KR101472380B1 - FABRICATING METHOD OF Li2MnO3 BASE ADSORBENT AND ADSORBENT FABRICATED BY THE METHOD - Google Patents

FABRICATING METHOD OF Li2MnO3 BASE ADSORBENT AND ADSORBENT FABRICATED BY THE METHOD Download PDF

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Abstract

본 발명은 Li2MnO3 기반의 흡착제를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 리튬화합물과 망간화합물을 리튬과 망간의 몰비가 2:1이 되도록 준비하고 혼합하는 단계; 혼합한 재료를 공기 중에서 열처리해서 Li2MnO3를 형성하는 단계; 및 상기 Li2MnO3를 산처리하는 단계를 포함한다.
본 발명은, Li2MnO3 기반의 흡착제를 제조함으로써 새로운 조성의 리튬 흡착제를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 Li2MnO3 기반의 흡착제를 제조하는 열처리 조건과 산처리 조건을 제공한다.
나아가 본 발명은 Li2MnO3 기반의 흡착제를 이용해서 리튬을 회수하는 공정의 조건을 제공한다.
The present invention relates to a method for preparing an adsorbent based on Li 2 MnO 3 , comprising preparing and mixing a lithium compound and a manganese compound so that a molar ratio of lithium to manganese is 2: 1; Heat-treating the mixed material in air to form Li 2 MnO 3 ; And acid treating the Li 2 MnO 3 .
The present invention has an effect of providing a lithium adsorbent having a novel composition by producing an adsorbent based on Li 2 MnO 3 .
The present invention also provides heat treatment conditions and acid treatment conditions for preparing Li 2 MnO 3 -based adsorbents.
Further, the present invention provides a process for recovering lithium using an adsorbent based on Li 2 MnO 3 .

Description

Li2MnO3 기반의 흡착제 제조방법 및 이에 따라 제조된 흡착제{FABRICATING METHOD OF Li2MnO3 BASE ADSORBENT AND ADSORBENT FABRICATED BY THE METHOD}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method for producing an adsorbent based on Li2MnO3 and an adsorbent prepared thereby,

본 발명은 리튬을 회수하는 리튬 흡착제를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 새로운 Li2MnO3 기반의 흡착제를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for preparing a lithium adsorbent for recovering lithium, and more particularly to a process for preparing a new Li 2 MnO 3 -based adsorbent.

최근에 전기 차의 개발 및 스마트폰, 태블릿 PC등 휴대용 가전제품 수요의 급속한 증가로 인하여 리튬 이차전지 시장 또한 급속하게 팽창하고 있으며, 리튬 전지에 사용되는 리튬의 수요 또한 급격하게 증가하고 있다. 그러나 리튬자원의 매장량은 일부 중남미 국가에 집중되어 있다. 즉, 볼리비아, 칠레, 아르헨티나 등이 전 세계 매장량의 80% 정도를 차지한다. 그러므로 이렇게 제한된 지역에 한정된 육상자원을 대체 할 수 있는, 리튬 자원을 확보할 수 있는 신기술의 개발이 필요하다. 최근에 이러한 육상에서 채굴하는 리튬자원 이외에 해수 및 간수, 리튬 농축폐수 등으로부터 리튬을 회수할 수 있는 우수한 흡착성능을 지닌 흡착제 개발에 대한 연구들이 진행되고 있다. Recently, the development of electric cars and the rapid increase in the demand for portable electronic appliances such as smart phones and tablet PCs are rapidly expanding the lithium secondary battery market, and the demand for lithium used in lithium batteries is also rapidly increasing. However, the reserves of lithium resources are concentrated in some Central and South American countries. Bolivia, Chile and Argentina account for 80% of the world's reserves. Therefore, it is necessary to develop new technologies that can secure lithium resources to replace limited land resources in these limited areas. Recently, researches are being made on the development of an adsorbent having excellent adsorption performance capable of recovering lithium from seawater, wastewater, and lithium concentrated wastewater in addition to lithium resources mined from the land.

종래의 기술에서, 가장 보편적으로 연구되고 우수한 성능을 지닌 흡착제 전구체로는 리튬-망간산화물계 흡착제가 있다. 리튬-망간산화물계 흡착제는 LiMn2O4를 기초로 하는 경우가 일반적이며, Li과 Mn의 몰비율을 변화시키면서 다양한 조성의 흡착제가 개발되었다. In the prior art, the most commonly studied and superior performance adsorbent precursor is the lithium-manganese oxide-based adsorbent. The lithium-manganese oxide-based adsorbent is generally based on LiMn 2 O 4 , and adsorbents of various compositions have been developed while varying the molar ratio of Li to Mn.

대표적인 조성은 LiMn2O4 (Li/Mn=0.50), Li1 .5Mn2O4 (Li/Mn=0.75), Li1 .33Mn1 .67O4 (Li/Mn=0.80) 그리고 Li1 .6Mn1 .6O4 (Li/Mn=1.0) 등이 있다. 리튬 흡착제의 이론적인 성능은 Li와 Mn의 몰비율에 연관된 것으로 생각할 수 있으며, 새로운 리튬 흡착제를 개발하기 위한 노력이 계속되고 있다.
Typical compositions include LiMn 2 O 4 (Li / Mn = 0.50), Li 1 .5 Mn 2 O 4 (Li / Mn = 0.75), Li 1 .33 Mn 1 .67 O 4 (Li / Mn = 0.80) and Li 1 Mn 1 .6 .6 O 4 (Li / Mn = 1.0). The theoretical performance of the lithium adsorbent can be considered to be related to the molar ratio of Li and Mn, and efforts to develop a new lithium adsorbent continue.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 리튬을 선택적으로 흡착하는 새로운 흡착제를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method for producing a new adsorbent that selectively adsorbs lithium.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 Li2MnO3 기반의 흡착제 제조방법은, 리튬화합물과 망간화합물을 리튬과 망간의 몰비가 2:1이 되도록 준비하고 혼합하는 단계; 혼합한 재료를 공기 중에서 열처리해서 Li2MnO3를 형성하는 단계; 및 상기 Li2MnO3를 산처리하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preparing an adsorbent based on Li 2 MnO 3 , comprising: preparing and mixing a lithium compound and a manganese compound so that a molar ratio of lithium and manganese is 2: 1; Heat-treating the mixed material in air to form Li 2 MnO 3 ; And acid treating the Li 2 MnO 3 .

이때, 리튬화합물은 Li2CO3이고, 망간화합물은 MnCO3인 것 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the lithium compound is Li 2 CO 3 and the manganese compound is MnCO 3 .

Li2MnO3는 리튬전지의 캐소드 재료로서 많은 연구가 되어왔으나, 리튬 흡착제로는 개발되지 못하였다. 본 발명의 발명자들은 Li과 Mn의 몰비(Li/Mn)가 2.0이기 때문에 이론적인 흡착성능이 높을 것으로 생각되는 Li2MnO3를 흡착제로 제조하는 최적의 제조방법을 개발하였다.Li 2 MnO 3 has been studied as a cathode material for a lithium battery, but it has not been developed as a lithium adsorbent. The inventors of the present invention have developed an optimal production method of Li 2 MnO 3 , which is considered to have a high theoretical adsorption performance, as an adsorbent because the molar ratio (Li / Mn) of Li and Mn is 2.0.

그리고 Li2MnO3 형성을 위한 열처리는 400℃ ~ 800℃에서 수행되는 것이 좋으며, 450℃ ~ 550℃ 범위에서 수행되는 것이 바람직하다.The heat treatment for forming Li 2 MnO 3 is preferably performed at 400 ° C. to 800 ° C. and is preferably performed at 450 ° C. to 550 ° C.

