JP7155696B2 - Lithium elution method - Google Patents

Lithium elution method Download PDF

Info

Publication number
JP7155696B2
JP7155696B2 JP2018134817A JP2018134817A JP7155696B2 JP 7155696 B2 JP7155696 B2 JP 7155696B2 JP 2018134817 A JP2018134817 A JP 2018134817A JP 2018134817 A JP2018134817 A JP 2018134817A JP 7155696 B2 JP7155696 B2 JP 7155696B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
elution
exchange resin
ion
adsorption
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018134817A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020011193A (en
Inventor
修 池田
聡 浅野
雅俊 高野
伸也 松本
陽平 工藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Mining Co Ltd filed Critical Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority to JP2018134817A priority Critical patent/JP7155696B2/en
Publication of JP2020011193A publication Critical patent/JP2020011193A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7155696B2 publication Critical patent/JP7155696B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、リチウム二次電池用正極材料のリチウムを含有する製造工程排水からイオン交換樹脂に吸着させたリチウムの溶離方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for eluting lithium adsorbed on an ion-exchange resin from lithium-containing manufacturing process wastewater of positive electrode materials for lithium secondary batteries.

リチウムは陶器やガラスの添加剤、鉄鋼連続鋳造用のガラスフラックス、グリース、医薬品、電池等、産業において広く利用されている。特に、二次電池であるリチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、電圧が高いことから、最近ではノートパソコンなどの電子機器のバッテリーや電気自動車・ハイブリッド車の車載バッテリーとしての用途が拡大しており、需要が急増している。これに伴い、原料である水酸化リチウムや炭酸リチウムの需要が急増している。 Lithium is widely used in industry as an additive for pottery and glass, glass flux for continuous steel casting, grease, pharmaceuticals, and batteries. In particular, lithium-ion batteries, which are secondary batteries, have high energy density and high voltage. Demand is soaring. Along with this, demand for raw materials such as lithium hydroxide and lithium carbonate is rapidly increasing.

最近では資源の有効活用のため、リチウム二次電池用正極材料の製造工程で排出される排水(以下、「製造工程排水」ともいう)からリチウムを回収することが推進されている。 Recently, for the purpose of effective utilization of resources, the recovery of lithium from wastewater discharged from the manufacturing process of positive electrode materials for lithium secondary batteries (hereinafter also referred to as "manufacturing process wastewater") has been promoted.

製造工程排水からリチウムを回収する方法として、特許文献1に溶媒抽出法が、特許文献2にイオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法が提案されている。 As a method for recovering lithium from waste water from manufacturing processes, Patent Document 1 proposes a solvent extraction method, and Patent Document 2 proposes a method using electrodialysis using an ion exchange membrane.

また、イオン交換樹脂を用いたイオンの回収方法として、特許文献3にいわゆるメリーゴーランド方式を利用した方法が提案されている。 As a method for recovering ions using an ion exchange resin, Patent Document 3 proposes a method using a so-called merry-go-round system.

特開2006-57142号公報JP-A-2006-57142 特開2012-234732号公報JP 2012-234732 A 特開2012-030208号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-030208

しかし、特許文献1の溶媒抽出法は安全上の対策が必要になることや、工程が長く、高額なコストになることが問題となる。また、特許文献2のイオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法は、コスト面や運用面で不利である。 However, the solvent extraction method of Patent Literature 1 has problems that safety measures are required, the process is long, and the cost is high. In addition, the method of using electrodialysis using an ion-exchange membrane in Patent Document 2 is disadvantageous in terms of cost and operation.

一方、安価で簡便な方法としてイオン交換樹脂を用いた回収方法がある。 On the other hand, there is a recovery method using an ion exchange resin as an inexpensive and simple method.

イオン交換樹脂を用いた回収方法では、リチウムを吸着させたイオン交換樹脂に溶離液を通液し、溶離後液からリチウムを回収する。しかし、リチウムは選択性が低く溶離が短期間に進行するため、安定したリチウム濃度で溶離後液を回収することが困難となる。このため、リチウム濃度の安定化に設備を要し経済性を損なう問題があった。また、溶離後液中のリチウム濃度がその都度異なるため、生産管理上の問題があった。 In the recovery method using an ion-exchange resin, an eluent is passed through the ion-exchange resin on which lithium is adsorbed, and lithium is recovered from the eluted solution. However, since lithium has low selectivity and elution progresses in a short period of time, it becomes difficult to recover the solution after elution with a stable lithium concentration. Therefore, there is a problem that equipment is required to stabilize the lithium concentration, impairing economic efficiency. In addition, since the concentration of lithium in the solution after elution varies each time, there is a problem in terms of production management.

上述した選択性の低いイオンを、イオン交換樹脂を用いて回収する方法として、いわゆるメリーゴーランド方式を用いる方法が特許文献3に提案されている。しかし、特許文献3では選択性の低い金属については検討されていなかった。 Patent Document 3 proposes a method using a so-called merry-go-round system as a method for recovering the ions with low selectivity described above using an ion exchange resin. However, Patent Document 3 does not consider metals with low selectivity.

このような経緯から、溶離工程において、溶離後のリチウム濃度を常に一定に保つ方法が求められてきた。 Under these circumstances, there has been a demand for a method of keeping the lithium concentration constant after elution in the elution process.

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、リチウム二次電池用正極材料のリチウムを含有する製造工程排水からイオン交換樹脂に吸着させたリチウムの溶離方法において、溶離後のリチウム濃度を常に一定に保つ方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a method for eluting lithium adsorbed on an ion-exchange resin from lithium-containing manufacturing process wastewater of a positive electrode material for lithium secondary batteries, the lithium concentration after elution is always constant.

発明者らは吸着工程でリチウムを吸着した複数本のカラムを段階的に溶離工程へ移動させて、リチウムを溶離することによって、溶離後液中のリチウム濃度の変化を抑制することが可能であることを見出した。 The inventors can suppress the change in the lithium concentration in the post-elution solution by moving the multiple columns that have adsorbed lithium in the adsorption step step by step to the elution step and eluting the lithium. I found out.

上述した目的を達成する本発明の一態様は、リチウム二次電池用正極材料のリチウムを含有する製造工程排水からイオン交換樹脂に吸着させたリチウムの溶離方法であって、複数のイオン交換樹脂の一部を直列に連結して前記製造工程排水を通水して接触させる吸着工程を行い、残りの複数のイオン交換樹脂を直列に連結して溶離液を通液して接触させる溶離工程を行い、吸着工程における初段のイオン交換樹脂を溶離工程におけるイオン交換樹脂の最後に連結して、該初段のイオン交換樹脂を溶離工程に移行させ、溶離工程における初段のイオン交換樹脂を吸着工程におけるイオン交換樹脂の最後に連結して、該初段のイオン交換樹脂を吸着工程に移行させ、前記複数のイオン交換樹脂に対し吸着工程と溶離工程を交互に繰り返し行い、前記溶離工程における前記通液がBV(Bed volume)値で1.0以上、3.0以下の所定の値になったときに、前記溶離工程から前記吸着工程への移行を行い、前記製造工程排水はアルミニウムを含有し、前記吸着工程における前記製造工程排水のpHを9以上にすることを特徴とする。 One aspect of the present invention for achieving the above object is a method for eluting lithium adsorbed on an ion-exchange resin from lithium-containing manufacturing process wastewater of a positive electrode material for a lithium secondary battery, comprising: An adsorption step is performed in which some of the resins are connected in series and contacted by passing water through the manufacturing process wastewater, and an elution step is performed in which the remaining plurality of ion exchange resins are connected in series and an eluent is passed through and contacted. The first ion exchange resin in the adsorption step is connected to the end of the ion exchange resin in the elution step, the first ion exchange resin is transferred to the elution step, and the first ion exchange resin in the elution step is connected to the ion exchange resin in the adsorption step. After connecting to the end of the resin, the first ion exchange resin is transferred to the adsorption step, the adsorption step and the elution step are alternately repeated for the plurality of ion exchange resins, and the liquid passing in the elution step is BV ( When the bed volume) value reaches a predetermined value of 1.0 or more and 3.0 or less, the elution step is shifted to the adsorption step, and the waste water from the manufacturing process contains aluminum, and the adsorption step is performed. It is characterized in that the pH of the manufacturing process wastewater in the process is set to 9 or higher .

