシウム等)は処理液に溶解し、負極活物質由来の炭素は、溶解せずに炭素残渣として残る。 Through this leaching step S4, the metal components (cobalt, nickel, manganese, copper, iron, aluminum, lithium, calcium, etc.) derived from the positive electrode active material in the electrode material are dissolved in the treatment liquid, and the carbon derived from the negative electrode active material is dissolved. , remains as a carbon residue without dissolving.

なお、浸出工程S3では、硫酸、過酸化水素ととともに、更に、炭素原子数が8以下の飽和直鎖状アルコールを含む消泡剤を添加することもできる。電極材料が硫酸によって溶解する際や、過酸化水素が還元剤として作用する際に、ガスが生じて溶液が発泡するが、アルコールとして、例えば1-ブタノールを含む消泡剤を添加することによって、発生した泡が速やかに低減される。これにより、電極材料の一部が硬い泡状物となって浮き上がることを防止する。従って、電極材料と硫酸との反応が発泡によって緩慢になることを防止して、反応等量以上の過剰の硫酸を添加しなくても、速やかに電極材料と硫酸との反応を進行させることができる。 In addition, in the leaching step S3, an antifoaming agent containing a saturated linear alcohol having 8 or less carbon atoms can be added together with sulfuric acid and hydrogen peroxide. When the electrode material is dissolved by sulfuric acid or when hydrogen peroxide acts as a reducing agent, gas is generated and the solution foams, but by adding an antifoaming agent containing alcohol such as 1-butanol, The generated bubbles are quickly reduced. This prevents part of the electrode material from becoming a hard foam and floating up. Therefore, it is possible to prevent the reaction between the electrode material and sulfuric acid from slowing down due to foaming, and to allow the reaction between the electrode material and sulfuric acid to proceed quickly without adding an excess of sulfuric acid equal to or more than the reaction amount. can.

また、浸出工程S3は、電極材料を少量の硫酸(処理液)と混錬して浸出ペーストを形成する混練過程と、得られた浸出ペーストを水で希釈して浸出液を形成する希釈過程の、2段階の過程で行うこともできる。この時、前工程である洗浄工程S3を経た洗浄後の電極材料を乾燥させずに湿ったまま混練過程に供給することで、硫酸と混錬して浸出ペーストを形成することが容易になる。 The leaching process S3 includes a kneading process in which the electrode material is kneaded with a small amount of sulfuric acid (processing liquid) to form a leaching paste, and a dilution process in which the obtained leaching paste is diluted with water to form a leaching liquid. It can also be done in a two-step process. At this time, by supplying the cleaned electrode material that has undergone the cleaning step S3, which is the previous step, to the kneading process in a wet state without drying it, it becomes easy to knead it with sulfuric acid and form a leaching paste.

浸出工程S3においてペースト状態で混錬することにより、従来の液状での撹拌よりも電極材料と硫酸との接触が容易になる。また、浸出による気泡が混錬で砕かれて、電極材料と硫酸とがなじみやすくなる。これにより、電極材料を短時間で効率的に酸浸出できる。 By kneading in a paste state in the leaching step S3, contact between the electrode material and the sulfuric acid becomes easier than in conventional stirring in a liquid state. In addition, air bubbles caused by leaching are crushed by kneading, making it easier for the electrode material and sulfuric acid to become compatible. Thereby, the electrode material can be efficiently leached with acid in a short time.

(銅沈殿工程S5)
次に、浸出工程S4で得られた浸出液に、硫化水素化合物を加えて撹拌し、コバルトおよびニッケルを含む溶出液と、硫化銅(CuS)を含む沈殿が混合した混合液を得る。
本実施形態において硫化水素化合物とは、硫黄分を含み、水に溶解させたときにその硫黄分がHS、HSまたはS2-の形態をとる化合物を意味する。
銅沈殿工程S5で用いる硫化水素化合物としては、水溶性のアルカリ金属硫化水素化物、本実施形態では硫化水素ナトリウム(NaSH)の水溶液を用いている。銅沈殿工程S5の具体例としては、浸出液をイオン交換水で希釈した後、硫化水素ナトリウムの水溶液を、この希釈した浸出液に添加して攪拌する。
(Copper precipitation step S5)
Next, a hydrogen sulfide compound is added to the leaching solution obtained in the leaching step S4 and stirred to obtain a mixture of an eluate containing cobalt and nickel and a precipitate containing copper sulfide (CuS).
In the present embodiment, the hydrogen sulfide compound refers to a compound that contains sulfur, and when dissolved in water, the sulfur content takes the form of H 2 S, HS - or S 2 - .
As the hydrogen sulfide compound used in the copper precipitation step S5, a water-soluble alkali metal hydrogen sulfide, in this embodiment, an aqueous solution of sodium hydrogen sulfide (NaSH) is used. As a specific example of the copper precipitation step S5, the leachate is diluted with ion-exchanged water, and then an aqueous solution of sodium hydrogen sulfide is added to the diluted leachate and stirred.

硫化水素ナトリウムの水溶液の添加は、例えば、酸化・還元電位(vs Ag/AgCl)が0mV以下になるまで行えばよい。酸化・還元電位が0mV以下になるまで硫化水素ナトリウムを添加することで、浸出液に含まれる銅をほぼ全量沈殿させることができる。 The aqueous solution of sodium hydrogen sulfide may be added, for example, until the oxidation/reduction potential (vs Ag/AgCl) becomes 0 mV or less. By adding sodium hydrogen sulfide until the oxidation/reduction potential becomes 0 mV or less, almost all of the copper contained in the leachate can be precipitated.

硫化水素化合物の添加開始から終了に至るまでの浸出液のpHを2.0以下に維持することが好ましい。浸出液のpHが2.0を超えると、コバルト、ニッケルの硫化物が生じて、これらの溶出液への回収率が低下するおそれがある。
硫化水素化合物としては、上述した硫化水素ナトリウム以外にも、例えば、硫化ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、または亜ジチオン酸ナトリウムであってもよい。
It is preferable to maintain the pH of the leachate at 2.0 or less from the start to the end of addition of the hydrogen sulfide compound. If the pH of the leachate exceeds 2.0, cobalt and nickel sulfides may be produced, which may reduce the recovery rate of these eluates.
In addition to the above-mentioned sodium hydrogen sulfide, the hydrogen sulfide compound may be, for example, sodium sulfide, sodium thiosulfate, or sodium dithionite.

浸出液に硫化水素化合物を加えることにより、浸出液に溶解している金属成分のうち、銅と硫黄とが反応し、硫化銅(CuS)が生成して沈殿する。一方、銅を除いた金属成分(コバルト、ニッケル、マンガン、鉄、アルミニウム、リチウム、カルシウム等)は、液相に残留し、コバルトおよびニッケルを含む溶出液が得られる。 By adding a hydrogen sulfide compound to the leachate, copper and sulfur among the metal components dissolved in the leachate react, and copper sulfide (CuS) is generated and precipitated. On the other hand, metal components other than copper (cobalt, nickel, manganese, iron, aluminum, lithium, calcium, etc.) remain in the liquid phase, and an eluate containing cobalt and nickel is obtained.

