JP6565591B2 - Calcium separation method - Google Patents

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Description

本発明は、カルシウムの分離方法に関し、より詳しくは、リチウムイオン電池、特にニッケル系又は三元系の正極材の原料として使用する、硫酸ニッケル及び硫酸コバルト混合水溶液から不純物であるカルシウムを分離する方法に関する。   The present invention relates to a method for separating calcium, and more particularly, a method for separating calcium as an impurity from a mixed aqueous solution of nickel sulfate and cobalt sulfate used as a raw material of a lithium ion battery, particularly a nickel-based or ternary positive electrode material. About.

二次電池であるリチウムイオン電池の正極材として、多種の正極材が開発されている。特に、近年では、従来使用されていたリチウム酸コバルトに代えて、三元系と呼ばれるニッケル・コバルト・マンガン(NCM)系正極材や、ニッケル系と呼ばれるニッケル・コバルト・アルミニウム(NCA)系等の正極材に注目が集まっている。   Various positive electrode materials have been developed as positive electrode materials for lithium ion batteries, which are secondary batteries. In particular, in recent years, nickel-cobalt-manganese (NCM) -based positive electrode material called ternary system, nickel-cobalt-aluminum (NCA) system called nickel-based material, etc. can be used instead of the conventionally used cobalt lithium acid. Attention has been focused on the positive electrode material.

上述のようなニッケルを含有する正極材は、例えば、ニッケル等の金属の塩を含有する溶液をアルカリで処理し、得られた金属水酸化物に焼成処理を施すことによって製造される。このような金属塩は、例えば、ニッケル酸化鉱石等を原料とするニッケル製錬工程で製造され、具体的には、塩化物(塩化ニッケル)、硫酸塩(硫酸ニッケル)等が挙げられる。なお、このうち、塩化物を用いた場合、塩化物を中和し得られた水酸化物を焼成する際に、残留した塩化物イオンが塩素ガスとなり、焼成炉を腐食損傷することがある。このため、一般的には、金属塩として硫酸塩を用いることが多い。   The positive electrode material containing nickel as described above is manufactured, for example, by treating a solution containing a metal salt such as nickel with an alkali and subjecting the obtained metal hydroxide to a firing treatment. Such a metal salt is produced, for example, in a nickel smelting process using nickel oxide ore or the like as a raw material, and specific examples include chloride (nickel chloride), sulfate (nickel sulfate) and the like. Of these, when chloride is used, when the hydroxide obtained by neutralizing the chloride is fired, the remaining chloride ions may become chlorine gas, which may cause corrosion damage to the firing furnace. For this reason, in general, sulfate is often used as the metal salt.

ここで、硫酸ニッケルは、ニッケル酸化鉱石から電気ニッケルを製錬する工程の副産物として得られる。しかしながら、ニッケル酸化鉱石には、コバルトも含まれることが多く、電気ニッケル中にコバルトも共析してしまうため、電気ニッケルの品質が低下し、一方で有価金属であるコバルトの回収ロスという側面も生じ得る。   Here, nickel sulfate is obtained as a by-product of the process of smelting electro nickel from nickel oxide ore. However, the nickel oxide ore often contains cobalt, and cobalt is also co-deposited in the electric nickel, so that the quality of the electric nickel is lowered, while the recovery loss of the valuable metal cobalt is also an aspect. Can occur.

このため、ニッケルとコバルトとは、製錬プロセスにおいて、溶媒抽出法等の湿式処理を用いて分離されるが、これらの金属は化学的性質が類似するため、それぞれの金属を分離することは容易でなく、多くのコストを要していた。   For this reason, nickel and cobalt are separated in the smelting process using a wet process such as a solvent extraction method, but these metals are similar in chemical properties, so it is easy to separate each metal. It was rather expensive.

ところで、NCM系正極材やNCA系正極材等の正極材は、ニッケル及びコバルトを含む複合金属酸化物からなるものである。つまり、ニッケル製錬の面では不純物となるコバルトを含む硫酸ニッケルを、そのまま、NCM系正極材やNCA系正極材の製造原料として用いるのであれば、ニッケルとコバルトとを分離することを要さないため、コスト的に有利な材料となり得る。   Incidentally, positive electrode materials such as NCM-based positive electrode materials and NCA-based positive electrode materials are made of a composite metal oxide containing nickel and cobalt. In other words, if nickel sulfate containing cobalt as an impurity is used as it is as a raw material for producing an NCM-based positive electrode material or an NCA-based positive electrode material, it is not necessary to separate nickel and cobalt. Therefore, it can be a cost-effective material.

しかしながら、上述した硫酸ニッケルには、ニッケル酸化鉱石から電気ニッケルを製錬するプロセスにおいて添加する中和剤に由来するカルシウムや、原料のニッケル酸化鉱石自体に存在していたカルシウムが含まれることがある。そして、このようなカルシウムを含んだ硫酸ニッケルを原料として用いて、NCM系正極材やNCA系正極材の正極材を製造すると、電極中にカルシウムが不純物として含まれることとなり、これによってリチウムイオン電池の充放電容量等の電池特性が大幅に低下するおそれがある。したがって、コバルトを含む硫酸ニッケルを、NCM系正極材やNCA系正極材の製造原料として使用するためには、不純物であるカルシウムを効率的かつ簡易に除去することが重要とある。   However, the nickel sulfate described above may contain calcium derived from a neutralizing agent added in the process of smelting electric nickel from nickel oxide ore, or calcium present in the raw material nickel oxide ore itself. . Then, when such a nickel sulfate containing calcium is used as a raw material, when an NCM-type positive electrode material or a positive electrode material of an NCA-type positive electrode material is produced, calcium is contained in the electrode as an impurity, thereby a lithium ion battery. The battery characteristics such as the charge / discharge capacity may be significantly reduced. Therefore, in order to use nickel sulfate containing cobalt as a raw material for producing an NCM-based positive electrode material or an NCA-based positive electrode material, it is important to efficiently and easily remove calcium as an impurity.

このような不純物金属を除去するための公知の方法としては、沈殿法、セメンテーション法、晶析法、溶媒抽出法等の方法が挙げられる。   Known methods for removing such impurity metals include precipitation methods, cementation methods, crystallization methods, solvent extraction methods, and the like.

このうち、沈殿法は、除去すべき金属イオンを硫酸塩や水酸化物として沈殿させ、除去するものである。しかしながら、カルシウムイオンを硫酸塩として沈殿させることはできない。また、水酸化物として沈殿させる場合、ニッケルやコバルト等、回収すべき成分の共沈を防ぐ必要があるが、カルシウムが水酸化物として沈殿するための高pHのアルカリ条件下では、ニッケルやコバルトも水酸化物として沈殿してしまう。したがって、このような沈殿法によってカルシウムをニッケルやコバルトから分離することは困難である。   Among these, the precipitation method is to precipitate and remove metal ions to be removed as sulfates or hydroxides. However, calcium ions cannot be precipitated as sulfate. Moreover, in the case of precipitation as a hydroxide, it is necessary to prevent coprecipitation of components such as nickel and cobalt, but under high pH alkaline conditions for calcium to precipitate as a hydroxide, nickel or cobalt Will also precipitate as hydroxide. Therefore, it is difficult to separate calcium from nickel and cobalt by such a precipitation method.

また、セメンテーション法は、水溶液中に金属イオンが存在する場合に、イオンとして存在する金属よりも卑な酸化還元電位を持つ金属を添加すると、金属イオンと添加した金属との間で電子の授受が行われ、金属イオンがメタルに還元されて析出するとともに、添加した金属が酸化されてイオンとして溶解するという現象を利用した分離方法である。しかしながら、カルシウムの標準酸化還元電位は、水素の標準酸化還元電位よりも卑であるため、カルシウムよりも卑な酸化還元電位を添加したとしてもプロトンが還元されてしまい、カルシウムは還元されない。したがって、セメンテーション法によってもカルシウムを除去することはできない。   In addition, the cementation method adds and receives electrons between a metal ion and the added metal when a metal ion is present in the aqueous solution and a metal having a lower redox potential than the metal present as the ion is added. Is performed, and metal ions are reduced to metal and deposited, and the added metal is oxidized and dissolved as ions. However, since the standard oxidation-reduction potential of calcium is lower than the standard oxidation-reduction potential of hydrogen, even if a lower oxidation-reduction potential than calcium is added, protons are reduced and calcium is not reduced. Therefore, calcium cannot be removed even by the cementation method.

