KR101238890B1 - Production method of lithium carbonate from brines - Google Patents

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Abstract

염수를 이용한 탄산리튬 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법은 염수에 소석회를 투입하여 마그네슘, 황산 이온 및 붕소의 침전물을 형성하여 제거하는 1차 화학적 정제 단계, 상기 침전물이 제거된 염수에 가성소다를 투입하여 칼슘을 제거하는 2차 화학적 정제 단계, 상기 칼슘이 제거된 염수를 진공증발을 이용하여 농축하는 단계, 상기 농축된 염수에 탄산나트륨 또는 이산화탄소를 이용하여 탄산리튬을 형성하는 리튬탄산화 단계, 및 상기 탄산리튬의 순도를 향상시키기 위한 세정공정을 포함한다.Disclosed is a method for producing lithium carbonate using brine. Lithium carbonate manufacturing method using the brine according to the present invention is the first chemical purification step of removing and depositing precipitates of magnesium, sulfate ions and boron by adding lime to the brine, by adding caustic soda to the brine from which the precipitate is removed A second chemical purification step of removing the step, concentrating the calcium removed brine using vacuum evaporation, lithium carbonate step of forming lithium carbonate using sodium carbonate or carbon dioxide in the concentrated brine, and the lithium carbonate Cleaning process for improving purity.

Description

염수를 이용한 탄산리튬 제조방법{PRODUCTION METHOD OF LITHIUM CARBONATE FROM BRINES}Production method of lithium carbonate using brine {PRODUCTION METHOD OF LITHIUM CARBONATE FROM BRINES}

본 발명은 탄산리튬 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자연 상태의 염수로부터 마그네슘, 칼슘, 붕소, 황산염 등의 불순물을 제거하는 화학적 정제 공정과 진공증발 농축공정을 통하여 고농도 염화리튬 함유 염수를 만들고 여기에 다시 리튬탄산화 반응 및 고순도화 과정을 거쳐 고순도 탄산리튬을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing lithium carbonate, and more specifically, to produce a high concentration of lithium chloride-containing saline through a chemical purification process and a vacuum evaporation concentration process to remove impurities such as magnesium, calcium, boron, sulfate from natural brine Here, the present invention relates to a method for producing high purity lithium carbonate through a lithium carbonation reaction and a high purity process.

상업적인 관점에서 볼 때, 일정 농도 이상의 순도를 가지는 탄산리튬을 제조하기 위해서는 염수 내에 공존하는 특정 양이온과 음이온들을 제거하고 리튬을 회수하기 위해 고농도로 농축하여야 한다. From a commercial point of view, in order to produce lithium carbonate having a purity of a certain concentration or more, it must be concentrated in a high concentration to remove specific cations and anions coexisting in the brine and to recover lithium.

이와 같은 이온 성분의 불순물을 특정 농도 이하로 제거하기 위한 일반적인 공정은 알려져 있으며 각 성분을 제거하기 위해 각각의 공정들을 적용할 필요가 있다. Brown과 Boryta는 미국특허 5219550에서 자연상태의 염수로부터 탄산리튬을 제조하는 공정에 있어 태양열을 이용한 증발을 통해 많은 성분들을 제거하고 농축하는 기술을 개발하였다.A general process for removing impurities of such an ionic component below a specific concentration is known and it is necessary to apply respective processes to remove each component. Brown and Boryta, in US Pat. No. 5219550, developed a technique for removing and concentrating many components by evaporation using solar heat in the process of producing lithium carbonate from natural brine.

태양열을 이용한 염수 농축 공정에서는 소금과 같은 원하지 않는 침전물이 발생한다. 리튬과 동시에 농축되는 붕소와 같은 물질은 이후의 후속 정제공정을 통해 제거된다. 남아있는 마그네슘의 경우 알칼리를 투입하여 탄산마그네슘이나 수산화마그네슘의 형태로 침전시킨다.In solar brine concentrations, unwanted precipitates, such as salt, occur. Substances such as boron that are concentrated at the same time as lithium are removed by subsequent subsequent purification. In the case of the remaining magnesium, alkali is added to precipitate in the form of magnesium carbonate or magnesium hydroxide.

이와 같은 공정을 통해 깨끗하게 정제된 염수에 마지막으로 탄산나트륨을 투입하여 탄산리튬으로 석출시킨다. 상기의 각 공정에 대한 특허는 미국특허 4036718, 4243392에 공개되어 있다.Finally, sodium carbonate is added to the purified brine through this process to precipitate lithium carbonate. Patents for each of these processes are disclosed in US Pat. Nos. 4036718, 4243392.

고순도의 리튬염을 생산하는 다른 기술들로는, 염화리튬 용액에서 냉각법을 사용하여 나트륨을 저감하는 방법(독일특허 DE 19541558)을 들 수 있다.Other techniques for producing high purity lithium salts include the use of cooling in lithium chloride solutions to reduce sodium (German Patent DE 19541558).

미국특허 4980136에서는 자연상태의 마그네슘/리튬 농도비가 높은 염수로부터 고순도(배터리급, 나트륨 20ppm 이하, 마그네슘 5ppm 이하)의 염화리튬 결정을 제조하는 공정을 공개하였다. 후속공정으로 알코올을 이용한 추출 방법을 통해 염화리튬 이외의 염화나트륨(소금)을 용존 상태로 제거한다. 이후 염화리튬을 함유한 알코올을 여과하고 증발시킴으로써 고순도의 염화리튬 결정을 생성시킨다.US Patent 4980136 discloses a process for producing lithium chloride crystals of high purity (battery grade, 20 ppm or less of sodium, 5 ppm or less of magnesium) from brine having a high magnesium / lithium concentration ratio in nature. In the subsequent process, sodium chloride (salt) other than lithium chloride is removed in a dissolved state by an extraction method using alcohol. The alcohol containing lithium chloride is then filtered and evaporated to produce high purity lithium chloride crystals.

상기의 기술들은 특히 해발 3,700 m 의 고산지대 염호에서 발생하고, 증발량 또한 기존의 상업화된 염호의 절반에 불과하며, 용존 리튬 농도 대비 불순물인 마그네슘 함량이 기존 염호에 비해 매우 높아 이를 제거하기 위한 화학약품 비용이 매우 높은 염수에 효과적으로 적용하기가 곤란하다.The above techniques occur in high altitude salt lakes of 3,700 m above sea level, and the evaporation rate is only half of the existing commercial salt lakes, and the magnesium content of impurities compared to the dissolved lithium concentration is much higher than that of conventional salt lakes. It is difficult to apply effectively to very expensive brine.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 자연 염수로부터 고순도 탄산리튬을 제조하기 위하여 염수 내 불순물을 제거하기 위한 1차 화학적 정제 및 2차 화학적 정제 단계, 이를 통해 불순물이 제거된 염수 내 리튬 농도를 단계적으로 농축하기 위한 1차 농축, 2차 농축 및 3차 농축 공정, 농축된 리튬을 탄산리튬으로 결정화하기 위한 리튬탄산화 공정 및 탄산리튬 결정의 순도를 높이기 위한 고순도화 세정 공정으로 구성된 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is designed to solve the above problems, the first chemical purification and the second chemical purification step for removing impurities in the brine in order to produce a high purity lithium carbonate from natural brine, lithium in the brine removed impurities Brine consisting of the first concentration, the second concentration and the third concentration process to concentrate the concentration step by step, the lithium carbonate process to crystallize the concentrated lithium to lithium carbonate and the high purity cleaning process to increase the purity of the lithium carbonate crystal It is an object to provide a method for producing lithium carbonate.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법은 염수에 소석회를 투입하여 마그네슘, 황산 이온 및 붕소의 침전물을 형성하여 제거하는 1차 화학적 정제 단계, 상기 침전물이 제거된 염수에 가성소다를 투입하여 칼슘을 제거하는 2차 화학적 정제 단계, 상기 칼슘이 제거된 염수를 진공증발을 이용하여 농축하는 단계, 상기 농축된 염수에 탄산나트륨 또는 이산화탄소를 이용하여 탄산리튬을 형성하는 리튬탄산화 단계, 및 상기 탄산리튬의 순도를 향상시키기 위한 세정공정을 포함한다.Lithium carbonate manufacturing method using a brine according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object is a first chemical purification step of removing the precipitate by adding calcium hydroxide to brine to form a precipitate of magnesium, sulfate ions and boron, the precipitate is Second chemical purification step of removing the calcium by adding caustic soda to the removed brine, concentrating the calcium-free brine by vacuum evaporation, to form lithium carbonate using sodium carbonate or carbon dioxide in the concentrated brine Lithium carbonate step, and a washing step to improve the purity of the lithium carbonate.