このようにすれば、溶離後液中のリチウム濃度を一定にすることができるため、撹拌混合槽等の溶離液全量を均一化する設備が不要となり経済的に有利となる。また、生産管理が容易となる。また、アルミニウムを含有する製造工程排水からリチウムを溶離する際に、イオン交換樹脂の容量の低下を抑制することができる。 In this way, the lithium concentration in the eluted solution can be kept constant, so that equipment for homogenizing the total amount of the eluent, such as a stirring mixing tank, is not required, which is economically advantageous. Moreover, production management becomes easy. In addition, when lithium is eluted from manufacturing process waste water containing aluminum, it is possible to suppress a decrease in the capacity of the ion-exchange resin.

また、本発明の一態様では、前記溶離工程における前記通液のSV(空間速度)が2hr-1以上6hr-1以下としてもよい。 In one aspect of the present invention, the SV (space velocity) of the liquid passing in the elution step may be 2 hr −1 or more and 6 hr −1 or less.

このようにすれば、単位時間あたりの処理効率及びリチウムの溶離効率を向上することができる。 In this way, the processing efficiency per unit time and the lithium elution efficiency can be improved.

また、本発明の一態様では、前記吸着工程における前記通水のSV(空間速度)が5hr-1以上15hr-1以下としてもよい。 In one aspect of the present invention, the SV (space velocity) of the water flow in the adsorption step may be 5 hr −1 or more and 15 hr −1 or less.

このようにすれば、単位時間あたりの処理効率及びリチウムの溶離効率を向上することができる。 In this way, the processing efficiency per unit time and the lithium elution efficiency can be improved.

また、本発明の一態様では、前記溶離工程後に前記イオン交換樹脂を洗浄する洗浄工程をさらに有し、前記洗浄工程における前記イオン交換樹脂への水の通水のSV(空間速度)が2hr-1以上6hr-1以下としてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, a washing step of washing the ion exchange resin after the elution step is further provided, and the SV (space velocity) of water passing through the ion exchange resin in the washing step is 2 hr It may be 1 or more and 6 hr −1 or less.

このようにすれば、単位時間あたりの洗浄処理効率を向上することができる。 By doing so, it is possible to improve the cleaning efficiency per unit time.

また、本発明の一態様では、前記イオン交換樹脂が、強酸性陽イオン交換樹脂としてもよい。 Moreover, in one aspect of the present invention, the ion exchange resin may be a strongly acidic cation exchange resin.

強酸性陽イオン交換樹脂は耐久性が高いため、より多く吸着工程及び溶離工程を行うことができる。 Since the strongly acidic cation exchange resin has high durability, more adsorption steps and elution steps can be performed.

また、本発明の一態様では、前記溶離工程における前記溶離液は硫酸ナトリウムを含有する水溶液としてもよい。 In one aspect of the present invention, the eluent in the elution step may be an aqueous solution containing sodium sulfate.

このようにすれば、溶離工程において陽イオン交換樹脂がH型からNa型に変換されるため、再生工程を省略することができる。 In this way, the regeneration step can be omitted because the cation exchange resin is converted from the H-type to the Na-type in the elution step.

本発明によれば、リチウム二次電池用正極材料のリチウムを含有する製造工程排水からイオン交換処理によりリチウムを溶離する方法において、溶離後液中のリチウム濃度を一定にすることで、溶離後液全量を均一化する撹拌混合槽は不要となり、払出のための最低限の容量の貯留槽のみあれば良く、経済的に有利になる上、生産管理を容易にすることができる。 According to the present invention, in a method of eluting lithium from manufacturing process wastewater containing lithium of a positive electrode material for a lithium secondary battery by an ion exchange treatment, the lithium concentration in the post-elution solution is kept constant. A stirring and mixing tank for homogenizing the total amount is not required, and only a storage tank with a minimum capacity for dispensing is required, which is economically advantageous and facilitates production control.

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。FIG. 2 is a flow diagram showing an outline of a manufacturing process of a positive electrode material for lithium secondary batteries. シングルカラムにおける溶離工程での通液量と溶離後液中のリチウム濃度推移概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing the change in the amount of liquid passed in the elution step in a single column and the concentration of lithium in the liquid after elution. 本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法の概略を示すフロー図である。1 is a flowchart showing an outline of a lithium elution method according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法におけるカラム操作方法を示した概念図である。図4(A)は吸着工程及び溶離工程における、カラムを切り替える前の状態を示した概念図である。図4(B)はカラムを切り替えた後の状態を示した概念図である。1 is a conceptual diagram showing a column operation method in a lithium elution method according to an embodiment of the present invention; FIG. FIG. 4A is a conceptual diagram showing the state before switching columns in the adsorption step and the elution step. FIG. 4B is a conceptual diagram showing a state after switching columns. 本発明の一実施形態に係る溶離工程でのBVと溶離後液中のリチウム濃度の関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the BV in the elution step and the lithium concentration in the post-elution solution according to one embodiment of the present invention. 比較例における溶離工程でのBVと溶離後液中のリチウム濃度の関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the BV in the elution step and the lithium concentration in the post-elution solution in a comparative example.

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。なお、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、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。 Specific embodiments of the present invention (hereinafter referred to as "present embodiments") will be described in detail below. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the purpose of the present invention.

[1.リチウム二次電池用正極材料の製造工程の概要]
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、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、水酸化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水酸化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。
[1. Overview of manufacturing process of positive electrode material for lithium secondary battery]
First, the outline of the manufacturing process of the positive electrode material for lithium secondary batteries will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow diagram showing an outline of the manufacturing process of a positive electrode material for lithium secondary batteries. As shown in FIG. 1, the manufacturing process of the positive electrode material for lithium secondary batteries comprises a crystallization step S101, a separation step S102, a baking step S103, and a water washing step S104. Specifically, in the crystallization step S101, an aqueous sodium hydroxide solution is added to a mixed aqueous solution of metal sulfates made of raw materials such as nickel, cobalt, and aluminum to coprecipitate these metal hydroxides to form a metal. This is a step of obtaining a slurry containing hydroxide. Further, the separation step S102 is a step of separating the metal composite hydroxide from the obtained slurry containing the metal hydroxide by solid-liquid separation or the like. Further, the firing step S103 is a step of mixing the obtained metal composite hydroxide and lithium hydroxide and firing the mixture at a predetermined temperature to obtain a lithium metal composite oxide. The water washing step S104 is a step of washing the obtained lithium metal composite oxide with water.