(第1処理工程S6A)
次に、第1処理工程S6Aとして、第1中和過程S6A-1と、第1濾過過程S6A-2と、を順に行う。
第1中和過程S6A-1は、銅沈殿工程S5で得られた沈殿を含む混合液に対して、洗浄工程S3で回収された洗浄排液及びアルカリ金属水酸化物を加えてpH調整を行い、第1中和液を得る。
(First treatment step S6A)
Next, as a first treatment step S6A, a first neutralization step S6A-1 and a first filtration step S6A-2 are performed in order.
In the first neutralization step S6A-1, the pH of the mixed solution containing the precipitate obtained in the copper precipitation step S5 is adjusted by adding the washing waste liquid collected in the washing step S3 and an alkali metal hydroxide. , obtain a first neutralized solution.

前工程である銅沈殿工程S5では、硫化水素化合物の添加開始から終了に至るまでの浸出液のpHを2.0以下に維持しているため、このままでは、後工程のコバルト・ニッケル分離工程S7において、硫化水素化合物とコバルト、ニッケルが反応しにくくなる虞があるが、硫化水素化合物の添加に伴って、溶出液のpHは低下していく。pH調整後、硫化水素化合物の添加開始時のpHが3.0未満であると、硫化水素化合物の添加終了に至る前に過度のpH低下が生じ、再度のpH調整が必要になる。このため、コバルト・ニッケル分離工程S7の前工程においてpHを3.0以上にした方が効率的である。 In the copper precipitation step S5, which is the previous step, the pH of the leachate is maintained at 2.0 or less from the start to the end of addition of the hydrogen sulfide compound. However, as the hydrogen sulfide compound is added, the pH of the eluate decreases, although it may become difficult for the hydrogen sulfide compound to react with cobalt and nickel. After pH adjustment, if the pH at the start of addition of the hydrogen sulfide compound is less than 3.0, the pH will decrease excessively before the addition of the hydrogen sulfide compound is finished, making it necessary to adjust the pH again. For this reason, it is more efficient to adjust the pH to 3.0 or higher in the pre-step of the cobalt-nickel separation step S7.

また、pH調整時にpHを4.0を超える値にすると、pH調整に時間がかかるが、硫化水素化合物を添加するとすぐにpH4.0以下となるため、非効率である。そのため、pH調整範囲としては3.0~4.0の範囲が望ましい。 Furthermore, if the pH is set to a value exceeding 4.0 during pH adjustment, it will take time to adjust the pH, but the pH will drop to 4.0 or less as soon as the hydrogen sulfide compound is added, which is inefficient. Therefore, the pH adjustment range is preferably 3.0 to 4.0.

また、この第1中和過程S6A-1では、水酸化ナトリウム(NaOH)を用いて、銅沈殿工程S5で得られた沈殿を含む混合液のpHを3.0~4.0程度にすることで、この混合液に含まれるアルミニウムを水酸化アルミニウム(Al(OH))にして沈殿させることができる。 In addition, in this first neutralization step S6A-1, using sodium hydroxide (NaOH), the pH of the mixed solution containing the precipitate obtained in the copper precipitation step S5 is adjusted to about 3.0 to 4.0. Then, the aluminum contained in this mixed solution can be converted into aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ) and precipitated.

こうしたコバルト・ニッケル分離工程S7の前処理のpH調整である第1中和過程S6A-1において、pHが1.0程度の溶出液をpH3.0~4.0にするために、pH調整液として、洗浄工程S3で回収された、pHが9~10程度の洗浄排液を再利用する。なお、この洗浄排液だけで溶出液をpH3.0~4.0にできない場合は、pH3.0未満であれば更にアルカリ金属水酸化物、例えば、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、pH4.0越えであれば更に酸、例えば、硫酸を用いることができる。本実施形態では、洗浄工程S3で回収されたpHが10の洗浄排液と、濃度が25wt%の水酸化ナトリウム水溶液を用いて、溶出液のpHを3.0~4.0の範囲内、例えば3.5に調整した。 In the first neutralization step S6A-1, which is the pretreatment pH adjustment for the cobalt-nickel separation step S7, a pH adjustment solution is used to adjust the eluate with a pH of about 1.0 to pH 3.0 to 4.0. As a result, the cleaning waste liquid having a pH of about 9 to 10, which is collected in the cleaning step S3, is reused. If the pH of the eluate cannot be adjusted to 3.0 to 4.0 with this washing waste alone, if the pH is less than 3.0, add an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide ( KOH), an acid such as sulfuric acid can be used if the pH exceeds 4.0. In this embodiment, the pH of the eluate is adjusted to within the range of 3.0 to 4.0 by using the washing waste liquid with a pH of 10 collected in the washing step S3 and an aqueous sodium hydroxide solution with a concentration of 25 wt%. For example, I adjusted it to 3.5.

このように、第1中和過程S6A-1において、洗浄工程S3で回収された洗浄排液を再利用することによって、コストの高い水酸化ナトリウムの使用量を低減することができ、コバルトおよびニッケルの分離に係る処理コストを低減することができる。 In this way, in the first neutralization step S6A-1, by reusing the cleaning waste liquid collected in the cleaning step S3, the amount of expensive sodium hydroxide used can be reduced, and cobalt and nickel It is possible to reduce the processing cost related to the separation.

次に、第1濾過過程S6A-2では、第1中和過程S6A-1で得られた第1中和液の固液分離を行い、コバルトおよびニッケルを含む第1溶出液と硫化銅(CuS)を含む残渣とを分離する。これにより、浸出工程S4で生じた炭素残渣、銅沈殿工程S5で生じた硫化銅(CuS)を含む沈殿残渣、および第1中和過程S6A-1において生じた水酸化アルミニウム(Al(OH))を含む固相と、第1溶出液(液相)とが分離される。 Next, in the first filtration process S6A-2, the first neutralized liquid obtained in the first neutralization process S6A-1 is subjected to solid-liquid separation, and the first eluate containing cobalt and nickel is separated from copper sulfide (CuS). ) and the residue containing them. As a result, the carbon residue produced in the leaching step S4, the precipitation residue containing copper sulfide (CuS) produced in the copper precipitation step S5, and the aluminum hydroxide (Al(OH) 3 produced in the first neutralization step S6A-1) ) and the first eluate (liquid phase) are separated.

なお、本実施形態では、第1濾過過程S6A-2での固液分離によって、浸出工程S4で生成した炭素残渣も濾別しているが、浸出工程S4においても固液分離を行うことで、第1濾過過程S6A-2を行う前に、予め炭素残渣を分離しておくこともできる。 Note that in this embodiment, the carbon residue generated in the leaching step S4 is also filtered out by solid-liquid separation in the first filtration step S6A-2, but by performing solid-liquid separation also in the leaching step S4, the first It is also possible to separate the carbon residue in advance before performing the filtration step S6A-2.

第1濾過過程S6A-2で分離された固相は、リパルプ(固相に水を加えて再懸濁させた後、脱水することにより精製)、またはケーキ洗浄してから廃棄物として処理されればよい。 The solid phase separated in the first filtration step S6A-2 is repulped (purified by adding water to the solid phase to resuspend it and then dehydrating it) or cake washed and then treated as waste. Bye.

