JPWO2011132282A1 - リチウム回収装置及びその方法 - Google Patents
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Abstract
リチウムを分離回収する際に、効率的に高純度のリチウムを回収できると共にコスト的にも工業的なスケールアップが容易なリチウム回収装置を提供する。リチウム回収装置は、リチウム含有水をフィルタ膜に流通してリチウム水溶液を生成する供給手段１と、このリチウム水溶液を、カラムに流入してリチウムを吸着させる吸着手段２と、このカラムに塩酸を流入してリチウムを溶離し、塩酸及び塩化リチウムを含有するリチウム溶離液を生成する溶離手段３と、このカラムを水で洗浄する洗浄手段４と、このリチウム溶離液を、循環的に加熱で塩酸を蒸発させ、この蒸気を凝縮させて塩化リチウム水溶液を濃縮生成する濃縮手段５と、この塩化リチウム水溶液に、炭酸ナトリウムを加え、炭酸リチウム及び塩化ナトリウムを含有する濃縮リチウム水溶液としてリチウムを採収する採収手段６と、この塩化リチウム水溶液の残液を冷却して得られる塩酸を、この溶離手段３で流入する塩酸としてリサイクルする塩酸リサイクル手段７とを備える。
Description
本発明は、リチウムを回収するリチウム回収装置及びその方法に関して、特に、リチウムを効率よく高純度に分離回収できるリチウム回収装置及びその方法に関する。
リチウムは、二次電池、特殊ガラス、酸化物単結晶、航空、バネ材などに幅広く利用される希少な非鉄金属である。近年、情報機器の需要拡大に伴い、リチウムの世界的な需要が高まっており、今後もさらにリチウムの需要が高まる見通しである。リチウムは、その産出国が偏在しており、リチウム鉱石資源がない国では特に安定的にリチウムを回収することが望まれている。
従来のリチウム回収方法としては、一例として、リチウム含有マンガン酸化物又はマグネシウム含有マンガン酸化物から、それぞれリチウム又はマグネシウムを濃縮して得られたマンガン酸化物電極を用い、印加電圧を変えることにより、水溶液中のリチウムイオンの吸着及び脱着を行う方法がある（特許文献１参照）。また、従来のリチウム回収方法としては、一例として、β−ジケトン、中性有機リン化合物および環状構造を有するビニルモノマーを原料として製造される吸着剤と、少なくともリチウム、ナトリウム及びカルシウムを含有する水溶液とを、水溶液のｐＨが７以上において接触させて該吸着剤に水溶液中の金属成分を吸着させ、しかる後にｐＨ４±１．５の水と接触させてリチウムを脱着させることからなるリチウムを回収する方法がある。（特許文献２参照）。
しかしながら、従来のリチウム回収方法は、電気化学的な手法を用いる場合には、工業的なスケールアップの際に高いコストが必要になるという課題がある。また、従来のリチウム回収方法は、有機溶媒を用いる場合には、回収されたリチウムに有機物が残存するためにリチウムの純度が低くなるという課題がある。
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、リチウムを分離回収する際に、効率的に高純度のリチウムを回収できるとともに、コスト的にも工業的なスケールアップが容易なリチウム回収装置及びその方法の提供を目的とする。
本発明のリチウム回収装置は、リチウムを含有するリチウム水溶液を、生体吸収膜および／またはマンガン酸化物から成るカラムに流入し、当該カラムにリチウムを吸着させる吸着手段と、前記カラムに塩酸を流入し、前記カラムに吸着したリチウムを溶離し、塩酸及び塩化リチウムを含有するリチウム溶離液を生成する溶離手段と、前記溶離手段により生成されたリチウム溶離液を循環的に加熱及び塩酸水溶液除去処理し、当該処理により得られる塩化リチウム水溶液を濃縮する濃縮手段と、前記濃縮手段により生成された塩化リチウム水溶液に、炭酸ナトリウムを加え、炭酸リチウムおよび塩化ナトリウムを含有する濃縮リチウム水溶液としてリチウムを採収する採収手段とを備えるものである。