リチウム二次電池用正極材料の製造工程のうち、水洗工程S104では、正極材料を水洗するため、リチウムイオンとアルミニウムイオンを高濃度で含む排水が排出される。
排水濃度は、例えばリチウムイオンが、1~5g/Lであり、アルミニウムイオンが、0.04~0.18g/Lを有している。リチウムはアルカリ金属であり、ナトリウムやカリウムと同様に水質汚濁に関する規制がない。工場の排水処理工程では通常、水質汚濁法や条例で規制された金属のみ処理して除去することから、製造工程排水中のリチウムは排水処理工程で除去されず、公共用水域に放流される。リチウムは海水に含まれる金属であり、公共用水域に放流しても環境上の問題はない。しかし、リチウムは貴重な金属であり、省資源という観点から、このような製造工程排水を公共用水域に放流することは好ましくない。そして、資源のリサイクルにおいて、製造工程において排出されるリチウムを廃棄せずに回収し有効活用することが求められている。
In the water washing step S104 of the manufacturing steps of the positive electrode material for lithium secondary batteries, waste water containing high concentrations of lithium ions and aluminum ions is discharged in order to wash the positive electrode material with water.
The effluent concentration is, for example, 1 to 5 g/L for lithium ions and 0.04 to 0.18 g/L for aluminum ions. Lithium is an alkali metal and, like sodium and potassium, has no water pollution regulations. In the wastewater treatment process of factories, usually only metals regulated by the Water Pollution Law and ordinances are treated and removed, so lithium in wastewater from the manufacturing process is not removed in the wastewater treatment process and is discharged into public waters. Lithium is a metal contained in seawater, and there is no environmental problem even if it is discharged into public water areas. However, lithium is a valuable metal, and from the viewpoint of resource saving, it is not preferable to discharge such manufacturing process wastewater into public water areas. In the recycling of resources, it is required to collect and effectively utilize lithium discharged in the manufacturing process without discarding it.

製造工程排水からリチウムを回収するには、溶媒抽出法(例えば特許文献1)、イオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法(例えば特許文献2)及びイオン交換樹脂を用いた回収方法などがある。 Methods for recovering lithium from manufacturing process wastewater include a solvent extraction method (for example, Patent Document 1), a method using electrodialysis using an ion exchange membrane (for example, Patent Document 2), and a recovery method using an ion exchange resin. .

しかし、溶媒抽出法を用いた場合、排水中の有機物の処理が必要となることや、消防法上の危険物を扱う設備となるため安全上の対策が必要になることや、多段抽出であるため、工程が長く、高額なコストになることが問題になる。また、イオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法は、電気透析装置は排水処理として用いるには大規模な装置が必要となり、コスト面や運用面で不利である。 However, when using the solvent extraction method, it is necessary to treat organic matter in the wastewater, safety measures are required because it is a facility that handles dangerous substances under the Fire Service Law, and multi-stage extraction is required. Therefore, the problem is that the process is long and the cost is high. Further, the method using electrodialysis using an ion exchange membrane requires a large-scale electrodialysis apparatus for wastewater treatment, which is disadvantageous in terms of cost and operation.

これらの回収方法に対し、イオン交換樹脂を用いた回収方法は安価で簡便な方法として考えられる。工業的に陽イオン交換樹脂を用いる場合、カラム方式が一般的である。 Compared to these recovery methods, the recovery method using an ion-exchange resin is considered to be a cheap and simple method. When using a cation exchange resin industrially, a column system is generally used.

カラム方式では、イオン交換樹脂を充填したカラムに製造工程排水を通水し、リチウムをイオン交換樹脂に吸着させる。その後、カラムに溶離液を通液し、イオン交換樹脂からリチウムを溶離する。しかし、リチウムは選択性が低いためイオン交換樹脂から溶離しやすい。このため、溶離後中のリチウム濃度は溶離液の通液と共に上昇する。 In the column method, wastewater from the manufacturing process is passed through a column filled with an ion exchange resin, and lithium is adsorbed on the ion exchange resin. An eluent is then passed through the column to elute lithium from the ion exchange resin. However, lithium tends to be eluted from the ion exchange resin due to its low selectivity. Therefore, the lithium concentration in the post-elution increases as the eluent passes through.

ここで、図2はシングルカラムにおける溶離工程での通液量と溶離後液中のリチウム濃度推移概念図である。図2に示すように、カラム方式でイオン交換樹脂に吸着したリチウムを溶離する場合、1段のカラム(シングルカラム)では溶離液の通液と同時に鋭いピークが立ち上がり、その後、濃度が通液と共に下がる溶離曲線が得られる。このため、部分的に溶離後液を回収しようと場合、回収するタイミングによってリチウムの濃度が異なることになることから、安定したリチウム濃度で溶離後液を回収しようとした場合、溶離後液を全量タンクに貯留し、撹拌混合するなどして均一化を行う必要がある。すなわち、生産においては設備点数が増加し、経済性を損なうことになる。さらに、少量の溶離後液のみ出荷が必要な場合に、抜き出すタイミングで濃度が異なることから、生産管理の上からも望ましくない。 Here, FIG. 2 is a conceptual diagram showing the change in the amount of solution passed in the elution step in a single column and the concentration of lithium in the solution after elution. As shown in Fig. 2, when eluting lithium adsorbed on ion exchange resin by the column method, in a single column (single column), a sharp peak rises at the same time as the eluent is passed through, and then the concentration increases with the passage of the solution. A decreasing elution curve is obtained. Therefore, when trying to partially recover the post-elution solution, the concentration of lithium varies depending on the timing of recovery. It is necessary to store it in a tank and homogenize it by stirring and mixing. In other words, in production, the number of facilities increases, impairing economic efficiency. Furthermore, when only a small amount of the post-elution solution needs to be shipped, the concentration varies depending on the timing of extraction, which is undesirable from the standpoint of production management.

しかし、溶離後液中のリチウム濃度が常に一定であれば、このような、溶離後液全量を均一化する撹拌混合槽は不要となり、払出のための最低限の容量の貯留槽のみあれば良く、経済的に有利になる上、生産管理が容易になる。 However, if the lithium concentration in the post-elution solution is always constant, such a stirring and mixing tank for homogenizing the total amount of the post-elution solution becomes unnecessary, and only a storage tank with a minimum capacity for dispensing is required. , which is economically advantageous and facilitates production management.

上述した選択性の低いイオンを、イオン交換樹脂を用いて回収する方法として、いわゆるメリーゴーランド方式を用いる方法が特許文献3に提案されている。しかし、特許文献3では選択性の低い金属については検討されていなかった。 Patent Document 3 proposes a method using a so-called merry-go-round system as a method for recovering the ions with low selectivity described above using an ion exchange resin. However, Patent Document 3 does not consider metals with low selectivity.

このような経緯から、溶離工程において、溶離後液中のリチウム濃度を常に一定に保つ方法が求められてきた。 Under these circumstances, there has been a demand for a method for keeping the lithium concentration in the post-elution solution constant in the elution process.

このような実情に鑑み、発明者らは鋭意検討を重ねた結果、吸着工程でリチウムを吸着した複数本のカラムを段階的に溶離工程へ移動させて、リチウムを溶離することによって、溶離後液中のリチウム濃度の変化を抑制することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 In view of this situation, the inventors have made extensive studies and found that the columns that have adsorbed lithium in the adsorption step are moved step by step to the elution step, and the lithium is eluted, resulting in a post-elution solution The inventors have found that it is possible to suppress the change in the lithium concentration in the medium, and have completed the present invention.

