KR102552101B1 - 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법 - Google Patents
폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102552101B1 KR102552101B1 KR1020220070190A KR20220070190A KR102552101B1 KR 102552101 B1 KR102552101 B1 KR 102552101B1 KR 1020220070190 A KR1020220070190 A KR 1020220070190A KR 20220070190 A KR20220070190 A KR 20220070190A KR 102552101 B1 KR102552101 B1 KR 102552101B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- solid
- lithium carbonate
- lithium
- liquid separation
- waste
- Prior art date
Links
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 131
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 129
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 100
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 claims abstract description 17
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 106
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 100
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 100
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 75
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 67
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 45
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 43
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 33
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 33
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 33
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 26
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 26
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 24
- 239000012066 reaction slurry Substances 0.000 claims description 24
- HQRPHMAXFVUBJX-UHFFFAOYSA-M lithium;hydrogen carbonate Chemical compound [Li+].OC([O-])=O HQRPHMAXFVUBJX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 claims description 20
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 19
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 16
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 14
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 14
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910000032 lithium hydrogen carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 9
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 8
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 235000015701 Artemisia arbuscula Nutrition 0.000 claims description 5
- 235000002657 Artemisia tridentata Nutrition 0.000 claims description 5
- 240000006891 Artemisia vulgaris Species 0.000 claims description 5
- 235000003261 Artemisia vulgaris Nutrition 0.000 claims description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 5
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 4
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims 4
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims 1
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 8
- YQNQTEBHHUSESQ-UHFFFAOYSA-N lithium aluminate Chemical compound [Li+].[O-][Al]=O YQNQTEBHHUSESQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N lithium metasilicate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Si]([O-])=O PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052912 lithium silicate Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- -1 alkali metal salt Chemical class 0.000 description 7
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 7
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 5
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N dihydroxy(oxo)silane Chemical compound O[Si](O)=O IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018626 Al(OH) Inorganic materials 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 3
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006148 magnetic separator Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 229910001860 alkaline earth metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 2
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 229910017090 AlO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 229910000288 alkali metal carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008041 alkali metal carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- IQDXNHZDRQHKEF-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dicalcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Al+3].[Al+3].[Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O IQDXNHZDRQHKEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical group O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D15/00—Lithium compounds
- C01D15/08—Carbonates; Bicarbonates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D15/00—Lithium compounds
- C01D15/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
- C22B3/20—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
- C22B3/22—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by physical processes, e.g. by filtration, by magnetic means, or by thermal decomposition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
- C22B7/001—Dry processes
- C22B7/004—Dry processes separating two or more metals by melting out (liquation), i.e. heating above the temperature of the lower melting metal component(s); by fractional crystallisation (controlled freezing)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
본 발명은 버려지는 폐내화갑의 침식면에 침착된 리튬실리케이트(lithium silicate), 리튬알루미늄산화물(lithim aluminum oxide), 리튬알루미늄실리케이트(lithium aluminum silicate)와 같은 리튬 함유 복합산화물로부터 고순도의 탄산리튬을 회수하는 최적화된 방법을 제공한다. 따라서 본 발명의 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법을 이용하면 버려지는 폐내화갑을 재활용하여 리튬 2차 전지의 제조에 사용 가능한 고순도의 탄산리튬을 제조할 수 있을 뿐 아니라 제조과정에서 부수적으로 수득되는 양극활물질, 산화철, 알루미나, 실리케이트 및 탄산칼슘등 또한 재활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Description
본 발명은 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법에 관한 것이다.
리튬 2차 전지의 양극활물질은 SiO2, Al2O3, MgO를 주성분으로 하는 산화 세라믹으로 제조된 내화갑(sagger)에서 고온으로 소성되어 제조된다. 상기 내화갑은 양극활물질의 원재료인 리튬 함유 복합산화물에 대한 반복적인 고온 소성에 사용되므로 시간이 지날수록 그 표면이 침식되며 상기 침식부위에는 수산화리튬, 탄산리튬 등의 리튬화합물과 양극활물질이 침착하게 된다. 상기 수산화리튬, 탄산리튬 등에 의해 표면이 침식된 내화갑은 열내구성이 저하되어 결국 폐기된다. 국내 폐내화갑은 발생량은 연간 9천톤 가량인 것으로 알려져 있으나 모바일 기기 및 전기차의 대중화로 인해 리튬 2차 전지의 수요가 급증함에 따라 폐내화갑의 발생량은 급격히 증가될 것으로 예상된다. 리튬 2차 전지에 사용되는 양극활물질은 리튬원으로 탄산리튬과 수산화리튬을 사용하는데 이들은 광석 또는 염수와 같이 자연계로부터 생산되거나 버려지는 폐이차전지로부터 회수하는 방법을 통해 생산되는 것이 일반적이었다.
상기에서 살펴본 바와 같이 내화갑은 양극활물질의 제조에 사용되고 고온 소성과정에서 리튬 함유 복합산화물에 의해 침식되어 그 기능을 상실하게 된다. 따라서 리튬 함유 복합산화물에 대한 반복적인 고온 소성을 통하여 열내구성이 저하되어 폐기되는 폐내화갑으로부터 침식부위에 침착된 리튬 함유 물질들로부터 리튬을 회수하고 정제할 수 있다면 리튬자원의 유효이용에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 회수하는 방법은 전혀 알려진 바 없다.
본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다.
본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다.
삭제
본 발명은 리튬 이차전지용 양극활물질 제조 시 고온 소성에 사용된 후 폐기되는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 회수하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다.
