KR101792753B1 - A method for recovering lithium compound from waste comprising lithium - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method of collecting a lithium compound from lithium-containing waste. More specifically, the present invention relates to a lithium collecting method in which by using waste containing lithium, lithium carbonate, a lithium composite metal oxide, a lithium salt, or the like; a collecting process is performed under a reduction atmosphere after waste such as process sludge, waste water sludge, cathode active material, cathode and anode mixed material, or effluent created when a lithium-ion battery produced or discarded is mixed with high purity carbon powder. As such, the lithium collecting method is capable of separating, at high purity, a solution containing a lithium compound or lithium compound powder such as lithium carbonate from waste. According to the present invention, lithium, which is a valuable metal, is able to stably be collected at high purity by recycling lithium-containing waste, and efficient usage of resources is able to be promoted by preventing environmental pollution and improve economic efficiency.

Description

리튬 함유 폐기물로부터 리튬 화합물을 회수하는 방법{A METHOD FOR RECOVERING LITHIUM COMPOUND FROM WASTE COMPRISING LITHIUM}METHOD FOR RECOVERING LITHIUM COMPOUND FROM WASTE COMPRISING LITHIUM BACKGROUND OF THE INVENTION [0001]

본 발명은 리튬 함유 폐기물로부터 리튬 화합물을 회수하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 리튬, 탄산리튬, 리튬 복합금속산화물 또는 리튬염 등 리튬이 포함된 폐기물을 이용하는 것으로 리튬이온전지의 생산 또는 폐기과정에서 발생하는 공정오니, 폐수오니, 양극활물질, 음극/양극 함유 혼합제 또는 폐액 등의 폐기물을 고순도의 탄소 분말과 혼합하여 환원분위기에서 회수 공정을 진행함으로써, 이들 폐기물로부터 리튬 화합물이 포함된 수용액 또는 리튬 화합물 분말을 고순도로 분리할 수 있는 리튬 회수방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for recovering a lithium compound from a lithium-containing waste, and more particularly, to a method for recovering a lithium compound from a lithium-containing waste by using a waste containing lithium such as lithium, lithium carbonate, lithium composite metal oxide, The recovered process is carried out in a reducing atmosphere by mixing the produced sludge, wastewater sludge, the cathode active material, the mixture containing the anode / cathode mixture or the waste liquid with the high-purity carbon powder, thereby obtaining an aqueous solution containing the lithium compound or a lithium compound To a lithium recovery method capable of separating the powder with high purity.

리튬(Lithium)은 주기율표 1족 2주기에 속하는 알칼리금속원소로 원자로의 제어봉, 유기합성의 촉매, 환원제, 리튬전지 및 각종 합금의 첨가제 등의 소재로 쓰이는 희소 금속으로 그 매장량이 충분하지 않다. Lithium is an alkali metal element belonging to two groups of periodic table 1 group. It is a rare metal used as a control rod of a reactor, a catalyst for organic synthesis, a reducing agent, a lithium battery, and an additive for various alloys.

특히, 핸드폰 각종 전자기기, 방산업이나 자동화시스템, 전기자동차산업 그리고 항공산업 분야에 이용되는 리튬이온전지의 주 소재로 사용되고 있으며 점점 그 사용량이 증가하는 추세로 수요가 늘어나면서 고갈 가능성이 지속적으로 제기되는 상황이다. Especially, it is used as the main material of lithium ion battery used in various electronic devices of mobile phone, room industry, automobile system, electric automobile industry, and aviation industry. As the usage of lithium ion battery is gradually increasing, demand is increasing and possibility of depletion is continuously raised .

또한, 리튬은 사용량과 증가와 함께 폐기량도 증가하고 있으나, 리튬을 함유하는 폐기물은 단순 폐기처분이 곤란한 환경유해물질을 다량으로 포함하고 있어 환경오염 방지, 자원의 효율적 이용 및 경제성을 도모하기 위해 이를 재활용하여 리튬을 회수하는 방안을 개발하는 것이 요구된다.In addition, although the amount of lithium to be used increases with the increase and the amount of waste, the lithium-containing waste contains a large amount of environmentally harmful substances, which are difficult to dispose of simply. Therefore, in order to prevent environmental pollution, It is required to develop a method of recovering lithium by recycling.

그러나, 종래의 리튬을 재활용하는 기술은 주로 폐리튬이온전지로부터 재활용하는 방법에 주로 국한되어 있고, 이들 기술은 졸-겔(sol-gel)법 또는 산을 이용한 침출법 등에 제한되어 있다.However, the conventional technique for recycling lithium is mainly limited to a method mainly for recycling from a waste lithium ion battery, and these techniques are limited to a sol-gel method or a leaching method using an acid.

한편, 대한민국 등록특허 제10-1049937호는 폐리튬 이차전지의 양극물질에 탄소계 물질을 첨가한 후 산소 또는 공기가 주입된 산화 분위기에서 열분해하여 리튬을 회수하는 방법을 개시하고 있으나, 산소 또는 공기 중에서와 같은 산화 분위기에서는 탄산리튬(Li2CO3)이 열분해로 생성되지 않아 최종적으로 고순도의 리튬을 회수할 수 없다는 등의 문제가 있다.Korean Patent Registration No. 10-1049937 discloses a method of recovering lithium by adding a carbonaceous material to a cathode material of a spent lithium secondary battery and then pyrolyzing in an oxidizing atmosphere in which oxygen or air is injected, Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is not generated by pyrolysis under the same oxidizing atmosphere as that in the above, and ultimately lithium of high purity can not be recovered.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 리튬을 함유하는 폐기물로부터 리튬 화합물을 회수하기 위한 방법을 연구하던 중, 상기와 같은 폐기물을 고순도의 탄소 분말과 혼합하여 환원분위기에서 회수 공정을 진행하는 경우, 리튬 화합물이 포함된 수용액 또는 탄산리튬과 같은 리튬 화합물 분말의 안정적 회수가 가능하며 회수율 또한 우수하다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.In order to solve the above problems, the present inventors have studied a method for recovering a lithium compound from a waste containing lithium. The inventors of the present invention conducted a recovery process in a reducing atmosphere by mixing the waste with the high purity carbon powder It is possible to recover an aqueous solution containing a lithium compound or a lithium compound powder such as lithium carbonate, and the recovery rate is also excellent. Thus, the present invention has been completed.

본 발명의 하나의 목적은 리튬 함유 폐기물로부터 리튬 화합물이 포함된 수용액을 회수하는 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for recovering an aqueous solution containing a lithium compound from a lithium-containing waste.

본 발명의 또 하나의 목적은 리튬 함유 폐기물로부터 리튬 화합물 분말을 회수하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for recovering a lithium compound powder from a lithium-containing waste.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 리튬 함유 폐기물로에 탄소 분말을 혼합한 후 이를 환원분위기에서 소성하여 리튬을 회수하는 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of recovering lithium by mixing carbon powder into a lithium-containing waste furnace and firing the mixture in a reducing atmosphere.