以下、本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a lithium elution method according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

[2.リチウムの溶離方法]
本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法は、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溶離するものであって、吸着工程と、溶離工程とを有する。以下、リチウムの溶離方法の概要及び各工程をそれぞれ説明する。
[2. Elution method of lithium]
A method for eluting lithium according to an embodiment of the present invention is for eluting lithium from waste water produced during the manufacturing process of positive electrode materials for lithium secondary batteries, and includes an adsorption step and an elution step. An outline of the lithium elution method and each step will be described below.

[2-1.リチウムの溶離方法の概要]
まず、リチウムの溶離方法の概要について図面を使用しながら説明する。図3は、本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法の概略を示すフロー図である。本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法は、図3に示すように、吸着工程S1と溶離工程S2とから構成される。
[2-1. Overview of Lithium Elution Method]
First, an overview of the lithium elution method will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a flowchart showing an outline of a lithium elution method according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the lithium elution method according to one embodiment of the present invention comprises an adsorption step S1 and an elution step S2.

[2-2.吸着工程]
吸着工程S1では、製造工程排水にイオン交換樹脂を接触させて、イオン交換樹脂にリチウムイオンを選択的に吸着させる。ここで、イオン交換樹脂としては、強酸性陽イオン交換樹脂が好ましい。強酸性陽イオン交換樹脂は耐久性が高いため、より多く吸着工程及び溶離工程を行うことができる。また、製造工程排水にアルミニウムが含まれる場合、アルミニウムとリチウムを含有するリチウム液はどのような金属濃度でもかまわないが、水溶液のpHを9以上に調整することで、アルミニウムイオンをアルミン酸イオン[Al(OH)にする。この液をNa型に調整したスルホン酸基を含有する強酸性陽イオン交換樹脂に通液すると、カチオンであるリチウムイオンは吸着するが、アニオンであるアルミン酸イオンは吸着しない。アルミニウムイオンはリチウムイオンより選択性が高いため製造工程排水中にアルミニウムイオンが存在する場合はリチウムを強酸性陽イオン交換樹脂に選択的に吸着させるのは困難であるが、アルミニウムイオンをアルミン酸イオンにすることでリチウムを選択的に吸着させることができる。このとき官能基が水素型(以下、H型と記載)であると、リチウムイオンと交換した水素が水素イオンとして水溶液中に放出され、樹脂近傍のpHは低下する。この場合、ろ過性の悪い水酸化アルミニウムが析出して、樹脂に付着して、通液やイオン交換反応を阻害する。最悪の場合はカラムを用いた吸着工程が不可能になる。樹脂近傍のpHがさらに低下し、アルミニウムがカチオンとして存在する酸性領域になった場合はリチウムより選択的に吸着され分離が困難になる。強酸性陽イオン交換樹脂の場合であれば、前記の水酸化アルミニウムのような塩基を分解してアルミニウムとイオン交換して吸着するため、リチウムとの分離が困難になる。
[2-2. Adsorption process]
In the adsorption step S1, an ion-exchange resin is brought into contact with waste water from the manufacturing process to selectively adsorb lithium ions on the ion-exchange resin. Here, as the ion exchange resin, a strongly acidic cation exchange resin is preferred. Since the strongly acidic cation exchange resin has high durability, more adsorption steps and elution steps can be performed. In addition, when aluminum is contained in the wastewater from the manufacturing process, the lithium solution containing aluminum and lithium may have any metal concentration. Al(OH) 4 ] - . When this solution is passed through a strongly acidic cation exchange resin containing sulfonic acid groups adjusted to Na type, lithium ions, which are cations, are adsorbed, but aluminate ions, which are anions, are not adsorbed. Since aluminum ions have a higher selectivity than lithium ions, it is difficult to selectively adsorb lithium to strongly acidic cation exchange resins when aluminum ions are present in wastewater from the manufacturing process. Lithium can be selectively adsorbed by making At this time, if the functional group is of a hydrogen type (hereinafter referred to as H type), the hydrogen exchanged with lithium ions is released as hydrogen ions into the aqueous solution, and the pH in the vicinity of the resin is lowered. In this case, aluminum hydroxide with poor filterability precipitates and adheres to the resin, inhibiting the flow of liquid and the ion exchange reaction. In the worst case, the adsorption step using the column becomes impossible. When the pH in the vicinity of the resin is further lowered to an acidic region in which aluminum exists as a cation, aluminum is selectively adsorbed over lithium and separation becomes difficult. In the case of a strongly acidic cation exchange resin, it decomposes a base such as aluminum hydroxide and ion-exchanges with aluminum for adsorption, making separation from lithium difficult.

しかし、Na型に予め調整しておくことで、このようなpH低下を防ぎ、水酸化アルミニウムやアルミニウムイオンの生成を抑制し、アルミニウムはアルミン酸イオンの状態に保持できるため、樹脂に吸着されることはない。 However, by adjusting it to the Na type in advance, such a decrease in pH can be prevented, the generation of aluminum hydroxide and aluminum ions can be suppressed, and aluminum can be retained in the state of aluminate ions, so it is adsorbed by the resin. never.

また、pHの低下によりアルミニウムがカチオンとして存在する酸性領域になった場合、リチウムより選択性の高いアルミニウムが強酸性陽イオン交換樹脂に吸着して、樹脂中に蓄積し、樹脂の容量を低下させる。 In addition, when the pH becomes an acidic region where aluminum exists as a cation due to a decrease in pH, aluminum, which has a higher selectivity than lithium, is adsorbed on the strongly acidic cation exchange resin, accumulates in the resin, and reduces the capacity of the resin. .

[2-3.溶離工程]
溶離工程S2ではナトリウム塩を含有する水溶液を用いてリチウムイオンを溶離する。例えば硫酸ナトリウム水溶液を用いることができる。陽イオン交換樹脂は通常酸を用いて溶離を行うが、カラムを用いて吸着と溶離を行う場合、吸着工程で通液した液が残留していると液の混合によるpH低下で水酸化アルミニウムの沈殿が発生する、アルミニウムが酸性領域でカチオンの形態になり樹脂に吸着されるなどの不具合が発生する。
[2-3. Elution process]
In the elution step S2, lithium ions are eluted using an aqueous solution containing a sodium salt. For example, an aqueous sodium sulfate solution can be used. Cation exchange resins are usually eluted with an acid, but when adsorption and elution are performed using a column, if the solution passed through the adsorption process remains, the pH will drop due to mixing of the solutions and aluminum hydroxide will be removed. Problems such as precipitation occurring and aluminum being in the form of cations in the acidic region and being adsorbed by the resin occur.

また、溶離工程から吸着工程に移行する場合も同様であり、残留している酸との混合により、pH9以上に調整したアルミニウムとリチウムを含有する水溶液のpHが低下し、pH低下で水酸化アルミニウムの沈殿が発生する、アルミニウムが酸性領域でカチオンの形態になり樹脂に吸着されるなどの不具合が発生する。 The same is true when shifting from the elution step to the adsorption step. By mixing with the remaining acid, the pH of the aqueous solution containing aluminum and lithium adjusted to pH 9 or higher is lowered, and the lowered pH causes aluminum hydroxide. In the acidic region, aluminum becomes a cationic form and is adsorbed by the resin.