上述したような沈殿法やセメンテーション法が、水溶液中の除去対象金属を沈殿させて除去する方法であるのに対し、晶析法は、水溶液を加熱濃縮することによって硫酸ニッケルや硫酸コバルトの塩を析出させ、不純物を晶析母液に残して精製する方法である。しかしながら、この方法では、硫酸イオンを含有する溶液を用いるため、カルシウムが硫酸イオンと反応し、難水溶性の石膏(CaSO・2HO)を形成し得る。したがって、高回収率でニッケルやコバルトを回収することを目的として金属の濃縮度を高くすると、必然的にカルシウム濃度も高くなり、石膏が形成される可能性が高まる。一方で、石膏の形成を抑えようとすると、金属の濃縮度を高くすることができなくなり、ニッケルやコバルトを高い回収率で得ることができなくなる。また、この晶析法による方法では、濃縮のための加熱に要するコストも大きくなる。 While the precipitation method and cementation method as described above are methods for precipitating and removing the metal to be removed in the aqueous solution, the crystallization method is a salt of nickel sulfate or cobalt sulfate by heating and concentrating the aqueous solution. Is purified, leaving impurities in the crystallization mother liquor. However, in this method, since a solution containing sulfate ions is used, calcium can react with sulfate ions to form poorly water-soluble gypsum (CaSO 4 .2H 2 O). Therefore, when the metal concentration is increased for the purpose of recovering nickel or cobalt at a high recovery rate, the calcium concentration is inevitably increased, and the possibility that gypsum is formed increases. On the other hand, if the formation of gypsum is to be suppressed, the metal concentration cannot be increased, and nickel and cobalt cannot be obtained at a high recovery rate. In addition, in the method using this crystallization method, the cost required for heating for concentration also increases.

一方で、溶媒抽出法は、不純物を有機溶媒に抽出して除去する方法であり、抽出剤と抽出条件とを適切に設定することによって、不純物を選択的に除去することが可能である。溶媒抽出法を用いて硫酸ニッケル水溶液からカルシウムを除去する方法として、例えば特許文献1には、アルキルリン酸エステルを抽出剤として用いて、ニッケルの電解液に溶解するカルシウムを除去する方法が提案されている。具体的には、アルキルリン酸エステルを抽出剤として、抽出時のニッケル溶液のpHを1.5以上5.0以下に調整することにより、当該溶液から不純物であるカルシウムの抽出、除去を行うというものである。特に、抽出時の溶液のpHを4.0にすることで、硫酸ニッケル溶液中のカルシウムの含有量を50mg/l以下に低減できるとしている。   On the other hand, the solvent extraction method is a method of removing impurities by extracting them into an organic solvent, and the impurities can be selectively removed by appropriately setting the extraction agent and the extraction conditions. As a method for removing calcium from an aqueous nickel sulfate solution using a solvent extraction method, for example, Patent Document 1 proposes a method for removing calcium dissolved in a nickel electrolyte solution using an alkyl phosphate ester as an extractant. ing. Specifically, the extraction of calcium, which is an impurity, is performed from the solution by adjusting the pH of the nickel solution during extraction to 1.5 or more and 5.0 or less using an alkyl phosphate ester as an extractant. Is. In particular, by setting the pH of the solution at the time of extraction to 4.0, the calcium content in the nickel sulfate solution can be reduced to 50 mg / l or less.

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、溶液のpHを、硫酸ニッケル溶液中のカルシウムの含有量が低減される4.0付近に調整してしまうと、希少金属であるコバルトも同時に抽出除去されてしまうため、コバルトを有効に利用することができない。つまり、例えばNCM系正極材やNCA系正極材等の正極材を製造するにあたっては、別途コバルトの供給原料を用意しなければならず、製造コストを高めてしまう。   However, in the method described in Patent Document 1, if the pH of the solution is adjusted to around 4.0 where the content of calcium in the nickel sulfate solution is reduced, cobalt which is a rare metal is also extracted and removed at the same time. Therefore, cobalt cannot be used effectively. In other words, for example, when manufacturing a positive electrode material such as an NCM-based positive electrode material or an NCA-based positive electrode material, a cobalt feedstock must be prepared separately, which increases the manufacturing cost.

特開2012−072482号公報JP2012-072482A

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、例えば、NCM系正極材やNCA系正極材等の原料となる、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液から、カルシウムのみを効率的かつ簡易に分離する方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of such circumstances. For example, from a sulfuric acid solution containing nickel, cobalt, and calcium, which is a raw material for an NCM-based positive electrode material, an NCA-based positive electrode material, and the like, only calcium is used. It is intended to provide a method for efficiently and easily separating the components.

本発明者らは、上述の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、硫酸酸性溶液のpHを所定の範囲に調整した後、アルキルホスホン酸エステルを含む有機溶媒を接触させ、この有機溶媒中にカルシウムを抽出することで、上述の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のようなものを提供する。   As a result of intensive research to achieve the above-mentioned object, the present inventors adjusted the pH of the sulfuric acid acidic solution to a predetermined range, and then contacted an organic solvent containing an alkylphosphonic acid ester. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by extracting calcium therein, and the present invention has been completed. Specifically, the present invention provides the following.

(1)本発明は、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液からカルシウムを分離するカルシウムの分離方法であって、前記硫酸酸性溶液のpHを2.5以上3.5以下に調整するpH調整工程と、pHを調整した前記硫酸酸性溶液にアルキルホスホン酸エステルを含む有機溶媒を接触させ、該有機溶媒にカルシウムを抽出するカルシウム抽出工程とを含む、カルシウムの分離方法である。   (1) The present invention is a calcium separation method for separating calcium from a sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt and calcium, and the pH of the sulfuric acid acidic solution is adjusted to 2.5 or more and 3.5 or less. A method for separating calcium, comprising: a pH adjustment step; and a calcium extraction step in which an organic solvent containing an alkylphosphonic acid ester is brought into contact with the sulfuric acid acidic solution whose pH has been adjusted, and calcium is extracted from the organic solvent.

(2)本発明は、前記カルシウム抽出工程において、前記硫酸酸性溶液に対する前記有機溶媒の体積比率が1.0以上2.4以下である、(1)に記載のカルシウムの分離方法である。   (2) The present invention is the calcium separation method according to (1), wherein in the calcium extraction step, the volume ratio of the organic solvent to the sulfuric acid acidic solution is 1.0 or more and 2.4 or less.

(3)本発明は、前記硫酸酸性溶液は、ニッケル及びコバルトを含むリチウムイオン電池の正極材の原料として使用するための溶液である、(1)又は(2)に記載のカルシウムの分離方法である。   (3) The present invention is the calcium separation method according to (1) or (2), wherein the sulfuric acid acidic solution is a solution for use as a raw material for a positive electrode material of a lithium ion battery containing nickel and cobalt. is there.

(4)本発明は、前記pH調整工程に先立って、前記硫酸酸性溶液の温度を20℃以上40℃未満の範囲に調整する温度調整工程をさらに含む、(1)乃至(3)いずれかに記載のカルシウムの分離方法である。   (4) The present invention further includes a temperature adjustment step of adjusting the temperature of the sulfuric acid acidic solution to a range of 20 ° C. or higher and lower than 40 ° C. prior to the pH adjustment step. It is the separation method of calcium of description.

