JP2023161557A - Method of producing cobalt sulfate - Google Patents

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高志 金子
Takashi Kaneko
寛人 渡邉
Hiroto Watanabe
秀樹 大原
Hideki Ohara
敬司 工藤
Takashi Kudo
達也 檜垣
Tatsuya Higaki
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Abstract

To provide a method of producing highly pure cobalt sulfate without using an electrolytic process.SOLUTION: Provided is a production method of obtaining cobalt sulfate by removing impurities from a cobalt chloride solution containing one or more impurities of copper, zinc, manganese, calcium, and magnesium, the production method including (1) in a preceding process, a copper removing step S1 of adding a sulfidizing agent to the cobalt chloride solution to form a precipitate of copper sulfide, and separating and removing the precipitate and a first solvent extraction step S2 of making the cobalt chloride solution contact with an organic solvent containing alkyl phosphate extractants and making zinc, manganese, and calcium to be extracted to separate and remove them, and (2) in a subsequent process, a second solvent extraction step S3 of adjusting the pH of the cobalt chloride solution that has passed through the preceding process to 4.0 to 7.0, and then making the cobalt chloride solution contact with an organic solvent containing carboxylic acid extractants that contain 0.05 weight% or more of a fat-soluble antioxidant, and then back-extracting the cobalt with sulfuric acid to obtain a cobalt sulfate solution.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、硫酸コバルトの製造方法に関する。更に詳しくは、塩化コバルト溶液中に含まれる不純物元素を除去して、純度の高い硫酸コバルトを得る製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing cobalt sulfate. More specifically, the present invention relates to a method for producing highly pure cobalt sulfate by removing impurity elements contained in a cobalt chloride solution.

コバルトは、特殊合金の添加元素としての用途以外に、磁性材料やリチウムイオン二次電池の原料として工業的用途に広く使用されている有価金属である。とくに最近では、リチウムイオン二次電池がモバイル機器や電気自動車のバッテリーとして多く用いられ、これに伴ってコバルトの需要も急速に拡大している。しかしながらコバルトはニッケル製錬や銅製錬の副産物として産出されるものが大半を占めているため、コバルトの製造においてはニッケルや銅を始めとする不純物との分離が重要な要素技術となっている。 Cobalt is a valuable metal that is widely used in industrial applications as a raw material for magnetic materials and lithium ion secondary batteries, as well as as an additive element for special alloys. In particular, recently, lithium-ion secondary batteries have been widely used as batteries for mobile devices and electric vehicles, and the demand for cobalt has increased rapidly. However, since most cobalt is produced as a byproduct of nickel and copper smelting, separation from impurities such as nickel and copper is an important elemental technology in the production of cobalt.

たとえば、ニッケルの湿式製錬において副産物としてのコバルトを回収する場合、まずニッケルとコバルトを含む溶液を得るため、原料を鉱酸や酸化剤等を用いて溶液に浸出または抽出するかもしくは溶解処理に付される。さらに、得られた酸性溶液中に含まれるニッケルとコバルトは、従来から公知の方法により各種の有機抽出剤を用いた溶媒抽出法によって分離回収されることが多い。
しかし、得られたコバルト溶液には処理原料に由来する各種不純物が含有されることが多い。
For example, when recovering cobalt as a by-product in nickel hydrometallurgy, the raw material is first leached or extracted into a solution using mineral acids or oxidizing agents, or subjected to dissolution treatment to obtain a solution containing nickel and cobalt. will be attached. Furthermore, nickel and cobalt contained in the obtained acidic solution are often separated and recovered by conventionally known methods such as solvent extraction using various organic extractants.
However, the obtained cobalt solution often contains various impurities derived from the raw materials to be treated.

そこで、上記溶媒抽出法によってニッケルが分離回収された後のコバルト溶液から、更にマンガン、銅、亜鉛、カルシウムおよびマグネシウム等の不純物元素を除去することが必要になる。
しかも、不純物含有量の少ない高純度コバルト製品を製造するためには、予めコバルトを含有するニッケル溶液から分離回収されたコバルト溶液中の不純物元素を除去した後、電解工程あるいは晶析等によってコバルトを製品化する必要があった。
Therefore, it is necessary to further remove impurity elements such as manganese, copper, zinc, calcium, and magnesium from the cobalt solution after nickel has been separated and recovered by the above solvent extraction method.
Moreover, in order to manufacture high-purity cobalt products with low impurity content, impurity elements in the cobalt solution separated and recovered from the cobalt-containing nickel solution must be removed in advance, and then cobalt can be added through an electrolytic process or crystallization. It was necessary to commercialize it.

コバルト溶液中の不純物元素の除去方法として、特許文献1、2に記載の従来技術がある。
特許文献1には、(1)コバルト溶液に硫化剤を添加し、酸化還元電位(ORP)(Ag/AgCl電極基準)を50mV以下且つpHを0.3~2.4に調整して、硫化銅沈殿と脱銅精製液とを得る脱銅工程、(2)該脱銅精製液に酸化剤と中和剤を添加し、酸化還元電位(Ag/AgCl電極基準)を950~1050mV且つpHを2.4~3.0に調整して、マンガン沈殿と脱マンガン精製液とを得る脱マンガン工程、(3)該脱マンガン精製液に抽出剤としてアルキルリン酸を用い、脱マンガン精製液中の亜鉛、カルシウム及び微量不純物を抽出分離する溶媒抽出工程、を含むコバルト溶液の精製方法が開示されている。
特許文献2には、塩酸濃度2~6mol/Lの塩化コバルト溶液を陰イオン交換樹脂に接触させ、陰イオン交換樹脂に対する分配係数がコバルト塩化物錯体のそれよりも大きい錯体を形成する鉄、亜鉛、スズ等の金属不純物を吸着させて分離する技術が記載されている。
As a method for removing impurity elements in a cobalt solution, there are conventional techniques described in Patent Documents 1 and 2.
Patent Document 1 discloses that (1) a sulfiding agent is added to a cobalt solution, the oxidation-reduction potential (ORP) (Ag/AgCl electrode reference) is adjusted to 50 mV or less and the pH is adjusted to 0.3 to 2.4, and sulfurization is carried out. Copper removal step to obtain copper precipitate and copper-removed purified liquid, (2) Add an oxidizing agent and a neutralizing agent to the copper-reduced purified liquid, and adjust the redox potential (Ag/AgCl electrode reference) to 950 to 1050 mV and pH. 2.4 to 3.0 to obtain a manganese precipitate and a purified demanganized liquid; (3) using an alkyl phosphoric acid as an extractant in the purified purified liquid demanganized; A method for purifying a cobalt solution is disclosed that includes a solvent extraction step to extract and separate zinc, calcium, and trace impurities.
Patent Document 2 discloses that a cobalt chloride solution with a hydrochloric acid concentration of 2 to 6 mol/L is brought into contact with an anion exchange resin to form a complex with a distribution coefficient of iron and zinc that is larger than that of the cobalt chloride complex with respect to the anion exchange resin. , a technique for adsorbing and separating metal impurities such as tin is described.

上記特許文献1に記載された抽出剤としてアルキルリン酸を用いる溶媒抽出方法は、亜鉛やカルシウムに対して高い分離性能を有している。しかし、塩酸濃度2~6mol/Lの塩化コバルト溶液の場合には、陰イオン交換樹脂によるイオン交換法やアミン系抽出剤による溶媒抽出法の方が、上記アルキルリン酸を用いる溶媒抽出法に比べてより高い亜鉛とコバルトの分離性能を有している。
また、塩化コバルト溶液中のごく微量の亜鉛を除去する場合は、イオン交換法による方が工程及び操作が簡単であるため、効率的且つ経済的である。
The solvent extraction method using alkyl phosphoric acid as an extractant described in Patent Document 1 has high separation performance for zinc and calcium. However, in the case of a cobalt chloride solution with a hydrochloric acid concentration of 2 to 6 mol/L, the ion exchange method using an anion exchange resin or the solvent extraction method using an amine extractant is better than the above solvent extraction method using alkyl phosphoric acid. It has higher zinc and cobalt separation performance.
Furthermore, when removing a very small amount of zinc from a cobalt chloride solution, the ion exchange method is more efficient and economical because the process and operation are simpler.

このような観点から、マンガン、銅、亜鉛を含有する塩化コバルト溶液から、これら不純物元素を除去する方法として、上記特許文献1の精製方法と特許文献2の分離技術を組み合わせた方法が提案されている(たとえば特許文献3)。
特許文献3の段落0022に記載する高純度塩化コバルト製造方法は、ニッケルとコバルトを分離する溶媒抽出工程、マンガンを除去する脱マンガン工程、銅を除去する脱銅工程、亜鉛を除去する脱亜鉛工程および電解工程を含んでいる。
脱亜鉛工程では、脱銅工程で得られた塩化コバルト水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させて亜鉛を吸着除去する。電解工程では脱亜鉛工程で得た高純度塩化コバルト水溶液を電解給液として用い、金属コバルト(電気コバルトともいわれる)を製造するものである。
From this perspective, a method combining the purification method of Patent Document 1 and the separation technique of Patent Document 2 has been proposed as a method for removing these impurity elements from a cobalt chloride solution containing manganese, copper, and zinc. (For example, Patent Document 3).
The method for producing high-purity cobalt chloride described in paragraph 0022 of Patent Document 3 includes a solvent extraction step for separating nickel and cobalt, a demanganization step for removing manganese, a decoppering step for removing copper, and a dezincing step for removing zinc. and an electrolytic process.
In the dezincing step, the aqueous cobalt chloride solution obtained in the decoppering step is brought into contact with an anion exchange resin to adsorb and remove zinc. In the electrolytic process, metallic cobalt (also called electric cobalt) is produced using the high-purity cobalt chloride aqueous solution obtained in the dezincing process as an electrolytic supply liquid.

一方、前述したように、最近ではリチウムイオン二次電池の原料用としてコバルトの需要が拡大し、硫酸コバルト溶液あるいは硫酸コバルト結晶の形態が望まれる。
特許文献3の従来技術で得られた金属コバルトから硫酸コバルト結晶を得ようとすれば、金属コバルトを硫酸で溶解して硫酸コバルト溶液を得、さらにこの溶液を晶析して、硫酸コバルト結晶を得ることができる。しかしながら、この製法を用いると、工程の増加や薬剤費の増加により製造コストが高くなる。また、板状の金属コバルトは、耐蝕合金に用いられるように硫酸への溶解速度が遅く、短時間で溶解するためには、板状の金属コバルトをアトマイズ処理等によって粉末状にする必要がある。
On the other hand, as mentioned above, the demand for cobalt as a raw material for lithium ion secondary batteries has recently increased, and cobalt sulfate solutions or cobalt sulfate crystals are desired.
In order to obtain cobalt sulfate crystals from metallic cobalt obtained by the conventional technique of Patent Document 3, metallic cobalt is dissolved in sulfuric acid to obtain a cobalt sulfate solution, and this solution is further crystallized to obtain cobalt sulfate crystals. Obtainable. However, when this manufacturing method is used, the manufacturing cost increases due to an increase in the number of steps and drug costs. In addition, plate-shaped metal cobalt has a slow dissolution rate in sulfuric acid, as is used in corrosion-resistant alloys, and in order to dissolve it in a short time, it is necessary to turn the plate-shaped metal cobalt into powder through atomization treatment, etc. .