상기한 범위보다 낮은 온도에서 열처리를 하면 Li2MnO3를 형성하는 반응이 진행되지 못하며, 범위보다 높은 온도에서 열처리를 수행하면 Li2MnO3의 결정질 특징이 너무 강해져서 입자의 크기가 커지고 표면적은 작아지기 때문에 산처리가 원활하지 않으며 흡착제의 성능이 나빠진다.When the heat treatment is performed at a temperature lower than the above range, the reaction to form Li 2 MnO 3 does not progress. When the heat treatment is performed at a temperature higher than the range, the crystalline characteristic of Li 2 MnO 3 becomes too strong, The acid treatment is not smooth and the performance of the adsorbent deteriorates.

또한, 산처리를 수행하는 산은 H2SO4 또는 HNO3인 것이 바람직하다.Further, the acid to be subjected to the acid treatment is preferably H 2 SO 4 or HNO 3 .

HCl의 경우는 산처리 과정에서 Mn이 함께 침출해서 흡착제 성능이 나빠지기 때문에 사용하지 않는 것이 바람직하다.In the case of HCl, it is preferable not to use HCl because the adsorbent performance deteriorates due to leaching of Mn together in the acid treatment.

그리고 산처리를 수행하는 산의 농도가 2N~6N인 것이 바람직하다. 산의 농도가 이보다 낮으면 산처리가 진행되지 않으며, 산의 농도가 너무 높으면 흡착제의 성능이 나빠진다.
And the concentration of the acid to be subjected to the acid treatment is preferably 2N to 6N. If the acid concentration is lower than this range, the acid treatment will not proceed, and if the acid concentration is too high, the performance of the adsorbent will deteriorate.

산처리를 수행하는 온도는 30℃ 이상, 바람직하게는 70℃ 이상인 것이 좋다. The temperature at which the acid treatment is performed is preferably 30 占 폚 or higher, and preferably 70 占 폚 or higher.

산처리 수행 시에, Li2MnO3와 산용액의 비율은 3.0g:1.0L~10g:1.0L 범위인 것이 바람직하다.In carrying out the acid treatment, the ratio of Li 2 MnO 3 to the acid solution is preferably in the range of 3.0 g: 1.0 L to 10 g: 1.0 L.

본 발명의 다른 형태에 의한, Li2MnO3 기반의 흡착제는 상기한 방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.The adsorbent based on Li 2 MnO 3 according to another embodiment of the present invention is characterized in that it is produced by the above-mentioned method.

또한, 본 발명에 의한, 리튬 회수 방법은 상기한 방법으로 제조된 Li2MnO3 기반의 흡착제를 이용하여 회수용액으로부터 리튬을 회수하는 것을 특징으로 한다.Also, the lithium recovery method according to the present invention is characterized in that lithium is recovered from a recovered solution using an adsorbent based on Li 2 MnO 3 produced by the above-described method.

이때, 회수용액의 pH는 2.8이상, 바람직하게는 5이상인 것이 좋다. 2.8이하의 pH에서는 Li를 회수하지 못한다.At this time, the pH of the recovered solution is preferably 2.8 or more, and more preferably 5 or more. Li can not be recovered at pH below 2.8.

그리고 회수용액으로부터 리튬을 회수하는 시간은 6시간 이상인 것이 바람직하다. 6시간 미만으로 회수공정을 수행하는 경우에는 흡착제의 흡착성능을 전부 이용하지 못한다.It is preferable that the time for recovering lithium from the recovered solution is 6 hours or more. When the recovery process is performed in less than 6 hours, the adsorption performance of the adsorbent can not be fully utilized.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, Li2MnO3 기반의 흡착제를 제조함으로써 새로운 조성의 리튬 흡착제를 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention constituted as described above has an effect of providing a lithium adsorbent of a new composition by producing an adsorbent based on Li 2 MnO 3 .

또한, 본 발명은 Li2MnO3 기반의 흡착제를 제조하는 열처리 조건과 산처리 조건을 제공한다.The present invention also provides heat treatment conditions and acid treatment conditions for preparing Li 2 MnO 3 -based adsorbents.

나아가 본 발명은 Li2MnO3 기반의 흡착제를 이용해서 리튬을 회수하는 공정의 조건을 제공한다.
Further, the present invention provides a process for recovering lithium using an adsorbent based on Li 2 MnO 3 .

도 1은 Li2CO3와 MnCO3의 혼합물에 대한 열중량분석 결과이다.
도 2는 열처리 온도에 따른 XRD 분석결과이다.
도 3은 제조된 분말에 대한 전계방출 전자주사현미경 사진이다.
도 4는 산용액의 농도와 산처리 온도에 따른 H+흡착량과 Li+추출량 및 Mn4+의 추출량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 산용액의 농도와 산처리 온도에 따른 Li+ 흡착 사이트 생성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 분말과 산처리 용액 사이의 비율과 산처리 온도에 따른 H+흡착량과 Li+추출량 및 Mn4+의 추출량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 분말과 산처리 용액 사이의 비율과 산처리 온도에 따른 Li+ 흡착 사이트 생성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 Li2MnO3 제조과정의 열처리 온도에 따른 H+흡착량과 Li+추출량 및 Li+ 흡착 사이트 생성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 따라 제조된 Li2MnO3기반 흡착제에 대한 XRD 분석 결과이다.
도 10은 본 실시예에 따라 제조된 Li2MnO3기반 흡착제에 대한 전계방출 전자주사현미경 사진이다.
도 11은 본 실시예에 따라 제조된 흡착제의 pH 조건에 따른 리튬 회수 실험 결과이다.
도 12는 흡착제 제조과정의 열처리 온도에 따른 리튬 회수 실험 결과이다.
도 13은 리튬 회수 실험 시간에 따른 측정결과이다.
Figure 1 shows the result of thermogravimetric analysis of a mixture of Li 2 CO 3 and MnCO 3 .
2 shows the results of XRD analysis according to the heat treatment temperature.
Fig. 3 is a field emission electron micrograph of the powder produced.
4 is a graph showing H + adsorption amount, Li + extraction amount and Mn 4+ extraction amount depending on the concentration of the acid solution and the acid treatment temperature.
5 is a graph showing Li + adsorption site formation according to the concentration of the acid solution and the acid treatment temperature.
FIG. 6 is a graph showing the amounts of H + adsorption, Li + extraction, and Mn 4+ depending on the ratio between the powder and the acid treatment solution and the acid treatment temperature.
7 is a graph showing Li + adsorption site formation according to the ratio between the powder and the acid treatment solution and the acid treatment temperature.
8 is a graph showing the amounts of H + adsorption, Li + extraction, and Li + adsorption site according to the heat treatment temperature in the process of manufacturing Li 2 MnO 3 .
FIG. 9 shows the results of XRD analysis of Li 2 MnO 3 -based adsorbent prepared according to this example.
10 is a field emission electron micrograph of a Li 2 MnO 3 -based adsorbent produced according to this example.
FIG. 11 shows the results of lithium recovery test according to the pH condition of the adsorbent prepared according to this embodiment.
12 shows the results of lithium recovery test according to the heat treatment temperature in the process of producing an adsorbent.
Fig. 13 shows the results of measurement according to the lithium recovery experiment time.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

LiLi 22 MnOMnO 33 분말의 제조 Preparation of powder

우선 본 발명은 Li2MnO3 분말을 제조하기 위하여 리튬화합물과 망간화합물을 혼합하고 공기분위기에서 가열하여 반응시킨다.In order to prepare a Li 2 MnO 3 powder, a lithium compound and a manganese compound are mixed and reacted by heating in an air atmosphere.

본 실시예에서는 Li2CO3와 MnCO3를 Li와 Mn의 몰비가 2:1이 되도록 혼합하여 마노유발에서 분쇄한 뒤에, 공기 분위기의 가열로에서 열처리 온도까지 5℃/분의 속도로 승온하였다. 열처리 온도는 500℃, 550℃, 600℃, 650℃ 및 700℃로 구분하였으며, 열처리 시간은 40시간 동안 진행하였다.
In this embodiment, Li 2 CO 3 and MnCO 3 are mixed so that the molar ratio of Li and Mn is 2: 1, pulverized in an agate mortar, and then heated at a rate of 5 ° C / min to the heat treatment temperature in a heating furnace in an air atmosphere . The heat treatment temperature was classified into 500 ° C, 550 ° C, 600 ° C, 650 ° C and 700 ° C, and the heat treatment time was 40 hours.