본 발명은 폐내화갑을 분쇄하여 폐내화갑 분쇄물을 제조하는 제 1 단계; 상기 폐내화갑 분쇄물에 알칼리 침출제와 물을 첨가한 후 반응시켜 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 제조하는 제 2 단계; 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 1차 고액분리하는 제 3 단계; 상기 1차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 증발농축하는 제 4 단계; 상기 증발농축을 통해 수득한 농축액을 2차 고액분리하는 제 5 단계;
상기 2차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액에 대하여 탄산화반응을 수행하여 탄산화 반응액을 제조하는 제 6 단계; 상기 탄산화 반응액을 3차 고액분리하는 제 7 단계; 상기 3차 고액분리를 통해 고체상으로 수득한 제 1 탄산리튬에 물을 첨가하여 제 1 탄산리튬 현탄액으로 제조하고 이산화탄소(CO2)를 주입하여 제 1 탄산리튬을 용해시키는 제 8 단계; 상기 제 1 탄산리튬이 용해된 수용액을 4차 고액분리하는 제 9 단계; 상기 4차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 가열하여 재결정하므로 제 2 탄산리튬을 석출시키는 제 10 단계; 및 상기 제 2 탄산리튬이 석출된 여액을 5차 고액분리하여 고체상으로 고순도의 제 2 탄산리튬을 수득하고 이를 건조하는 제 11 단계; 를 포함하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 폐내화갑을 분쇄하여 폐내화갑 분쇄물을 제조하는 제 12 단계; 상기 폐내화갑 분쇄물에 알칼리 침출제와 물을 첨가한 후 반응시켜 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 제조하는 제 13 단계; 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 1차 고액분리하는 제 14 단계; 상기 1차 고액분리를 통해 수득한 고체상을 현탁액으로 제조한 후 1차 습식자력선별을 수행하여 제 1 자착물과 제 1 비자착물을 수득하는 제 15 단계; 상기 제 1 비자착물을 현탁액으로 제조한 후 2차 습식자력선별을 수행하여 제 2 자착물과 제 2 비자착물을 수득하는 제 16 단계; 상기 제 2 비자착물에 물과 침출제를 투입한 후 반응시켜 리튬침출 반응액을 제조하는 제 17 단계; 상기 리튬침출 반응액을 6차 고액분리하는 제 18 단계; 상기 6차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 증발농축하는 제 19 단계; 상기 증발농축을 통해 수득한 농축액을 2차 고액분리하는 제 20 단계; 상기 2차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액에 대하여 탄산화반응을 수행하여 탄산화 반응액을 제조하는 제 21 단계; 상기 탄산화 반응액을 3차 고액분리하는 제 22 단계; 상기 3차 고액분리를 통해 고체상으로 수득한 제 1 탄산리튬에 물을 첨가하여 제 1 탄산리튬 현탄액으로 제조하고 탄산가스(CO2)를 주입하여 제 1 탄산리튬을 용해시키는 제 23 단계; 상기 제 1 탄산리튬이 용해된 수용액을 4차 고액분리하는 제 24 단계; 상기 4차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 가열하여 재결정하므로 제 2 탄산리튬을 석출시키는 제 25 단계; 및
상기 제 2 탄산리튬이 석출된 여액을 5차 고액분리하여 고체상으로 고순도의 제 2 탄산리튬을 수득하고 이를 건조하는 제 26 단계;를 포함하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법을 제공한다.
상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리는 알칼리 금속의 수산화물, 알칼리 금속의 탄산염, 또는 알칼리 토금속의 수산화물을 포함하는 알칼리 중 한 가지 이상을 상기 폐내화갑 분쇄물에 물과 함께 첨가한 후 가열하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 자착물은 산화철 및 철스케일을 포함하는 자착물이며, 상기 제 2 자착물은 양극활물질을 포함하는 자착물이며, 상기 6차 고액분리의 고체상은 알루미나 및 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하며 상기 리튬침출 반응액은 상기 제 2 비자착물에 침출제로서 알칼리토금속의 수산화물 또는 산화물과 물을 투입한 후 압력반응용기에서 온도 100 내지 200℃ 및 반응시간 3시간 이내로 반응시켜 제조하며, 상기 리튬침출 반응액의 반응 슬러리 농도가 10 내지 50wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 증발농축은 70 내지 95℃에서 감압증발시키거나 대기압하에서 질소나 아르곤가스를 퍼지하여 이산화탄소와 농축액이 접촉하지 못하는 분위기에서 100℃로 가열하며 수행하는 것을 특징으로 하며 농축액 내 리튬 농도가 0.5 내지 5%가 될 때 까지 진행하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄산화 반응은 상기 2차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액에 이산화탄소, 탄산수, 및 탄산수소리튬 수용액 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 주입하여 pH 8 내지 10이 될 때까지 반응시키는 것을 특징으로 하며 상기 3차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액은 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리에 첨가되어 탄산화반응에 참여하지 않은 미반응 수산화리튬을 더 회수하는 것을 특징으로 한다..
상기 제 1 탄산리튬 현탄액에 이산화탄소를 주입하여 상기 제 1 탄산리튬을 용해시키는 반응은 온도 0 내지 20℃에서 수행하며 반응 종료시 반응액의 pH가 6 내지 8이 되도록 하는 것을 특징으로 하며 상기 4차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액은 80 내지 100℃의 온도로 가열하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법으로 제조한 탄산리튬(제 2 탄산리튬)은 순도가 99.9% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 사용 후 버려지는 폐내화갑의 침식면에 침착된 수산화리튬, 탄산리튬, 리튬실리케이트(lithium silicate), 리튬알루미늄산화물(lithim aluminum oxide), 리튬알루미늄실리케이트(lithium aluminum silicate)와 같은 리튬 함유 화합물들로부터 고순도의 탄산리튬을 회수하는 최적화된 방법을 제공한다. 따라서 본 발명의 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법을 이용하면 버려지는 폐내화갑을 재활용하여 리튬 2차 전지의 제조에 사용 가능한 고순도의 탄산리튬을 제조할 수 있을 뿐 아니라 제조과정에서 부수적으로 수득되는 양극활물질, 산화철, 알루미나, 실리케이트 및 탄산칼슘등 또한 재활용될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법을 모식적으로 보여준다.
도 2는 본 발명의 폐내화갑의 구성광물을 XRD로 분석한 결과를 보여준다.
도 3은 폐내화갑 분쇄물의 주사전자현미경(SEM) 사진으로 전체적인 입자크기의 분포와 독립입자 표면의 구조를 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 폐내화갑의 구성광물을 XRD로 분석한 결과를 보여준다.
도 3은 폐내화갑 분쇄물의 주사전자현미경(SEM) 사진으로 전체적인 입자크기의 분포와 독립입자 표면의 구조를 보여주는 사진이다.
본 발명은 이차전지용 양극활물질의 소성에 사용된 후 폐기되는 내화갑(폐내화갑)으로부터 고순도 탄산리튬을 회수하는 방법에 관한 것이다. 상기 내화갑은 반복 사용함에 따라 수산화리튬이나 탄산리튬 등에 의한 침식이 발생하여 파괴되어 재활용 없이 폐기된다. 본 발명은 재활용되지 않고 폐기되는 폐내화갑으로부터 고부가가치의 리튬화합물을 회수하는 것을 목적으로 한다. 상기 폐내화갑은 이차전지용 양극활물질의 소성에 사용된 세라믹 용기로서 SiO2, Al2O3, MgO를 주성분으로 한다.
표 1은 양극소재인 NCA(시료명: SG1)와 NCM(시료명: SG2)의 소결에 사용된 폐내화갑의 조성을 보여준다.
| 조성 | SG1(NCA) | SG2(NCM) |
| Li2O(as Li) | 4.52(2.1)% | 1.89(0.88)% |
| NiO | 0.13% | 0.16% |
| Co3O4 | 0.01% | 0.02% |
| SiO2 | 49.38% | 30.73% |
| Al2O3 | 38.25% | 51.38% |
| CaO | 0.48% | 0.52% |
| MgO | 5.37% | 13.63% |
| Fe2O3 | 0.33% | 0.54% |
| Na2O | 0.32% | 0.12% |
| K2O | 0.30% | 0.19% |
| etc. | 0.91% | 0.82% |
분석결과 SG1 및 SG2의 리튬(Li) 함량이 각각 2.1%와 0.88%로 높은 편으로 확인되었으며 이를 탄산리튬 함량으로 환산한 경우 SG1=11.17%, 및 SG2=4.68%에 해당하는 것으로 확인되었다. 또한 니켈 및 코발트의 함량 역시 각각 0.13 내지 0.16% 및 0.01 내지 0.02%인 것으로 확인되어 회수 할 가치가 충분한 것으로 확인되었다.