このため、金属コバルトを経由することなく、直接的に塩化コバルト溶液から硫酸コバルト溶液を得る方法が望まれてきた。 For this reason, a method of obtaining a cobalt sulfate solution directly from a cobalt chloride solution without going through metal cobalt has been desired.

特開2004-285368号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-285368 特開2001-020021号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-020021 特開2020-19664号号公報Japanese Patent Application Publication No. 2020-19664

本発明は、上記実情に鑑みて提案されたものであり、不純物を含む塩化コバルト溶液から、電解工程を用いることなく不純物とコバルトを分離し、純度の高い硫酸コバルトを製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above circumstances, and provides a method for producing highly pure cobalt sulfate by separating impurities and cobalt from a cobalt chloride solution containing impurities without using an electrolytic process. With the goal.

第1発明の硫酸コバルトの製造方法は、銅、亜鉛、マンガン、カルシウムおよびマグネシウムの1種以上の不純物を含む塩化コバルト溶液から前記不純物を除去して硫酸コバルトを得る製造方法であって、前段工程は、前記塩化コバルト溶液に硫化剤を添加し銅の硫化物の沈殿を生成させて分離除去する脱銅工程と、前記塩化コバルト溶液にアルキルリン酸系抽出剤を含む有機溶媒を接触させ、該有機溶媒に亜鉛、マンガンおよびカルシウムを抽出して分離除去する第1溶媒抽出工程を含んでおり、後段工程は、前記前段工程を経た塩化コバルト溶液のpHを4.0~7.0に調整し、次いで脂溶性の酸化防止剤を0.05重量%以上含んだカルボン酸系抽出剤を含む有機溶媒に接触させ、該有機溶媒にコバルトを抽出させた後、硫酸でコバルトを逆抽出して硫酸コバルト溶液を得る第2溶媒抽出工程からなることを特徴とする。
第2発明の硫酸コバルトの製造方法は、第1発明において、前記前段工程が、前記脱銅工程および前記第1溶媒抽出工程の順に実行されることを特徴とする。
第3発明の硫酸コバルトの製造方法は、第1発明において、前記前段工程が、前記第1溶媒抽出工程および前記脱銅工程の順に実行されることを特徴とする。
第4発明の硫酸コバルトの製造方法は、第1発明において、前記第2溶媒抽出工程を経て得た硫酸コバルト溶液を晶析工程に付し、硫酸コバルトの結晶を得ることを特徴とする。
第5発明の硫酸コバルトの製造方法は、第1、第2、第3または第4発明において、前記脱銅工程において、硫化剤を添加した塩化コバルド溶液に酸化剤および中和剤を添加して酸化還元電位を-100~200mV(Ag/AgCl電極基準)に、かつpHを1.3~3.0に調整することを特徴とする。
第6発明の硫酸コバルトの製造方法は、第1、第2、第3または第4発明において、前記第1溶媒抽出工程におけるアルキルリン酸系抽出剤が、リン酸水素ビス(2-エチルヘキシル)であり、銅が除去された塩化コバルト溶液のpHを1.5~3.0に調整して前記抽出剤を用いた溶媒抽出に付し、不純物元素を有機溶媒中に抽出することを特徴とする。
第7発明の硫酸コバルトの製造方法は、第1、第2、第3または第4発明において、前記第2溶媒抽出工程における前記抽出工程に続けて、コバルトを抽出した有機溶媒に硫酸溶液を接触させて、pHを2.0~4.5に調整し、コバルトを硫酸溶液に逆抽出する逆抽出工程を実行することを特徴とする。
第8発明の硫酸コバルトの製造方法は、第1発明において、前記脂溶性の酸化防止剤が、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤と硫黄系酸化防止剤の組合せ、フェノール系酸化とリン系酸化防止剤の組合せのうちのいずれか、であることを特徴とする。
The method for producing cobalt sulfate of the first invention is a production method for obtaining cobalt sulfate by removing impurities from a cobalt chloride solution containing one or more impurities of copper, zinc, manganese, calcium, and magnesium, comprising: The method includes a copper removal step in which a sulfiding agent is added to the cobalt chloride solution to form a precipitate of copper sulfide and then separated and removed, and an organic solvent containing an alkyl phosphate extractant is brought into contact with the cobalt chloride solution. It includes a first solvent extraction step in which zinc, manganese and calcium are extracted and separated in an organic solvent, and the latter step is to adjust the pH of the cobalt chloride solution that has passed through the first step to 4.0 to 7.0. , and then brought into contact with an organic solvent containing a carboxylic acid extractant containing 0.05% by weight or more of a fat-soluble antioxidant, and after allowing the organic solvent to extract cobalt, the cobalt is back-extracted with sulfuric acid. It is characterized by comprising a second solvent extraction step to obtain a cobalt solution.
A method for producing cobalt sulfate according to a second aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect, the first step is performed in the order of the copper removal step and the first solvent extraction step.
A method for producing cobalt sulfate according to a third aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect, the first step is performed in the order of the first solvent extraction step and the copper removal step.
The method for producing cobalt sulfate according to the fourth invention is characterized in that, in the first invention, the cobalt sulfate solution obtained through the second solvent extraction step is subjected to a crystallization step to obtain crystals of cobalt sulfate.
A method for producing cobalt sulfate according to a fifth invention, in the first, second, third or fourth invention, includes adding an oxidizing agent and a neutralizing agent to a cobalt chloride solution to which a sulfiding agent has been added in the copper removal step. It is characterized by adjusting the redox potential to -100 to 200 mV (based on Ag/AgCl electrodes) and adjusting the pH to 1.3 to 3.0.
The method for producing cobalt sulfate according to the sixth invention is characterized in that in the first, second, third, or fourth invention, the alkyl phosphate extractant in the first solvent extraction step is bis(2-ethylhexyl hydrogen phosphate). The method is characterized in that the pH of the cobalt chloride solution from which copper has been removed is adjusted to 1.5 to 3.0 and subjected to solvent extraction using the extractant to extract impurity elements into an organic solvent. .
A method for producing cobalt sulfate according to a seventh aspect of the invention is, in the first, second, third, or fourth aspect, subsequent to the extraction step in the second solvent extraction step, a sulfuric acid solution is brought into contact with the organic solvent from which cobalt has been extracted. The method is characterized in that a back extraction step is performed in which the pH is adjusted to 2.0 to 4.5 and cobalt is back extracted into a sulfuric acid solution.
The method for producing cobalt sulfate according to the eighth invention is characterized in that in the first invention, the fat-soluble antioxidant is a phenolic antioxidant, an amine antioxidant, a sulfur-based antioxidant, a phosphorus-based antioxidant, a phenol-based antioxidant, or a phenolic antioxidant. It is characterized by being either a combination of a sulfur-based antioxidant and a sulfur-based antioxidant, or a combination of a phenol-based antioxidant and a phosphorus-based antioxidant.

第1発明によれば、不純物を含む塩化コバルト溶液から、前段工程に含まれる脱銅工程と第1溶媒抽出工程により銅、亜鉛、マンガンおよびカルシウムが除去でき、後段工程に含まれる第2溶媒抽出工程によってマグネシウムを除去できる。したがって、電解工程を用いることなく高純度の硫酸コバルトを製造することができる。また、抽出剤に有機溶媒に脂溶性の酸化防止剤を0.05重量%以上含むことで、酸化した3価の形態のコバルトイオンの発生を抑制することができ、逆抽出工程でのコバルトの回収効率を高く維持できる。
第2発明によれば、不純物を含む塩化コバルト溶液から、脱銅工程と第1溶媒抽出工程をその順で実行することで、銅、亜鉛、マンガンおよびカルシウムを分離除去できるので、第2溶媒抽出工程でマグネシウムを分離除去すれば不純物が除去された高純度の硫酸コバルト溶液を得ることができる。
第3発明によれば、不純物を含む塩化コバルト溶液から、第1溶媒抽出工程と脱銅工程をその順で実行することで、銅、亜鉛、マンガンおよびカルシウムを分離除去できるので、第2溶媒抽出工程でマグネシウムを分離除去すれば不純物が除去された高純度の硫酸コバルト溶液を得ることができる。
第4発明によれば、さらに晶析工程を実行することで硫酸コバルト溶液から高純度の硫酸コバルト結晶を得ることができる。
第5発明によれば、酸化還元電位とpHを適正範囲に調整することで、塩化コバルト溶液から銅の硫化物を沈殿させて充分に除去すると共にコバルトの共沈殿を抑制することができる。
第6発明によれば、pHを1.5~3.0に調整することで、コバルトを水相に残して、亜鉛、マンガンおよびカルシウムを抽出してコバルトと分離することができる。
第7発明によれば、pHを4.0~7.0という低pH側に調整しても、コバルトをカルボン酸系抽出剤を含む有機溶媒に接触させて抽出することができる。また、低pH側で抽出できるので、水酸化物などの澱物が発生しづらく、その結果クラッドが形成されにくくなるので操業が安定する。
第8発明によれば、使用する脂溶性の酸化防止剤がフェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤と硫黄系酸化防止剤の組合せ、フェノール系酸化とリン系酸化防止剤の組合せのうちのいずれかを用いることにより、排水の水質を向上できることに加え、市場価格が安く入手が容易なため硫酸コバルトの製造価格も低下する。
According to the first invention, copper, zinc, manganese, and calcium can be removed from a cobalt chloride solution containing impurities through the decopper removal step and the first solvent extraction step included in the first step, and the second solvent extraction step included in the second step. Magnesium can be removed through the process. Therefore, high purity cobalt sulfate can be produced without using an electrolytic process. In addition, by containing 0.05% by weight or more of a fat-soluble antioxidant in the organic solvent in the extractant, it is possible to suppress the generation of oxidized trivalent cobalt ions, and the removal of cobalt during the back extraction process. Collection efficiency can be maintained at a high level.
According to the second invention, copper, zinc, manganese, and calcium can be separated and removed from a cobalt chloride solution containing impurities by performing the copper removal step and the first solvent extraction step in that order. By separating and removing magnesium in the process, a highly pure cobalt sulfate solution free of impurities can be obtained.
According to the third invention, copper, zinc, manganese, and calcium can be separated and removed by performing the first solvent extraction step and the copper removal step in that order from the cobalt chloride solution containing impurities. By separating and removing magnesium in the process, a highly pure cobalt sulfate solution free of impurities can be obtained.
According to the fourth invention, highly pure cobalt sulfate crystals can be obtained from the cobalt sulfate solution by further performing a crystallization step.
According to the fifth invention, by adjusting the redox potential and pH within appropriate ranges, copper sulfide can be precipitated and sufficiently removed from the cobalt chloride solution, and co-precipitation of cobalt can be suppressed.
According to the sixth invention, by adjusting the pH to 1.5 to 3.0, zinc, manganese, and calcium can be extracted and separated from cobalt while leaving cobalt in the aqueous phase.
According to the seventh invention, even if the pH is adjusted to a low pH side of 4.0 to 7.0, cobalt can be extracted by contacting with an organic solvent containing a carboxylic acid extractant. Furthermore, since extraction can be performed at a low pH, precipitates such as hydroxides are less likely to be generated, and as a result, crud is less likely to be formed, resulting in stable operation.
According to the eighth invention, the fat-soluble antioxidants used are phenolic antioxidants, amine antioxidants, sulfur-based antioxidants, phosphorus-based antioxidants, phenolic antioxidants, and sulfur-based antioxidants. By using one of the combinations of phenolic oxidizing agents and phosphorous antioxidants, the quality of wastewater can be improved, and the production cost of cobalt sulfate is also lowered due to its low market price and easy availability. do.

