KR101856960B1 - 금속염 농도 증가 방법, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법 및 장치 - Google Patents

금속염 농도 증가 방법, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속염 용액에 탈거제(stripping agent)를 공급하여 탈거제 함유 용액을 얻는 단계, 상기 탈거제 함유 용액을 승온시켜 승온된 탈거제 함유 용액을 얻는 단계, 금속 이온이 추출된 유기상에 상기 승온된 탈거제 함유 용액을 첨가하여 상기 유기상으로부터 상기 승온된 탈거제 함유 용액으로 금속 이온을 탈거(stripping)시켜 탈거액을 얻는 단계, 및 상기 탈거액에 용해된 금속염을 냉각에 의해 결정화시켜 금속염 결정을 회수하는 단계를 포함하는, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법 및 설비를 제공하며, 이에 따르면 공정 운영 비용이 높은 증발 농축 공정을 진행하지 않고도 금속염 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하여 경제적인 효과가 있다.

Description

금속염 농도 증가 방법, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법 및 장치{METHOD FOR RECOVERING CRYSTAL OF METAL SALTS FROM METAL SALTS SOLUTION AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
황산니켈, 황산코발트, 황산망간 등과 같은 금속염을 제조하는 많은 공정들이 개발되어 있다. 특히 최근에는 전기전자 산업의 발달로 이 산업분야에 사용되는 금속염들을 고도로 정제하는 공정을 거쳐 고순도의 금속염 용액을 제조하고, 이를 결정화하는 공정을 통해 금속염 결정을 생산하고 있다.
상기와 같은 공정을 통해 생산된 금속염 용액은 금속염이 용해도 이하로 용해된 불포화 용액에 해당한다. 따라서, 이러한 불포화 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하기 위해서는 증발농축 과정을 거치는 것이 일반적이었다. 그러나, 이러한 증발농축 과정은 금속염 결정을 회수하는 공정에서 가장 많은 비용이 소요되어 비경제적인 문제점이 있다.
도 1은 종래의 금속염 결정 회수 장치를 모식적으로 나타낸 도면으로, 이에 따르면, 종래의 금속염 결정 회수 장치는 용매 추출부(8), 탈거부(1), 결정화부(2), 및 증발농축기(9)를 포함한다. 먼저, 용매 추출부에서 용매추출에 의해 금속 이온을 유기상으로 선택적으로 추출하여 금속 이온이 선택적으로 추출된 유기상을 얻게 된다. 이후, 탈거부에 상기 유기상 및 탈거제가 공급되고, 유기상에 포함된 금속 이온이 탈거제에 함유되도록 역추출이 이루어짐으로써 금속염이 용해된 탈거액이 회수된다.
상기 탈거액은 금속염이 용해도 이하로 용해되어 있기 때문에 종래에는 이로부터 금속염 결정을 얻기 위해서 상기 탈거액을 증발농축기로 증발농축시켜 금속염 결정을 회수했다. 그러나, 이러한 종래의 금속염 결정 회수 공정은 고비용이 소요되는 증발농축 과정이 포함되어 있어 비경제적인 문제점이 있다.
본 발명은 공정 운영 비용이 높은 증발 농축 공정을 포함하지 않고도 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 설비 운영 비용이 높은 증발농축기를 포함하지 않고도 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속염 용액에 탈거제(stripping agent)를 공급하여 탈거제 함유 용액을 얻는 제1 단계, 금속 이온이 추출된 유기상에 상기 탈거제 함유 용액을 첨가하여 상기 유기상으로부터 상기 탈거제 함유 용액으로 금속 이온을 탈거(stripping)시켜 탈거액을 얻는 제2 단계, 및 상기 탈거액으로부터 금속염 결정을 회수하는 제3 단계를 포함하는 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법을 제공한다.
상기 금속염 결정을 회수하고 남은 여액을 상기 제1 단계의 금속염 용액으로 사용하고, 상기 제1 내지 제3 단계를 포함하는 일련의 과정을 1회 이상 반복 수행하여 금속염 결정을 반복적으로 회수할 수 있다.
상기 금속염 용액은 포화 상태일 수 있다.
상기 탈거제는 상기 금속염과 동일한 음이온을 갖는 것일 수 있다.
