JP7003507B2 - リチウムの回収方法 - Google Patents
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Description
まず、リチウム二次電池用正極材料の製造工程の概要について図面を使用しながら説明する。図1は、リチウム二次電池用正極材料の製造工程の概略を示すフロー図である。リチウム二次電池用正極材料の製造工程は、図1に示すように、晶析工程S101と分離工程S102と焼成工程S103と水洗工程S104とから構成される。詳細には、晶析工程S101は、ニッケル、コバルト、マンガン、又はアルミニウム等の原料からなる各硫酸金属塩の混合水溶液に、ナトリウム水溶液を加えて、これらの金属水酸化物を共沈させて金属水酸化物を含むスラリーを得る工程である。また、分離工程S102は、得られた金属水酸化物を含むスラリーから金属複合水酸化物を固液分離等により分離する工程である。また、焼成工程S103は、得られた金属複合水酸化物と炭酸リチウムとを混合し、この混合物を所定の温度で焼成することによりリチウム金属複合酸化物を得る工程である。そして、水洗工程S104は、得られたリチウム金属複合酸化物を水洗処理する工程である。
次に、本発明の一実施形態に係るリチウムの回収方法について図面を使用しながら説明する。図2は、本発明の一実施形態に係るリチウムの回収方法の概略を示すフロー図である。本実施形態に係るリチウムの回収方法は、リチウム二次電池用正極材料の製造工程排水からリチウムを回収するものであって、図2に示すように、置換工程S1と、吸着工程S2と、溶離工程S3と、炭酸化工程S4とを有する。以下、各工程S1~S4をそれぞれ説明する。
以上より、本実施形態に係るリチウムの回収方法は、リチウムイオンを含有する溶液を、官能基としてスルホン酸ナトリウム基を含む強酸性陽イオン交換樹脂に供給し接触させることにより、リチウムイオンを強酸性陽イオン交換樹脂に吸着させる吸着工程S2と、強酸性陽イオン交換樹脂を、ナトリウム塩を含有する溶離液に供給し接触させることにより、強酸性陽イオン交換樹脂に吸着したリチウムイオンを溶離する溶離工程S3とを有する。
実施例1では、Na型の陽イオン交換樹脂を使用して、リチウム二次電池用正極材料の製造工程排水に含まれるリチウムイオンを下記の操作により溶離した。
まず、官能基としてH型のスルホン酸基を含有する強酸性陽イオン交換樹脂(住化ケムテック社製:デュオライトCF20LF)50mLを直径20mmのガラス製カラムに詰めた。
a)73g/Lの塩酸水溶液をSV10h-1で500mL(BV10)通液した。
b)塩酸水溶液を通液後、純水をSV10h-1で500mL(BV10)通液して陽イオン交換樹脂を洗浄した。
c)洗浄後、50g/Lの硫酸ナトリウム水溶液をSV10h-1で500mL(BV10)通液した。
次に、上記洗浄により得られたNa型のスルホン酸基を含有する強酸性陽イオン交換樹脂を10mL分取し、直径10mLのカラムに詰めた。このカラムには、リチウムを1.3g/L、ナトリウムを0.12g/L、カリウムを0.01g/Lを含み、pHが約8であるリチウム二次電池用正極材料の製造工程排水をSV20h-1で0.6L(BV60)通液して、リチウムを強酸性陽イオン交換樹脂に吸着させた。
次に、リチウムが吸着された強酸性陽イオン交換樹脂に純水をSV20h-1で2.0L(BV200)通液して残留液を洗浄した。
次に、洗浄後の強酸性陽イオン交換樹脂に150g/Lの硫酸ナトリウム水溶液を通液し、SV1h-1で70mL(BV7)通液して、強酸性陽イオン交換樹脂に吸着したリチウムイオンを溶離した。
比較例1では、実施例1と異なり、H型の陽イオン交換樹脂を使用して、リチウム二次電池用正極材料の製造工程排水に含まれるリチウムイオンを下記の操作により溶離した。
まず、官能基としてH型のスルホン酸基を含有する強酸性陽イオン交換樹脂(住化ケムテック社製:デュオライトCF20LF)50mLを直径20mmのガラス製カラムに詰めた。
a)73g/Lの塩酸水溶液をSV10h-1で500mL(BV10)通液した。
b)塩酸水溶液を通液後、純水をSV10h-1で500mL(BV10)通液して陽イオン交換樹脂を洗浄した。
c)洗浄後、50g/Lの硫酸ナトリウム水溶液をSV10h-1で500mL(BV10)通液した。
次に、上記洗浄により得られたH型のスルホン酸基を含有する強酸性陽イオン交換樹脂を10mL分取し、直径10mLのカラムに詰めた。このカラムには、リチウムを1.3g/L、ナトリウムを0.12g/L、カリウムを0.01g/Lを含み、pHが約8であるリチウム二次電池用正極材料の製造工程排水をSV20h-1で0.6L(BV60)通液して、リチウムを強酸性陽イオン交換樹脂に吸着させた。
次に、リチウムが吸着された強酸性陽イオン交換樹脂に純水をSV20h-1で2.0L(BV200)通液して残留液を洗浄した。
次に、洗浄後の強酸性陽イオン交換樹脂に硫酸濃度100g/Lの硫酸水溶液を、SV1h-1で70mL(BV7)、常温で通液して、強酸性陽イオン交換樹脂に吸着したリチウムイオンを溶離した。
実施例1と比較例1の吸着曲線(図3,5)と溶離曲線(図4,6)を比較すると、実施例1のNa型でも、比較例1のH型と同様に吸着・溶離ができ、強酸性陽イオン交換樹脂を用いた場合でも、ナトリウムより選択性の劣るリチウムを吸着回収することが可能であることを確認した。これによって、Na型を用いる実施例1では、安全・環境上の配慮が必要である、排水処理に中和剤が必要な酸を用いずにリチウムを回収することが可能となることを確認した。なお、H型を用いる比較例1では、溶離液として高濃度の硫酸を用いたため、溶離液からリチウムを炭酸塩で回収しようとした場合、硫酸を中和するための中和剤が必要であった。
Claims (2)
- リチウム二次電池用正極材料の製造工程においてリチウム金属複合酸化物を水洗することにより排出される排水からリチウムを回収するリチウムの回収方法であって、
リチウムイオンを含有する前記排水を、官能基としてスルホン酸ナトリウム基を含む強酸性陽イオン交換樹脂に供給し接触させることにより、該リチウムイオンを該強酸性陽イオン交換樹脂に吸着させる吸着工程と、
前記強酸性陽イオン交換樹脂を、ナトリウム塩を含有する溶離液に供給し接触させることにより、該強酸性陽イオン交換樹脂に吸着した前記リチウムイオンを溶離する溶離工程とを有し、
前記排水中のリチウム濃度は、0.3g/L以上であり、
前記ナトリウム塩が、硫酸ナトリウムであることを特徴とするリチウムの回収方法。 - 前記溶離液は、前記リチウム二次電池正極材料の製造工程において金属水酸化物を分離した際に排出される排水であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムの回収方法。
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