본 실시예에서 Li2MnO3 제조의 유효성을 확인하기 위하여, 열중량분석기(TGA, Seico Exstar 6000)를 이용하여 Li와 Mn의 몰비가 2:1로 혼합된 Li2CO3와 MnCO3의 혼합물에 대하여 열중량분석을 수행하였다. 분석은 30℃에서 100℃까지 5℃/분의 승온속도로 수행하였으며, 분성 중에는 공기를 100mL/분의 유량으로 흘려보냈다.In order to confirm the effectiveness of the preparation of Li 2 MnO 3 in the present embodiment, a mixture of Li 2 CO 3 and MnCO 3 mixed at a molar ratio of Li and Mn of 2: 1 using a thermogravimetric analyzer (TGA, Seico Exstar 6000) Were subjected to thermogravimetric analysis. The analysis was carried out at a heating rate of 5 DEG C / min from 30 DEG C to 100 DEG C, and air was flown at a flow rate of 100 mL / min during the spraying.

도 1은 Li2CO3와 MnCO3의 혼합물에 대한 열중량분석 결과이다.Figure 1 shows the result of thermogravimetric analysis of a mixture of Li 2 CO 3 and MnCO 3 .

200℃에서 부근에서 2% 미만의 약한 중량 감소가 관찰되었으나 수분의 제거에 따른 결과로 여겨진다. 300℃부터 900℃의 범위에서 중량이 40%정도 크게 감소하였으며, 이는 Li2CO3와 MnCO3의 혼합물이 아래의 반응식에 의해서 Li2MnO3와 CO2를 형성하였기 때문으로 여겨진다. A slight weight loss of less than 2% was observed around 200 ° C, but this is thought to result from the removal of moisture. In the range of 300 ° C to 900 ° C, the weight decreased by 40%, which is considered to be due to the formation of Li 2 MnO 3 and CO 2 by a mixture of Li 2 CO 3 and MnCO 3 according to the following reaction formula.

Li2CO3(s) + MnCO3(s) + ½O2(g)→Li2MnO3(s)+2CO2(g)Li 2 CO 3 (s) + MnCO 3 (s) +? O 2 (g)? Li 2 MnO 3 (s) + 2 CO 2 (g)

300℃ 이상의 온도에서 반응이 시작된 것은 이산화탄소를 형성하는 온도와 관련이 있다. 이로부터 Li2CO3와 MnCO3의 혼합물이 산소가 존재하는 상태에서 300℃ 이상으로 가열되면 Li2MnO3를 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
The start of the reaction at temperatures above 300 ° C is related to the temperature at which carbon dioxide is formed. From this, it can be seen that when the mixture of Li 2 CO 3 and MnCO 3 is heated to 300 ° C. or higher in the state where oxygen exists, Li 2 MnO 3 can be formed.

상기한 여러 가지 열처리 온도에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3 분말의 화학적 성분을 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the chemical composition of the Li 2 MnO 3 powder prepared by the heat treatment at the above various heat treatment temperatures.

Figure 112013027199130-pat00001
Figure 112013027199130-pat00001

표에서 각 분말의 열처리 온도를 표시하였으며, 망간의 산화수는 산소의 산화수가 -2인 경우를 가정한 결과이다.The table shows the heat treatment temperature of each powder, and the oxidation number of manganese is the result of assuming that the oxidation number of oxygen is -2.

표시된 것과 같이, 모든 열처리 온도에서 Li과 Mn의 몰비율이 1.84:1 내지 1.93:1을 나타내었으며, 이상적인 화학양론적 비율과의 차이는 제조과정에서 흡수된 수분에 따라 결정된다. 그러나 이상적인 화학양론적 비율과의 차이가 크지 않으므로 흡착제를 제조하기 위한 Li2MnO3계 물질이 제조된 것으로 볼 수 있다.
As shown, the molar ratio of Li to Mn at all heat treatment temperatures ranged from 1.84: 1 to 1.93: 1, and the difference from the ideal stoichiometric ratio was determined by the moisture absorbed during the manufacturing process. However, since the difference from the ideal stoichiometric ratio is not large, it can be considered that Li 2 MnO 3 -based material for producing an adsorbent is produced.

도 2는 열처리 온도에 따른 XRD 분석결과이다.2 shows the results of XRD analysis according to the heat treatment temperature.

제조된 모든 물질이 결정질임을 알 수 있으며, 500℃에서 600℃까지의 온도에 열처리된 경우는 C2/m 공간군에 속하고 d001 값이 4.72~4.74Å인 단일 상의 단사정계 Li2MnO3를 나타내었다. 반면에, 700℃에서 열처리한 분말은 d001 값이 4.66Å을 나타내었다.When all the materials were annealed at 500 ℃ to 600 ℃, single phase monoclinic Li 2 MnO 3 belonging to C2 / m space group and having d 001 value of 4.72 ~ 4.74 Å was obtained. Respectively. On the other hand, the d 001 value of the powder heat treated at 700 ° C was 4.66 Å.

20°에서 25°주변의 회절피크는 천이금속 층에 위치한 리튬과 망간 원자의 적층에 의한 초격자 피크에 해당한다. 이 피크가 넓은 것은 제조된 물질에 존재하는 결함이 많이 적층되었기 때문이다.The diffraction peaks at around 20 ° to 25 ° correspond to superlattice peaks due to the stacking of lithium and manganese atoms located in the transition metal layer. This broad peak is due to the large number of defects present in the manufactured material.

그리고 64.7°와 65.7°에서 관찰되는 두개짜리 회절피크가 Li2MnO3에 의한 것이며, 이로부터 결정구조에 따른 회절패턴은 열처리 온도와 무관한 것을 확인할 수 있다.
The two-dimensional diffraction peaks observed at 64.7 ° and 65.7 ° are due to Li 2 MnO 3. From this, it can be confirmed that the diffraction pattern according to the crystal structure is independent of the heat treatment temperature.

도 3은 제조된 분말에 대한 전계방출 전자주사현미경 사진이다.Fig. 3 is a field emission electron micrograph of the powder produced.

(a) 내지 (e)는 각각 500℃, 550℃, 600℃, 650℃ 및 700℃에서 열처리하여 제조된 분말의 50000배 확대 사진이다.(a) to (e) are 50000 times magnified images of powders produced by heat treatment at 500 ° C, 550 ° C, 600 ° C, 650 ° C and 700 ° C, respectively.

도 3(a)에서 500℃도 열처리해서 제조된 분말은 3㎛ 미만의 다양한 크기를 갖는 구형의 분말이 뭉쳐있는 것이 확인된다. 그리고 열처리 온도가 높을수록 분말의 표면이 매끄러워지고 특유의 다면체 결정의 형상을 나타내어, 700℃에서 제조된 도 3(e)은 다면체 형상이 확실하게 확인된다. In FIG. 3 (a), it is confirmed that spherical powders having various sizes of less than 3 μm are gathered in powders produced by heat treatment at 500 ° C. As the heat treatment temperature is higher, the surface of the powder is smoothed and the shape of the specific polyhedral crystal is exhibited. The polyhedral shape of FIG. 3 (e) produced at 700 ° C can be reliably confirmed.

열처리 온도가 높을수록 입자의 크기가 커지는 것은 기존의 연구에서 관찰된 것과 같으며, 이러한 결과는 BET 분석에 의한 표면적에 의한 결과와 일치한다.
The higher the annealing temperature, the larger the particle size is as observed in previous studies, and the results are consistent with the surface area results obtained by BET analysis.

