JP6146377B2 - リン及び/又はフッ素の除去方法、並びに、有価金属の回収方法 - Google Patents
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Description
1.本発明の概要
2.廃電池解体物の作製工程
3.調合工程
4.浸出工程
5.中和工程
6.再溶解工程
7.ニッケル・コバルト回収工程
8.リチウム回収工程
9.排水処理工程
10.まとめ
本発明は、リン及び/又はフッ素の除去方法、並びに、その除去方法を適用した廃リチウムイオン電池に含まれる有価金属を湿式処理法により回収する方法である。より詳細には、リン及び/又はフッ素の除去方法は、廃リチウムイオン電池の解体物に含まれる有価金属を回収するに際し、不要となるリン及び/又はフッ素を除去する方法である。リン及び/又はフッ素の除去方法では、排水処理を要するリンとフッ素を効率的に固定化し、排水処理工程で消費する薬剤の量を低減することができる。
まず、有価金属の回収方法では、廃リチウムイオン電池を加熱又は洗浄して、廃リチウムイオン電池に含まれる電解液を除去する。ただし、有価金属の回収方法では、充電された状態の廃リチウムイオン電池を加熱又は洗浄することは危険であるから、加熱又は洗浄に先立って、廃リチウムイオン電池を放電させることにより、無害化しておくことが望ましい。
次に、図1に示す通り、有価金属の回収方法では、廃リチウムイオン電池から分離解体した廃電池解体物に含まれる所定の元素が、所定の割合となるように調合することで調合解体物を得る(調合工程S11)。ここで、廃電池解体物に含まれる所定の元素とは、アルミニウム、リン及びフッ素である。即ち、調合解体物とは、廃電池解体物に含まれるアルミニウム、リン及びフッ素が所定の割合になるように選別した、複数の廃電池解体物の集合体を意味する。
→ 2AlPO4↓+3Na2SO4+6H2O ・・・(1)
→ 2Na(x−3)AlFx↓+3Na2SO4+2xH2O・・・(2)
(ただし、式(2)中のxは、3≦x≦6である。)
次に、図1に示す通り、有価金属の回収方法では、調合工程S11で得られた調合解体物を酸性溶液に浸漬して、浸出液と浸出残渣とを得る(浸出工程S12)。具体的に、この浸出反応は、以下の反応式(3)に示すようにして進行する。なお、ここでは、正極活物質をLiNiO2として示すが、これに限られるものではない。
→ 3Li2SO4+6NiSO4+Al2(SO4)3+12H2O ・・・(3)
次に、図1に示す通り、有価金属の回収方法では、浸出工程S12で得られた浸出液に中和剤を添加して中和し、不要なリンやフッ素を中和澱物として分離除去して中和液を得る(中和工程S13)。より詳細には、中和工程S13では、浸出液に中和剤を添加すると、浸出液中に、リンやフッ素を含んだアルミニウムや銅の沈澱物が形成され、その沈澱物の形成が完了した後に固液分離する。中和工程S13においては、分離された液体成分が、リチウム、ニッケル、コバルト等の有価金属が含まれる中和液であり、固体成分が、リンやフッ素を含んだアルミニウムや銅の中和澱物である。詳細は後述するが、中和工程S13では、中和澱物として、アルミニウムとリンを含む沈澱物、アルミニウムとフッ素を含む沈澱物、銅を含む沈澱物等が得られる。
→ 2Al(OH)3↓+3Na2SO4 ・・・(4)
2H3PO4+Al2(SO4)3+6NaOH
→ 2AlPO4↓+3Na2SO4+6H2O ・・・(5)
2xHF+Al2(SO4)3+2xNaOH
→ 2Na(x−3)AlFx↓+3Na2SO4+2xH2O・・・(6)
(ただし、式(6)中のxは、3≦x≦6である。)
次に、図1に示す通り、有価金属の回収方法では、中和工程S13で得られた中和澱物に酸性溶液を添加し、中和澱物に混入していたニッケル、コバルト等の有価金属を選択的に再溶解液として分離回収して、不要成分を含む再溶解残渣を得る(再溶解工程S14)。再溶解工程S14では、具体的な有価金属の酸性溶液への溶解反応は、以下の式(7)に示すようにして進行する。
次に、図1に示す通り、有価金属の回収方法では、中和工程S13で得られた中和液から硫化澱物として分離回収して硫化液を得る(ニッケル・コバルト回収工程S15)。より詳細には、ニッケル・コバルト回収工程S15では、中和工程S13で得られた中和液に、硫化剤を添加しながら更に中和剤を添加し、そのpHを2.0〜4.0に調整して、ニッケルやコバルトを含む硫化澱物、及びリチウムを含む硫化液を得る。
Ni2++Na2S → NiS+2Na+ ・・・(9)
次に、図1に示す通り、有価金属の回収方法では、ニッケル・コバルト回収工程S15で得られた硫化液中のリチウムを溶媒抽出と逆抽出により濃縮した後に、そのリチウムを炭酸リチウムの固体として分離回収する(リチウム回収工程S16)。
次に、図1に示す通り、有価金属の回収方法では、リチウム回収工程S16によりリチウムを抽出した後の終液を処理する(排水処理工程S17)。より詳細には、排水処理工程S17では、ニッケル・コバルト回収工程S15で得られた硫化液からリチウムを抽出した終液を通常の方法で処理することができる。また、排水処理工程S17では、リチウム回収工程S16を経由しない場合には、ニッケル・コバルト回収工程S15で得られた硫化液を通常の方法で処理することができる。