さらに酸で溶離した場合、官能基はH型になるため、次の吸着工程を行うためにナトリウム塩を含有する水溶液を通液する必要があり、工程が増えるといったデメリットがある。溶離液にナトリウムを含む水溶液を用いれば、pH変動による不具合を回避でき、溶離と同時に官能基をNa型に戻すことができるため、工程も簡素になる。また、溶離液の流量を調整することで、溶離液のリチウムを濃縮することができる。このため、エネルギーコストの高い蒸発濃縮法を用いなくてもリチウムを回収することが可能になる。 Furthermore, when eluted with an acid, the functional group becomes H-type, so that it is necessary to pass an aqueous solution containing a sodium salt in order to carry out the next adsorption step, which has the disadvantage of increasing the number of steps. If an aqueous solution containing sodium is used as the eluent, problems due to pH fluctuations can be avoided, and the functional group can be returned to the Na form at the same time as the elution, thus simplifying the process. Also, by adjusting the flow rate of the eluent, the lithium in the eluent can be concentrated. Therefore, lithium can be recovered without using the evaporative concentration method, which requires high energy cost.

溶離液はリチウムとナトリウムを含有する水溶液であるが、炭酸リチウムを沈殿させて回収するには炭酸ナトリウムを添加するため、ナトリウム塩を用いることは炭酸リチウムの沈殿生成に悪影響を及ぼさない。得られた炭酸リチウムは用途に応じた品位を要求されるが、必要に応じて水洗することで、不純物となるナトリウム濃度を低減できる。 Although the eluent is an aqueous solution containing lithium and sodium, sodium carbonate is added to precipitate and recover lithium carbonate, so the use of a sodium salt does not adversely affect the precipitation of lithium carbonate. The obtained lithium carbonate is required to have a grade according to the application, but the concentration of sodium, which is an impurity, can be reduced by washing with water as necessary.

ナトリウム塩には塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムといったものがあるが、塩化ナトリウムを用いた場合、沈殿回収した炭酸リチウムに塩素が残留する。回収した炭酸リチウムはリチウム二次電池用正極材料の原料としてリサイクルされるが、塩素は設備の構造材を腐食するといったデメリットがあることから硫酸ナトリウムを用いることが望ましい Sodium salts include sodium chloride and sodium sulfate, but when sodium chloride is used, chlorine remains in the precipitated and recovered lithium carbonate. The recovered lithium carbonate is recycled as a raw material for positive electrode materials for lithium secondary batteries, but chlorine has the disadvantage of corroding the structural materials of equipment, so it is desirable to use sodium sulfate.

[3.カラム操作方法]
まず、カラム操作方法の概要について図面を使用しながら説明する。図4は本発明の一実施形態に係るリチウムの溶離方法におけるカラム操作方法を示した概念図であり、次の手順で吸着と溶離を行う。ここで、図4(A)は吸着工程及び溶離工程におけるカラムを切り替える前の状態を示し、図4(B)はカラムを切り替えた後の状態を示している。
[3. Column operation method]
First, an overview of the column operation method will be explained using the drawings. FIG. 4 is a conceptual diagram showing a column operation method in the lithium elution method according to one embodiment of the present invention, and adsorption and elution are performed in the following procedure. Here, FIG. 4A shows the state before switching columns in the adsorption step and the elution step, and FIG. 4B shows the state after switching columns.

本発明の一実施形態に係るリチウムの吸着方法では複数のイオン交換樹脂を使用する。そして、図4(A)、図4(B)に示すように、これらのうち、一部のイオン交換樹脂に対して吸着工程を行い、その他のイオン交換樹脂について溶離工程を行う。 A method for adsorbing lithium according to an embodiment of the present invention uses a plurality of ion exchange resins. Then, as shown in FIGS. 4(A) and 4(B), some of the ion-exchange resins are subjected to the adsorption step, and the remaining ion-exchange resins are subjected to the elution step.

カラムを切り替える前の状態では図4(A)に示すように、上述の複数のイオン交換樹脂1から3のうち、カラム1及び2で溶離工程を、残りのカラム3で吸着工程を行う。ここで、カラム1及び2には、上記溶離工程の前に行われた吸着工程においてリチウムが吸着されている。そして、カラム1及び2を直列に連結して溶離液を通液し、溶離工程に配置する。このとき、カラム3は吸着工程に配置されている。カラムの総本数、吸着工程又は溶離工程に配置するカラムの本数は必要に応じて適宜増減させることが可能である。 Before the columns are switched, as shown in FIG. 4A, among the plurality of ion exchange resins 1 to 3, columns 1 and 2 are used for the elution process, and the remaining column 3 is used for the adsorption process. Here, columns 1 and 2 are adsorbed with lithium in the adsorption step performed before the elution step. Then, the columns 1 and 2 are connected in series and an eluent is passed through them, and placed in an elution step. At this time, the column 3 is arranged in the adsorption step. The total number of columns and the number of columns arranged in the adsorption step or elution step can be increased or decreased as necessary.

一定量の溶離液を通液した後、カラム1に充填しているイオン交換樹脂中のリチウムは全て溶離されるため、カラム1の溶離後液中リチウム濃度は0g/Lに等しくなるが、カラム2に充填しているイオン交換樹脂中にはリチウムが残っているため、溶離工程から出てくる溶離後液中のリチウム濃度は若干低くなるが、高い濃度を保持することができる。 After passing a certain amount of eluent, all of the lithium in the ion-exchange resin packed in column 1 is eluted. Since lithium remains in the ion exchange resin filled in 2, the concentration of lithium in the post-elution solution coming out of the elution step is slightly low, but a high concentration can be maintained.

ここで、図4(B)に示すようにカラム1をカラム2から分離して吸着工程に配置することで、カラム1を溶離工程から吸着工程に移行させる。カラム2は溶離工程に留めおき、カラム3を、カラム2の後に直列に連結して、溶離工程の最後段に配置することで、カラム3を吸着工程から溶離工程に移行させる。ここで、カラム同士は、製造工程排水の通水や溶離液の通液に使用される通水管や通液管によって連結されている。通水管や通液管にはバルブが設けられており、カラムの分離及び連結は、バルブの開閉によって製造工程排水や溶離液等の流路を切り替えることにより行われる。 Here, as shown in FIG. 4B, the column 1 is separated from the column 2 and arranged in the adsorption step, so that the column 1 is shifted from the elution step to the adsorption step. Column 2 remains in the elution step, and column 3 is connected in series after column 2 and placed at the end of the elution step, thereby allowing column 3 to transition from the adsorption step to the elution step. Here, the columns are connected to each other by a water pipe or a liquid pipe used for passing waste water from the manufacturing process and for passing the eluent. Valves are provided in the water pipes and the liquid pipes, and the separation and connection of the columns are performed by switching the flow paths of the manufacturing process waste water, the eluent, etc. by opening and closing the valves.

カラム3にはリチウムが交換容量一杯のリチウムが吸着しているため、図4(A)における溶離工程で若干低くなった溶離後液中のリチウム濃度は、図4(B)における溶離工程において再び高い濃度に戻ることができる。 Since column 3 has lithium adsorbed to its full exchange capacity, the lithium concentration in the post-elution solution, which was slightly lowered in the elution step in FIG. It is possible to return to high concentrations.