(5)本発明は、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液から、リチウムイオン電池の正極材の原料として使用するための、ニッケル及びコバルトを含有する溶液を製造する方法であって、前記硫酸酸性溶液のpHを2.5以上3.5以下に調整するpH調整工程と、pHを調整した前記硫酸酸性溶液にアルキルホスホン酸エステルを含む有機溶媒を接触させ、該有機溶媒にカルシウムを抽出するカルシウム抽出工程とを含む、ニッケル及びコバルトを含有する溶液の製造方法である。   (5) The present invention is a method for producing a solution containing nickel and cobalt for use as a raw material for a positive electrode material of a lithium ion battery, from a sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt and calcium, A pH adjusting step for adjusting the pH of the sulfuric acid acidic solution to 2.5 or more and 3.5 or less, contacting an organic solvent containing an alkylphosphonic acid ester with the sulfuric acid acidic solution whose pH has been adjusted, and adding calcium to the organic solvent It is a manufacturing method of the solution containing nickel and cobalt including the calcium extraction process to extract.

(6)本発明は、前記pH調整工程に先立って、前記硫酸酸性溶液の温度を20℃以上40℃未満の範囲に調整する温度調整工程をさらに含む、(5)に記載のニッケル及びコバルトを含有する溶液の製造方法である。   (6) The present invention further includes a temperature adjusting step of adjusting the temperature of the sulfuric acid acidic solution to a range of 20 ° C. or higher and lower than 40 ° C. prior to the pH adjusting step. It is a manufacturing method of the solution to contain.

本発明によれば、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液から、ニッケルとコバルトのロスを抑えながらも、カルシウムを簡易に除去することができる。   According to the present invention, calcium can be easily removed from a sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt, and calcium while suppressing loss of nickel and cobalt.

実施例1及び比較例1の結果に基づく、pHと金属成分の抽出率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between pH and the extraction rate of a metal component based on the result of Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例2及び比較例2の結果に基づく、O/A比と金属成分の抽出率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between O / A ratio and the extraction rate of a metal component based on the result of Example 2 and Comparative Example 2. FIG. 実施例3及び比較例3の結果に基づく、pHとニッケル成分の抽出率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between pH and the extraction rate of a nickel component based on the result of Example 3 and Comparative Example 3. FIG. 実施例3及び比較例3の結果に基づく、pHとコバルト成分の抽出率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between pH and the extraction rate of a cobalt component based on the result of Example 3 and Comparative Example 3. FIG. 実施例3及び比較例3の結果に基づく、pHとカルシウム成分の抽出率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between pH and the extraction rate of a calcium component based on the result of Example 3 and Comparative Example 3. FIG. 実施例3及び比較例3の結果に基づく、pHとカルシウム/ニッケルの分離係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between pH and the separation factor of calcium / nickel based on the result of Example 3 and Comparative Example 3. 実施例3及び比較例3の結果に基づく、pHとカルシウム/コバルトの分離係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between pH and the separation factor of calcium / cobalt based on the result of Example 3 and Comparative Example 3.

以下、本発明の具体的な実施形態(以下、「本実施の形態」という)について詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に何ら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内において、適宜変更を加えて実施することができる。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention (hereinafter referred to as “present embodiments”) will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and the gist of the present invention is changed. In the range which does not carry out, it can implement by adding a change suitably.

≪1.カルシウムの分離方法≫
本実施の形態に係るカルシウムの分離方法は、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液からカルシウムのみを効率的にかつ簡易に分離する方法である。具体的に、このカルシウムの分離方法は、その硫酸酸性溶液のpHを調整するpH調整工程と、特定の抽出剤を用いた溶媒抽出により溶液中のカルシウムを抽出するカルシウム抽出工程を含む。また、必須の態様ではないが、本実施の形態に係るカルシウム分離方法は、pH調整工程に先立って、硫酸酸性溶液の温度を調整する温度調整工程を含むものとすることができる。以下、それぞれの工程について説明する。
<< 1. Calcium separation method >>
The calcium separation method according to the present embodiment is a method for efficiently and easily separating only calcium from a sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt, and calcium. Specifically, this calcium separation method includes a pH adjustment step of adjusting the pH of the sulfuric acid acidic solution and a calcium extraction step of extracting calcium in the solution by solvent extraction using a specific extractant. Moreover, although it is not an essential aspect, the calcium separation method according to the present embodiment may include a temperature adjustment step of adjusting the temperature of the sulfuric acid acidic solution prior to the pH adjustment step. Hereinafter, each process will be described.

<pH調整工程>
pH調整工程は、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液のpHを調整する工程である。
<PH adjustment step>
The pH adjustment step is a step of adjusting the pH of the sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt, and calcium.

カルシウムの分離を行うための硫酸酸性溶液は、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する溶液であれば、特に制限されるものではない。具体的には、例えば、硫酸酸性溶液としては、ニッケル及びコバルトを含むリチウムイオン電池の正極材、すなわちNCM系正極材やNCA系正極材等を製造するための原料として使用するための溶液を用いることができる。本実施の形態においては、このような硫酸酸性溶液に対して当該カルシウムの分離方法を適用することによって、不純物であるカルシウムのみが低減されたニッケルとコバルトとを含有する硫酸酸性溶液を得ることができ、これをニッケル及びコバルトを含む正極材の製造原料として用いることで、低いコストで正極材を製造できる。   The acidic sulfuric acid solution for separating calcium is not particularly limited as long as it is a solution containing nickel, cobalt, and calcium. Specifically, for example, as the sulfuric acid acidic solution, a solution for use as a raw material for producing a positive electrode material of a lithium ion battery containing nickel and cobalt, that is, an NCM positive electrode material, an NCA positive electrode material, or the like is used. be able to. In the present embodiment, by applying the calcium separation method to such a sulfuric acid acidic solution, a sulfuric acid acidic solution containing nickel and cobalt in which only calcium as an impurity is reduced can be obtained. This can be used as a raw material for producing a positive electrode material containing nickel and cobalt, whereby a positive electrode material can be produced at a low cost.

このpH調整工程においては、硫酸酸性溶液のpHを2.5以上3.5以下の範囲に調整する。ここで、後述するカルシウム抽出工程での抽出処理に供される硫酸酸性溶液においては、そのpHが高いほどカルシウムの抽出量が増加する。ところが、pHが高くなると、その硫酸酸性溶液からコバルトも抽出されるようになる。このことから、本実施の形態においては、硫酸酸性溶液のpHを所定の範囲、すなわち2.5以上3.5以下の範囲に調整する。硫酸酸性溶液のpHを上述の範囲に調整することで、カルシウム抽出工程においてカルシウムのみを効率的に除去することができ、一方でニッケル及びコバルトが抽出されることを抑制できるため、これら有価金属の回収ロスを低減することができる。   In this pH adjustment step, the pH of the sulfuric acid acidic solution is adjusted to a range of 2.5 to 3.5. Here, in the sulfuric acid acidic solution used for the extraction process in the calcium extraction step described later, the amount of calcium extracted increases as the pH increases. However, when the pH increases, cobalt is also extracted from the sulfuric acid acidic solution. Therefore, in the present embodiment, the pH of the sulfuric acid acidic solution is adjusted to a predetermined range, that is, a range of 2.5 to 3.5. By adjusting the pH of the sulfuric acid acidic solution to the above range, only calcium can be efficiently removed in the calcium extraction step, while nickel and cobalt can be suppressed from being extracted. Recovery loss can be reduced.

pH調整工程における硫酸酸性溶液に対するpH調整は、pH調整剤を用いて行うことができる。pH調整剤としては、特に制限されるものではなく、種々の酸及びアルカリを用いることができる。   The pH adjustment for the sulfuric acid acidic solution in the pH adjustment step can be performed using a pH adjuster. The pH adjuster is not particularly limited, and various acids and alkalis can be used.