상기 1차 화학적 정제 단계는, 상기 염수중 마그네슘 함량의 70%~90%에 해당하는 몰수만큼 소석회를 투입하여 pH를 9.5~10.5 정도로 조절하고, 이때 생성된 석출물(수산화마그네슘(Mg(OH)2), 황산칼슘(CaSO4), 붕소(B) 함유)을 여과한 후 마그네슘 함량의 10%~40%에 해당하는 몰수 만큼의 소석회를 염수내에 재투입하여 최종 pH를 10.7~11.3 정도로 조정하며, 이때 생성된 석출물(수산화마그네슘)을 최종 여과한 염수를 2차 화학적 정제단계로 이송하고, 상기 석출물은 농축공정에서 발생하는 응축수로 세정한 후 상기 세정액을 상기 염수 원수에 재투입하는 것을 특징으로 한다.In the first chemical purification step, the lime is added by the number of moles corresponding to 70% to 90% of the magnesium content in the brine to adjust the pH to about 9.5 to 10.5, and the precipitate produced therein (magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 )). , Calcium sulfate (CaSO 4 ), boron (B) is filtered and the final pH is adjusted to about 10.7 ~ 11.3 by re-injecting the molar lime corresponding to the number of moles of 10% to 40% of the magnesium content in the brine. The resulting precipitate (magnesium hydroxide) is transferred to the final filtered brine to the second chemical purification step, the precipitate is characterized in that the washing solution is washed with condensate generated in the concentration process and then re-injected the washing solution into the brine raw water.

또한, 본 발명에 의한 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법은 상기 석출물을 최종 여과한 염수내 칼슘 함량의 100%~110%에 해당하는 몰수만큼 가성소다(NaOH)를 투입하여 pH를 11.5~12.5로 조정하여 수산화칼슘(Ca(OH)2) 석출물을 침전시키고 여과한 후, 상기 수산화칼슘 석출물은 그대로 1차 화학적 정제 단계에 재투입하고 여액은 다음 단계의 농축공정으로 이송하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the lithium carbonate manufacturing method using the brine according to the present invention by adjusting the pH to 11.5 ~ 12.5 by adding caustic soda (NaOH) by the number of moles corresponding to 100% to 110% of the calcium content in the brine that the precipitate was finally filtered. After precipitate and precipitate the calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) precipitate, the calcium hydroxide precipitate is characterized in that it is re-injected to the first chemical purification step and the filtrate is transferred to the concentration step of the next step.

또한, 상기 진공증발을 이용해 농축하는 단계는, 상기 염수내 리튬 농도를 증가시키기 위해 3단계에 걸쳐 이루어지며, 1차 농축 단계에서는 1.5배~3.0배, 2차 농축 단계에서는 5.0배~7.0배, 3차 농축 단계에서는 10배 이상으로 농축하여 상기 염수내 리튬농도가 적어도 5g/L 이상이며, 이때 1차, 2차 농축 단계에서 생성된 석출염은 부산물로 재이용하고, 3차농축 단계에서 생성된 석출물은 1차 농축 단계 후 여액으로 재투입하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of concentrating using the vacuum evaporation, is made in three steps to increase the lithium concentration in the brine, 1.5 times to 3.0 times in the first concentration step, 5.0 times to 7.0 times in the second concentration step, In the third concentration step, the concentration of the lithium salt in the brine is at least 5 g / L or more by concentrating 10 times or more, wherein the precipitation salts produced in the first and second concentration steps are reused as by-products and are produced in the third concentration step. The precipitate is characterized in that it is re-injected into the filtrate after the first concentration step.

상기 리튬탄산화 단계는, 상기 진공증발을 이용하여 농축된 상기 염수에 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 이산화탄소(CO2)를 투입하여 탄산리튬을 제조하며, 이때 탄산나트륨의 투입량은 리튬 농도 10g/L 이상일 때 리튬 함량 대비 1.0배~1.5배의 몰수로 투입하고 상온에서 pH 10~11로 조정하며, 이산화탄소의 투입량은 리튬 농도 5g/L 이상일 때 리튬 함량 대비 1.0배~2.0배의 몰수로 투입하고 20℃ 이하에서 pH 10.5~11.5로 조정하며 상기 탄산리튬의 제조후 여액은 2차 농축 여액으로 재투입하는 것을 특징으로 한다.In the lithium carbonate step, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or carbon dioxide (CO 2 ) is added to the brine concentrated using the vacuum evaporation to produce lithium carbonate, wherein the amount of sodium carbonate is at least 10 g / L lithium concentration. When the molar amount of 1.0 times ~ 1.5 times compared to the lithium content, and adjusted to pH 10 ~ 11 at room temperature, the amount of carbon dioxide is injected into the molar number of 1.0 times ~ 2.0 times compared to the lithium content when the concentration of lithium 5g / L or more and 20 ℃ The pH is adjusted to 10.5 ~ 11.5 below and after the preparation of the lithium carbonate is characterized in that the filtrate is re-injected to the secondary concentrated filtrate.

또한, 본 발명에 의한 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법은 상기 제조된 탄산리튬을 메탄올 및 물로 세정하며, 상기 메탄올로 세장하는 경우 결정화된 상기 탄산리튬보다 10배 이상(부피/무게)의 메탄올을 사용하고 세정 후 여과한 탄산리튬은 100℃에서 2시간 이상 건조하여 메탄올 성분을 완전히 제거하고, 세정 여액인 메탄올은 증류법으로 재생하여 재이용하며, 상기 물로 세정하는 경우 상기 탄산리튬의 10배 이상(부피/무게)의 90℃ 물을 사용하고 세정 후 여과한 탄산리튬은 100℃에서 3시간 이상 건조하여 수분을 완전히 제거하고, 세정 여액은 2차 농축 여액에 재투입하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method for producing lithium carbonate using brine according to the present invention washes the prepared lithium carbonate with methanol and water, and when washed with methanol, uses methanol 10 times or more (volume / weight) than the crystallized lithium carbonate. After washing, the filtered lithium carbonate was dried at 100 ° C. for at least 2 hours to completely remove the methanol component, and methanol, a washing filtrate, was recycled by distillation and reused. When washing with water, 10 times or more of the lithium carbonate (volume / The lithium carbonate filtered using 90 ° C. water and washed after washing is dried at 100 ° C. for at least 3 hours to completely remove water, and the washing filtrate is re-injected into the secondary concentrated filtrate.

