JP5872788B2 - Lithium carbonate manufacturing method and lithium carbonate manufacturing apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、高純度の炭酸リチウムを効率よく製造できる炭酸リチウムの製造方法及び炭酸リチウムの製造装置に関する。   The present invention relates to a lithium carbonate production method and a lithium carbonate production apparatus capable of efficiently producing high purity lithium carbonate.

炭酸リチウムは、耐熱ガラス、光学ガラス等の配合材、セラミック材料、携帯電話機、ノート型パソコンのバッテリーに使用されているリチウム二次電池の原料、電解質の材料として使用されている。   Lithium carbonate is used as a raw material for lithium secondary batteries and electrolyte materials used in blending materials such as heat-resistant glass and optical glass, ceramic materials, mobile phones, and laptop computers.

また、リチウムイオン二次電池は、従来の鉛蓄電池、ニッカド二次電池等に比較して軽量、高容量、高起電力の優れた二次電池であり、携帯電話機、ノート型パソコン等のモバイル機器、電気自動車の二次電池などに広く使用されており、今後もその需要が高まることが予想される。   Lithium-ion secondary batteries are secondary batteries that are lighter, have higher capacity, and have higher electromotive force than conventional lead-acid batteries and nickel-cadmium secondary batteries. Mobile devices such as mobile phones and notebook computers It is widely used in secondary batteries for electric vehicles, and the demand is expected to increase in the future.

このようなリチウムイオン二次電池の正極材料としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、マンガン酸リチウム(LiMn)などが用いられており、これらには希少有価物質であるリチウムが含まれている。そこで、使用済みのリチウムイオン二次電池からこれらの有価物質を回収し、再びリチウムイオン二次電池の正極材料としてリサイクル利用を図ることが望まれている。 As the positive electrode material of such a lithium ion secondary battery, for example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and the like are used, and lithium, which is a rare valuable substance, is used. include. Therefore, it is desired to recover these valuable substances from the used lithium ion secondary battery and to recycle them as a positive electrode material for the lithium ion secondary battery.

また、一般的に晶析により炭酸リチウムの製造が行われているが、希少な金属であるため、製造工程での高回収率が望まれている。更に、上述のように電子材料としての用途では、不純物が電気的特性を低下させる可能性があり、より高純度の炭酸リチウムが求められている。   In general, lithium carbonate is produced by crystallization, but since it is a rare metal, a high recovery rate in the production process is desired. Furthermore, as described above, in applications as electronic materials, impurities may deteriorate electrical characteristics, and higher purity lithium carbonate is required.

ここで、リチウムイオン二次電池の正極材料を焼成すると、リチウムが酸化リチウム(LiO)となり、この焼成物を水で浸出すると、水酸化リチウム(LiOH)、水中ではリチウムイオンと水酸化物イオンとなって溶出することが、本発明者らのこれまでの研究により解っている。
しかし、リチウムイオン二次電池の廃棄物をリサイクル対象とした場合、上述の水による浸出により、リチウムと同時にフッ素、硫酸などが不純物として溶出するという問題がある。フッ素は電解質として、例えばLiPFなどが使用されており、これに起因する。硫酸は(CFSONLiなどの電解質添加剤由来のSが硫酸となって浸出すると考えられる。また、電池又は正極材料の重量に対してリチウムの含有量はそれほど多くはなく、リチウムを浸出した液の濃度も比較的低い。それらの理由から、液中のリチウムを炭酸リチウムとして回収する際、より高収率で、より不純物を含まない回収方法が望まれている。
Here, when the positive electrode material of the lithium ion secondary battery is fired, lithium becomes lithium oxide (Li 2 O), and when this fired product is leached with water, lithium hydroxide (LiOH), in water, lithium ions and hydroxides It has been understood by the present inventors' previous studies that ions are eluted as ions.
However, when waste of lithium ion secondary batteries is to be recycled, there is a problem that fluorine and sulfuric acid are eluted as impurities simultaneously with lithium due to the above-described leaching with water. As the electrolyte, for example, LiPF 6 is used as the electrolyte, which is attributed to this. It is considered that sulfuric acid is leached as S derived from electrolyte additives such as (CF 3 SO 2 ) 2 NLi becomes sulfuric acid. In addition, the lithium content is not so large with respect to the weight of the battery or the positive electrode material, and the concentration of the liquid from which lithium is leached is relatively low. For these reasons, when recovering lithium in the liquid as lithium carbonate, a recovery method with higher yield and less impurities is desired.

従来の炭酸リチウムの回収方法として、例えば、特許文献1には、晶析によりリチウムを含有する水溶液を90℃以上に加熱し、炭酸ガスを吹き込むことで、炭酸リチウムの収率を向上させる方法が提案されている。また、特許文献2には、濾別したリチウム含有水溶液を30℃〜100℃に加熱し、炭酸ガスを吹き込むことで炭酸リチウムの純度を高める方法が提案されている。
しかし、これらの提案の方法は、炭酸リチウムの溶解度が温度上昇に伴って低くなることを利用した方法であり、液中のリチウム濃度が炭酸リチウムの溶解度より低い場合は、リチウムを回収することができないという問題がある。また、液中のリチウム濃度を上げるために蒸発などの手法で濃縮し、溶液のリチウム濃度を上げる方法が考えられるが、蒸発濃縮という方法ではエネルギーコストがかかりすぎる問題がある。また、液中のリチウム濃度を濃縮する手法を用いて、上述のようなリサイクルを実施する場合には、リチウムイオン二次電池に含まれるリチウムと同時に溶出したフッ素、硫酸などの不純物も同時に濃縮されることとなり、回収物の純度が低下するという問題が生じる。
また、リサイクルの視点から、リチウムは、近年の使用量増加に対して、生産国が海外であること、及び生産規模が小さく供給リスクを伴うことなどから、リサイクルが望まれている。その半面、炭酸リチウムの価格は1kgあたり500円程度と高額とは言えない状態である。そのため、リサイクル工程も簡易であり、低コスト、かつ高回収率であることが好ましい。
As a conventional method for recovering lithium carbonate, for example, Patent Document 1 discloses a method for improving the yield of lithium carbonate by heating an aqueous solution containing lithium by crystallization to 90 ° C. or more and blowing carbon dioxide gas. Proposed. Patent Document 2 proposes a method of increasing the purity of lithium carbonate by heating a lithium-containing aqueous solution separated by filtration to 30 ° C. to 100 ° C. and blowing carbon dioxide gas.
However, these proposed methods make use of the fact that the solubility of lithium carbonate decreases as the temperature rises. If the lithium concentration in the liquid is lower than the solubility of lithium carbonate, lithium can be recovered. There is a problem that you can not. Further, in order to increase the lithium concentration in the liquid, a method of concentrating by a technique such as evaporation to increase the lithium concentration of the solution is conceivable. In addition, when recycling as described above is performed using a method of concentrating the lithium concentration in the liquid, impurities such as fluorine and sulfuric acid eluted simultaneously with lithium contained in the lithium ion secondary battery are also concentrated at the same time. As a result, there arises a problem that the purity of the recovered product is lowered.
From the viewpoint of recycling, lithium is desired to be recycled because the production country is overseas and the production scale is small and there is a supply risk in response to the recent increase in usage. On the other hand, the price of lithium carbonate is not as high as about 500 yen per kg. Therefore, it is preferable that the recycling process is simple, low cost, and high recovery rate.