하나의 구체적인 양태로, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 함유 폐기물로부터 리튬 화합물이 포함된 수용액을 회수하는 방법을 제공한다:In one specific embodiment, the present invention provides a method of recovering an aqueous solution comprising a lithium compound from a lithium-containing waste comprising the steps of:

(S1) 리튬 함유 폐기물에 탄소 분말을 혼합하는 단계;(S1) mixing the carbon powder with the lithium-containing waste;

(S2) 상기 (S1) 단계의 혼합물을 대기 중 산소가 0 내지 3%로 존재하는 환원분위기에서 600 내지 700℃의 온도로 소성하는 단계;(S2) firing the mixture of the step (S1) to a temperature of 600 to 700 ° C in a reducing atmosphere in which atmospheric oxygen is present at 0 to 3%;

(S3) 상기 (S2) 단계의 소성물을 분파쇄한 다음 수세 후 농축하여 리튬 화합물이 포함된 수용액을 얻는 단계;(S3) pulverizing the sintered material in the step (S2), and then concentrating it after washing with water to obtain an aqueous solution containing a lithium compound;

본 발명에 있어서, 상기 (S1) 단계의 리튬 함유 폐기물로는 리튬이온전지의 생산 또는 폐기과정에서 발생하는 공정오니, 폐수오니, 양극활물질, 음극 및 양극 혼합재 또는 폐액 등이 있으며 이에 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 리튬, 탄산리튬, 리튬 복합금속산화물 또는 리튬염이 포함된 폐기물이면 어느것이든 이용 가능하다. In the present invention, the lithium-containing waste in the step (S1) includes a process sludge, a waste water sludge, a cathode active material, a cathode and a cathode mixture or a waste liquid generated during the production or disposal of a lithium ion battery, no. Further, any waste containing lithium, lithium carbonate, lithium composite metal oxide or lithium salt can be used.

본 발명에 있어서, 상기 리튬 함유 폐기물을 이용할 경우 공정의 효율을 높이기 위해 분쇄, 파쇄, 유기물질의 소성, 불순물의 여과 및 분리 등의 전처리 공정을 실시할 수 있다. In the present invention, in the case of using the lithium-containing waste, a pretreatment process such as crushing, crushing, firing of an organic material, filtration and separation of impurities can be performed in order to increase the efficiency of the process.

하나의 구체적인 예로, 리튬 함유 폐기물이 공정오니, 폐수오니 또는 폐액 등인 경우 상기 전처리 공정은 이에 특별히 한정되는 것은 아니나 여과막, 분리막 또는 스크린을 이용하여 모래, 흙, 플라스틱, 폐기물 찌꺼기와 같은 불순물을 제거함으로써 실시될 수 있다. In one specific example, when the lithium-containing waste is a process sludge, a wastewater sludge or a waste liquid, the pretreatment process is not particularly limited thereto, but it is possible to remove impurities such as sand, soil, plastic and waste residue using a filtration membrane, separation membrane or screen .

하나의 구체적인 예로, 리튬 함유 폐기물이 폐리튬전지, 양극활물질 또는 음극 및 양극 혼합재인 경우 상기 전처리 공정은 이에 특별히 한정되는 것은 아니나 방전, 분쇄, 파쇄, 스크리닝, 소성 또는 용해 공정을 포함할 수 있다.In one specific example, when the lithium-containing waste is a waste lithium battery, a cathode active material, or a cathode and a cathode mixture, the pretreatment process may include discharging, crushing, crushing, screening, firing or dissolving processes.

본 발명의 상기 (S1) 단계는 리튬 함유 폐기물에 탄소 분말을 혼합하는 단계이다. 상기 탄소 분말은 탄소를 주성분으로 포함하는 물질로 카본 블랙, 카본 분말, 탄소 분말 또는 흑연 등 그 명칭에 제한되지 않는다. 상기 탄소 분말에는 탄소 외 성분으로 Ca, Mg, K, Na 및 기타 불순물(조회분, 수분 및 기타 금속물질 등)을 포함될 수 있으나, 이들은 전체 함량에서 각각 500ppm을 초과하여 포함되어서는 안된다. 특히, 상기 탄소 분말는 탄소 외 성분으로 Ca, Mg, K, Na를 주로 함유하고 있으므로, 이들 Ca, Mg, K, Na은 상기 범위를 초과하지 않아야만 높은 리튬 회수율을 달성할 수 있다.The step (S1) of the present invention is a step of mixing carbon powder into lithium-containing waste. The carbon powder is a material containing carbon as a main component and is not limited to carbon black, carbon powder, carbon powder, graphite or the like. The carbon powder may contain Ca, Mg, K, Na and other impurities (such as dust, moisture and other metallic substances) as an external component of carbon, but they should not contain more than 500 ppm in total. In particular, since the carbon powder mainly contains Ca, Mg, K, and Na as an external component of carbon, a high lithium recovery rate can be achieved only if Ca, Mg, K, and Na do not exceed the above range.

즉, 상기 Ca, Mg, K, Na은 각각 0 내지 500ppm로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 탄소 외 성분의 함량 중 어느 하나 이상이 500ppm을 초과하는 경우, 하기 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이 리튬의 회수율이 현저히 감소하게 된다. That is, Ca, Mg, K, and Na are preferably contained in an amount of 0 to 500 ppm, respectively. When at least one of the content of the non-carbon component exceeds 500 ppm, the recovery rate of lithium is remarkably reduced as shown in the following examples.

하나의 바람직한 양태로서, 상기 탄소 분말는 산업폐기물로부터 수득할 수 있다.In one preferred embodiment, the carbon powder can be obtained from industrial wastes.

하나의 구체적인 실시예로, 상기 탄소 분말은 하기의 공정을 통해 정제함으로써 수득할 수 있다:In one specific embodiment, the carbon powder can be obtained by purification through the following process:

(S11) 탄소가 포함된 분말을 700 내지 900℃로 소성하는 단계;(S11) firing the carbon-containing powder at 700 to 900 占 폚;

(S12) 상기 (S11) 단계의 소성물을 산으로 처리하여 용융시키는 단계;(S12) treating the fired product in the step (S11) with an acid to melt the product;

(S13) 상기 (S12) 단계의 용융물을 수세하는 단계; 및(S13) washing the melt in the step (S12); And

(S14) 상기 (S13) 단계의 수세물을 여과하는 단계. (S14) filtering the water washed in the step (S13).

이하, 탄소 분말의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for producing a carbon powder will be described in detail.

먼저, 상기 (S11) 단계는 탄소가 포함된 분말을 700 내지 900℃로 소성하는 단계로 탄소가 포함된 분말 내의 전해질, 유기물 또는 불순물을 제거하기 위한 단계이다.First, the step (S11) is a step for firing the carbon-containing powder at 700 to 900 DEG C to remove the electrolyte, organic matter or impurities in the carbon-containing powder.