상기한 바와 같은, 본 발명에 의한 염수를 이용한 탄산리튬의 제조방법은 염수내의 불순물 제거 및 농축 과정을 상용화에 용이하도록 구성하였으며, 농축 공정에 추가적으로 투입되는 에너지 비용을 상쇄시키기 위해 리튬 회수율을 증대시키고, 공정 중에 발생하는 부산물의 고부가가치화를 통해 탄산리튬의 제조 원가를 최소화할 수 있다.As described above, the method for preparing lithium carbonate using the brine according to the present invention is configured to facilitate the commercialization of impurities removal and concentration in the brine, and to increase the lithium recovery rate to offset the energy costs additionally added to the concentration process In addition, it is possible to minimize the production cost of lithium carbonate through the high value added of by-products generated during the process.

도 1은 본 발명에 의한 염수를 이용한 탄산리튬 제조공정을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명에 의한 염수를 이용한 탄산리튬 제조시 이산화탄소를 이용한 탄산화 공정에서 이산화탄소/리튬 몰비가 1.0, 2.0 및 4.0일 경우의 탄산리튬 결정상을 비교하여 도시한 도면이다.
1 is a view showing a lithium carbonate manufacturing process using brine according to the present invention.
2 to 4 are graphs showing lithium carbonate crystal phases when the carbon dioxide / lithium molar ratio is 1.0, 2.0, and 4.0 in a carbonation process using carbon dioxide when producing lithium carbonate using brine according to the present invention, respectively.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법에 대하여 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, a method of manufacturing lithium carbonate using saline according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.

도 1은 본 발명에 의한 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법을 나타낸공정도이다.1 is a process chart showing a method for producing lithium carbonate using brine according to the present invention.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법은 염수에 소석회를 투입하여 마그네슘, 황산 이온 및 붕소의 침전물을 형성하여 제거하는 1차 화학적 정제 단계, 상기 침전물이 제거된 염수에 가성소다를 투입하여 칼슘을 제거하는 2차 화학적 정제 단계, 상기 칼슘이 제거된 염수를 진공증발을 이용하여 농축하는 단계, 상기 농축된 염수에 탄산나트륨 또는 이산화탄소를 이용하여 탄산리튬을 형성하는 리튬탄산화 단계, 및 상기 탄산리튬의 순도를 향상시키기 위한 세정공정을 포함한다.Lithium carbonate manufacturing method using a brine according to an embodiment of the present invention is the first chemical purification step of removing the precipitate by adding calcium hydroxide to brine to form a precipitate of magnesium, sulfate ions and boron, caustic to the brine removed the precipitate A secondary chemical purification step of removing calcium by adding soda, concentrating the calcium-free brine by vacuum evaporation, forming a lithium carbonate using sodium carbonate or carbon dioxide in the concentrated brine, And a cleaning process for improving the purity of the lithium carbonate.

먼저 염수 내에 존재하는 리튬의 손실을 최소화하면서 마그네슘, 붕소, 황산 이온 등 다량으로 존재하는 불순물을 제거하기 위하여 소석회(Ca(OH)2)를 염수에 투입해 이들을 선택적으로 침전시킨다. 이때의 반응 기구는 아래의 반응식 1과 같다.First, in order to remove impurities present in a large amount such as magnesium, boron and sulfate ions while minimizing the loss of lithium present in the brine, lime (Ca (OH) 2 ) is added to the brine to selectively precipitate them. At this time, the reaction mechanism is the same as in Scheme 1 below.

<반응식 1><Reaction Scheme 1>

Mg + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + Ca Mg + Ca (OH) 2 → Mg (OH) 2 ↓ + Ca

Ca + SO4 → CaSO4Ca + SO 4 → CaSO 4

B은 BO3 3 - 형태로 Mg(OH)2에 흡착 제거B is 3 BO 3 - in the form Mg (OH) 2 to remove adsorbed

이러한 1차 화학적 정제 공정을 통해 마그네슘 99.99%, 황산이온 99%, 붕소 87%를 제거할 수 있다. 이때 침전으로 제거되는 석출물(Mg(OH)2, CaSO4, B)은 후단의 진공증발 농축 공정에서 발생하는 응축수를 이용한 세정을 통해서 침전물 내에 존재하는 리튬을 회수하는 과정을 거치고 그 세정 여액을 다시 본래의 염수에 투입하여 다시 1차 화학적 정제 공정을 거치도록 재순환시키게 되는데, 이를 통해 얻을 수 있는 리튬회수율은 97.4%이다.This primary chemical purification process can remove 99.99% magnesium, 99% sulfate ions, 87% boron. At this time, precipitates (Mg (OH) 2 , CaSO 4 , B) removed by sedimentation are recovered through the process of recovering lithium present in the sediment through washing with condensate generated in the vacuum evaporation concentration process at the next stage, and the filtrate is washed again. It is added to the original brine and recycled to undergo the first chemical purification process. The lithium recovery rate is 97.4%.

한편, 세정 후 남게 되는 침전물로부터 수산화마그네슘을 분리하여 소성 과정을 거치면 저품위 MgO를 생산할 수 있다.On the other hand, if the magnesium hydroxide is separated from the precipitate remaining after washing and undergoing a calcination process, low-grade MgO can be produced.

상기 과정을 거친 여액은 2차 화학적 정제 공정을 거치게 되는데, 여기서는 상기한 1차 화학적 정제 공정에서 투입한 소석회로 인해 높아진 칼슘 이온을 가성소다를 투입하여 선택적으로 침전, 제거시킨다. 이때 칼슘은 Ca + 2NaOH → Ca(OH)2↓ + 2Na 반응을 통해 99.4% 제거되며, 이렇게 침전으로 제거된 수산화칼슘은 1차 화학적 정제 공정에서 소석회 대용으로 재활용된다. 2차 화학적 정제 공정까지의 리튬회수율은 97.3%이다.The filtrate after the process is subjected to a secondary chemical purification process, where the calcium ions increased due to the calcination circuit introduced in the primary chemical purification process is added to the caustic soda to selectively precipitate and remove. At this time, calcium is removed 99.4% through Ca + 2NaOH → Ca (OH) 2 ↓ + 2Na reaction, the calcium hydroxide removed by precipitation is recycled as a substitute for slaked lime in the first chemical purification process. Lithium recovery up to secondary chemical purification is 97.3%.

상기의 공정을 통해 마그네슘, 황산이온, 붕소, 칼슘 등의 주요 불순물이 제거된 염수에 대해 리튬 농도 농축을 위해 3단계의 진공증발 농축공정을 실시한다. 이 과정에서는 염수 중 리튬 손실을 최소화하면서 탄산화 반응에 적정한 리튬 농도까지 농축하는데, 다단계 증발석출 반응기를 이용해 단계별로 농축 배수를 조절하여 투입 에너지를 감소시키고, 염수 내 용존 불순물의 선택적 석출을 유도한다. 석출 원리는 나트륨, 칼륨 등 용존 불순물의 용해도 차이를 이용해 선택적으로 침전, 제거시키는 것이다.Through the above process, a three-stage vacuum evaporation concentration process is performed to concentrate lithium concentration on brine from which major impurities such as magnesium, sulfate ions, boron, and calcium are removed. In this process, the lithium concentration in the brine is minimized to the lithium concentration suitable for the carbonation reaction. The multi-step evaporation reactor is used to control the concentration drainage step by step to reduce the input energy and induce the selective precipitation of dissolved impurities in the brine. The precipitation principle is to selectively precipitate and remove using the difference in solubility of dissolved impurities such as sodium and potassium.

