JP7345029B1 - リチウム回収方法およびリチウム回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン電池の焙焼破砕物から、効率的かつ簡便にリチウムを回収する方法および装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係るリチウム回収方法は、リチウムイオン電池焙焼破砕物と水系溶媒とを接触させ、前記水系溶媒によりリチウムを抽出する、抽出工程、前記抽出工程により得られたリチウム含有抽出液を固液分離する固液分離工程、および前記固液分離工程により得られた、リチウム溶液の一部または全部を、前記抽出工程の水系溶媒として利用する循環工程を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、リチウム回収方法およびリチウム回収装置に関する。

リチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液からリチウムを効率的に回収する方法として、リチウム選択透過膜を使用する方法が報告されている（特許文献１）。

特開２０２２－７５６１８号公報

しかしながら、上述のような従来技術は、リチウム選択透過膜、電極等を備えた大掛かりな回収装置が必要であった。

本発明の一態様は、リチウムイオン電池の焙焼破砕物から、効率的かつ簡便にリチウムを回収する方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、以下の構成を有するものである。
［１］リチウムイオン電池焙焼破砕物と水系溶媒とを接触させ、前記水系溶媒によりリチウムを抽出する、抽出工程、
前記抽出工程により得られたリチウム含有抽出液を固液分離する固液分離工程、および
前記固液分離工程により得られた、リチウム溶液の一部または全部を、前記抽出工程の水系溶媒として利用する循環工程を含む、リチウム回収方法。
［２］前記抽出工程において、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物に前記水系溶媒を散布すること、または、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物を前記水系溶媒に懸濁させることにより、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物と前記水系溶媒とを接触させる、［１］に記載の方法。
［３］前記抽出工程は、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物を磁選して、磁性物と非磁性物とに分離する磁選を行いながら行う［１］または［２］に記載の方法。
［４］前記抽出工程は、磁気コンベア上を移動する前記リチウムイオン電池焙焼破砕物に、前記水系溶媒を散布して、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物と前記水系溶媒とを接触させることにより、リチウムを抽出する、［１］～［３］のいずれか１つに記載の方法。
［５］前記抽出工程は、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物を前記水系溶媒に懸濁させて、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物と前記水系溶媒とを接触させることにより、リチウムを抽出するとともに、磁気コンベア上に、リチウムイオン電池焙焼破砕物と前記水系溶媒とからなる懸濁物を供給する、［１］～［３］のいずれか１つに記載の方法。
［６］前記磁選により分離された磁性物の一部または全部を、前記磁選の被磁選物として使用させる、［３］に記載の方法。
［７］前記固液分離工程により得られたリチウム溶液のｐＨを７．５～１１．５の範囲に調整するｐＨ調整工程を含む、［１］に記載のリチウム回収方法。
［８］リチウムイオン電池焙焼破砕物を磁選して、磁性物と非磁性物とに分離する磁気コンベアと、
前記磁気コンベア上に存在する前記リチウムイオン電池焙焼破砕物に水系溶媒を供給する水系溶媒供給部、または、前記磁気コンベア上にリチウムイオン電池焙焼破砕物と水系溶媒とからなる懸濁物を供給する懸濁物供給部と、
前記水系溶媒供給部より供給される水性溶媒、または前記懸濁物供給部より供給される懸濁物中の水性溶媒、により抽出されたリチウムを含有するリチウム含有抽出液を固液分離する固液分離部と、
前記固液分離部により分離されたリチウム溶液を貯蔵するタンクと、
前記タンク内のリチウム溶液の一部または全部を、前記水系溶媒として使用するために、前記水系溶媒供給部、または前記懸濁物供給部に循環させる循環部と、を具備する、リチウム回収装置。

本発明の一態様によれば、リチウムイオン電池の焙焼破砕物から、効率的かつ簡便にリチウムを回収する方法および装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る処理フローの例を示す。 本発明の一実施形態に係るリチウム回収装置の構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組合せた実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書において、数値範囲を表す「Ａ～Ｂ」は、「Ａ以上、Ｂ以下」を意味する。

〔１．リチウム回収方法〕
本発明の一実施形態に係るリチウム回収方法は、図１に示すように、リチウムイオン電池焙焼破砕物と水系溶媒とを接触させ、前記水系溶媒によりリチウムを抽出する、抽出工程、前記抽出工程により得られたリチウム含有抽出液を固液分離する固液分離工程、および前記固液分離工程により得られた、リチウム溶液の一部または全部を、前記抽出工程の水系溶媒として利用する循環工程を含む。各工程について、下記に説明する。