したがって、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液から高純度の炭酸リチウムを効率よく製造できる炭酸リチウムの製造方法及び炭酸リチウムの製造装置の提供が望まれているのが現状である。   Accordingly, the present situation is that it is desired to provide a lithium carbonate production method and a lithium carbonate production apparatus capable of efficiently producing high purity lithium carbonate from a solution containing lithium ions and carbonate ions.

特開昭61−251511号公報Japanese Patent Laid-Open No. 61-251511 特開2005−26088号公報JP-A-2005-26088

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液から高純度の炭酸リチウムを効率よく製造でき、特に、リチウムイオン二次電池の正極材料を含む焼成物を水に浸出させて得たリチウムと、フッ素、硫酸等の不純物を含有する溶液から、炭酸リチウムを高収率かつ高純度で製造できる炭酸リチウムの製造方法及び炭酸リチウムの製造装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described problems and achieve the following objects. That is, the present invention can efficiently produce high purity lithium carbonate from a solution containing lithium ions and carbonate ions, and in particular, lithium obtained by leaching a fired product containing a positive electrode material of a lithium ion secondary battery in water. Another object of the present invention is to provide a lithium carbonate production method and a lithium carbonate production apparatus capable of producing lithium carbonate with high yield and high purity from a solution containing impurities such as fluorine and sulfuric acid.

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を通電して炭酸リチウムを析出させることを特徴とする炭酸リチウムの製造方法である。
<2> 通電を電流密度0.5A/dm〜50A/dmで行う前記<1>に記載の炭酸リチウムの製造方法である。
<3> リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を加熱する前記<1>から<2>のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造方法である。
<4> 加熱を70℃以上の温度で行う前記<3>に記載の炭酸リチウムの製造方法である。
<5> 少なくともリチウムイオンを含有する溶液に二酸化炭素を供給してリチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を得る前記<1>から<4>のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造方法である。
<6> 少なくともリチウムイオンを含有する溶液が、廃リチウムイオン二次電池を焼成し、水にリチウムを浸出させた液である前記<5>に記載の炭酸リチウムの製造方法である。
<7> 析出した炭酸リチウムを固液分離する前記<1>から<6>のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造方法である。
<8> リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を通電して炭酸リチウムを析出させる通電手段を有し、
前記通電手段が、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を貯留する晶析槽と、
前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を通電する陰極及び陽極と、を備えていることを特徴とする炭酸リチウムの製造装置である。
<9> リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を加熱する加熱手段を有する前記<8>に記載の炭酸リチウムの製造装置である。
<10> 陰極が加熱手段と一体化している前記<9>に記載の炭酸リチウムの製造装置である。
<11> 少なくともリチウムイオンを含有する溶液に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を有する前記<8>から<10>のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造装置である。
<12> 陰極が、晶析槽の内壁である前記<8>から<11>のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造装置である。
<13> 陰極及び陰極近傍に析出した炭酸リチウムを固液分離する分離手段を有する前記<8>から<12>のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造装置である。
<14> 少なくともリチウムイオンを含有する溶液が、廃リチウムイオン二次電池を焼成し、水にリチウムを浸出させた液である前記<11>から<13>のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造装置である。
Means for solving the problems are as follows. That is,
<1> A method for producing lithium carbonate, characterized in that lithium carbonate is precipitated by energizing a solution containing lithium ions and carbonate ions.
<2> The method for producing lithium carbonate according to <1>, wherein energization is performed at a current density of 0.5 A / dm 2 to 50 A / dm 2 .
<3> The method for producing lithium carbonate according to any one of <1> to <2>, wherein a solution containing lithium ions and carbonate ions is heated.
<4> The method for producing lithium carbonate according to <3>, wherein the heating is performed at a temperature of 70 ° C. or higher.
<5> The method for producing lithium carbonate according to any one of <1> to <4>, wherein carbon dioxide is supplied to a solution containing at least lithium ions to obtain a solution containing lithium ions and carbonate ions.
<6> The method for producing lithium carbonate according to <5>, wherein the solution containing at least lithium ions is a liquid obtained by calcining a waste lithium ion secondary battery and leaching lithium into water.
<7> The method for producing lithium carbonate according to any one of <1> to <6>, wherein the precipitated lithium carbonate is solid-liquid separated.
<8> having an energizing means for energizing a solution containing lithium ions and carbonate ions to precipitate lithium carbonate;
A crystallization tank for storing a solution containing lithium ions and carbonate ions;
An apparatus for producing lithium carbonate, comprising: a cathode and an anode for energizing a solution containing the lithium ions and carbonate ions.
<9> The lithium carbonate production apparatus according to <8>, further including a heating unit that heats a solution containing lithium ions and carbonate ions.
<10> The lithium carbonate production apparatus according to <9>, wherein the cathode is integrated with the heating unit.
<11> The lithium carbonate production apparatus according to any one of <8> to <10>, further including carbon dioxide supply means for supplying carbon dioxide to a solution containing at least lithium ions.
<12> The lithium carbonate production apparatus according to any one of <8> to <11>, wherein the cathode is an inner wall of a crystallization tank.
<13> The lithium carbonate production apparatus according to any one of <8> to <12>, further including a separation unit configured to solid-liquid separate lithium carbonate deposited in the vicinity of the cathode and the cathode.
<14> The production of lithium carbonate according to any one of <11> to <13>, wherein the solution containing at least lithium ions is a liquid obtained by calcining a waste lithium ion secondary battery and leaching lithium into water. Device.

本発明によると、従来における問題を解決することができ、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液から高純度の炭酸リチウムを効率よく製造でき、特に、リチウムイオン二次電池の正極材料を含む焼成物を水に浸出させて得たリチウムと、フッ素、硫酸等の不純物を含有する溶液から、炭酸リチウムを高収率かつ高純度で製造できる炭酸リチウムの製造方法及び炭酸リチウムの製造装置を提供することができる。   According to the present invention, conventional problems can be solved, high-purity lithium carbonate can be efficiently produced from a solution containing lithium ions and carbonate ions, and in particular, a fired product containing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery. To provide a lithium carbonate production method and a lithium carbonate production apparatus capable of producing lithium carbonate with high yield and high purity from a solution containing impurities such as fluorine and sulfuric acid obtained by leaching water into water Can do.

図1Aは、本発明の炭酸リチウムの製造装置の一例を示す上面図である。FIG. 1A is a top view showing an example of the lithium carbonate production apparatus of the present invention. 図1Bは、本発明の炭酸リチウムの製造装置の一例を示す側面図である。FIG. 1B is a side view showing an example of the lithium carbonate production apparatus of the present invention. 図2は、実施例1及び比較例1の時間経過に伴う液中のリチウム濃度推移を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing changes in lithium concentration in the liquid over time in Example 1 and Comparative Example 1. 図3は、実施例3及び比較例2の時間経過に伴う液中のリチウム濃度推移を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing changes in lithium concentration in the liquid over time in Example 3 and Comparative Example 2.