(コバルト・ニッケル分離工程S7)
次に、第1処理工程S6Aで得られた第1溶出液に対して硫化水素化合物を加えて撹拌、固液分離を行い、硫化コバルトおよび硫化ニッケルを含む沈殿物(固相)と、リチウムを含む残液(液相)とを得る。
(Cobalt/nickel separation process S7)
Next, a hydrogen sulfide compound is added to the first eluate obtained in the first treatment step S6A, followed by stirring and solid-liquid separation to separate a precipitate (solid phase) containing cobalt sulfide and nickel sulfide and lithium. A residual liquid (liquid phase) containing

コバルト・ニッケル分離工程S7では、第1処理工程S6Aで得られた第1溶出液に対して、水溶性の硫化水素化合物を添加することによって、第1溶出液に含まれるコバルトおよびニッケルは、それぞれ水に不溶性の硫化コバルト(CoS)および硫化ニッケル(NiS)になり沈殿する。 In the cobalt-nickel separation step S7, a water-soluble hydrogen sulfide compound is added to the first eluate obtained in the first treatment step S6A, so that the cobalt and nickel contained in the first eluate are separated, respectively. It precipitates into water-insoluble cobalt sulfide (CoS) and nickel sulfide (NiS).

コバルト・ニッケルを硫化するための硫化水素化合物としては、例えば、水溶性のアルカリ金属硫化水素化物が挙げられる。硫化水素化合物は、銅沈殿工程S5で用いるものと同じであってもよく、異なっていてもよい。本実施形態では、濃度が250g/Lの硫化水素ナトリウムの水溶液を用いた。 Examples of hydrogen sulfide compounds for sulfurizing cobalt-nickel include water-soluble alkali metal hydrogen sulfides. The hydrogen sulfide compound may be the same as that used in the copper precipitation step S5, or may be different. In this embodiment, an aqueous solution of sodium hydrogen sulfide having a concentration of 250 g/L was used.

硫化水素ナトリウムの水溶液の添加は、例えば、酸化・還元電位(vs Ag/AgCl)が-400mV以下になるまで行う。酸化・還元電位が-400mV以下になるまで硫化水素ナトリウムを添加することで、第1溶出液に含まれるコバルト、ニッケルをほぼ全量沈殿させることができる。 The aqueous solution of sodium hydrogen sulfide is added, for example, until the oxidation/reduction potential (vs Ag/AgCl) becomes −400 mV or less. By adding sodium hydrogen sulfide until the oxidation/reduction potential becomes -400 mV or less, almost all of the cobalt and nickel contained in the first eluate can be precipitated.

硫化水素化合物の添加開始から終了に至るまでの間の浸出液のpHは2.0~5.0、好ましくは2.0~3.5の範囲内に維持することが好ましい。浸出液のpHが2.0未満となった場合、硫化水素ナトリウムと硫酸との反応(NaSH+HSO→HS+NaSO)が生じ、硫化水素ナトリウムが消費されてコバルト、ニッケルの硫化が進みにくくなる。一方、浸出液のpHが5.0を超えると、他の金属の水酸化物が生じて沈殿物の純度が低下するおそれがある。また、高い領域でpHをコントロールすることは困難である。 The pH of the leachate from the start to the end of addition of the hydrogen sulfide compound is preferably maintained within the range of 2.0 to 5.0, preferably 2.0 to 3.5. When the pH of the leachate becomes less than 2.0, a reaction between sodium hydrogen sulfide and sulfuric acid (NaSH + H 2 SO 4 → H 2 S + Na 2 SO 4 ) occurs, sodium hydrogen sulfide is consumed, and cobalt and nickel sulfidation occurs. It becomes difficult to proceed. On the other hand, if the pH of the leachate exceeds 5.0, hydroxides of other metals may be generated, which may reduce the purity of the precipitate. Furthermore, it is difficult to control pH in a high range.

なお、ここでいう硫化コバルトには、硫化コバルト(II)、二硫化コバルト(CoS)、八硫化九コバルト(Co)など、各種組成の硫化コバルト化合物が含まれていてもよい。同様に、硫化ニッケル(NiS)には、硫化ニッケル(II)、二硫化ニッケル(NiS)、四硫化三ニッケル(Ni)、二硫化三ニッケル(Ni)など、各種組成の硫化ニッケル化合物が含まれていてもよい。 Note that the cobalt sulfide mentioned here may include cobalt sulfide compounds of various compositions, such as cobalt (II) sulfide, cobalt disulfide (CoS 2 ), and nine cobalt octasulfide (Co 9 S 8 ). Similarly, nickel sulfide (NiS) has various compositions such as nickel (II) sulfide, nickel disulfide (NiS 2 ), trinickel tetrasulfide (Ni 3 S 4 ), and trinickel disulfide (Ni 3 S 2 ). may contain a nickel sulfide compound.

一方、硫化水素化合物を添加後の液相(残液)には、コバルトおよびニッケルを除いた金属成分(マンガン、鉄、アルミニウム、リチウム、カルシウム等)が残留する。ここで得られた液相は、その後、pH調整による溶媒抽出等によって、含有するマンガン、鉄、アルミニウム、リチウム、カルシウム等をそれぞれ分離、回収することができる。 On the other hand, metal components (manganese, iron, aluminum, lithium, calcium, etc.) other than cobalt and nickel remain in the liquid phase (residual liquid) after adding the hydrogen sulfide compound. The liquid phase obtained here can then be subjected to solvent extraction through pH adjustment, etc. to separate and recover the manganese, iron, aluminum, lithium, calcium, etc. contained therein.

(再溶解工程S8)
次に、コバルト・ニッケル分離工程S7で得られた沈殿物に硫酸を含む再溶解液を加えて攪拌した後、固液分離を行い、コバルトおよびニッケルを含むコバルト・ニッケル溶液を得る。
(Remelting step S8)
Next, a redissolution solution containing sulfuric acid is added to the precipitate obtained in the cobalt-nickel separation step S7 and stirred, followed by solid-liquid separation to obtain a cobalt-nickel solution containing cobalt and nickel.

再溶解工程S8に用いる再溶解液としては、例えば、硫酸と酸化剤として過酸化水素とを混合したものを用いる。再溶解液の一例としては、濃度が1.5mol/Lの希硫酸100mlに対し、濃度が30wt%の過酸化水素水を20mlの比率で混合したものが挙げられる。 As the re-dissolving liquid used in the re-dissolving step S8, for example, a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide as an oxidizing agent is used. An example of the re-dissolving solution is a mixture of 100 ml of dilute sulfuric acid with a concentration of 1.5 mol/L and 20 ml of hydrogen peroxide solution with a concentration of 30 wt%.

再溶解工程S8の具体例としては、例えば60℃以上に加熱した再溶解液に、沈殿物を加え、4時間以上浸漬する。この時、更に攪拌することが好ましい。また、再溶解液に過酸化水素水を入れずに、沈殿物を浸漬する際にエアバブリングを行うこともできる。
この時、処理液温度を60℃以上、浸出時間を1時間以上とすることで、コバルトおよびニッケルの溶解率を高めることができる。特に制限はないが、それ以上にしても溶解率のさらなる向上は望めないため、処理液温度の上限は90℃、浸出時間の上限は15時間である。
As a specific example of the re-dissolving step S8, the precipitate is added to a re-dissolving solution heated to 60° C. or higher, for example, and immersed for 4 hours or more. At this time, it is preferable to further stir the mixture. Moreover, air bubbling can also be performed when immersing the precipitate without adding hydrogen peroxide solution to the redissolution solution.
At this time, the dissolution rate of cobalt and nickel can be increased by setting the treatment liquid temperature to 60° C. or higher and the leaching time to 1 hour or longer. Although there is no particular limit, the upper limit of the treatment liquid temperature is 90° C. and the upper limit of the leaching time is 15 hours, since further improvement in the dissolution rate cannot be expected even if the temperature is increased beyond that.