〔１－１．抽出工程〕
前記抽出工程では、リチウムイオン電池焙焼破砕物と水系溶媒とを接触させ、前記水系溶媒によりリチウムを抽出することによって、リチウム含有抽出液を得る。

本願明細書におけるリチウムイオン電池焙焼破砕物（以下、単に「焙焼破砕物」とも称する）とは、リチウムイオン電池を焙焼および破砕して得られる物を指す。焙焼破砕物には少なくともリチウム（Ｌｉ）およびカーボン（Ｃ）が含まれ、その他にはマンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、ケイ素（Ｓｉ）等が種々の割合で含まれ得る。前記焙焼に用いる雰囲気としては、特に限定されるものではなく、大気雰囲気、不活性ガス雰囲気、および還元雰囲気等であり得る。中でも前記焙焼に用いる雰囲気は還元雰囲気であることがより好ましい。前記焙焼に用いる雰囲気が還元雰囲気であれば、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃ等が、得られる焙焼破砕物に、酸化物ではなく単体として含まれる傾向があるため好ましい。これらが単体として含まれることにより、磁気分離、及び酸による溶解等を容易に行うことができる。前記還元雰囲気とは、例えば、窒素またはアルゴン等の不活性雰囲気中に一酸化炭素、水素、硫化水素、二酸化硫黄などを含む雰囲気を意味する。なお、密閉した電池パッケージ内に含まれる有機電解液が還元剤として機能するため、リチウムイオン電池を粉砕せずに焙焼することによって、還元雰囲気下を実現してもよい。

前記焙焼の温度は、焙焼されるリチウムイオン電池の量、材質、状態等によって適宜決定されるが、例えば４５０℃～６００℃であり、好ましくは５００℃～５５０℃であり得る。また、焙焼時間も、焙焼されるリチウムイオン電池の量、材質、状態等によって適宜決定されるが、例えば４時間～６時間であり、好ましくは４．５時間～５．５時間であり得る。

前記焙焼破砕物は、リチウムイオン電池を焙焼後、焙焼物を粉砕して得られるものであればよい。焙焼破砕物の形態は、特に限定されないが、定形又は不定形の粒子状や、粉末状であり得る。抽出工程におけるリチウムの抽出効率の観点からは、粉末状が好ましい。なお、焙焼粉砕物に塊状物が含まれる場合は、塊状物を除去することが好ましい。また、焙焼物を粉砕後、篩わけを行ってもよい。

前記焙焼破砕物に含まれるリチウムは、焙焼破砕物中に、その少なくとも一部が水に溶解または水と反応して溶解する形態で存在していればよく、より多くの部分が水に溶解または水と反応して溶解する形態で存在していることがより好ましい。ここで、より多くの部分とは、例えば、焙焼破砕物中に含まれるリチウム原子としてのリチウムの好ましくは５０重量％以上、より好ましくは７０重量％以上、さらに好ましくは９０重量％以上、最も好ましくは９５重量％以上である。前記水に溶解する形態としては、特に限定されるものではないが、例えば、酸化リチウム、金属リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウム、塩化リチウム等を挙げることができる。焙焼破砕物中のリチウムの含有量としては、特に限定されないが、リチウム原子として、焙焼破砕物の重量に対して、好ましくは０．５重量％～１０重量％であり、より好ましくは２重量％～３重量％である。

前記焙焼破砕物に含まれるカーボンは、焙焼破砕物中にどのような形で存在していてもよい。したがって、カーボンは、単体として存在してもよいし、カーボン化合物として他の元素と結合した状態で存在してもよいが、分離の容易さの観点より、単体として存在することがより好ましい。焙焼破砕物中のカーボンの含有量としては、特に限定されないが、カーボン原子として、焙焼破砕物の重量に対して、好ましくは１０重量％～５０重量％であり、より好ましくは１５重量％～３０重量％である。