このように、本発明のリチウム回収装置は、濃縮手段が、前記溶離手段により生成されたリチウム溶離液に対して、循環的に、加熱で塩酸を蒸発させ、当該蒸気を凝縮させて塩化リチウム水溶液を濃縮生成し、採収手段が、前記濃縮手段により生成された塩化リチウム水溶液に、炭酸ナトリウムを加え、炭酸リチウムおよび塩化ナトリウムを含有する沈殿物としてリチウムを採収することから、リチウムを多層的に凝縮できることとなり、高濃度のリチウムを容易に分離回収することができる。
また、本発明のリチウム回収装置は、必要に応じて、前記濃縮手段で濃縮された塩化リチウム水溶液の残液を冷却し、当該冷却により得られる塩酸を、前記溶離手段で流入する塩酸としてリサイクルする塩酸リサイクル手段を備えるものである。このように、本発明のリチウム回収装置は、塩酸リサイクル手段が、前記濃縮手段で濃縮された塩化リチウム水溶液の残液を蒸発させ、当該蒸発により得られた蒸気を冷却凝縮させて塩酸を生成し、当該残液により得られる塩酸を、前記溶離手段で流入する塩酸としてリサイクルすることから、塩酸の初期投入量を抑制できることとなり、塩酸に関連するコスト削減及び資源の有効利用を図ることができる。
また、本発明のリチウム回収装置は、必要に応じて、リチウムを含有する海水、塩湖灌水、地熱水、または廃品溶解液のいずれかをフィルタ膜に流通し、前記吸着手段で流入するリチウム水溶液を生成する供給手段を備えるものである。このように、本発明のリチウム回収装置は、供給手段が、リチウムを含有する海水、塩湖鹹水、地熱水、または廃品溶解液のいずれかをフィルタ膜に流通し、前記吸着手段で流入するリチウム水溶液を生成することから、前記吸着手段におけるリチウムの吸着効率を高めることとなり、リチウムの吸着をより高濃度で行うことができる。
また、本発明のリチウム回収装置は、必要に応じて、前記溶離手段により塩酸でリチウムを溶離したカラムを水で洗浄する洗浄手段を備えるものである。このように、本発明のリチウム回収装置は、洗浄手段が、前記吸着手段によりリチウムが吸着されたカラムを水で洗浄することから、カラムの吸着能力を維持することにより前記吸着手段におけるリチウムの吸着効率を高めることとなり、リチウムの吸着をより高濃度で行うことができる。
また、本発明のリチウム回収装置は、必要に応じて、前記採収手段により生成された濃縮リチウム水溶液に、純粋な炭酸リチウム水溶液を加えるリチウム水溶液混合手段を備えるものである。このように、本発明のリチウム回収装置は、リチウム水溶液混合手段が、前記採収手段により生成された濃縮リチウム水溶液に、純粋な炭酸リチウム水溶液を加えることから、得られた濃縮リチウム水溶液からさらにリチウムの濃度を高めることとなり、リチウムをより高濃度で回収することができる。
以下、本発明のリチウム回収方法の一実施形態を、図１〜図２に基づいて説明する。図１は、本発明に係るリチウム回収装置の概要図、図２は、本発明に係るリチウム回収方法のフローチャートを示す説明図である。
図１において本実施形態に係るリチウム回収装置は、リチウムを含有する海水、塩湖鹹水、地熱水、または廃品溶解液のいずれかをフィルタ膜に流通し、リチウムを含有するリチウム水溶液を生成する供給手段１と、このリチウム水溶液を、マンガン酸化物から成るカラムに流入し、このカラムにリチウムを吸着させる吸着手段２と、このカラムに塩酸を流入し、このカラムに吸着したリチウムを溶離し、塩酸及び塩化リチウムを含有するリチウム溶離液を生成する溶離手段３と、この溶離手段３により塩酸でリチウムを溶離したカラムを水で洗浄する洗浄手段４と、この溶離手段３により生成されたリチウム溶離液に対して、循環的に、加熱で塩酸を蒸発させ、この蒸気を凝縮させて塩化リチウム水溶液を濃縮生成する濃縮手段５と、この濃縮手段５により生成された塩化リチウム水溶液に、炭酸ナトリウムを加え、炭酸リチウムおよび塩化ナトリウムを含有する沈殿物としてリチウムを採収する採収手段６と、この濃縮手段５で濃縮された塩化リチウム水溶液の残液を冷却し、この冷却により得られる塩酸を、この溶離手段３に使用する塩酸としてリサイクルする塩酸リサイクル手段７とを備えて構成される。