상기 폐내화갑은 뮬라이트(mullite), 코디어라이트(cordierite), 알루미나(alumina), 석영(quartz), 스피넬(spinel), 리튬 실리케이트(lithium silicate), 산화 리튬 알루미늄(lithium aluminum oxide), 리튬 알루미늄 실리케이트(lithium aluminum silicate)등으로 구성되어 있다. 상기 폐내화갑의 구성성분 중 내화갑의 파괴 원인 물질은 리튬 실리케이트(lithium silicate), 산화 리튬 알루미늄(lithium aluminum oxide), 리튬 알루미늄 실리케이트(lithium aluminum silicate)등이다.
본 발명은 폐내화갑을 분쇄하여 폐내화갑 분쇄물을 제조하는 제 1 단계; 상기 폐내화갑 분쇄물에 알칼리 침출제와 물을 첨가한 후 반응시켜 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 제조하는 제 2 단계; 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 1차 고액분리하는 제 3 단계; 상기 1차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 증발농축하는 제 4 단계; 상기 증발농축을 통해 수득한 농축액을 2차 고액분리하는 제 5 단계;
상기 2차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액에 대하여 탄산화반응을 수행하여 탄산화 반응액을 제조하는 제 6 단계; 상기 탄산화 반응액을 3차 고액분리하는 제 7 단계; 상기 3차 고액분리를 통해 고체상으로 수득한 제 1 탄산리튬에 물을 첨가하여 제 1 탄산리튬 현탄액으로 제조하고 이산화탄소(CO2)를 주입하여 제 1 탄산리튬을 용해시키는 제 8 단계; 상기 제 1 탄산리튬이 용해된 수용액을 4차 고액분리하는 제 9 단계; 상기 4차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 가열하여 재결정하므로 제 2 탄산리튬을 석출시키는 제 10 단계; 및 상기 제 2 탄산리튬이 석출된 여액을 5차 고액분리하여 고체상으로 고순도의 제 2 탄산리튬을 수득하고 이를 건조하는 제 11 단계; 를 포함하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 폐내화갑을 분쇄하여 폐내화갑 분쇄물을 제조하는 제 12 단계; 상기 폐내화갑 분쇄물에 알칼리 침출제와 물을 첨가한 후 반응시켜 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 제조하는 제 13 단계; 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 1차 고액분리하는 제 14 단계; 상기 1차 고액분리를 통해 수득한 고체상을 현탁액으로 제조한 후 1차 습식자력선별을 수행하여 제 1 자착물과 제 1 비자착물을 수득하는 제 15 단계; 상기 제 1 비자착물을 현탁액으로 제조한 후 2차 습식자력선별을 수행하여 제 2 자착물과 제 2 비자착물을 수득하는 제 16 단계; 상기 제 2 비자착물에 물과 침출제를 투입한 후 반응시켜 리튬침출 반응액을 제조하는 제 17 단계; 상기 리튬침출 반응액을 6차 고액분리하는 제 18 단계; 상기 6차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 증발농축하는 제 19 단계; 상기 증발농축을 통해 수득한 농축액을 2차 고액분리하는 제 20 단계; 상기 2차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액에 대하여 탄산화반응을 수행하여 탄산화 반응액을 제조하는 제 21 단계; 상기 탄산화 반응액을 3차 고액분리하는 제 22 단계; 상기 3차 고액분리를 통해 고체상으로 수득한 제 1 탄산리튬에 물을 첨가하여 제 1 탄산리튬 현탄액으로 제조하고 탄산가스(CO2)를 주입하여 제 1 탄산리튬을 용해시키는 제 23 단계; 상기 제 1 탄산리튬이 용해된 수용액을 4차 고액분리하는 제 24 단계; 상기 4차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 가열하여 재결정하므로 제 2 탄산리튬을 석출시키는 제 25 단계; 및
상기 제 2 탄산리튬이 석출된 여액을 5차 고액분리하여 고체상으로 고순도의 제 2 탄산리튬을 수득하고 이를 건조하는 제 26 단계;를 포함하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법을 제공한다.
상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리는 알칼리 금속의 수산화물, 알칼리 금속의 탄산염, 또는 알칼리 토금속의 수산화물을 포함하는 알칼리 중 한 가지 이상을 상기 폐내화갑 분쇄물에 물과 함께 첨가한 후 가열하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 자착물은 산화철 및 철스케일을 포함하는 자착물이며, 상기 제 2 자착물은 양극활물질을 포함하는 자착물이며, 상기 6차 고액분리의 고체상은 알루미나 및 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하며 상기 리튬침출 반응액은 상기 제 2 비자착물에 침출제로서 알칼리토금속의 수산화물 또는 산화물과 물을 투입한 후 압력반응용기에서 온도 100 내지 200℃ 및 반응시간 3시간 이내로 반응시켜 제조하며, 상기 리튬침출 반응액의 반응 슬러리 농도가 10 내지 50wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 증발농축은 70 내지 95℃에서 감압증발시키거나 대기압하에서 질소나 아르곤가스를 퍼지하여 이산화탄소와 농축액이 접촉하지 못하는 분위기에서 100℃로 가열하며 수행하는 것을 특징으로 하며 농축액 내 리튬 농도가 0.5 내지 5%가 될 때 까지 진행하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄산화 반응은 상기 2차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액에 이산화탄소, 탄산수, 및 탄산수소리튬 수용액 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 주입하여 pH 8 내지 10이 될 때까지 반응시키는 것을 특징으로 하며 상기 3차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액은 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리에 첨가되어 탄산화반응에 참여하지 않은 미반응 수산화리튬을 더 회수하는 것을 특징으로 한다..
상기 제 1 탄산리튬 현탄액에 이산화탄소를 주입하여 상기 제 1 탄산리튬을 용해시키는 반응은 온도 0 내지 20℃에서 수행하며 반응 종료시 반응액의 pH가 6 내지 8이 되도록 하는 것을 특징으로 하며 상기 4차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액은 80 내지 100℃의 온도로 가열하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법으로 제조한 탄산리튬(제 2 탄산리튬)은 순도가 99.9% 이상인 것을 특징으로 한다.
하기에서 상기 제조방법의 단계를 공정에 따라 상세히 설명한다.