本発明に係る硫酸コバルトの製造方法の原理図である。1 is a principle diagram of a method for producing cobalt sulfate according to the present invention. 本発明の第1実施形態に係る硫酸コバルトの製造方法を示す工程図である。1 is a process diagram showing a method for producing cobalt sulfate according to a first embodiment of the present invention. FIG. 図2に示す硫酸コバルトの製造方法を示す詳細工程図である。3 is a detailed process diagram showing a method for producing cobalt sulfate shown in FIG. 2. FIG. 図3に示す第1溶媒抽出工程S2の詳細工程図である。4 is a detailed process diagram of the first solvent extraction step S2 shown in FIG. 3. FIG. 図3に示す第2溶媒抽出工程S3の詳細工程図である。4 is a detailed process diagram of the second solvent extraction step S3 shown in FIG. 3. FIG. 本発明の第2実施形態に係る硫酸コバルトの製造方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process diagram showing a method for producing cobalt sulfate according to a second embodiment of the present invention. 図6に示す硫酸コバルトの製造方法を示す詳細工程図である。7 is a detailed process diagram showing the method for producing cobalt sulfate shown in FIG. 6. FIG. 図7に示す第1溶媒抽出工程S2の詳細工程図である。8 is a detailed process diagram of the first solvent extraction step S2 shown in FIG. 7. FIG. 図7に示す第2溶媒抽出工程S3の詳細工程図である。8 is a detailed process diagram of the second solvent extraction step S3 shown in FIG. 7. FIG.

以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

(本発明の基本原理)
本発明に係る硫酸コバルトの製造方法の基本原理を、図1に基づき説明する。
本発明は、銅、亜鉛、マンガン、カルシウムおよびマグネシウムの1種以上の不純物を含む塩化コバルト溶液から前記不純物を除去して硫酸コバルトを得る製造方法であって、
(1)前段工程は、前記塩化コバルト溶液に硫化剤を添加し銅の硫化物の沈殿を生成させて分離除去する脱銅工程S1と、前記塩化コバルト溶液にアルキルリン酸系抽出剤を含む有機溶媒を接触させ、該有機溶媒に亜鉛、マンガンおよびカルシウムを抽出して分離除去する第1溶媒抽出工程S2を含んでおり、
(2)後段工程は、前記前段工程を経た塩化コバルト溶液のpHを4.0~7.0に調整し、次いで酸化防止剤を0.05重量%以上含んだカルボン酸系抽出剤を含む有機溶媒に接触させ、該有機溶媒にコバルトを抽出させた後、硫酸でコバルトを逆抽出して硫酸コバルト溶液を得る第2溶媒抽出工程S3からなることを特徴とする。
前記前段工程は、脱銅工程S1および第1溶媒抽出工程S2の順に実行されるものであってもよく、第1溶媒抽出工程S2および脱銅工程S1の順に実行されるものであってもよい。後段工程に含まれる第2溶媒抽出工程S3は、前段工程の後で実行される。
(Basic principle of the present invention)
The basic principle of the method for producing cobalt sulfate according to the present invention will be explained based on FIG.
The present invention is a production method for obtaining cobalt sulfate by removing impurities from a cobalt chloride solution containing one or more impurities of copper, zinc, manganese, calcium, and magnesium, comprising:
(1) The first step includes a copper removal step S1 in which a sulfiding agent is added to the cobalt chloride solution to form a precipitate of copper sulfide and then separated and removed, and an organic compound containing an alkyl phosphate extractant in the cobalt chloride solution A first solvent extraction step S2 of contacting a solvent and extracting and separating zinc, manganese and calcium with the organic solvent,
(2) In the second step, the pH of the cobalt chloride solution that has passed through the first step is adjusted to 4.0 to 7.0, and then an organic compound containing a carboxylic acid extractant containing 0.05% by weight or more of an antioxidant is It is characterized by comprising a second solvent extraction step S3 of contacting with a solvent, causing the organic solvent to extract cobalt, and then back-extracting the cobalt with sulfuric acid to obtain a cobalt sulfate solution.
The first step may be performed in the order of the copper removal step S1 and the first solvent extraction step S2, or may be performed in the order of the first solvent extraction step S2 and the copper removal step S1. . The second solvent extraction step S3 included in the latter step is executed after the first step.

本発明では、前記各工程S1~S3の後で、必要に応じて硫酸コバルト溶液から結晶を析出させる晶析工程S4を実行する。晶析工程S4を実行すれば、溶液から結晶を析出させて硫酸コバルト結晶を得ることができる。 In the present invention, after each of the steps S1 to S3, a crystallization step S4 is performed to precipitate crystals from a cobalt sulfate solution, if necessary. By performing the crystallization step S4, cobalt sulfate crystals can be obtained by precipitating crystals from the solution.

本発明において、第1溶媒抽出工程S2の後、および(または)第2溶媒抽出工程S3の後で、液中に混入した有機成分を分離除するために活性炭カラム等の油水分離装置に供する工程を追加してもよい。 In the present invention, after the first solvent extraction step S2 and/or after the second solvent extraction step S3, a step of subjecting the liquid to an oil-water separation device such as an activated carbon column in order to separate and remove organic components mixed into the liquid. may be added.

本発明において出発原料とする塩化コバルト溶液は、不純物元素として銅、亜鉛、マンガン、カルシウムおよびマグネシウムのうち1種類以上を含むものである。このような不純物を含む塩化コバルト溶液であれば本発明の適用に何ら限定されるものではないが、とくにニッケル製錬の溶媒抽出工程において、コバルトを含有したニッケル溶液からアルキルリン酸系抽出剤やアミン系抽出剤によってニッケルが分離回収された後の塩化コバルト溶液に好適に適用される。 The cobalt chloride solution used as a starting material in the present invention contains one or more of copper, zinc, manganese, calcium, and magnesium as impurity elements. Application of the present invention is not limited to any cobalt chloride solution containing such impurities, but in particular, in the solvent extraction process of nickel smelting, a nickel solution containing cobalt is extracted with an alkyl phosphate extractant or It is suitably applied to a cobalt chloride solution after nickel has been separated and recovered using an amine extractant.

本発明によれば、塩化コバルト溶液から、脱銅工程S1により銅の硫化物沈殿を生成させて銅を除去し、第1溶媒抽出工程S2により亜鉛、マンガンおよびカルシウムを分離除去し、第2溶媒抽出工程S3によりマグネシウムを分離除去して、高純度の硫酸コバルト溶液を得ることができる。したがって、電解工程を用いることなく不純物とコバルトを分離して直接に高純度の硫酸コバルト溶液を製造することができる。 According to the present invention, from a cobalt chloride solution, copper is removed by producing a copper sulfide precipitate in the copper removal step S1, zinc, manganese and calcium are separated and removed in the first solvent extraction step S2, and the second solvent In the extraction step S3, magnesium can be separated and removed to obtain a highly pure cobalt sulfate solution. Therefore, a high purity cobalt sulfate solution can be directly produced by separating impurities and cobalt without using an electrolytic process.

(第1実施形態)
硫酸コバルトの製造方法の第1実施形態について、図2~図5に基づき説明する。図2は第1実施形態における全工程を示す図であり、図3は、図2に示す各工程S1~S3の詳細をまとめて示したものである。
第1実施形態は、図2に示すように、前段工程において、先に脱銅工程S1、ついで第1溶媒抽出工程S2の順で実行するものである。
(First embodiment)
A first embodiment of the method for producing cobalt sulfate will be described based on FIGS. 2 to 5. FIG. 2 is a diagram showing all steps in the first embodiment, and FIG. 3 shows details of each step S1 to S3 shown in FIG. 2.
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, in the first step, the copper removal step S1 is first performed, and then the first solvent extraction step S2 is performed in this order.

(脱銅工程S1)
脱銅工程S1を図3に基づき説明する。
脱銅工程S1は、出発原料である銅、亜鉛、マンガン、カルシウムおよびマグネシウムの1種類以上の不純物を含む塩化コバルト溶液に硫化剤を添加することにより行う。また、酸化剤および中和剤を添加して、塩化コバルト溶液の酸化還元電位を-100~200mV(Ag/AgCl電極基準)に、かつpHを1.3~3.0に調整する。
本工程により、塩化コバルト溶液から銅の硫化物の沈殿を生成させて分離し、銅が除去された塩化コバルト溶液を得ることができる。
(Copper removal process S1)
The copper removal step S1 will be explained based on FIG. 3.
The copper removal step S1 is performed by adding a sulfiding agent to a cobalt chloride solution containing one or more impurities of copper, zinc, manganese, calcium, and magnesium as a starting material. Further, an oxidizing agent and a neutralizing agent are added to adjust the redox potential of the cobalt chloride solution to -100 to 200 mV (based on Ag/AgCl electrode) and the pH to 1.3 to 3.0.
Through this step, a copper sulfide precipitate is generated and separated from the cobalt chloride solution, and a cobalt chloride solution from which copper is removed can be obtained.

塩化コバルト溶液中の銅は、下記式1、式2あるいは式3に従って硫化銅の沈殿物を生成して、溶液中から除去される。
CuCl+HS→CuS↓+2HCl・・・(式1)
CuCl+NaS→CuS↓+2NaCl・・・(式2)
CuCl+NaHS→CuS↓+NaCl+HCl・・・(式3)
Copper in the cobalt chloride solution is removed from the solution by forming a copper sulfide precipitate according to Formula 1, Formula 2, or Formula 3 below.
CuCl 2 +H 2 S→CuS↓+2HCl... (Formula 1)
CuCl 2 +Na 2 S→CuS↓+2NaCl... (Formula 2)
CuCl 2 +NaHS→CuS↓+NaCl+HCl...(Formula 3)

上記脱銅工程S1では、塩化コバルト溶液の酸化還元電位を-100~200mV(Ag/AgCl電極基準)に、かつpHを1.3~3.0に調整しておくと、硫化物として銅を充分に除去することができ、しかもコバルトの共沈殿を抑制することができる。
仮に、酸化還元電位が200mVを超えると溶液中の銅の除去が不十分となり、酸化還元電位が-100mV未満ではコバルトの共沈殿量が増加するため好ましくない。また、pHが1.3未満では、溶液中の銅の除去が不十分となると共に、生成する硫化物沈殿のろ過性が悪化する。pHが3.0を超えると、銅の除去に伴うコバルト共沈殿量が増加するため好ましくない。
In the copper removal step S1, if the redox potential of the cobalt chloride solution is adjusted to -100 to 200 mV (Ag/AgCl electrode reference) and the pH is adjusted to 1.3 to 3.0, copper is removed as sulfide. Co-precipitation of cobalt can be sufficiently removed and co-precipitation of cobalt can be suppressed.
If the redox potential exceeds 200 mV, copper in the solution will not be removed sufficiently, and if the redox potential is less than -100 mV, the amount of coprecipitated cobalt will increase, which is not preferable. Furthermore, if the pH is less than 1.3, copper in the solution will not be removed sufficiently and the filterability of the generated sulfide precipitate will deteriorate. If the pH exceeds 3.0, the amount of cobalt co-precipitation increases as copper is removed, which is not preferable.