上述の説明の通り、リン及び/又はフッ素の除去方法を適用した有価金属の回収方法は、図1に示すように、廃電池解体物を酸性溶液に浸漬して浸出液を得る浸出工程S12と、浸出液を中和しアルミニウムと共にリン及び/又はフッ素を中和澱物として分離除去して中和液を得る中和工程S13と、酸性溶液を添加して中和澱物から有価金属を再溶解液として分離回収する再溶解工程S14と、中和液から有価金属を分離回収するニッケル・コバルト回収工程S15とを有している。
実施例1では、廃リチウムイオン電池を電解液がなくなるまで加熱処理した後に破砕して篩い分けを行い、正極基板から分離したニッケル酸リチウムやコバルト酸リチウム等の正極活物質、負極基板から分離した黒鉛等の負極活物質、アルミニウム箔である正極基板、銅箔である負極基板、ポリプロピレンの多孔質フィルム等の樹脂フィルムからなるセパレータ部分等を回収して原料とした。
比較例1では、図2に示すように、浸出工程S21を経て中和工程S22において、実施例1と同様にして中和澱物及び中和液を得た。なお、比較例1では、浸出工程S21で得られた浸出液に含まれるニッケル、リン、フッ素、及びアルミニウムの含有量は、実施例1の浸出工程S12で得られた浸出液に含まれる各物質の含有量と同一である。また、比較例1では、中和工程S22で得られた中和液及び中和澱物に含まれる各物質の含有量は、実施例1の中和工程S13で得られた中和液及び中和澱物に含まれる各物質の含有量と同一である。
比較例2では、図3に示すように、浸出工程S31において、実施例1と同様にして浸出液を得た。なお、比較例2では、浸出工程S31で得られた浸出液に含まれるニッケル、リン、フッ素、及びアルミニウムの含有量は、実施例1の浸出工程S12で得られた浸出液に含まれる各物質の含有量と同一である。なお、比較例2では、後述するニッケル・コバルト回収工程S32において、浸出工程S31で得られた浸出液からニッケルを回収するので、ニッケル・コバルト回収工程S32で回収できるニッケル量は、浸出工程S31で得られた浸出液中のニッケル量に対して100%であった。
Claims (11)
- 廃リチウムイオン電池の解体物に含まれる有価金属を回収する際にリン及び/又はフッ素を除去するリン及び/又はフッ素の除去方法において、
上記解体物に含まれる少なくとも有価金属、アルミニウム、リン及び/又はフッ素が浸出した浸出液を中和して、リン及び/又はフッ素を含むアルミニウムの中和澱物を得る中和工程と、
上記中和澱物に混入した有価金属を、酸性溶液を用いて再溶解して該中和澱物から分離する再溶解工程とを有することを特徴とするリン及び/又はフッ素の除去方法。 - 上記中和工程では、上記浸出液をpH3.0〜pH5.5で中和し、
上記再溶解工程では、有価金属がpH2.0〜pH5.0の液に分離されることを特徴とする請求項1に記載のリン及び/又はフッ素の除去方法。 - 上記解体物は、アルミニウム、リン及びフッ素が所定の割合となるように調合されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリン及び/又はフッ素の除去方法。
- リンの物質量(モル数)がアルミニウムの物質量(モル数)以下、且つフッ素の物質量(モル数)がアルミニウムの物質量(モル数)の6倍以下であることを特徴とする請求項3に記載のリン及び/又はフッ素の除去方法。
- 廃リチウムイオン電池の解体物に含まれる有価金属を回収する有価金属の回収方法において、
上記解体物に含まれる少なくとも有価金属、アルミニウム、リン及び/又はフッ素を浸出して浸出液を得る浸出工程と、
上記浸出工程で得られた浸出液を中和して、リン及び/又はフッ素を含むアルミニウムの中和澱物として分離し、有価金属を含む中和液を得る中和工程と、
上記中和澱物に混入した有価金属を、酸性溶液を用いて再溶解して該中和澱物から分離し、分離した有価金属を含む再溶解液を得る再溶解工程と、
上記中和液から上記有価金属を分離回収する回収工程と
を有することを特徴とする有価金属の回収方法。 - 上記再溶解液を上記浸出工程における酸性溶液として用いることを特徴とする請求項5に記載の有価金属の回収方法。
- 上記中和工程では、上記浸出液をpH3.0〜pH5.5で中和し、
上記再溶解工程では、有価金属がpH2.0〜pH5.0の液に分離されることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の有価金属の回収方法。 - 上記解体物は、アルミニウム、リン及びフッ素が所定の割合となるように調合されていることを特徴とする請求項5乃至請求項7の何れか1項に記載の有価金属の回収方法。
- リンの物質量(モル数)がアルミニウムの物質量(モル数)以下、且つフッ素の物質量(モル数)がアルミニウムの物質量(モル数)の6倍以下であることを特徴とする請求項8に記載の有価金属の回収方法。
- 上記浸出工程では、加熱した解体物を用いることを特徴とする請求項5乃至請求項9の何れか1項に記載の有価金属の回収方法。
- 上記浸出工程では、アルコール類又は水で洗浄した解体物を用いることを特徴とする請求項5乃至請求項9の何れか1項に記載の有価金属の回収方法。
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