前記焙焼破砕物に含まれる、リチウムおよびカーボン以外の上記の成分も、焙焼破砕物中にどのような形で存在していてもよい。したがって、リチウムおよびカーボン以外の上記の成分は、単体として存在してもよいし、化合物として他の元素と結合した状態で存在してもよいが、分離の容易さの観点より、単体として存在することがより好ましい。焙焼破砕物中のリチウムおよびカーボン以外の成分の含有量としては、特に限定されないが、原子として、焙焼破砕物の重量に対して、好ましくは４０重量％～８０重量％であり、より好ましくは５０重量％～８０重量％である。

前記水系溶媒としては、リチウムを溶解できる水溶液であれば特に限定されないが、水であることが好ましい。水としては、例えば、水道水、工業用水、蒸留水、精製水、純水、超純水、またはイオン交換水等が挙げられる。循環工程から循環されるリチウム溶液を水系溶媒の一部または全部として使用する場合、前記水系溶媒はリチウムを含んでいてもよい。

前記焙焼破砕物と前記水系溶媒とを接触させる方法は特に限定されないが、例えば、焙焼破砕物に水系溶媒を散布する方法が挙げられる。また、焙焼破砕物と水系溶媒とを接触させる他の方法としては、焙焼破砕物を水系溶媒に懸濁させる方法が挙げられる。

前記焙焼破砕物と前記水系溶媒とを接触させることにより、焙焼破砕物中のリチウムが水系溶媒の水に溶解または水と反応して、例えば水酸化リチウムとなり、水系溶媒に浸出する。一方で、水系溶媒のｐＨを後述する好ましい値とした場合、焙焼破砕物に含まれるリチウム以外の金属は水系溶媒にほとんど溶解せず、浸出しない。

本発明の一実施形態において、前記抽出工程は、前記焙焼破砕物を磁選して、磁性物と非磁性物とに分離する磁選を行いながら行うことができる。磁選を行いながら抽出工程を行うことにより、前記焙焼破砕物より、磁性物である金属を分離すると同時に、リチウムおよび非磁性物であるカーボンが含まれるリチウム含有抽出液を効率よく得ることができる。また、カーボンの除去を簡便に行うことができるという利点がある。さらには、通常乾燥状態で行う磁選において問題となる粉塵の問題を解決する防塵対策としての利点もある。

焙焼破砕物を磁選する方法は特に限定されるものではないが、例えば、磁気コンベアを用いて行うことができる。磁気コンベアを用いて磁選を行いながら抽出工程を行う方法としては、例えば、磁気コンベア上を移動する前記焙焼破砕物に、前記水系溶媒を散布して、前記焙焼破砕物と前記水系溶媒とを接触させることにより、リチウムを抽出する方法を挙げることができる。かかる方法によれば、散布により、カーボン等の非磁性物を洗い流すとともに、前記焙焼破砕物からリチウムを浸出させることができる。散布された前記水系溶媒は、磁気コンベア上を移動する前記焙焼破砕物から抽出されたリチウムと、カーボン等の非磁性物を含んだ状態で、例えば、磁気コンベアの幅方向の端部に磁気コンベアに沿って設けられた溝に流れて回収される。

あるいは、磁気コンベアを用いて磁選を行いながら抽出工程を行う他の方法としては、例えば、磁気コンベア上に、前記焙焼破砕物と前記水系溶媒とからなる懸濁物を供給する方法を挙げることができる。当該方法においては、リチウムの抽出は、前記焙焼破砕物を前記水系溶媒に懸濁させて、前記焙焼破砕物と前記水系溶媒とを接触させることにより行われる。かかる方法によれば、懸濁物中の水系溶媒、およびカーボン等の非磁性物が流れ出すとともに、焙焼破砕物からリチウムを抽出することができる。前記懸濁物中の前記水系溶媒は、前記焙焼破砕物から抽出されたリチウムと、カーボン等の非磁性物を含んだ状態で、例えば、磁気コンベアの幅方向の端部に磁気コンベアに沿って設けられた溝に流れて回収される。

使用する磁気コンベアの構成は、リチウムおよび非磁性物であるカーボンが含まれるリチウム含有抽出液を回収できるようになっていれば特に限定されない。リチウム含有抽出液を回収できる構成としては、例えば、磁気コンベアの幅方向の片方または両方の端部に磁気コンベアに沿って設けられた溝を有する構成を挙げることができるが、これに限定されるものではなく、どのような構成であってもよい。磁気コンベアは、幅方向に傾斜を有する磁気コンベアであることも好ましい。前述の傾斜を有する磁気コンベアを用いることにより、液体を傾斜に沿って下方に速く流すことができるため、リチウムおよび非磁性物であるカーボンが含まれるリチウム含有抽出液を容易に回収することができる。あるいは、磁気コンベアは、長手方向に傾斜を有する磁気コンベアであってもよく、幅方向と長手方向の両方に傾斜を有する磁気コンベアであってもよい。