この供給手段１は、リチウム含有溶液である海水、塩湖鹹水、地熱水、または廃品溶解液を貯留するステンレス製の貯留タンク１１と、多段構造のフィルタ１２とを備える。このフィルタ１２は、少なくとも２層構造を有しており、このリチウム含有溶液に含まれる粒子径の大きい不純物を除去することができる。
この吸着手段２は、リチウムを選択的に吸着する生体吸収膜またはマンガン酸化物が充填されたステンレス製のカラム吸着タンク２１を複数備える。このカラム吸着タンク２１は、タンク１つあたりの処理量を分散させるために複数のタンクから成るものとしたが、１つのタンクから成るものとしてもよい。このカラム吸着タンク２１を構成する充填剤としては、粒径：１００μｍ〜１ｍｍの微粒子状または膜状の各種のものを使用することができる。このカラム吸着タンク２１は、好ましくは、リチウム吸着性の高いλ型マンガン酸化物（微粒子状又は膜状のもの）を充填剤とするカラムであり、例えば、日本国特許第３９３７８６５号に開示されているリチウム吸着剤を使用することができる。
この溶離手段３は、塩酸を貯留する塩酸タンク３１と、このカラム吸着タンク２１から溶離する溶液を貯留する溶離液タンク３２とを備える。この洗浄手段４は、純水を製造する純水製造プラント４１と、この純水製造プラント４１により製造された純水を貯蔵する純水タンク４２とを備える。この純水製造プラント４１は、一般的な各種の純水製造プラントを使用することができるが、例えば、本発明者により開示されている水供給・処理システム（特開２０１０―０２９７５０号公報）を使用することができる。
この濃縮手段５は、溶離液タンク３２から溶離液を貯蔵するステンレス製の濃縮タンク５１と、この濃縮タンク５１の貯蔵液から蒸気中に含有される塩酸水溶液を分離・排除するドレンセパレータ５２と、このドレンセパレータ５２により分離・排除された塩酸水溶液の液相を貯留するステンレス製の液相タンク５３と、この濃縮タンク５１の貯蔵液を加熱してこの濃縮タンク５１に還流する加熱器５４とを備える。このドレンセパレータ５２には、市販されている各種のドレンセパレータを使用することができるが、コンプレッサーと配管の間に組込むインライン式のものを使用してもよいし、配管中に邪魔板を設置して枝管からトラップに流入してくる塩酸水溶液を排除するものを使用してもよい。この加熱器５４は、ボイラーの他に、高い水温を有する表層海水を利用して加熱を行うことができ、身近にあるとともに無尽蔵な資源である海水を利用することで、コストおよび環境負荷を抑えた装置を構成することができる。
この採収手段６は、炭酸ナトリウム（Na2CO3）を貯蔵するステンレス製のソーダ灰タンク６１と、この炭酸ナトリウムが添加された前記液相の塩酸水溶液を濾過するフィルタ６３と、この濾過された炭酸ナトリウムと反応して得られたリチウム溶液を貯蔵するステンレス製の採収タンク６２とを備える。また、この塩酸リサイクル手段７は、塩酸水溶液を凝縮させるコンデンサ７１と、冷却を行う冷却器７２と、このコンデンサ７１から得られる塩酸を貯蔵する塩酸タンク７３とを備える。この冷却器７２としては、海水のうち水温の低い深層海水を使用することもでき、この場合には、海水を利用することでコストおよび環境負荷を抑えた装置を構成することができる。