(炭酸リチウムの製造方法及び炭酸リチウムの製造装置)
本発明の炭酸リチウムの製造方法は、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を通電する通電工程を含み、好ましくはリチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を加熱する加熱工程、及び少なくともリチウムイオンを含有する溶液に二酸化炭素を供給してリチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を得る二酸化炭素供給工程を含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。これら各工程は、それぞれ前後して行っても、同時に行ってもよく、繰り返し行ってもよく、間欠的に行うこともできる。
本発明の炭酸リチウムの製造装置は、通電手段を有し、好ましくは加熱手段、及び二酸化炭素供給手段を有し、更に必要に応じてその他の手段を有してなる。
以下、本発明の炭酸リチウムの製造方法及び炭酸リチウムの製造装置について、詳細に説明する。
(Lithium carbonate manufacturing method and lithium carbonate manufacturing apparatus)
The method for producing lithium carbonate of the present invention includes an energizing step of energizing a solution containing lithium ions and carbonate ions, preferably a heating step of heating a solution containing lithium ions and carbonate ions, and at least containing lithium ions. A carbon dioxide supply step of supplying carbon dioxide to the solution to obtain a solution containing lithium ions and carbonate ions, and further including other steps as necessary. Each of these steps may be performed before and after, may be performed simultaneously, may be performed repeatedly, or may be performed intermittently.
The lithium carbonate production apparatus of the present invention has an energization means, preferably a heating means and a carbon dioxide supply means, and further comprises other means as required.
Hereinafter, the lithium carbonate production method and lithium carbonate production apparatus of the present invention will be described in detail.

<通電工程及び通電手段>
前記通電工程は、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を通電する工程であり、通電手段により実施される。
前記通電手段としては、前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を貯留する晶析槽と、前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を通電する陰極及び陽極とを備え、更に必要に応じてその他の部材を備えている。
<Energization process and energization means>
The energizing step is a step of energizing a solution containing lithium ions and carbonate ions, and is performed by energizing means.
The energizing means includes a crystallization tank for storing a solution containing the lithium ions and carbonate ions, and a cathode and an anode for energizing the solution containing the lithium ions and carbonate ions, and other if necessary. The member is provided.

−リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液−
前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液としては、通電により炭酸リチウムを析出させることができる濃度にリチウムイオン及び炭酸イオンを含有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記通電時におけるリチウムイオンの濃度は、1,500mg/L以上が好ましく、3,000mg/L以上がより好ましい。
前記通電時における炭酸イオンの濃度は、1,000mg/L以上が好ましく、1,450mg/L以上がより好ましい。
-Solution containing lithium ions and carbonate ions-
The solution containing lithium ions and carbonate ions is not particularly limited as long as it contains lithium ions and carbonate ions at a concentration at which lithium carbonate can be deposited by energization, and may be appropriately selected according to the purpose. it can.
The concentration of lithium ions during energization is preferably 1,500 mg / L or more, more preferably 3,000 mg / L or more.
The concentration of carbonate ions during energization is preferably 1,000 mg / L or more, more preferably 1,450 mg / L or more.

前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液としては、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、少なくともリチウムイオンを含有する溶液中に、二酸化炭素を供給して得られる溶液などを好適に用いることができる。なお、前記二酸化炭素の供給については、後述する二酸化炭素供給工程で説明する。   The solution containing lithium ions and carbonate ions is not particularly limited as long as it contains lithium ions and carbonate ions, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, a solution containing at least lithium ions A solution obtained by supplying carbon dioxide can be suitably used. The supply of carbon dioxide will be described in the carbon dioxide supply step described later.

前記少なくともリチウムイオンを含有する溶液としては、リチウムイオンを含有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、(i)リチウムイオン二次電池の正極材料を硫酸で溶解させた液、(ii)リチウムイオン二次電池の正極材料を溶解させた後にコバルト、ニッケルを除去した液、(iii)廃リチウムイオン二次電池を焼成し、水にリチウムを浸出させた液、(iv)温泉水、(v)塩湖の水などが挙げられる。これらの中でも、(iii)廃リチウムイオン二次電池を焼成し、水にリチウムを浸出させた液が特に好ましい。   The solution containing at least lithium ions is not particularly limited as long as it contains lithium ions, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, (i) a positive electrode material of a lithium ion secondary battery is sulfuric acid (Ii) Lithium ion secondary battery positive electrode material after dissolution, cobalt and nickel removed liquid, (iii) Waste lithium ion secondary battery was baked, and lithium was leached into water Liquid, (iv) hot spring water, (v) salt lake water, and the like. Among these, (iii) a liquid obtained by firing a waste lithium ion secondary battery and leaching lithium into water is particularly preferable.

前記(iii)廃リチウムイオン二次電池を焼成し、水にリチウムを浸出させた液を調製する方法について、以下に説明する。
原料として使用するリチウムイオン二次電池の正極材料を含む焼成物におけるリチウムイオン二次電池の正極材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、コバルト酸リチウム(LiCoO)、及びマンガン酸リチウム(LiMn)の少なくともいずれかであることが好ましい。
前記正極材料としては、使用済リチウムイオン二次電池より得られたものを用いることが、リチウムをリサイクルできる点から好ましい。
(Iii) A method for preparing a liquid obtained by firing a waste lithium ion secondary battery and leaching lithium in water will be described below.
The positive electrode material of the lithium ion secondary battery in the fired product including the positive electrode material of the lithium ion secondary battery used as a raw material is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. However, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), And at least one of lithium manganate (LiMn 2 O 4 ).
As the positive electrode material, it is preferable to use a material obtained from a used lithium ion secondary battery because lithium can be recycled.

前記焼成物を焼成する雰囲気としては、特に制限はなく、焼成条件などに応じて適宜選択することができ、例えば大気雰囲気、酸化雰囲気、不活性雰囲気、還元性雰囲気などが挙げられる。なお、前記雰囲気は、焼成中は、通気させておくことが好ましい。
ここで、前記大気雰囲気とは、酸素が21%、窒素78%の大気(空気)を用いた雰囲気を意味する。
前記酸化雰囲気とは、窒素又はアルゴン等の不活性雰囲気中に酸素を1質量%〜21質量%含む雰囲気を意味し、酸素を1質量%〜5質量%含む雰囲気が好ましい。
前記不活性雰囲気とは、窒素又はアルゴンからなる雰囲気を意味する。
前記還元性雰囲気とは、例えば、窒素又はアルゴン等の不活性雰囲気中にCO、H、HS、SOなどを含む雰囲気を意味する。
There is no restriction | limiting in particular as an atmosphere which bakes the said baked product, According to baking conditions etc., it can select suitably, For example, an air atmosphere, an oxidizing atmosphere, an inert atmosphere, a reducing atmosphere etc. are mentioned. The atmosphere is preferably aerated during firing.
Here, the air atmosphere means an atmosphere using air (air) of 21% oxygen and 78% nitrogen.
The oxidizing atmosphere means an atmosphere containing 1% by mass to 21% by mass of oxygen in an inert atmosphere such as nitrogen or argon, and an atmosphere containing 1% by mass to 5% by mass of oxygen is preferable.
The inert atmosphere means an atmosphere made of nitrogen or argon.
The reducing atmosphere means an atmosphere containing CO, H 2 , H 2 S, SO 2 and the like in an inert atmosphere such as nitrogen or argon.