磁選により分離された磁性物には、抽出されなかったリチウムが含まれている場合がある。そのため、磁選によって分離された磁性物の一部または全部を、磁選の被磁選物として使用してもよい。これにより、より多くのリチウムを含有したリチウム含有抽出液を得ることができる。

磁気コンベアを用いて磁選を行いながら抽出工程を行う例では、磁気コンベア上を移動する前記焙焼破砕物に含まれる磁性物は、磁気コンベアに磁着した状態で、磁気コンベア上を引き続き移動する。当該磁性物は、磁気コンベアの終端付近で、スクレーパー等によって回収される。回収された磁性物は、抽出されなかったリチウムをさらに抽出するために、磁気コンベア上に戻し、再度磁選に供し得る。

〔１－２．固液分離工程〕
前記固液分離工程では、前記抽出工程により得られたリチウム含有抽出液を固液分離する。固液分離により、リチウム含有抽出液を、リチウム溶液と、主成分がカーボンである固体物質とに分離することができる。固液分離の方法は時に限定されないが、例えば、ろ過や遠心分離などが例示される。分離されたリチウム溶液は、例えば、捕集器に捕集され、その後、貯蔵するためのタンクに移してもよい。ここで、ろ過により固液分離を行う場合、公知のろ材（ろ紙、メンブレンフィルタ、繊維フィルターなど）を用いることができる。また、公知のフレキシブルコンテナバッグをろ材として流用してもよい。フレキシブルコンテナバッグを前記固液分離工程に用いた場合、主成分がカーボンである前記固体物質がろ過されずにフレキシブルコンテナバッグ内に捕集される。このため、フレキシブルコンテナバッグを前記固液分離工程に用いることにより、得られた捕集物をフレキシブルコンテナバックごと速やかに搬送することができる。

固液分離工程により得られたリチウム溶液の、ｐＨを、適宜調整してもよい。すなわち、本発明の一実施形態に係るリチウム回収方法は、ｐＨ調整工程を含んでいてもよい。ここで、リチウム溶液のｐＨの上限は、１１．５以下であることが好ましく、１０．５以下であることがより好ましい。またリチウム溶液のｐＨの下限は７．５以上であることが好ましく、７．７以上であることがより好ましい。リチウム溶液のｐＨは、１０であることが最も好ましい。リチウム溶液のｐＨが上記の範囲であれば、後に説明する循環工程を介してリチウム溶液を再度抽出工程に供する場合に、効率よくリチウムを抽出することができる。

ただし、ｐＨ調整は、本発明の目的を達成するために支障がない限り、リチウム回収方法のどの段階で行ってもよい。例えば、抽出工程において水系溶媒のｐＨを調整してもよい。他の段階において水系溶媒のｐＨを調整する場合も、好ましいｐＨの範囲は上記と同じである。

リチウム溶液のｐＨの調整は、ｐＨ調整剤を添加することにより行われ得る。ｐＨ調整剤としては、特に限定されないが、アルカリ性のｐＨ調整剤としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、アンモニア、炭酸アンモニウム、トリエタノールアミン類等を使用することができる。またリチウム溶液のｐＨを調整するために使用される酸性のｐＨ調整剤としては、特に限定されないが、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、クエン酸、酢酸、アスコルビン酸、コハク酸、グルコン酸、フィチン酸、エチドロン酸、エデト酸、ヒドロキシエタンホスホン酸、ペンテト酸、メタリン酸、乳酸、酒石酸、イミノジ酢酸等を使用することができる。

また、固液分離工程により得られたリチウム溶液の温度を調節してもよい。すなわち、本発明の一実施形態に係るリチウム回収方法は、温度調節工程を含んでいてもよい。温度調整工程は、特に限定されるものではないが、公知の加熱装置や冷却装置を用いて行うことができ、加熱装置および冷却装置は水冷式であっても空冷式であってもよい。リチウム溶液の温度は、４０℃～６０℃であることが好ましく、４５℃～５５℃であることがより好ましい。リチウム溶液の温度が前記の範囲であれば、後に説明する循環工程を介してリチウム溶液を再度抽出工程に供した場合に、抽出されるリチウムの濃度が高くなり、効率よくリチウムを回収することができる。