例えば、酸性のpH調整剤としては、例えば、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸又は有機酸等を用いることができる。pH調整剤の添加対象が硫酸酸性溶液であることから、溶液中に不純物が混入することを抑えることができるという点で、硫酸を用いることが好ましい。また、アルカリ性のpH調整剤としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属由来の無機アルカリ化合物、又はアンモニア、各種アミン等の有機アルカリ化合物を用いることができる。   For example, as an acidic pH adjuster, for example, an inorganic acid such as sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, or an organic acid can be used. Since the addition target of the pH adjuster is a sulfuric acid acidic solution, it is preferable to use sulfuric acid in that impurities can be prevented from being mixed into the solution. Examples of the alkaline pH adjuster include those derived from alkali metals such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, and potassium hydrogen carbonate. An inorganic alkali compound or organic alkali compounds such as ammonia and various amines can be used.

<カルシウム抽出工程>
カルシウム抽出工程は、pHを所定の範囲に調整した、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液からカルシウムを抽出する工程である。
<Calcium extraction process>
A calcium extraction process is a process of extracting calcium from the sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt, and calcium which adjusted pH to the predetermined range.

このカルシウム抽出工程では、特定の抽出剤を含む有機溶媒を用いた溶媒抽出により、硫酸酸性溶液中のカルシウムを有機層に抽出する。この抽出処理により、カルシウムを抽出した抽出後有機溶媒と、抽出後硫酸酸性溶液とを得ることができ、原料の硫酸酸性溶液からカルシウムのみを効果的に分離することができる。   In this calcium extraction step, calcium in the sulfuric acid acidic solution is extracted into the organic layer by solvent extraction using an organic solvent containing a specific extractant. By this extraction treatment, it is possible to obtain an organic solvent after extraction from which calcium has been extracted and an acidic solution after extraction, and only calcium can be effectively separated from the raw sulfuric acid solution.

具体的に、カルシウム抽出工程では、カルシウムを選択的に抽出することができるアルキルホスホン酸エステルを抽出剤として用いて溶媒抽出処理を施し、硫酸酸性溶液からカルシウムを抽出する。この抽出剤においては、ホスホン酸エステルがカルシウムイオンと反応して金属塩を形成することによって、カルシウムを選択的に抽出する。具体的に、アルキルホスホン酸エステルの抽出剤としては、例えば、商品名:PC88A(2−エチルヘキシル,2−エチルヘキシルホスホネート:大八化学工業株式会社製)等が市販されている。なお、このような抽出剤は、1種類を単独で用いることができ、また2種類以上を混合して用いることもできる。   Specifically, in the calcium extraction step, a solvent extraction process is performed using an alkylphosphonic acid ester capable of selectively extracting calcium as an extractant to extract calcium from the sulfuric acid acidic solution. In this extractant, calcium is selectively extracted by reacting phosphonate with calcium ions to form a metal salt. Specifically, as an extractant for alkylphosphonic acid ester, for example, trade name: PC88A (2-ethylhexyl, 2-ethylhexylphosphonate: manufactured by Daihachi Chemical Industry Co., Ltd.) is commercially available. In addition, such an extracting agent can be used individually by 1 type, and can also be used in mixture of 2 or more types.

カルシウムの抽出をするための有機溶媒としては、抽出剤そのものを混合せずに用いることができ、また、抽出剤と希釈剤とを混合した混合溶媒を用いることもできる。抽出剤の種類や抽出条件等に応じて、適宜溶媒の粘性や比重を調整できるという点で、抽出剤と希釈剤との混合溶媒を用いることが好ましい。なお、混合溶媒における抽出剤と希釈剤との割合は、抽出剤の粘性や比重に応じて任意に決定することができる。   As an organic solvent for extracting calcium, it can be used without mixing the extractant itself, and a mixed solvent in which the extractant and the diluent are mixed can also be used. It is preferable to use a mixed solvent of an extractant and a diluent in that the viscosity and specific gravity of the solvent can be appropriately adjusted according to the type of extraction agent, extraction conditions, and the like. In addition, the ratio of the extractant and the diluent in the mixed solvent can be arbitrarily determined according to the viscosity and specific gravity of the extractant.

抽出剤との混合溶媒を構成する希釈剤としては、水層(硫酸酸性溶液)と分離した有機層(有機抽出層)を構成し、かつ上述した抽出剤を溶解できるものであれば、特に制限されるものではない。具体的に、希釈剤としては、例えば、ナフテン系の溶剤や芳香族系の溶剤を用いることができる。なお、ナフテン系の溶剤としては、商品名:テクリーンN20(JX日鉱日石エネルギー株式会社製)等が市販されており、芳香族系の溶剤としては、商品名:シェルゾールA150(シェルケミカルズジャパン株式会社製)等が市販されている。   The diluent constituting the mixed solvent with the extractant is not particularly limited as long as it forms an organic layer (organic extract layer) separated from the aqueous layer (sulfuric acid acidic solution) and can dissolve the extractant described above. Is not to be done. Specifically, as the diluent, for example, a naphthenic solvent or an aromatic solvent can be used. In addition, as a naphthenic solvent, trade name: Teclean N20 (manufactured by JX Nippon Mining & Energy Corporation) is commercially available, and as an aromatic solvent, trade name: Shellsol A150 (Shell Chemicals Japan Co., Ltd.) Etc.) are commercially available.

また、硫酸酸性溶液に対する有機溶媒の体積比率(O/A比)としては、特に制限されるものではないが、O/A比が高いほどカルシウムの抽出率が増加することから、下限値としては、1.0以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましい。一方で、O/A比を大きくし過ぎても、カルシウム抽出に対する効果の向上は少なく、寧ろ有機溶媒の使用量の増加等により経済性が悪くなるおそれがある。このことから、上限値としては、2.4以下であることが好ましく、2.0以下であることがより好ましい。   Further, the volume ratio (O / A ratio) of the organic solvent to the sulfuric acid acidic solution is not particularly limited. However, the higher the O / A ratio, the higher the calcium extraction rate. 1.0 or more, and more preferably 1.5 or more. On the other hand, even if the O / A ratio is increased too much, the effect on calcium extraction is not improved, but rather the economy may be deteriorated due to an increase in the amount of organic solvent used. Therefore, the upper limit value is preferably 2.4 or less, and more preferably 2.0 or less.

抽出処理や逆抽出処理の具体的な方法としては、特に制限されるものではなく、例えば、硫酸酸性溶液と有機溶媒とをミキサー等で撹拌混合した後、静置して相分離する方法を用いることができる。また、撹拌槽を用いたバッチ混合式や、ミキサセトラのような抽出装置による連続式抽出法を用いることもできる。あるいは、硫酸酸性溶液と有機溶媒を接触させて抽出・逆抽出を行うカラム方式(例えば、パルスカラム)を用いることもできる。このカルシウム抽出工程では、いずれの方法を選択しても、良好にカルシウムを抽出することができるため、操業に応じた抽出・逆抽出方法を適宜選択することができる。   The specific method of the extraction treatment or back extraction treatment is not particularly limited, and for example, a method in which a sulfuric acid acidic solution and an organic solvent are stirred and mixed with a mixer or the like and then allowed to stand and phase-separate is used. be able to. Also, a batch mixing method using a stirring tank or a continuous extraction method using an extraction device such as a mixer setra can be used. Alternatively, a column system (for example, a pulse column) that performs extraction / back-extraction by bringing a sulfuric acid acidic solution into contact with an organic solvent can also be used. In this calcium extraction step, calcium can be extracted satisfactorily regardless of which method is selected, and therefore an extraction / back-extraction method according to the operation can be appropriately selected.