1) 제1공정: 폐내화갑 분쇄공정
폐내화갑을 200#이하의 분말로 분쇄한다. 상기 폐내화갑을 한 번에 미분화하기에는 분쇄효율이 너무 낮은 문제가 있다. 따라서 1차 분쇄를 통해 1mm 이하로 조쇄한 후 2차 분쇄를 통해 200#(mesh)이하로 분쇄하는 것이 바람직하다. 상기 폐내화갑은 높은 압축강도를 가지나 충격에 약한 특징이 있다. 상기 폐내화갑의 파쇄는 충격식 파쇄기를 적용할 수 있으나 높은 경도의 날카로운 면을 가지는 파쇄입자가 발생하게 되므로 파쇄기의 부품마모가 증가하여 비용이 증가되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 1차 파쇄 공정으로서 부품의 교체가 용이하고 그 비용이 저렴한 조크라샤를 사용하며 2차 파쇄 공정으로서 볼밀을 사용한다. 바람직하게는 분쇄효율을 향상시키기 위하여 2차 파쇄 공정 전에 임팩트크라샤와 같은 중쇄기를 배치할 수 있다.
2) 제2공정: 폐내화갑 분쇄물 용해 공정
제1공정을 통해 분쇄한 폐내화갑 분쇄물에는 수산화리튬(lithium hydroxide), 탄산리튬(lithium carbonate), 리튬 실리케이트(lithium silicate), 산화 리튬 알루미늄(lithium aluminum oxide), 또는 리튬 알루미늄 실리케이트(lithium aluminum silicate)와 같은 리튬함유물질이 포함되어 있다. 상기 리튬함유물질은 대부분 수용성이나 리튬 알루미늄 실리케이트 등은 물에 대한 용해도가 낮아 물만으로는 용해시키기 어려운 문제점이 있다. 상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 상기 폐내화갑 분쇄물을 알칼리금속의 수산화물, 알칼리금속의 탄산염, 또는 알칼리토금속의 수산화물로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 알칼리와 물을 함께 혼합한 후 가열하는 방법을 사용하였다. 본 발명의 분쇄물 용해공정은 상기 알칼리 침출제와 함께 가열하는 방법을 이용하여 상기 폐내화갑 분쇄물을 용해시키므로 물에 대한 용해도가 낮은 리튬 알루미늄 실리케이트 등도 분해되어 리튬의 회수율이 증가하는 장점이 있다. 상기 용해도가 낮은 리튬함유물질의 분해반응은 알칼리의 농도 및 온도에 비례하여 반응성이 증가하는 경향이 있다. 그러나 알칼리 금속염으로 제조된 알칼리 수용액을 침출제로 사용하는 경우 규소와 알루미늄의 농도가 높아지기 때문에 이들을 제거하기 위한 별도의 공정이 필요한 단점이 있다. 이에 반하여 알칼리토금속의 산화물 또는 수산화물로 제조된 침출제를 사용하는 경우 용해성 규소나 알루미늄과 난용성 염을 형성하기 때문에 리튬 알루미늄 실리케이트의 분해를 촉진시킴과 동시에 용액 내 규소와 알루미늄의 농도를 낮게 유지하는데 도움이 되고 용해도가 비교적 낮은 탄산리튬과 반응하여 용해도가 높은 수산화리튬과 난용성탄산염을 생성하므로 리튬의 침출율 향상에 도움이 되는 특징이 있다. 따라서 본 발명의 폐내화갑 분쇄물 용해공정에서 리튬 추출을 촉진하기 위한 첨가제로서 수산화칼슘, 산화칼슘, 또는 수산화마그네슘이 바람직하며, 그 첨가량은 내화갑 100중량부 기준 5 내지 50중량부가 적당하다. 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 공정은 20℃ 이하의 온도에서는 반응을 종결하는데 6시간 이상이 소요되고 생성물의 입도도 매우 미세하여 고액분리에 어려움이 발생한다. 또한 50℃에서는 2시간 이내에 반응이 종결되고 80℃에서는 30분 이내에 반응이 종결된다. 또한 100℃ 부근에서는 10분 이내에 반응이 종결되나 물의 증발에 따른 에너지의 손실이 크게 발생하는 문제점이 있다. 따라서 본 발명의 바람직한 폐내화갑 분쇄물 용해 공정 반응 온도는 50 내지 80℃이며 반응시간은 30 내지 120분이다.
정리하면 본 발명의 바람직한 폐내화갑 분쇄물 용해 공정은 200#(mesh)이하로 분쇄된 폐내화갑 분쇄물 100중량부에 대하여 반응촉진제인 수산화칼슘, 산화칼슘, 또는 수산화마그네슘이 5 내지 50중량부로 포함된 폐내화갑 분쇄물 용해 반응액을 50 내지 80℃의 온도로 가열하여 30 내지 120분 동안 반응시키는 것이다. 또한 동일한 조건에서 알칼리토금속 수산화물(또는 산화물)과 함께 그 사용량의 5내지 50%에 해당하는 알칼리 금속의 수산화물을 추가로 투입하면 리튬의 침출속도와 침출율이 약 5% 정도 증가하는 효과가 발생한다. 공정비용의 증가를 감수 할 경우 바람직한 방법이 될 수 있다.
3) 제3공정: 1차 고액분리공정
상기 폐내화갑 분쇄물의 용해된 현탁액을 고액분리(1차 고액분리)한다. 상기 1차 고액분리는 침강조, 필터프레스, 스크류필터, 원심분리기 등을 사용하거나 이들 중 2종 이상을 조합하여 그 효율을 높일 수 있다. 상기 1차 고액분리로 얻어진 고체상은 양극활물질과 내화물 조성물을 포함되며 액상(여액)은 리튬(Li+), 알루미늄(알루민산이온), 실리콘(규산이온)을 포함한다.
4) 제4공정: 증발농축공정
상기 1차 고액분리를 통해 수득한 여액은 대부분 수산화리튬 수용액이며 불순물로서 200ppm이하의 칼슘, 알루미늄, 실리콘 등을 포함하고 있다. 본 발명의 증발농축공정의 목적은 수산화리튬 수용액내 물을 증발시켜 리튬농도를 증가시키며 불순물인 칼슘, 알루미늄, 또는 실리콘 화합물을 침전시켜 제거하는데 있다.
본 발명의 증발농축공정은 70 내지 95℃에서 감압증발 시키는 것이 바람직하며 대기압에서 수행하는 경우 100℃의 대기압 조건에서 수행 할 수 있다. 다만 대기압에서 수행하는 경우 질소나 아르곤가스를 퍼지하여 이산화탄소와 농축액이 접촉하지 못하도록 하여야 한다.
본 발명의 증발농축공정은 용액 내 리튬 농도가 0.5 내지 5%가 될 때 까지 진행하는 것이 바람직하다. 리튬 농도가 0.5%가 되기 전에 증발농축을 종결하게 되면 불순물이 제거되지 않을 수 있으며 5% 이상으로 증발농축하게 되면 공정효율이 저하하고 공정비용이 상승한다.