以下、前記構成に基づく本実施形態のリチウム回収方法について説明する。本発明に係るリチウム回収方法の流れを図２に示す。
以下、前記構成に基づく本実施形態のリチウム回収方法について説明する。本発明に係るリチウム回収方法の流れを図２に示す。
（供給工程）
まず、図２に示すように、リチウムを含有するリチウム含有溶液（例えば、海水、塩湖鹹水、地熱水、及び廃品溶解液のうちのいずれか）を貯留タンク１１に貯蔵する（Ｓ１）。この貯留されたリチウム含有溶液をフィルタ１２に通過させる（Ｓ２）。このフィルタ１２により粒子径の大きい不純物を除去することができる。
まず、図２に示すように、リチウムを含有するリチウム含有溶液（例えば、海水、塩湖鹹水、地熱水、及び廃品溶解液のうちのいずれか）を貯留タンク１１に貯蔵する（Ｓ１）。この貯留されたリチウム含有溶液をフィルタ１２に通過させる（Ｓ２）。このフィルタ１２により粒子径の大きい不純物を除去することができる。
（吸着工程）
フィルタ１２に通過させたリチウム含有溶液を、複数のカラム吸着タンク２１のうち空き状態となっている１つのカラム吸着タンク２１に流入させる（Ｓ３）。リチウム含有溶液に含まれるリチウムは、この流入により、特異選択的にカラムに吸着される。この流入に関して、所定の流入量に達していない場合、及び所定時間が経過していない場合（Ｓ４）には、再度、上記のＳ３に戻り、引き続き、このリチウム含有溶液をカラム吸着タンク２１に流入させる。この流入に関して、所定の流入量に達した場合、又は所定時間が経過した場合（Ｓ４）には、この流入を停止する（Ｓ５）。
フィルタ１２に通過させたリチウム含有溶液を、複数のカラム吸着タンク２１のうち空き状態となっている１つのカラム吸着タンク２１に流入させる（Ｓ３）。リチウム含有溶液に含まれるリチウムは、この流入により、特異選択的にカラムに吸着される。この流入に関して、所定の流入量に達していない場合、及び所定時間が経過していない場合（Ｓ４）には、再度、上記のＳ３に戻り、引き続き、このリチウム含有溶液をカラム吸着タンク２１に流入させる。この流入に関して、所定の流入量に達した場合、又は所定時間が経過した場合（Ｓ４）には、この流入を停止する（Ｓ５）。
（溶離工程）
濃度1mol／Lの塩酸を貯蔵する塩酸タンクから、このカラム吸着タンク２１に流入させてリチウムを溶離させる（Ｓ６）。以下の化学式１に示すように、このＳ６によりカラム吸着タンク２１に吸着したリチウムと塩酸が反応し、塩化リチウム（LiCl）及び塩酸(HCl)の混合溶液である溶離液が溶離する。得られた溶離液を溶離液タンク３２に貯蔵する（Ｓ７）。このＳ１により貯留タンク１１に貯蔵されたリチウム含有溶液が、カラム吸着タンク２１からその全量を排出されていない場合（Ｓ８）には、再度、上記Ｓ７に戻り、溶離液タンク３２への貯蔵を引き続き行う。
濃度1mol／Lの塩酸を貯蔵する塩酸タンクから、このカラム吸着タンク２１に流入させてリチウムを溶離させる（Ｓ６）。以下の化学式１に示すように、このＳ６によりカラム吸着タンク２１に吸着したリチウムと塩酸が反応し、塩化リチウム（LiCl）及び塩酸(HCl)の混合溶液である溶離液が溶離する。得られた溶離液を溶離液タンク３２に貯蔵する（Ｓ７）。このＳ１により貯留タンク１１に貯蔵されたリチウム含有溶液が、カラム吸着タンク２１からその全量を排出されていない場合（Ｓ８）には、再度、上記Ｓ７に戻り、溶離液タンク３２への貯蔵を引き続き行う。
Li++ HCl → LiCl + H+（化学式１）
（洗浄工程）