こうした再溶解液を用いた沈殿物の処理によって、コバルトおよびニッケルが再溶解液に溶解する。また、再溶解液に溶解しない不純物、コバルト・ニッケル分離工程S7で生成する単体硫黄などが固相として残る。この後、濾材などを用いて固液分離を行うことにより、コバルトおよびニッケルの純度が高められた(精製された)コバルト・ニッケル溶液が得られる。 By treating the precipitate with such a redissolution solution, cobalt and nickel are dissolved in the redissolution solution. In addition, impurities that do not dissolve in the redissolution solution, elemental sulfur generated in the cobalt-nickel separation step S7, and the like remain as a solid phase. Thereafter, by performing solid-liquid separation using a filter or the like, a cobalt-nickel solution with increased (purified) cobalt and nickel purity is obtained.

こうして得られた、コバルト・ニッケル溶液は、コバルトおよびニッケル以外の電極材料の他の成分(銅、鉄、アルミニウム、リチウム、カルシウム等)は殆ど含まれておらず、コバルトおよびニッケルの高純度な回収原料として好適である。 The cobalt-nickel solution obtained in this way contains almost no other components of the electrode material other than cobalt and nickel (copper, iron, aluminum, lithium, calcium, etc.), and is a highly purified cobalt and nickel recovery solution. Suitable as a raw material.

なお、再溶解工程S8の前工程として、沈殿物をリパルプすることにより、コバルト硫化物、ニッケル硫化物以外の不純物を取り除いておくことも好ましい。
また、第1中和過程S6A-1において、溶解しているアルミニウムを水酸化アルミニウムとして沈殿させる除去する手順について上述したが、そのような手順を実施していない場合、コバルト・ニッケル分離工程S7で得られた沈殿物にはアルミニウム化合物が含まれている場合がある。この場合、沈殿物をリパルプすることにより、アルミニウム化合物を除去することができる。
Note that it is also preferable to remove impurities other than cobalt sulfide and nickel sulfide by repulping the precipitate as a pre-process of the remelting step S8.
In addition, although the procedure for removing dissolved aluminum by precipitating it as aluminum hydroxide in the first neutralization step S6A-1 has been described above, if such a procedure is not carried out, in the cobalt-nickel separation step S7 The obtained precipitate may contain aluminum compounds. In this case, the aluminum compound can be removed by repulping the precipitate.

(溶媒抽出工程S9)
次に、再溶解工程S8で得られたコバルト・ニッケル溶液に抽出剤溶液を添加して、コバルト抽出液と、ニッケル抽出液とを得る。
抽出剤溶液としては、金属抽出剤と希釈剤を混合した混合溶液を用いることができる。例えば、2-エチルヘキシル2-エチルヘキシルホスホネート(PC88A:大八化学株式会社製)を20vol%、ケロシン(希釈剤)を80vol%の割合で混合した混合溶液を用いることができる。
(Solvent extraction step S9)
Next, an extractant solution is added to the cobalt-nickel solution obtained in the redissolution step S8 to obtain a cobalt extract and a nickel extract.
As the extractant solution, a mixed solution of a metal extractant and a diluent can be used. For example, a mixed solution containing 20 vol% of 2-ethylhexyl 2-ethylhexylphosphonate (PC88A: manufactured by Daihachi Chemical Co., Ltd.) and 80 vol% of kerosene (diluent) can be used.

上述した抽出剤溶液を用いて、ミキサーセトラーによりコバルト・ニッケル溶液から硫酸コバルト(CoSO)溶液と、硫酸ニッケル(NiSO)溶液として分離回収する。 Using the above extractant solution, the cobalt-nickel solution is separated and recovered as a cobalt sulfate (CoSO 4 ) solution and a nickel sulfate (NiSO 4 ) solution using a mixer settler.

以上の工程により、廃LIBからコバルトとニッケルとを高収率で回収することができる。例えば、廃LIBから取り出した電極材料中のコバルト、ニッケルの量をそれぞれ100%とした時、本実施形態のコバルトおよびニッケルの分離方法によって、コバルトとニッケルをそれぞれ90%以上の高収率で回収することができる。 Through the above steps, cobalt and nickel can be recovered from waste LIB at a high yield. For example, assuming that the amounts of cobalt and nickel in the electrode material taken out from waste LIB are each 100%, by the cobalt and nickel separation method of this embodiment, cobalt and nickel are each recovered at a high yield of 90% or more. can do.

(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態のコバルトおよびニッケルの分離方法を含むリチウムイオン二次電池の電極材料のリサイクル方法を段階的に示したフローチャートである。
なお、以下に説明する第2実施形態では、第1実施形態と同様の工程については説明を省略する。
(Second embodiment)
FIG. 2 is a flowchart showing step-by-step a method for recycling an electrode material of a lithium ion secondary battery, including a method for separating cobalt and nickel according to a second embodiment of the present invention.
Note that in the second embodiment described below, descriptions of steps similar to those in the first embodiment will be omitted.

第2実施形態では、銅沈殿工程S5と、コバルト・ニッケル分離工程S7との間に、第1処理工程に代えて、第2処理工程S6Bを行う。
第2処理工程S6Bとしては、第2濾過過程S6B-1と、第2中和過程S6B-2と、を順に行う。
In the second embodiment, a second treatment step S6B is performed between the copper precipitation step S5 and the cobalt/nickel separation step S7 instead of the first treatment step.
As the second treatment step S6B, a second filtration step S6B-1 and a second neutralization step S6B-2 are performed in order.

第2濾過過程S6B-1では、銅沈殿工程S5で得られた沈殿を含む混合液の固液分離を行い、コバルトおよびニッケルを含む第1溶出液と硫化銅(CuS)を含む残渣とを分離する。これにより、浸出工程S4で生じた炭素残渣、銅沈殿工程S5で生じた硫化銅(CuS)を含む沈殿残渣を含む固相と、第2溶出液(液相)とが分離される。 In the second filtration step S6B-1, solid-liquid separation is performed on the mixed liquid containing the precipitate obtained in the copper precipitation step S5, and the first eluate containing cobalt and nickel is separated from the residue containing copper sulfide (CuS). do. Thereby, the solid phase containing the carbon residue generated in the leaching step S4 and the precipitation residue containing copper sulfide (CuS) generated in the copper precipitation step S5 is separated from the second eluate (liquid phase).

第2濾過過程S6B-1で分離された固相は、リパルプ(固相に水を加えて再懸濁させた後、脱水することにより精製)、またはケーキ洗浄してから廃棄物として処理されればよい。 The solid phase separated in the second filtration step S6B-1 is either repulped (purified by adding water to the solid phase to resuspend it and then dehydrated) or cake washed and then treated as waste. Bye.

第2中和過程S6B-2は、第2濾過過程S6B-1で得られた第2溶出液に対して、洗浄工程S3で回収された洗浄排液及びアルカリ金属水酸化物を加えてpH調整を行い、第2中和液を得る。 In the second neutralization step S6B-2, the washing waste liquid and alkali metal hydroxide collected in the washing step S3 are added to the second eluate obtained in the second filtration step S6B-1 to adjust the pH. to obtain a second neutralized solution.