5) 제5공정: 2차 고액분리공정
상기 증발농축을 수행한 농축액에 대하여 고액분리(2차 고액분리)를 수행한다. 상기 2차 고액분리를 통해 증발농축공정의 침전물인 수산화칼슘, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 이산화규소, 칼슘실리케이트수화물, 및 탄산리튬 등을 고체상으로 수득하고 용액상으로 수산화리튬 수용액이 분리된다. 상기 2차 고액분리공정은 일반적으로 침강조, 필터프레스, 스크류필터, 원심분리기 등을 사용하거나 이들 중 2종 이상을 조합하여 그 효율을 높일 수 있다. 상기 2차 고액분리를 통해 수득한 고체상에는 탄산리튬이 포함되어 있으므로 상기 폐내화갑 분쇄물의 용해공정에 재투입되어 리튬을 더 회수하게 된다.
6) 제6공정: 탄산화반응공정
상기 2차 고액분리공정을 통해 수득한 여액은 수산화리튬 수용액이므로 탄산화반응을 수행하여 탄산리튬(Li2CO3)을 석출한다. 상기 탄산화반응은 수산화리튬 수용액에 이산화탄소(CO2)가스를 주입하여 수행하는 제1탄산화방법(화학식1 참조); 수산화리튬 수용액과 탄산수를 혼합하는 수행하는 제2탄산화방법(화학식2 참조); 수산화리튬 수용액과 탄산수소리튬 수용액을 혼합하여 수행하는 제3탄산화방법(화학식3 참조); 수산화리튬 수용액과 탄산나트륨 수용액을 혼합하여 수행하는 제4탄산화방법(화학식4 참조); 또는 수산화리튬 수용액과 탄산칼륨 수용액을 혼합하여 수행하는 제5탄산화방법(화학식5 참조)이 적용될 수 있다.
상기 탄산화방법 중 제4탄산화방법 및 제5탄산화방법은 각각 나트륨 및 칼륨과 같은 불순물이 혼입될 우려가 있으므로 추가적인 공정을 통해 상기 불순물을 제거하여 하는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 상기 불순물의 혼입의 우려가 없는 제1탄산화방법, 제2탄산화방법, 또는 제3탄산화방법을 사용하며 바람직하게는 이산화탄소가스를 주입하는 제1탄산화방법을 사용한다.
본 발명의 제1탄산화방법은 10m3 용량의 반응조의 2% LiOH 용액에 3.12 내지 12.48 x 103ℓ/min의 유량으로 이산화탄소가스를 불어넣어 30 내지 120분 사이에 탄산화반응이 종결되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 유량 범위보다 많은 양으로 주입하게 되면 탄산화반응에 참여하지 못하고 유실되는 가스량이 많아지고 상기 유량범위보다 작은 양으로 주입하게 되면 탄산화반응 소요되는 시간이 길어져 생산효율이 저하된다. 본 발명의 제1탄산화방법은 발열 반응으로 20℃ 반응이 시작되는 경우 반응 종료시의 온도는 30℃ 정도가 된다. 따라서 반응 기간 중에는 별도의 가열 조작은 필요 없으나 온도가 높아지면 이산화탄소의 용해도가 낮아져 미반응 탄산가스의 량이 증가하게 되므로 가스 주입유량을 낮추어야 할 필요가 있다. 이에 반하여 반응온도가 증가하게 되면 탄산리튬의 용해도가 낮아져 탄산리튬의 수율이 향상될 뿐 아니라 결정성장 속도도 빨라져 재결정화에 의한 순도 상승효과가 나타나게 된다. 따라서 본 발명에서는 상온에서 제1탄산화방법을 사용하여 탄산화를 수행(10m3 용량의 20℃ 반응조, 2% LiOH 용액, 이산화탄소 주입량 3.12 내지 12.48 x 103ℓ/min)하고 상기 탄산화 반응이 종료된 후 탄산화 반응액을 100℃로 가열한다.
본 발명의 탄산화 반응액은 반응 초기 pH 12 이상의 강알칼리 상태이며 반응이 진행됨에 따라 점점 감소하여 pH 7에 수렴하게 된다. 탄산리튬의 생성은 pH 9 부근에서 완료되며 pH 9보다 낮은 pH 상태에서는 탄산리튬이 중탄산리튬으로 재용해된다. 따라서 탄산화반응은 pH 8 내지 10 사이 일 때 종료하는 것이 바람직하다. pH 10을 초과하는 경우에서 반응을 종료하게 되면 불순물인 규소와 알루미늄이 규산이온이나 알루민산이온 등의 이온상태로 존재하게 되며 pH 8 미만인 경우에서 반응을 종료하게 되면 SiO2 또는 Al(OH)3등으로 탄산리튬과 함께 공침하기 때문에 탄산리튬의 순도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 제2탄산화방법은 5 내지 10℃이하의 온도에서 5 내지 20bar의 압력으로 탄산가스를 주입하여 제조한 탄산수를 사용할 수 있으며 바람직하게는 5℃이하의 온도에서 10bar의 압력으로 탄산가스를 주입하여 제조한 탄산수를 사용한다. 5℃이하에서 10bar의 압력으로 탄산가스를 주입하여 제조한 탄산수에는 약 0.68mol의 이산화탄소가 용해되어 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 상기 탄산수 1ℓ와 2.72mol 수산화리튬 수용액 500㎖를 혼합하여 20℃에서 30분간 반응시킨 후 100℃로 가열하고 10분간 숙성시킨 후 여과하게 되면 고순도 탄산리튬 약 39g의 고순도 탄산리튬을 수득할 수 있다. 본 발명의 제2탄산화방법은 반응종결시 반응액의 pH를 8이상으로 유지하고 LiOH의 농도를 이론당량의 1.01에서 1.1배로 높여 첨가하여 규소 및 알루미늄의 혼입을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3탄산화방법은 탄산수소리튬(LiHCO3)수용액을 이용하는 방법으로 탄산리튬과 탄산수를 반응시켜 제조한 탄산수소리튬 수용액 또는 압력용기에서 탄산리튬과 이산화탄소를 반응시켜 제조한 탄산수소리튬 수용액을 사용할 수 있다. 상기 탄산수소리튬 수용액은 압력용기에서 탄산리튬과 이산화탄소를 반응시켜 제조한 탄산수소리튬 수용액을 사용하는 것이 바람직한데 그 이유는 압력용기에서 탄산리튬과 이산화탄소를 반응시키게 되면 수용액내 중탄산리튬의 농도를 빠르게 증가시킬 수 있기 때문이다. 상기 탄산리튬과 이산화탄소를 반응시키는 방법은 20℃ 이하 압력반응용기에 탄산가스압력을 2 내지 20bar로 유지하는 것이 바람직하며 이 반응의 경우도 규소와 알루미늄의 혼입 방지를 위하여 LiOH의 농도를 이론당량의 1.01 내지 1.1배가 되도록 하여 반응시키는 것이 바람직하다.