ただし、温度調節は、本発明の目的を達成するために支障がない限り、リチウム回収方法のどの段階で行ってもよい。例えば、抽出工程において水系溶媒の温度を調節してもよい。他の段階において水系溶媒の温度を調節する場合も、好ましい温度の範囲は上記と同じである。

さらに、固液分離工程により得られたリチウム溶液に補給水を添加することにより、リチウム溶液の濃度を調整してもよい。補給水としては、特に限定されないが、例えば、水道水、工業用水、蒸留水、精製水、純水、超純水、またはイオン交換水等を使用することができる。

〔１－３．循環工程〕
前記循環工程では、前記固液分離工程により得られた、リチウム溶液を抽出工程の水系溶媒として利用するために、前記リチウム溶液の一部または全部を循環する。後の抽出工程において、焙焼破砕物に水系溶媒を散布することにより焙焼破砕物と水系溶媒とを接触させる場合は、リチウム溶液を水系溶媒供給部に循環させることができる。また後の抽出工程において、焙焼破砕物を水系溶媒に懸濁させることにより焙焼破砕物と水系溶媒とを接触させる場合は、リチウム溶液を懸濁物供給部に循環させることができる。前記循環工程によって、回収されるリチウム溶液中のリチウム濃度を高めることができる。

＜２．リチウム回収装置＞
本発明の一実施形態に係るリチウム回収装置を、図２を用いて説明する。前記リチウム回収装置（１）は、焙焼破砕物を磁選して、磁性物（１８）と非磁性物（１４）とに分離する磁気コンベア（６）を具備する。前記磁気コンベアは、磁石（４）を備えたコンベア（５）であり、磁気コンベア（６）上を、リチウムイオン電池焙焼破砕物、またはリチウムイオン電池焙焼破砕物と水系溶媒とからなる懸濁物（１２）が移動する間に、磁選が行われるようになっている。磁気コンベア（６）には、リチウム含有抽出液（１５）を捕集する捕集器（７）が備えられている。前記捕集器（７）は、リチウム含有抽出液（１５）を回収することができ、かつリチウム含有抽出液（１５）を後に説明する固液分離部（８）に送り込むことができれば、どのような構成であってもよい。かかる構成としては、例えば上述した、磁気コンベアの幅方向の端部に磁気コンベアに沿って設けられた溝を挙げることができる。なお、図２の例では、磁気コンベア（６）はコンベア（５）のベルト上に磁石（４）が備えられているが、磁気コンベア（６）の構成は、磁性物を磁着した状態で搬送できる構成であれば、磁石（４）がベルトの下側に備えられていてもよい。また、市販の磁気コンベアを使用してもよい。さらに、図２の例では、磁気コンベア（６）は地面に水平に設置されているが、上述したように、傾斜を有していてもよい。

前記抽出工程において、焙焼破砕物に水系溶媒（１３）を散布することにより両者を接触させる場合、前記リチウム回収装置（１）は磁気コンベア（６）上に存在する焙焼破砕物に水系溶媒を供給する水系溶媒供給部（３）を備えている。前記水系溶媒供給部（３）は、水系溶媒（１３）を散布可能な部材を備えている。上記散布可能な部材は、水系溶媒を噴霧できる噴霧器、スプレー、シャワーヘッド、回転式シャワー、マイクロシャワー等であり得るが、これらに限定されるものではない。図２の例には示されていないが、水系溶媒供給部（３）は、散布する水系溶媒（１３）の量を調整するための、散布量調整装置を備えていてもよい。

前記抽出工程において、焙焼破砕物を水系溶媒に懸濁させることにより両者を接触させる場合には、前記リチウム回収装置（１）は前記磁気コンベア上に焙焼破砕物と水系溶媒とからなる懸濁物を供給する懸濁物供給部（２）を備えている。前記懸濁物供給部（２）は、磁気コンベア（６）上に焙焼破砕物と水系溶媒とからなる懸濁物を供給することができる構成になっている。前記懸濁物供給部は、当該供給部内で焙焼破砕物と水系溶媒とを懸濁できるような構成であってもよい。