なお、カルシウムを抽出した後の有機溶媒に対して、カルシウムの抽出処理時とは異なるpH条件で硫酸、塩酸等の酸を接触させることで、逆抽出処理を行うことができる。これにより、有機溶媒中に抽出したカルシウムを、硫酸塩や塩化物を含有する溶液として回収し、別途排水処理を経て処分することができる。また、逆抽出した後の有機溶媒は、カルシウムを含有する硫酸酸性溶液に対する抽出処理に繰り返し使用することができる。   In addition, a back extraction process can be performed by making acids, such as a sulfuric acid and hydrochloric acid, contact with the organic solvent after extracting calcium on the pH conditions different from the time of the calcium extraction process. Thereby, calcium extracted in the organic solvent can be recovered as a solution containing sulfate or chloride, and can be disposed of separately through wastewater treatment. Moreover, the organic solvent after back extraction can be repeatedly used for the extraction process with respect to the sulfuric acid acidic solution containing calcium.

<温度調整工程>
必須の態様ではないが、このカルシウムの分離方法では、pH調整工程に先立って、硫酸酸性溶液の温度を調整する温度調整工程を行うようにすることができる。
<Temperature adjustment process>
Although not an essential aspect, in this calcium separation method, a temperature adjustment step of adjusting the temperature of the sulfuric acid acidic solution can be performed prior to the pH adjustment step.

ここで、上述したように、カルシウムの分離方法の原料である、ニッケルとコバルトとカルシウムを含む硫酸酸性溶液としては、ニッケル酸化鉱石から電気ニッケルを製錬するプロセスで副産物として生成される硫酸ニッケルを用いることができる。例えば、そのニッケル酸化鉱石から電気ニッケルを製錬するプロセスは、オートクレーブ等の高温高圧条件下で行われることが多く、オートクレーブから排出される硫酸酸性溶液の温度は、約100℃の高温となる。このような高温状態でそれ以降の処理を施すことは困難であるため、大気中に保持して冷却されるが、40℃以上の高温でその以降の処理が行われることが一般的である。   Here, as described above, the sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt, and calcium, which is a raw material for the calcium separation method, includes nickel sulfate produced as a by-product in the process of smelting nickel from nickel oxide ore. Can be used. For example, the process of smelting electric nickel from the nickel oxide ore is often performed under high-temperature and high-pressure conditions such as autoclave, and the temperature of the sulfuric acid acidic solution discharged from the autoclave is as high as about 100 ° C. Since it is difficult to perform the subsequent processing in such a high temperature state, it is cooled while being held in the atmosphere, but the subsequent processing is generally performed at a high temperature of 40 ° C. or higher.

これに対して、本実施の形態に係るカルシウムの分離方法では、ニッケルとコバルトとカルシウムを含む硫酸酸性溶液の温度を20℃以上40℃未満に調整することが好ましく、このような温度範囲に調整した硫酸酸性溶液のpHを2.5以上3.5以下の範囲に調整する。本実施の形態では、原料となる硫酸酸性溶液の温度を20℃以上40℃未満に調整した上でpHを2.5以上3.5以下の範囲に調整することによって、上述したカルシウム抽出工程における、硫酸酸性溶液からのカルシウムの抽出率を高めることができる。なお、調整する硫酸酸性溶液の温度が20℃未満であると、冷却コストが増加して効率的な処理を行うことができない可能性がある。一方で、調整温度が40℃以上であると、カルシウムの抽出率の向上効果が十分に得られない。   In contrast, in the calcium separation method according to the present embodiment, it is preferable to adjust the temperature of the sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt, and calcium to 20 ° C. or higher and lower than 40 ° C. The pH of the sulfated acidic solution is adjusted to a range of 2.5 to 3.5. In this Embodiment, after adjusting the temperature of the sulfuric acid acidic solution used as a raw material to 20 ° C. or more and less than 40 ° C., the pH is adjusted to a range of 2.5 or more and 3.5 or less, and thus in the above calcium extraction step. The extraction rate of calcium from the sulfuric acid acidic solution can be increased. In addition, when the temperature of the sulfuric acid acidic solution to be adjusted is less than 20 ° C., there is a possibility that the cooling cost increases and an efficient treatment cannot be performed. On the other hand, when the adjustment temperature is 40 ° C. or higher, the effect of improving the calcium extraction rate cannot be sufficiently obtained.

温度調整工程における硫酸酸性溶液の温度調整は、種々の加熱冷却装置を用いて行うことができる。加熱冷却装置としては、特に制限されるものではないが、具体的には、プレート式熱交換器、多管式熱交換器、二重管式熱交換器等を用いることができる。   The temperature adjustment of the sulfuric acid acidic solution in the temperature adjustment step can be performed using various heating and cooling devices. Although it does not restrict | limit especially as a heating-cooling apparatus, Specifically, a plate-type heat exchanger, a multi-tube heat exchanger, a double-tube heat exchanger, etc. can be used.

なお、温度調整工程における処理は、pH調整工程における処理と、装置的、場所的に区別されている必要はない。また、硫酸酸性溶液の温度調整は、pH調整工程における硫酸酸性溶液のpH調整と同時に行うこともできるが、温度及びpHの制御の容易性や正確性の観点から、pH調整工程でのpH調整に先立って温度調整を行うことが好ましい。   The treatment in the temperature adjustment step does not need to be distinguished from the treatment in the pH adjustment step in terms of equipment and location. In addition, the temperature adjustment of the sulfuric acid acidic solution can be performed simultaneously with the pH adjustment of the sulfuric acid acidic solution in the pH adjustment step. However, from the viewpoint of the ease and accuracy of temperature and pH control, the pH adjustment in the pH adjustment step. Prior to the temperature adjustment, it is preferable to adjust the temperature.

≪2.ニッケルとコバルトとを含有する溶液の用途≫
ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液に対して、上述したカルシウムの分離方法を適用し、その溶液中からカルシウムを分離し除去することで、ニッケル及びコバルトを含有する溶液を製造することができる。
≪2. Applications of solutions containing nickel and cobalt >>
Applying the calcium separation method described above to a sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt and calcium, and separating and removing calcium from the solution to produce a solution containing nickel and cobalt Can do.

このようにして得られた溶液、つまり、ニッケルとコバルトとを含有する硫酸酸性溶液の用途としては、特に制限されるものではないが、例えば、リチウムイオン電池等の構成材料となる、ニッケル及びコバルトを含むNCM系正極材やNCA系正極材を製造するための原料として用いることができる。また、その他、ニッケル及びコバルトを含む各種の合金、複合酸化物等を製造するための原料として用いることができる。   The use of the solution thus obtained, that is, the acidic sulfuric acid solution containing nickel and cobalt, is not particularly limited. For example, nickel and cobalt, which are constituent materials for lithium ion batteries, etc. It can be used as a raw material for producing an NCM-based positive electrode material and an NCA-based positive electrode material. In addition, it can be used as a raw material for producing various alloys, composite oxides and the like containing nickel and cobalt.

NCM系正極材やNCA系正極材等の正極材は、ニッケルとコバルトとを含有する複合酸化物からなる正極材である。この正極材は、少なくともニッケルとコバルトとを含む溶液から不純物元素のみを効果的に分離除去した後の溶液を製造原料として用いて製造することができる。この点において、本実施の形態に係るカルシウムの分離方法によれば、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液から、カルシウムのみを選択的に分離し、除去することができるため、得られたカルシウムを抽出分離した後の硫酸酸性溶液は、不純物が低減されたニッケルとコバルトを含有する硫酸酸性溶液となる。したがって、この硫酸酸性溶液を原料として用いることにより、ニッケルとコバルトとを含有する正極材を低コストで製造することができる。   A positive electrode material such as an NCM-based positive electrode material or an NCA-based positive electrode material is a positive electrode material made of a composite oxide containing nickel and cobalt. This positive electrode material can be manufactured using the solution after effectively separating and removing only the impurity element from a solution containing at least nickel and cobalt as a manufacturing raw material. In this respect, according to the calcium separation method according to the present embodiment, it is possible to selectively separate and remove only calcium from a sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt, and calcium. The sulfuric acid acidic solution after extracting and separating calcium becomes a sulfuric acid acidic solution containing nickel and cobalt with reduced impurities. Therefore, by using this sulfuric acid acidic solution as a raw material, a positive electrode material containing nickel and cobalt can be produced at low cost.