前工程である銅沈殿工程S5では、硫化水素化合物の添加開始から終了に至るまでの浸出液のpHを2.0以下に維持しているため、このままでは、後工程のコバルト・ニッケル分離工程S7において、硫化水素化合物とコバルト、ニッケルが反応しにくくなる虞があるが、硫化水素化合物の添加に伴って、溶出液のpHは低下していく。pH調整後、硫化水素化合物の添加開始時のpHが3.0未満であると、硫化水素化合物の添加終了に至る前に過度のpH低下が生じ、再度のpH調整が必要になる。このため、コバルト・ニッケル分離工程S7の前工程においてpHを3.0以上にした方が効率的である。 In the copper precipitation step S5, which is the previous step, the pH of the leachate is maintained at 2.0 or less from the start to the end of addition of the hydrogen sulfide compound. However, as the hydrogen sulfide compound is added, the pH of the eluate decreases, although it may become difficult for the hydrogen sulfide compound to react with cobalt and nickel. After pH adjustment, if the pH at the start of addition of the hydrogen sulfide compound is less than 3.0, the pH will decrease excessively before the addition of the hydrogen sulfide compound is finished, making it necessary to adjust the pH again. For this reason, it is more efficient to adjust the pH to 3.0 or higher in the pre-step of the cobalt-nickel separation step S7.

また、pH調整時にpHを4.0を超える値にすると、pH調整に時間がかかるが、硫化水素化合物を添加するとすぐにpH4.0以下となるため、非効率である。そのため、pH調整範囲としては3.0~4.0の範囲が望ましい。 Furthermore, if the pH is set to a value exceeding 4.0 during pH adjustment, it will take time to adjust the pH, but the pH will drop to 4.0 or less as soon as the hydrogen sulfide compound is added, which is inefficient. Therefore, the pH adjustment range is preferably 3.0 to 4.0.

また、この第2中和過程S6B-2では、水酸化ナトリウム(NaOH)を用いて、第2濾過過程S6B-1で得られた第2溶出液のpHを3.0~4.0程度にすることで、この第2溶出液に含まれるアルミニウムを水酸化アルミニウム(Al(OH))にして沈殿させることができる。 In addition, in this second neutralization step S6B-2, sodium hydroxide (NaOH) is used to adjust the pH of the second eluate obtained in the second filtration step S6B-1 to about 3.0 to 4.0. By doing so, aluminum contained in the second eluate can be converted into aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ) and precipitated.

こうしたコバルト・ニッケル分離工程S7の前処理のpH調整である第2中和過程S6B-2において、pHが1.0程度の溶出液をpH3.0~4.0にするために、pH調整液として、洗浄工程S3で回収された、pHが9~10程度の洗浄排液を再利用する。なお、この洗浄排液だけで第2溶出液をpH3.0~4.0にできない場合は、pH3.0未満であれば更にアルカリ金属水酸化物、例えば、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、pH4.0越えであれば更に酸、例えば、硫酸を用いることができる。本実施形態では、洗浄工程S3で回収されたpHが10の洗浄排液と、濃度が25wt%の水酸化ナトリウム水溶液を用いて、第2溶出液のpHを3.0~4.0の範囲内、例えば3.5に調整した。 In the second neutralization step S6B-2, which is the pretreatment pH adjustment for the cobalt-nickel separation step S7, a pH adjusting solution is As a result, the cleaning waste liquid having a pH of about 9 to 10, which is collected in the cleaning step S3, is reused. In addition, if the pH of the second eluate cannot be adjusted to 3.0 to 4.0 with this washing waste only, if the pH is less than 3.0, add an alkali metal hydroxide, such as sodium hydroxide (NaOH), hydroxide. Potassium (KOH) and an acid such as sulfuric acid can be used if the pH exceeds 4.0. In this embodiment, the pH of the second eluate is adjusted to a range of 3.0 to 4.0 using the washing waste liquid with a pH of 10 collected in the washing step S3 and an aqueous sodium hydroxide solution with a concentration of 25 wt%. For example, it was adjusted to 3.5.

このように、第2中和過程S6B-2において、洗浄工程S3で回収された洗浄排液を再利用することによって、コストの高い水酸化ナトリウムの使用量を低減することができ、コバルトおよびニッケルの分離に係る処理コストを低減することができる。 In this way, in the second neutralization process S6B-2, by reusing the cleaning waste liquid collected in the cleaning process S3, the amount of expensive sodium hydroxide used can be reduced, and cobalt and nickel It is possible to reduce the processing cost related to the separation.

以上、本発明の実施形態を説明したが、これら実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.

本発明のコバルトおよびニッケルの分離方法の効果を検証した。
(発明例(本発明例)の手順)
廃LIBから取り出した電極材料72.5gを蒸留水200mLに入れて、20分間、攪拌した(洗浄工程)。その後、濾過を行い、電極材料95.7g(未乾燥状態)、および洗浄排液162mLを得た。洗浄排液のpHは10.9、組成は表1に示す通りとなった。
The effects of the cobalt and nickel separation method of the present invention were verified.
(Procedure for invention example (present invention example))
72.5 g of the electrode material taken out from the waste LIB was placed in 200 mL of distilled water and stirred for 20 minutes (cleaning step). Thereafter, filtration was performed to obtain 95.7 g of electrode material (undried) and 162 mL of washing waste liquid. The pH of the washing waste liquid was 10.9, and the composition was as shown in Table 1.

Figure 2023150694000002
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表2に電極材料(未乾燥状態)を浸出させた(浸出工程)試験結果を示す。表2における時間(min)は、過酸化水素の添加開始時からの経過時間を示す。また、表中のpH、温度、ORP(酸化還元電位)は、それぞれの時点での値、累積添加量(硫酸、過酸化水素、NaSH、NaOH)は、それぞれの時点での合計添加量、濃度はそれぞれの時点での金属濃度の値を示す。 Table 2 shows the test results in which the electrode material (undried) was leached (leaching step). The time (min) in Table 2 indicates the elapsed time from the start of addition of hydrogen peroxide. In addition, the pH, temperature, and ORP (oxidation-reduction potential) in the table are the values at each time point, and the cumulative addition amount (sulfuric acid, hydrogen peroxide, NaSH, NaOH) is the total addition amount and concentration at each time point. indicates the metal concentration value at each time point.