상기 소성온도가 700℃ 미만인 경우 유기물 또는 불순물이 충분히 제거되지 않을 수 있고 900℃를 초과하는 경우 공정시간이 길어지고 비용효율이 감소한다.If the calcination temperature is lower than 700 ° C, the organic matter or impurities may not be sufficiently removed. If the calcination temperature is higher than 900 ° C, the process time becomes longer and the cost efficiency decreases.

상기 탄소가 포함된 분말은, 산업폐기물로부터 수득할 수 있는데, 상기 산업폐기물로는 탄소를 포함한 것으로 태양전지 용 셀·웨이퍼, 고온 가스로용 노심재, 흑연 도가니, 핫프레스 주형, 주조용 다이스 또는 리튬전지 등 탄소를 주성분으로 사용하는 폐기물로부터 수득할 수 있으며, 특히 폐리튬전지의 전극활물질로부터 수득할 수 있다. 상기 산업폐기물로부터 상기 탄소 분말를 수득하여 이용할 경우 대량으로 발생하는 탄소 함유 폐기물을 효과적으로 재활용할 수 있어 환경오염을 방지하고 경제성을 높여 자원의 효율적 이용을 도모할 수 있다.The carbon-containing powder can be obtained from industrial wastes. The industrial wastes include carbon, a cell wafer for a solar cell, a core material for a hot gas furnace, a graphite crucible, a hot press mold, a casting die or a lithium Batteries and the like as a main component, and can be obtained from an electrode active material of a spent lithium battery. When the carbon powder is obtained from the industrial wastes, it is possible to effectively recycle the carbon-containing wastes generated in large quantities, thereby preventing environmental pollution and enhancing the economical efficiency, thereby enabling efficient use of resources.

상기 (S12) 단계는 산(황산, 염산, 질산 또는 옥살산), 바람직하게는 pH 2 이하의 강산을 이용하여 소성물 내의 금속성분(Ca, Mg, K, Na, Al, Fe 및 Ti 등)을 침출시켜 제거하고 소성된 탄소 분말을 용융시킴으로써 탄소 첨가제의 순도를 높이기 위한 것으로 외부공기 유입에 의한 불순물오염을 억제하기 위해서 밀폐된 상태에서 실시하는 것이 바람직하다.The step (S12) is a step of dissolving the metal components (Ca, Mg, K, Na, Al, Fe and Ti and the like) in the calcined product using an acid (sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or oxalic acid) It is preferable to carry out the process in a sealed state in order to suppress impurity contamination due to the inflow of external air to remove carbon dioxide by leaching and to increase the purity of the carbon additive by melting the fired carbon powder.

상기 (S13) 단계는 (S12) 단계를 거쳐 불순물이 제거된 용융물을 수세하는 단계로, 용융물에 남아 있는 산성분을 제거하고 탄소 분말을 선택적으로 용출시키는 단계이다.The step (S13) is a step of washing the molten material from which the impurities have been removed through the step (S12), wherein the acid component remaining in the molten material is removed and the carbon powder is selectively eluted.

상기 수세 시간은 특별히 제한되는 것은 아니나, (S12) 단계의 산성분이 충분히 제거되고 공정효율을 고려하여 1 내지 12 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.Although the water washing time is not particularly limited, it is preferable that the acid component in step (S12) is sufficiently removed and the treatment is performed for 1 to 12 hours in consideration of the process efficiency.

상기 (S14) 단계는 (S13) 단계의 수세물을 여과함으로써 탄소 분말을 수득하는 단계이다. 상기 여과는 스크린, 여과막, 멤브레인, 필터 또는 마이크로 필터를 이용하여 여과, 정밀여과, 한외여과 또는 역삼투 방법 등을 이용하여 실시할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.The step (S14) is a step of obtaining a carbon powder by filtering the water washed in the step (S13). The filtration can be performed by using a screen, a filtration membrane, a membrane, a filter, or a microfilter using filtration, microfiltration, ultrafiltration or reverse osmosis, but is not limited thereto.

상기 공정에서 탄소 분말의 순도를 높이기 위해 (S12) 내지 (S14) 단계를 공정시간과 경제성을 고려하여 반복적으로 추가 실시할 수 있다.In order to increase the purity of the carbon powder in the above process, steps (S12) to (S14) may be repeatedly performed in consideration of the process time and economy.

상기 (S11) 내지 (S14) 단계를 통해 탄소 첨가제 내의 탄소의 함량을 본 발명에서 요구되는 순도 조건, 즉 99.5% 이상으로 높일 수 있으며, 상기 정제공정을 거쳐 수득한 탄소 분말을 리튬을 포함하는 폐기물과 혼합 이용함으로써 리튬 화합물을 회수율을 높일 수 있다.Through the steps (S11) to (S14), it is possible to increase the content of carbon in the carbon additive to the purity condition required by the present invention, that is, 99.5% or more, and the carbon powder obtained through the purification process, It is possible to increase the recovery rate of the lithium compound.

상기 (S1) 단계에서 리튬 함유 폐기물과 탄소 분말의 혼합은 상기 폐기물에 포함된 리튬과 탄소 분말이 1 : 0.5 내지 3의 몰농도(M)비로 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 탄소 분말의 몰농도(M)비가 3을 초과하는 경우 공정의 효율성이 감소하며 0.5 미만인 경우 탄소 분말이 상기 리튬과 충분히 반응할 수 없어 리튬의 회수율이 현저히 감소하게 된다. In the step (S1), it is preferable that the lithium-containing waste and the carbon powder are mixed at a molar concentration (M) ratio of 1: 0.5 to 3 in the lithium contained in the waste. If the molar concentration (M) ratio of the carbon powder exceeds 3, the efficiency of the process decreases. If the molar concentration (M) is less than 0.5, the carbon powder can not sufficiently react with the lithium, so that the recovery rate of lithium is significantly reduced.

상기 (S2) 단계는 상기 (S1) 단계의 혼합물을 산소가 제거된 환원분위기에서 600 내지 700℃의 온도로 소성하는 단계로, 상기 혼합물에 포함된 유기물을 제거하고 소성을 통해 (S1) 단계의 혼합물을 환원시키기 위한 단계이다. 리튬 화합물을 최종적으로 수득하기 위해서는 반드시 소성로 내부의 대기 중에 산소가 최대 3% 이하로 존재하는 환원분위기이어야 한다. 산소가 3%를 초과하여 존재하는 경우 소성로 내부가 산화분위기가 되어 상기 혼합물에 포함된 리튬산화물을 환원시킬 수 없어 탄산리튬(Li2CO3)이 생성되지 않아 리튬의 회수율이 급격이 낮아진다.The step (S2) is a step of firing the mixture of the step (S1) at a temperature of 600 to 700 ° C in a reducing atmosphere in which oxygen is removed, wherein the organics contained in the mixture are removed and fired This is a step for reducing the mixture. In order to finally obtain a lithium compound, the reducing atmosphere should be such that oxygen in the atmosphere inside the calcining furnace is present at a maximum of 3% or less. If oxygen is present in excess of 3%, the inside of the calcining furnace becomes an oxidizing atmosphere and lithium oxide contained in the mixture can not be reduced, so that lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) is not produced and the recovery rate of lithium is lowered suddenly.