上記酸化還元電位の調整は、硫化剤の添加量を調整することにより行うことができる。硫化剤としては、とくに限定されるものではないが、硫化水素ガス、硫化ナトリウムや水硫化ナトリウムの結晶や水溶液等を用いることができる。
また、上記pHの調整は、硫化剤として硫化水素や水硫化ナトリウムを用いる場合は、硫化剤の添加量調整と中和剤の添加によって行われる。中和剤としては、とくに限定されるものではなく、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸コバルト等のアルカリ塩を用いることができる。また、硫化剤の投入により、酸化還元電位が所望した値より低くなった場合、酸化剤の添加により調整できる。たとえば、溶液中に空気を導入して撹拌する、あるいは過酸化水素溶液を添加する、ことで調整できる。
The above-mentioned redox potential can be adjusted by adjusting the amount of the sulfiding agent added. The sulfurizing agent is not particularly limited, but hydrogen sulfide gas, sodium sulfide, sodium hydrosulfide crystals, aqueous solutions, and the like can be used.
Further, when hydrogen sulfide or sodium hydrogen sulfide is used as the sulfurizing agent, the above pH adjustment is performed by adjusting the amount of the sulfurizing agent and adding a neutralizing agent. The neutralizing agent is not particularly limited, and alkali salts such as sodium hydroxide, calcium hydroxide, sodium carbonate, and cobalt carbonate can be used. Furthermore, if the redox potential becomes lower than a desired value due to the addition of the sulfurizing agent, it can be adjusted by adding an oxidizing agent. For example, it can be adjusted by introducing air into the solution and stirring it, or by adding a hydrogen peroxide solution.

(第1溶媒抽出工程S2)
第1溶媒抽出工程S2を図3および図4に基づき説明する。
第1溶媒抽出工程S2は、前記脱銅工程S1を経た塩化コバルト溶液にアルキルリン酸系抽出剤を含む有機溶媒を接触させ、該有機溶媒に亜鉛、マンガンおよびカルシウムを抽出して分離除去する工程である。
(First solvent extraction step S2)
The first solvent extraction step S2 will be explained based on FIGS. 3 and 4.
The first solvent extraction step S2 is a step of bringing an organic solvent containing an alkyl phosphate extractant into contact with the cobalt chloride solution that has passed through the copper removal step S1, and extracting and separating zinc, manganese, and calcium with the organic solvent. It is.

有機溶媒としては、アルキルリン酸系抽出剤を希釈剤で希釈したものが用いられる。アルキルリン酸系抽出剤として、リン酸水素ビス(2-エチルヘキシル)(商品名D2EHPA)、(2-エチルヘキシル)ホスホン酸2-エチルヘキシル(商品名PC-88A)、ジ(2,4,4-トリメチルペンチル)ホスフィン酸(商品名CYANEX272)が挙げられる。これらの中でも、銅が除去された塩化コバルト溶液から、亜鉛、マンガンおよびカルシウムを分離する場合、コバルトとの分離性が高いリン酸水素ビス(2-エチルヘキシル)を抽出剤として用いることが好ましい。 As the organic solvent, an alkyl phosphate extractant diluted with a diluent is used. As alkyl phosphate extractants, bis(2-ethylhexyl) hydrogen phosphate (trade name D2EHPA), 2-ethylhexyl (2-ethylhexyl)phosphonate (trade name PC-88A), di(2,4,4-trimethyl (pentyl) phosphinic acid (trade name: CYANEX272). Among these, when separating zinc, manganese and calcium from a cobalt chloride solution from which copper has been removed, it is preferable to use bis(2-ethylhexyl) hydrogen phosphate as an extractant, as it has high separability from cobalt.

希釈剤は抽出剤を溶解可能なものであればとくに限定されない。希釈剤として、たとえば、ナフテン系溶剤、芳香族系溶剤を用いることができる。抽出剤の濃度は、10~60体積%に調整することが好ましく、20~50体積%に調整することがより望ましい。抽出剤の濃度がこの範囲であると、濃度の高い不純物元素も分配比(有機中の元素濃度/溶液中の元素濃度)が低い不純物元素も充分に抽出できる。一方、抽出剤の濃度が10%未満では、濃度の高い不純物元素や分配比が低い不純物元素を十分に抽出できず、塩化コバルト溶液に残留しやすくなる。また、抽出剤の濃度が60%を超えると有機溶媒の粘度が高くなり、有機溶媒(有機相)と塩化コバルト溶液(水相)の抽出操作後の相分離性が悪化する。 The diluent is not particularly limited as long as it can dissolve the extractant. As the diluent, for example, a naphthenic solvent or an aromatic solvent can be used. The concentration of the extractant is preferably adjusted to 10 to 60% by volume, more preferably 20 to 50% by volume. When the concentration of the extractant is within this range, both impurity elements with a high concentration and impurity elements with a low distribution ratio (element concentration in organic/element concentration in solution) can be sufficiently extracted. On the other hand, if the concentration of the extractant is less than 10%, impurity elements with a high concentration or impurity elements with a low distribution ratio cannot be sufficiently extracted and tend to remain in the cobalt chloride solution. Moreover, when the concentration of the extractant exceeds 60%, the viscosity of the organic solvent increases, and the phase separation property of the organic solvent (organic phase) and cobalt chloride solution (aqueous phase) after the extraction operation deteriorates.

アルキルリン酸系抽出剤のような酸性抽出剤は、式4に示すように、その抽出剤の持つ-Hが水相中の陽イオンと置換して金属塩を形成することによって金属イオンを抽出する抽出剤である。一般的に、pHが高くなると金属イオンが有機相に抽出されやすくなり、pHを低くすると式4の反応が逆方向に進み、有機相に抽出された金属イオンが水相に逆抽出されやすくなる。
金属イオンの種類によって、抽出されるpHが異なるため、酸性抽出剤を用いた溶媒抽出工程ではpHを制御することで目的の元素と不純物元素の分離を行う。
nRHorg + Mn+ aq → MRnorg + nH aq・・・(式4)
ここで、式中のRHは酸性抽出剤、Mn+はn価の金属イオン、orgは有機相、aqは水相を示す。
Acidic extractants such as alkyl phosphate extractants extract metal ions by replacing -H in the extractant with cations in the aqueous phase to form metal salts, as shown in formula 4. It is an extractant that In general, as the pH increases, metal ions are more likely to be extracted into the organic phase, and as the pH is lowered, the reaction in equation 4 proceeds in the opposite direction, making it easier for metal ions extracted into the organic phase to be back-extracted into the aqueous phase. .
Since the extracted pH differs depending on the type of metal ion, the target element and impurity elements are separated by controlling the pH in the solvent extraction step using an acidic extractant.
nRH org + M n+ aq → MR norg + nH + aq ... (Formula 4)
Here, RH in the formula represents an acidic extractant, M n+ represents an n-valent metal ion, org represents an organic phase, and aq represents an aqueous phase.

そこで、第1溶媒抽出工程S2では、銅が除去された塩化コバルト溶液のpHを1.5~3.0に調整することが望ましい。このpH領域では、亜鉛、マンガンおよびカルシウムの抽出率は、コバルトの抽出率より高い傾向を示し、コバルトを水相に残し、これらの不純物元素を有機相に抽出することでコバルトと分離することが可能である。
pHが1.5未満では、これらの不純物の抽出率が低く、コバルトとの分離が困難となり、pHが3.0を超えると、コバルトの抽出率も大きくなり、不純物との分離性が低下する。pHが1.5~3.0に調整した場合、コバルトの一部が抽出される場合もあるが、抽出後の有機相を抽出時より低いpHの塩酸溶液と接触させ、コバルトを逆抽出して回収し、コバルトのロスを低減することもできる。
さらに、この有機相とpH1以下の酸性溶液を接触させると、抽出されたほとんどの金属イオンを水相に逆抽出することができ、逆抽出後の有機相を再利用できる。
Therefore, in the first solvent extraction step S2, it is desirable to adjust the pH of the cobalt chloride solution from which copper has been removed to 1.5 to 3.0. In this pH range, the extraction rates of zinc, manganese, and calcium tend to be higher than those of cobalt, and they can be separated from cobalt by leaving cobalt in the aqueous phase and extracting these impurity elements into the organic phase. It is possible.
When the pH is less than 1.5, the extraction rate of these impurities is low, making it difficult to separate them from cobalt, and when the pH exceeds 3.0, the extraction rate of cobalt also increases and the separation from impurities decreases. . When the pH is adjusted to 1.5 to 3.0, some cobalt may be extracted, but the organic phase after extraction is brought into contact with a hydrochloric acid solution with a pH lower than that during extraction to back-extract the cobalt. Cobalt can also be recovered to reduce cobalt loss.
Furthermore, when this organic phase is brought into contact with an acidic solution having a pH of 1 or less, most of the extracted metal ions can be back-extracted into the aqueous phase, and the organic phase after back-extraction can be reused.

なお、コバルトのロスとはいっても回収できずに処分されてしまう場合に限らない。たとえば、抽出剤からコバルトを回収できずに抽出剤中にコバルトが残留することで、抽出剤が次回のコバルト抽出に付される際の抽出能力が減少し、効率的にコバルトを回収できないことがある。このような生産効率の低下に起因して生産コストが増加する場合も、本発明では最適に回収できないものに含めて「ロス」とした。 Note that cobalt loss does not necessarily mean that it cannot be recovered and is disposed of. For example, if cobalt cannot be recovered from the extractant and cobalt remains in the extractant, the extraction capacity of the extractant will decrease the next time it is subjected to cobalt extraction, and cobalt may not be efficiently recovered. be. In the present invention, even when production costs increase due to a decrease in production efficiency, it is included in the amount that cannot be optimally recovered and is treated as a "loss."

(第2溶媒抽出工程S3)
第2溶媒抽出工程S3を図3および図5に基づき説明する。
第2溶媒抽出工程S3は、前記第1溶媒抽出工程S2を経た塩化コバルト溶液のpHを4.0~7.0に調整し、次いで脂溶性の酸化防止剤を0.05重量%以上含んだカルボン酸系抽出剤を含む有機溶媒に接触させ、該有機溶媒にコバルトを抽出させた後、硫酸でコバルトを逆抽出して硫酸コバルト溶液を得る工程である。
(Second solvent extraction step S3)
The second solvent extraction step S3 will be explained based on FIGS. 3 and 5.
In the second solvent extraction step S3, the pH of the cobalt chloride solution that has passed through the first solvent extraction step S2 is adjusted to 4.0 to 7.0, and then the cobalt chloride solution containing 0.05% by weight or more of a fat-soluble antioxidant is added. This is a step in which cobalt is extracted by bringing it into contact with an organic solvent containing a carboxylic acid extractant, and then back-extracting the cobalt with sulfuric acid to obtain a cobalt sulfate solution.

有機溶媒としては、カルボン酸系抽出剤を希釈剤で希釈したものが用いられる。カルボン酸系抽出剤として、バーサチック酸やナフテン酸等が挙げられる。これらは、COOH基を有する分岐型の構造をもつ酸性抽出剤である。さらに、有機溶媒の一部に脂溶性の酸化防止剤を含ませることで、後述するように、コバルトの酸化を抑制することができる。 As the organic solvent, a carboxylic acid extractant diluted with a diluent is used. Examples of carboxylic acid extractants include versatic acid and naphthenic acid. These are acidic extractants with a branched structure having COOH groups. Furthermore, by including a fat-soluble antioxidant in a part of the organic solvent, oxidation of cobalt can be suppressed as described later.