また、上述したように、得られたニッケルとコバルトとを含有する硫酸酸性溶液を、合金や複合金属酸化物等の製造原料として利用することもできる。なお、このとき、目的の合金や複合酸化物等の組成と比較して、得られた硫酸酸性溶液中に含まれる元素の量が少ないときには、他の原料から供給することができる。この場合、予め、ニッケルとコバルトとを含有する硫酸酸性溶液や、その溶液から回収されるニッケル及びコバルトの混合物に含まれる金属やイオン等の量を分析しておくことによって、供給すべき元素の量を適切に把握して所望とする合金や複合金属酸化物を製造することができる。   Further, as described above, the obtained sulfuric acid acidic solution containing nickel and cobalt can be used as a raw material for producing alloys, composite metal oxides and the like. At this time, when the amount of the element contained in the obtained sulfuric acid acidic solution is small as compared with the composition of the target alloy or composite oxide, it can be supplied from other raw materials. In this case, by analyzing the amount of the metal or ions contained in the sulfuric acid acidic solution containing nickel and cobalt and the nickel and cobalt mixture recovered from the solution in advance, By appropriately grasping the amount, a desired alloy or composite metal oxide can be produced.

以下、本発明の実施例を示してさらに詳細に説明するが、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 Hereinafter, although the Example of this invention is shown and demonstrated in detail, this invention is not limited to these Examples at all.

≪pHの影響について≫
[実施例1]
ニッケル濃度100g/L、コバルト濃度10g/L、カルシウム濃度0.14g/Lである硫酸酸性溶液を元液とし、20mlずつ分取した。
≪About the effect of pH≫
[Example 1]
A sulfuric acid acidic solution having a nickel concentration of 100 g / L, a cobalt concentration of 10 g / L, and a calcium concentration of 0.14 g / L was used as a base solution, and 20 ml was collected.

抽出剤として、商品名:PC88A(2−エチルヘキシル,2−エチルヘキシルホスホネート:大八化学工業株式会社製)を、希釈剤として、商品名:テクリーンN20(JX日鉱日石エネルギー株式会社製)を用い、これら二剤を、抽出剤20体積%、希釈剤80体積%となるよう混合し、本実施例における抽出用の有機溶媒とした。   As an extractant, trade name: PC88A (2-ethylhexyl, 2-ethylhexyl phosphonate: manufactured by Daihachi Chemical Industry Co., Ltd.) is used as a diluent, and trade name: Tecrine N20 (manufactured by JX Nippon Mining & Energy Corporation) is used. These two agents were mixed so as to be 20% by volume of the extractant and 80% by volume of the diluent, and used as an organic solvent for extraction in this example.

次いで、元液20mlに硫酸又は水酸化ナトリウム水溶液を添加することによって、水層(硫酸酸性溶液)のpHがそれぞれ2.5(実施例1−1)、3.0(実施例1−2)、3.5(実施例1−3)となるように調整した。その後、有機溶媒20mlを分取して、pHを調整した元液に添加混合し、常温で20分間撹拌した。なお、水溶液に対する有機溶媒の比率(O/A比)については、最終的に1.0となるように調整した。   Next, by adding sulfuric acid or sodium hydroxide aqueous solution to 20 ml of the original solution, the pH of the aqueous layer (sulfuric acid acidic solution) was 2.5 (Example 1-1) and 3.0 (Example 1-2), respectively. 3.5 (Example 1-3). Thereafter, 20 ml of an organic solvent was collected, added to and mixed with the original liquid whose pH was adjusted, and stirred at room temperature for 20 minutes. In addition, about the ratio (O / A ratio) of the organic solvent with respect to aqueous solution, it adjusted so that it might finally become 1.0.

撹拌終了後、静置して分相させ、水層(硫酸酸性溶液)と有機層(有機溶媒)とをそれぞれ回収して、硫酸酸性溶液中及び有機溶媒中の金属濃度をICP発光分析器で分析した。それぞれ分析値より求めた有機溶媒中の各金属成分の質量を、元液中の各金属成分の質量で割った値を抽出率とし、算出した。   After completion of stirring, the mixture is allowed to stand for phase separation, and the aqueous layer (sulfuric acid solution) and the organic layer (organic solvent) are collected, and the metal concentration in the sulfuric acid solution and in the organic solvent is determined using an ICP emission analyzer. analyzed. The extraction ratio was calculated by dividing the mass of each metal component in the organic solvent determined from the analytical value by the mass of each metal component in the original solution.

[比較例1]
混合撹拌時のpHが1.5(比較例2−1)、2.0(比較例2−2)、4.0(比較例2−3)、4.5(比較例2−4)となるような調整に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行った。そして、硫酸酸性溶液中及び有機溶媒中の金属濃度を分析して、抽出率を算出した。
[Comparative Example 1]
The pH during mixing and stirring is 1.5 (Comparative Example 2-1), 2.0 (Comparative Example 2-2), 4.0 (Comparative Example 2-3), and 4.5 (Comparative Example 2-4). The same operation as in Example 1 was performed except that the adjustment was changed. And the metal concentration in a sulfuric acid acidic solution and an organic solvent was analyzed, and the extraction rate was computed.

下記表1に、実施例1−1〜実施例1−3、及び、比較例1−1〜比較例1−4のそれぞれについて、調整した硫酸酸性溶液のpH条件と有機溶媒中の各金属成分の抽出率の結果を示す。また、図1に、抽出時における硫酸酸性溶液(水層)のpH条件と有機溶媒中の各金属成分の抽出率の関係を表すグラフを示す。なお、図1において、横軸は抽出時におけるpH条件を示し、縦軸は抽出率を示す。   In Table 1 below, for each of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 to 1-4, pH conditions of the adjusted sulfuric acid solution and each metal component in the organic solvent The result of the extraction rate is shown. Moreover, the graph showing the relationship between the pH conditions of the sulfuric acid acidic solution (aqueous layer) at the time of extraction and the extraction rate of each metal component in an organic solvent at the time of extraction is shown in FIG. In FIG. 1, the horizontal axis indicates the pH condition during extraction, and the vertical axis indicates the extraction rate.

Figure 0006565591
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表1及び図1のグラフに示す結果から分かるように、pHが2.5未満の条件ではカルシウムはほとんど抽出されなかった。また、pHが3.5を超える条件では、カルシウムと共にコバルトが多量に抽出されてしまい、コバルトのロスが増加した。さらに、pHが4.0を超えると、カルシウムの抽出量が減少する傾向に転じることが分かった。   As can be seen from the results shown in Table 1 and the graph of FIG. 1, calcium was hardly extracted under the condition that the pH was less than 2.5. On the other hand, when the pH exceeded 3.5, cobalt was extracted in a large amount together with calcium, and the loss of cobalt increased. Furthermore, when pH exceeded 4.0, it turned out that it turns into the tendency for the amount of calcium extraction to reduce.

一方、ニッケルについては、抽出時のpHとして1.5〜4.5の範囲であると、ほとんど抽出されないことが分かった。すなわち、このような範囲ではカルシウムとの分離性に悪影響を及ぼさないことが分かった。   On the other hand, about nickel, it turned out that it is hardly extracted as it is the range of 1.5-4.5 as pH at the time of extraction. That is, it was found that in such a range, the separation from calcium was not adversely affected.

以上の結果より、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液からカルシウムを分離するためのpH条件として、2.5以上3.5以下の範囲が好ましいことが分かった。   From the above results, it was found that the pH condition for separating calcium from a sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt, and calcium is preferably in the range of 2.5 to 3.5.