상기 (S2) 단계의 소성 공정은 600 내지 700℃로 진행하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 620 내지 680℃로 진행하는 것이 바람직하다. 상기 소성공정이 600℃ 미만인 경우 (S1) 단계에서 혼합된 혼합물의 환원반응이 잘 일어나지 않으며, 700℃를 초과하는 경우 환원반응의 효율이 낮아 공정시간과 비용측면에서 효율성이 감소한다.The firing step in step (S2) preferably proceeds to 600 to 700 ° C, more preferably to 620 to 680 ° C. When the calcination process is less than 600 ° C., the reduction reaction of the mixture mixed in step (S 1) does not occur well. When the temperature exceeds 700 ° C., the efficiency of the reduction reaction is low and the efficiency in terms of process time and cost is reduced.

상기 (S2) 단계의 소성 공정은 리튬 함유 폐기물의 구성에 따라 10 내지 70분 동안 진행하며, 바람직하게는 15 내지 60분 동안 진행한다. 상기 소성공정이 20분 미만인 경우 상기 혼합물의 환원반응이 잘 일어나지 않으며, 70분을 초과하는 경우 환원반응의 효율이 낮아 공정시간과 비용측면에서 효율성이 감소한다. The firing process in the step (S2) proceeds for 10 to 70 minutes, preferably for 15 to 60 minutes, depending on the composition of the lithium-containing waste. If the calcination process is less than 20 minutes, the reduction reaction of the mixture does not occur well. If the calcination process is more than 70 minutes, the reduction reaction efficiency is low and the efficiency in terms of process time and cost is decreased.

하나의 구체적인 실시예로, 상기 리튬 함유 폐기물이 폐리튬전지의 양극 슬러리인 경우 상기 (S2) 단계의 소성은 620 내지 640℃에서 10 내지 20분 동안 실시하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 625 내지 635℃에서 13 내지 17분 동안 실시한다.In one specific embodiment, when the lithium-containing waste is a positive electrode slurry of a spent lithium battery, firing in the step (S2) is preferably performed at 620 to 640 캜 for 10 to 20 minutes, more preferably, Lt; RTI ID = 0.0 > 635 C < / RTI >

하나의 구체적인 실시예로, 상기 리튬 함유 폐기물이 폐리튬전지의 음극 및 양극 혼합재인 경우 상기 (S2) 단계의 소성은 660 내지 680℃에서 25 내지 35분 동안 실시하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 665 내지 675℃에서 27 내지 37분 동안 실시한다.In one specific embodiment, if the lithium-containing waste is a cathode and a cathode mixture of a spent lithium battery, firing in the step (S2) is preferably performed at 660 to 680 ° C for 25 to 35 minutes, And at a temperature of 665 to 675 DEG C for 27 to 37 minutes.

상기 (S3) 단계는 상기 (S2) 단계의 소성물을 분파쇄한 다음 수세 후 농축하여 리튬 화합물이 포함된 수용액을 얻는 단계로, 상기 농축의 방법은 감압농축, 동결농축, 증발농축, 가열농축, 침전농축, 역삼투농축 등의 방법을 이용할 수 있다. In the step (S3), the sintered product in the step (S2) is pulverized, and then water is washed and concentrated to obtain an aqueous solution containing a lithium compound. The concentration method is a step of decompressing, freezing, evaporating, , Precipitation thickening, reverse osmosis thickening, etc. can be used.

상기 농축방법 중 공정의 효율을 고려하여 바람직하게는 감압농축 또는 역삼투농축 방법을 이용하며, 보다 바람직하게는 감압농축 방법을 이용한다. In consideration of the efficiency of the process in the above-mentioned concentration process, a reduced-pressure or reverse-condensation process is preferably used, and more preferably, a reduced-pressure process is used.

상기 감압농축 방법을 이용할 경우 온도는 35 내지 45℃인 것이 바람직하다. 상기 온도가 35℃ 미만인 경우 농축속도가 느려져 공정효율이 떨어지고 45℃를 초과하는 경우 에너지효율이 감소한다. When the above-described reduced-pressure concentration method is used, the temperature is preferably 35 to 45 ° C. If the temperature is lower than 35 ° C, the concentration is slowed down and the process efficiency is lowered. If it exceeds 45 ° C, the energy efficiency is decreased.

다른 하나의 실시양태로, 본 발명은 탄산리튬과 같은 리튬 화합물 분말을 수득하기 위해 상기 (S3) 단계 이후 상기 (S3) 단계의 리튬 화합물이 포함된 수용액을 탈수 건조하여 리튬 화합물 분말을 회수하는 단계(S4 단계)를 추가적으로 실시할 수 있다.In another embodiment, the present invention relates to a process for producing a lithium compound powder such as lithium carbonate by dehydrating and drying an aqueous solution containing a lithium compound in the step (S3) after the step (S3) to recover a lithium compound powder (Step S4).

상기 (S4) 단계는 상기 (S3) 단계에 의해 제조된 리튬 화합물이 포함된 수용액을 탈수 건조하여 리튬 화합물 분말을 회수하는 단계로, 온풍건조기 또는 열풍기를 이용하여 건조함으로써 리튬 화합물 분말을 최종적으로 수득할 수 있다. The step (S4) is a step of dehydrating and drying the aqueous solution containing the lithium compound produced in the step (S3) to recover the lithium compound powder, and drying the powder using a hot air drier or hot air to finally obtain a lithium compound powder can do.

상기한 바와 같이, 본 발명의 리튬 함유 폐기물로부터 리튬 화합물을 회수하는 방법은 탄산리튬, 리튬 복합금속산화물 또는 리튬염 등이 포함된 폐기물을 이용하는 것으로 리튬이온전지의 생산 또는 폐기과정에서 발생하는 공정오니, 폐수오니, 양극활물질, 음극/양극 함유 혼합제 또는 폐수 등의 폐기물을 고순도의 탄소 분말과 혼합하여 환원분위기에서 회수 공정을 진행함으로써, 이들 폐기물로부터 리튬 화합물 수용액 또는 탄산리튬과 같은 리튬 화합물 분말을 고순도로 분리할 수 있는 리튬 화합물의 회수방법을 제공할 수 있다. 본 발명에 따라 리튬을 함유하는 폐기물을 재활용함으로써 유가금속인 리튬을 고순도로 안정적으로 회수할 수 있고, 환경오염을 방지하고 경제성을 높여 자원의 효율적 이용을 도모할 수 있다.As described above, the method for recovering the lithium compound from the lithium-containing waste of the present invention uses waste containing lithium carbonate, lithium composite metal oxide, lithium salt, or the like. , A waste water sludge, a cathode active material, a mixture containing a cathode / an anode mixture or wastewater is mixed with a high purity carbon powder to recover a lithium compound solution or a lithium compound powder such as lithium carbonate from these wastes in a reducing atmosphere, A method of recovering a lithium compound which can be separated into a lithium compound and a lithium compound can be provided. According to the present invention, by recycling lithium-containing waste, lithium, which is a valuable metal, can be recovered in high purity with high purity, and environmental pollution can be prevented, and economic efficiency can be improved and resources can be efficiently used.