제조된 분말에 대한 BET 분석 결과를 표 2에 나타내었다.The results of the BET analysis of the powder thus prepared are shown in Table 2.

Figure 112013027199130-pat00002
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도 3에 나타난 것과 같이, 열처리 온도가 높을수록 입자의 크기는 거치고 표면은 매끄러워지기 때문에 표면적은 4.62 m2/g에서 1.49 m2/g까지 감소하였고, 기공의 크기는 8.4nm에서 14.2nm 범위로 계산되었다.
As shown in FIG. 3, the surface area was reduced from 4.62 m 2 / g to 1.49 m 2 / g, and the pore size ranged from 8.4 nm to 14.2 nm Respectively.

LiLi 22 MnOMnO 33 의 산처리Acid treatment of

다음으로 Li2MnO3에 리튬 흡착 특성을 부여하기 위하여, 제조된 분말에 대하여 산처리를 수행한다.Next, in order to impart lithium adsorption property to Li 2 MnO 3 , the produced powder is subjected to an acid treatment.

본 실시예에서는 HCl와 HNO3 및 H2SO4를 각각 사용하여 산처리를 수행하였으며, 산처리를 수행하여 제조된 흡착제를 증류수에 세정한 뒤에 원심분리기에서 4℃에서 12,000rpm의 속도로 20분간 회복시켰다. 용액의 pH가 증류와 거의 같아질 때까지 세정과 회복을 수행한 흡착제를 오븐에서 60℃로 건조하였다.
In this embodiment, acid treatment was performed using HCl, HNO 3, and H 2 SO 4 , respectively. The adsorbent prepared by performing the acid treatment was washed with distilled water and centrifuged at 4 ° C. at 12,000 rpm for 20 minutes Restored. The adsorbent which had been rinsed and recovered until the pH of the solution was nearly equal to the distillation was dried in an oven at 60 ° C.

산처리에 사용된 산의 종류에 따른 영향을 확인하기 위하여, 500℃와 700℃의 온도에서 제조된 분말에 대하여 동일한 조건에서 상기한 세 종류의 산으로 산처리를 수행하였다.In order to confirm the influence of the kind of acid used in the acid treatment, acid treatment was performed on the powders prepared at the temperatures of 500 ° C. and 700 ° C. with the above three kinds of acids under the same conditions.

HCl와 HNO3 및 H2SO4은 용액은 각각 2.5N의 농도로 제조하였으며, Li2MnO3 분말 1.0g에 대하여 25mL의 산용액 비율로 혼합하고, 실온에서 750rpm으로 24시간동안 교반하여 산처리하였다. HCl, HNO 3, and H 2 SO 4 were prepared at a concentration of 2.5 N, respectively, and mixed with 1.0 g of Li 2 MnO 3 powder in an acid solution ratio of 25 mL, stirred at 750 rpm at room temperature for 24 hours, Respectively.

500℃의 열처리 온도로 제조된 분말에 대하여 산처리를 수행한 결과를 표 3에 나타내었고, 700℃의 열처리 온도로 제조된 분말에 대하여 산처리를 수행한 결과를 표 4에 나타내었다.Table 3 shows the results of performing the acid treatment on the powders prepared at the heat treatment temperature of 500 ° C, and Table 4 shows the acid treatment results of the powders prepared at the heat treatment temperature of 700 ° C.

Figure 112013027199130-pat00003
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Figure 112013027199130-pat00004
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표 3과 표 4에 의하면, 500℃에서 제조된 Li2MnO3 분말에 산처리한 경우의 유출량이 700℃에서 제조된 Li2MnO3 분말에 산처리한 경우보다 많은 것을 알 수 있다. 이러한 결과는, 앞서 전계방출 전자주사현미경 사진과 XRD 분석에서 확인된 것과 같이, 700℃에서 제조된 Li2MnO3 분말이 상대적으로 뛰어난 결정학적 구조를 갖기 때문이다.According to the Table 3 and Table 4, it can be seen in the Li 2 MnO 3 powder produced a flow in the case of acid treatment in the Li 2 MnO 3 powder prepared in 500 ℃ at 700 ℃ much more when treated with acid. This result is because Li 2 MnO 3 powder prepared at 700 ° C has a relatively excellent crystallographic structure, as confirmed in the field emission electron micrograph and the XRD analysis.

산용액들 중에서, HCl 용액이 두 종류의 분말 모두에 대하여 용액내의 H+의 활용성과 Li+와 Mn4+의 추출능력이 가장 뛰어난 것으로 나타났다. 하지만, HCl 용액은 너무 많은 Mn4+의 유출을 유발하기 때문에, 리튬 흡착제를 제조하기 위한 Li2MnO3 분말의 산처리에는 적합하지 않다.Of the acid solutions, the HCl solution showed the highest utilization of H + in solution and extraction ability of Li + and Mn 4+ for both powders. However, the HCl solution is not suitable for the acid treatment of Li 2 MnO 3 powder for producing lithium adsorbents, since it causes excessive leaching of Mn 4+ .

H2SO4 용액과 HNO3 용액은 HCl 용액에 비하여 Li+의 침출량이 적지만, Mn의 침출량도 1%미만으로 매우 적었다. 따라서 HCl 용액에 비하여 H2SO4 용액과 HNO3 용액이 Li2MnO3 분말의 산처리에 적합하며, 필요한 노르말농도의 산성용액을 제조할 때 적은양이 소요되는 H2SO4가 산처리에 더욱 적합한 것을 알 수 있다.
H 2 SO 4 solution and HNO 3 solution had less leaching amount of Li + than HCl solution, but leaching amount of Mn was also very small, less than 1%. According to the acid-treated H 2 SO 4 solution and HNO 3 solution the Li 2 MnO are suitable for the acid treatment of the three powders, H 2 SO 4 takes a small amount of the preparation of an acid solution of the required normal concentration compared to the HCl solution Which is more suitable.

산처리 조건에 따른 영향을 확인하기 위하여, 산용액의 농도와 산처리 온도를 달리하여 산처리를 수행하였다. 700℃에서 제조된 Li2MnO3 분말이 산처리 초기에 Li+ 침출량이 적기 때문에 산처리 대상 분말로 사용하였으며, Li2MnO3 분말 1.0g에 대하여 25mL의 산용액 비율로 혼합하고, 750rpm으로 24시간동안 교반하여 산처리를 수행하였다. In order to confirm the effects of the acid treatment conditions, acid treatment was carried out by varying the concentration of the acid solution and the acid treatment temperature. Li 2 MnO 3 powder prepared at 700 ° C. was used as powder for acid treatment because of low amount of Li + leaching at the beginning of the acid treatment. The powder was mixed with 1.0 g of Li 2 MnO 3 powder in an amount of 25 mL of acid solution, The acid treatment was carried out with stirring for a period of time.

도 4는 산용액의 농도와 산처리 온도에 따른 H+흡착량과 Li+추출량 및 Mn4+의 추출량을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing H + adsorption amount, Li + extraction amount and Mn 4+ extraction amount depending on the concentration of the acid solution and the acid treatment temperature.

도 5는 산용액의 농도와 산처리 온도에 따른 Li+ 흡착 사이트 생성을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing Li + adsorption site formation according to the concentration of the acid solution and the acid treatment temperature.

모든 농도 범위에서, 산처리 온도가 30℃에서 75℃로 올라갈수록, 도 4(c)와 도 4(d)에 도시된 것과 같이 Li+의 추출량이 증가하며, 그에 따라서 도 5에 도시된 것과 같이 Li+의 흡착사이트가 늘어나는 결과를 확인할 수 있으며, 다른 온도에서 제조된 Li2MnO3에 대해서도 75℃에서 산처리하는 것이 바람직할 것으로 예상할 수 있다.In all the concentration ranges, as the acid treatment temperature rises from 30 ° C to 75 ° C, the extraction amount of Li + increases as shown in Figs. 4 (c) and 4 (d) As a result, it is possible to confirm that the adsorption site of Li + is elongated, and it is also expected that the Li 2 MnO 3 produced at different temperatures should be treated with an acid at 75 ° C.

