JP7185090B1 - リチウムイオン電池廃棄物の金属回収方法 - Google Patents
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Abstract
Description
湿式処理では、具体的には、電池粉中のコバルト、ニッケル、マンガン、リチウム、アルミニウム、鉄等の金属を酸で浸出させ、当該金属が溶解した金属含有溶液を得る。次いで、たとえば特許文献1に記載されているように、中和ないし溶媒抽出により、金属含有溶液に溶解している各元素のうち、アルミニウム、鉄及びマンガン等を順次に又は同時に除去する。その後、金属含有溶液中のコバルトやニッケルを溶媒抽出によって分離するとともに濃縮する。ニッケルを抽出によって分離させた後は、リチウムが溶解して残留したリチウム含有溶液が得られる。このようにして得られたリチウム含有溶液に対しては、溶媒抽出を繰り返すこと等によってリチウムイオンを濃縮した後、炭酸塩の添加や炭酸ガスの吹込み等により炭酸化を行うことで、リチウム含有溶液に含まれるリチウムイオンを炭酸リチウムとして回収することが行われる。
一の実施形態の金属回収方法は、リチウムイオン電池廃棄物から金属を回収するに当り、リチウムイオン電池廃棄物中のリチウムを含む金属を酸で浸出させ、前記金属が溶解した金属含有溶液から該金属を取り出す湿式処理を含む。湿式処理には、図1に例示するような各工程が含まれ得る。
リチウムイオン電池廃棄物は、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廃棄物からコバルトやニッケル等の有価金属を回収することは、資源の有効活用の観点から好ましい。
上述したリチウムイオン電池廃棄物に対しては、乾式処理として、焙焼工程、破砕工程及び篩別工程を行うことがある。
焙焼工程では、ロータリーキルン炉又はその他の加熱設備を用いて、上記のリチウムイオン電池廃棄物を加熱する。焙焼工程では、リチウムイオン電池廃棄物を、たとえば450℃~1000℃、好ましくは600℃~800℃の温度範囲で0.5時間~4時間にわたって保持する加熱を行うことが好適である。
上述した乾式処理により、リチウムイオン電池廃棄物から粉末状の電池粉が得られる。このような電池粉に対し、次に述べるような湿式処理を施し、電池粉に含まれる金属を回収する。
酸浸出工程では、上記の電池粉を硫酸等の酸性浸出液に添加すること等により、リチウムイオン電池廃棄物に含まれていたリチウムを含む金属を酸で浸出させる。それにより、当該金属が溶解した金属含有溶液が得られる。
酸浸出工程で得られる金属含有溶液に対しては、必要に応じて後述の中和工程を行った後、溶媒抽出により上記の金属含有溶液からマンガンイオンを分離させるマンガン抽出工程を行うことができる。
コバルト抽出工程では、マンガン抽出工程でマンガンイオンを抽出した後に得られる抽出残液としての金属含有溶液から、溶媒抽出によりコバルトイオンを分離させる。
コバルト抽出工程で金属含有溶液からコバルトイオンを分離させた後は、コバルト抽出工程の抽出残液としての金属含有溶液に対し、ニッケル抽出工程を行う。
ニッケル抽出工程後に得られる抽出残液は、先述した各抽出工程でマンガンイオン、コバルトイオン及びニッケルイオンのそれぞれが分離された結果、実質的にリチウムイオンのみが含まれる。この抽出残液から、湿式処理で使用するpH調整剤用のリチウムを取り出すことができる。より詳細には、ニッケル抽出工程後の抽出残液が硫酸リチウム水溶液である場合、その硫酸リチウム水溶液から水酸化リチウム水溶液を作製する水酸化工程を行うことができる。
たとえば、まず硫酸リチウム水溶液に炭酸塩を添加し又は炭酸ガスを吹き込むこと等により、炭酸リチウム水溶液を得る。その後、いわゆる化成法では、炭酸リチウム水溶液に水酸化カルシウムを添加し、Li2CO3+Ca(OH)2→2LiOH+CaCO3の反応式の下、水酸化リチウム水溶液を生成させることができる。液中に残留することがあるカルシウムイオンは、陽イオン交換樹脂やキレート樹脂等により除去することが可能である。
あるいは、硫酸リチウム水溶液に水酸化バリウムを添加し、Li2SO4+Ba(OH)2→2LiOH+BaSO4の反応に基づき、水酸化リチウム水溶液を得ることもできる。なお、このときに液中に溶解し得るバリウムは、陽イオン交換樹脂やキレート樹脂等を用いて分離させて除去することができる。
あるいは、いわゆる電解法を採用する場合、陽極側と陰極側とを区分けする陽イオン交換膜を設けた電解槽内で、陽極側に硫酸リチウム水溶液を供給して電気分解を行うことにより、陰極側に水酸化リチウム水溶液を生成させることができる。