酸化防止剤とは、自らが酸化することで他のものの酸化を防ぐ添加物であり、水溶性のものと脂溶性のものに大別できる。
本発明では脂溶性の酸化防止剤が用いられる。これにはフェノール系の酸化防止剤のほか、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤と硫黄系酸化防止剤の組合せ、フェノール系酸化とリン系酸化防止剤の組合せのいずれかを用いることができ、任意に選択すればよい。
フェノール系酸化防止剤には、東京化成工業株式会社製の商品名「ブチルヒドロキシトルエン」、株式会社ADEKA製の商品名「アデカスタブ AO-20」、「アデカスタブ AO-30」、川口化学工業株式会社製の商品名「ANTAGE BHT」、「ANTAGE DAH」などがある。
アミン系酸化防止剤には、富士フイルム和光純薬株式会社製の商品名「N-イソプロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン」などがある。
硫黄系酸化防止剤には、東京化成工業株式会社製の商品名「3,3’-チオジプロピオン酸ジドデシル」などがある。
リン系酸化防止剤には、東京化成工業株式会社製の商品名「亜リン酸トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)」などがある。
Antioxidants are additives that prevent the oxidation of other substances by oxidizing themselves, and can be broadly classified into water-soluble and fat-soluble.
In the present invention, a fat-soluble antioxidant is used. In addition to phenolic antioxidants, these include amine antioxidants, sulfur-based antioxidants, phosphorus-based antioxidants, combinations of phenolic antioxidants and sulfur-based antioxidants, and combinations of phenolic and phosphorus-based antioxidants. Any combination of antioxidants may be used and may be selected arbitrarily.
Phenolic antioxidants include the product name "Butylated Hydroxytoluene" manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., the product name "ADEKA STAB AO-20" and "ADEKA STAB AO-30" manufactured by ADEKA Co., Ltd., and the product name manufactured by Kawaguchi Chemical Industry Co., Ltd. Product names include ``ANTAGE BHT'' and ``ANTAGE DAH.''
Examples of amine-based antioxidants include the product name "N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine" manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
Examples of sulfur-based antioxidants include the trade name "3,3'-didodecyl thiodipropionate" manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
Examples of phosphorus-based antioxidants include the trade name "tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite" manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.

脂溶性の酸化防止剤の有機溶媒中における含有量は0.05重量%以上である。酸化防止剤を有機溶媒に添加して所望の含有量とする場合、その添加割合とは有機溶媒に対する酸化防止剤の割合を意味する。具体的には、30体積%の抽出剤と70体積%の希釈剤と混合した有機溶媒に対し、0.05重量%以上の酸化防止剤を添加することを意味する。脂溶性の酸化防止剤は、0.05重量%以上添加すれば、後述するようにコバルトの酸化を抑制できる。 The content of the fat-soluble antioxidant in the organic solvent is 0.05% by weight or more. When adding an antioxidant to an organic solvent to obtain a desired content, the addition ratio means the ratio of the antioxidant to the organic solvent. Specifically, it means adding 0.05% by weight or more of an antioxidant to an organic solvent mixed with 30% by volume of an extractant and 70% by volume of a diluent. If the fat-soluble antioxidant is added in an amount of 0.05% by weight or more, oxidation of cobalt can be suppressed as described later.

一般に、カルボン酸系抽出剤は、金属イオンを抽出させる際、金属の価数に応じたプロトンを水相に放出し、金属イオンはカルボニル酸素に配位する。多くのカルボン酸は、無極性溶媒中でお互いに水素結合によって2量体、3量体を形成している。また、金属イオンを抽出する際、金属イオンに配位している水和水を除去するように酸解離していないカルボン酸が配位することがある。たとえば、6配位の2価の金属イオンM2+が2量体のカルボン酸系抽出剤Rにより抽出される反応は、式5のように表される。
[M(HO)2+ aq+3(Rorg
→ (MR・4RH)org+2H aq+6Haq・・・(式5)
ここで、式中のorgは有機相、aqは水相を示す。
Generally, when a carboxylic acid extractant extracts metal ions, it releases protons into the aqueous phase according to the valence of the metal, and the metal ions are coordinated to carbonyl oxygen. Many carboxylic acids form dimers and trimers through hydrogen bonding with each other in nonpolar solvents. Further, when extracting metal ions, a carboxylic acid that has not been acid-dissociated may coordinate to remove water of hydration that is coordinated to the metal ions. For example, a reaction in which a hexacoordinated divalent metal ion M 2+ is extracted by a dimeric carboxylic acid extractant R 2 H 2 is expressed as shown in Formula 5.
[M(H 2 O) 6 ] 2+ aq +3(R 2 H 2 ) org
→ (MR 2・4RH) org +2H + aq +6H 2 O aq ... (Formula 5)
Here, org in the formula represents an organic phase, and aq represents an aqueous phase.

(抽出工程)
第2溶媒抽出工程S3では、銅、亜鉛、マンガン、カルシウムが除去された塩化コバルト溶液に中和剤としてアルカリ溶液を添加して、pHを4.0~7.0に調整する。
(Extraction process)
In the second solvent extraction step S3, an alkaline solution is added as a neutralizing agent to the cobalt chloride solution from which copper, zinc, manganese, and calcium have been removed to adjust the pH to 4.0 to 7.0.

本発明では、pHが上記範囲に調整されているので、脂溶性の酸化防止剤を含む有機溶媒に接触させて、コバルトを有機相に抽出することができる。このときマグネシウムは抽出されず水相に残留する。pHが4未満では、コバルトの抽出が困難であり、一方pHが7を超えると、コバルトの溶解度が低下し、沈殿が発生することがある。
なお、pH調整に用いるアルカリ溶液として、具体的には水酸化ナトリウムや水酸化カリウムの溶液を用いることができる。
また、抽出中の酸化を防ぐために、窒素ガスやアルゴンガスや炭酸ガスなどの不活性ガスを用いてバブリングを行っても良い。
In the present invention, since the pH is adjusted to the above range, cobalt can be extracted into the organic phase by contacting with an organic solvent containing a fat-soluble antioxidant. At this time, magnesium is not extracted and remains in the aqueous phase. If the pH is less than 4, it is difficult to extract cobalt, while if the pH exceeds 7, the solubility of cobalt may decrease and precipitation may occur.
Note that as the alkaline solution used for pH adjustment, specifically, a solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide can be used.
Furthermore, in order to prevent oxidation during extraction, bubbling may be performed using an inert gas such as nitrogen gas, argon gas, or carbon dioxide gas.

上記抽出工程において、酸化防止剤を使用しない場合、コバルトが酸化して3価のコバルトイオンとなりやすいが、酸化防止剤を使用すると、コバルトの酸化が抑制され、水酸化物のクラッド発生を抑止し操業を安定させることができる。このため、後述するように逆抽出工程でのコバルトの回収効率を高く維持できる。 In the above extraction process, if an antioxidant is not used, cobalt is likely to oxidize and become trivalent cobalt ions, but if an antioxidant is used, the oxidation of cobalt is suppressed and the generation of hydroxide crud is suppressed. Operations can be stabilized. Therefore, as will be described later, the cobalt recovery efficiency in the back extraction process can be maintained at a high level.

酸化防止剤としては、脂溶性の酸化防止剤のほかに例えば直鎖カルボン酸が知られている。この直鎖カルボン酸は、直鎖の炭素数が少ない場合、酸化防止効果はあるものの水相への溶解が発生する課題があった。水相に酸化防止剤などの有機成分が溶解した場合、溶媒抽出によって有価金属を回収した後の抽残液を排水処理工程に付して処理する際に、排水中の全有機体炭素(TOC)が充分に低下しきれず、水質面で排水による海域等への環境負荷を増加させる懸念があった。
これに対し本発明で用いる脂溶性の酸化防止剤は、水相への溶解が実質的にないので、有機溶媒からコバルトを逆抽出して得た逆抽出液からさらに硫酸コバルトを回収後に得られた残液(以下まとめて逆抽出液と称す)における全有機体炭素成分(TOC)値の増加を防止できる。このため、排水の水質低下を防止できるという環境面での利点も大きい。また、市場価格が安く入手が容易なため硫酸コバルトの製造価格を低廉化させることもできる。
In addition to fat-soluble antioxidants, for example, linear carboxylic acids are known as antioxidants. Although this linear carboxylic acid has an antioxidant effect when the number of carbon atoms in the linear chain is small, there is a problem in that it dissolves in the aqueous phase. When organic components such as antioxidants are dissolved in the aqueous phase, the total organic carbon (TOC) in the wastewater is ) could not be lowered sufficiently, and there were concerns that the environmental burden on the sea area due to wastewater would increase in terms of water quality.
On the other hand, the fat-soluble antioxidant used in the present invention is not substantially dissolved in the aqueous phase, so it can be obtained after further recovering cobalt sulfate from the back extract obtained by back extracting cobalt from an organic solvent. It is possible to prevent an increase in the total organic carbon component (TOC) value in the residual liquid (hereinafter collectively referred to as back extraction liquid). Therefore, there is also a great environmental advantage in that it can prevent deterioration in the quality of wastewater. Furthermore, since the market price is low and it is easily available, the manufacturing cost of cobalt sulfate can be reduced.

(逆抽出工程)
前記抽出工程の後、有機相に抽出したコバルトと硫酸溶液を接触させて、pHを2.0~4.5に調整する。これにより、コバルトを硫酸溶液に逆抽出することができる。こうして高純度の硫酸コバルト溶液が得られる。
pHが2未満でも逆抽出可能であるが、コバルトより低いpHで抽出された微量の不純物の逆抽出量が増加するため好ましくない。一方、pHが4.5を超えるとコバルトを逆抽出率が低下し、コバルトの回収量が減少するので好ましくない。
(Reverse extraction process)
After the extraction process, the extracted cobalt is brought into contact with a sulfuric acid solution to adjust the pH to 2.0 to 4.5. This allows cobalt to be back-extracted into the sulfuric acid solution. In this way, a highly purified cobalt sulfate solution is obtained.
Although back extraction is possible even when the pH is less than 2, it is not preferable because the amount of back extraction of trace impurities extracted at a pH lower than that of cobalt increases. On the other hand, if the pH exceeds 4.5, the cobalt back extraction rate will decrease and the amount of cobalt recovered will decrease, which is not preferable.

また、仮に前記抽出工程でコバルトが酸化により3価のコバルトイオンになっていると、有機相中で安定するので一度還元しないと回収することができず、回収に余分な操作が必要となる。
これに対し、本発明では、既述のごとくコバルトの酸化は抑制されるので、3価のコバルトイオンの有機相中での蓄積は生じず、抽出工程でのコバルトが確実に抽出される。よって、コバルトの回収効率を高く維持できる。
Furthermore, if cobalt is oxidized into trivalent cobalt ions in the extraction process, it will be stable in the organic phase and cannot be recovered unless it is reduced once, requiring extra operations for recovery.
In contrast, in the present invention, as described above, the oxidation of cobalt is suppressed, so trivalent cobalt ions do not accumulate in the organic phase, and cobalt is reliably extracted in the extraction step. Therefore, cobalt recovery efficiency can be maintained at a high level.