도 4(a)와 도 4(b) 나타난 바와 같이 추출된 Li+ 대비 H+ 활용성 증가현상은 물질 내에 H+가 표면 흡착되기 때문이다.It is because Fig. 4 (a) and Figure 4 (b) is a Li + H + compared to utilization increasing phenomenon H + is adsorbed into the surface material extraction, as indicated.

산용액의 농도가 2.5N에서 7.5N로 높아질수록, 4(c)와 도 4(d)에 도시된 것과 같이, Li+의 추출량이 감소하며, 그에 따라서 도 5에 도시된 것과 같이 Li+의 흡착사이트도 감소한다. 그리고 모든 농도와 온도 범위에서, Mn4+의 추출량은 전체 Mn의 함량 대비 2%보다 작다.The higher the concentration of the acid solution from 2.5N to 7.5N, 4 (c) and Figure 4 as shown in (d), reducing the extractable content of Li +, and the Li + as thus illustrated in Figure 5 thereof Adsorption sites also decrease. And, at all concentrations and temperature ranges, the extraction amount of Mn 4+ is less than 2% of the total Mn content.

이상의 결과로부터, 700℃에서 열처리한 Li2MnO3에 대하여 2.5N의 H2SO4 용액으로 75℃의 온도로 열처리한 경우에 64.4%의 가장 높은 리튬 추출량을 확인할 수 있었으며, 이는 Li+/H+ 이온교환 메커니즘을 기준으로 한 총 Li+ 추출량의 85%에 해당하는 값이다.
From the above results, in a case where with respect to a Li 2 MnO 3 heat-treated at 700 ℃ heat-treated at a temperature of 75 ℃ with H 2 SO 4 solution of 2.5N was to determine the highest lithium extractable content of 64.4%, which is Li + / H + 85% of total Li + extraction based on ion exchange mechanism.

Li2MnO3 분말의 질량과 산처리 용액의 부피 비율에 따른 영향을 확인하기 위하여, 700℃에서 제조된 Li2MnO3 분말에 대하여 2.5N의 H2SO4 용액의 비율을 조절하면서 750rpm으로 24시간동안 교반하여 산처리를 수행하였다. In order to investigate the effects of the mass of Li 2 MnO 3 powder and the volume ratio of the acid treatment solution, the Li 2 MnO 3 powder prepared at 700 ° C was mixed with 2.5N H 2 SO 4 solution at a rate of 750 rpm The acid treatment was carried out with stirring for a period of time.

도 6은 분말과 산처리 용액 사이의 비율과 산처리 온도에 따른 H+흡착량과 Li+추출량 및 Mn4+의 추출량을 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the amounts of H + adsorption, Li + extraction, and Mn 4+ depending on the ratio between the powder and the acid treatment solution and the acid treatment temperature.

도 7은 분말과 산처리 용액 사이의 비율과 산처리 온도에 따른 Li+ 흡착 사이트 생성을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing Li + adsorption site formation according to the ratio between the powder and the acid treatment solution and the acid treatment temperature.

도 7에 도시된 것과 같이, 산처리 용액의 부피 비율이 높아지고 Li2MnO3 분말의 질량 비율이 줄어들수록 Li+ 흡착 사이트 생성이 감소한다. 이는 H+의 총량이 증가함에 따라서 Li+의 추출량이 감소하였기 때문인 것으로 보이며, 이는 산용액의 농도가 높은 경우와 일치하는 결과이다.As shown in FIG. 7, Li + adsorption site production decreases as the volume ratio of the acid treatment solution increases and the mass ratio of Li 2 MnO 3 powder decreases. This seems to be due to the decrease in the extraction amount of Li + as the total amount of H + increases, which is consistent with the case where the concentration of the acid solution is high.

가장 뛰어난 Li 추출비율인 64.4%를 나타낸 경우는 700℃에서 열처리한 Li2MnO3 분말의 질량과 2.5N의 H2SO4 용액의 부피가 4.0g:1.0L의 비율인 경우이다.
When the best Li extraction ratio is 64.4%, the mass of the Li 2 MnO 3 powder heat-treated at 700 ° C and the volume of the 2.5N H 2 SO 4 solution are 4.0g: 1.0L.

이상과 같이, Li+의 침출 성능이 높지 못한, 700℃에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3 분말에 대하여 최적의 산처리 조건을 확인하였으며, 이를 정리하면 다음과 같다.As described above, the optimal acid treatment conditions for the Li 2 MnO 3 powder prepared by heat treatment at 700 ° C., in which the leaching performance of Li + was not high, were confirmed and summarized as follows.

산처리에 가장 적합한 산의 종류는 H2SO4이고, 산용액의 농도는 2.5N이다. 또한 적합한 산처리 온도는 75℃이고, Li2MnO3 분말의 질량과 산용액의 부피 비율이 40g:1.0L인 것이 적합하며, 산처리 시간은 24시간인 것이 좋다.
The most suitable acid for the acid treatment is H 2 SO 4 and the concentration of the acid solution is 2.5N. It is also preferable that the suitable acid treatment temperature is 75 캜, the mass ratio of Li 2 MnO 3 powder to the volume ratio of the acid solution is 40 g: 1.0 L, and the acid treatment time is 24 hours.

이하에서는 여러 가지 열처리 온도에서 제조된 Li2MnO3 분말에 대하여 상기한 최적의 산처리 조건으로 산처리를 수행하여 리튬 흡착제를 제조하고, 그 성질을 비교한다. 산처리를 수행하여 제조된 흡착제를 구분하기 위하여, 열처리 온도의 뒤에 H를 붙여서 표시한다.
Hereinafter, the Li 2 MnO 3 powder produced at various heat treatment temperatures is subjected to an acid treatment under the optimum acid treatment conditions to prepare a lithium adsorbent and compare the properties thereof. In order to distinguish the adsorbent produced by performing the acid treatment, it is indicated by attaching H after the heat treatment temperature.

도 8은 Li2MnO3 제조과정의 열처리 온도에 따른 H+흡착량과 Li+추출량 및 Li+ 흡착 사이트 생성을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the amounts of H + adsorption, Li + extraction, and Li + adsorption site according to the heat treatment temperature in the process of manufacturing Li 2 MnO 3 .

도시된 것과 같이, 500℃에 열처리하여 제조된 Li2MnO3 분말과 650℃에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3 분말의 가장 뛰어난 Li+ 흡착 사이트 생성을 나타내었다.As shown, exhibited the best Li + adsorption site generation of the prepared heat-treated in 500 ℃ Li 2 MnO 3 powder and a Li 2 MnO 3 prepared by heat treatment at 650 ℃ powder.

500℃에 열처리하여 제조된 Li2MnO3 분말과 650℃에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3 분말은 각각 90.9%와 85.23%의 Li+ 추출량을 나타내었으며, 이러한 값은 H+와의 이온교환에 따른 이론상의 Li+ 추출가능량보다 21.2%와 13.6%가 높은 수치이다. 이는 Li2MnO3의 결정학적 구조에서 Mn과 Li가 위치하는 슬래브 8면체 자리(slab octahedral site)에서 Li+가 추출된 것을 나타낸다.It is manufactured by the heat treatment in 500 ℃ Li 2 MnO 3 powder and is manufactured by heat-treating at 650 ℃ Li 2 MnO 3 powder exhibited a Li + extractable content of 85.23% and respectively 90.9%, and this value theoretically according to the ion exchange with H + 21.2% and 13.6% higher than the Li + extractable amount. This indicates that Li + is extracted from the slab octahedral site where Mn and Li are located in the crystallographic structure of Li 2 MnO 3 .