≪硫酸酸性溶液に対する有機溶媒の比率(O/A比)の影響について≫
[実施例2]
有機溶媒の体積を10〜40.5mlに範囲で変化させ、水層となる元液(硫酸酸性溶液)の体積を15〜20mlの範囲で変化させて、表2に示す組み合わせで、O/A比がそれぞれ1.0(実施例2−1)、1.5(実施例2−2)、2.0(実施例2−3)、2.4(実施例2−4)となるように混合した。なお、抽出時におけるpH条件としてはpH3に調整し、それ以外は実施例1と同様の操作を行った。
≪About influence of ratio (O / A ratio) of organic solvent to sulfuric acid acidic solution≫
[Example 2]
By changing the volume of the organic solvent in the range of 10 to 40.5 ml and changing the volume of the original solution (sulfuric acid acidic solution) in the range of 15 to 20 ml in the range of 15 to 20 ml, The ratio is 1.0 (Example 2-1), 1.5 (Example 2-2), 2.0 (Example 2-3), 2.4 (Example 2-4), respectively. Mixed. In addition, pH conditions at the time of extraction were adjusted to pH 3, and the same operation as in Example 1 was performed otherwise.

[比較例2]
有機溶媒の体積と硫酸酸性溶液の体積を変化させ、O/A比がそれぞれ0.5(比較例2−1)、2.7(比較例2.7)となるように混合した。なお、抽出時におけるpH条件としてはpH3に調整し、それ以外は実施例1と同様の操作を行った。
[Comparative Example 2]
The volume of the organic solvent and the volume of the sulfuric acid acidic solution were changed, and mixing was performed so that the O / A ratio was 0.5 (Comparative Example 2-1) and 2.7 (Comparative Example 2.7), respectively. In addition, pH conditions at the time of extraction were adjusted to pH 3, and the same operation as in Example 1 was performed otherwise.

下記表2に、実施例2−1〜実施例2−4、及び、比較例2−1〜比較例2−2のそれぞれについて、有機溶媒の添加量、硫酸酸性溶液の添加量、O/A比、及び有機溶媒中における各金属成分の抽出率を示す。また、図2に、そのO/A比と有機溶媒中における各金属成分の抽出率の関係を表すグラフを示す。なお、図2において、横軸はO/A比を示し、縦軸は抽出率を示す。   In Table 2 below, for each of Example 2-1 to Example 2-4 and Comparative Example 2-1 to Comparative Example 2-2, the addition amount of the organic solvent, the addition amount of the sulfuric acid acidic solution, O / A The ratio and the extraction rate of each metal component in the organic solvent are shown. Moreover, the graph showing the relationship between the O / A ratio and the extraction rate of each metal component in an organic solvent is shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the O / A ratio, and the vertical axis indicates the extraction rate.

Figure 0006565591
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表2及び図2のグラフに示す結果から分かるように、O/A比が1.0未満であるカルシウムの抽出率が低くなった。また、O/Aが2.4以上の比率では、カルシウムの抽出率はそれ以上変わらなかった。このことから、O/A比が2.4を超える比率にしても、抽出率はほとんど変わらない一方で、ランニングコストの増加等により経済性が悪化するおそれがあることが分かった。   As can be seen from the results shown in Table 2 and the graph of FIG. 2, the extraction rate of calcium having an O / A ratio of less than 1.0 was low. Further, when the O / A ratio was 2.4 or more, the extraction rate of calcium did not change any more. From this, it was found that even if the O / A ratio exceeds 2.4, the extraction rate is hardly changed, but the economy may be deteriorated due to an increase in running cost or the like.

以上の結果より、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液からカルシウムを分離するためのO/A比としては、1.0以上2.4以下の範囲が好ましいことが分かった。   From the above results, it was found that the O / A ratio for separating calcium from the sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt and calcium is preferably in the range of 1.0 or more and 2.4 or less.

≪温度の影響について≫
[実施例3]
ニッケル濃度100g/L、コバルト濃度10g/L、カルシウム濃度0.5g/Lである硫酸酸性溶液を元液とし、20mlずつ、50mlビーカーに分取した。
≪About the influence of temperature≫
[Example 3]
A sulfuric acid acidic solution having a nickel concentration of 100 g / L, a cobalt concentration of 10 g / L, and a calcium concentration of 0.5 g / L was used as a base solution, and 20 ml was dispensed into a 50 ml beaker.

抽出用の有機溶媒は、実施例1と同様にして調整した。   The organic solvent for extraction was prepared in the same manner as in Example 1.

次いで、元液20mlの温度を、アズワン株式会社製ホットスターラ―にて24℃(実施例3−1)又は30℃(実施例3−2)に調整し、この温度に安定維持できたところで、そこに硫酸又は水酸化ナトリウム水溶液を添加し、水層(硫酸酸性溶液)のpHが、それぞれ2.5、3.0、3.25、3.5、4.0となるように調整した。その後、有機溶媒20mlを分取して、上述の温度を維持しながら、pHを調整した元液に添加混合し、20分間撹拌した。   Next, the temperature of the original solution 20 ml was adjusted to 24 ° C. (Example 3-1) or 30 ° C. (Example 3-2) with a hot stirrer manufactured by AS ONE Co., Ltd. Sulfuric acid or sodium hydroxide aqueous solution was added there, and it adjusted so that pH of an aqueous layer (sulfuric acid acidic solution) might be 2.5, 3.0, 3.25, 3.5, 4.0, respectively. Thereafter, 20 ml of an organic solvent was collected, added and mixed with the original liquid whose pH was adjusted while maintaining the above temperature, and stirred for 20 minutes.

なお、水溶液に対する有機溶媒の比率(O/A比)については、1.0となるように調整した。また、温度については、撹拌中に一定となるように保持した。   The ratio of the organic solvent to the aqueous solution (O / A ratio) was adjusted to 1.0. The temperature was kept constant during stirring.

その後、撹拌終了後、静置して分相させ、水層(硫酸酸性溶液)と有機層(有機溶媒)とをそれぞれ回収して、硫酸酸性溶液中及び有機溶媒中の金属濃度をICP発光分析器で分析した。それぞれ分析値より求めた有機溶媒中の各金属成分の質量を、元液中の各金属成分の質量で割った値を抽出率とし、算出した。   Then, after completion of stirring, the mixture is allowed to stand for phase separation. The aqueous layer (sulfuric acid solution) and the organic layer (organic solvent) are collected, and the metal concentration in the sulfuric acid solution and in the organic solvent is analyzed by ICP emission spectrometry. Analyzed with a vessel. The extraction ratio was calculated by dividing the mass of each metal component in the organic solvent determined from the analytical value by the mass of each metal component in the original solution.

[比較例3]
温度調整後の温度が40℃(比較例3−1)、60℃(比較例3−2)となるように変更したこと以外は、実施例3と同様の操作を行った。そして、硫酸酸性溶液中及び有機溶媒中の金属濃度を分析して、抽出率を算出した。
[Comparative Example 3]
The same operation as in Example 3 was performed except that the temperature after temperature adjustment was changed to 40 ° C. (Comparative Example 3-1) and 60 ° C. (Comparative Example 3-2). And the metal concentration in a sulfuric acid acidic solution and an organic solvent was analyzed, and the extraction rate was computed.