各試料は以下の通りである。
実施例A1:電極材料(未乾燥状態)にpH2.0以下となるよう濃度47wt%の硫酸73mLを含む硫酸溶液288mLを加えて撹拌を行った。
実施例A2:実施例A1の手順後、30wt%過酸化水素を添加開始時からの経時変化を確認し、71分かけて30wt%過酸化水素を25mL、濃度47wt%の硫酸10mLを加えた。
実施例A3:実施例A2の手順後、200g/L水硫化ナトリウム溶液をORPが0mV以下となるまで添加した。
実施例A4:実施例A3の手順後、pH10.9の洗浄排液162mLを加え撹拌し、中和を行った。
実施例A5:実施例A4の手順後、濃度25wt%の水酸化ナトリウム溶液を浸出液に加え中和を行い、pH3.0~4.0に安定させた。
その後、硫酸浸出時に不溶である廃LIBの負極材のカーボンおよび、生成した残渣(硫化銅)を濾過により固液分離を行い、溶出液490mLを得た。残渣(硫化銅)33.06gの組成は表3の通りである。
Each sample is as follows.
Example A1: 288 mL of a sulfuric acid solution containing 73 mL of sulfuric acid with a concentration of 47 wt% was added to the electrode material (undried) and stirred so that the pH was 2.0 or less.
Example A2: After the procedure of Example A1, changes over time from the start of addition of 30 wt% hydrogen peroxide were checked, and 25 mL of 30 wt% hydrogen peroxide and 10 mL of sulfuric acid with a concentration of 47 wt% were added over 71 minutes.
Example A3: After the procedure of Example A2, 200 g/L sodium bisulfide solution was added until the ORP was below 0 mV.
Example A4: After the procedure of Example A3, 162 mL of the washing waste liquid having a pH of 10.9 was added and stirred to effect neutralization.
Example A5: After the procedure of Example A4, a sodium hydroxide solution with a concentration of 25 wt% was added to the leachate to neutralize it and stabilize the pH at 3.0 to 4.0.
Thereafter, the carbon of the negative electrode material of the waste LIB that was insoluble during leaching with sulfuric acid and the generated residue (copper sulfide) were separated into solid and liquid by filtration to obtain 490 mL of eluate. The composition of 33.06 g of the residue (copper sulfide) is shown in Table 3.

Figure 2023150694000003
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Figure 2023150694000004
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廃LIBから取り出した電極材料中のコバルト、ニッケルを100%とした時の浸出率を計算するとコバルトが92%、ニッケル94%浸出されているため、活物質からコバルト、ニッケルは十分に浸出されている。さらに、水洗浄を行うことで浸出に必要な硫酸を削減、洗浄廃液を中和時に加えることで水酸化ナトリウム溶液量の削減が可能であることが確認された。 Calculating the leaching rate when the cobalt and nickel in the electrode material extracted from the waste LIB is taken as 100%, 92% of cobalt and 94% of nickel are leached, so cobalt and nickel are not sufficiently leached from the active material. There is. Furthermore, it was confirmed that by washing with water it was possible to reduce the amount of sulfuric acid required for leaching, and by adding washing waste liquid during neutralization, it was possible to reduce the amount of sodium hydroxide solution.

次に、上述した溶出液に25wt%の水酸化ナトリウム溶液と濃度200g/Lの硫化水素ナトリウム水溶液を加えて、pH2.0~3.5の範囲でORPが-400mV(vs Ag/AgCl)以下になるまで添加しつつ撹拌した。 Next, 25 wt% sodium hydroxide solution and 200 g/L sodium hydrogen sulfide aqueous solution were added to the above eluate, and the ORP was -400 mV (vs Ag/AgCl) or less within the pH range of 2.0 to 3.5. The mixture was added and stirred until the mixture was mixed.

そして、黒色の沈殿物(硫化コバルト、硫化ニッケル)が十分生成したことを確認後、固液分離を行うことにより、沈殿物を回収した(コバルト・ニッケル分離工程)。一方、残液にはマンガン、アルミニウム、鉄、リチウム、カルシウムなどの不純物が残留しており、金属含有廃液として処分した。 After confirming that a sufficient amount of black precipitate (cobalt sulfide, nickel sulfide) was generated, the precipitate was recovered by performing solid-liquid separation (cobalt-nickel separation step). On the other hand, the residual liquid contained impurities such as manganese, aluminum, iron, lithium, and calcium, and was disposed of as metal-containing waste liquid.

沈殿物を、濃度が1.5mol/Lの硫酸100mLおよび濃度が30wt%の過酸化水素水20mLの再溶解液中に加え、液温60℃で加熱、撹拌を1時間行った(再溶解工程)。その後、室温下まで放冷後、未溶解分および前工程での反応で生成した単体硫黄を濾過によって除去した。 The precipitate was added to a re-dissolution solution of 100 mL of sulfuric acid with a concentration of 1.5 mol/L and 20 mL of hydrogen peroxide solution with a concentration of 30 wt%, and the mixture was heated and stirred at 60°C for 1 hour (re-dissolution step ). Thereafter, after cooling to room temperature, undissolved components and elemental sulfur produced in the reaction in the previous step were removed by filtration.

このようにして得られたコバルト・ニッケル溶液から、金属抽出剤であるPC88A(大八化学株式会社製)が20vol%、ケロシンが80vol%の割合で混合された抽出剤溶液を用いて、ミキサーセトラーにより硫酸コバルト溶液と、硫酸ニッケル溶液として分離回収した(溶媒抽出工程)。 From the cobalt-nickel solution obtained in this way, a mixer-settler was used using an extractant solution containing 20 vol% of metal extractant PC88A (manufactured by Daihachi Kagaku Co., Ltd.) and 80 vol% of kerosene. The solution was separated and recovered as a cobalt sulfate solution and a nickel sulfate solution (solvent extraction step).

以上の本発明例の手順では、廃LIBから取り出した電極材料中のコバルト、ニッケルを100%とした時に、溶媒抽出で逆抽出液中に得られたコバルトは90%、ニッケルは92%であった。よって、本実施形態のコバルトおよびニッケルの分離方法によれば、廃LIBから高い歩留まりでコバルト、ニッケルを回収できることが確認された。
なお、金属濃度はICP-AES、pHはpH計、ORPはORP計によって測定した。%の数値は質量基準である。
In the above procedure of the present invention example, when the cobalt and nickel in the electrode material taken out from the waste LIB are taken as 100%, the cobalt and nickel obtained in the back extraction solution by solvent extraction are 90% and 92%, respectively. Ta. Therefore, it was confirmed that according to the cobalt and nickel separation method of this embodiment, cobalt and nickel can be recovered from waste LIBs at a high yield.
Note that the metal concentration was measured by ICP-AES, the pH was measured by a pH meter, and the ORP was measured by an ORP meter. The percentage values are based on mass.

(比較例の手順1)
未洗浄の電極材料を元に、硫酸量は上述した実施例と同等とした浸出試験結果を表4に示す。
表4における時間(min)は過酸化水素添加開始時からの経過時間を示す。また、表4におけるpH、温度、ORPは、それぞれの時点での値、累積添加量(硫酸、過酸化水素、NaSH、NaOH)は、それぞれの時点での合計添加量、濃度は、それぞれの時点での金属濃度の値を示す。
(Procedure 1 of comparative example)
Table 4 shows the leaching test results based on unwashed electrode material and with the amount of sulfuric acid being the same as in the above-mentioned example.
The time (min) in Table 4 indicates the elapsed time from the start of hydrogen peroxide addition. In addition, the pH, temperature, and ORP in Table 4 are the values at each time point, the cumulative addition amount (sulfuric acid, hydrogen peroxide, NaSH, NaOH) is the total addition amount at each time point, and the concentration is at each time point. shows the value of metal concentration at