상기 금속 이온이 추출된 유기상은, 금속 이온이 함유된 용액으로부터 용매추출에 의하여 금속 이온만을 유기상으로 선택적으로 추출시켜 얻은 것일 수 있다.
상기 유기상은 디-2-에틸헥실포스포릭 애시드(Di-2-ethylhexylphosphoric acid: D2EHPA), 2-에틸헥실 포스포닉 애시드 모노-2-에틸헥실 에스테르(2-ethylhexyl phosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester: PC88A), 디-2-에틸헥실포스포릭 애시드(Di-2-ethylhexylphosphoric acid), 트리-부틸-포스페이트(Tri-butyl-phosphate: TBP), 2-에틸헥실 포스포닉 애시드 모노-2-에틸헥실 에스테르(2-ethylhexyl phosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester), 및 트리-부틸-포스페이트(Tri-butyl-phosphate: TBP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 탈거제 함유 용액을 승온시키고, 상기 탈거액을 냉각에 의해 결정화시켜 금속염 결정을 회수할 수 있다.
상기 승온은 승온 전후 탈거제 함유 용액의 온도차가 0.5~95℃가 되도록 이루어질 수 있다.
상기 냉각은 냉각 전후 탈거액의 온도차가 0.5~95℃가 되도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 금속 이온이 추출된 유기상 및 탈거제 함유 용액이 공급되며, 상기 금속 이온이 추출된 유기상으로부터 상기 탈거제 함유 용액으로 금속 이온이 탈거되어 탈거액이 제조되는 탈거부, 상기 탈거액이 공급되며, 상기 탈거액에 포함된 금속염이 냉각에 의해 결정화되어 금속염 결정이 제조되는 결정화부, 상기 탈거부에서 배출된 물질을 상기 결정화부로 공급하는 제1 통로, 상기 결정화부에서 배출된 물질을 상기 탈거부로 공급하는 제2 통로, 및 상기 결정화부 또는 제2 통로에 구비되어 상기 결정화부 또는 제2 통로에 탈거제를 공급하는 탈거제 공급부를 포함하는 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 장치를 제공한다.
상기 탈거부 또는 제2 통로에 구비되어 상기 탈거부 또는 제2 통로의 내부 온도를 상승시키는 승온부, 및 상기 결정화부에 구비되어 상기 결정화부의 내부 온도를 낮추는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
금속염 용액으로부터 용매추출에 의하여 금속 이온을 유기상으로 선택적으로 추출시켜 상기 금속 이온이 추출된 유기상을 제조하고, 상기 유기상을 상기 탈거부에 공급하는 용매 추출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 공정 운영 비용이 높은 증발 농축 공정을 진행하지 않고도 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하여 경제적인 효과가 있다.
도 1은 종래의 금속염 결정 회수 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속염 결정 회수 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속염 결정 회는 방법의 공정 순서를 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속염 결정 회수 방법의 결정화 원리를 나타내는 그래프이다.
이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속염 결정 회수 방법의 결정화 원리를 나타내는 그래프이다. 이하에서는, 도 4를 바탕으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법을 설명한다.
금속 이온이 함유된 용액, 예를 들어, 산업공정에서 배출된 부산물이나 광석 또는 폐자원으로부터 추출된 용액으로부터 금속 이온을 회수하기 위해서 용매추출 등의 선택적 추출 공정을 수행하고, 이를 통해 금속염이 용해된 용액(이하, '금속염 용액'이라 한다.)을 회수했다. 종래에는 상기 금속염 용액부터 금속염 결정을 회수하기 위해서, 상기 금속염 용액을 70℃ 이상의 고온에서 가열하여 용매를 증발시키고 농축하여 과포화 상태의 금속염 용액을 얻고, 상기 과포화 상태의 금속염 용액에서 결정화가 진행되어 금속염 결정을 얻었다. 따라서, 종래의 금속염 결정 회수 공정은 공정 운영 비용이 높은 증발농축 공정을 포함하여 비경제적인 문제점이 있다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속염 결정 회수 방법은 증발농축 공정을 생략하고 금속염 결정을 회수함으로써 경제적인 효과가 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속염 결정 회수 방법은, 금속염 용액에 탈거제(stripping agent)를 공급하여 탈거제 함유 용액을 얻는 탈거제 공급 단계, 금속 이온이 추출된 유기상에 상기 탈거제 함유 용액을 첨가하여 상기 유기상으로부터 상기 탈거제 함유 용액으로 금속 이온을 탈거(stripping)시켜 탈거액을 얻는 탈거 단계, 및 상기 탈거액으로부터 금속염 결정을 회수하는 결정화 단계를 포함한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 회수 방법은, 금속염 용액에 탈거제를 공급하여 탈거제 함유 용액을 얻는 탈거제 공급 단계를 포함한다. 상기 금속염 용액에 탈거제를 투입하여 탈거제 함유 용액을 얻고, 후속 공정인 탈거 공정에서 상기 탈거제 함유 용액 자체를 탈거제로 사용함으로써 상기 금속염 용액에 용해되는 금속염의 농도를 높일 수 있다.