表3〜7に、pHを2.5、3.0、3.25、3.5、4.0にそれぞれ調整した場合の、実施例3−1〜実施例3−2及び比較例3−1〜比較例3−2について、硫酸酸性溶液の温度条件と有機溶媒中の各金属成分の抽出率とを示す。また、図3〜5に、それぞれ、実施例3−1〜実施例3−2及び比較例3−1〜比較例3−2の抽出時における硫酸酸性溶液(水層)のpH条件と、有機溶媒中のニッケル成分の抽出率(図3)、コバルト成分の抽出率(図4)、カルシウム成分の抽出率(図5)との関係を表すグラフを示す。なお、図3〜5において、横軸は抽出時におけるpH条件を示し、縦軸は金属成分の抽出率を示す。   In Tables 3-7, Example 3-1 to Example 3-2 and Comparative Example 3- when the pH was adjusted to 2.5, 3.0, 3.25, 3.5, 4.0, respectively. About 1-Comparative Example 3-2, the temperature conditions of a sulfuric acid acidic solution and the extraction rate of each metal component in an organic solvent are shown. 3-5, pH conditions of the sulfuric acid acidic solution (aqueous layer) at the time of extraction of Example 3-1 to Example 3-2 and Comparative Example 3-1 to Comparative Example 3-2 respectively, and organic The graph showing the relationship between the extraction rate of the nickel component in a solvent (FIG. 3), the extraction rate of a cobalt component (FIG. 4), and the extraction rate of a calcium component (FIG. 5) is shown. 3 to 5, the horizontal axis indicates the pH condition during extraction, and the vertical axis indicates the extraction rate of the metal component.

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また、図6、7に、それぞれ、実施例3−1〜実施例3−2及び比較例3−1〜比較例3−2の抽出時における硫酸酸性溶液(水層)のpH条件と、カルシウム/ニッケルの分離係数(図6)、カルシウム/コバルトの分離係数(図7)との関係を表すグラフを示す。なお、図6、7において、横軸は抽出時におけるpH条件を示し、縦軸は金属成分の分離係数を示す。   FIGS. 6 and 7 show the pH condition of the sulfuric acid acidic solution (aqueous layer) during extraction of Example 3-1 to Example 3-2 and Comparative Example 3-1 to Comparative Example 3-2, respectively, and calcium. The graph showing the relationship between the separation factor of / nickel (FIG. 6) and the separation factor of calcium / cobalt (FIG. 7) is shown. 6 and 7, the horizontal axis represents the pH condition during extraction, and the vertical axis represents the separation factor of the metal component.

表3〜7及び図3〜5のグラフに示す結果から分かるように、抽出時における硫酸酸性溶液の温度が低いほど、カルシウムの抽出率が増加することがわかった。また、硫酸酸性溶液の温度が低いほど、コバルトの抽出率は減少することがわかった。なお、ニッケルの抽出率は若干増加傾向となったものの、ほぼ一定の値であった。   As can be seen from the results shown in Tables 3 to 7 and the graphs of FIGS. 3 to 5, it was found that the extraction rate of calcium increases as the temperature of the sulfuric acid acidic solution at the time of extraction decreases. Moreover, it turned out that the extraction rate of cobalt decreases, so that the temperature of a sulfuric acid acidic solution is low. Although the nickel extraction rate slightly increased, it was almost constant.

また、表3〜7及び図6、7のグラフに示す結果から分かるように、抽出時における硫酸酸性溶液の温度が低いほど、カルシウム/ニッケルの分離係数及びカルシウム/コバルトの分離係数が増加することがわかった。   As can be seen from the results shown in Tables 3 to 7 and the graphs of FIGS. 6 and 7, the lower the temperature of the sulfuric acid acidic solution during extraction, the higher the calcium / nickel separation factor and the calcium / cobalt separation factor. I understood.

以上の結果より、ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液からカルシウムを分離するための硫酸酸性溶液の温度条件としては、低温であるほど、より選択的にカルシウムが分離できることわかった。   From the above results, it was found that as the temperature condition of the sulfuric acid acidic solution for separating calcium from the sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt, and calcium, the lower the temperature, the more selectively calcium can be separated.

なお、図5の結果に示すように、カルシウムの抽出率としては、硫酸酸性溶液のpH条件のpH3.5とpH4.0との間で変化がないことから、硫酸酸性溶液に対するアルカリの添加量を抑制する観点から、pHは3.5以下に調整するのが好ましいことがわかった。他方、pH2.5以下では、カルシウムの抽出率が低くなるため、pHは2.5以上に調整するのが好ましいことがわかった。   As shown in the results of FIG. 5, the extraction rate of calcium does not change between pH 3.5 and pH 4.0 of the pH condition of the sulfuric acid solution, so the amount of alkali added to the sulfuric acid solution From the viewpoint of suppressing the pH, it was found that the pH is preferably adjusted to 3.5 or less. On the other hand, it was found that the pH is preferably adjusted to 2.5 or higher because the extraction rate of calcium is lowered at pH 2.5 or lower.

Claims (6)

ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液からカルシウムを分離するカルシウムの分離方法であって、
前記硫酸酸性溶液のpHを3.0以上3.5以下に調整するpH調整工程と、
pHを調整した前記硫酸酸性溶液に2−エチルヘキシル,2−エチルヘキシルホスホネートを含む有機溶媒を接触させ、該有機溶媒にカルシウムを抽出するカルシウム抽出工程と
を含む、カルシウムの分離方法。
A calcium separation method for separating calcium from a sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt and calcium,
A pH adjusting step of adjusting the pH of the sulfuric acid acidic solution to 3.0 or more and 3.5 or less;
and a calcium extraction step in which an organic solvent containing 2-ethylhexyl and 2-ethylhexylphosphonate is brought into contact with the sulfuric acid acidic solution adjusted in pH, and calcium is extracted from the organic solvent.
前記カルシウム抽出工程において、前記硫酸酸性溶液に対する前記有機溶媒の体積比率が1.0以上2.4以下である、請求項1に記載のカルシウムの分離方法。   The calcium separation method according to claim 1, wherein in the calcium extraction step, a volume ratio of the organic solvent to the sulfuric acid acidic solution is 1.0 or more and 2.4 or less. 前記硫酸酸性溶液は、ニッケル及びコバルトを含むリチウムイオン電池の正極材の原料として使用するための溶液である、請求項1又は2に記載のカルシウムの分離方法。   The method for separating calcium according to claim 1 or 2, wherein the sulfuric acid acidic solution is a solution for use as a raw material of a positive electrode material of a lithium ion battery containing nickel and cobalt. 前記pH調整工程に先立って、前記硫酸酸性溶液の温度を20℃以上40℃未満の範囲に調整する温度調整工程をさらに含む、請求項1乃至3いずれか1項に記載のカルシウムの分離方法。   The calcium separation method according to any one of claims 1 to 3, further comprising a temperature adjusting step of adjusting the temperature of the sulfuric acid acidic solution to a range of 20 ° C or higher and lower than 40 ° C prior to the pH adjusting step. ニッケルとコバルトとカルシウムとを含有する硫酸酸性溶液から、リチウムイオン電池の正極材の原料として使用するための、ニッケル及びコバルトを含有する溶液を製造する方法であって、
前記硫酸酸性溶液のpHを3.0以上3.5以下に調整するpH調整工程と、
pHを調整した前記硫酸酸性溶液に2−エチルヘキシル,2−エチルヘキシルホスホネートを含む有機溶媒を接触させ、該有機溶媒にカルシウムを抽出するカルシウム抽出工程と
を含む、ニッケル及びコバルトを含有する溶液の製造方法。
A method for producing a solution containing nickel and cobalt for use as a raw material for a positive electrode material of a lithium ion battery, from a sulfuric acid acidic solution containing nickel, cobalt and calcium,
A pH adjusting step of adjusting the pH of the sulfuric acid acidic solution to 3.0 or more and 3.5 or less;
a method of producing a solution containing nickel and cobalt, comprising: bringing the organic acid solution containing 2-ethylhexyl and 2-ethylhexylphosphonate into contact with the acidic sulfuric acid solution whose pH has been adjusted; and extracting the calcium into the organic solvent. .
前記pH調整工程に先立って、前記硫酸酸性溶液の温度を20℃以上40℃未満の範囲に調整する温度調整工程をさらに含む、請求項5に記載のニッケル及びコバルトを含有する溶液の製造方法。

The method for producing a solution containing nickel and cobalt according to claim 5, further comprising a temperature adjusting step of adjusting the temperature of the acidic sulfuric acid solution to a range of 20 ° C or higher and lower than 40 ° C prior to the pH adjusting step.

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