7) 제7공정: 3차 고액분리공정
상기 탄산화반응공정을 수행한 반응액에 대하여 3차 고액분리를 수행한다. 상기 3차 고액분리를 통해 고체상으로 제1탄산리튬을 수득하고 액상(여액)으로 미반응 수산화리튬 및 불순물이온의 포함된 수용액이 수득된다. 상기 제1탄산리튬은 순도를 향상시키기 위하여 탄산용해공정으로 투입되고 상기 여액은 상기 폐내화갑 분쇄물의 용해 공정으로 재투입되어 미반응 수산화리튬의 리튬을 더 회수하고 불순물은 제거한다. 상기 여액은 리튬추출을 촉진하기 위한 첨가제(수산화칼슘, 산화칼슘, 또는 수산화마그네슘)와 함께 폐내화갑 분쇄물에 투입될 수 있다.
8) 제8공정: 가압탄산용해공정
상기 3차 고액분리공정을 통해 수득한 고체상의 제1탄산리튬에 물을 첨가한 후 탄산가스(CO2)를 주입하여 가압탄산용해공정을 수행하므로 탄산리튬의 재용해과정을 수행하여 순도를 향상시킨다. 탄산리튬과 탄산가스가 접촉하게 되면 시간의 경과와 함께 반응액의 pH가 6 내지 8에 수렴하게 되며 상기 탄산리튬은 중탄산리튬이 되어 용해된다. 이 때 용해되지 않은 알루미늄성분(Al(OH)3), 규소성분(SiO2), 및 탄산칼슘(CaCO3)은 4차 고액분리 공정을 통해 고체상으로 제거 될 수 있다. 상기 가압탄산용해공정을 위하여 물 100중량부에 대하여 탄산리튬 2 내지 12중량부가 되도록 슬러리 농도를 조절할 수 있다. 상기 슬러리의 탄산리튬이 2중량부보다 적으면 공정효율이 저하되고 상기 슬러리의 탄산리튬이 12중량부보다 많으면 탄산리튬이 완전히 용해되는데 걸리는 시간이 길어지며 불완전 용해된 탄산리튬이 불순물들과 함께 제거되어 수율이 저하되는 문제가 발생한다. 탄산수에 대한 탄산리튬의 용해도는 온도가 낮을수록 높아진다. 본 발명의 가압탄산용해공정은 0 내지 20℃에서 수행하는 것이 바람직하다.
9) 제9공정: 4차 고액분리공정
상기 가압탄산용해공정을 통해 액체상으로 중탄산리튬수용액이 수득되고 고체상으로 불순물인 알루미늄성분(Al(OH)3), 규소성분(SiO2), 및 칼슘성분(CaCO3)이 분리한다. 상기 4차 고액분리공정을 통해 수득한 중탄산리튬수용액의 중탄산리튬은 재결정화를 통해 탄산리튬으로 변환된다.
10) 제10공정: 가열재결정화공정
상기 4차 고액분리공정에서 수득한 여액(중탄산리튬수용액)을 가열하여 중탄산리튬을 탄산리튬(제2탄산리튬)으로 석출시킨다. 상기 석출 과정은 화학식 6으로 표현된다.
반응 온도가 낮고 압력이 높아지게 되면 탄산리튬용해반응이 진행되어 중탄산리튬이 생성되고; 반응 온도가 높고 압력이 낮아지게 되면 중탄산리튬이 탄산리튬으로 석출된다. 상기 중탄산리튬의 분해반응은 단순한 격렬교반이나 폭기만으로도 탄산리튬이 석출되나 그 속도가 매우 느린 단점이 있다. 따라서 상기 반응에서 중탄산리튬을 탄산리튬으로 침전시키는 가장 경제적이며 쉬운 방법은 반응액을 교반하면서 80 내지 100℃로 가열하는 것이다. 탄산리튬의 침전반응속도는 온도와 압력에 따라 달라지며 온도가 높을수록 압력이 낮을수록 빨라진다. 실시예에 따르면 LiHCO3의 농도가 2mol/ℓ인 수용액을 100℃로 가열하게 되면 20분 이내에 탄산리튬의 침전반응이 종료된다. 상기 가열재결정화공정의 반응액에서 액상(여액)으로 수득된 수용액은 상기 폐내화갑 분쇄물의 용해 공정의 용수로서 재사용된다.
11) 제11공정: 5차 고액분리공정 및 건조공정
상기 가열재결정화공정의 반응액을 고액분리하면 석출된 탄산리튬이 고체상으로 수득되며 상기 석출된 탄산리튬은 건조하여 고순도 탄산리튬(순도 99.9% 이상)을 수득한다.
12) 제12공정: 1차 습식자력선별공정
상기 1차 고액분리를 통해 수득한 고체상에 대하여 습식자력선별(1차 습식자력선별)을 수행한다. 상기 1차 습식자력선별공정은 상기 고체상에 물을 첨가하여 슬러리로 제조한 후 수행하는 것이 바람직하며 상기 물은 공업용수 정도의 수질이면 충분하며 공정 내에 사용했던 물을 재사용 하는 것도 가능하다. 상기 1차 습식자력선별은 폐내화갑의 파쇄 중 마모에 의하여 혼입된 철편이나 철스케일 등을 제거하는 것을 목적으로 한다. 상기 철편이나 철스케일은 매우 강력한 자화능을 가지므로 100 내지 500가우스 정도의 자속밀도에서 자착물로서 제거하는 것이 가능하다. 200가우스 이하에서는 자착물로서 철편과 철스케일이 대부분 제거되나 200가우스를 초과하는 경우 자착물로서 철편 및 철스케일과 함께 양극활물질의 혼입율이 증가하게 된다. 따라서 200가우스를 초과하여 습식자력선별을 하는 경우 혼입된 양극활물질을 위한 별도의 자력선별이 필요할 수 있다. 상기 1차 습식자력선별공정을 통해 선별된 자착물은 철편(산화철) 및 철스케일이며 비자착물은 양극활물질, 알루미나, 실리케이트이다.
13) 제13공정: 2차 습식자력선별 공정
본 발명의 2차 습식자력선별공정은 1차 습식자력선별공정의 비자착물로부터 산화니켈과 산화코발트 등을 포함하는 양극활물질을 회수하는 것을 목적으로 한다. 상기 비자착물에 포함된 양극활물질은 약자성 또는 상자성체에 해당하므로 이들을 자착물로서 회수하기 위해서는 높은 자속밀도를 갖는 자석이 필요하다.
본 발명의 2차 습식자력선별공정은 10,000가우스 이상의 자속밀도를 갖는 고구배자력선별기를 사용할 수 있으며 바람직하게는 30,000가우스 이상의 자속밀도를 가지는 고구배자력선별기를 사용하는 할 수 있다. 또한 상기 고구배자력선별기는 선별대상 입자를 포함하는 슬러리가 자화된 자성매체 사이로 흘려보내는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 상기 슬러리의 고형물 농도는 1 내지 10%일 수 있다. 상기 고형물의 농도가 1%미만이면 용수량이 증가함에 따라 불필요한 저장조가 많아지고 에너지 비용의 증가하는 문제점이 있으며 상기 고형물의 농도가 10%를 초과하게 되면 선별 효율이 현저히 저하되는 문제점이 있다. 상기 2차 습식자력선별공정을 통해 자착물로서 선별된 것은 양극활물질이며 비자착물로서 선별된 것은 리튬이 제거된 내화갑의 조성물로서 알루미나 또는 실리케이트이다.