そして、図4(B)における溶離工程においてカラム2に充填しているイオン交換樹脂中のリチウムが全て溶離された後は、カラム2をカラム3から分離して吸着工程に配置し、カラム1をカラム3の後に直列に連結して、溶離工程の最後段に配置するというように同様の操作を繰り返し、イオン交換樹脂に対し吸着工程と溶離工程を交互に繰り返し行う。そして、吸着工程から溶離工程に、溶離工程から吸着工程にカラムを切り替えながら連続的にリチウムの溶離を行うことで、常に高いリチウム濃度の溶離後液を得ることが可能になる。 After all the lithium in the ion exchange resin packed in the column 2 is eluted in the elution step in FIG. 4B, the column 2 is separated from the column 3 and placed in the adsorption step, The same operation is repeated such that column 3 is connected in series after column 3 and placed in the final stage of the elution step, and the adsorption step and the elution step are alternately repeated for the ion exchange resin. By continuously eluting lithium while switching columns from the adsorption step to the elution step and from the elution step to the adsorption step, it is possible to always obtain a post-elution solution with a high lithium concentration.

また、図示しないが、吸着工程と溶離工程との間は適宜必要に応じて、水洗などの洗浄工程を入れても良い。 Moreover, although not shown, a washing step such as washing with water may be inserted between the adsorption step and the elution step, if necessary.

以上の説明は、溶離工程におけるカラムが2本の場合であって、1本目に配置されていたカラム1内のイオン交換樹脂からリチウムが全て溶離された場合を説明している。しかし、溶離工程において分離し、吸着工程へ移すカラムは1本に限定されない。上述したようにカラムの総本数、吸着工程又は溶離工程に配置するカラムの本数は必要に応じて適宜増減させることが可能である。溶離工程におけるカラムが2本以上の複数本の場合であって、1本目及びその後に連結された複数の(以下、「初段の」という)カラム内のイオン交換樹脂からリチウムが全て溶離される場合は、当該複数のカラム(初段のカラム)及び当該複数のイオン交換樹脂(初段のイオン交換樹脂)について上記溶離、吸着工程を行うことが可能である。 The above description is for the case where there are two columns in the elution step, and all the lithium is eluted from the ion exchange resin in the first column 1 . However, the number of columns separated in the elution step and transferred to the adsorption step is not limited to one. As described above, the total number of columns and the number of columns arranged in the adsorption step or elution step can be increased or decreased as necessary. When the number of columns in the elution step is two or more, and all lithium is eluted from the ion-exchange resin in the first and subsequent multiple columns (hereinafter referred to as "first stage"). can perform the elution and adsorption steps for the plurality of columns (first-stage columns) and the plurality of ion-exchange resins (first-stage ion-exchange resins).

また、以上の説明では吸着工程におけるカラムは1本である。しかし、上述したようにカラムの本数は必要に応じて適宜増減させることが可能であり、吸着工程において複数のカラムを直列に連結することが可能である。そして、吸着工程から溶離工程へ移すカラムも1本に限られない。吸着工程において複数のカラムが直列に連結されている場合、初段のカラム及び初段のイオン交換樹脂を吸着工程から溶離工程へ移すことができる。 Also, in the above description, the number of columns in the adsorption step is one. However, as described above, the number of columns can be increased or decreased as needed, and a plurality of columns can be connected in series in the adsorption step. Also, the number of columns transferred from the adsorption step to the elution step is not limited to one. When multiple columns are connected in series in the adsorption step, the first column and the first ion exchange resin can be transferred from the adsorption step to the elution step.

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溶離する場合、具体的には以下の方法を用いることで、溶離後液中のリチウム濃度を一定にすることができる。 In the case of eluting lithium from waste water from the manufacturing process of positive electrode materials for lithium secondary batteries, the lithium concentration in the solution after elution can be made constant by specifically using the following method.

(工程1:吸着工程)
吸着工程では、カラム5~8本を配置する。カラム1本目より直列にリチウム二次電池用正極材料の製造工程排水を直列に5~8本のカラムに通水する。吸着工程のSV(空間速度)は、5hr-1以上、15hr-1以下が好ましい。SV(空間速度)が5hr-1未満では、製造工程排水の流量が小さくなり吸着工程で処理されるリチウムが減少するため、単位時間あたりの処理効率が悪化する。SV(空間速度)が15hr-1を超える場合、製造工程排水の流量が大きくなり、リチウムがイオン交換樹脂に吸着しきれず流出してしまうため、リチウムの吸着効率が悪くなる。
(Step 1: adsorption step)
In the adsorption step, 5-8 columns are arranged. From the first column, wastewater from the manufacturing process of positive electrode materials for lithium secondary batteries is passed through 5 to 8 columns in series. The SV (space velocity) in the adsorption step is preferably 5 hr -1 or more and 15 hr -1 or less. If the SV (space velocity) is less than 5 hr −1 , the flow rate of waste water from the manufacturing process becomes small and the amount of lithium processed in the adsorption process decreases, resulting in deterioration of the treatment efficiency per unit time. If the SV (space velocity) exceeds 15 hr −1 , the flow rate of waste water from the manufacturing process increases, and lithium flows out without being fully adsorbed on the ion exchange resin, resulting in poor lithium adsorption efficiency.

また、カラムを切り替えるタイミングはリチウム二次電池用正極材料の製造工程排水中のリチウム濃度によって異なるが、リチウムイオン濃度が1~5g/Lの場合、BV(Bed Volume)は、2.5以上、7.5以下が好ましい。ここで本願におけるBVは、1本のカラムに充填されたイオン交換樹脂の体積に対する値をいう。BVが2.5未満では、リチウムがイオン交換樹脂に十分吸着されていない状態で吸着工程から溶離工程に切り替えられるため、交換容量より少ない量のリチウムしかイオン交換樹脂に吸着できない。このため、リチウムの吸着に必要なイオン交換樹脂の量が増加する。BVが7.5を超える場合、製造工程排水の流量が大きくなり、リチウムがイオン交換樹脂に吸着しきれず流出してしまうため、リチウムの吸着効率が悪くなる。 In addition, the timing of switching the column varies depending on the concentration of lithium in the waste water from the manufacturing process of the positive electrode material for lithium secondary batteries. 7.5 or less is preferable. Here, BV in the present application refers to a value for the volume of ion exchange resin packed in one column. If the BV is less than 2.5, the adsorption step is switched to the elution step in a state in which lithium is not sufficiently adsorbed on the ion exchange resin, so that only an amount of lithium smaller than the exchange capacity can be adsorbed on the ion exchange resin. Therefore, the amount of ion exchange resin required for lithium adsorption increases. If the BV exceeds 7.5, the flow rate of waste water from the manufacturing process increases, and lithium flows out without being fully adsorbed on the ion-exchange resin, resulting in poor lithium adsorption efficiency.

(工程2:洗浄工程)
吸着後の洗浄工程ではカラム2本を配置する。カラムが切替り吸着工程より移動してきたカラムに順次、水を通液して洗浄する。SV(空間速度)は、2hr-1以上、6hr-1以下が好ましい。洗浄工程のSV(空間速度)はカラムが洗浄工程内にいる間にカラム内のリチウム二次電池用正極材料の製造工程排水が置換できる速度であれば良い。
(Step 2: Washing step)
Two columns are arranged in the washing step after adsorption. The columns that have moved from the column switching adsorption step are washed by passing water through them successively. SV (space velocity) is preferably 2 hr -1 or more and 6 hr -1 or less. The SV (space velocity) of the washing process may be a speed at which wastewater from the manufacturing process of positive electrode materials for lithium secondary batteries in the column can be replaced while the column is in the washing process.