도 1은 본 발명의 리튬을 함유하는 폐기물로부터 리튬 화합물 수용액 또는 리튬 화합물 분말을 회수하는 방법을 순서도로 나타낸 것이다.1 is a flowchart showing a method of recovering a lithium compound aqueous solution or a lithium compound powder from waste containing lithium according to the present invention.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

제조예Manufacturing example 1:  One: 폐리튬전지의Of the spent lithium battery 전처리 Pretreatment

폐리튬전지를 방전기를 이용하여 완전히 방전시킨 후 공기 중에서 30분 동안 300℃로 열처리한 다음 0.5 내지 1cm가 되도록 절단하였다. 스크린을 이용하여 플라스틱 조각을 제거하고 전극활물질을 회수하여 분파쇄한 다음 자석 등을 이용하여 철을 제거하였다. The waste lithium battery was completely discharged by using a discharger, and then heat-treated in air at 300 캜 for 30 minutes, and then cut to 0.5 to 1 cm. The plastic pieces were removed using a screen, and the electrode active material was recovered and pulverized, and then iron was removed using a magnet or the like.

실시예Example 1: 리튬 함유 폐기물로부터  1: From the lithium-containing waste 탄산리튬Lithium carbonate 수용액의 회수 Recovery of aqueous solution

하기 표 1의 성분을 갖는 탄소 분말를 상기 제조예 1의 전처리된 폐리튬전지 분말과 혼합하였다. 상기 혼합은 페리튬전지 내의 리튬과 탄소 분말의 혼합비가 1:1의 몰농도(M)비가 되도록 하였다. 상기 혼합물을 소성로 내부의 산소 농도가 2%인 환원분위기에서 650℃로 40분 동안 소성하였다. 상기 소성물을 수세한 다음 40℃에서 감압농축 방법을 이용하여 농축하여 탄산리튬 수용액을 수득하였다. The carbon powder having the components shown in Table 1 was mixed with the pretreated waste lithium battery powder of Preparation Example 1. The mixing was such that the molar ratio (M) of lithium and carbon powder in the peritanium battery was 1: 1. The mixture was calcined at 650 DEG C for 40 minutes in a reducing atmosphere having an oxygen concentration of 2% in the calcining furnace. The sintered product was washed with water and then concentrated under reduced pressure at 40 DEG C to obtain an aqueous solution of lithium carbonate.

비교예Comparative Example 1 내지 8: 리튬 함유 폐기물로부터  1 to 8: From the lithium-containing waste 탄산리튬Lithium carbonate 수용액의 회수 Recovery of aqueous solution

실시예 1과 동일한 조건과 공정에서, 하기 표 1에 나타난 바와 같이 포함된 성분의 함량에 따라 순도가 각기 다른 탄소 분말을 사용하여 탄산리튬 수용액을 수득하였다. In the same conditions and processes as in Example 1, a lithium carbonate aqueous solution was obtained by using carbon powder having different purity according to the content of the contained components as shown in Table 1 below.

시험예 1: 탄소 분말의 순도에 따른 리튬 함유 폐기물로부터 회수한 리튬의 수득율Test Example 1: The yield of lithium recovered from the lithium-containing waste according to the purity of the carbon powder

실시예 1 및 비교예 1 내지 8의 탄산리튬 수용액 100g을 취하여 상기 수용액 중 리튬의 양을 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS: Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy, Thermo사 Xseries II)를 이용하여 측정한 후 중량%를 계산하였다. 상기 측정값에 대한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.100 g of the lithium carbonate aqueous solution of Example 1 and Comparative Examples 1 to 8 was taken and the amount of lithium in the aqueous solution was measured using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS, Thermo Corp. Xseries II) Weight percent was calculated. The results of the measurement are shown in Table 1 below.

구분division 탄소 분말의 성분 함유량(ppm)Content of components of carbon powder (ppm) 수용액내 Li 함유량(중량%)Li content (wt%) in aqueous solution CaCa MgMg KK NaNa 실시예 1Example 1 462462 387387 439439 424424 7.27.2 비교예 1Comparative Example 1 552552 431431 486486 494494 4.14.1 비교예 2Comparative Example 2 483483 561561 440440 472472 4.24.2 비교예 3Comparative Example 3 479479 423423 581581 493493 3.93.9 비교예 4Comparative Example 4 477477 436436 457457 584584 4.04.0 비교예 5Comparative Example 5 998998 402402 451451 472472 2.42.4 비교예 6Comparative Example 6 463463 10121012 487487 495495 2.12.1 비교예 7Comparative Example 7 487487 454454 10081008 482482 2.22.2 비교예 8Comparative Example 8 492492 468468 449449 10111011 2.12.1

상기 시험결과로부터 탄소 첨가제에 포함된 Ca, Mg, K 또는 Na의 함량이 각각 500ppm을 넘을 경우 이들 성분의 종류에 상관없이 Li의 수득율이 급격히 낮아짐을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 성분 각각을 500ppm 이하로 함유하는 고순도의 탄소 분말을 사용하는 것이 리튬의 회수율을 크게 높일 수 있음을 알 수 있었다. From the test results, it was confirmed that when the content of Ca, Mg, K or Na contained in the carbon additive exceeds 500 ppm, the yield of Li is drastically lowered irrespective of the kinds of these components. Therefore, it was found that the use of a high-purity carbon powder containing not more than 500 ppm of each of the above-mentioned components can significantly increase the recovery rate of lithium.

제조예Manufacturing example 2: 양극 슬러리의 전처리 2: Pretreatment of anode slurry

폐리튬전지의 양극 슬러리를 회수하여 건조 후 자석 등을 이용하여 철을 제거한 다음 300 매쉬 스크린을 이용하여 불순물을 제거하였다. The anode slurry of the spent lithium battery was recovered, dried, and then iron was removed using a magnet or the like, and impurities were removed using a 300 mesh screen.