3단계 농축 공정을 거친 후 리튬 농도를 11 g/L 이상으로 유지하기 위해 먼저 1차 농축 공정에서 1.5~3배, 2차농축 공정에서 5배~7배, 그리고 마지막 3차 농축 공정에서 10배 이상 농축하여 탄산화 반응에 적정한 5g/L 이상까지 리튬 농도를 상승시킨다. After the three-stage enrichment process, to maintain the lithium concentration above 11 g / L, first 1.5 to 3 times in the first enrichment process, 5 to 7 times in the secondary enrichment process, and 10 times in the final tertiary enrichment process Concentration is carried out above to increase the lithium concentration to 5 g / L or more suitable for the carbonation reaction.

본 농축 공정에서 발생하는 부산물은 1차 농축에서 염화나트륨(NaCl), 2차 농축에서 염화나트륨 및 염화칼륨 혼합 석출물(NaCl, KCl), 그리고 마지막 3차 농축에서 염화나트륨, 염화칼륨 및 리튬화합물의 혼합 석출물(NaCl, KCl, Li화합물)로서 1,2차 농축 공정에서 발생되는 염화나트륨 및 염화칼륨은 소금과 고순도 염화칼륨의 제조 원료로 재활용된다. By-products from this concentration process are sodium chloride (NaCl) in the first concentration, sodium chloride and potassium chloride mixed precipitates (NaCl, KCl) in the second concentration, and mixed precipitates of sodium chloride, potassium chloride and lithium compounds in the final third concentration (NaCl, KCl, Li compounds), sodium chloride and potassium chloride generated in the first and second concentration processes are recycled as a raw material for the production of salt and high purity potassium chloride.

마지막 3차 농축 공정의 염화나트륨, 염화칼륨 및 리튬화합물의 혼합 석출물은 1차 농축 공정의 여액에 재투입하여 석출물 중의 고농도 리튬을 회수하게 된다. 본래의 염수로부터 농축공정까지의 리튬회수율은 87.9%이다.The mixed precipitate of sodium chloride, potassium chloride and lithium compound of the final tertiary concentration process is re-injected into the filtrate of the primary concentration process to recover the high concentration of lithium in the precipitate. The lithium recovery from the original brine to the concentration process is 87.9%.

상기의 3차 농축 여액으로부터 탄산리튬 결정을 제조하기 위해 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 이산화탄소(CO2 gas)를 이용하여 탄산화 반응을 유도한다. 이때의 반응 기구는 아래의 반응식 2와 같다.Sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or carbon dioxide (CO 2 gas) is used to induce a carbonation reaction to produce lithium carbonate crystals from the tertiary concentrated filtrate. The reaction mechanism at this time is as shown in Scheme 2 below.

<반응식 2><Reaction Scheme 2>

2LiCl + Na2CO3 → Li2CO3↓ + 2NaCl↓2LiCl + Na 2 CO 3 → Li 2 CO 3 ↓ + 2NaCl ↓

2LiCl + CO2 + H2O → Li2CO3↓ + 2HCl2LiCl + CO 2 + H 2 O → Li 2 CO 3 ↓ + 2HCl

이 반응을 통해 얻어진 탄산리튬 결정을 순도 99% 이상으로 고순도화기 위해 메탄올 또는 물을 이용하여 결정 내에 포함된 나트륨, 염소 이온 등의 불순물을 용해, 세정한다. In order to purify the lithium carbonate crystal obtained through this reaction with a purity of 99% or more, impurities such as sodium and chlorine ions contained in the crystal are dissolved and washed with methanol or water.

세정액 중 메탄올은 증류에 의해 재활용하고, 탄산화 공정 및 물 세정을 통한 고순도화 공정에서 발생하는 반응 후 여액은 전량 2차 농축 후 여액으로 재투입하여 리튬을 회수한다.Methanol in the washing liquid is recycled by distillation, and after the reaction generated in the carbonation process and the high purity process through water washing, the total amount of the secondary filtrate is reintroduced into the filtrate to recover lithium.

상기의 모든 공정을 통해 자연 염수 1m3로부터 고순도 탄산리튬을 제조할 때 각 공정 단계별로 염수 내에 용존되어 있는 성분들의 무게 변화는 아래 표 1과 같다. When manufacturing high purity lithium carbonate from natural salt water 1m 3 through all the above processes, the weight change of the components dissolved in the salt water for each step is shown in Table 1 below.

전술한 바와 같이, 약 800 ppm의 리튬을 함유하는 자연 염수에 대해 1차 화학적 정제 공정을 통해 마그네슘, 붕소, 황산이온을 제거하고, 2차 화학적 정제 후 칼슘을 제거한 후 농축공정과 탄산화 및 고순도화 공정을 통해 99.6%의 고순도 탄산리튬을 제조할 수 있음을 알 수 있다. 또한 전체 공정의 리튬 회수율은 86.9%로 나타난다.As described above, magnesium, boron and sulfate ions are removed through primary chemical refining process for natural saline containing about 800 ppm of lithium, and calcium is removed after secondary chemical refining, followed by concentration and carbonation and high purity. It can be seen that a high purity lithium carbonate of 99.6% can be produced through the process. In addition, the lithium recovery of the entire process is 86.9%.

볼리비아 염수 1m3 처리시 각 성분들의 Material Balance (단위: kg)Bolivia brine 1m 3 Material Balance of the respective components during processing (unit: kg) 구분division 염 수Saline 1차 화학적
정제
Primary chemical
refine
2차 화학적
정제
Secondary chemical
refine
농축
(1,2,3차)
concentration
(1st, 2nd, 3rd)
탄산화Carbonation 고순도화High purity
저품위 탄산리튬
(순도, %)
Low Grade Lithium Carbonate
(Purity,%)
고품위 탄산리튬
(순도, %)
High Quality Lithium Carbonate
(Purity,%)
LiLi 0.7690.769 0.7490.749 0.7480.748 0.6760.676 0.674
(93.3%)
0.674
(93.3%)
0.668
(99.6%)
0.668
(99.6%)
NaNa 95.695.6 74.374.3 91.191.1 2.382.38 2.282.28 0.12840.1284 KK 17.517.5 12.912.9 12.612.6 2.152.15 1.261.26 0.04850.0485 MgMg 16.216.2 0.0020.002 0.000.00 0.000.00 0.0000.000 0.00150.0015 CaCa 0.3710.371 14.214.2 0.0920.092 0.0820.082 0.00260.0026 0.03750.0375 SrSr 0.0070.007 0.0060.006 0.0060.006 0.00.0 0.00520.0052 0.01910.0191 BB 0.6990.699 0.0910.091 0.090.09 0.0390.039 0.34850.3485 0.09170.0917 SO4 SO 4 21.121.1 0.3660.366 0.3400.340 0.1930.193 0.55750.5575 0.0190.019

이하, 본 발명에 의한 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, a method for producing lithium carbonate using saline according to the present invention will be described in detail with reference to Examples. The following examples are illustrative of the present invention only and are not intended to limit the scope of the present invention.

<실시예><Examples>

본 발명에서 고안한 자연 염수로부터 고순도 탄산리튬 제조 공정을 도시하면 도 1의 공정도와 같다. 본 발명에서 고안한 방법은 리튬 이외의 불순물 함량이 높은 대상 염수에 대해 1,2차 화학적 정제 공정을 통해 주요 불순물들을 제거하고, 이어서 리튬탄산화 공정에 적정한 리튬 농도까지 진공증발 농축을 실시한 후 이를 대상으로 탄산화 반응을 통해 탄산리튬을 결정화하고, 결정화된 탄산리튬은 세정공정을 통해 고순도화하여 99% 이상의 고품위 탄산리튬을 제조하는 공정으로 구성되어 있다.Referring to the high purity lithium carbonate manufacturing process from the natural saline devised in the present invention is the process diagram of FIG. The method devised in the present invention removes the main impurities through the first and second chemical purification processes for the target brine having a high impurity content other than lithium, and then vacuum evaporates to a lithium concentration suitable for the lithium carbonate process and then subjects the same. Lithium carbonate is crystallized through a carbonation reaction, and the crystallized lithium carbonate is made of high purity through a washing process to produce a high quality lithium carbonate of 99% or more.