このリチウム含有溶液が、カラム吸着タンク２１から全量排出された場合（Ｓ８）には、洗浄工程及び濃縮工程が同時に実施される。まず洗浄工程において、純水でこのカラム吸着タンク２１に充填されたカラムを洗浄する（Ｓ９）。この洗浄は、純水製造プラント４１で製造した純水を純水タンク４２に貯蔵し、カラム吸着タンク２１に流入させることで実施することができる。この洗浄後、洗浄された複数カラムのうちの一つを選択し（Ｓ１０）、上記Ｓ３に戻り、Ｓ３以降の処理を繰り返す。このように、複数のカラムを連携させることで、純水洗浄により常にフレッシュな状態のカラムを使用することができる。
このリチウム含有溶液が、カラム吸着タンク２１から全量排出された場合（Ｓ８）には、洗浄工程及び濃縮工程が同時に実施される。まず洗浄工程において、純水でこのカラム吸着タンク２１に充填されたカラムを洗浄する（Ｓ９）。この洗浄は、純水製造プラント４１で製造した純水を純水タンク４２に貯蔵し、カラム吸着タンク２１に流入させることで実施することができる。この洗浄後、洗浄された複数カラムのうちの一つを選択し（Ｓ１０）、上記Ｓ３に戻り、Ｓ３以降の処理を繰り返す。このように、複数のカラムを連携させることで、純水洗浄により常にフレッシュな状態のカラムを使用することができる。
（濃縮工程）
上記のＳ８において、このリチウム含有溶液が、カラム吸着タンク２１から全量排出された場合には、濃縮工程において、生成された塩化リチウム含有溶液を濃縮タンク５１に貯蔵し、加熱器５４を用いて９０℃で０．８気圧程度まで減圧して加熱し、濃縮タンク５１に還流して塩化リチウム含有溶液を循環させる（Ｓ１１）。この濃縮タンク５１に貯蔵された溶液をドレンセパレータ５２で塩酸水溶液を除去した液相を液相タンク５３に貯蔵してリチウム含有溶液を貯蔵する（Ｓ１２）。
上記のＳ８において、このリチウム含有溶液が、カラム吸着タンク２１から全量排出された場合には、濃縮工程において、生成された塩化リチウム含有溶液を濃縮タンク５１に貯蔵し、加熱器５４を用いて９０℃で０．８気圧程度まで減圧して加熱し、濃縮タンク５１に還流して塩化リチウム含有溶液を循環させる（Ｓ１１）。この濃縮タンク５１に貯蔵された溶液をドレンセパレータ５２で塩酸水溶液を除去した液相を液相タンク５３に貯蔵してリチウム含有溶液を貯蔵する（Ｓ１２）。
（採収工程）
このＳ１１によりドレンセパレータ５２で分離された液相の場合（Ｓ１３）、この液相として液相タンク５３に貯蔵されたリチウム含有溶液に、ソーダ灰［炭酸ナトリウム（Na2CO3）〕を貯蔵するソーダ灰タンク６１からソーダ灰を添加する（Ｓ１４）。この添加された溶液をフィルタ６３により濾過する（Ｓ１５）。この濾過された溶液から、Ｓ１４の添加により炭酸リチウム（Li2CO3）が主に沈殿し、この他には、塩化ナトリウム（NaCl）が部分的に共沈する。これらの沈殿物を含有するリチウム含有溶液を採収タンク６２に採収する（Ｓ１６）。
このＳ１１によりドレンセパレータ５２で分離された液相の場合（Ｓ１３）、この液相として液相タンク５３に貯蔵されたリチウム含有溶液に、ソーダ灰［炭酸ナトリウム（Na2CO3）〕を貯蔵するソーダ灰タンク６１からソーダ灰を添加する（Ｓ１４）。この添加された溶液をフィルタ６３により濾過する（Ｓ１５）。この濾過された溶液から、Ｓ１４の添加により炭酸リチウム（Li2CO3）が主に沈殿し、この他には、塩化ナトリウム（NaCl）が部分的に共沈する。これらの沈殿物を含有するリチウム含有溶液を採収タンク６２に採収する（Ｓ１６）。
（塩酸リサイクル工程）
上記のＳ１３においてドレンセパレータ５２で分離された気相の場合、この塩酸を含有する気体をコンデンサ（凝縮器）で０．８気圧程度まで減圧して冷却濃縮する（Ｓ１７）。この冷却濃縮により生成された濃塩酸溶液を、溶離工程で使用した塩酸タンク３１へ還流する（Ｓ１８）。塩酸タンク３１内の塩酸濃度は、カラムに吸着したリチウムを効率的に溶離しやすい濃度として約１mol/lを維持することが好ましい。この還流後、上記のＳ６に戻り、Ｓ６以降の処理を繰り返す。このＳ１８における還流によりこの塩酸タンク３１に必要な塩酸の初期投入量を抑制できることとなり、塩酸に関連するコスト削減及び資源の有効利用を図ることができる。