各試料は以下の通りである。
比較例B1:廃LIBから取り出した電極材料72.5gに、濃度47wt%の硫酸85mLを含む硫酸溶液500mLを加えて撹拌を行った。
比較例B2:比較例B1の手順後、30wt%過酸化水素を添加開始時からの経時変化を確認し、71分かけて30wt%過酸化水素を25mL加えた。
比較例B3:比較例B2の手順後、200g/L水硫化ナトリウム溶液をORPが0mV以下となるまで添加した。
比較例B4:比較例B3の手順後、濃度25wt%の水酸化ナトリウム溶液を浸出液に加え、pH3.0~4.0に安定させた。
比較例B4の手順後、硫酸浸出時に不溶である廃LIBの負極材のカーボンおよび、生成した残渣(硫化銅)を濾過により固液分離を行い、溶出液410mLを得た。
残渣(硫化銅)37.17gの組成は表5の通りである。
Each sample is as follows.
Comparative Example B1: 500 mL of a sulfuric acid solution containing 85 mL of sulfuric acid with a concentration of 47 wt% was added to 72.5 g of the electrode material taken out from the waste LIB, and the mixture was stirred.
Comparative Example B2: After the procedure of Comparative Example B1, changes over time from the start of addition of 30 wt% hydrogen peroxide were confirmed, and 25 mL of 30 wt% hydrogen peroxide was added over 71 minutes.
Comparative Example B3: After the procedure of Comparative Example B2, 200 g/L sodium bisulfide solution was added until the ORP was 0 mV or less.
Comparative Example B4: After the procedure of Comparative Example B3, a sodium hydroxide solution with a concentration of 25 wt% was added to the leachate to stabilize the pH at 3.0-4.0.
After the procedure of Comparative Example B4, the carbon of the negative electrode material of the waste LIB that was insoluble during leaching with sulfuric acid and the generated residue (copper sulfide) were subjected to solid-liquid separation by filtration to obtain 410 mL of eluate.
The composition of 37.17 g of the residue (copper sulfide) is shown in Table 5.

Figure 2023150694000005
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Figure 2023150694000006
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比較例(手順1)では、廃LIBから取り出した電極材料中のコバルト、ニッケルを100%とした時の浸出率を計算するとコバルトが86%、ニッケル90%浸出されている。
比較例B1およびB2より、洗浄工程を行わないことで硫酸が一部中和に消費されてしまい、過酸化水素を加え終えた段階でpHが2.0以上になる。pHが2.0以上で浸出したことでコバルト・ニッケルが満足に溶解せず、浸出率が低くなる。硫酸や水酸化ナトリウム溶液の使用量を削減しつつ、十分に浸出するためには本発明の手法を用いると有効であることが確認された。
In the comparative example (procedure 1), when the leaching rate is calculated when cobalt and nickel in the electrode material taken out from the waste LIB is taken as 100%, 86% of cobalt and 90% of nickel are leached.
Comparative Examples B1 and B2 show that by not performing the washing step, some of the sulfuric acid is consumed for neutralization, and the pH becomes 2.0 or higher after the addition of hydrogen peroxide. When the pH is 2.0 or higher, cobalt and nickel are not dissolved satisfactorily, resulting in a low leaching rate. It has been confirmed that the method of the present invention is effective in achieving sufficient leaching while reducing the amount of sulfuric acid and sodium hydroxide solution used.

(比較例の手順2)
未洗浄の電極材料を元に、浸出時のpHを2.0以下としたとした浸出試験結果を表6に示す。表6における時間(min)は過酸化水素添加開始時からの経過時間を示す。また、表6におけるpH、温度、ORPはそれぞれの時点での値、累積添加量(硫酸、過酸化水素、NaSH、NaOH)は、それぞれの時点での合計添加量、濃度は、それぞれの時点での金属濃度の値を示す。
(Procedure 2 of comparative example)
Table 6 shows the leaching test results based on unwashed electrode materials and with the pH during leaching set to 2.0 or less. The time (min) in Table 6 indicates the elapsed time from the start of hydrogen peroxide addition. In addition, the pH, temperature, and ORP in Table 6 are the values at each time point, the cumulative addition amount (sulfuric acid, hydrogen peroxide, NaSH, NaOH) is the total addition amount at each time point, and the concentration is at each time point. shows the value of metal concentration.

各試料は以下の通りである。
比較例C1:廃LIBから取り出した電極材料72.5gに、濃度47wt%の硫酸85mLを加え15分混練を行った。蒸留水415mLを加え撹拌を行った。
比較例C2:比較例C1の手順後、30wt%過酸化水素を添加開始時からの経時変化を確認し、47wt%硫酸を用いてpH2.0以下を維持しつつ75分かけて30wt%過酸化水素を25mL加えた。
比較例C3:比較例C2の手順後、200g/L水硫化ナトリウム溶液をORPが0mV以下となるまで添加した。
比較例C4:比較例C3の手順後、濃度25wt%の水酸化ナトリウム溶液を浸出液に加え、pH3.0~4.0に安定させた。
比較例C4の手順後、硫酸浸出時に不溶である廃LIBの負極材のカーボンおよび、生成した残渣(硫化銅)を濾過により固液分離を行い、溶出液410mLを得た。
残渣(硫化銅)37.17gの組成は表7の通りである。
Each sample is as follows.
Comparative Example C1: 85 mL of sulfuric acid with a concentration of 47 wt% was added to 72.5 g of the electrode material taken out from the waste LIB, and kneaded for 15 minutes. 415 mL of distilled water was added and stirred.
Comparative Example C2: After the procedure of Comparative Example C1, the change over time from the start of addition of 30 wt% hydrogen peroxide was confirmed, and 30 wt% peroxide was added over 75 minutes while maintaining the pH below 2.0 using 47 wt% sulfuric acid. 25 mL of hydrogen was added.
Comparative Example C3: After the procedure of Comparative Example C2, 200 g/L sodium bisulfide solution was added until the ORP was below 0 mV.
Comparative Example C4: After the procedure of Comparative Example C3, a sodium hydroxide solution with a concentration of 25 wt% was added to the leachate to stabilize the pH at 3.0-4.0.
After the procedure of Comparative Example C4, solid-liquid separation was performed by filtration of the carbon of the negative electrode material of the waste LIB that was insoluble during leaching with sulfuric acid and the generated residue (copper sulfide), and 410 mL of eluate was obtained.
The composition of 37.17 g of the residue (copper sulfide) is shown in Table 7.

Figure 2023150694000007
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Figure 2023150694000008
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比較例(手順2)では、廃LIBから取り出した電極材料中のコバルト、ニッケルを100%とした時の浸出率を計算するとコバルトが95%、ニッケル95%浸出されている。
比較例C1およびC2より、洗浄工程を行わないことで硫酸が一部中和に消費されてしまい、過酸化水素を加え終えた段階までpH2.0以下を維持するために必要な硫酸が実施例よりも過剰となる。比較例C4より、水酸化ナトリウムのみでpH3.0~4.0に中和するため、実施例と比較して中和に要する水酸化ナトリウムが多くなる。硫酸や水酸化ナトリウム溶液の使用量を削減しつつ、十分に浸出するためには本発明の手法を用いると有効であることが確認された。
In the comparative example (procedure 2), when the leaching rate is calculated assuming that cobalt and nickel in the electrode material taken out from the waste LIB is 100%, 95% of cobalt and 95% of nickel are leached.
From Comparative Examples C1 and C2, some of the sulfuric acid is consumed for neutralization by not performing the washing step, and the sulfuric acid required to maintain the pH below 2.0 until the stage of adding hydrogen peroxide is not used in the example. It becomes excessive. From Comparative Example C4, since the pH is neutralized to 3.0 to 4.0 using only sodium hydroxide, more sodium hydroxide is required for neutralization than in the example. It has been confirmed that the method of the present invention is effective in achieving sufficient leaching while reducing the amount of sulfuric acid and sodium hydroxide solution used.