실시예Example 2: 리튬 함유 폐기물로부터  2: From the lithium-containing waste 탄산리튬Lithium carbonate 수용액의 회수 Recovery of aqueous solution

하기 표 2에 나타난 바와 같이 실시예 1에서 사용한 탄소 분말와 동일한 탄소 분말를 상기 제조예 2의 전처리된 양극 슬러리와 혼합하였다. 상기 혼합은 양극 슬러리 내의 리튬과 탄소 분말의 혼합비가 1:1의 몰농도(M)비가 되도록 하였다. 상기 혼합물을 소성로 내부의 산소 농도가 2%인 환원분위기에서 630℃로 15분 동안 소성하였다. 상기 소성물을 수세한 다음 40℃에서 감압농축 방법을 이용하여 농축하여 탄산리튬 수용액을 수득하였다. As shown in the following Table 2, the same carbon powder as the carbon powder used in Example 1 was mixed with the pretreated cathode slurry of Preparation Example 2 above. The mixing was such that the mixing ratio of lithium and carbon powder in the positive electrode slurry was 1: 1 molar concentration (M). The mixture was fired at 630 DEG C for 15 minutes in a reducing atmosphere having an oxygen concentration of 2% inside the firing furnace. The sintered product was washed with water and then concentrated under reduced pressure at 40 DEG C to obtain an aqueous solution of lithium carbonate.

비교예Comparative Example 9 내지 16: 리튬 함유 폐기물로부터  9 to 16: From the lithium-containing waste 탄산리튬Lithium carbonate 수용액의 회수 Recovery of aqueous solution

실시예 2와 동일한 조건과 공정에서, 하기 표 2에 나타난 바와 같이 각각 비교예 1 내지 8와 동일한 탄소 분말과 혼합하여 공정을 진행하였다. In the same conditions and processes as in Example 2, the carbon powder was mixed with the same carbon powder as Comparative Examples 1 to 8, respectively, as shown in Table 2 below.

시험예 2: 탄소 분말의 순도에 따른 리튬 함유 폐기물로부터 회수한 리튬의 수득율Test Example 2: The yield of lithium recovered from the lithium-containing waste according to the purity of the carbon powder

실시예 2 및 비교예 9 내지 16의 탄산리튬 수용액 100g을 취하여 상기 수용액 중 리튬의 양을 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS: Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy, Thermo사 Xseries II)를 이용하여 측정한 후 중량%를 계산하였다. 상기 측정값에 대한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.100 g of the lithium carbonate aqueous solution of Example 2 and Comparative Examples 9 to 16 was taken and the amount of lithium in the aqueous solution was measured using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS, Thermo Corp. Xseries II) Weight percent was calculated. The results of the above measurements are shown in Table 2 below.

구분division 탄소 분말의 성분 함유량(ppm)Content of components of carbon powder (ppm) 수용액내 Li 함유량(중량%)Li content (wt%) in aqueous solution CaCa MgMg KK NaNa 실시예 2Example 2 462462 387387 439439 424424 8.78.7 비교예 9Comparative Example 9 552552 431431 486486 494494 4.24.2 비교예 10Comparative Example 10 483483 561561 440440 472472 4.64.6 비교예 11Comparative Example 11 479479 423423 581581 493493 4.94.9 비교예 12Comparative Example 12 477477 436436 457457 584584 4.24.2 비교예 13Comparative Example 13 998998 402402 451451 472472 2.72.7 비교예 14Comparative Example 14 463463 10121012 487487 495495 2.32.3 비교예 15Comparative Example 15 487487 454454 10081008 482482 2.72.7 비교예 16Comparative Example 16 492492 468468 449449 10111011 2.42.4

상기 시험결과로부터 탄소 첨가제에 포함된 Ca, Mg, K 또는 Na의 함량이 각각 500ppm을 넘을 경우 이들 성분의 종류에 상관없이 Li의 수득율이 급격히 낮아짐을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 성분 각각을 500ppm 이하로 함유하는 고순도의 탄소 분말을 사용하는 것이 리튬의 회수율을 크게 높일 수 있음을 알 수 있었다.From the test results, it was confirmed that when the content of Ca, Mg, K or Na contained in the carbon additive exceeds 500 ppm, the yield of Li is drastically lowered irrespective of the kinds of these components. Therefore, it was found that the use of a high-purity carbon powder containing not more than 500 ppm of each of the above-mentioned components can significantly increase the recovery rate of lithium.

제조예Manufacturing example 3: 음극 및 양극 혼합재의 전처리 3: Pretreatment of cathode and anode mixture

폐리튬전지의 음극 및 양극 혼합재 용해되어 있는 수용액을 건조시킨 다음 스크린을 이용하여 불순물을 제거한 뒤 사용하였다. The dissolved aqueous solution of the cathode and anode mixture of the spent lithium battery was dried and then used to remove impurities using a screen.

실시예 3 : 탄소 분말의 순도에 따른 리튬 함유 폐기물로부터 탄산리튬 수용액의 회수Example 3 Recovery of Lithium Carbonate Aqueous Solution from Lithium-Containing Waste According to Purity of Carbon Powder

하기 표 3에 나타난 바와 같이 실시예 1에서 사용한 탄소 분말과 동일한 탄소 분말을 상기 제조예 3의 전처리된 음극 및 양극 혼합재와 혼합하였다. 상기 혼합은 양극 슬러리 내의 리튬과 탄소 분말의 혼합비가 1:1의 몰농도(M)비가 되도록 하였다. 상기 혼합물을 소성로 내부의 산소 농도가 2%인 환원분위기에서 670℃로 30분 동안 소성하였다. 상기 소성물을 수세한 다음 40℃에서 감압농축 방법을 이용하여 농축하여 탄산리튬 수용액을 수득하였다. As shown in the following Table 3, the same carbon powder as the carbon powder used in Example 1 was mixed with the pretreated cathode and cathode mixture of Preparation Example 3. The mixing was such that the mixing ratio of lithium and carbon powder in the positive electrode slurry was 1: 1 molar concentration (M). The mixture was calcined at 670 캜 for 30 minutes in a reducing atmosphere having an oxygen concentration of 2% in the calcining furnace. The sintered product was washed with water and then concentrated under reduced pressure at 40 DEG C to obtain an aqueous solution of lithium carbonate.

비교예Comparative Example 17 내지 24: 리튬 함유 폐기물로부터  17 to 24: From the lithium-containing waste 탄산리튬Lithium carbonate 수용액의 회수 Recovery of aqueous solution

실시예 2와 동일한 조건과 공정에서, 하기 표 3에 나타난 바와 같이 각각 비교예 1 내지 8와 동일한 탄소 분말과 혼합하여 공정을 진행하였다. In the same conditions and processes as those in Example 2, the carbon powder was mixed with the same carbon powders as Comparative Examples 1 to 8, respectively, as shown in Table 3 below.

시험예 3: 탄소 분말의 순도에 따른 리튬 함유 폐기물로부터 회수한 리튬의 수득율Test Example 3: The yield of lithium recovered from the lithium-containing waste according to the purity of the carbon powder

실시예 3 및 비교예 17 내지 24의 탄산리튬 수용액 100g을 취하여 상기 수용액 중 리튬의 양을 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS: Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy, Thermo사 Xseries II)를 이용하여 측정한 후 중량%를 계산하였다. 상기 측정값에 대한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.100 g of the lithium carbonate aqueous solution of Example 3 and Comparative Examples 17 to 24 was taken and the amount of lithium in the aqueous solution was measured using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS, Thermo Corp. Xseries II) Weight percent was calculated. The results of the measurement are shown in Table 3 below.