なお、抽出後の有機相には、分相後も微細な水相が混入しているため、逆抽出の前にこの水相を除去するための洗浄工程を追加してもよい。洗浄工程の水相には、たとえば硫酸コバルト溶液を用いることができる。また、逆抽出後の有機相は、抽出工程の有機相として再利用できる。
上記の方法で、不純物の少ない高純度の硫酸コバルト溶液を製造することができる。
Note that since the organic phase after extraction still contains a fine aqueous phase even after phase separation, a washing step for removing this aqueous phase may be added before back extraction. For example, a cobalt sulfate solution can be used as the aqueous phase in the washing step. Moreover, the organic phase after back extraction can be reused as an organic phase for the extraction step.
By the above method, a highly purified cobalt sulfate solution containing few impurities can be produced.

(晶析工程S4)
晶析工程S4を図2に基づき説明する。
晶析工程S4では、第2溶媒抽出工程S3で得られた硫酸コバルト溶液から硫酸コバルトの結晶を析出させる。晶析方法は特に限定されるものではなく、一般的な結晶化方法を用いて行うことができる。
(Crystallization step S4)
The crystallization step S4 will be explained based on FIG. 2.
In the crystallization step S4, cobalt sulfate crystals are precipitated from the cobalt sulfate solution obtained in the second solvent extraction step S3. The crystallization method is not particularly limited, and a general crystallization method can be used.

たとえば、硫酸コバルト溶液を晶析缶に収容し、その晶析缶内で晶析することにより結晶を得る方法が挙げられる。晶析缶は、所定圧力下で硫酸コバルト溶液中の水分を蒸発させることにより結晶を析出させるものであり、たとえばロータリーエバポレーターやダブルプロペラ型の晶析缶が用いられる。真空ポンプ等により内部の圧力を減圧し、ロータリーエバポレーターではフラスコを回転しながら、ダブルプロペラで撹拌しながら晶析が進行する。なお、晶析缶内では、硫酸コバルト溶液に硫酸コバルトの結晶が混合したスラリーとなっている。 For example, there is a method of obtaining crystals by storing a cobalt sulfate solution in a crystallizer and crystallizing it within the crystallizer. The crystallizer is used to precipitate crystals by evaporating water in the cobalt sulfate solution under a predetermined pressure, and for example, a rotary evaporator or a double propeller type crystallizer is used. The internal pressure is reduced using a vacuum pump, etc., and crystallization proceeds while rotating the flask in a rotary evaporator and stirring with a double propeller. Note that in the crystallizer, a slurry is formed in which cobalt sulfate crystals are mixed with a cobalt sulfate solution.

晶析缶から排出されたスラリーは、濾過器や遠心分離機等により硫酸コバルトの結晶と母液とに固液分離される。その後、硫酸コバルトの結晶を乾燥機で乾燥し、水分を除去する。
上記の方法で、硫酸コバルト溶液から硫酸コバルト結晶を製造することができる。もちろん、硫酸コバルト溶液は不純物の小なり高純度なものなので、得られる硫酸コバルト結晶も不純物の少ない高純度なものとなっている。
The slurry discharged from the crystallizer is separated into solid and liquid into cobalt sulfate crystals and a mother liquor using a filter, a centrifuge, or the like. Thereafter, the cobalt sulfate crystals are dried in a dryer to remove moisture.
Cobalt sulfate crystals can be produced from a cobalt sulfate solution using the above method. Of course, since the cobalt sulfate solution is highly pure with little impurities, the obtained cobalt sulfate crystals are also highly pure with little impurities.

(第2実施形態)
硫酸コバルトの製造方法の第2実施形態について、図6~図9に基づき説明する。
図6は第2実施形態における全工程を示す図であり、図7は図6に示す各工程S2、S1、S3の詳細をまとめて示したものである。
第2実施形態は、図6に示すように、前段工程において、先に第1溶媒抽出工程S2、ついで脱銅工程S1の順で実行するものである。
(Second embodiment)
A second embodiment of the method for producing cobalt sulfate will be described based on FIGS. 6 to 9.
FIG. 6 is a diagram showing all steps in the second embodiment, and FIG. 7 shows details of each step S2, S1, and S3 shown in FIG. 6.
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the first solvent extraction step S2 is first performed in the first step, and then the copper removal step S1 is performed in this order.

(第1溶媒抽出工程S2)
第1溶媒抽出工程S2を図7および図8に基づき説明する。
第1溶媒抽出工程S2は、出発原料である銅、亜鉛、マンガン、カルシウムおよびマグネシウムの1種類以上の不純物を含む塩化コバルト溶液にアルキルリン酸系抽出剤を含む有機溶媒を接触させ、この有機溶媒に亜鉛、マンガンおよびカルシウムを抽出して分離除去する工程である。なお、銅の一部も抽出され分離除去できる。
(First solvent extraction step S2)
The first solvent extraction step S2 will be explained based on FIGS. 7 and 8.
In the first solvent extraction step S2, an organic solvent containing an alkyl phosphate extractant is brought into contact with a cobalt chloride solution containing one or more impurities of copper, zinc, manganese, calcium, and magnesium as a starting material. This is a process in which zinc, manganese and calcium are extracted and separated. Note that a portion of the copper can also be extracted and separated and removed.

有機溶媒としてのアルキルリン酸系抽出剤は第1実施形態で使用のものと同一でよく、希釈剤も第1実施形態と同じものでよい。また、pHの調整範囲を含め、本工程S2の実行は第1実施形態と同じ要領で行われる。 The alkyl phosphate extractant as the organic solvent may be the same as that used in the first embodiment, and the diluent may also be the same as in the first embodiment. In addition, this step S2 is performed in the same manner as in the first embodiment, including the pH adjustment range.

この第1溶媒抽出工程S2において、塩化コバルト溶液のpHを1.5~3.0に調整すると、亜鉛、マンガンおよびカルシウムの抽出率は、コバルトの抽出率より高い傾向を示し、コバルトを水相に残し、これらの不純物元素を有機相に抽出することでコバルトと分離することが可能である。pHが1.5~3.0に調整した場合、コバルトの一部が抽出される場合もあるが、抽出後の有機相を抽出時より低いpHの塩酸溶液と接触させ、コバルトを逆抽出して回収し、コバルトのロスを低減することもできる。 In this first solvent extraction step S2, when the pH of the cobalt chloride solution is adjusted to 1.5 to 3.0, the extraction rate of zinc, manganese and calcium tends to be higher than that of cobalt, and cobalt is extracted from the aqueous phase. It is possible to separate these impurity elements from cobalt by extracting them into the organic phase. When the pH is adjusted to 1.5 to 3.0, some cobalt may be extracted, but the organic phase after extraction is brought into contact with a hydrochloric acid solution with a pH lower than that during extraction to back-extract the cobalt. Cobalt can also be recovered to reduce cobalt loss.

(脱銅工程S1)
脱銅工程S1を図7に基づき説明する。
脱銅工程S1は、第1溶媒抽出工程S2を経た塩化コバルト溶液に硫化剤を添加することにより行う。また、酸化剤および中和剤を添加して、塩化コバルト溶液の酸化還元電位を-100~200mV(Ag/AgCl電極基準)に、かつpHを1.3~3.0に調整する。
本工程S1により、塩化コバルト溶液から銅の硫化物の沈殿を生成させて分離し、銅が除去された塩化コバルト溶液を得ることができる。
(Copper removal process S1)
The copper removal step S1 will be explained based on FIG. 7.
The copper removal step S1 is performed by adding a sulfiding agent to the cobalt chloride solution that has undergone the first solvent extraction step S2. Further, an oxidizing agent and a neutralizing agent are added to adjust the redox potential of the cobalt chloride solution to -100 to 200 mV (based on Ag/AgCl electrode) and the pH to 1.3 to 3.0.
Through this step S1, a copper sulfide precipitate is generated and separated from the cobalt chloride solution, and a cobalt chloride solution from which copper is removed can be obtained.

酸化還元電位の調整方法やpHの調整方法は第1実施形態と同様でよく、硫化剤も第1実施形態で使用のものを用いればよい。
本工程を実施することで、第1実施形態で示した式(1)、式(2)あるいは式(3)に従って硫化銅の沈殿物を得て、銅を溶液中から除去することができる。
The method of adjusting the oxidation-reduction potential and the method of adjusting the pH may be the same as in the first embodiment, and the sulfurizing agent used in the first embodiment may also be used.
By performing this step, a copper sulfide precipitate can be obtained according to formula (1), formula (2), or formula (3) shown in the first embodiment, and copper can be removed from the solution.

(第2溶媒抽出工程S3)
第2溶媒抽出工程S3を図7および図9に基づき説明する。
第2溶媒抽出工程S3は、前記第1溶媒抽出工程S2および前記脱銅工程S1を経た塩化コバルト溶液のpHを4.0~7.0に調整し、次いで脂溶性の酸化防止剤を0.05重量%以上含んだカルボン酸系抽出剤を含む有機溶媒を接触させ、この有機溶媒にコバルトを抽出させた後、硫酸でコバルトを逆抽出して硫酸コバルト溶液を得る工程である。
(Second solvent extraction step S3)
The second solvent extraction step S3 will be explained based on FIGS. 7 and 9.
In the second solvent extraction step S3, the pH of the cobalt chloride solution that has passed through the first solvent extraction step S2 and the copper removal step S1 is adjusted to 4.0 to 7.0, and then a fat-soluble antioxidant is added to 0.0 to 7.0. In this process, an organic solvent containing a carboxylic acid extractant containing 0.5% by weight or more is brought into contact, cobalt is extracted with this organic solvent, and then cobalt is back-extracted with sulfuric acid to obtain a cobalt sulfate solution.

有機溶媒には、第1実施形態と同じく脂溶性の酸化防止剤を0.05重量%以上含んだカルボン酸抽出剤を含む有機溶媒が用いられる。また、有機溶媒の一部に脂溶性の酸化防止剤を添加することでコバルトの酸化を抑制することができるとともに、脂溶性の酸化防止剤は水相への溶解が実質的にないので、逆抽出液における全有機体炭素成分(TOC)値の増加を防止できる。このため、水質の低下を防止でき、硫酸コバルトの製造価格を低廉化できるという利点も第1実施形態と同様である。
そして、第1実施形態と同様に、水酸化物のクラッド発生を抑止し操業を安定させることができる。
脂溶性の酸化防止剤としては、第1実施形態と同様にフェノール系の他にもアミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤と硫黄系酸化防止剤の組合せ、フェノール系酸化とリン系酸化防止剤の組合せのうち、いずれかを用いることができる。
As in the first embodiment, an organic solvent containing a carboxylic acid extractant containing 0.05% by weight or more of a fat-soluble antioxidant is used as the organic solvent. In addition, by adding a fat-soluble antioxidant to a part of the organic solvent, it is possible to suppress the oxidation of cobalt. It is possible to prevent an increase in the total organic carbon content (TOC) value in the extract. Therefore, the advantages of being able to prevent deterioration of water quality and reducing the manufacturing cost of cobalt sulfate are the same as in the first embodiment.
As in the first embodiment, generation of hydroxide crud can be suppressed and operations can be stabilized.
As in the first embodiment, fat-soluble antioxidants include, in addition to phenolic antioxidants, amine antioxidants, sulfur-based antioxidants, phosphorus-based antioxidants, phenolic antioxidants, and sulfur-based antioxidants. Any combination of phenolic oxidants and phosphorus antioxidants can be used.