酸浸出工程、マンガン抽出工程、コバルト抽出工程、ニッケル抽出工程及び水酸化工程を含む一連の工程を複数回にわたって繰り返し行うとき、上述したように硫酸リチウム水溶液の一部を酸浸出工程に送ると、そこに含まれるリチウムは各抽出工程で僅かに分離されることもあるが、一連の工程を繰り返すと、その都度、新たにリチウムイオン電池廃棄物が一連の工程に投入されることに伴って、各工程において前工程から当該工程に入ってくるリチウムイオンの量と当該工程から次工程に移動するリチウムイオンの量とがほぼ一致し、各工程でリチウムイオンの増加量が飽和して一定量のリチウムイオンが滞留する。その場合、pH調整剤として各工程に用いられる水酸化リチウム水溶液由来のリチウムイオンや、酸浸出工程に用いられる硫酸リチウム水溶液由来のリチウムのほとんどは、ニッケル抽出工程後の硫酸リチウム水溶液に再び含まれる。つまり、一連の工程でリチウムの少なくとも一部は液中で循環することになる。
酸浸出工程で得られる金属含有溶液中に、鉄やアルミニウムが含まれる場合、中和工程を行い、そこからアルミニウムの少なくとも一部及び/又は鉄を分離させることが望ましい。この中和工程には、脱アルミニウム工程及び/又は脱鉄工程が含まれ得る。
Claims (12)
- リチウムイオン電池廃棄物から金属を回収する方法であって、
リチウムイオン電池廃棄物中のリチウムを含む金属を酸で浸出させ、前記金属が溶解した金属含有溶液から該金属を取り出す湿式処理を含み、
前記湿式処理が、リチウムイオン電池廃棄物中のリチウムを含む金属を酸で浸出させ、アルミニウムイオン濃度が0.5g/L未満である前記金属含有溶液を得る酸浸出工程と、前記酸浸出工程の後、溶媒抽出により前記金属含有溶液から前記金属を分離させる一以上の抽出工程とを含み、
前記酸浸出工程で得られる前記金属含有溶液の鉄イオン濃度が0.001g/L未満である場合、前記酸浸出工程の直後に前記抽出工程を行い、あるいは、前記酸浸出工程で得られる前記金属含有溶液の鉄イオン濃度が0.001g/L以上である場合、前記酸浸出工程の直後に、当該金属含有溶液から鉄を除去する脱鉄工程を含み、前記脱鉄工程の後に前記抽出工程を行い、
前記湿式処理で取り出したリチウムを、当該湿式処理において使用するpH調整剤に用いる、リチウムイオン電池廃棄物の金属回収方法。 - 前記湿式処理で前記リチウムを水酸化リチウム水溶液として取り出し、前記水酸化リチウム水溶液を前記pH調整剤として用いる、請求項1に記載の金属回収方法。
- 前記湿式処理で取り出したリチウムを、当該湿式処理において使用する全てのアルカリ性pH調整剤に用いる、請求項1又は2に記載の金属回収方法。
- 前記湿式処理において使用する全てのアルカリ性pH調整剤が、ナトリウムを含まない、請求項1又は2に記載の金属回収方法。
- 少なくとも一の前記抽出工程において使用するpH調整剤に、前記湿式処理で取り出したリチウムを用いる、請求項1又は2に記載の金属回収方法。
- 前記金属が、コバルト、ニッケル及びマンガンを含み、
前記抽出工程が、マンガン抽出工程、コバルト抽出工程及びニッケル抽出工程をこの順序で含み、
ニッケル抽出工程で得られる抽出残液から、前記湿式処理において使用するpH調整剤に用いるリチウムを取り出す、請求項1又は2に記載の金属回収方法。 - 前記抽出残液が硫酸リチウム水溶液であり、
ニッケル抽出工程の後、前記硫酸リチウム水溶液から水酸化リチウム水溶液を得る水酸化工程を含む、請求項6に記載の金属回収方法。 - 前記硫酸リチウム水溶液の一部を前記水酸化工程に供し、残部を前記酸浸出工程で前記酸の少なくとも一部として用いる、請求項7に記載の金属回収方法。
- 酸浸出工程、マンガン抽出工程、コバルト抽出工程、ニッケル抽出工程及び水酸化工程を含む一連の工程を複数回にわたって繰り返し行い、当該一連の工程にて前記リチウムの少なくとも一部を液中で循環させる、請求項7に記載の金属回収方法。
- 前記一連の工程の繰返しにより、該一連の工程へのリチウムイオン電池廃棄物中の金属の投入に伴い、液中のリチウムイオン濃度が増加し、
前記液中のリチウムイオン濃度に応じて、前記水酸化工程の後、前記水酸化リチウム水溶液の一部から水酸化リチウムを析出させる晶析工程をさらに行うことを含む、請求項9に記載の金属回収方法。 - 前記コバルト抽出工程及びニッケル抽出工程がそれぞれ、前記金属含有溶液中の金属イオンを溶媒に抽出すること、及び、前記溶媒中の前記金属イオンを硫酸酸性溶液で逆抽出することを含み、
前記コバルト抽出工程の後及び、ニッケル抽出工程の後にそれぞれ、逆抽出後液中の前記金属イオンを結晶化させ、硫酸塩を得る結晶化工程をさらに含む、請求項6に記載の金属回収方法。 - 前記湿式処理の前に、リチウムイオン電池廃棄物の焙焼を含む処理により電池粉を得る乾式処理を含み、
前記電池粉を前記湿式処理の酸浸出に供し、前記金属含有溶液を得る、請求項1又は2に記載の金属回収方法。
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