상기 금속염 용액에 투입되는 탈거제는 금속염과 동일한 음이온을 갖는 것이 바람직하다. 상기 금속염의 종류가, 예를 들어, 황산니켈, 황산코발트, 또는 황산망간인 경우 상기 탈거제는 황산인 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속염의 종류가, 예를 들어, 암모늄레니이트 또는 암모늄몰리브데이트인 경우 상기 탈거제의 종류는 암모니아인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회수 방법은, 상기 탈거제 함유 용액과 금속 이온이 추출된 유기상을 접촉시켜, 상기 유기상으로부터 상기 승온된 탈거제 함유 용액으로 금속 이온을 탈거시켜 탈거액을 얻는 탈거 단계를 포함한다.
상기 탈거 단계에서는, 금속 이온이 추출된 유기상에 상기 탈거제 함유 용액을 첨가함으로써 상기 유기상으로부터 상기 탈거제 함유 용액으로 금속 이온이 역추출될 수 있다. 역추출된 금속 이온은 탈거제로 인해 금속염으로 전환된다. 예를 들어, 상기 금속 이온이 니켈 이온이고 탈거제가 황산인 경우, 탈거 단계를 통해 니켈 이온이 상기 탈거제 함유 용액으로 역추출되고, 역추출된 니켈 이온이 탈거제인 황산으로 인해 황산니켈로 전환된다. 결론적으로, 상기 탈거액에는 황산니켈, 즉, 금속염의 농도가 증가하게 된다.
탈거 단계가 수행되기 전의 상기 탈거제 함유 용액은 도 4에서 ①의 용액에 해당한다. ①의 탈거제 함유 용액은 탈거 단계를 거치면서 금속염의 농도가 증가된 ④의 탈거액으로 전환된다. 상기 탈거액은 금속염의 농도가 증가됨으로 인해 과포화 상태의 용액이 될 수 있다.
한편, 탈거 단계에서 상기 금속 이온이 추출된 유기상은, 용매추출 공정에 의해 금속 이온이 함유된 용액으로부터 용매추출에 의하여 금속 이온만을 유기상으로 선택적으로 추출시켜 얻은 것일 수 있다. 상기 금속 이온이 함유된 용액은 산업공정에서 배출된 부산물이나 광석 또는 폐자원으로부터 추출된 용액일 수 있으며, 예를 들어, 예를 들어, 폐 리튬 이차전지에 포함된 니켈 이온 함유 용액, 심해저 망간단괴에서 추출된 몰리브덴 이온 함유 용액, 또는 휘수연석에서 추출된 레늄 이온 함유 용액 등일 수 있다. 상기 금속 이온이 함유된 용액을 유기상으로 처리하여 금속 이온만을 유기상으로 선택적으로 추출함으로써, 상기 금속 이온이 추출된 유기상을 얻을 수 있다.