前記焼成は、焼成炉を用いて行うことが好ましい。前記焼成炉としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ロータリーキルン、流動床炉、トンネル炉、マッフル等のバッチ式炉、キュウポラ、ストーカー炉などが挙げられる。大気雰囲気下でも焼成できるので、例えば、ロータリーキルン炉等の普通に用いられている焼成炉を使用することができ、焼成炉の選択幅が広くなる。
前記焼成温度は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、大気雰囲気下では400℃以上、不活性雰囲気下では600℃以上、酸化雰囲気下では400℃以上であることがより好ましく、上限温度は、1,200℃以下であることが好ましい。
前記焼成温度が、400℃未満であると、例えばリチウムイオン二次電池の正極の結晶構造を破壊できないために、リチウムイオンを溶出できないことがあり、1,200℃を超えると、多大なエネルギーを必要とすると共に、焼成物が焼結するため、粉砕工程が必要となることがある。
The firing is preferably performed using a firing furnace. There is no restriction | limiting in particular as said baking furnace, According to the objective, it can select suitably, For example, batch type furnaces, such as a rotary kiln, a fluidized bed furnace, a tunnel furnace, a muffle, a cupola, a stalker furnace, etc. are mentioned. Since firing can be performed even in an air atmosphere, for example, a commonly used firing furnace such as a rotary kiln furnace can be used, and the selection range of the firing furnace is widened.
The firing temperature is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. It is more preferably 400 ° C. or higher in an air atmosphere, 600 ° C. or higher in an inert atmosphere, and 400 ° C. or higher in an oxidizing atmosphere. The upper limit temperature is preferably 1,200 ° C. or lower.
When the firing temperature is less than 400 ° C., for example, the crystal structure of the positive electrode of the lithium ion secondary battery cannot be destroyed, so lithium ions may not be eluted. In addition to the necessity, the baked product is sintered, so that a pulverization step may be required.

−晶析槽、陽極、及び陰極−
前記晶析槽としては、槽内又は槽の一部又は全部に陰極と陽極を備えていれば特に制限はなく、目的に応じて適宣選択することができるが、陰極そのものが晶析槽の内壁を構成するものが好ましい。前記陰極そのものが晶析槽内壁であると、リチウムイオンを陰極である晶析槽内壁に泳動することで、陰極及び陰極近傍の局所的なリチウムイオン濃度を上昇させ、効率よく炭酸リチウムを析出させることができる。
なお、陰極と陽極間を隔膜で隔てることにより、通電によるリチウムイオンの濃度勾配を持たせてもよい。また、陽極又は陰極を晶析槽の中心部に配置し、同心円上に隔膜を配置し、晶析槽の内側又は晶析槽そのものが対極となる構造を用いることもできる。
-Crystallization tank, anode, and cathode-
The crystallization tank is not particularly limited as long as it has a cathode and an anode in the tank or a part or all of the tank, and can be appropriately selected according to the purpose. What constitutes the inner wall is preferred. When the cathode itself is the inner wall of the crystallization tank, lithium ions migrate to the inner wall of the crystallization tank, which increases the local lithium ion concentration in the vicinity of the cathode and the cathode, thereby efficiently depositing lithium carbonate. be able to.
In addition, you may give the density | concentration gradient of the lithium ion by electricity supply by separating a cathode and an anode with a diaphragm. Further, it is possible to use a structure in which an anode or a cathode is disposed in the center of the crystallization tank, a diaphragm is disposed on a concentric circle, and the inside of the crystallization tank or the crystallization tank itself is a counter electrode.

−通電−
前記通電は、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を加熱した状態で行うことが好ましく、前記溶液を昇温中に通電を開始してもよい。
前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を通電する際に、陰極と陽極間に印加する電流密度は、0.5A/dm〜50A/dmが好ましく、1A/dm〜30A/dmがより好ましい。前記電流密度が、0.5A/dmより低くなると、リチウムイオンの泳動に時間がかかることがあり、50A/dmを超えると、水素及び酸素の発生に多くのエネルギーが使用されてしまうため効率が低下することがある。
前記陽極と陰極間の距離は、0.5cm〜20mが好ましく、1cm〜5mがより好ましい。前記距離が、0.5cm未満であると、短絡によるショートが起こる危険性があり、20mを超えると、電圧が上昇し、消費電力が高くなることから経済的でない。
-Energization-
The energization is preferably performed in a state where a solution containing lithium ions and carbonate ions is heated, and energization may be started while the temperature of the solution is raised.
When energizing the solution containing lithium ions and carbonate ions, the current density applied between the cathode and the anode is preferably 0.5 A / dm 2 to 50 A / dm 2 , and 1 A / dm 2 to 30 A / dm 2. Is more preferable. When the current density is lower than 0.5 A / dm 2 , migration of lithium ions may take time, and when it exceeds 50 A / dm 2 , much energy is used for generation of hydrogen and oxygen. Efficiency may be reduced.
The distance between the anode and the cathode is preferably 0.5 cm to 20 m, more preferably 1 cm to 5 m. If the distance is less than 0.5 cm, there is a risk of short-circuit due to a short circuit. If the distance exceeds 20 m, the voltage increases and power consumption increases, which is not economical.

<加熱工程及び加熱手段>
前記加熱工程は、前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を加熱する工程であり、加熱手段により実施される。
<Heating step and heating means>
The heating step is a step of heating the solution containing the lithium ions and carbonate ions, and is performed by a heating means.

前記加熱は、通電前、通電と同時、又は通電直後(リチウム濃度勾配が維持されている間)に行うことが好ましいが、通電の消費電力を削減するために、事前に炭酸リチウムの溶解度付近まで温度を上げておくために、通電前から行うことが好ましい。
加熱温度は、炭酸リチウムの溶解度が飽和以上となる温度であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、具体的には、70℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましく、80℃〜100℃が特に好ましい。前記加熱温度が、70℃未満であると、炭酸リチウムの溶解度が大きくなり、炭酸リチウムの回収率が低下することがある。
前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を加熱する加熱手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばヒーター、などが挙げられる。
前記陰極は、加熱手段と一体化、即ち、ヒーターを陰極とすることにより、陰極及び陰極近傍で濃度勾配、温度勾配ができ、炭酸リチウムを効率よく晶析することができる。また、陰極及び陰極近傍で晶析した炭酸リチウムを再度溶解させずに回収しやすくするために、晶析槽底面の陰極下部及び陰極近傍下部にヒーターを設けてもよい。
ここで、前記陰極近傍とは、陰極から1cmの距離までの範囲を意味する。
The heating is preferably performed before energization, at the same time as energization, or immediately after energization (while the lithium concentration gradient is maintained), but in order to reduce the power consumption of energization, to the vicinity of the solubility of lithium carbonate beforehand. In order to raise the temperature, it is preferable to carry out before energization.
The heating temperature is not particularly limited as long as the solubility of lithium carbonate is saturated or higher, and can be appropriately selected according to the purpose. Specifically, 70 ° C or higher is preferable, and 80 ° C or higher is more preferable. 80 ° C. to 100 ° C. is particularly preferable. When the heating temperature is less than 70 ° C., the solubility of lithium carbonate increases, and the recovery rate of lithium carbonate may decrease.
There is no restriction | limiting in particular as a heating means to heat the solution containing the said lithium ion and carbonate ion, According to the objective, it can select suitably, For example, a heater etc. are mentioned.
The cathode is integrated with a heating means, that is, by using a heater as a cathode, a concentration gradient and a temperature gradient can be produced in the vicinity of the cathode and the cathode, and lithium carbonate can be efficiently crystallized. Moreover, in order to make it easy to collect | recover the lithium carbonate crystallized in the cathode and the cathode vicinity, without dissolving again, you may provide a heater in the cathode lower part of a crystallization tank bottom face, and the cathode vicinity lower part.
Here, the vicinity of the cathode means a range up to a distance of 1 cm from the cathode.