第2溶媒抽出工程S3における抽出工程でのアルカリ溶液の添加やpHの調整範囲などの実施要領は第1実施形態と同様でよい。
また、逆抽出工程での硫酸溶液との接触とpHの調整範囲などの実施要領も第1実施形態と同様でよい。
以上の各工程を実行することで、マグネシウムを水相中に残留させて、不純物を少なくした高純度の硫酸コバルト溶液を得ることができる。そして、第2溶媒抽出工程S3では、操業中にpHが上昇して水酸化物の生成をさせたり、それに伴うクラッド発生などの操業に好ましくない事態を避けることができため、操業が安定するという利点を奏することができる。しかも、コバルトの回収効率を高く維持できることも、第1実施形態と同様である。
Implementation procedures such as the addition of an alkaline solution and the pH adjustment range in the extraction step in the second solvent extraction step S3 may be the same as in the first embodiment.
In addition, the implementation procedures such as contact with the sulfuric acid solution and pH adjustment range in the back extraction step may be the same as in the first embodiment.
By performing each of the above steps, it is possible to obtain a highly pure cobalt sulfate solution with reduced impurities by allowing magnesium to remain in the aqueous phase. In the second solvent extraction step S3, it is possible to avoid unfavorable situations such as the pH rising during operation and the production of hydroxide, and the generation of crud due to this, thereby stabilizing the operation. can take advantage of this. Moreover, as in the first embodiment, cobalt recovery efficiency can be maintained at a high level.

(晶析工程S4)
晶析工程S4を図6に基づき説明する。
晶析工程S4では、第2溶媒抽出工程S3で得られた硫酸コバルト溶液から硫酸コバルトの結晶を析出させる。晶析方法は特に限定されるものではなく、一般的な結晶化方法を用いて行うことができる。したがって、第1実施形態と同様に晶析缶を用いる晶析法を利用できる。
(Crystallization step S4)
The crystallization step S4 will be explained based on FIG. 6.
In the crystallization step S4, cobalt sulfate crystals are precipitated from the cobalt sulfate solution obtained in the second solvent extraction step S3. The crystallization method is not particularly limited, and a general crystallization method can be used. Therefore, similar to the first embodiment, a crystallization method using a crystallizer can be used.

上記の方法で、硫酸コバルト溶液から硫酸コバルト結晶を製造することができる。もちろん、硫酸コバルト溶液は不純物の小なり高純度なものなので、得られる硫酸コバルト結晶も不純物の少ない高純度なものとなっている。 Cobalt sulfate crystals can be produced from a cobalt sulfate solution using the above method. Of course, since the cobalt sulfate solution is highly pure with little impurities, the obtained cobalt sulfate crystals are also highly pure with little impurities.

以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例1は第1実施形態の製法に含まれるものである。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing examples, but the present invention is not limited to the following examples. Note that Example 1 below is included in the manufacturing method of the first embodiment.

[実施例1]
(脱銅工程S1)
pH2.5に調整した表1の元液Aに示す組成からなる塩化コバルト溶液2Lに硫化剤として水硫化ナトリウム溶液を添加して、酸化還元電位を-50mV(Ag/AgCl電極基準)に調整して、銅の硫化物の沈殿を生成させた。濾過器で沈殿物を分離除去し、表1の硫化後Bに示す組成の濾液を得た。銅の濃度は0.001g/L未満であり、銅を分離除去することができた。
[Example 1]
(Copper removal process S1)
A sodium hydrogen sulfide solution was added as a sulfiding agent to 2 L of a cobalt chloride solution having the composition shown in base solution A in Table 1, which was adjusted to pH 2.5, and the redox potential was adjusted to -50 mV (Ag/AgCl electrode reference). This produced a copper sulfide precipitate. The precipitate was separated and removed using a filter to obtain a filtrate having the composition shown in B after sulfurization in Table 1. The concentration of copper was less than 0.001 g/L, and copper could be separated and removed.

(第1溶媒抽出工程S2)
アルキルリン酸系抽出剤(商品名D2EHPA、大八化学工業株式会社製)の濃度が40体積%となるように希釈剤(商品名テクリーンN20、JX日鉱日石エネルギー株式会社製)で希釈した有機相を準備した。脱銅工程S1で得られた塩化コバルト溶液からなる水相0.9Lと有機相1.8Lを混合し、pHが1.7になるように水酸化ナトリウム溶液を添加して調整し、不純物を抽出した。抽出後の水相0.9Lと新たな有機相1.8Lで同様の抽出操作を繰り返し、合計3回の抽出操作を行なった。その結果、表1の第1SX後Cに示す組成の塩化コバルト溶液を得た。亜鉛、マンガンおよびカルシウムの濃度は、いずれも0.001g/L未満であり、これらの不純物を分離除去することができた。
なお、SXは「溶媒抽出」を意味する。
(First solvent extraction step S2)
An alkyl phosphate extractant (trade name D2EHPA, manufactured by Daihachi Chemical Industries, Ltd.) was diluted with a diluent (trade name Techclean N20, manufactured by JX Nippon Oil & Energy Corporation) so that the concentration was 40% by volume. I prepared the phase. 0.9 L of the aqueous phase consisting of the cobalt chloride solution obtained in the copper removal step S1 and 1.8 L of the organic phase are mixed, and the pH is adjusted to 1.7 by adding sodium hydroxide solution to remove impurities. Extracted. The same extraction operation was repeated using 0.9 L of the aqueous phase after extraction and 1.8 L of a new organic phase, for a total of three extraction operations. As a result, a cobalt chloride solution having the composition shown in C after the first SX in Table 1 was obtained. The concentrations of zinc, manganese, and calcium were all less than 0.001 g/L, and these impurities could be separated and removed.
Note that SX means "solvent extraction".

(第2溶媒抽出工程S3)
カルボン酸系抽出剤(商品名Versatic Acid 10、オクサリスケミカルズ社製)の濃度が30体積%となるように希釈剤(テクリーンN20)で希釈した有機相を準備した。また、有機相に脂溶性の酸化防止剤としてフェノール系酸化防止剤であるブチルヒドロキシトルエン(東京化成工業株式会社製、略称BHT)を用い、表1に示すように、比較例としての添加なしも含めて、実施例として0.01重量%添加、0.05重量%添加、2重量%添加、4重量%添加、の5条件で変化させた。
(Second solvent extraction step S3)
An organic phase was prepared by diluting a carboxylic acid extractant (trade name: Versatic Acid 10, manufactured by Oxalis Chemicals) with a diluent (TECLEAN N20) so that the concentration was 30% by volume. In addition, butylated hydroxytoluene (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., abbreviated as BHT), which is a phenolic antioxidant, was used as a fat-soluble antioxidant in the organic phase, and as shown in Table 1, as a comparative example, a sample without addition was used. Including, as an example, it was changed under five conditions: 0.01% by weight addition, 0.05% by weight addition, 2% by weight addition, and 4% by weight addition.

次に各試料に、第1溶媒抽出工程S2で得られた塩化コバルト溶液からなる水相0.44Lと有機相1Lを混合し、pHが6.5になるように水酸化ナトリウム溶液を添加して調整し、コバルトを有機相に抽出した。
同時に有機相と塩化コバルト溶液の混合直後と164時間経過後にそれぞれ有機相を分取し、逆抽出に付して、有機相から逆抽出できないコバルトは酸化されたと判断し、その割合を確認した。
Next, 0.44 L of the aqueous phase consisting of the cobalt chloride solution obtained in the first solvent extraction step S2 and 1 L of the organic phase were mixed into each sample, and a sodium hydroxide solution was added so that the pH became 6.5. Cobalt was extracted into the organic phase.
At the same time, the organic phase was separated immediately after mixing the organic phase and the cobalt chloride solution and after 164 hours, and subjected to back extraction. Cobalt that could not be back extracted from the organic phase was determined to have been oxidized, and its ratio was confirmed.

次いで、抽出した有機相0.06Lとコバルト濃度10g/Lの塩化コバルト溶液0.06Lを混合し、抽出後の有機相に混入していた水相を洗浄した。続いて、この有機相と純水0.009Lの純水を混合し、硫酸を添加してpH4に調整し、コバルトを逆抽出した。その結果を表2に示す。表2の第2SX後Dに示す銅、亜鉛、マンガン、カルシウムおよびマグネシウム濃度はいずれも0.001g/L未満であり、不純物を効果的に分離除去することができた。 Next, 0.06 L of the extracted organic phase was mixed with 0.06 L of a cobalt chloride solution having a cobalt concentration of 10 g/L, and the aqueous phase mixed in the extracted organic phase was washed. Subsequently, this organic phase and 0.009 L of pure water were mixed, sulfuric acid was added to adjust the pH to 4, and cobalt was back extracted. The results are shown in Table 2. The copper, zinc, manganese, calcium, and magnesium concentrations shown in D after the second SX in Table 2 were all less than 0.001 g/L, and impurities could be effectively separated and removed.

表1に示すように、脂溶性の酸化防止剤であるフェノール系酸化防止剤の添加量を増やすのに伴い、特に0.05重量%以上のフェノール系酸化防止剤を添加した場合、164時間経過後もコバルトの酸化を抑制することができ、逆抽出工程でのコバルトロスを抑制できることが分かった。 As shown in Table 1, as the amount of phenolic antioxidant, which is a fat-soluble antioxidant, was increased, especially when 0.05% by weight or more of phenolic antioxidant was added, 164 hours elapsed. It was found that cobalt oxidation can be suppressed even after the extraction process, and cobalt loss during the back extraction process can be suppressed.

Figure 2023161557000002
Figure 2023161557000002

Figure 2023161557000003
Figure 2023161557000003

(晶析工程S4)
ロータリーエバポレーターに硫酸コバルト溶液を挿入し、内部を真空ポンプで減圧にするとともに、温度40℃に維持してフラスコ部を回転しながら水分を蒸発させ、硫酸コバルトの結晶を析出させた。固液分離後、得た硫酸コバルトの結晶を乾燥機で乾燥した。その結果、表3に示すような高純度の硫酸コバルト結晶を得た。
(Crystallization step S4)
A cobalt sulfate solution was inserted into a rotary evaporator, and the pressure inside the rotary evaporator was reduced using a vacuum pump, and the temperature was maintained at 40° C. while the flask was rotated to evaporate water and precipitate cobalt sulfate crystals. After solid-liquid separation, the obtained cobalt sulfate crystals were dried in a drier. As a result, highly purified cobalt sulfate crystals as shown in Table 3 were obtained.

Figure 2023161557000004
Figure 2023161557000004

[実施例2]
第2溶媒抽出工程S3において、有機相に添加する脂溶性の酸化防止剤をアミン系酸化防止剤であるN-イソプロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン(富士フイルム和光純薬株式会社製、略称IPPD)に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で硫酸コバルト溶液を得た。なお、上記アミン系酸化防止剤には富士フイルム和光純薬株式会社製の試薬を用いた。
[Example 2]
In the second solvent extraction step S3, the fat-soluble antioxidant added to the organic phase is an amine antioxidant, N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., A cobalt sulfate solution was obtained in the same manner as in Example 1, except that the abbreviation was changed to IPPD). Note that a reagent manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used as the amine antioxidant.

表4に示すように、アミン系酸化防止剤であるN-イソプロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミンの添加量を増やすのに伴い、特に0.05wt%以上のN-イソプロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミンを添加した場合、168時間経過後もコバルトの酸化を抑制することができ、逆抽出工程でのコバルトロスを抑制できることが分かった。 As shown in Table 4, as the amount of N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine added, which is an amine antioxidant, increases, especially 0.05 wt% or more of N-isopropyl-N'- It was found that when phenyl-p-phenylenediamine was added, cobalt oxidation could be suppressed even after 168 hours, and cobalt loss in the back extraction process could be suppressed.