본 발명을 통해 고순도 탄산리튬을 제조하고자 하는 염수의 성분 조성은 아래 표 2와 같다. 표 2에서 알 수 있듯이 마그네슘/리튬 농도비가 21.1로 기존의 상용화된 탄산리튬 제조 공정에 활용되고 있는 염수의 일반적인 마그네슘/리튬 농도비인 6~7보다 3배 이상 높아 마그네슘 제거를 위한 화학적 처리가 매우 중요할 것으로 예상할 수 있다. The composition of the brine to prepare a high purity lithium carbonate through the present invention is shown in Table 2 below. As can be seen from Table 2, the magnesium / lithium concentration ratio is 21.1, which is more than three times higher than the general magnesium / lithium concentration ratio of 6-7, which is used in the existing commercialized lithium carbonate manufacturing process. You can expect to.

또한 탄산리튬 제조시 불순물로 함유될 가능성이 높은 붕소와 황산 이온의 함량이 매우 높아 이들을 우선적으로 제거할 필요가 있음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the contents of boron and sulfate ions which are likely to be contained as impurities in the production of lithium carbonate are very high, and therefore, it is necessary to remove them first.

염수 성분 조성 Brine composition Li (g/L)Li (g / L) Na (g/L)Na (g / L) K (g/L)K (g / L) Mg (g/L)Mg (g / L) Ca (g/L)Ca (g / L) B (g/L)B (g / L) Sr (mg/L)Sr (mg / L) Si (mg/L)Si (mg / L) Cl (g/L)Cl (g / L) SO4 (g/L)SO 4 (g / L) 0.7690.769 95.64195.641 17.49217.492 16.21316.213 0.3710.371 0.6990.699 6.16.1 2.402.40 192.64192.64 21.1321.13

대상 염수에 대해 먼저 마그네슘을 제거하기 위한 공정으로 염수 중의 마그네슘 몰수와 동일하게 소석회(Ca(OH)2)를 투입하고 상온에서 교반하는데, 소석회 투입 후 염수 pH 10 정도에서 1차적으로 여과하고, 재차 소석회를 투입하여 pH 11에 도달하면 반응을 종료하고 최종 여과를 실시한다. 이 때, 염수 중 마그네슘 함량의 70~90%에 해당하는 몰수만큼 소석회를 투입하여 pH를 9.5~10.5 정도로 조절하고, 여기서 생성된 석출물(수산화마그네슘(Ca(OH)2), 황산칼슘(CaSO4), 붕소(B) 함유)을 1차적으로 여과하였다.As a process for removing magnesium from the target brine first, hydrated lime (Ca (OH) 2 ) is added in the same manner as the number of moles of magnesium in the brine and stirred at room temperature. When the lime is added to reach pH 11, the reaction is terminated and the final filtration is performed. At this time, hydrated lime is added by the number of moles corresponding to 70 to 90% of the magnesium content in the brine to adjust the pH to about 9.5 to 10.5, and the precipitates (magnesium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and calcium sulfate (CaSO 4) ) And boron (B)) were filtered primarily.

이후 여액 내에 원수 중 마그네슘 함량의 10~40%에 해당하는 몰수만큼의 소석회를 재차 투입하여 최종 pH를 10.7~11.3 정도로 조절하여 염수 중 마그네슘, 붕소, 황산이온을 제거하였다.Thereafter, as much molar lime as 10-40% of the magnesium content in the raw water was added again, and the final pH was adjusted to about 10.7 to 11.3 to remove magnesium, boron, and sulfate ions in the brine.

아래 표 3은 1차 화학적 정제 후 여액내 성분 조성을 나타낸 것이다.Table 3 below shows the composition of the filtrate after the first chemical purification.

1차 화학적 정제 후 여액 내 성분 조성 Composition of Components in Filtrate After Primary Chemical Purification Li (g/L)Li (g / L) Na (g/L)Na (g / L) K (g/L)K (g / L) Mg (g/L)Mg (g / L) Ca (g/L)Ca (g / L) B (g/L)B (g / L) Sr (mg/L)Sr (mg / L) Si (mg/L)Si (mg / L) Cl (g/L)Cl (g / L) SO4 (g/L)SO 4 (g / L) 0.7790.779 94.27794.277 16.39516.395 0.0020.002 18.02318.023 0.1160.116 19.819.8 0.120.12 195.56195.56 0.4650.465

소석회를 재차 투입후 이 때 생성된 석출물(수산화마그네슘)을 최종 여과한 여액은 상기 표 3에서 보듯이 칼슘이 증가되었으며 이를 제거하기 위해 2차 화학적 정제 공정으로 이송하고, 석출물은 농축공정에서 발생하는 응축수(순수)로 세정한 후 그 세정액을 다시 염수 원수에 재투입하였다.After the addition of hydrated lime again, the filtrate obtained by filtering the precipitate (magnesium hydroxide) produced at this time was increased in calcium as shown in Table 3 above, and was transferred to a secondary chemical refining process to remove it. After washing with condensed water (pure water), the washing solution was added again to brine raw water.

앞의 공정에서 투입된 소석회에 의해 증가한 염수 중 칼슘을 제거하기 위해 여액 내 함유된 칼슘과 동일한 몰수의 가성소다(NaOH)를 상온에서 투입, 교반하는데, 이 때 여액 내 칼슘 함량의 100~110%에 해당하는 몰수만큼 가성소다(NaOH)를 투입하면 pH가 11.5~12.5로 조절되면서 수산화칼슘 석출물(Ca(OH)2)이 침전되어 칼슘이 제거되었다. In order to remove the calcium in the brine increased by the slaked lime added in the previous process, caustic soda (NaOH) in the same amount as the calcium contained in the filtrate is added and stirred at room temperature, at which time 100-110% of the calcium content in the filtrate When sodium hydroxide (NaOH) was added as much as the corresponding mole number, the pH was adjusted to 11.5-12.5, and calcium hydroxide precipitate (Ca (OH) 2 ) was precipitated to remove calcium.

이를 다시 여과한 후 석출물은 그대로 1차 화학적 정제 공정에 재투입하였고 여액은 다음 단계의 농축공정으로 이송하였다.After the filtrate was again filtered, the precipitate was put back into the first chemical purification process and the filtrate was transferred to the next step of concentration.

이 때의 최종 여액 내 화학적 조성을 살펴보면, 아래의 표 4에서와 같이 마그네슘, 칼슘, 붕소, 황산이온이 제거된 상태임을 알 수 있다.Looking at the chemical composition in the final filtrate at this time, it can be seen that magnesium, calcium, boron, sulfate ions are removed as shown in Table 4 below.

2차 화학적정제 후 여액 내 성분 조성Composition of Components in Filtrate After Secondary Chemical Purification Li (g/L)Li (g / L) Na (g/L)Na (g / L) K (g/L)K (g / L) Mg (g/L)Mg (g / L) Ca (g/L)Ca (g / L) B (g/L)B (g / L) Sr (mg/L)Sr (mg / L) Si (mg/L)Si (mg / L) Cl (g/L)Cl (g / L) SO4 (g/L)SO 4 (g / L) 0.7370.737 121.495121.495 16.74016.740 0.00020.0002 0.1230.123 0.1200.120 17.717.7 0.060.06 195.41195.41 0.4530.453

불순물이 제거된 염수를 대상으로 탄산리튬을 제조하기 위한 탄산화 반응에 적정한 수준까지 염수 내 리튬 농도를 증가시키기 위해 진공증발을 이용하여 3단계에 걸쳐 농축공정을 실시하였다.Concentration was carried out in three steps using vacuum evaporation to increase the lithium concentration in the brine to a level suitable for the carbonation reaction for producing lithium carbonate in the saline to remove impurities.