(工程3:溶離工程)
溶離工程では、カラム2本を配置する。カラムが切替り洗浄工程より移動してきたカラムに順次、溶離液を通液して溶離する。吸着工程のSV(空間速度)は、2hr-1以上、6hr-1以下が好ましい。SV(空間速度)が2hr-1未満では、リチウムを溶離した溶離液の量が小さくなり単位時間あたりの処理効率が悪化する。SV(空間速度)が6hr-1を超える場合、リチウムの溶離に関与しない溶離液の量が大きくなるため、リチウムの溶離効率が悪くなる。
(Step 3: Elution step)
In the elution step, two columns are arranged. Columns are switched and eluted by passing the eluent sequentially through the columns that have moved from the washing step. The SV (space velocity) in the adsorption step is preferably 2 hr -1 or more and 6 hr -1 or less. If the SV (space velocity) is less than 2 hr −1 , the amount of the eluent that elutes lithium becomes small, and the processing efficiency per unit time deteriorates. If the SV (space velocity) exceeds 6 hr −1 , the amount of the eluent that does not participate in the elution of lithium increases, resulting in poor elution efficiency of lithium.

また、カラムを切り替えて溶離工程から吸着工程に移行するタイミングはBV(Bed Volume)は、1.0以上、3.0以下である。BVが1.0未満では、リチウムが十分溶離されていない状態で溶離工程から吸着工程に切り替えられるため、リチウムの溶離効率が悪くなる。BVが3.0を超える場合、溶離後液中のリチウム濃度が鋭いピークで立ち上がった後に溶離工程から吸着工程に切り替えられるため、溶離後液中のリチウム濃度が一定にならない。 In addition, the BV (Bed Volume) at the timing of switching columns and shifting from the elution process to the adsorption process is 1.0 or more and 3.0 or less. If the BV is less than 1.0, the elution process is switched to the adsorption process in a state in which lithium is not sufficiently eluted, so the elution efficiency of lithium deteriorates. When the BV exceeds 3.0, the lithium concentration in the post-elution solution rises to a sharp peak, and then the elution step is switched to the adsorption step, so the lithium concentration in the post-elution solution does not become constant.

(工程4:洗浄工程)
溶離後の洗浄工程では、カラム2本を配置する。カラムが切替り溶離工程より移動してきたカラムに順次、水を通液して洗浄する。通液速度は工程2の洗浄工程と同様に、カラムが洗浄工程内にいる間にカラム内の溶離液が置換できる速度であれば良い。SV(空間速度)は、2hr-1以上、6hr-1以下が好ましい。
(Step 4: Washing step)
In the post-elution wash step, two columns are arranged. Columns are switched and washed by passing water through the columns that have moved from the elution step. As in the washing step of step 2, the liquid passing speed should be such a speed that the eluent in the column can be replaced while the column is in the washing step. SV (space velocity) is preferably 2 hr -1 or more and 6 hr -1 or less.

以下、本発明を適用した具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 Specific examples to which the present invention is applied will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

<実施例>
連続カラム装置(Outotec Inc.製)を使用し、溶離操作を行った。連続カラム装置の容量250mL/本カラム20本の内カラム2本分を溶離工程に用いた。そのカラムには240mL/本の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C20LF)を充填しており、リチウムを吸着工程で交換容量一杯に吸着させた。溶離工程では、その2本のカラムに対して、硫酸ナトリウム濃度が約150g/Lの溶離液をSV4=16mL/minの流量で流しカラム内の強酸性陽イオン交換樹脂と接触させリチウムを溶離させた。BV2毎に、溶離工程初段のカラムを吸着工程最終段に切り替える作業を繰り返した。溶離中は2本目のカラムからの溶離後液をBV2毎にサンプリングし、ICP-AESで溶離後液中のリチウム濃度を測定した。
<Example>
Elution was performed using a continuous column device (manufactured by Outotec Inc.). Two of the 20 columns with a capacity of 250 mL/column of the continuous column apparatus were used for the elution step. The column was packed with 240 mL/tube of strongly acidic cation exchange resin (manufactured by Sumika Chemtech Co., Ltd.: Duolite C20LF), and lithium was adsorbed to the full exchange capacity in the adsorption step. In the elution step, an eluent having a sodium sulfate concentration of about 150 g / L is flowed through the two columns at a flow rate of SV4 = 16 mL / min, and contacted with the strongly acidic cation exchange resin in the column to elute lithium. rice field. The operation of switching the column at the first stage of the elution process to the last stage of the adsorption process was repeated for each BV2. During elution, the post-elution solution from the second column was sampled every BV2, and the lithium concentration in the post-elution solution was measured by ICP-AES.

溶離液のBVと溶離後液中のリチウム濃度の関係を図5に示す。BV10以降、溶離後液中のリチウム濃度は4000~5000mg/Lの範囲に安定することがわかる。 FIG. 5 shows the relationship between the BV of the eluent and the lithium concentration in the post-elution solution. It can be seen that after BV10, the lithium concentration in the eluted solution stabilizes in the range of 4000 to 5000 mg/L.

<比較例>
容量1Lの1本のカラム内に1Lの強酸性イオン交換樹脂(住化ケムテック社製:デュオライトC20LF)を充填し、吸着工程でリチウムを交換容量一杯に吸着させた。
<Comparative example>
One column with a capacity of 1 L was filled with 1 L of strongly acidic ion exchange resin (manufactured by Sumika Chemtech Co., Ltd.: Duolite C20LF), and lithium was adsorbed to the full exchange capacity in the adsorption step.

このカラムに硫酸ナトリウム濃度が約150g/Lの溶離液をSV4=67mL/minの流量で流しカラム内の強酸性陽イオン交換樹脂と接触させリチウムを溶離させた。溶離中はカラムからの流出液をBV1毎にサンプリングし、ICP-AESで溶離後液中のリチウム濃度を測定した。このときの溶離液のBVと溶離後液中リチウム濃度の関係を図6に示す。 An eluent having a sodium sulfate concentration of about 150 g/L was passed through this column at a flow rate of SV4=67 mL/min, and contacted with the strongly acidic cation exchange resin in the column to elute lithium. During the elution, the effluent from the column was sampled every BV1, and the lithium concentration in the eluate after elution was measured by ICP-AES. FIG. 6 shows the relationship between the BV of the eluent at this time and the lithium concentration in the eluted solution.

実施例と異なり、溶離後液中リチウム濃度は溶離開始から直ぐに上昇し、BV2をピークにその後直ぐに濃度減少していることがわかる。このことから、1本のカラムのみで溶離を行おうとした場合、安定したリチウム濃度で連続的に溶離後液を得ることが難しいことがわかる。また、リチウムは選択性が低く急速に溶離が進行するため、1本の大容量のカラムから溶離を行うよりも、複数本の小容量のカラムから順次連続的に溶離を行うことで、溶離後液中のリチウム濃度を一定に保つことができたと考えられる。 It can be seen that the concentration of lithium in the liquid after elution rises immediately after the start of elution, peaks at BV2, and then immediately decreases, unlike in the examples. From this, it can be seen that it is difficult to continuously obtain a post-elution solution with a stable lithium concentration when elution is performed using only one column. In addition, since the selectivity of lithium is low and elution progresses rapidly, elution from multiple small-capacity columns is performed successively rather than eluting from one large-capacity column. It is considered that the lithium concentration in the liquid could be kept constant.

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described in detail as described above, it should be understood by those skilled in the art that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. , will be easily understood. Accordingly, all such modifications are intended to be included within the scope of the present invention.