14) 제14공정: 알칼리침출공정
상기 2차습식자력선별의 비자착물에는 난용성 리튬화합물이 잔류하고 있으며 잔류리튬의 농도는 1,000mg/kg 내지 6,000mg/kg이다. 이 잔류 리튬을 회수하기 위하여 수산화칼슘으로 대표되는 알칼리토금속의 수산화물 또는 산화물과 상기 비자착물을 물과 함께 혼합하고 압력반응용기 내에서 100내지 200℃로 1시간 이상 반응시키면 잔류하는 난용성 리튬화합물의 70%이상이 분해되어 리튬이 침출된다. 이 때 반응시간이 길고 반응온도가 높을수록 리튬의 침출율은 증가하지만 공정비용이 상승하므로 리튬회수율 상승에 따른 경제적 이득을 고려하여 반응온도와 시간을 정하는 것이 바람직하다. 반응 슬러리의 고체 농도는 10내지 50wt.%로 조정하는 것이 바람직하다.
15) 제15공정: 6차 고액분리공정
알칼리침출제로 수산화칼슘이나 산화칼슘을 사용하는 경우 침출잔사는 규산칼슘수화물, 마그네슘알루미네이트, 칼슘알루미늄수화물 그리고 규산칼슘알루미늄수화물이 대부분이고 수산화알루미늄과 이산화규소 그리고 수산화칼슘도 약간씩 공존한다. 액상에는 Li+, OH-의 농도가 가장 높고 약간의 Ca2+, AlO2 -, H2SiO4 2-등을 포함한다. 고액분리로 얻어지는 침출잔사는 세척 후 배출되고, 액상은 증발농축공정으로 보내어 탄산리튬 제조를 위한 원료로 사용된다.
본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다.
Claims (20)
- 폐내화갑을 분쇄하여 폐내화갑 분쇄물을 제조하는 제 1 단계;
상기 폐내화갑 분쇄물에 알칼리 침출제와 물을 첨가한 후 반응시켜 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 제조하는 제 2 단계;
상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 1차 고액분리하는 제 3 단계;
상기 1차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 증발농축하는 제 4 단계;
상기 증발농축을 통해 수득한 농축액을 2차 고액분리하는 제 5 단계;
상기 2차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액에 대하여 탄산화반응을 수행하여 탄산화 반응액을 제조하는 제 6 단계;
상기 탄산화 반응액을 3차 고액분리하는 제 7 단계;
상기 3차 고액분리를 통해 고체상으로 수득한 제 1 탄산리튬에 물을 첨가하여 제 1 탄산리튬 현탄액으로 제조하고 이산화탄소(CO2)를 주입하여 제 1 탄산리튬을 용해시키는 제 8 단계;
상기 제 1 탄산리튬이 용해된 수용액을 4차 고액분리하는 제 9 단계;
상기 4차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 가열하여 재결정하므로 제 2 탄산리튬을 석출시키는 제 10 단계; 및
상기 제 2 탄산리튬이 석출된 여액을 5차 고액분리하여 고체상으로 고순도의 제 2 탄산리튬을 수득하고 이를 건조하는 제 11 단계;
를 포함하며,
상기 증발농축은 70 내지 95℃에서 감압증발시키거나 대기압하에서 질소나 아르곤가스를 퍼지하여 이산화탄소와 농축액이 접촉하지 못하는 분위기에서 100℃로 가열하며 수행하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리는 알칼리 금속의 수산화물, 알칼리 금속의 탄산염, 또는 알칼리 토금속의 수산화물을 포함하는 알칼리 중 한 가지 이상을 상기 폐내화갑 분쇄물에 물과 함께 첨가한 후 가열하여 제조하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 증발농축은 농축액 내 리튬 농도가 0.5 내지 5중량%가 될 때 까지 진행하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 탄산화 반응은 상기 2차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액에 이산화탄소, 탄산수, 및 탄산수소리튬 수용액 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 주입하여 pH 8 내지 10이 될 때까지 반응시키는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 3차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액은 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리에 첨가되어 탄산화반응에 참여하지 않은 미반응 수산화리튬을 더 회수하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 탄산리튬 현탄액에 이산화탄소를 주입하여 상기 제 1 탄산리튬을 용해시키는 반응은 온도 0 내지 20℃에서 수행하며 반응 종료시 반응액의 pH가 6 내지 8이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 4차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액은 80 내지 100℃의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 탄산리튬은 순도가 99.9% 이상인 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 폐내화갑을 분쇄하여 폐내화갑 분쇄물을 제조하는 제 12 단계;
상기 폐내화갑 분쇄물에 알칼리 침출제와 물을 첨가한 후 반응시켜 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 제조하는 제 13 단계;
상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리를 1차 고액분리하는 제 14 단계;
상기 1차 고액분리를 통해 수득한 고체상을 현탁액으로 제조한 후 1차 습식자력선별을 수행하여 제 1 자착물과 제 1 비자착물을 수득하는 제 15 단계;
상기 제 1 비자착물을 현탁액으로 제조한 후 2차 습식자력선별을 수행하여 제 2 자착물과 제 2 비자착물을 수득하는 제 16 단계;
상기 제 2 비자착물에 물과 침출제를 투입한 후 반응시켜 리튬침출 반응액을 제조하는 제 17 단계;
상기 리튬침출 반응액을 6차 고액분리하는 제 18 단계;
상기 6차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 증발농축하는 제 19 단계;
상기 증발농축을 통해 수득한 농축액을 2차 고액분리하는 제 20 단계;
상기 2차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액에 대하여 탄산화반응을 수행하여 탄산화 반응액을 제조하는 제 21 단계;
상기 탄산화 반응액을 3차 고액분리하는 제 22 단계;
상기 3차 고액분리를 통해 고체상으로 수득한 제 1 탄산리튬에 물을 첨가하여 제 1 탄산리튬 현탄액으로 제조하고 탄산가스(CO2)를 주입하여 제 1 탄산리튬을 용해시키는 제 23 단계;
상기 제 1 탄산리튬이 용해된 수용액을 4차 고액분리하는 제 24 단계;
상기 4차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액을 가열하여 재결정하므로 제 2 탄산리튬을 석출시키는 제 25 단계; 및
상기 제 2 탄산리튬이 석출된 여액을 5차 고액분리하여 고체상으로 고순도의 제 2 탄산리튬을 수득하고 이를 건조하는 제 26 단계;