さらに、前記リチウム回収装置（１）は、水系溶媒供給部（３）より供給される水性溶媒、または懸濁物供給部（２）より供給される懸濁物中の水性溶媒、により抽出されたリチウムを含有するリチウム含有抽出液を固液分離する固液分離部（８）を備えている。前記固液分離部（８）の下流側には、固液分離によって得られたリチウム溶液（１７）を捕集するためのろ液捕集器（９）が備えられている。前記ろ過捕集器（９）は、固液分離によって得られたリチウム溶液（１７）を捕集し、捕集物を排出する。図２の例では、前記固液分離部（８）の下流側に、ろ液捕集器（９）が備えられているが、ろ液捕集器（９）が備えられておらず、固液分離部（８）にて分離されたリチウム溶液（１７）が、直接後述するタンク（１０）に回収されるようになっていてもよい。

さらに、前記リチウム回収装置（１）は、前記ろ過捕集器（９）の下流側に、固液分離部（８）により分離されたリチウム溶液を貯蔵するタンク（１０）を備えている。

タンク（１０）には、図示しないｐＨ調整部が備えられていてもよい。前記ｐＨ調整部は、タンク（１０）以外、例えば、水系溶媒供給部（３）、懸濁物供給部（２）、後述する循環部（１１）等に備えられていてもよい。前記ｐＨ調整部は、ｐＨ測定器およびｐＨ調整剤導入部を少なくとも備えていればよい。ｐＨ調整剤については、〔１－２．固液分離工程〕において説明したとおりであるので、ここでは説明を省略する。

さらに、タンク（１０）には、図示しない温度調節部が備えられていてもよい。前記温度調節部は、タンク（１０）以外、例えば、水系溶媒供給部（３）、懸濁物供給部（２）、後述する循環部（１１）等に備えられていてもよい。前記温度調整部は、温度計等の温度測定部；および冷却装置、加熱装置、熱交換器等の装置を少なくとも備えていればよい。

そしてさらに、前記リチウム回収装置（１）は、前記タンク（１０）内のリチウム溶液の一部または全部を、水系溶媒として使用するために、水系溶媒供給部（３）、または懸濁物供給部（２）に循環させる循環部（１１）を備えている。循環部（１１）は、リチウム溶液を循環させるための送液管および循環ポンプ等を含んでいてもよく、これら送液管および循環ポンプとしては、周知の送液管および循環ポンプ等を使用することができる。また、循環部（１１）は、リチウム濃縮液排出部（１９）を備えており、リチウムが濃縮された液を回収できるようになっている。

本発明によれば、使用済みのリチウムイオン電池からリチウムを回収しリサイクルすることができるため、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１２（つくる責任つかう責任）の達成に寄与する可能性がある。

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係るリチウム回収方法を次のように再現した。

〔実施例１〕
磁石上に焙焼破砕物２ｇを散布し、霧吹きを用いて純水２００ｍＬを吹きかけた。次いで、流出水および粒子を回収し、ろ紙（東洋濾紙株式会社製、定性濾紙１号）を用いてろ過した。得られたろ液のうち５０ｍＬを採取し、ｐＨ、リチウム濃度、およびリチウム含有量の測定を行った。

〔実施例２〕
実施例１においてｐＨおよびリチウム濃度の測定に使用しなかったろ液に、全量が２００ｍＬとなるように純水を追加し、霧吹きに充填した。その後、磁石上の実施例１で使用した焙焼破砕物を取り除き、新たに焙焼破砕物２ｇを散布した。霧吹きに充填した溶液２００ｍＬを磁石上の焙焼破砕物に吹きかけ、流出水および粒子を回収し、ろ紙を用いてろ過した。実施例１と同様に、得られたろ液のうち５０ｍＬを採取し、ｐＨ、リチウム濃度、およびリチウム含有量の測定を行った。また、実施例１の値を基に、リチウム濃度の理論値を算出した。