상기 유기상은 금속 이온을 선택적으로 추출할 수 있는 유기상이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 디-2-에틸헥실포스포릭 애시드(Di-2-ethylhexylphosphoric acid: D2EHPA), 2-에틸헥실 포스포닉 애시드 모노-2-에틸헥실 에스테르(2-ethylhexyl phosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester: PC88A), 디-2-에틸헥실포스포릭 애시드(Di-2-ethylhexylphosphoric acid), 트리-부틸-포스페이트(Tri-butyl-phosphate: TBP), 2-에틸헥실 포스포닉 애시드 모노-2-에틸헥실 에스테르(2-ethylhexyl phosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester), 및 트리-부틸-포스페이트(Tri-butyl-phosphate: TBP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회수 방법은, 과포화 상태의 상기 탈거액으로부터 금속염 결정을 회수하는 결정화 단계를 포함한다. 도 4에 따르면, ④의 탈거액은 과포화 상태에 해당한다. 따라서, 상기 탈거액에 포함된 금속염은 결정화가 진행되어 금속염 결정이 석출되므로, 상기 금속염 결정을 고액 분리 방법 등으로 분리하여 회수할 수 있다.
한편, 상기 금속염 결정을 회수하고 남은 여액에는 금속염이 용해도 이하로 용해되어 있으므로, 도 4에서 ①의 용액에 해당한다. 따라서, 상기 여액에 탈거제를 투입하여 탈거제가 공급된 용액을 제조하고, 상기 용액으로 탈거 단계, 결정화 단계를 순차적으로 수행함으로써 다시 금속염 결정을 회수할 수 있다. 나아가, 이러한 순환 공정을 반복적으로 수행하여 금속염 결정을 계속적으로 회수할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 회수 방법은, 금속염 용액에 탈거제(stripping agent)를 공급하여 탈거제 함유 용액을 얻는 탈거제 공급 단계, 상기 탈거제 함유 용액을 승온시켜 승온된 탈거제 함유 용액을 얻는 승온 단계, 금속 이온이 추출된 유기상에 상기 승온된 탈거제 함유 용액을 첨가하여 상기 유기상으로부터 상기 승온된 탈거제 함유 용액으로 금속 이온을 탈거(stripping)시켜 탈거액을 얻는 탈거 단계, 및 상기 탈거액에 용해된 금속염을 냉각에 의해 결정화시켜 금속염 결정을 회수하는 냉각 결정화 단계를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속염 결정 회수 방법의 공정 순서를 나타낸 순서도이다. 이하에서는, 도 3 및 4를 바탕으로, 이러한 금속염 회수 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회수 방법은, 상기 금속염 용액에 탈거제를 공급하여 탈거제 함유 용액을 얻은 후, 상기 탈거제 함유 용액을 승온시켜 승온된 탈거제 함유 용액을 얻는 승온 단계를 포함한다. 승온 전의 상기 탈거제 함유 용액은 도 4에서 ①의 용액에 해당하므로, 이를 승온시켜 금속염의 용해도를 높여 ②의 승온된 탈거제 함유 용액을 제조할 수 있다. ①의 탈거제 함유 용액을 후속 공정인 탈거 단계에 바로 투입하는 경우, 탈거 단계에서 금속염의 결정화가 진행되어 탈거 장치에 금속염 결정이 쌓여 배관을 막을 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해 ①의 상기 탈거제 함유 용액을 승온시켜 용해도가 높은 ②의 승온된 탈거제 함유 용액을 제조할 수 있다.
상기 승온은 승온 전후 탈거제 함유 용액의 온도차가 0.5~95℃가 되도록 이루어지는 것이 바람직하며, 0.5~30℃가 되도록 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 상기 온도차가 0.5℃ 미만이면 금속염의 용해도가 높아지지 않아 탈거 단계에서 금속염의 결정화가 진행될 우려가 있으며, 95℃ 초과하면 상기 용액을 승온시키기 위해 과도한 열에너지가 필요하여 경제적인 효과가 나타나지 않는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시에 따른 회수 방법은, 상기 승온된 탈거제 함유 용액과 금속 이온이 추출된 유기상을 접촉시켜, 상기 유기상으로부터 상기 승온된 탈거제 함유 용액으로 금속 이온을 탈거시켜 탈거액을 얻는 탈거 단계를 포함한다.