上記のＳ１３においてドレンセパレータ５２で分離された気相の場合、この塩酸を含有する気体をコンデンサ（凝縮器）で０．８気圧程度まで減圧して冷却濃縮する（Ｓ１７）。この冷却濃縮により生成された濃塩酸溶液を、溶離工程で使用した塩酸タンク３１へ還流する（Ｓ１８）。塩酸タンク３１内の塩酸濃度は、カラムに吸着したリチウムを効率的に溶離しやすい濃度として約１mol/lを維持することが好ましい。この還流後、上記のＳ６に戻り、Ｓ６以降の処理を繰り返す。このＳ１８における還流によりこの塩酸タンク３１に必要な塩酸の初期投入量を抑制できることとなり、塩酸に関連するコスト削減及び資源の有効利用を図ることができる。
また、上記Ｓ１４において、採収タンク６２に採収されたリチウム含有溶液に対して、純粋（100％）の炭酸リチウム（Li2CO3）溶液を混合することにより、濃度を高めた炭酸リチウム（Li2CO3）を生成することができる。
また、上記では、供給手段１、洗浄手段４および塩酸リサイクル手段７を使用したが、これらの手段を使用しない場合にも、リチウム回収濃度は低下し塩酸のコストが高くなるものの、従来から公知なリチウム回収方法と比較して、十分に高純度なリチウム回収を行うことができる。
以下、本発明に従い実験を行った結果を実施例として説明するが、本発明はこの実施例によって制限されるものではない。
また、上記では、供給手段１、洗浄手段４および塩酸リサイクル手段７を使用したが、これらの手段を使用しない場合にも、リチウム回収濃度は低下し塩酸のコストが高くなるものの、従来から公知なリチウム回収方法と比較して、十分に高純度なリチウム回収を行うことができる。
以下、本発明に従い実験を行った結果を実施例として説明するが、本発明はこの実施例によって制限されるものではない。
（実施例）
上記に記載した図１と同様の構成にて、本発明に従うリチウム回収装置を用いて、日本海沿岸で汲み取った海水に対してリチウム回収を行ったところ、上記採収タンク６２に濃度９０％のリチウム含有溶液を採収した。さらに、このリチウム含有溶液に対して、純粋（すなわち100％）の炭酸リチウム（Li2CO3）溶液を混合し、濃度95％の炭酸リチウム（Li2CO3）を生成した。このように、本発明のリチウム回収装置は、海水に対して、従来よりも高いリチウム回収率が実現できることが示された。
上記に記載した図１と同様の構成にて、本発明に従うリチウム回収装置を用いて、日本海沿岸で汲み取った海水に対してリチウム回収を行ったところ、上記採収タンク６２に濃度９０％のリチウム含有溶液を採収した。さらに、このリチウム含有溶液に対して、純粋（すなわち100％）の炭酸リチウム（Li2CO3）溶液を混合し、濃度95％の炭酸リチウム（Li2CO3）を生成した。このように、本発明のリチウム回収装置は、海水に対して、従来よりも高いリチウム回収率が実現できることが示された。
１ 供給手段
１１ 貯留タンク
１２ フィルタ
２ 吸着手段
２１ カラム吸着タンク
３ 溶離手段
３１ 塩酸タンク
３２ 溶離液タンク
４ 洗浄手段
４１ 純水製造プラント
４２ 純水タンク
５ 濃縮手段
５１ 濃縮タンク
５２ ドレンセパレータ
５３ 液相タンク
５４ 加熱器
６ 採収手段
６１ ソーダ灰タンク
６２ 採収タンク
６３ フィルタ
７ 塩酸リサイクル手段
７１ コンデンサ
７２ 冷却器
１１ 貯留タンク
１２ フィルタ
２ 吸着手段
２１ カラム吸着タンク
３ 溶離手段
３１ 塩酸タンク
３２ 溶離液タンク
４ 洗浄手段
４１ 純水製造プラント
４２ 純水タンク
５ 濃縮手段
５１ 濃縮タンク
５２ ドレンセパレータ