구분division 탄소 분말의 성분 함유량(ppm)Content of components of carbon powder (ppm) 수용액내 Li 함유량(중량%)Li content (wt%) in aqueous solution CaCa MgMg KK NaNa 실시예 3Example 3 462462 387387 439439 424424 8.08.0 비교예 17Comparative Example 17 552552 431431 486486 494494 4.14.1 비교예 18Comparative Example 18 483483 561561 440440 472472 4.04.0 비교예 19Comparative Example 19 479479 423423 581581 493493 3.83.8 비교예 20Comparative Example 20 477477 436436 457457 584584 4.14.1 비교예 21Comparative Example 21 998998 402402 451451 472472 2.52.5 비교예 22Comparative Example 22 463463 10121012 487487 495495 2.02.0 비교예 23Comparative Example 23 487487 454454 10081008 482482 2.32.3 비교예 24Comparative Example 24 492492 468468 449449 10111011 2.02.0

상기 시험결과로부터 탄소 첨가제에 포함된 Ca, Mg, K 또는 Na의 함량이 각각 500ppm을 넘을 경우 이들 성분의 종류에 상관없이 Li의 수득율이 급격히 낮아짐을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 성분 각각을 500ppm 이하로 함유하는 고순도의 탄소 분말을 사용하는 것이 리튬의 회수율을 크게 높일 수 있음을 알 수 있었다. From the test results, it was confirmed that when the content of Ca, Mg, K or Na contained in the carbon additive exceeds 500 ppm, the yield of Li is drastically lowered irrespective of the kinds of these components. Therefore, it was found that the use of a high-purity carbon powder containing not more than 500 ppm of each of the above-mentioned components can significantly increase the recovery rate of lithium.

실시예 4 내지 5: 탄소 분말의 첨가량에 따른 리튬 함유 폐기물로부터 탄산리튬 수용액의 회수Examples 4 to 5: Recovery of lithium carbonate aqueous solution from lithium-containing waste according to the amount of carbon powder added

실시예 1과 동일한 조건과 공정에서, 탄소 분말의 혼합 비율만을 달리 하였다. 각각의 혼합 비율은 페리튬전지 내의 리튬과 탄소 분말의 혼합비가 1:0.5(실시예 4), 1:3.0(실시예 5) 및 1:3.1의 몰농도(M)비가 되도록 하였다.In the same conditions and processes as in Example 1, only the mixing ratio of carbon powder was varied. The blending ratio of each was such that the mixing ratio of lithium and carbon powder in the peritanium battery was 1: 0.5 (Example 4), 1: 3.0 (Example 5) and 1: 3.1 in molar concentration (M).

비교예 25 내지 28: 탄소 분말의 첨가량에 따른 리튬 함유 폐기물로부터 탄산리튬 수용액의 회수Comparative Examples 25 to 28: Recovery of lithium carbonate aqueous solution from the lithium-containing waste according to the amount of carbon powder added

실시예 1과 동일한 조건과 공정에서, 탄소 분말의 혼합 비율만을 달리 하였다. 각각의 혼합 비율은 페리튬전지 내의 리튬과 탄소 분말의 혼합비가 1:0.3(비교예 25), 1:0.4(비교예 26), 1:3.1(비교예 27) 및 1:3.2(비교예 28)의 몰농도(M)비가 되도록 하였다.In the same conditions and processes as in Example 1, only the mixing ratio of carbon powder was varied. The mixing ratios of the lithium battery and the carbon powder in the per lithium battery were 1: 0.3 (Comparative Example 25), 1: 0.4 (Comparative Example 26), 1: 3.1 (Comparative Example 27) ) To the molar concentration (M) ratio.

시험예 4: 탄소 분말의 첨가량에 따른 리튬의 회수율 및 순도 측정Test Example 4: Measurement of recovery and purity of lithium according to the amount of carbon powder added

상기 실시예 1, 실시예 4 내지 5 및 비교예 25 내지 28에 대한 측정값을 하기 표 4에 나타내었다. The measured values for Example 1, Examples 4 to 5, and Comparative Examples 25 to 28 are shown in Table 4 below.

각각의 시료에 포함되어 있는 리튬의 양과 순도는 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS, Thermo사 Xseries II)를 이용하여 측정하였다. The amount and purity of lithium contained in each sample were measured using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS, Thermo Xseries II).

하기 표 4에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1 및 실시예 4 내지 5의 혼합비를 따를 경우 비교예 25 내지 26에 비하여 리튬의 회수율과 순도가 매우 높게 나타남을 알 수 있었다. 비교예 27 내지 28의 경우 탄소 분말의 첨가량이 리튬 함유 폐기물 내의 리튬의 몰농도에 대하여 3배 이상이 되는 경우 리튬의 회수율과 순도에 있어서 유의미한 차이를 나타내지 않음을 알 수 있었다.As shown in the following Table 4, when the mixing ratios of Example 1 and Examples 4 to 5 of the present invention were followed, it was found that the recovery rate and purity of lithium were significantly higher than those of Comparative Examples 25 to 26. In the case of Comparative Examples 27 to 28, when the addition amount of the carbon powder was 3 times or more the molar concentration of lithium in the lithium-containing waste, it was found that there was no significant difference in recovery and purity of lithium.

구분division 리튬: 탄소 분말
(몰농도)
Lithium: carbon powder
(Molar concentration)
리튬 회수율(%)Lithium recovery (%) 회수된 리튬의 순도(%)Purity of recovered lithium (%)
실시예 1Example 1 1 : 11: 1 98.798.7 99.599.5 실시예 4Example 4 1 : 0.51: 0.5 94.594.5 99.599.5 실시예 5Example 5 1 : 3.01: 3.0 99.399.3 99.699.6 비교예 25Comparative Example 25 1 : 0.31: 0.3 79.679.6 98.998.9 비교예 26Comparative Example 26 1 : 0.41: 0.4 75.175.1 98.998.9 비교예 27Comparative Example 27 1 : 3.11: 3.1 99.399.3 99.699.6 비교예 28Comparative Example 28 1 : 3.21: 3.2 99.399.3 99.599.5

실시예Example 6 내지 8: 산소 농도에 따른 리튬 함유 폐기물로부터  6 to 8: From the lithium-containing waste according to the oxygen concentration 탄산리튬Lithium carbonate 수용액의 회수 Recovery of aqueous solution

실시예 1과 동일한 조건과 공정에서, 소성로 내부의 산소 농도만을 달리 하여 소성하였다. 각각의 대기 중 산소 농도는 2.4%(실시예 6), 2.7%(실시예 7) 및 3.0%(실시예 8)로 설정하였다.In the same condition and process as in Example 1, the oxygen concentration in the calcining furnace was different, and the calcination was performed. Each of the atmospheric oxygen concentrations was set at 2.4% (Example 6), 2.7% (Example 7) and 3.0% (Example 8).