<二酸化炭素供給工程及び二酸化炭素供給手段>
前記二酸化炭素供給工程は、前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液に二酸化炭素を供給する工程であり、二酸化炭素供給手段により実施される。
<Carbon dioxide supply process and carbon dioxide supply means>
The carbon dioxide supply step is a step of supplying carbon dioxide to the solution containing the lithium ions and carbonate ions, and is performed by carbon dioxide supply means.

前記少なくともリチウムイオンを含有する溶液中に、二酸化炭素を供給する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宣選択することができ、例えば、晶析槽内に炭酸ガスを吹き込むことにより二酸化炭素を供給する方法、溶液中に炭酸塩を投入して発生する炭酸ガスにより、二酸化炭素を供給する方法がある。
前記二酸化炭素の供給は、通電前、通電と同時、又は通電直後(リチウム濃度勾配が維持されている間)に行うことができるが、通電を停止してから二酸化炭素を吹き込む操作を行うことを繰返してもよい。通電を停止して二酸化炭素を吹き込む場合は、少なくともリチウムイオンを含有する溶液の濃度勾配が維持されている間に二酸化炭素の吹き込み操作を行うことが好ましい。
また、前記二酸化炭素の供給は、炭酸リチウムの精製効率を高める観点から陰極及び陰極近傍で行うことが好ましい。
ここで、前記陰極近傍とは、陰極から1cmの距離までの範囲を意味する。
なお、リチウムイオンと炭酸イオンの反応効率を向上させるため、前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を攪拌機を用いて攪拌すること、ポンプにより槽内の溶液を循環させることが好ましい。
The method for supplying carbon dioxide into the solution containing at least lithium ions is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, by blowing carbon dioxide into a crystallization tank. There are a method of supplying carbon dioxide and a method of supplying carbon dioxide by carbon dioxide generated by introducing carbonate into the solution.
The carbon dioxide can be supplied before energization, at the same time as energization, or immediately after energization (while the lithium concentration gradient is maintained). It may be repeated. In the case where carbon dioxide is blown after the energization is stopped, it is preferable to perform the blowing operation of carbon dioxide while the concentration gradient of the solution containing at least lithium ions is maintained.
The carbon dioxide is preferably supplied near the cathode and in the vicinity of the cathode from the viewpoint of increasing the purification efficiency of lithium carbonate.
Here, the vicinity of the cathode means a range up to a distance of 1 cm from the cathode.
In order to improve the reaction efficiency between lithium ions and carbonate ions, it is preferable to stir the solution containing the lithium ions and carbonate ions using a stirrer and to circulate the solution in the tank using a pump.

前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を通電して、炭酸リチウムを析出させる工程における溶液のpHは、5〜13が好ましく、6〜10がより好ましい。前記pHが、5未満であると、炭酸塩の使用量及び炭酸ガスの吹き込み量が過剰である可能性があり、経済的でない。一方、前記pHが13を超えると、炭酸塩の使用量及び炭酸ガスの吹き込み量が不足していることがあり、収率が低下することがある。   5-13 are preferable and 6-10 are more preferable as for the pH of the solution in the process which energizes the solution containing the said lithium ion and carbonate ion and precipitates lithium carbonate. If the pH is less than 5, the amount of carbonate used and the amount of carbon dioxide blown may be excessive, which is not economical. On the other hand, if the pH exceeds 13, the amount of carbonate used and the amount of carbon dioxide blown may be insufficient, and the yield may decrease.

<その他の工程及びその他の手段>
前記陰極及び陰極近傍に析出した炭酸リチウムを固液分離する分離手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ろ過、遠心分離、シックナーなどが挙げられる。
なお、前記陰極が、晶析槽の内壁である場合には、陰極に析出した炭酸リチウムを掻き取る掻取部材を有することが好ましい。前記掻取部材としては、例えば、スクレーパー、などが挙げられる。
<Other processes and other means>
Separation means for solid-liquid separation of the cathode and lithium carbonate deposited in the vicinity of the cathode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include filtration, centrifugation and thickener.
In addition, when the said cathode is an inner wall of a crystallization tank, it is preferable to have a scraping member which scrapes off the lithium carbonate deposited on the cathode. Examples of the scraping member include a scraper.

ここで、図1A及び図1Bは、本発明の炭酸リチウムの製造装置の一例を示す概略図である。この炭酸リチウムの製造装置は、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を貯留する晶析槽本体4と、晶析槽の中心部に位置する陽極1と、晶析槽内壁である陰極2と、リチウムイオンを含有する溶液を加熱する加熱手段3と、陽極1と陰極2間に通電する電源5と、晶析槽内壁である陰極2に析出した炭酸リチウムを掻き取るスクレーパー6とを備えている。なお、図示を省略しているが、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を冷却するクーラーを晶析槽内に設けている。
この炭酸リチウムの製造装置を用いた炭酸リチウムの製造方法は、まず、電源5を作動させ、陽極1と陰極2間に通電することにより、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液中のリチウムイオンが陰極2側に移動し、陰極近傍ではリチウムイオン濃度が上昇すると共に、加熱手段3によりリチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液が加熱され、炭酸リチウムの溶解度が低下するので、陰極及び陰極近傍に炭酸リチウムが析出する。その後、液温が一定となるように加熱手段5とクーラーで温度コントロールする。晶析槽内壁である陰極2に析出した炭酸リチウムは、掻取手段としてのスクレーパー6を回転させることで掻き取って回収することができる。
一方、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液中のフッ素、硫酸等の不純物は通電により陽極1側に移動するので、不純物を除去でき、炭酸リチウムの純度が向上する。
Here, FIG. 1A and FIG. 1B are schematic views showing an example of the lithium carbonate production apparatus of the present invention. The lithium carbonate production apparatus includes a crystallization tank body 4 that stores a solution containing lithium ions and carbonate ions, an anode 1 that is located in the center of the crystallization tank, a cathode 2 that is an inner wall of the crystallization tank, A heating means 3 for heating a solution containing lithium ions, a power source 5 for energizing between the anode 1 and the cathode 2, and a scraper 6 for scraping off lithium carbonate deposited on the cathode 2 which is the inner wall of the crystallization tank are provided. . In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the cooler which cools the solution containing lithium ion and carbonate ion is provided in the crystallization tank.
In the lithium carbonate manufacturing method using this lithium carbonate manufacturing apparatus, first, the power source 5 is operated and the anode 1 and the cathode 2 are energized, so that the lithium ions in the solution containing lithium ions and carbonate ions can be obtained. Since the lithium ion concentration increases in the vicinity of the cathode 2 and the solution containing lithium ions and carbonate ions is heated by the heating means 3 and the solubility of lithium carbonate decreases, the carbonic acid carbonate is present in the vicinity of the cathode and the cathode. Lithium is deposited. Thereafter, the temperature is controlled by the heating means 5 and the cooler so that the liquid temperature becomes constant. Lithium carbonate deposited on the cathode 2 which is the inner wall of the crystallization tank can be scraped and recovered by rotating a scraper 6 as scraping means.
On the other hand, since impurities such as fluorine and sulfuric acid in the solution containing lithium ions and carbonate ions move to the anode 1 side by energization, the impurities can be removed and the purity of lithium carbonate is improved.