이 때 진공증발은 3중 효용관 증발농축 장치를 활용하며, 1차 농축에서는 농축 후 석출물을 분리하고 남은 여액의 부피를 기준으로 1.5~3.0배까지 농축시키는데, 여기서 농축 배수는 (농축 전 염수의 부피)/(농축 석물물 여과 후 여액의 부피 + 석출물 함수 부피)의 비를 말한다.At this time, vacuum evaporation utilizes a three-effect evaporation concentrator, and in the first concentration, the precipitates are separated after concentration and concentrated to 1.5 ~ 3.0 times based on the volume of the remaining filtrate. Volume) / (volume of filtrate after enriched stone filtration plus precipitate water volume).

1차 농축을 거친 여액을 대상으로 2차 농축에서는 5.0배~7.0배까지 농축하고, 다시 2차 농축 여액에 대하여 3차 농축에서 10배 이상 농축하는데, 이를 통해 최종적인 리튬 농도는 최소 5g/L 이상으로 농축되었다.Concentrate the filtrate after primary concentration from 5.0 times to 7.0 times in the second concentration, and then concentrate more than 10 times in the third concentration with respect to the secondary concentrated filtrate, through which the final lithium concentration is at least 5 g / L. It concentrated above.

아래 표 5에서와 같이 2차 화학적 정제 공정을 거친 염수 내 0.737g/L의 리튬은 3단계의 농축 공정 후 11.04g/L 수준까지 농축됨을 알 수 있다. As shown in Table 5 below, 0.737 g / L of lithium in brine that has undergone the second chemical purification process may be concentrated to 11.04 g / L level after the three-stage concentration process.

1차, 2차 농축 과정에서 생성되는 석출염은 염화나트륨(NaCl)과 염화칼륨(KCl)이 주를 이루고 있어 이들 부산물은 소금을 생산하는 원료로 재이용하고, 염화나트륨, 염화칼륨과 함께 고농도 리튬화합물이 함께 침전되는 3차 농축 과정의 석출물은 리튬 회수를 위해 1차 농축 공정 후 여액으로 재투입시킨다.Precipitation salts produced during the first and second concentrations are mainly composed of sodium chloride (NaCl) and potassium chloride (KCl), and these by-products are reused as raw materials for salt production, and high concentrations of lithium compounds are precipitated together with sodium chloride and potassium chloride. The precipitate of the third concentration process is re-injected into the filtrate after the first concentration process to recover the lithium.

1, 2, 3차 농축 공정 후 여액 내 성분 조성Composition of components in filtrate after 1, 2 and 3 concentration Li (g/L)Li (g / L) Na (g/L)Na (g / L) K (g/L)K (g / L) Mg (g/L)Mg (g / L) Ca (g/L)Ca (g / L) B (g/L)B (g / L) Sr (mg/L)Sr (mg / L) Si (mg/L)Si (mg / L) Cl (g/L)Cl (g / L) SO4 (g/L)SO 4 (g / L) 11.0411.04 66.22466.224 59.61559.615 0.0000.000 2.2702.270 1.0951.095 182.4182.4 0.430.43 224.62224.62 5.355.35

상기 3차 농축 후의 여액을 대상으로 탄산화 반응을 통해 탄산리튬을 제조하기 위하여 탄산나트륨(Na2CO3)를 투입하거나 이산화탄소(CO2 gas)를 투입하는데, 탄산나트륨의 경우 여액 내 리튬 농도가 10g/L 이상일 때 30% 용액으로 사용해 리튬 함량 대비 1.0~1.5배의 몰수로 투입하여 상온에서 pH 10~11로 조절하고, 이산화탄소의 경우는 리튬 농도 5g/L 이상일 때 리튬 함량 대비 1.0~2.0배의 몰수로 투입하여 20℃ 이하에서 pH 10.5~11.5 조건에서 반응시킨다.Sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) is added or carbon dioxide (CO 2 gas) is added to produce lithium carbonate through the carbonation reaction of the filtrate after the third concentration. In the case of sodium carbonate, the lithium concentration in the filtrate is 10 g / L. If more than 30% solution is used as a molar number of 1.0 ~ 1.5 times compared to the lithium content to adjust the pH to 10 ~ 11 at room temperature, in the case of carbon dioxide when the concentration of lithium is 5g / L or more than 1.0 ~ 2.0 times molar number of lithium It is added and reacted under the condition of pH 10.5 ~ 11.5 at 20 ℃ or lower.

이산화탄소를 이용한 탄산화 반응시 이산화탄소/리튬 몰비에 따른 리튬의 회수율과 순도를 비교해 보면 아래의 표 6에서 기재된 바와 같이 리튬 회수율의 경우 몰비가 높을수록 증가하지만 탄산리튬 순도는 낮아지는 경향을 보이는데, 도 2 내지 도 4에서 알 수 있듯이 몰비가 4.0일 경우는 탄산화 반응에 의해 염화나트륨(NaCl), 탄산나트륨(Na2CO3) 등의 불순물이 증가하기 때문에 이산화탄소를 이용한 탄산화 반응에서 투입하는 이산화탄소/리튬의 적정 몰비를 1.0~2.0으로 설정하였다.When comparing the recovery rate and purity of lithium according to carbon dioxide / lithium molar ratio during carbonation reaction using carbon dioxide, as shown in Table 6 below, the lithium recovery rate increases as the molar ratio increases, but the lithium carbonate purity tends to decrease. 4, when the molar ratio is 4.0, impurities such as sodium chloride (NaCl) and sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) are increased by the carbonation reaction, so the appropriate molar ratio of carbon dioxide / lithium introduced in the carbonation reaction using carbon dioxide is increased. Was set to 1.0 to 2.0.

이산화탄소/리튬 몰비에 따른 리튬회수율 및 탄산리튬 순도 Lithium recovery and lithium carbonate purity according to carbon dioxide / lithium molar ratio 이산화탄소/리튬 몰비CO2 / lithium molar ratio 리튬 회수율Lithium recovery 탄산리튬 순도Lithium carbonate purity 1.01.0 92.9%92.9% 94.9%94.9% 2.02.0 95.7%95.7% 93.7%93.7% 4.04.0 95.9%95.9% 92.0%92.0%

또한, 아래 표 7에 나타낸 바와 같이, 10 g/L 이하 5g/L 이상의 리튬 농도를 갖는 3차 농축 여액에 대한 탄산화 반응 결과 탄산나트륨을 이용한 탄산화보다 이산화탄소를 이용하는 반응이 리튬 회수율과 탄산리튬 순도 면에서 우수한 것으로 나타났다.In addition, as shown in Table 7 below, as a result of the carbonation reaction on the third concentrated filtrate having a lithium concentration of 10 g / L or less and 5 g / L or more, the reaction using carbon dioxide rather than carbonation using sodium carbonate was performed in terms of lithium recovery rate and lithium carbonate purity. Found to be excellent.