반면에, 550℃와 650℃ 및 700℃에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3 분말은 이온교환 메커니즘에 따른 Li+ 추출가능량인 75%보다 낮은 값을 나타내었다. On the other hand, Li 2 MnO 3 powder prepared by heat treatment at 550 ° C and 650 ° C and 700 ° C showed lower value than Li + extractable amount of 75% according to ion exchange mechanism.

도 8(a)와 도 8(b)에 나타난, H+의 활용성은 각 Li2MnO3에서 추출된 Li+와 유사한 경향을 나타낸다. 그리고 24시간동안 산처리를 수행한 경우에도 용액 내에 Mn이 검출되지 않은 점에서, Mn이 H2SO4 용액에 안정하다는 것을 다시 확인할 수 있었다. 생성된 Li+ 흡착 사이트는 Li2MnO3의 실제 Li+ 함량을 기초로 65~89%를 나타내었다.
The utility of H + shown in Figs. 8 (a) and 8 (b) is similar to Li + extracted from each Li 2 MnO 3 . It was confirmed again that Mn was stable in the H 2 SO 4 solution because no Mn was detected in the solution even when the acid treatment was carried out for 24 hours. The resulting Li + adsorption sites showed 65 ~ 89% based on the actual Li + content of Li 2 MnO 3 .

산처리하여 제조된 각 흡착제에 대한 산 기반 적정에 의한 H, Li 및 Mn의 함량과 ICP-MS를 통한 원소분석 결과를 표 5에 나타내었다.Table 5 shows the contents of H, Li, and Mn by acid-based titration for each adsorbent prepared by acid treatment and the elemental analysis results by ICP-MS.

Figure 112013027199130-pat00005
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원소분석에 의한 결과와 추출데이터를 기반으로 계산된 Li과 Mn의 함량을 비교한 결과, 제조된 Li2MnO3에 포함된 Li의 함량에 대한 경향은 원소분석에 의한 경우가 조금 작게 나왔지만, 두 측정방법 모두에서 상당부분 일치하였다. 그리고 추출데이터에 따르면, Li2MnO3의 Li+ 함량은 산처리 이후에 72.5~90.2% 범위로 감소했다.As a result of the elemental analysis and the comparison of Li and Mn contents calculated based on the extracted data, the tendency of the content of Li contained in the produced Li 2 MnO 3 was slightly smaller than that of elemental analysis, All of the methods were consistent. According to the extracted data, Li + content of Li 2 MnO 3 decreased to 72.5 ~ 90.2% after acid treatment.

추출데이터를 기반으로 확인된 Li2MnO3에 포함된 Mn의 함량은 산처리 이후에 6.0~8.16% 범위로 증가하였으며, 원소분석의 경우에는 이 값이 더 높았다. 이는 Mn의 실제 산화수를 한번 결정하면서 흡착제의 화학식이 예측되기 때문에, 원소분석에 약간의 오류가 발생한 것으로 보인다.
The content of Mn in Li 2 MnO 3 identified on the basis of the extracted data increased to 6.0 ~ 8.16% after acid treatment, and this value was higher in elemental analysis. This is due to the fact that the formula of the adsorbent is predicted once the actual oxidation number of Mn is determined.

도 9는 본 실시예에 따라 제조된 Li2MnO3기반 흡착제에 대한 XRD 분석 결과이다.FIG. 9 shows the results of XRD analysis of Li 2 MnO 3 -based adsorbent prepared according to this example.

도시된 것과 같이, 산처리를 수행한 뒤에도 결정질의 성질을 나타내고 있으며, 회절피크들이 조금 옆으로 이동하여 45°에 위치한 피크가 붕괴되었다. 21°~23°범위의 약하지만 넓은 피크는 O3에서 P2에 이르는 적층 산소면의 전단과 Mn이 풍부한 층에서의 Li-Mn 배치가 유지되었기 때문이며, 이는 산처리 이후에도 Li2MnO3의 구조를 유지하고 있는 것을 나타낸다.
As shown, even after the acid treatment, the diffraction peaks slightly shifted laterally and the peak located at 45 ° collapsed. The weak but broad peak in the 21 ° to 23 ° range is due to the maintenance of the Li-Mn arrangement in the shear and Mn-rich layers of the stacked oxygen plane from O 3 to P 2 , which maintains the structure of Li 2 MnO 3 .

도 10은 본 실시예에 따라 제조된 Li2MnO3기반 흡착제에 대한 전계방출 전자주사현미경 사진이다.10 is a field emission electron micrograph of a Li 2 MnO 3 -based adsorbent produced according to this example.

(a) 내지 (e)는 각각 500℃, 550℃, 600℃, 650℃ 및 700℃에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3 분말을 기초로 제조된 흡착제의 50000배 확대 사진이다.(a) to (e) are 50000 times magnified images of the adsorbent prepared on the basis of Li 2 MnO 3 powder prepared by heat-treating at 500 ° C, 550 ° C, 600 ° C, 650 ° C and 700 ° C, respectively.

산처리를 수행한 결과, 전반적으로 막대모양의 결정질 모양을 나타내고 있으며 일부 구형입자가 뭉쳐있는 것을 확인할 수 있다.As a result of the acid treatment, the overall shape of the rod was crystalline and some spherical particles were clustered.

이러한 막대모양을 형성하는 과정은 다음과 같다. 먼저, Li 층의 자리에서 H+와의 이온교환에 따른 쪼개짐이 발생하면서 격자수축이 수반된다. 이러한 수축이 반응하지 않은 Li2MnO3의 접촉면에 강한 스트레스와 형상 왜곡을 생성하여 크랙이 형성되며, 크랙은 Li+의 추출을 촉진하고 판형상의 입자를 생성한다. 막대 모양 입자는 LiMn2 판에서 Li가 용해되면서 터널구조를 형성한 뒤에 막대 모양으로 깨져서 생성되는 것으로 여겨진다.
The process of forming such a bar shape is as follows. First, cleavage occurs due to ion exchange with H + in the Li layer, and lattice shrinkage is accompanied. This shrinkage generates strong stress and shape distortion on the contact surface of unreacted Li 2 MnO 3 to form cracks, and cracks promote the extraction of Li + and produce plate-like particles. It is believed that rod-shaped particles are formed by dissolving Li in the LiMn 2 plate and breaking into a bar shape after forming the tunnel structure.

본 실시예에 따라 제조된 Li2MnO3기반 흡착제 대한 BET 분석 결과를 표 6에 나타내었다.The results of the BET analysis of the Li 2 MnO 3 -based adsorbent prepared according to this example are shown in Table 6.

Figure 112013027199130-pat00006
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산처리 전과 비교하여, 산처리 이후에 표면적이 17~56배로 크게 증가하였으며, 가장 큰 증가는 650℃에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3를 기반으로 제조한 흡착제에서 관찰되었다. Compared with before the acid treatment, the surface area increased greatly by 17 ~ 56 times after the acid treatment, and the greatest increase was observed in the adsorbent based on Li 2 MnO 3 prepared by heat treatment at 650 ° C.

이러한 표면적의 변화는, 앞선 전계방출 전자주사현미경 사진에서 확인한 것과 같이, 산처리 전에 마이크로 사이즈의 구형 및 다면체형 입자 상태에서 산처리 이후에 나노 사이즈의 막대형 입자로 변화한 결과이다.This change in surface area is a result of the change of the microsized spherical and polyhedral microspheres before the acid treatment to the nano-sized microspheres after the acid treatment, as confirmed by the above-mentioned field emission electron microscope photograph.

산처리하여 제조된 흡착제는, 650℃에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3를 제외하고, 제조를 위한 열처리 온도가 높을수록 산처리 이후의 표면적이 감소하였다. 650℃에서 제조된 Li2MnO3의 경우 6500℃ 제조된 흡착제와 비슷한 결과를 보여주었다.Except for Li 2 MnO 3 prepared by heat treatment at 650 ℃, the surface area after acid treatment decreased with increasing heat treatment temperature. Li 2 MnO 3 prepared at 650 ° C showed similar results as the adsorbent prepared at 6500 ° C.