Figure 2023161557000005
Figure 2023161557000005

[実施例3]
第2溶媒抽出工程S3において、有機相に添加する脂溶性の酸化防止剤を硫黄系酸化防止剤である3,3’-チオジプロピオン酸ジドデシル(東京化成工業株式会社製、略称DLTDP)に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で硫酸コバルト溶液を得た。
表5に示すように、硫黄系酸化防止剤である3,3’-チオジプロピオン酸ジドデシルの添加量を増やすのに伴い、168時間経過後のコバルトの酸化を抑制することができ、逆抽出工程でのコバルトロスを抑制できることが分かった。
[Example 3]
In the second solvent extraction step S3, the fat-soluble antioxidant added to the organic phase is changed to didodecyl 3,3'-thiodipropionate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., abbreviated as DLTDP), which is a sulfur-based antioxidant. A cobalt sulfate solution was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above.
As shown in Table 5, as the amount of didodecyl 3,3'-thiodipropionate added, which is a sulfur-based antioxidant, was increased, the oxidation of cobalt after 168 hours could be suppressed, and the back extraction It was found that cobalt loss in the process can be suppressed.

Figure 2023161557000006
Figure 2023161557000006

[実施例4]
第2溶媒抽出工程S3において、有機相に添加する脂溶性の酸化防止剤をリン系酸化防止剤亜リン酸トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)(東京化成工業株式会社製)に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で硫酸コバルト溶液を得た。
表6に示すように有機溶媒に対して亜リン酸トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)を添加した場合、168時間経過後のコバルトの酸化を抑制することができ、逆抽出工程でのコバルトロスを抑制することができた。
[Example 4]
In the second solvent extraction step S3, the fat-soluble antioxidant added to the organic phase is replaced with the phosphorus-based antioxidant tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.). A cobalt sulfate solution was obtained in the same manner as in Example 1 except for the following changes.
As shown in Table 6, when tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite is added to the organic solvent, the oxidation of cobalt after 168 hours can be suppressed, and the back extraction process We were able to suppress Cobalt Loss.

Figure 2023161557000007
Figure 2023161557000007

[実施例5]
第2溶媒抽出工程S3において、有機相に添加する脂溶性の酸化防止剤を一次酸化防止剤であるフェノール系酸化防止剤ジブチルヒドロキシトルエンと二次酸化防止剤である硫黄系酸化防止剤3,3’-チオジプロピオン酸ジドデシルの組み合わせに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で硫酸コバルト溶液を得た。
表7に示すように有機溶媒に対して組み合わせた酸化防止剤を添加した場合、168時間経過後のコバルトの酸化を抑制することができ、逆抽出工程でのコバルトロスを抑制することができた。
[Example 5]
In the second solvent extraction step S3, the fat-soluble antioxidant added to the organic phase is mixed with the phenolic antioxidant dibutylhydroxytoluene, which is a primary antioxidant, and the sulfur-based antioxidant 3,3, which is a secondary antioxidant. A cobalt sulfate solution was obtained in the same manner as in Example 1 except that the combination was changed to didodecyl '-thiodipropionate.
As shown in Table 7, when a combination of antioxidants was added to the organic solvent, oxidation of cobalt after 168 hours could be suppressed, and cobalt loss during the back extraction process could be suppressed. .

Figure 2023161557000008
Figure 2023161557000008

[実施例6]
第2溶媒抽出工程S3において、有機相に添加する脂溶性の酸化防止剤を一次酸化防止剤であるフェノール系酸化防止剤ジブチルヒドロキシトルエンと二次酸化防止剤であるリン系酸化防止剤亜リン酸トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)の組み合わせに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で硫酸コバルト溶液を得た。
表8に示すように有機溶媒に対して組み合わせた酸化防止剤を添加した場合、168時間経過後のコバルトの酸化を抑制することができ、逆抽出工程でのコバルトロスを抑制することができた。
[Example 6]
In the second solvent extraction step S3, the fat-soluble antioxidant added to the organic phase is mixed with the phenolic antioxidant dibutylhydroxytoluene, which is a primary antioxidant, and the phosphorous antioxidant, phosphorous acid, which is a secondary antioxidant. A cobalt sulfate solution was obtained in the same manner as in Example 1, except that the combination was changed to tris(2,4-di-tert-butylphenyl).
As shown in Table 8, when a combination of antioxidants was added to the organic solvent, oxidation of cobalt after 168 hours could be suppressed, and cobalt loss during the back extraction process could be suppressed. .

Figure 2023161557000009
Figure 2023161557000009

以上の第1実施形態に係る硫酸コバルトの製造方法に属する実施例1~6の結果によれば、コバルトの回収効率を高く維持して不純物を充分に除去できた純度の高い硫酸コバルトが得られることが分かった。
また、逆抽出液における全有機体炭素成分(TOC)値は増加せず、排水の水質低下は生じないことも確認された。
According to the results of Examples 1 to 6 belonging to the method for producing cobalt sulfate according to the first embodiment described above, highly pure cobalt sulfate in which impurities were sufficiently removed while maintaining high cobalt recovery efficiency was obtained. That's what I found out.
It was also confirmed that the total organic carbon component (TOC) value in the back extract did not increase, and that the quality of the wastewater did not deteriorate.

本発明により得られた純度の高い硫酸コバルト結晶は、リチウムイオン二次電池の原料として利用できるほか、様々な用途に利用できる。 The highly purified cobalt sulfate crystals obtained by the present invention can be used as a raw material for lithium ion secondary batteries, as well as for various other uses.

S1 脱銅工程
S2 第1溶媒抽出工程
S3 第2溶媒抽出工程
S4 晶析工程
S1 Copper removal process S2 First solvent extraction process S3 Second solvent extraction process S4 Crystallization process

Claims (8)

銅、亜鉛、マンガン、カルシウムおよびマグネシウムの1種以上の不純物を含む塩化コバルト溶液から前記不純物を除去して硫酸コバルトを得る製造方法であって、
前段工程は、前記塩化コバルト溶液に硫化剤を添加し銅の硫化物の沈殿を生成させて分離除去する脱銅工程と、前記塩化コバルト溶液にアルキルリン酸系抽出剤を含む有機溶媒を接触させ、該有機溶媒に亜鉛、マンガンおよびカルシウムを抽出して分離除去する第1溶媒抽出工程を含んでおり、
後段工程は、前記前段工程を経た塩化コバルト溶液のpHを4.0~7.0に調整し、次いで脂溶性の酸化防止剤を0.05重量%以上含んだカルボン酸系抽出剤を含む有機溶媒に接触させ、該有機溶媒にコバルトを抽出させた後、硫酸でコバルトを逆抽出して硫酸コバルト溶液を得る第2溶媒抽出工程からなる
ことを特徴とする硫酸コバルトの製造方法。
A method for producing cobalt sulfate by removing impurities from a cobalt chloride solution containing one or more impurities of copper, zinc, manganese, calcium and magnesium, the method comprising:
The first step includes a decopper removal step in which a sulfurizing agent is added to the cobalt chloride solution to form a precipitate of copper sulfide and then separated and removed, and an organic solvent containing an alkyl phosphate extractant is brought into contact with the cobalt chloride solution. , including a first solvent extraction step of extracting and separating zinc, manganese and calcium into the organic solvent,
In the second step, the pH of the cobalt chloride solution that has passed through the first step is adjusted to 4.0 to 7.0, and then an organic extractant containing a carboxylic acid extractant containing 0.05% by weight or more of a fat-soluble antioxidant is added. A method for producing cobalt sulfate, comprising a second solvent extraction step of contacting with a solvent and extracting cobalt with the organic solvent, and then back-extracting the cobalt with sulfuric acid to obtain a cobalt sulfate solution.
前記前段工程が、前記脱銅工程および前記第1溶媒抽出工程の順に実行される
ことを特徴とする請求項1記載の硫酸コバルトの製造方法。
2. The method for producing cobalt sulfate according to claim 1, wherein the first step is performed in the order of the copper removal step and the first solvent extraction step.
前記前段工程が、前記第1溶媒抽出工程および前記脱銅工程の順に実行される
ことを特徴とする請求項1記載の硫酸コバルトの製造方法。
2. The method for producing cobalt sulfate according to claim 1, wherein the first step is performed in the order of the first solvent extraction step and the copper removal step.
前記第2溶媒抽出工程を経て得た硫酸コバルト溶液を晶析工程に付し、硫酸コバルトの結晶を得る
ことを特徴とする請求項1記載の硫酸コバルトの製造方法。
2. The method for producing cobalt sulfate according to claim 1, wherein the cobalt sulfate solution obtained through the second solvent extraction step is subjected to a crystallization step to obtain crystals of cobalt sulfate.
前記脱銅工程において、硫化剤を添加した塩化コバルド溶液に酸化剤および中和剤を添加して酸化還元電位を-100~200mV(Ag/AgCl電極基準)に、かつpHを1.3~3.0に調整する
ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載の硫酸コバルトの製造方法。
In the copper removal step, an oxidizing agent and a neutralizing agent are added to the cobald chloride solution to which a sulfurizing agent has been added to adjust the redox potential to -100 to 200 mV (based on Ag/AgCl electrodes) and to adjust the pH to 1.3 to 3. 5. The method for producing cobalt sulfate according to claim 1, wherein the cobalt sulfate content is adjusted to .0.
前記第1溶媒抽出工程におけるアルキルリン酸系抽出剤が、リン酸水素ビス(2-エチルヘキシル)であり、
銅が除去された塩化コバルト溶液のpHを1.5~3.0に調整して前記抽出剤を用いた溶媒抽出に付し、不純物元素を有機溶媒中に抽出する
ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載の硫酸コバルトの製造方法。
The alkyl phosphate extractant in the first solvent extraction step is bis(2-ethylhexyl) hydrogen phosphate,
A claim characterized in that the pH of the cobalt chloride solution from which copper has been removed is adjusted to 1.5 to 3.0 and subjected to solvent extraction using the extractant to extract impurity elements into an organic solvent. 5. The method for producing cobalt sulfate according to 1, 2, 3 or 4.
前記第2溶媒抽出工程における前記抽出工程に続けて、コバルトを抽出した有機溶媒に硫酸溶液を接触させて、pHを2.0~4.5に調整し、コバルトを硫酸溶液に逆抽出する逆抽出工程を実行する
ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載の硫酸コバルトの製造方法。
Following the extraction step in the second solvent extraction step, a sulfuric acid solution is brought into contact with the organic solvent from which cobalt has been extracted, the pH is adjusted to 2.0 to 4.5, and cobalt is back extracted into the sulfuric acid solution. The method for producing cobalt sulfate according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that an extraction step is performed.
前記脂溶性の酸化防止剤が、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤と硫黄系酸化防止剤の組合せ、フェノール系酸化とリン系酸化防止剤の組合せのうちのいずれか、である
ことを特徴とする請求項1記載の硫酸コバルトの製造方法。
The fat-soluble antioxidant may be a phenolic antioxidant, an amine antioxidant, a sulfur-based antioxidant, a phosphorus-based antioxidant, a combination of a phenolic antioxidant and a sulfur-based antioxidant, or a phenolic antioxidant. The method for producing cobalt sulfate according to claim 1, characterized in that it is a combination of:
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