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、リチウムの溶離方法の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 For example, a term described at least once in the specification or drawings together with a different, broader or synonymous term can be replaced with the different term anywhere in the specification or drawings. Also, the configuration and operation of the lithium elution method are not limited to those described in the embodiments and examples of the present invention, and various modifications are possible.

S1 吸着工程、S2 溶離工程、 S101 晶析工程、S102 分離工程、S103 焼成工程、S104 水洗工程 1、2、3 カラム S1 adsorption step, S2 elution step, S101 crystallization step, S102 separation step, S103 calcination step, S104 water washing step 1, 2, 3 columns

Claims (6)

リチウム二次電池用正極材料のリチウムを含有する製造工程排水からイオン交換樹脂に吸着させたリチウムの溶離方法であって、
複数のイオン交換樹脂の一部を直列に連結して前記製造工程排水を通水して接触させる吸着工程を行い、残りの複数のイオン交換樹脂を直列に連結して溶離液を通液して接触させる溶離工程を行い、
吸着工程における初段のイオン交換樹脂を溶離工程におけるイオン交換樹脂の最後に連結して、該初段のイオン交換樹脂を溶離工程に移行させ、
溶離工程における初段のイオン交換樹脂を吸着工程におけるイオン交換樹脂の最後に連結して、該初段のイオン交換樹脂を吸着工程に移行させ、
前記複数のイオン交換樹脂に対し吸着工程と溶離工程を交互に繰り返し行い、
前記溶離工程における前記通液がBV(Bed volume)値で1.0以上、3.0以下の所定の値になったときに、前記溶離工程から前記吸着工程への移行を行い、
前記製造工程排水はアルミニウムを含有し、前記吸着工程における前記製造工程排水のpHを9以上にすることを特徴とするリチウムの溶離方法。
A method for eluting lithium adsorbed on an ion-exchange resin from lithium-containing manufacturing process wastewater of a positive electrode material for a lithium secondary battery, comprising:
A part of the plurality of ion exchange resins are connected in series to carry out an adsorption step in which waste water from the manufacturing process is passed through and brought into contact, and the remaining plurality of ion exchange resins are connected in series and an eluent is passed through. perform an elution step of contacting,
connecting the first-stage ion-exchange resin in the adsorption step to the end of the ion-exchange resin in the elution step, and transferring the first-stage ion-exchange resin to the elution step;
connecting the first-stage ion-exchange resin in the elution step to the end of the ion-exchange resin in the adsorption step, and transferring the first-stage ion-exchange resin to the adsorption step;
Repeating an adsorption step and an elution step alternately for the plurality of ion exchange resins,
When the BV (Bed volume) value of the liquid passing in the elution step reaches a predetermined value of 1.0 or more and 3.0 or less, the elution step is transferred to the adsorption step ,
The method for eluting lithium, wherein the manufacturing process waste water contains aluminum, and the pH of the manufacturing process waste water in the adsorption process is adjusted to 9 or higher .
前記溶離工程における前記通液のSV(空間速度)が2hr-1以上6hr-1以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムの溶離方法。 2. The method for eluting lithium according to claim 1, wherein the SV (space velocity) of the liquid passing in the elution step is 2 hr −1 or more and 6 hr −1 or less. 前記吸着工程における前記通水のSV(空間速度)が5hr-1以上15hr-1以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリチウムの溶離方法。 3. The lithium elution method according to claim 1, wherein the SV (space velocity) of the water flow in the adsorption step is 5 hr −1 or more and 15 hr −1 or less. 前記溶離工程後に前記イオン交換樹脂を洗浄する洗浄工程をさらに有し、
前記洗浄工程における前記イオン交換樹脂への水の通水のSV(空間速度)が2hr-1以上6hr-1以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のリチウムの溶離方法。
further comprising a washing step of washing the ion exchange resin after the elution step;
The lithium according to any one of claims 1 to 3, wherein SV (space velocity) of water passing through the ion exchange resin in the washing step is 2 hr -1 or more and 6 hr -1 or less. elution method.
前記イオン交換樹脂が、強酸性陽イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のリチウムの溶離方法。 5. The method for eluting lithium according to claim 1, wherein the ion exchange resin is a strongly acidic cation exchange resin. 前記溶離工程における前記溶離液は硫酸ナトリウムを含有する水溶液であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のリチウムの溶離方法。 6. The lithium elution method according to claim 1 , wherein the eluent in the elution step is an aqueous solution containing sodium sulfate.
JP2018134817A 2018-07-18 2018-07-18 Lithium elution method Active JP7155696B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018134817A JP7155696B2 (en) 2018-07-18 2018-07-18 Lithium elution method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018134817A JP7155696B2 (en) 2018-07-18 2018-07-18 Lithium elution method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020011193A JP2020011193A (en) 2020-01-23
JP7155696B2 true JP7155696B2 (en) 2022-10-19

Family

ID=69170573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018134817A Active JP7155696B2 (en) 2018-07-18 2018-07-18 Lithium elution method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7155696B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112981140A (en) * 2021-01-29 2021-06-18 格尔木藏格锂业有限公司 Method for extracting lithium-rich solution from ultra-low lithium concentration brine by multi-stage combined adsorption method
GB2627315A (en) * 2023-02-17 2024-08-21 Koch Tech Solutions Uk Limited Process for selective purification of lithium from an aqueous lithium salt-containing solution

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000119765A (en) 1998-10-09 2000-04-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Recovering method of lithium and recovering device therefor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11230457A (en) * 1998-02-12 1999-08-27 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Joint assembly for continuous ion exchanger device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000119765A (en) 1998-10-09 2000-04-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Recovering method of lithium and recovering device therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020011193A (en) 2020-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7124508B2 (en) Lithium adsorption method
JP7031263B2 (en) Lithium recovery method
CA2700467C (en) Selective sulphate removal by exclusive anion exchange from hard water waste streams
JP7003507B2 (en) Lithium recovery method
AU2011248353B2 (en) Method for purifying water by cyclic ionic exchange
SG189686A1 (en) Low energy system and method of desalinating seawater
CN101838064A (en) Method for recycling manganese ion in electrolytic manganese production tail end wastewater
JP7155696B2 (en) Lithium elution method
KR101806823B1 (en) METHOD FOR PRODUClNG AQUEOUS SOLUTION OF TETRAALKYL AMMONIUM SALT
AU2015248543A1 (en) Ion exchange process
CN102659264A (en) Ion exchange pretreatment method of softened/demineralized water
JP7102743B2 (en) Lithium recovery method
CN101421193A (en) An effluent treatment process
US2470500A (en) Demineralizing
US9963359B2 (en) Bromide recovery from aqueous streams
JP7115123B2 (en) Lithium purification method
CN105420495A (en) Uranium separation method during gallium treatment in aluminum oxide production through Bayer process
CA2894786A1 (en) A method for purification of a cobalt containing solution by continuous ion exchange
CN112400039A (en) Acid liquid regeneration device and regeneration method
JP2013119487A (en) Method for treating hydrosilicofluoric acid-containing liquid
Sheedy et al. Acid separation for impurity control and acid recycle using short bed ion exchange
WO2023040511A1 (en) Lithium extraction method for alkaline solution
WO2011027213A2 (en) Apparatus for the treatment of an effluent
JP2003315496A (en) Method for regenerating ion-exchange resin and method for refining regenerant used for it
Ramzan et al. Performance analysis of cation and anion exchangers in water treatment plant: an industrial case study

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210715

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220531

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220624

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220906

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220919

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7155696

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150