JP6964618B2 - リチウムイオン電池スクラップの処理方法 - Google Patents
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Description
一の実施形態に係るリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、図1に例示するように、リチウムイオン電池スクラップを酸で浸出し、少なくともフッ化物イオン及びアルミニウムイオンを含む浸出後液を得る浸出工程と、浸出後液を、pH5.3〜5.5の範囲内に中和し、浸出後液からアルミニウムイオンの少なくとも一部を除去して中和後液を得る中和工程と、中和後液に対して溶媒抽出を行い、該中和後液からアルミニウムイオンの残部を抽出する抽出工程とを含む。
この実施形態で対象とすることができるリチウムイオン電池スクラップは、携帯電話その他の種々の電子機器等で使用され得るリチウムイオン電池(リチウムイオン二次電池)で、電池製品の寿命や製造不良またはその他の理由によって廃棄されたものである。このようなリチウムイオン電池スクラップから有価金属であるコバルトやニッケル等を回収することは、資源の有効活用の観点から好ましい。
この実施形態では、たとえばアルミニウムを0.5質量%〜15質量%で含むリチウムイオン電池スクラップを対象とすることが特に効果的である。また、リチウムイオン電池スクラップには、たとえば鉄が0.5質量%〜10質量%で含まれることがある。
浸出工程では、たとえば破砕・篩別により篩下に得られた粉末状の上記のリチウムイオン電池スクラップを、硫酸酸性溶液等の浸出液に添加して浸出させる。それにより、リチウムイオン電池スクラップに含まれる所定の金属が浸出した浸出後液を得る。
また浸出工程で、リチウムイオン電池スクラップを酸性溶液に添加したときから浸出終了までの浸出時間は0.5時間〜10時間とすることが好ましい。反応時間が短すぎると、溶かしたいコバルトやニッケルが十分に溶解しない場合がある。一方、浸出時間が長すぎると、アルミニウムの固体の溶解が終了し、銅の溶解が始まるおそれがあるからである。浸出時間のより好ましい範囲は、1時間〜5時間、さらに好ましくは1時間〜3時間である。
中和工程では、上記の浸出工程で得られた浸出後液のpHを上昇させて中和することにより、浸出後液中のアルミニウムイオンを析出させて沈殿させ、その後の固液分離により、かかるアルミニウムを除去して中和後液を得る。
そしてまた、中和工程の中和時には、浸出後液の温度を、50℃〜90℃とすることが好適である。これはすなわち、浸出後液の温度を50℃未満とした場合は、反応性が悪くなることが懸念され、また、90℃より高くした場合は高熱に耐えられる装置が必要になる他、安全上も好ましくない。
なおこの際に、浸出工程で溶かさずに固体として残した銅や、リチウムイオン電池スクラップに含まれ得るカーボンもまた分離させることができる場合がある。アルミニウムのみの沈殿物を濾過しようとすると、ゲル状のアルミニウム沈殿物は濾過することが困難であり、濾過速度の低下を招くが、この中和後の固液分離では、沈殿物に、アルミニウムのみならず銅やカーボン等が含まれることから、かかる銅やカーボン等が、ゲル状のアルミニウム沈殿物の濾過のしにくさを補って、濾過に要する時間を短縮化することができる。先述の浸出工程で得られる浸出後液がリチウムイオンを含み、浸出後液中のアルミニウムに対するリチウムのモル比(Li/Al比)が、1.1以上であれば、中和後の沈殿物に含まれるアルミニウムが、ゲル状のAl(OH)3の他、結晶性のあるLiAlO2、LiAl2(OH)7等の複合酸化物、複合水酸化物を生成し、粉末状に近い形態となる。この場合は、更なる濾過時間の短縮化を図ることができる。
酸化剤として上記の正極活物質等を用いる場合、第一分離後液に溶解しているマンガンが二酸化マンガンとなる析出反応が生じるので、析出したマンガンを鉄とともに除去することができる。
中和工程の後は、溶媒抽出により、中和後液からアルミニウムイオンの残部を抽出する抽出工程を行う。中和後液にマンガンイオン及び銅イオンのうちの少なくとも一方が含まれる場合は、この抽出工程で、アルミニウムイオンのみならず、マンガンイオン及び/又は銅イオンをも抽出することができる。抽出工程により、アルミニウムイオン等が除去された抽出残液が得られる。
抽出工程で得られた抽出残液には、そこからコバルト及び/又はニッケルを回収するとともに、必要であればさらにリチウムを回収する回収工程を行うことができる。
溶媒抽出後のコバルトイオンを含有する抽出剤(有機相)に対しては、逆抽出を行うことができる。逆抽出で水相側に移動したCoは、電解採取によって回収する。
溶媒抽出後のニッケルイオンを含有する抽出剤(有機相)に対して、逆抽出を行うことができる。水相側に移動したNiは、電解採取によって回収する。
リチウム濃縮液に対して、必要に応じて中和を行った後、炭酸化により炭酸リチウムとしてリチウムを回収することができる。
Claims (4)
- リチウムイオン電池スクラップを酸で浸出し、少なくともフッ化物イオン及びアルミニウムイオンを含む浸出後液を得る浸出工程と、
浸出後液を、pH5.3〜5.5の範囲内に中和し、浸出後液からアルミニウムイオンの少なくとも一部を除去して中和後液を得る中和工程と、
中和後液に対して溶媒抽出を行い、該中和後液からアルミニウムイオンの残部を抽出する抽出工程とを含み、
前記抽出工程で、中和後液に対し、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を含有する混合抽出剤を使用して溶媒抽出する、リチウムイオン電池スクラップの処理方法。 - 前記中和工程での中和により、前記中和後液中のアルミニウムイオン濃度を100mg/L以下にする、請求項1に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。
- 前記浸出後液が、さらにマンガンイオン及び/又は銅イオンを含み、
前記抽出工程で、中和後液からアルミニウムイオンとともにマンガンイオン及び/又は銅イオンを抽出する、請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。 - 前記浸出後液が、さらに鉄イオンを含み、
前記中和工程で、前記中和の前に、浸出後液に酸化剤を添加し、pHを3.0〜5.0の範囲内に調整して、浸出後液から鉄イオンを除去する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。
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