JP5587500B2 - リチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法 - Google Patents
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Description
しかも、汎世界的に行われている環境規制強化の動きに伴って近い未来にはハイブリッドおよび電気自動車産業のみならず、電子、化学、エネルギーなどへその応用分野も大幅拡大されて21世紀の産業全般にかけてリチウムに対する国内外の需要が急増すると予想されている。
また、海水には、リチウムが総2.5×1011トンが溶存されていると知られており、吸着剤が含まれている回収装置を海水に投入してリチウムを選択的に吸着させた後に酸処理してリチウムを抽出する技術が主をなしているが、海水に含まれているリチウムの濃度が0.17ppmに過ぎず、海水からリチウムを抽出することは非常に非効率的であるため、経済性が落ちるという問題がある。
そして、前記塩水に含まれているリチウムの濃度は、約0.3〜1.5g/L程度であり、塩水に含まれているリチウムは、主に炭酸リチウムの形態で抽出されるが、前記炭酸リチウムの溶解度は、約13g/Lであって、塩水に含まれているリチウムがすべて炭酸リチウムに変換されると仮定しても塩水中の炭酸リチウムの濃度は、1.59〜7.95g/Lであるところ(Li2CO3)、分子量が74であり、Liの原子量が7であるため、74÷14≒5.3であり、したがってリチウム濃度に5.3をかければ炭酸リチウムの濃度を推定することができる)、したがって、前記炭酸リチウム濃度の大部分は、炭酸リチウムの溶解度より低いため、析出された炭酸リチウムが再溶解されることによってリチウム回収率が非常に低いという問題がある。
例えば、中国特許公開公報第1626443号には、リチウムを含む濃縮塩水を得るために、塩水を太陽熱に蒸発乾燥させて濃縮させ、多くの段階を経て電気透析してMgの含量が低く、リチウムが濃縮された塩水を得ることができるリチウムの回収方法が開示されている。
前記リチウム含有溶液のリチウム濃度は、1.5g/L以下であり得る。
前記リチウム含有溶液にリン供給物質を投入して溶存リチウムをリン酸リチウムとして析出させる段階;は、90℃以上の温度で行われ得る。
ただし、リン供給物質がリチウム含有溶液のpHを変化させることができる化合物である場合(例えば、リン酸)、溶液のpHが低くなれば析出されたリン酸リチウムが再溶解され得るため、これを防止するために水酸化イオンを共に使用することができる。
より具体的には、前記リン酸塩は、第1リン酸カリウム、第2リン酸カリウム、第3リン酸カリウム、第1リン酸ソーダ、第2リン酸ソーダ、第3リン酸ソーダ、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、ポリリン酸アンモニウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、第1リン酸カルシウム、第2リン酸カルシウム、第3リン酸カルシウムなどであり得る。
そして、前記析出されたリン酸リチウムは、濾過により前記リチウム含有溶液から分離されて抽出され得る。
本明細書で常温とは、一定の温度を意味するのではなく、外部的なエネルギーの付加がない状態の温度を意味する。したがって、場所、時間により常温は変化され得る。
本発明の一実施形態では、リチウム含有溶液(例えば、塩水)に水酸化陰イオンを投入して前記塩水に含まれているマグネシウム、ホウ素またはカルシウムを含む不純物を沈殿させて除去する段階を含むことができる。
より具体的には、前記水酸化陰イオンは、陽イオンの溶解度が非常に高いため、前記リチウムの抽出時、副産物として析出されない水酸化塩の陰イオンであり得る。
つまり、十分な量の水酸化マグネシウムが生成され得、生成された水酸化マグネシウムが大部分のホウ素を吸着させることができる場合であれば、前記二つの工程を同時に行うことができるが、十分な量の水酸化マグネシウムが生成されない場合であれば、前記二つの工程を別途に行うことができる。
この時、前記水酸化陰イオン(例えば、NaOH)が投入された塩水のpHを8.5〜10.5に維持させてホウ素(例えば、ホウ素イオン)を前記水酸化マグネシウムに吸着させてマグネシウムとホウ素を共沈させることができる。
前記過程は、同時に行われ得る。
また、前記塩水のpHを8.5〜10.5に維持してホウ素(例えば、ホウ素イオン)を前記生成された水酸化マグネシウムの表面に吸着させてマグネシウムとホウ素を同時に共沈させることができる。
前記水酸化マグネシウムの表面電荷は、溶液のpHにより大きく変化し、水酸化マグネシウムの表面電荷が正(+)であれば塩水中にH2BO3 −またはHBO3 2−などの陰イオンで存在するホウ素イオンが前記水酸化マグネシウムの表面に吸着されることによって、塩水溶存マグネシウムとホウ素を同時に抽出して除去することができるが、前記水酸化マグネシウムの表面電荷が負(−)であれば負電荷を帯びた前記ホウ素イオンが水酸化マグネシウムに吸着されない。