本発明の炭酸リチウムの製造方法及び炭酸リチウムの製造装置によると、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液から高純度の炭酸リチウムを効率よく製造できる。特に、リチウムイオン二次電池の正極材料を含む焼成物からリチウムを浸出させた液を用いると、溶液中の不純物を分離しつつ、陰極側にリチウムイオンを濃縮でき、陰極及び陰極近傍で炭酸リチウムを晶析することにより、効率よく高純度の炭酸リチウムを製造することができ、リチウムイオン二次電池のリサイクルを図ることができる。   According to the method for producing lithium carbonate and the apparatus for producing lithium carbonate of the present invention, high-purity lithium carbonate can be efficiently produced from a solution containing lithium ions and carbonate ions. In particular, when a solution obtained by leaching lithium from a fired product containing a positive electrode material of a lithium ion secondary battery can be used, lithium ions can be concentrated on the cathode side while separating impurities in the solution, By crystallizing, high-purity lithium carbonate can be produced efficiently, and the lithium ion secondary battery can be recycled.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
<試薬を用いたリチウム含有溶液の調製>
蒸留水に水酸化リチウム一水和物(和光純薬工業株式会社製)をリチウム濃度が3,210mg/Lとなるように溶解させた溶液を作製した。
Example 1
<Preparation of lithium-containing solution using reagent>
A solution was prepared by dissolving lithium hydroxide monohydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in distilled water so that the lithium concentration was 3,210 mg / L.

<溶液中のリチウムの分析>
溶液中のリチウム濃度については、高周波プラズマ発光分光分析装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製、iCAP−6300)により分析し、リチウム濃度を算出した。
<Analysis of lithium in solution>
The lithium concentration in the solution was analyzed by a high-frequency plasma emission spectroscopic analyzer (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., iCAP-6300), and the lithium concentration was calculated.

<溶液中のフッ素及び硫酸の分析>
溶液中のフッ素及び硫酸濃度については、イオンクロマトグラフィー(ダイオネクス社製)により分析し、濃度を算出した。
<Analysis of fluorine and sulfuric acid in solution>
The fluorine and sulfuric acid concentrations in the solution were analyzed by ion chromatography (manufactured by Dionex), and the concentrations were calculated.

陽極と陰極を配置した晶析槽内に1.75Lの上記試薬を用いたリチウム含有液を注入し、炭酸ガスを0.4l/分にてpHが8.5になるまで曝気した。その後、炭酸ガスの通気を止め、加熱を開始した。液温が50℃を超えたところで、陽極と陰極間に10Aの電流を流し、通電を開始した。この時の電極間の距離は5cm、電流密度は33.3A/dm、電圧は8Vであった。なお、陽極には酸化チタンに白金をコーティングした電極を、陰極には市販のチタン製の水加熱用ヒーター(GTNH−1105、泉電熱株式会社製、100V、500W)を用い、陰極と加熱用ヒーターは両用とした。水冷却用クーラーも晶析槽内に設けた。
液温が85℃で一定となるように前記ヒーターとクーラーで温度コントロールし、加熱開始から90分間経過後に、得られた炭酸リチウムを固液分離した。晶析を終了し、固液分離後のろ液のリチウム濃度を測定したところ、1,652mg/Lであった。この晶析操作による炭酸リチウムの収率(リチウム換算)は、元のリチウム含有液のリチウム濃度(3,210mg/L)とろ液のリチウム濃度の差から計算したところ、48.5%であった。加温開始以降の時間経過に伴う溶液中のリチウムイオン濃度の推移及び炭酸リチウムの収率(リチウム換算)を表1に示す。また、時間経過に伴う液中のリチウム濃度推移を図2に示す。
また、この工程の通電操作における消費電力は、電流10A、電圧8Vにて80分間通電したことより、107Whであった。
A lithium-containing liquid using 1.75 L of the above reagent was poured into a crystallization tank in which an anode and a cathode were arranged, and carbon dioxide gas was aerated at 0.4 l / min until the pH reached 8.5. Thereafter, the ventilation of carbon dioxide gas was stopped and heating was started. When the liquid temperature exceeded 50 ° C., a current of 10 A was passed between the anode and the cathode to start energization. The distance between the electrodes at this time was 5 cm, the current density was 33.3 A / dm 2 , and the voltage was 8V. In addition, an electrode obtained by coating platinum on titanium oxide is used for the anode, and a commercially available titanium water heater (GTNH-1105, manufactured by Izumi Denki Co., Ltd., 100 V, 500 W) is used for the cathode. Was used for both purposes. A water cooling cooler was also provided in the crystallization tank.
The temperature was controlled with the heater and cooler so that the liquid temperature was kept constant at 85 ° C., and after 90 minutes had elapsed from the start of heating, the obtained lithium carbonate was subjected to solid-liquid separation. When crystallization was completed and the lithium concentration of the filtrate after solid-liquid separation was measured, it was 1,652 mg / L. The yield of lithium carbonate (in terms of lithium) by this crystallization operation was 48.5% when calculated from the difference between the lithium concentration (3,210 mg / L) of the original lithium-containing liquid and the lithium concentration of the filtrate. . Table 1 shows the transition of the lithium ion concentration in the solution with the passage of time after the start of heating and the yield of lithium carbonate (in terms of lithium). Moreover, the lithium concentration transition in the liquid over time is shown in FIG.
Moreover, the power consumption in the energization operation in this step was 107 Wh because the current was energized for 80 minutes at a current of 10 A and a voltage of 8 V.

(実施例2)
電流を0.5A、電流密度を1.67A/dmとした以外は、実施例1と同様の操作で炭酸リチウムを得た。この晶析操作による炭酸リチウムの収率(リチウム換算)は、元のリチウム含有液のリチウム濃度(3,210mg/L)とろ液のリチウム濃度の差から計算したところ、36.7%であった。加温開始以降の時間経過に伴う溶液中のリチウムイオン濃度の推移及び炭酸リチウムの収率(リチウム換算)を表1に示す。
また、この工程の通電操作における消費電力は、電流0.5A、電圧3Vにて80分間通電したことより、2Whであった。
(Example 2)
Lithium carbonate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the current was 0.5 A and the current density was 1.67 A / dm 2 . The yield of lithium carbonate (in terms of lithium) by this crystallization operation was 36.7% as calculated from the difference between the lithium concentration of the original lithium-containing liquid (3,210 mg / L) and the lithium concentration of the filtrate. . Table 1 shows the transition of the lithium ion concentration in the solution with the passage of time after the start of heating and the yield of lithium carbonate (in terms of lithium).
Moreover, the power consumption in the energization operation in this step was 2 Wh because the current was energized for 80 minutes at a current of 0.5 A and a voltage of 3 V.