〔実施例３〕
実施例２においてｐＨおよびリチウム濃度の測定に使用しなかったろ液に、全量が２００ｍＬとなるように純水を追加し、霧吹きに充填した。その後、磁石上の実施例２で使用した焙焼破砕物を取り除き、新たに焙焼破砕物２ｇを散布した。霧吹きに充填した溶液２００ｍＬを磁石上の焙焼破砕物に吹きかけ、流出水および粒子を回収し、ろ紙を用いてろ過した。実施例１および２と同様に、得られたろ液のうち５０ｍＬを採取し、ｐＨ、リチウム濃度、およびリチウム含有量の測定を行った。また、実施例１の値を基に、リチウム濃度の理論値を算出した。

表１から、リチウム濃度は実施例１と比較して実施例２で高く、実施例２と比較して実施例３で高いことが確認できた。さらに、リチウム含有量についても、実施例１と比較して実施例２で多く、実施例２と比較して実施例３で多いことが確認できた。すなわち、本発明の一実施形態に係る抽出工程、固液分離工程、および循環工程の一連の工程を繰り返すことにより、得られるリチウム溶液のリチウム濃度およびリチウム含有量が増加し、リチウムが濃縮されることが明らかになった。

続いて、リチウム抽出における、リチウム溶液の好ましいｐＨを以下の方法で検討した。

〔実施例４〕
焙焼破砕物２ｇを５００ｍＬのガラス製ビーカーに入れ、純水２００ｍＬを前記ビーカーに添加した。得られた溶液にｐＨ調整剤として塩酸を添加し、ｐＨ４の溶液を得た。次いで、スクリュー翼３ｃｍ、３００ｒｐｍの条件で溶液を３０分間攪拌した。撹拌の間、溶液に適宜塩酸を添加することにより、ｐＨ４±０．３を維持した。攪拌後の溶液をろ紙を用いてろ過し、得られたろ液に含まれる金属の含有量を測定した。

〔実施例５～７〕
溶液をｐＨ６、８、および１０に調整および維持したこと以外は、実施例４と同様の方法で溶液を調製および攪拌し、攪拌後の溶液をろ過し、ろ液に含まれる金属の含有量を測定した。すなわち、実施例５～７の溶液は、攪拌後のｐＨがそれぞれｐＨ６±０．３、８±０．３、および１０±０．３であった。

〔実施例８〕
ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムを使用し、溶液をｐＨ１１に調整したこと以外は、実施例４と同様の方法で溶液を調製および攪拌し、攪拌後の溶液をろ過し、ろ液に含まれる金属の含有量を測定した。すなわち、実施例８の溶液は、攪拌後のｐＨがｐＨ１１±０．３であった。

〔実施例９〕
ｐＨ調整剤を添加しなかったこと以外は実施例４と同様の方法で、溶液を調製および攪拌し、攪拌後の溶液をろ過し、ろ液に含まれる金属の含有量を測定した。ｐＨは、溶液調製時および攪拌中一定して１０．９であった。

表２に示すように、実施例４～６より、ｐＨ８±０．３では溶液中に少量のマンガンが混在することが確認され、ｐＨ６±０．３以下ではより多くのマンガンが混在することが確認された。また、実施例５、８、および９より、ｐＨ６±０．３およびｐＨ１１付近では溶液中に少量のアルミニウムが混在することが確認され、ｐＨ４±０．３ではより多くのアルミニウムが混在することが確認された。一方で、ｐＨ１０±０．３では溶液中にリチウム以外の金属が浸出しないことが確認された。

さらに、リチウム浸出における、好ましい温度を以下の方法で検討した。

〔実施例１０〕
焙焼破砕物２ｇを、純水２００ｍＬを入れた５００ｍＬのガラスビーカーに入れた。次いで、スクリュー翼３ｃｍ、３００ｒｐｍ、および室温（２３℃）の条件で、３０分間攪拌を行った。攪拌後直ちに、溶液をろ紙を用いてろ過し、ろ液を得た。得られたろ液のｐＨ、リチウム濃度、およびアルミニウム濃度の測定を行った。

〔実施例１１〕
ホットバスに水を張り、純水２００ｍＬを入れた５００ｍＬガラスビーカーを浸漬させた。次いで、ビーカー中の純水の温度が５０℃になるまで昇温させた。昇温後、焙焼破砕物をビーカー内に添加し、スクリュー翼３ｃｍおよび３００ｒｐｍの条件で、ビーカー中の純水の温度を５０℃に保ったまま３０分間攪拌を行った。攪拌後直ちに、溶液をろ紙を用いてろ過し、ろ液を得た。得られたろ液のｐＨ、リチウム濃度、およびアルミニウム濃度の測定を行った。測定で得られた値について、昇温による蒸発によって損失した純水の量を考慮し、容量補正を行って濃度の算出を行った。