この時、使用される水酸化陰イオンまたは炭酸陰イオンの種類により水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムが沈殿され得る。
前記アルカリは、NaOH、KOH、Ca(OH)2、NH4OHまたはR4NOH・5H2O(ここで、Rは、独立的にメチル、エチル、プロピルまたはブチルのようなC1〜C10アルキル基である)から選択された1種以上であり得る。
前記不純物が除去されてから残った濾液にリン供給物質を投入して前記塩水に含まれているリチウムをリン酸リチウムとして析出することができる。
より具体的には、前記リン酸塩は、第1リン酸カリウム、第2リン酸カリウム、第3リン酸カリウム、第1リン酸ソーダ、第2リン酸ソーダ、第3リン酸ソーダ、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、ポリリン酸アンモニウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム 、第1リン酸カルシウム、第2リン酸カルシウム、第3リン酸カルシウムなどであり得る。
加熱時間および温度は、高いほどリン酸リチウムの生成のための反応に有利に作用するが、加熱時間が15分を超えたり加熱温度が200℃を超える場合、リン酸リチウム生成率が飽和され得る。
前記塩水に溶存するリチウムをリン酸リチウムで沈殿させた後には、前記沈殿されたリン酸リチウムを前記濾液から濾過させて分離されたリン酸リチウムを回収する段階を行うことができる。
前記濾過後、前記回収されたリン酸リチウムを洗浄して高純度のリン酸リチウム粉末を得ることができる。
マグネシウムイオン20,000ppm、ホウ素イオン900ppm、カルシウムイオン350ppm、リチウムイオン900ppmが含まれている塩水にNaOHを投入して塩水のpHを調節しながら水酸化マグネシウムを析出させ、析出された水酸化マグネシウムの表面電荷を測定し、その結果は図1に示した。
マグネシウムイオン20,000ppm、ホウ素イオン900ppm、カルシウムイオン350ppm、リチウムイオン900ppmが含まれている塩水にpHを変化させながら水酸化マグネシウムを析出させた。そして、濾過を施して析出された水酸化マグネシウムと塩水を分離させた後、その濾液を採取してマグネシウム、ホウ素およびリチウムの含量をそれぞれ測定し、その結果を図2、3および4にそれぞれ示した。
したがって、塩水からリチウムの損失を最小化しながら、マグネシウムとホウ素を同時に除去するためには、NaOHの投入量を段階的に適切に制御することによって塩水のpHを8.5〜10.5の範囲に維持しなければならないことを確認することができる。
マグネシウムイオン20,000ppm、ホウ素イオン900ppm、カルシウムイオン350ppm、およびリチウムイオン900ppmが含まれている塩水にNaOHを投入してカルシウムイオンを水酸化カルシウムとして析出させ、濾過を通じて析出された水酸化カルシウムと塩水を分離させた後、濾液を採取してカルシウムの含量を測定し、その結果は図5に示した。
塩水でMg、CaおよびBの不純物を除去してから残った濾液にリチウムイオンが0.917g/L濃度に溶存されており、前記濾液にリン酸ナトリウムを7.217g/Lの濃度に投入した後、前記濾液の温度を90℃まで昇温させて15〜60分間維持しながら反応させた。
前記反応が完了した後、濾過して析出されたリン酸リチウムを分離させた後、残った濾液を採取してリチウムの濃度を測定し、その結果は図6に示した。
つまり、リン酸リチウムの溶解度は、約0.39g/Lで、炭酸リチウムの溶解度より非常に低いため、塩水にリン酸ナトリウムなどのリン酸を含む物質を投入して塩水に少量溶存されているリチウムを固体状態のリン酸リチウムで容易に析出させて分離可能であることを確認することができる。
塩水でMg、CaおよびBの不純物を除去してから残った濾液にリチウムイオンが0.917g/L濃度に溶存されており、前記濾液に炭酸ナトリウムを7g/Lの濃度に投入した後、前記濾液の温度を90℃まで昇温させて15〜60分間維持しながら反応させた。
前記反応が完了した後、濾過して析出された炭酸リチウムを分離させた後、残った濾液を採取してリチウムの濃度を測定し、その結果は図8に示した。
結局、塩水に溶存されているリチウムを溶解度が低いリン酸リチウムを利用して析出させることによって、長時間にかけた塩水の蒸発および濃縮の過程が不要であり、リチウムの損失を最小化して高回収率にリチウムを経済的に抽出することができる。
Claims (13)
- リチウム含有溶液にリン供給物質を投入して溶存リチウムをリン酸リチウムとして析出させてリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法であって、