BET 분석으로 계산된 기공의 크기는 8.5nm~12.1nm의 범위를 나타내었으며, 700℃에서 열처리된 Li2MnO3를 산처리하여 제조된 흡착제의 기공크기가 산처리 전의 기공크기에 비하여 약 14% 크게 감소한 것을 제외하면, 산처리 전의 기공크기와 유사했다.
The pore size calculated by BET analysis ranged from 8.5 nm to 12.1 nm. The pore size of the adsorbent prepared by acid treatment of Li 2 MnO 3 heat-treated at 700 ° C was about 14% The pore size was similar to that before the acid treatment, except for a significant decrease.

LiLi 22 MnOMnO 33 기반 흡착제의 리튬 회수 효과 확인Determination of the effect of lithium-based adsorbent on lithium recovery

이하에서는 본 실시예에 따라 제조된 Li2MnO3기반 흡착제에 대하여 리튬 회수 실험을 수행하여, 효과 및 최적의 회수조건을 확인한다.
Hereinafter, the Li 2 MnO 3 -based adsorbent produced according to the present embodiment is subjected to a lithium recovery experiment to confirm the effect and optimum recovery conditions.

먼저, pH 조건에 따른 리튬 회수 효과를 확인하기 위해서, pH를 2, 7 및 11로 조절한 LiOH 용액에 500℃로 열처리하여 제조된 Li2MnO3 기반의 흡착제를 사용하여 리튬 회수 실험을 하였다.First, in order to confirm the effect of recovering lithium according to the pH condition, lithium recovery experiment was performed using Li 2 MnO 3 -based adsorbent prepared by heat treatment at 500 ° C. to LiOH solution adjusted to pH 2, 7 and 11.

pH의 조절은 5.0N의 HCl용액을 사용했으며, 1000ppm의 LiCl 용액을 사용해서 용액의 농도를 7.0ppm 으로 조절하였다. LiOH 용액 50ml에 흡착제 50mg을 첨가하였으며, 25℃의 온도에서 5.5일 동안 리튬 회수 실험을 수행하였다.The pH was adjusted by using 5.0N HCl solution and the concentration of the solution was adjusted to 7.0 ppm by using a 1000 ppm LiCl solution. 50 mg of the adsorbent was added to 50 ml of the LiOH solution, and a lithium recovery test was conducted at a temperature of 25 캜 for 5.5 days.

도 11은 본 실시예에 따라 제조된 흡착제의 pH 조건에 따른 리튬 회수 실험 결과이다.FIG. 11 shows the results of lithium recovery test according to the pH condition of the adsorbent prepared according to this embodiment.

도 11(a)는 리튬 회수 실험을 수행하기 전과 수행한 이후에 용액의 pH 변화를 나타내고, 도 11(b)는 pH에 따른 리튬 흡착 능력을 나타낸다.Fig. 11 (a) shows the pH change of the solution before and after the lithium recovery experiment, and Fig. 11 (b) shows the lithium adsorption ability according to the pH.

도 11(a)에 도시된 것과 같이, pH가 2인 용액은 리튬 회수 실험 이후에도 pH의 변화가 거의 없이 소폭 증가하였으나, pH가 7인 용액과 11인 용액은 실험 이후에 pH가 크게 감소하였다. 이러한 pH의 변화는 용액속의 Li+이온이 H+이온과 교환된 것을 나타내며, 리튬의 회수가 많이 진행된 것으로 생각할 수 있다.As shown in FIG. 11 (a), the pH of the solution having pH 2 slightly increased without any change in pH even after the lithium recovery experiment. However, the pH and the solution having pH 7 and 11 decreased greatly after the experiment. This change in pH indicates that the Li + ion in the solution has been exchanged with the H + ion, and it can be considered that the recovery of lithium has progressed greatly.

도 11(b)에 도시된 것과 같이, 회수용액의 초기 pH가 높을수록 본 실시예에 따라 제조된 흡착제의 리튬 흡착 성능이 향상되는 것을 알 수 있다. 한편, 초기 pH가 2인 용액에서는 Li의 침출이 발생하였으며, 이러한 Li 침출은 대상용액의 초기 pH가 2.8 이하인 경우에 발생하는 것으로 확인되었다.As shown in FIG. 11 (b), the higher the initial pH of the recovered solution, the better the lithium adsorption performance of the adsorbent prepared according to this example. On the other hand, the leaching of Li occurred in the solution with the initial pH of 2, and it was confirmed that the leaching of Li occurred when the initial pH of the solution was 2.8 or less.

pH가 7인 용액에서 흡착제의 리튬회수능력은 0.96±0.17(mg Li+/g adsorbent)로 나타났다. 그러나 pH가 11인 용액에서는 흡착제의 리튬회수능력이 5.12±0.03(mg Li+/g adsorbent)까지 향상되었다.
In the solution with pH 7, the adsorbent lithium recovery capacity was 0.96 ± 0.17 (mg Li + / g adsorbent). However, in the solution with pH 11, the lithium recovery capacity of the adsorbent was improved to 5.12 ± 0.03 (mg Li + / g adsorbent).

흡착제 제조 과정 중의 열처리 온도 조건에 따른 리튬 회수 효과를 확인하기 위해서, 여러 온도로 열처리하여 제조된 Li2MnO3 기반의 흡착제를 사용하여 리튬 회수 실험을 하였다.In order to investigate the effect of heat treatment temperature on the adsorbent production process, lithium recovery experiment was conducted using Li 2 MnO 3 - based adsorbent prepared by heat treatment at various temperatures.

pH가 13이고 Li의 농도가 825ppm인 회수용액 50ml에 흡착제 1g을 첨가하였으며, 25℃의 온도에서 5.5일 동안 리튬 회수 실험을 수행하였다.1 g of the adsorbent was added to 50 ml of the recovered solution having a pH of 13 and a Li concentration of 825 ppm, and a lithium recovery test was conducted at a temperature of 25 캜 for 5.5 days.

도 12는 흡착제 제조과정의 열처리 온도에 따른 리튬 회수 실험 결과이다.12 shows the results of lithium recovery test according to the heat treatment temperature in the process of producing an adsorbent.

도 12(a)는 리튬 회수 실험을 수행하기 전과 수행한 이후에 용액의 pH 변화를 나타내고, 도 12(b)는 열처리 온도에 따른 리튬 흡착 능력을 나타낸다.FIG. 12 (a) shows the pH change of the solution before and after the lithium recovery experiment, and FIG. 12 (b) shows the lithium adsorption ability according to the heat treatment temperature.

도 12(a)에서 회수 실험이후의 pH는 회수용액의 초기 pH가 높았기 때문에 조금만 감소하였다.In Fig. 12 (a), the pH after the recovery experiment was slightly decreased because the initial pH of the recovered solution was high.

도 12(b)에 도시된 것과 같이, 흡착제들의 회수능력은 13.1 내지 23.5(mg Li+/g adsorbent) 범위를 나타내었으며, 500℃에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3 기반 흡착제가 가장 높았고 650℃에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3 기반 흡착제가 다음으로 높았다.As shown in FIG. 12 (b), the adsorbent recovery capacity was in the range of 13.1 to 23.5 mg Li + / g adsorbent, and the Li 2 MnO 3 -based adsorbent prepared by heat treatment at 500 ° C was the highest, The adsorbent based on Li 2 MnO 3 prepared by heat treatment was the next highest.

용액속의 모든 Li+가 흡착될 경우에 달성할 수 있는 리튬 흡착 성능의 최댓값은 31.7~57.0% 이지만, 산처리 과정에서의 Li 추출실험에서 계산된 이론적인 리튬 흡착 성능은 17.3~23.5%였다. 나아가 pH 13의 용액에 대한 회수 실험에서는, Mn의 침출이 관찰되었지만 흡착제의 전체 Mn 대비 1%미만으로 침출되었다.
The maximum amount of lithium adsorption performance that can be achieved when all the Li + ions in the solution are adsorbed is 31.7 to 57.0%, but the theoretical lithium adsorption performance calculated from the Li extraction experiment in the acid treatment is 17.3 to 23.5%. Further, in the recovery experiment for the solution of pH 13, leaching of Mn was observed, but leaching was less than 1% of the total Mn of the adsorbent.