상기 탈거 단계에서는, 금속 이온이 추출된 유기상에 상기 승온된 탈거제 함유 용액을 첨가함으로써 상기 유기상으로부터 상기 승온된 탈거제 함유 용액으로 금속 이온이 역추출될 수 있다. 이로 인해, 상기 탈거액에는 금속염의 농도가 증가하게 된다. 도 4에 따르면, ②의 승온된 탈거제 함유 용액은 탈거 단계를 거치면서 금속염의 농도가 증가된 ③의 탈거액으로 전환된다. 상기 탈거액은 금속염의 농도가 증가됨으로 인해 포화 상태의 용액이 되거나, 포화 상태에 가까운 불포화 상태의 용액이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회수 방법은, 상기 탈거액을 냉각에 의해 결정화시켜 금속염 결정을 회수하는 냉각 결정화 단계를 포함할 수 있다. 도 4에 따르면, ③의 탈거액을 냉각시키는 경우, 금속염의 용해도가 낮아져 상기 탈거액에서 금속염이 결정화된다. 이로 인해, 상기 탈거액을 냉각시켜 금속염 결정을 회수할 수 있다.
상기 냉각은 냉각 전후 탈거액의 온도차가 0.5~95℃가 되도록 이루어지는 것이 바람직하고, 0.3~30℃가 되도록 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 상기 온도차가 0.5℃ 미만이면 금속염의 결정화가 진행되지 않을 우려가 있으며, 95℃ 초과하면 상기 용액을 냉각시키기 위해 과도한 에너지가 필요하여 경제적인 효과가 나타나지 않는 문제점이 있다.
한편, 도 4에 따르면, 결정화 단계에서 회수되는 금속염 결정의 함량은 A에 해당한다. 또한, 탈거 단계에서 승온된 탈거제 함유 용액으로 역추출된 금속 이온의 함량은 B에 해당한다. 따라서, 탈거 단계에서 탈거되는 금속 이온의 함량에 따라 회수되는 금속염 결정의 함량을 예측할 수 있으므로, 탈거 단계에서 탈거되는 금속 이온의 함량을 조절하여 최종적으로 얻고자 하는 금속염 결정의 함량을 제어할 수 있다.
한편, 상기 금속염 결정을 회수하고 남은 여액에는 금속염이 용해도 이하로 용해되어 있으므로, 도 4에서 ①의 용액에 해당한다. 따라서, 상기 여액에 탈거제를 투입하여 탈거제가 공급된 용액을 제조하고, 상기 용액으로 승온 단계, 탈거 단계, 및 냉각 결정화 단계를 순차적으로 수행함으로써 다시 금속염 결정을 회수할 수 있다. 나아가, 이러한 순환 공정을 반복적으로 수행하여 금속염 결정을 계속적으로 회수할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다. 이하에서는, 도 2를 바탕으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속염 결정 회수 장치를 설명한다.
본 발명의 금속염 결정 회수 장치는 탈거 단계가 이루어지는 탈거부(1), 냉각 결정화 단계가 이루어지는 결정화부(2), 상기 탈거부에서 배출된 물질을 상기 결정화부로 공급하는 제1 통로(3), 상기 결정화부에서 배출된 물질을 상기 탈거부로 공급하는 제2 통로(4), 및 탈거제를 공급하는 탈거제 공급부(5)를 포함한다. 또한, 본 발명의 회수 장치는, 내부 온도를 상승시키는 승온부(6), 내부 온도를 낮추는 냉각부(7), 및 금속 이온을 함유한 용액으로부터 금속 이온을 유기상으로 선택적으로 추출하는 용매 추출부(8)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 상기 용매 추출부(8)에는 금속 이온을 함유한 용액과 유기상이 공급되며, 이들의 접촉에 의해서 상기 금속 이온이 유기상으로 선택적으로 추출될 수 있다. 따라서, 상기 용매 추출부에서 금속 이온이 유기상으로 선택적으로 추출됨으로 인해 금속 이온이 추출된 유기상이 생성될 수 있다.
종래에는 상기 금속 이온이 추출된 유기상에 탈거제를 투입하여 금속염 용액을 제조하고 이를 증발 농축시켜 금속염 결정을 얻었으나, 상기 증발 농축 공정은 공정 운영 비용이 매우 높아 비경제적인 문제점이 있다. 그러나, 본 발명은 상기 증발 농축 공정을 생략하고, 상술한 바와 같이, 탈거제를 금속염 용액에 공급하고, 이를 승온, 탈거, 냉각 결정화하는 공정을 수행함으로써 금속염 결정을 회수할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회수 설비는 이러한 금속염 결정 회수 공정이 진행되는 설비에 해당한다.