리튬 6.6g/L의 염수 탄산화 반응에 따른 회수율 및 순도 비교Comparison of Recovery and Purity of Salted Carbonation Reaction of 6.6g / L Lithium 탄산나트륨 탄산화Sodium carbonate carbonation 이산화탄소 탄산화Carbon dioxide carbonation 리튬 회수율Lithium recovery 61.8%61.8% 77.9%77.9% 탄산리튬 순도Lithium carbonate purity 87.9%87.9% 90.6%90.6%

이 공정을 통해 탄산화 반응을 마친 여액은 미반응 리튬을 회수하기 위해 다시 2차 농축 여액으로 재투입하고, 여과한 석출물은 건조한 후 다음의 고순도화 세정 공정으로 투입되었다.The filtrate after the carbonation reaction was re-injected into the secondary concentrated filtrate in order to recover the unreacted lithium, and the filtered precipitate was dried and introduced into the next high purity cleaning process.

상기 탄산화 공정으로부터 제조된 탄산리튬 결정의 순도를 높이기 위해서는 결정 내에 함유된 염화나트륨, 염화칼륨 등의 불순물을 제거해야 하는데, 본 발명에서는 탄산화 반응 후 여과, 건조한 탄산리튬 결정을 메탄올 또는 물로 세정하는 방법을 고안하였다.In order to increase the purity of the lithium carbonate crystal prepared from the carbonation process, impurities such as sodium chloride and potassium chloride contained in the crystal should be removed. The present invention devises a method for filtration and washing of dried lithium carbonate crystals with methanol or water after the carbonation reaction. It was.

메탄올 세정의 경우는 결정화된 탄산리튬보다 10배 이상(부피/무게)의 메탄올을 사용하는데, 건조된 탄산리튬 결정 분말을 메탄올 용액 내에 넣고 30분간 교반하면서 불순물이 메탄올 용액으로 녹아 나오도록 유도한다. In the case of methanol washing, 10 times more (volume / weight) of methanol than crystallized lithium carbonate is used. The dried lithium carbonate crystal powder is placed in a methanol solution and stirred for 30 minutes to induce impurities to dissolve into the methanol solution.

세정 후 여과한 탄산리튬은 100℃에서 2시간 이상 건조하여 메탄올 성분을 완전히 제거하고, 세정 여액인 메탄올은 증류법으로 재생하여 재이용한다. 이렇게 해서 만들어진 탄산리튬의 순도는 98.9%로서 불순물 함량은 아래 표 8과 같다.After washing, the filtered lithium carbonate was dried at 100 ° C. for at least 2 hours to completely remove the methanol component, and methanol, which was a washing filtrate, was regenerated and reused by distillation. The purity of the lithium carbonate thus produced is 98.9% and the impurity content is shown in Table 8 below.

탄산리튬 세정을 통해 얻어진 고품위 탄산리튬의 불순물 함량 (%) Impurity content of high quality lithium carbonate obtained by washing lithium carbonate (%) Na Na KK MgMg CaCa BB SrSr Cl Cl SO4 SO 4 0.2290.229 0.3050.305 0.000390.00039 0.05770.0577 0.05200.0520 0.00670.0067 0.02890.0289 0.45750.4575

물을 이용해 세정하는 경우 탄산리튬 분말보다 10배 이상(부피/무게)의 물을 사용하는데, 이때 물은 전술한 농축공정에서 발생한 응축수를 90℃로 가온하여 사용하고, 세정 후 여과한 탄산리튬은 100℃에서 3시간 이상 건조하여 수분을 완전히 제거하고 세정 여액은 다시 2차 농축 여액에 재투입하였다.
When washing with water, 10 times more (volume / weight) of water than lithium carbonate powder is used. At this time, water is used by heating the condensed water generated in the above-mentioned concentration process to 90 ° C., and the filtered lithium carbonate is After drying at 100 ° C. for 3 hours or more, the water was completely removed, and the washing filtrate was reinserted into the secondary concentrated filtrate.

본 발명은 자연 염수로부터 고순도 탄산리튬을 제조하기 위한 방법으로 염수 내 불순물을 제거하기 위한 1차 화학적 정제 및 2차 화학적 정제 단계, 이를 통해 불순물이 제거된 염수 내 리튬 농도를 단계적으로 농축하기 위한 1차 농축, 2차 농축 및 3차 농축 공정, 농축된 리튬을 탄산리튬으로 결정화하기 위한 리튬탄산화 공정 및 탄산리튬 결정의 순도를 높이기 위한 고순도화 세정 공정으로 구성되어 있다.The present invention is a method for producing high purity lithium carbonate from natural brine, the primary chemical purification and secondary chemical purification step for removing impurities in the brine, through which the concentration of lithium in the brine to remove impurities 1 It is composed of a secondary concentration, a secondary concentration and a tertiary concentration process, a lithium carbonate process for crystallizing the concentrated lithium with lithium carbonate, and a high purity cleaning process for increasing the purity of the lithium carbonate crystal.

약 0.8 g/L 수준의 리튬을 함유하고 있는 염수로부터 99.6% 이상의 고순도 탄산리튬을 제조하기 위해서는 염수 내 리튬 손실을 최소화하면서 리튬 외에 다량으로 존재하는 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 붕소, 황산, 염소 이온 등 불순물을 우선적으로 분리, 제거하고, 이후 농축 과정을 통해 탄산리튬 결정화를 위한 염수 내 리튬의 탄산화 반응이 보다 효과적으로 이루어질 수 있는 적정 수준까지 리튬 농도를 농축하여야 한다.In order to produce more than 99.6% of high purity lithium carbonate from brine containing about 0.8 g / L lithium, magnesium, sodium, potassium, calcium, boron, sulfuric acid, chlorine in large quantities besides lithium can be minimized while minimizing the loss of lithium in the brine. Impurities such as ions should be preferentially separated and removed, and then the concentration of lithium should be concentrated to an appropriate level so that the carbonation reaction of lithium in brine for crystallization of lithium carbonate can be more effectively performed.

본 발명에 의한 탄산리튬 제조방법은 특히 해발 3,700 m 의 고산지대 염호에서 발생하고, 증발량 또한 기존의 상업화된 염호의 절반에 불과하며, 용존 리튬 농도 대비 불순물인 마그네슘 함량이 기존 염호에 비해 매우 높아 이를 제거하기 위한 화학약품 비용이 매우 높은 염수에 효과적으로 적용할 수 있다.The method for producing lithium carbonate according to the present invention is particularly generated in the high-altitude salt lake of 3,700 m above sea level, and the amount of evaporation is only half of the existing commercial salt lake. It can be effectively applied to brine with very high chemical cost to remove.

상기의 염수는 종래의 상용화된 공정에서 리튬 함유 염수의 농축 방법으로 대부분 채용하고 있는 염전 형태의 일광의존형 자연증발 방식을 적용하기가 곤란할 수 있다.The brine may be difficult to apply the salt-based solar evaporation method of the salt-type, which is mostly employed as a method of concentrating the lithium-containing brine in the conventional commercial process.

따라서, 본 발명에서는 염수로부터 상기한 불순물 제거 및 농축 과정을 상용화에 용이하도록 구성하였으며, 이때 농축 공정에 추가적으로 투입되는 에너지 비용을 상쇄시키기 위해 리튬 회수율을 증대시키고, 공정 중에 발생하는 부산물의 고부가가치화를 통해 탄산리튬의 제조 원가를 최소화하는 방법들을 제공할 수 있다.Therefore, the present invention is configured to facilitate the commercialization of the above-mentioned impurities removal and concentration process from the brine, wherein the lithium recovery rate is increased to offset the energy cost additionally added to the concentration process, and the high value-added by-products generated during the process Through this, it is possible to provide methods for minimizing the manufacturing cost of lithium carbonate.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. .