리튬 흡착반응의 평형 시간을 확인하기 위해서, 500℃에서 열처리하여 제조된 Li2MnO3 기반의 흡착제를 사용하여 리튬 회수 실험을 수행하면서 시간별 변화를 관찰하였다.In order to confirm the equilibrium time of the lithium adsorption reaction, the lithium recovery experiment using Li 2 MnO 3 - based adsorbent prepared by heat treatment at 500 ° C. was performed and the change with time was observed.

pH가 약 11이고 Li의 농도가 7ppm인 회수용액 1.0L에 흡착제 1g을 첨가하였으며, 25℃의 온도에서 6일 동안 리튬 회수 실험을 수행하였다.1 g of the adsorbent was added to 1.0 L of the recovered solution having a pH of about 11 and a Li concentration of 7 ppm, and a lithium recovery experiment was conducted at a temperature of 25 캜 for 6 days.

도 13은 리튬 회수 실험 시간에 따른 측정결과이다.Fig. 13 shows the results of measurement according to the lithium recovery experiment time.

도 13(a)는 리튬 회수 실험 시간에 따른 회수용액의 pH 변화를 나타낸 그래프이고, 도 13(b)는 리튬 회수 실험 시간에 따른 회수용액의 Li+ 농도 및 흡착제의 리튬 흡착 성능 변화를 나타낸 그래프이다.13 (b) is a graph showing the change in Li + concentration of the recovered solution and the lithium adsorption performance of the adsorbent according to the time period of the lithium recovery experiment. FIG. 13 (a) is a graph showing the pH change of the recovered solution according to the lithium recovery test time, to be.

도 13(a)에 도시된 것과 같이, 회수용액의 pH는 초기 6시간 정도 만에 11.2에서 6.5로 낮아졌다. 회수용액의 ph는 이온교환이 진행되어 평형상태에 이른 것을 나타내는 좋은 파라미터이며, 초기 6시간 정도에 리튬 흡착 반응이 평형을 이룬 것으로 생각할 수 있다.As shown in Fig. 13 (a), the pH of the recovered solution was lowered from 11.2 to 6.5 in the initial 6 hours. The pH of the recovered solution is a good parameter indicating that the equilibrium state has been reached by the progress of the ion exchange, and it can be considered that the lithium adsorption reaction equilibrated in about the initial 6 hours.

도 13(b)에 도시된 것과 같이, 회수용액 내에 포함된 Li 농도는 6시간 만에, 7.39±0.09 ppm 에서 0.59±0.12 ppm 로 낮아졌다. 평형농도는 평형상태에서 96시간이 지난 후에 약간 상승하였다. 그리고 흡착제의 흡착 성능은 6.80±0.12 (mg Li+/g adsorbents)로 확인되었다.
As shown in FIG. 13 (b), the Li concentration contained in the recovered solution was lowered from 7.39 ± 0.09 ppm to 0.59 ± 0.12 ppm within 6 hours. The equilibrium concentration slightly increased after 96 hours at equilibrium. The adsorption performance of the adsorbent was confirmed to be 6.80 ± 0.12 (mg Li + / g adsorbents).

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Those skilled in the art will understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be construed not only in the specific embodiments but also in the scope of claims, and all technical ideas within the scope of the same shall be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (15)

리튬화합물과 망간화합물을 리튬과 망간의 몰비가 2:1이 되도록 준비하고 혼합하는 단계;
혼합한 재료를 공기 중에서 열처리해서 Li2MnO3를 형성하는 단계; 및
상기 Li2MnO3를 산처리하는 단계를 포함하고,
상기 열처리를 수행하는 온도가 400℃ ~ 800℃이며,
상기 산처리를 수행하는 산이 H2SO4 또는 HNO3 이고,
상기 산처리를 수행하는 온도가 30℃ 이상인 것을 특징으로 하는 Li2MnO3 기반의 흡착제 제조방법.
Preparing and mixing a lithium compound and a manganese compound so that a molar ratio of lithium to manganese becomes 2: 1;
Heat-treating the mixed material in air to form Li 2 MnO 3 ; And
Treating the Li 2 MnO 3 with an acid,
The temperature for performing the heat treatment is 400 ° C. to 800 ° C.,
Wherein the acid which performs the acid treatment is H 2 SO 4 or HNO 3 ,
The method of Li 2 MnO 3-based adsorbent, characterized in that the temperature for performing the acid treatment not less than 30 ℃.
청구항 1에 있어서,
상기 리튬화합물이 Li2CO3인 것을 특징으로 하는 Li2MnO3 기반의 흡착제 제조방법.
The method according to claim 1,
The lithium compound is Li 2 CO 3 in the method of manufacturing the adsorbent based on Li 2 MnO 3, characterized.
청구항 1에 있어서,
상기 망간화합물이 MnCO3인 것을 특징으로 하는 Li2MnO3 기반의 흡착제 제조방법.
The method according to claim 1,
The manganese compound is MnCO 3 The method of producing a Li 2 MnO 3, characterized in that based adsorbent.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 열처리를 수행하는 온도가 450℃ ~ 550℃인 것을 특징으로 하는 Li2MnO3 기반의 흡착제 제조방법.
The method according to claim 1,
Method of producing a Li 2 MnO 3 based adsorbent, characterized in that the temperature for performing the heat treatment of 450 ℃ ~ 550 ℃.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 산처리를 수행하는 산의 농도가 2N~6N 범위인 것을 특징으로 하는 Li2MnO3 기반의 흡착제 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of Li 2 MnO 3-based adsorbent, characterized in that the concentration of the acid to perform the acid treatment of 2N ~ 6N range.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 산처리를 수행하는 온도가 70℃ 이상인 것을 특징으로 하는 Li2MnO3 기반의 흡착제 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of Li 2 MnO 3-based adsorbent, characterized in that the temperature for performing the acid treatment not less than 70 ℃.
청구항 1에 있어서,
상기 산처리를 수행하는 Li2MnO3와 산용액의 비율이 3.0g:1.0L~10g:1.0L 범위이고,
상기 산용액의 농도는 2N~6N 범위인 것을 특징으로 하는 Li2MnO3 기반의 흡착제 제조방법.
The method according to claim 1,
The ratio of Li 2 MnO 3 and acid solution performing the acid treatment is in the range of 3.0 g: 1.0 L to 10 g: 1.0 L,
The concentration of the acid solution is a 2N ~ 6N range of the adsorbent production method of Li 2 MnO 3, characterized in based.
청구항 1 내지 3, 5, 7, 9, 10 중에 하나의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 Li2MnO3 기반의 흡착제. An adsorbent based on Li 2 MnO 3 , which is produced by one of claims 1 to 3, 5, 7, 9 and 10. 청구항 11의 흡착제를 이용하여 회수용액으로부터 리튬을 회수하는 것을 특징으로 하는 리튬 회수 방법.A lithium recovery method, comprising recovering lithium from a recovered solution using the adsorbent of claim 11. 청구항 12에 있어서,
상기 회수용액의 pH가 2.8이상인 것을 특징으로 하는 리튬 회수 방법.
The method of claim 12,
Wherein the pH of the recovered solution is at least 2.8.
청구항 12에 있어서,
상기 회수용액의 pH가 5이상인 것을 특징으로 하는 리튬 회수 방법.
The method of claim 12,
Wherein the pH of the recovered solution is 5 or more.
청구항 12에 있어서,
회수용액으로부터 리튬을 회수하는 시간이 6시간 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 회수 방법.
The method of claim 12,
Wherein the time for recovering lithium from the recovered solution is 6 hours or more.
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