(比較例1)
実施例1において、晶析槽内に電極を設けず陰極の代わりに加熱ヒーターのみを用い、通電を行わなかった以外は、実施例1と同様の条件で晶析を行った。その結果を表1及び図2に示す。晶析を終了し、固液分離後のろ液のリチウム濃度を測定したところ、2,531mg/Lであった。この晶析操作による炭酸リチウムの収率(リチウム換算)は、元のリチウム含有液のリチウム濃度(3,210mg/L)とろ液のリチウム濃度の差から計算したところ、21.2%であった。
比較例1では収率が低いことから、実施例1と同様の収率を得るためには1.5倍に濃縮する必要があった。これについて加熱による濃縮を行ったところ、1.5倍濃縮するのに500Wのヒーターにて比較例1の90分間の反応時間に加えて、更に60分間かかったため、消費電力は500Whであった。このことより、通電しながら晶析する実施例1の方が、比較例1の通常の濃縮晶析よりもコスト面が極めて有利となることが確認できた。
(Comparative Example 1)
In Example 1, crystallization was performed under the same conditions as in Example 1 except that no electrode was provided in the crystallization tank, only a heater was used instead of the cathode, and no energization was performed. The results are shown in Table 1 and FIG. When crystallization was completed and the lithium concentration of the filtrate after solid-liquid separation was measured, it was 2,531 mg / L. The yield of lithium carbonate (in terms of lithium) by this crystallization operation was 21.2% as calculated from the difference in lithium concentration (3,210 mg / L) of the original lithium-containing liquid and the lithium concentration of the filtrate. .
Since the yield in Comparative Example 1 was low, in order to obtain the same yield as in Example 1, it was necessary to concentrate 1.5 times. When this was concentrated by heating, it took another 60 minutes in addition to the reaction time of 90 minutes of Comparative Example 1 with a 500 W heater to concentrate 1.5 times, and the power consumption was 500 Wh. From this, it was confirmed that Example 1 crystallizing while energizing was extremely advantageous in terms of cost compared to the normal concentrated crystallization of Comparative Example 1.

(実施例3)
<リサイクル原料としてのリチウムイオン二次電池の正極材料の分離>
市販の使用済みのパソコン用リチウムイオン二次電池(正極がコバルト、マンガン、ニッケルの酸化物からなる三元系正極材料、負極に黒鉛を使用)を、700℃、空気雰囲気で一時間焼成し、得られた焼成物をハンマークラッシャーで破砕した。破砕物を試験用篩にて篩分けを行い。篩目開き1mm以下の正極材料粉を得た。焼成はボックス炉(KOYO LINDBERG社製)にて行った。
(Example 3)
<Separation of positive electrode materials for lithium ion secondary batteries as recycled materials>
A commercially available lithium-ion secondary battery for personal computers (a positive electrode is made of a ternary positive electrode material made of cobalt, manganese, nickel oxide, and a negative electrode is made of graphite) is fired at 700 ° C. in an air atmosphere for 1 hour. The obtained fired product was crushed with a hammer crusher. The crushed material is screened with a test sieve. A positive electrode material powder having a sieve opening of 1 mm or less was obtained. Firing was performed in a box furnace (manufactured by KOYO LINDBERG).

<リサイクル原料を用いたリチウム溶解液の作製>
得られた正極材料30kgを100Lの水に浸漬させ、リチウムイオンが溶解した溶液を得た。溶解液の組成を表2に示す。
<Preparation of lithium solution using recycled materials>
30 kg of the obtained positive electrode material was immersed in 100 L of water to obtain a solution in which lithium ions were dissolved. The composition of the solution is shown in Table 2.

上記リサイクル原料(使用済みのリチウムイオン二次電池)を用いて作製したリチウム溶解液(表2に組成を示す)を用いて晶析を行い、ヒーターとクーラーにより液温を80℃にコントロールした以外は、実施例1と同様にして、晶析を行った。
加熱開始から60分間経過後に、晶析を終了し、固液分離後のろ液のリチウム濃度を測定したところ、2,308mg/Lであった。この晶析操作による炭酸リチウムの収率(リチウム換算)は、元のリチウム含有液のリチウム濃度(2,909mg/L)と、ろ液のリチウム濃度の差から計算したところ、20.7%であった。加温開始以降の時間経過に伴う溶液中のリチウ加温開始以降の時間経過に伴う溶液中のリチウムイオン濃度の推移、及び炭酸リチウムの収率を表3に示す。また、時間経過に伴う液中のリチウム濃度推移を図3に示す。また、得られた炭酸リチウム中の不純物濃度を測定したところ、フッ素含有量が0.21質量%、硫酸が0.17質量%であった。結果を表4に示す。
Crystallization was carried out using a lithium solution (composition shown in Table 2) prepared using the above-mentioned recycled raw material (used lithium ion secondary battery), and the liquid temperature was controlled at 80 ° C. with a heater and a cooler. Was crystallized in the same manner as in Example 1.
After 60 minutes from the start of heating, crystallization was completed, and the lithium concentration of the filtrate after solid-liquid separation was measured and found to be 2,308 mg / L. The yield of lithium carbonate (in terms of lithium) by this crystallization operation was calculated from the difference between the lithium concentration (2,909 mg / L) of the original lithium-containing liquid and the lithium concentration of the filtrate, and was 20.7%. there were. Table 3 shows the transition of the lithium ion concentration in the solution with the passage of time after the start of heating of Lithium in the solution with the passage of time after the start of heating, and the yield of lithium carbonate. Moreover, the lithium concentration transition in the liquid over time is shown in FIG. Moreover, when the impurity concentration in the obtained lithium carbonate was measured, the fluorine content was 0.21% by mass and the sulfuric acid was 0.17% by mass. The results are shown in Table 4.

(比較例2)
実施例3において、晶析槽内に電極を設けず陰極の代わりに加熱ヒーターのみを用い、通電を行わなかった以外は、実施例3と同様にして、炭酸リチウムを製造した。結果を表3と図3に示す。晶析を終了し、固液分離後のろ液のリチウム濃度を測定したとこころ、2,791mg/Lであった。この晶析処理による炭酸リチウムの収率(リチウム換算)は、元のリチウム含有液のリチウム濃度(2,909mg/L)とろ液のリチウム濃度の差から計算したところ、4.1%であった。また、得られた炭酸リチウム中の不純物濃度を測定したところ、フッ素含有量が0.25質量%、硫酸が0.4質量%であった。結果を表4に示す。
(Comparative Example 2)
In Example 3, lithium carbonate was produced in the same manner as in Example 3, except that no electrode was provided in the crystallization tank, only a heater was used instead of the cathode, and no energization was performed. The results are shown in Table 3 and FIG. When the crystallization was completed and the lithium concentration of the filtrate after solid-liquid separation was measured, it was 2,791 mg / L. The yield of lithium carbonate (in terms of lithium) by this crystallization treatment was 4.1% as calculated from the difference between the lithium concentration of the original lithium-containing liquid (2,909 mg / L) and the lithium concentration of the filtrate. . Moreover, when the impurity concentration in the obtained lithium carbonate was measured, fluorine content was 0.25 mass% and sulfuric acid was 0.4 mass%. The results are shown in Table 4.