〔実施例１２〕
ビーカー中の純水の温度を８０℃になるまで昇温させたこと以外は、実施例１１と同様の方法でろ液を得、得られたろ液のｐＨ、リチウム濃度、およびアルミニウム濃度の測定および算出を行った。

表３から、実施例１１は、実施例１０および実施例１２と比較してリチウム濃度が高いことが確認できた。すなわち、リチウムは５０℃付近で浸出することにより、効率よく回収できることが明らかになった。

本発明によれば、リチウムイオン電池の焙焼破砕物から、効率的かつ簡便にリチウムを回収することができるので、リチウムイオン電池からリチウムを回収する方法として好適である。

１：リチウム回収装置
２：懸濁物供給部
３：水系溶媒供給部
４：磁石
５：コンベア
６：磁気コンベア
７：捕集器
８：固液分離部
９：ろ液捕集器
１０：タンク
１１：循環部
１２：リチウムイオン電池焙焼破砕物、またはリチウムイオン電池焙焼破砕物と水系溶媒とからなる懸濁物
１３：水系溶媒
１４：非磁性物
１５：リチウム含有抽出液
１６：カーボンが主成分である非磁性物
１７：リチウム溶液
１８：磁性物
１９：リチウム濃縮液排出部

Claims (7)

1. リチウムイオン電池焙焼破砕物と水系溶媒とを接触させ、前記水系溶媒によりリチウムを抽出する、抽出工程、
   前記抽出工程により得られたリチウム含有抽出液を固液分離する固液分離工程、および
   前記固液分離工程により得られた、リチウム溶液の一部または全部を、前記抽出工程の水系溶媒として利用する循環工程を含み、
   前記抽出工程は、幅方向に傾斜を有する磁気コンベアを用いて、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物を磁選して、磁性物と非磁性物とに分離する磁選を行いながら行う、
   リチウム回収方法。
2. 前記抽出工程において、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物に前記水系溶媒を散布すること、または、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物を前記水系溶媒に懸濁させることにより、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物と前記水系溶媒とを接触させる、請求項１に記載の方法。
3. 前記抽出工程は、磁気コンベア上を移動する前記リチウムイオン電池焙焼破砕物に、前記水系溶媒を散布して、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物と前記水系溶媒とを接触させることにより、リチウムを抽出する、請求項１に記載の方法。
4. 前記抽出工程は、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物を前記水系溶媒に懸濁させて、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物と前記水系溶媒とを接触させることにより、リチウムを抽出するとともに、磁気コンベア上に、リチウムイオン電池焙焼破砕物と前記水系溶媒とからなる懸濁物を供給する、請求項１に記載の方法。
5. 前記磁選により分離された磁性物の一部または全部を、前記磁選の被磁選物として使用させる、請求項１に記載の方法。
6. 前記固液分離工程により得られたリチウム溶液のｐＨを７．５～１１．５の範囲に調整するｐＨ調整工程を含む、請求項１に記載のリチウム回収方法。
7. リチウムイオン電池焙焼破砕物を磁選して、磁性物と非磁性物とに分離する磁選を行いながら、前記リチウムイオン電池焙焼破砕物と水系溶媒とを接触させ、前記水系溶媒によりリチウムを抽出する工程における、前記磁選に使用するための、幅方向に傾斜を有する磁気コンベアと、
   前記磁気コンベア上に存在する前記リチウムイオン電池焙焼破砕物に水系溶媒を供給する水系溶媒供給部、または、前記磁気コンベア上にリチウムイオン電池焙焼破砕物と水系溶媒とからなる懸濁物を供給する懸濁物供給部と、
   前記水系溶媒供給部より供給される水性溶媒、または前記懸濁物供給部より供給される懸濁物中の水性溶媒、により抽出されたリチウムを含有するリチウム含有抽出液を固液分離する固液分離部と、
   前記固液分離部により分離されたリチウム溶液を貯蔵するタンクと、
   前記タンク内のリチウム溶液の一部または全部を、前記水系溶媒として使用するために、前記水系溶媒供給部、または前記懸濁物供給部に循環させる循環部と、を具備する、リチウム回収装置。

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