먼저, 상기 용매 추출부(8)에서 생성된 금속 이온이 추출된 유기상은 탈거부(1)에 공급된다. 또한, 상기 탈거부에는 탈거제 함유 용액이 공급되며, 상기 탈거제 함유 용액은 승온된 것이 바람직하다.
상기 탈거제 함유 용액은, 상기 결정화부(2)에서 금속염 결정을 회수하고 남은 여액에 탈거제를 공급한 용액이다. 상기 금속염 결정을 회수하고 남은 여액은 금속염이 포화된 상태의 용액이므로, 이러한 포화된 상태의 용액을 탈거부(1)에 공급하여 탈거 단계를 수행하는 경우 탈거부에서 금속염의 결정화가 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 용액을 승온시켜 금속염의 용해도를 높이는 경우 탈거부에서 금속염의 결정화가 이루어지는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. 한편, 상기 승온은 탈거부 또는 제2 통로(4)에서 수행될 수 있으므로, 상기 승온이 이루어지는 승온부(6)는 탈거부 또는 제2 통로에서 구비되는 것이 바람직하다.
상기 탈거부(1)에는 금속 이온이 추출된 유기상 및 탈거제 함유 용액이 공급될 수 있으며, 상기 금속 이온이 추출된 유기상으로부터 상기 용액으로 금속 이온이 탈거되어 탈거액이 제조된다.
상기 탈거액은 제1 통로(3)를 통해 결정화부(2)로 공급된다. 상기 결정화부는 공급된 탈거액을 결정화하여 금속염 결정이 제조된다. 한편, 탈거제 함유 용액이 승온된 상태인 경우, 상기 용액은 불포화 상태일 수 있으므로 이를 냉각에 의해 결정화시키는 것이 바람직하다. 또한, 냉각에 의해 금속염을 결정화시키는 경우, 상기 냉각부는 결정화부에 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 결정화부에서 금속염 결정이 회수되고 남은 여액은 제2 통로(4)를 통해 상기 탈거부(1)로 공급된다. 이때, 상기 여액에 탈거제 공급부(5)를 통해 탈거제가 공급되는데, 상기 탈거제는 결정화부 또는 제2 통로에서 공급될 수 있으므로, 상기 탈거제 공급부(5)는 결정화부 또는 제2 통로에 구비되는 것이 바람직하다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
니켈 이온을 함유하는 용액을 용매추출 공정으로 선택적으로 추출하여 니켈 이온이 함유된 유기상을 제조했다. 이때, 유기상으로는 P507(2-ethylhexyl phosphonic mono-2-ethylhexyl ester)을 사용하였으며, 니켈 이온을 선택적으로 추출된 유기상은 녹색을 띈다는 것을 확인했다.
한편, 상온의 증류수에 과량의 황산니켈(NiSO46H2O) 시약에 투입하여 과포화 상태의 황산니켈 용액을 만들고, 24시간 방치하여 황산니켈 결정을 필터를 통해 분리했다. 또 다시 황산니켈 결정을 분리한 여액에 결정이 생성되어 있는지 확인하여 최종적으로 포화 상태의 황산니켈 용액을 제조했다. 상기 황산니켈 용액에 탈거제인 황산을 투입하여 용액의 pH가 0이 되도록 제어했다.