비교예Comparative Example 29 내지 31: 산소 농도에 따른 리튬 함유 폐기물로부터  29 to 31: From the lithium-containing waste according to the oxygen concentration 탄산리튬Lithium carbonate 수용액의 회수 Recovery of aqueous solution

실시예 1과 동일한 조건과 공정에서, 소성로 내부의 산소 농도만을 달리 하여 소성하였다. 각각의 대기 중 산소 농도는 3.1%(비교예 29), 3.2%(비교예 30) 및 3.3%(비교예 31)로 설정하였다.In the same condition and process as in Example 1, the oxygen concentration in the calcining furnace was different, and the calcination was performed. Each of the atmospheric oxygen concentrations was set at 3.1% (Comparative Example 29), 3.2% (Comparative Example 30), and 3.3% (Comparative Example 31).

시험예Test Example 5: 산소 농도에 따른 리튬의 회수율 및 순도 측정 5: Measurement of recovery and purity of lithium according to oxygen concentration

상기 실시예 1, 실시예 6 내지 8 및 비교예 29 내지 31에 대한 측정값을 하기 표 5에 나타내었다. The measured values for Example 1, Examples 6 to 8 and Comparative Examples 29 to 31 are shown in Table 5 below.

각각의 시료에 포함되어 있는 리튬의 양과 순도는 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS, Thermo사 Xseries II)를 이용하여 측정하였다. The amount and purity of lithium contained in each sample were measured using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS, Thermo Xseries II).

하기 표 4에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1 및 실시예 6 내지 8의 경우 비교예 29 내지 31에 비하여 리튬의 회수율이 매우 높게 나타남을 알 수 있었다. 본 시험의 결과로부터 소성로 내 산소 농도가 증가할수록, 즉 산화분위기가 될수록 리튬의 회수율이 감소함을 알 수 있었다. 특히 소성로 내 산소 농도가 3%를 초과하는 경우 리튬의 회수율이 급격하게 낮아짐을 확인할 수 있었다. 다만, 산소 농도 증가에 따른 회수된 리튬의 순도의 변화에서는 유의미한 차이를 나타내지 않았다.As shown in the following Table 4, it was found that the recovery rate of lithium was much higher than that of Comparative Examples 29 to 31 in Example 1 and Examples 6 to 8 of the present invention. From the results of this test, it was found that as the oxygen concentration in the calcining furnace increases, that is, the recovery rate of lithium decreases as the oxidizing atmosphere increases. In particular, when the oxygen concentration in the calcining furnace exceeds 3%, it is confirmed that the recovery rate of lithium is drastically lowered. However, no significant difference was observed in the change of purity of recovered lithium with increasing oxygen concentration.

구분division 소성로 내 산소 농도(%)Oxygen concentration in the calcining furnace (%) 리튬 회수율(%)Lithium recovery (%) 회수된 리튬의 순도(%)Purity of recovered lithium (%) 실시예 1Example 1 2.02.0 98.798.7 99.599.5 실시예 6Example 6 2.42.4 98.598.5 99.599.5 실시예 7Example 7 2.72.7 98.398.3 99.699.6 실시예 8Example 8 3.03.0 97.697.6 99.499.4 비교예 29Comparative Example 29 3.13.1 79.179.1 99.199.1 비교예 30Comparative Example 30 3.23.2 76.376.3 99.299.2 비교예 31Comparative Example 31 3.33.3 71.471.4 99.199.1

Claims (6)

(S1) 리튬 함유 폐기물에 탄소가 99.75 중량% 이상 내지 100 중량% 미만이고 Ca, Mg, K 및 Na가 각각 0ppm 초과 내지 500ppm 이하로 포함된 탄소 분말을 혼합하는 단계;
(S2) 상기 (S1) 단계의 혼합물을 대기 중 산소가 0% 초과 내지 3% 이하로 존재하는 환원분위기에서 600 내지 700℃의 온도로 소성하는 단계; 및
(S3) 상기 (S2) 단계의 소성물을 분파쇄한 다음 수세 후 농축하여 리튬 화합물이 포함된 수용액을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 (S1) 단계의 탄소 분말은
(S11) 탄소가 포함된 분말을 700 내지 900℃로 소성하는 단계;
(S12) 상기 (S11) 단계의 소성물을 산으로 처리하여 용융시키는 단계;
(S13) 상기 (S12) 단계의 용융물을 수세하는 단계; 및
(S14) 상기 (S13) 단계의 수세물을 여과하는 단계를 통해 제조된 것을 특징으로 하는 리튬 함유 폐기물로부터 리튬 화합물이 포함된 수용액을 회수하는 방법.
(S1) mixing carbon powder containing 99.75% by weight or more and less than 100% by weight of carbon and 0 to 500 ppm of Ca, Mg, K and Na, respectively, in the lithium-containing waste;
(S2) firing the mixture of the step (S1) at a temperature of 600 to 700 ° C in a reducing atmosphere in which atmospheric oxygen is present in an amount of more than 0% and not more than 3%; And
(S3) pulverizing the sintered product in the step (S2), and then concentrating it after washing with water to obtain an aqueous solution containing a lithium compound,
The carbon powder in the step (S1)
(S11) firing the carbon-containing powder at 700 to 900 占 폚;
(S12) treating the fired product in the step (S11) with an acid to melt the product;
(S13) washing the melt in the step (S12); And
(S14) a step of filtering the washed water in the step (S13), and recovering an aqueous solution containing a lithium compound from the lithium-containing waste.
제 1 항에 있어서,
상기 (S1) 단계에서 혼합은 상기 폐기물에 포함된 리튬과 탄소 분말이 1 : 0.5 내지 3의 몰농도(M)비로 혼합한 것을 특징으로 하는 리튬 화합물이 포함된 수용액을 회수하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mixture of lithium and carbon powder contained in the waste is mixed at a molar ratio (M) of 1: 0.5 to 3 in the step (S1).
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 (S11) 단계의 탄소가 포함된 분말은 폐리튬전지의 전극활물질로부터 수득된 것을 특징으로 하는 리튬 함유 폐기물로부터 리튬 화합물이 포함된 수용액을 회수하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon-containing powder in the step (S11) is obtained from an electrode active material of a spent lithium battery, and recovering an aqueous solution containing the lithium compound from the lithium-containing waste.
제 1 항, 제 2 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (S3) 단계 이후 상기 (S3) 단계의 리튬 화합물이 포함된 수용액을 탈수 건조하여 리튬 화합물 분말을 회수하는 단계 (S4)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 함유 폐기물로부터 리튬 화합물 분말을 회수하는 방법.
The method according to any one of claims 1, 2, and 5,
The method of claim 1, further comprising, after the step (S3), dehydrating and drying the aqueous solution containing the lithium compound in step (S3) to recover the lithium compound powder (S4) How to.
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