５３ 液相タンク
５４ 加熱器
６ 採収手段
６１ ソーダ灰タンク
６２ 採収タンク
６３ フィルタ
７ 塩酸リサイクル手段
７１ コンデンサ
７２ 冷却器
本発明のリチウム回収装置は、リチウムを含有するリチウム水溶液を、生体吸収膜および／またはマンガン酸化物から成るカラムに流入し、当該カラムにリチウムを吸着させる吸着手段と、前記カラムに塩酸を流入し、前記カラムに吸着したリチウムを溶離し、塩酸及び塩化リチウムを含有するリチウム溶離液を生成する溶離手段と、前記溶離手段により生成されたリチウム溶離液を循環的に加熱し、当該加熱により塩酸を蒸発させて気相状態にし、液相状態の塩化リチウム水溶液を濃縮すると共に、前記気相状態の塩酸と液相状態の塩化リチウムを分離する濃縮手段と、前記濃縮手段により生成された塩化リチウム水溶液に、炭酸ナトリウムを加え、炭酸リチウムを沈殿させてリチウムを採収する採収手段と、前記濃縮手段で分離された気相状態の塩酸を冷却して液相状態の塩酸を生成し、当該生成された液相状態の塩酸を、前記溶離手段に供給する塩酸リサイクル手段とを備えるものである。
このように、本発明のリチウム回収装置は、濃縮手段が、前記溶離手段により生成されたリチウム溶離液に対して、循環的に、加熱で塩酸を蒸発させ、当該蒸気を凝縮させて塩化リチウム水溶液を濃縮生成し、採収手段が、前記濃縮手段により生成された塩化リチウム水溶液に、炭酸ナトリウムを加え、炭酸リチウムおよび塩化ナトリウムを含有する沈殿物としてリチウムを採収することから、リチウムを多層的に凝縮できることとなり、高濃度のリチウムを容易に分離回収することができる。また、本発明のリチウム回収装置は、塩酸リサイクル手段が、前記濃縮手段で濃縮された塩化リチウム水溶液の残液を蒸発させ、当該蒸発により得られた蒸気を冷却凝縮させて塩酸を生成し、当該残液により得られる塩酸を、前記溶離手段で流入する塩酸としてリサイクルすることから、塩酸の初期投入量、リサイクル中の塩酸の使用量を抑制できることとなり、塩酸に関連するコスト削減及び資源の有効利用を図ることができる。
本発明のリチウム回収装置は、リチウムを含有するリチウム水溶液を、マンガン酸化物から成るカラムに流入し、当該カラムにリチウムを吸着させる吸着手段と、前記カラムに塩酸を流入し、前記カラムに吸着したリチウムを溶離し、塩酸及び塩化リチウムを含有するリチウム溶離液を生成する溶離手段と、前記溶離手段により生成されたリチウム溶離液を循環的に加熱し、当該加熱により塩酸を蒸発させて気相状態にし、液相状態の塩化リチウム水溶液を濃縮すると共に、前記気相状態の塩酸と液相状態の塩化リチウムを分離する濃縮手段と、前記濃縮手段により生成された塩化リチウム水溶液に、炭酸ナトリウムを加え、炭酸リチウムを沈殿させてリチウムを採収する採収手段と、前記濃縮手段で分離された気相状態の塩酸を冷却して液相状態の塩酸を生成し、当該生成された液相状態の塩酸を、前記溶離手段に供給する塩酸リサイクル手段とを備えるものである。
このように、本発明のリチウム回収装置は、濃縮手段が、前記溶離手段により生成されたリチウム溶離液に対して、循環的に、加熱で塩酸を蒸発させ、当該蒸気を凝縮させて塩化リチウム水溶液を濃縮生成し、採収手段が、前記濃縮手段により生成された塩化リチウム水溶液に、炭酸ナトリウムを加え、炭酸リチウムおよび塩化ナトリウムを含有する沈殿物としてリチウムを採収することから、リチウムを多層的に凝縮できることとなり、高濃度のリチウムを容易に分離回収することができる。また、本発明のリチウム回収装置は、塩酸リサイクル手段が、前記濃縮手段で濃縮された塩化リチウム水溶液の残液を蒸発させ、当該蒸発により得られた蒸気を冷却凝縮させて塩酸を生成し、当該残液により得られる塩酸を、前記溶離手段で流入する塩酸としてリサイクルすることから、塩酸の初期投入量、リサイクル中の塩酸の使用量を抑制できることとなり、塩酸に関連するコスト削減及び資源の有効利用を図ることができる。