Claims (6)

염수에 소석회를 투입하여 마그네슘, 황산 이온 및 붕소의 침전물을 형성하여 제거하는 1차 화학적 정제 단계;
상기 침전물이 제거된 염수에 가성소다를 투입하여 칼슘을 제거하는 2차 화학적 정제 단계;
상기 칼슘이 제거된 염수를 진공증발을 이용하여 농축하는 단계;
상기 농축된 염수에 탄산나트륨 또는 이산화탄소를 이용하여 탄산리튬을 형성하는 리튬탄산화 단계; 및
상기 탄산리튬의 순도를 향상시키기 위한 세정공정을 포함하며,
상기 1차 화학적 정제 단계는,
상기 염수중 마그네슘 함량의 70~90%에 해당하는 몰수만큼 소석회를 투입하여 pH를 9.5~10.5 정도로 조절하고, 이때 생성된 석출물(수산화마그네슘(Mg(OH)2), 황산칼슘(CaSO4), 붕소(B) 함유)을 여과한 후 최초 염수 중의 마그네슘 함량의 10~40%에 해당하는 몰수 만큼의 소석회를 염수내에 재투입하여 최종 pH를 10.7~11.3 정도로 조정하며, 이때 생성된 석출물(수산화마그네슘)을 최종 여과한 염수를 2차 화학적 정제단계로 이송하고, 상기 석출물은 농축공정에서 발생하는 응축수로 세정한 후 상기 세정액을 상기 염수 원수에 재투입하고,
상기 석출물을 최종 여과한 염수내 칼슘 함량의 100~110%에 해당하는 몰수만큼 가성소다(NaOH)를 투입하여 pH를 11.5~12.5로 조정하여 수산화칼슘(Ca(OH)2) 석출물을 침전시키고 여과한 후, 상기 수산화칼슘 석출물은 그대로 1차 화학적 정제 단계에 재투입하고 여액은 다음 단계의 농축공정으로 이송하는 것을 특징으로 하는
염수를 이용한 탄산리튬 제조방법.
First chemical purification step of adding slaked lime to brine to form and remove precipitates of magnesium, sulfate ions and boron;
A second chemical purification step of removing calcium by adding caustic soda to the brine from which the precipitate is removed;
Concentrating the calcium removed saline using vacuum evaporation;
A lithium carbonate step of forming lithium carbonate using sodium carbonate or carbon dioxide in the concentrated brine; And
Including a cleaning process for improving the purity of the lithium carbonate,
The first chemical purification step,
By adjusting the number of molar lime corresponding to 70 to 90% of the magnesium content in the brine to adjust the pH to 9.5 ~ 10.5, the precipitates (magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), calcium sulfate (CaSO 4 ), boron (B) is filtered), and the final pH is adjusted to about 10.7 to 11.3 by re-injecting the molar lime corresponding to 10 to 40% of the magnesium content in the brine to the brine, and the resulting precipitate (magnesium hydroxide). After the final filtered brine is transferred to the second chemical purification step, the precipitate is washed with condensate generated in the concentration process, and then the washing solution is re-injected into the brine raw water,
Caustic soda (NaOH) was added as much as the number of moles corresponding to 100 to 110% of the calcium content in the final filtered brine to adjust the pH to 11.5 to 12.5 to precipitate calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) precipitate and filtered. After that, the calcium hydroxide precipitate is introduced into the first chemical purification step as it is, and the filtrate is characterized in that the transfer to the concentration step of the next step
Method for producing lithium carbonate using brine.
삭제delete 삭제delete 제1항 에 있어서,
상기 진공증발을 이용해 농축하는 단계는,
상기 염수내 리튬 농도를 증가시키기 위해 3단계에 걸쳐 이루어지며, 1차 농축 단계에서는 1.5~3.0배, 2차 농축 단계에서는 상기 1차 농축 단계의 5배~7.0배, 3차 농축 단계에서는 상기 2차 농축 단계의 10배 이상으로 농축하여 상기 염수내 리튬농도가 적어도 5g/L 이상이며, 이때 1차, 2차 농축 단계에서 생성된 석출염은 부산물로 재이용하고, 3차농축 단계에서 생성된 석출물은 1차 농축 단계 후 여액으로 재투입하는 것을 특징으로 하는 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법.
The method of claim 1,
Concentrating using the vacuum evaporation,
In order to increase the lithium concentration in the brine is made over three steps, 1.5 ~ 3.0 times in the first concentration step, 5 times to 7.0 times the first concentration step, the second concentration step 2 The lithium concentration in the brine by concentrating at least 10 times of the secondary concentration step is at least 5g / L, wherein the precipitate salt produced in the first and second concentration step is reused as a by-product, the precipitate produced in the third concentration step The lithium carbonate manufacturing method using a brine, characterized in that the first re-injection into the filtrate after the concentration step.
제 4 항에 있어서,
상기 리튬탄산화 단계는,
상기 진공증발을 이용하여 농축된 상기 염수에 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 이산화탄소(CO2)를 투입하여 탄산리튬을 제조하며, 이때 탄산나트륨의 투입량은 리튬 농도 10g/L 이상일 때 리튬 함량 대비 1.0~1.5배의 몰수로 투입하고 상온에서 pH 10~11로 조정하며, 이산화탄소의 투입량은 리튬 농도 5g/L 이상일 때 리튬 함량 대비 1.0~2.0배의 몰수로 투입하고 20℃ 이하에서 pH 10.5~11.5로 조정하며 상기 탄산리튬의 제조후 여액은 2차 농축 여액으로 재투입하는 것을 특징으로 하는 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법.
The method of claim 4, wherein
The lithium carbonation step,
Lithium carbonate is prepared by injecting sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or carbon dioxide (CO 2 ) into the brine concentrated using the vacuum evaporation, wherein the amount of sodium carbonate is 1.0 to the lithium content at a lithium concentration of 10 g / L or more. The amount of mole is 1.5 times and adjusted to pH 10 ~ 11 at room temperature.The amount of carbon dioxide is 1.0 ~ 2.0 times mole compared to the lithium content when the lithium concentration is 5g / L or more, and the pH is adjusted to pH 10.5 ~ 11.5 at 20 ℃ or less. And after the preparation of the lithium carbonate, the filtrate is re-injected into the secondary concentrated filtrate.
제 5 항에 있어서,
상기 제조된 탄산리튬을 메탄올 및 물로 세정하며, 상기 메탄올로 세장하는경우 결정화된 상기 탄산리튬보다 10배 이상(부피/무게)의 메탄올을 사용하고 세정 후 여과한 탄산리튬은 100℃에서 2시간 이상 건조하여 메탄올 성분을 완전히 제거하고, 세정 여액인 메탄올은 증류법으로 재생하여 재이용하며, 상기 물로 세정하는 경우 상기 탄산리튬의 10배 이상(부피/무게)의 90℃ 물을 사용하고 세정 후 여과한 탄산리튬은 100℃에서 3시간 이상 건조하여 수분을 완전히 제거하고, 세정 여액은 2차 농축 여액에 재투입하는 것을 특징으로 하는 염수를 이용한 탄산리튬 제조방법.
The method of claim 5, wherein
The prepared lithium carbonate was washed with methanol and water, and when washed with methanol, 10 times or more (volume / weight) of methanol than the crystallized lithium carbonate was used, and the filtered lithium carbonate was washed at 100 ° C. for 2 hours or more. After drying, the methanol component is completely removed and methanol, the washing filtrate, is recycled by distillation and reused.In the case of washing with water, at least 10 times (volume / weight) of lithium carbonate water is used, and after washing, filtered carbonic acid Lithium is dried at 100 ℃ for 3 hours or more to completely remove the water, the washing filtrate is a lithium carbonate production method using a brine, characterized in that the re-input in the secondary concentrated filtrate.
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