前記リチウム含有溶液は天然の塩湖で産出された、リチウム濃度が0.1g/L以上の塩水であり、
前記塩水内のリン酸リチウムの総濃度は、0.39g/L以上である、リチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。 - 前記リン供給物質は、リン、リン酸またはリン酸塩から選択された1種以上である、請求項1に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。
- 前記リチウム含有溶液のリチウム濃度は、0.1g/L〜1.5g/Lである、請求項1に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。
- 前記析出されたリン酸リチウムを前記リチウム含有溶液から濾過させてリン酸リチウムを抽出する工程をさらに含む、請求項1に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。
- 前記塩水にリン供給物質を投入して溶存リチウムをリン酸リチウムとして析出させる前に、
前記塩水に含まれている不純物を除去する段階をさらに含む、請求項1に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。 - 前記塩水は、マグネシウム、ホウ素、カルシウム、またはこれらの混合物を含む不純物を含む、請求項5に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。
- 前記塩水にリン供給物質を投入して溶存リチウムをリン酸リチウムとして析出させる前に、
前記塩水に水酸化陰イオンを投入して前記塩水のpHを8.5〜10.5に維持させ、前記マグネシウムを水酸化マグネシウムとして生成する工程と、
前記水酸化マグネシウムにホウ素を吸着させて前記マグネシウムとホウ素を共沈させた後、前記共沈されたマグネシウムとホウ素を回収する工程と、
前記マグネシウムとホウ素が除去されてから残った濾液のpHを12以上に維持させてカルシウムを沈澱させる工程とを含む、請求項6に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。 - 前記リチウム含有溶液にリン供給物質を投入して溶存リチウムをリン酸リチウムとして析出させる段階;は、
常温以上の温度で行われる、請求項1に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。 - 前記リチウム含有溶液にリン供給物質を投入して溶存リチウムをリン酸リチウムとして析出させる段階;は、
90℃以上の温度で行われる、請求項1に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。 - 前記水酸化陰イオンは、水酸化ナトリウムの陰イオンである、請求項7に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。
- 前記水酸化マグネシウムにホウ素を吸着させて前記マグネシウムとホウ素を共沈させた後、前記共沈されたマグネシウムとホウ素を回収する工程は、
前記pHが8.5〜10.5に維持される前記水酸化マグネシウムを含む塩水内ホウ素を前記水酸化マグネシウムに吸着させて前記マグネシウムとホウ素を共沈させた後、前記共沈されたマグネシウムとホウ素を回収する工程であり、
前記塩水に水酸化陰イオンを投入して前記塩水のpHを8.5〜10.5に維持させ、前記マグネシウムを水酸化マグネシウムとして生成する工程;と前記pHが8.5〜10.5に維持される前記水酸化マグネシウムを含む塩水内ホウ素を前記水酸化マグネシウムに吸着させて前記マグネシウムとホウ素を共沈させた後、前記共沈されたマグネシウムとホウ素を回収する工程とは、同時に行われる、請求項7に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。 - 前記塩水にリン供給物質を投入して溶存リチウムをリン酸リチウムとして析出させる段階;に続けて、
前記析出されたリン酸リチウムを濾過後に洗浄して高純度の粉末として回収する段階をさらに含む、請求項7に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。 - 前記マグネシウムとホウ素が除去されてから残った濾液のpHを12以上に維持させてカルシウムを沈澱させる工程は、水酸化陰イオンまたは炭酸陰イオンの少なくとも一方を投入させてカルシウムを水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムとして析出させる工程である、請求項8に記載のリチウム含有溶液からリチウムを抽出する方法。
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