この吸着手段２は、リチウムを選択的に吸着するマンガン酸化物が充填されたステンレス製のカラム吸着タンク２１を複数備える。このカラム吸着タンク２１は、タンク１つあたりの処理量を分散させるために複数のタンクから成るものとしたが、１つのタンクから成るものとしてもよい。このカラム吸着タンク２１を構成する充填剤としては、粒径：１００μｍ〜１ｍｍの微粒子状または膜状の各種のものを使用することができる。このカラム吸着タンク２１は、好ましくは、リチウム吸着性の高いλ型マンガン酸化物（微粒子状又は膜状のもの）を充填剤とするカラムであり、例えば、日本国特許第３９３７８６５号に開示されているリチウム吸着剤を使用することができる。
Claims (6)
- リチウムを含有するリチウム水溶液を、生体吸収膜および／またはマンガン酸化物から成るカラムに流入し、当該カラムにリチウムを吸着させる吸着手段と、
前記カラムに塩酸を流入し、前記カラムに吸着したリチウムを溶離し、塩酸及び塩化リチウムを含有するリチウム溶離液を生成する溶離手段と、
前記溶離手段により生成されたリチウム溶離液を循環的に加熱及び塩酸水溶液除去処理し、当該処理により得られる塩化リチウム水溶液を濃縮する濃縮手段と、
前記濃縮手段により生成された塩化リチウム水溶液に、炭酸ナトリウムを加え、炭酸リチウムおよび塩化ナトリウムを含有する濃縮リチウム水溶液としてリチウムを採収する採収手段とを備えることを特徴とする
リチウム回収装置。 - 請求項１に記載のリチウム回収装置において、
前記濃縮手段で濃縮された塩化リチウム水溶液の残液を冷却し、当該冷却により得られる塩酸を、前記溶離手段で流入する塩酸としてリサイクルする塩酸リサイクル手段を備えることを特徴とする
リチウム回収装置。 - 請求項１または請求項２に記載のリチウム回収装置において、
リチウムを含有する海水、塩湖鹹水、地熱水、または廃品溶解液のいずれかをフィルタ膜に流通し、前記吸着手段で流入するリチウム水溶液を生成する供給手段を備えることを特徴とする
リチウム回収装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリチウム回収装置において、
前記溶離手段により塩酸でリチウムを溶離したカラムを水で洗浄する洗浄手段を備えることを特徴とする
リチウム回収装置。 - 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のリチウム回収装置において、
前記採収手段により生成された濃縮リチウム水溶液に、純粋な炭酸リチウム水溶液を加えるリチウム水溶液混合手段を備えることを特徴とする
リチウム回収装置。 - リチウムを含有するリチウム水溶液を、生体吸収膜および／またはマンガン酸化物から成るカラムに流入し、当該カラムにリチウムを吸着させる吸着工程と、
前記カラムに塩酸を流入し、前記カラムに吸着したリチウムを溶離し、塩酸及び塩化リチウムを含有するリチウム溶離液を生成する溶離工程と、
前記溶離工程により生成されたリチウム溶離液を循環的に加熱及び塩酸水溶液除去処理し、当該処理により得られる塩化リチウム水溶液を濃縮する濃縮工程と、
前記濃縮工程により生成された塩化リチウム水溶液に、炭酸ナトリウムを加え、炭酸リチウムおよび塩化ナトリウムを含有する濃縮リチウム水溶液としてリチウムを採収する採収工程とを備えることを特徴とする
リチウム回収方法。
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|---|---|
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