本発明のコバルトおよびニッケルの分離方法は、使用済みのリチウムウムイオン二次電池に含まれる有価金属のうち、特にコバルトおよびニッケルを、他の金属から正確に、かつ低コストで分離、回収することを可能にし、これにより、リチウムウムイオン二次電池から純度の高いリサイクル資源を効率的に得ることができる。従って、産業上の利用可能性を有する。 The method for separating cobalt and nickel of the present invention enables accurate separation and recovery of cobalt and nickel, especially cobalt and nickel, from other metals among valuable metals contained in used lithium ion secondary batteries at a low cost. This makes it possible to efficiently obtain highly purified recycled resources from lithium ion secondary batteries. Therefore, it has industrial applicability.

Claims (8)

リチウムイオン二次電池からコバルトおよびニッケルを分離する、コバルトおよびニッケルの分離方法であって、
前記リチウムイオン二次電池を粉砕および分級し、少なくともコバルト、ニッケル、銅、およびリチウムを含む電極材料を得る粉砕選別工程、
前記電極材料を水を用いて洗浄し、前記電極材料を洗浄した後のアルカリ性の洗浄排液を回収する洗浄工程、
硫酸を含む処理液に、前記洗浄工程で洗浄された前記電極材料を浸漬して浸出液を得る浸出工程、
前記浸出液に硫化水素化合物を加えて撹拌し、硫化銅として銅を沈殿させる銅沈殿工程、
前記銅沈殿工程で得られた沈殿を含む混合液に前記洗浄排液及びアルカリ金属水酸化物を加えてpH調整を行い、第1中和液を得る第1中和過程と、前記第1中和液の固液分離を行い、コバルトおよびニッケルを含む第1溶出液と硫化銅を含む残渣を得る第1濾過過程と、を順に含む第1処理工程、または、
前記銅沈殿工程で得られた沈殿を含む混合液の固液分離を行い、コバルトおよびニッケルを含む第2溶出液と硫化銅を含む残渣を得る第2濾過過程と、前記第2溶出液に前記洗浄排液及びアルカリ金属水酸化物を加えてpH調整を行い、第2中和液を得る第2中和過程と、を順に含む第2処理工程、のうちいずれか一方、
前記第1処理工程で得た前記第1溶出液、または第2処理工程で得た前記第2中和液に硫化水素化合物を加えて撹拌、固液分離を行い、硫化コバルトおよび硫化ニッケルを含む沈殿物と、リチウムを含む残液とを得るコバルト・ニッケル分離工程、を備えることを特徴とするコバルトおよびニッケルの分離方法。
A method for separating cobalt and nickel from a lithium ion secondary battery, comprising:
A crushing and sorting step of crushing and classifying the lithium ion secondary battery to obtain an electrode material containing at least cobalt, nickel, copper, and lithium;
a cleaning step of cleaning the electrode material with water and collecting an alkaline cleaning waste liquid after cleaning the electrode material;
a leaching step in which the electrode material cleaned in the cleaning step is immersed in a treatment solution containing sulfuric acid to obtain a leaching solution;
a copper precipitation step of adding a hydrogen sulfide compound to the leachate and stirring to precipitate copper as copper sulfide;
a first neutralization step in which a first neutralized solution is obtained by adding the washing waste liquid and an alkali metal hydroxide to the mixed solution containing the precipitate obtained in the copper precipitation step, and obtaining a first neutralized solution; A first treatment step that sequentially includes a first filtration step of performing solid-liquid separation of the Japanese liquid and obtaining a first eluate containing cobalt and nickel and a residue containing copper sulfide, or
A second filtration step in which the mixed solution containing the precipitate obtained in the copper precipitation step is subjected to solid-liquid separation to obtain a second eluate containing cobalt and nickel and a residue containing copper sulfide; A second neutralization process in which a second neutralization solution is obtained by adding a washing waste liquid and an alkali metal hydroxide to adjust the pH;
A hydrogen sulfide compound is added to the first eluate obtained in the first treatment step or the second neutralized solution obtained in the second treatment step, stirred, and solid-liquid separated to contain cobalt sulfide and nickel sulfide. A method for separating cobalt and nickel, comprising a cobalt-nickel separation step of obtaining a precipitate and a residual liquid containing lithium.
前記銅沈殿工程の後工程として、前記第1処理工程を行うことを特徴とする請求項1に記載のコバルトおよびニッケルの分離方法。 The method for separating cobalt and nickel according to claim 1, wherein the first treatment step is performed as a subsequent step of the copper precipitation step. 前記洗浄排液は、pHが9以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のコバルトおよびニッケルの分離方法。 The method for separating cobalt and nickel according to claim 1 or 2, wherein the washing waste liquid has a pH of 9 or more. 前記洗浄工程は、水に前記電極材料を入れて、0.33時間以上6時間以下の範囲で攪拌を行う工程であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のコバルトおよびニッケルの分離方法。 The cobalt according to any one of claims 1 to 3, wherein the washing step is a step of putting the electrode material in water and stirring for a period of 0.33 hours or more and 6 hours or less. and nickel separation methods. 前記浸出工程で用いる処理液は、炭素原子数が8以下の飽和直鎖状アルコールを含む消泡剤が更に添加されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のコバルトおよびニッケルの分離方法。 Cobalt according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the treatment liquid used in the leaching step further contains an antifoaming agent containing a saturated linear alcohol having 8 or less carbon atoms. and nickel separation methods. 前記浸出工程は、前記硫酸と前記洗浄工程で洗浄された前記電極材料とを混錬して浸出ペーストを形成する混練過程と、前記浸出ペーストに水を加えて希釈する希釈過程と、を含む工程であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のコバルトおよびニッケルの分離方法。 The leaching step includes a kneading step of kneading the sulfuric acid and the electrode material cleaned in the cleaning step to form a leaching paste, and a diluting step of adding water to the leaching paste to dilute it. The method for separating cobalt and nickel according to any one of claims 1 to 5. 前記コバルト・ニッケル分離工程で分離した前記沈殿物に硫酸を含む再溶解液を加えて攪拌した後、固液分離を行い、コバルトおよびニッケルを含むコバルト・ニッケル溶液を得る再溶解工程、
前記コバルト・ニッケル溶液に抽出剤溶液を添加して、コバルト抽出液とニッケル抽出液とを得る溶媒抽出工程、を更に備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のコバルトおよびニッケルの分離方法。
A re-dissolving step of adding a re-dissolving solution containing sulfuric acid to the precipitate separated in the cobalt-nickel separation step and stirring, followed by solid-liquid separation to obtain a cobalt-nickel solution containing cobalt and nickel;
The cobalt according to any one of claims 1 to 6, further comprising a solvent extraction step of adding an extractant solution to the cobalt-nickel solution to obtain a cobalt extract and a nickel extract. and nickel separation methods.
前記粉砕選別工程の前工程として、前記リチウムイオン二次電池を加熱して熱処理を行う熱処理工程、を更に備えることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のコバルトおよびニッケルの分離方法。 The method further comprises a heat treatment step of heating and heat-treating the lithium ion secondary battery as a pre-step of the pulverizing and sorting step. Separation method.
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