表3、図3、及び表4の結果から、使用済みのリチウムイオン二次電池の焼成物から浸出したリチウム浸出液においても、実施例3の方が炭酸リチウムの収率が高いことが分かった。また、実施例1と比較して実施例3の収率が低いのは、液温の差と不純物濃度の差によるものと考えられる。
また、実施例3で得られた炭酸リチウムの不純物であるフッ素含有量及び硫酸含有量が比較例2と比較して低いことが確認された。これは、通電して晶析する実施例3では、不純物であるフッ素及び硫酸は陽極近傍に泳動され、陰極近傍の濃度が下がることによるものと考えられる。このように、本発明によれば、炭酸リチウムの収率を向上させるだけでなく、廃リチウムイオン二次電池からのリチウムリサイクルに適用した場合には、不純物濃度を低減できることが分かった。
From the results of Table 3, FIG. 3, and Table 4, it was found that the lithium carbonate yield of Example 3 was higher in the lithium leaching solution leached from the fired product of the used lithium ion secondary battery. In addition, the lower yield of Example 3 compared to Example 1 is considered to be due to the difference in liquid temperature and the difference in impurity concentration.
Moreover, it was confirmed that the fluorine content and sulfuric acid content, which are impurities of the lithium carbonate obtained in Example 3, were lower than those in Comparative Example 2. This is considered to be due to the fact that in Example 3 where crystallization is performed by energization, impurities such as fluorine and sulfuric acid migrate near the anode and the concentration near the cathode decreases. Thus, according to the present invention, it has been found that not only the yield of lithium carbonate is improved, but also the impurity concentration can be reduced when applied to lithium recycling from a waste lithium ion secondary battery.

本発明の炭酸リチウムの製造方法及び炭酸リチウムの製造装置は、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液から高純度の炭酸リチウムを効率よく製造でき、特に、リチウムイオン二次電池の正極材料を含む焼成物を水に浸出させて得たリチウムと、フッ素、硫酸等の不純物を含有する溶液から、炭酸リチウムを高収率かつ高純度で製造でき、リチウムイオン二次電池の再利用を図ることができる。   The method for producing lithium carbonate and the apparatus for producing lithium carbonate of the present invention can efficiently produce high purity lithium carbonate from a solution containing lithium ions and carbonate ions, and in particular, firing including a positive electrode material of a lithium ion secondary battery. Lithium carbonate can be produced in high yield and purity from lithium obtained by leaching an object into water and a solution containing impurities such as fluorine and sulfuric acid, and the lithium ion secondary battery can be reused. .

1 陽極
2 陰極(晶析槽内壁)
3 加熱手段
4 晶析槽本体
5 電源
6 スクレーパー
1 Anode 2 Cathode (Inner Crystal Wall)
3 Heating means 4 Crystallization tank body 5 Power supply 6 Scraper

Claims (14)

陽極及び陰極を配した晶析槽内に、リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を貯留し、前記リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を通電して前記陰極及びその近傍に炭酸リチウムを析出させる通電工程を含むことを特徴とする炭酸リチウムの製造方法。   A solution containing lithium ions and carbonate ions is stored in a crystallization tank provided with an anode and a cathode, and a solution containing lithium ions and carbonate ions is energized to deposit lithium carbonate at and near the cathode. The manufacturing method of lithium carbonate characterized by including an electricity supply process. 通電を電流密度0.5A/dm〜50A/dmで行う請求項1に記載の炭酸リチウムの製造方法。 The method for producing lithium carbonate according to claim 1, wherein energization is performed at a current density of 0.5 A / dm 2 to 50 A / dm 2 . リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を加熱する請求項1から2のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造方法。   The method for producing lithium carbonate according to claim 1, wherein a solution containing lithium ions and carbonate ions is heated. 加熱を70℃以上の温度で行う請求項3に記載の炭酸リチウムの製造方法。   The method for producing lithium carbonate according to claim 3, wherein the heating is performed at a temperature of 70 ° C. or higher. 少なくともリチウムイオンを含有する溶液に二酸化炭素を供給してリチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を得る請求項1から4のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造方法。   The method for producing lithium carbonate according to claim 1, wherein carbon dioxide is supplied to a solution containing at least lithium ions to obtain a solution containing lithium ions and carbonate ions. 少なくともリチウムイオンを含有する溶液が、廃リチウムイオン二次電池を焼成し、水にリチウムを浸出させた液である請求項5に記載の炭酸リチウムの製造方法。   The method for producing lithium carbonate according to claim 5, wherein the solution containing at least lithium ions is a liquid obtained by calcining a waste lithium ion secondary battery and leaching lithium into water. 析出した炭酸リチウムを固液分離する請求項1から6のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造方法。   The method for producing lithium carbonate according to claim 1, wherein the precipitated lithium carbonate is subjected to solid-liquid separation. 陽極及び陰極と、
前記陽極及び前記陰極を配した晶析槽と、
前記晶析槽内に貯留したリチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液に通電して、前記陰極及びその近傍に炭酸リチウムを析出させる通電手段と、
を有することを特徴とする炭酸リチウムの製造装置。
An anode and a cathode ;
A crystallization tank provided with the anode and the cathode ;
Energizing a solution containing lithium ions and carbonate ions stored in the crystallization tank, and energizing means for depositing lithium carbonate in the cathode and the vicinity thereof ;
An apparatus for producing lithium carbonate, comprising:
リチウムイオン及び炭酸イオンを含有する溶液を加熱する加熱手段を有する請求項8に記載の炭酸リチウムの製造装置。   The apparatus for producing lithium carbonate according to claim 8, further comprising a heating unit that heats a solution containing lithium ions and carbonate ions. 陰極が加熱手段と一体化している請求項9に記載の炭酸リチウムの製造装置。   The lithium carbonate manufacturing apparatus according to claim 9, wherein the cathode is integrated with the heating means. 少なくともリチウムイオンを含有する溶液に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段を有する請求項8から10のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造装置。   The apparatus for producing lithium carbonate according to any one of claims 8 to 10, further comprising carbon dioxide supply means for supplying carbon dioxide to a solution containing at least lithium ions. 陰極が、晶析槽の内壁である請求項8から11のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造装置。   The apparatus for producing lithium carbonate according to claim 8, wherein the cathode is an inner wall of a crystallization tank. 陰極及び陰極近傍に析出した炭酸リチウムを固液分離する分離手段を有する請求項8から12のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造装置。   The apparatus for producing lithium carbonate according to any one of claims 8 to 12, further comprising a separation means for solid-liquid separation of the lithium carbonate deposited in the vicinity of the cathode and the cathode. 少なくともリチウムイオンを含有する溶液が、廃リチウムイオン二次電池を焼成し、水にリチウムを浸出させた液である請求項11から13のいずれかに記載の炭酸リチウムの製造装置。   The lithium carbonate production apparatus according to any one of claims 11 to 13, wherein the solution containing at least lithium ions is a liquid obtained by firing a waste lithium ion secondary battery and leaching lithium into water.
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