상기 유기상과 황산이 투입된 황산니켈 용액을 분별 깔데기에 공급하고 5분간 혼합했다. 또한, 상기 분별 깔데기 내부 온도를 50℃로 제어하고, 수상과 유기상으로 분리되도록 10분간 방치했다. 이때, 녹색을 띄는 유기상이 불투명한 흰색으로 변하는 것을 확인했으며, 이를 통해, 유기상으로부터 상기 황산니켈 용액으로 니켈 이온이 역추출 되었다는 것을 육안으로 확인했다. 이후, 니켈 이온이 역추출된 용액을 상온의 수조에 담아 냉각하였으며, 이를 통해 녹색의 황산니켈이 석출됨을 확인했다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 탈거부
2: 결정화부
3: 제1 통로
4: 제2 통로
5: 탈거제 공급부
6: 승온부
7: 냉각부
8: 용매 추출부
9: 증발농축기

Claims (14)

  1. 금속이온이 함유된 용액으로부터 선택적 추출 공정에 의해 얻어진 금속염이 용해된 용액인 금속염 용액에 탈거제(stripping agent)를 공급하여 탈거제 함유 용액을 얻는 제1 단계; 및
    금속 이온이 추출된 유기상에 상기 탈거제 함유 용액을 첨가하여 상기 유기상으로부터 상기 탈거제 함유 용액으로 금속 이온을 탈거(stripping)하여 금속염의 농도가 증가된 탈거액을 얻는 제2 단계
    를 포함하는 금속염 농도 증가 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탈거제 함유 용액을 승온시켜 상기 금속이온이 추출된 유기상에 첨가하는 것인 금속염 농도 증가 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 승온은 승온 전후 탈거제 함유 용액의 온도차가 0.5~95℃가 되도록 이루어지는, 금속염 농도 증가 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탈거제는 상기 금속염과 동일한 음이온을 갖는 것인, 금속염 농도 증가 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속 이온이 추출된 유기상은, 금속 이온이 함유된 용액으로부터 용매추출에 의하여 금속 이온만을 유기상으로 선택적으로 추출시켜 얻은 것인, 금속염 농도 증가 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유기상은 디-2-에틸헥실포스포릭 애시드(Di-2-ethylhexylphosphoric acid: D2EHPA), 2-에틸헥실 포스포닉 애시드 모노-2-에틸헥실 에스테르(2-ethylhexyl phosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester: PC88A), 디-2-에틸헥실포스포릭 애시드(Di-2-ethylhexylphosphoric acid), 트리-부틸-포스페이트(Tri-butyl-phosphate: TBP), 2-에틸헥실 포스포닉 애시드 모노-2-에틸헥실 에스테르(2-ethylhexyl phosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester), 및 트리-부틸-포스페이트(Tri-butyl-phosphate: TBP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인, 금속염 농도 증가 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 의해 얻어진 금속염의 농도가 증가된 탈거액으로부터 금속염 결정을 회수하는 제3 단계
    를 포함하는, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속염 결정을 회수하고 남은 여액을 상기 제1 단계의 금속염 용액으로 사용하고, 상기 제1 내지 제3 단계를 포함하는 일련의 과정을 1회 이상 반복 수행하여 금속염 결정을 반복적으로 회수하는, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 금속염 용액은 포화 상태인, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 금속염의 농도가 증가된 탈거액을 냉각에 의해 결정화시켜 금속염 결정을 회수하는, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 냉각은 냉각 전후 탈거액의 온도차가 0.5~95℃가 되도록 이루어지는, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 방법.
  12. 금속 이온이 추출된 유기상 및 탈거제 함유 용액이 공급되며, 상기 금속 이온이 추출된 유기상으로부터 상기 탈거제 함유 용액으로 금속 이온이 탈거되어 탈거액이 제조되는 탈거부;
    상기 탈거부로부터 상기 탈거액이 공급되며, 상기 탈거액에 포함된 금속염이 결정화되어 금속염 결정이 제조되는 결정화부;
    상기 탈거부에서 배출된 탈거액을 상기 결정화부로 공급하는 제1 통로;
    상기 결정화부에서 배출된 탈거액 또는 결정화여액을 상기 탈거부로 공급하는 제2 통로; 및
    상기 결정화부 또는 제2 통로에 구비되어 상기 결정화부 또는 제2 통로에 탈거제를 공급하는 탈거제 공급부
    를 포함하는, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 탈거부 또는 제2 통로에 구비되어 상기 탈거부 또는 제2 통로의 내부 온도를 상승시키는 승온부; 및
    상기 결정화부에 구비되어 상기 결정화부의 내부 온도를 낮추는 냉각부를 더 포함하는, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 장치.
  14. 제12항에 있어서, 금속염 용액으로부터 용매추출에 의하여 금속 이온을 유기상으로 선택적으로 추출시켜 상기 금속 이온이 추출된 유기상을 제조하고, 상기 유기상을 상기 탈거부에 공급하는 용매 추출부를 더 포함하는, 금속염 용액으로부터 금속염 결정을 회수하는 장치.
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