를 포함하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리는 알칼리 금속의 수산화물, 알칼리 금속의 탄산염, 또는 알칼리 토금속의 수산화물을 포함하는 알칼리 중 한 가지 이상을 상기 폐내화갑 분쇄물에 물과 함께 첨가한 후 가열하여 제조하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 자착물은 산화철 및 철스케일을 포함하는 자착물이며, 상기 제 2 자착물은 양극활물질을 포함하는 자착물이며, 상기 6차 고액분리의 고체상은 알루미나 및 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 리튬침출 반응액은 상기 제 2 비자착물에 침출제로서 알칼리토금속의 수산화물 또는 산화물과 물을 투입한 후 압력반응용기에서 온도 100 내지 200℃ 및 반응시간 3시간 이내로 반응시켜 제조하며, 상기 리튬침출 반응액의 반응 슬러리 농도가 10 내지 50wt%인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 증발농축은 70 내지 95℃에서 감압증발시키거나 대기압하에서 질소나 아르곤가스를 퍼지하여 이산화탄소와 농축액이 접촉하지 못하는 분위기에서 100℃로 가열하며 수행하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 증발농축은 농축액 내 리튬 농도가 0.5 내지 5중량%가 될 때 까지 진행하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 탄산화 반응은 상기 2차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액에 이산화탄소, 탄산수, 및 탄산수소리튬 수용액 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 주입하여 pH 8 내지 10이 될 때까지 반응시키는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 3차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액은 상기 폐내화갑 분쇄물 용해 반응슬러리에 첨가되어 탄산화반응에 참여하지 않은 미반응 수산화리튬을 더 회수하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 탄산리튬 현탄액에 이산화탄소를 주입하여 상기 제 1 탄산리튬을 용해시키는 반응은 온도 0 내지 20℃에서 수행하며 반응 종료시 반응액의 pH가 6 내지 8이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 4차 고액분리를 통해 액상으로 수득한 여액은 80 내지 100℃의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 탄산리튬은 순도가 99.9% 이상인 것을 특징으로 하는 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220070190A KR102552101B1 (ko) | 2022-06-09 | 2022-06-09 | 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법 |
| PCT/KR2023/007607 WO2023239120A1 (ko) | 2022-06-09 | 2023-06-02 | 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220070190A KR102552101B1 (ko) | 2022-06-09 | 2022-06-09 | 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102552101B1 true KR102552101B1 (ko) | 2023-07-06 |
Family
ID=87186048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220070190A KR102552101B1 (ko) | 2022-06-09 | 2022-06-09 | 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102552101B1 (ko) |
| WO (1) | WO2023239120A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102711721B1 (ko) * | 2023-09-06 | 2024-09-27 | 김영주 | 폐리튬이차전지로부터 전해질 및 리튬을 회수하는 방법 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101283843B1 (ko) * | 2010-09-27 | 2013-07-08 | 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 | 탄산리튬의 정제 방법 |
| KR102044331B1 (ko) * | 2017-12-22 | 2019-11-13 | 주식회사 포스코 | 탄산리튬의 제조방법 |
| JP2020055741A (ja) * | 2010-02-17 | 2020-04-09 | オール アメリカン リチウム エルエルシー | 高純度の炭酸リチウム、及び他の高純度のリチウム含有化合物を調製するためのプロセス |
| KR20210010576A (ko) * | 2018-05-18 | 2021-01-27 | 오토텍 (핀랜드) 오와이 | 수산화 리튬을 회수하기 위한 방법 |
| KR102278372B1 (ko) * | 2019-04-29 | 2021-07-19 | 고등기술연구원연구조합 | 리튬 함유 물질로부터 리튬 회수방법 |
| KR102290506B1 (ko) * | 2021-02-22 | 2021-08-18 | 한국지질자원연구원 | 폐 양극재 반응도가니로부터 리튬의 회수방법 |
| KR20220038441A (ko) * | 2019-07-26 | 2022-03-28 | 바스프 에스이 | 폐기 리튬 이온 배터리로부터 리튬 및 다른 금속의 회수 방법 |
-
2022
- 2022-06-09 KR KR1020220070190A patent/KR102552101B1/ko active IP Right Grant
-
2023
- 2023-06-02 WO PCT/KR2023/007607 patent/WO2023239120A1/ko unknown
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020055741A (ja) * | 2010-02-17 | 2020-04-09 | オール アメリカン リチウム エルエルシー | 高純度の炭酸リチウム、及び他の高純度のリチウム含有化合物を調製するためのプロセス |
| KR101283843B1 (ko) * | 2010-09-27 | 2013-07-08 | 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 | 탄산리튬의 정제 방법 |
| KR102044331B1 (ko) * | 2017-12-22 | 2019-11-13 | 주식회사 포스코 | 탄산리튬의 제조방법 |
| KR20210010576A (ko) * | 2018-05-18 | 2021-01-27 | 오토텍 (핀랜드) 오와이 | 수산화 리튬을 회수하기 위한 방법 |
| KR102278372B1 (ko) * | 2019-04-29 | 2021-07-19 | 고등기술연구원연구조합 | 리튬 함유 물질로부터 리튬 회수방법 |
| KR20220038441A (ko) * | 2019-07-26 | 2022-03-28 | 바스프 에스이 | 폐기 리튬 이온 배터리로부터 리튬 및 다른 금속의 회수 방법 |
| KR102290506B1 (ko) * | 2021-02-22 | 2021-08-18 | 한국지질자원연구원 | 폐 양극재 반응도가니로부터 리튬의 회수방법 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 삭제 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102711721B1 (ko) * | 2023-09-06 | 2024-09-27 | 김영주 | 폐리튬이차전지로부터 전해질 및 리튬을 회수하는 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023239120A1 (ko) | 2023-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5327409B2 (ja) | 希土類元素の回収方法 | |
| CN108941167B9 (zh) | 一种铝电解槽废阴极炭块中含钠、含氟化合物的机械化学转化与回收方法 | |
| KR101502592B1 (ko) | 실리카 및 마그네시아 추출을 위한 슬래그의 처리방법 | |
| CN101113019B (zh) | 从含锆固体废物中回收氧化锆及氧化钇的方法 | |
| KR101386245B1 (ko) | 페로니켈슬래그로부터 이산화규소 및 마그네시아의 분리방법 그리고 이를 이용한 규산 및 고토비료의 제조방법 | |
| KR102552101B1 (ko) | 폐내화갑으로부터 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법 | |
| EP4253578A1 (en) | Method of preparing high-purity lithium carbonate through reduction calcining of waste cathode material | |
| KR20090004036A (ko) | 폐 마그카본 내화물로부터 마그네슘 화합물의 제조 방법 | |
| KR20220026285A (ko) | 폐전지의 리튬을 탄산리튬의 형태로 회수하는 방법 | |
| KR20220034687A (ko) | 양극재 회수 방법 | |
| CN113149075A (zh) | 一种从低品位铌矿中制备五氧化二铌的方法 | |
| KR102525088B1 (ko) | 폐내화갑으로부터 고순도의 황산리튬을 제조하는 방법 | |
| CN113582213A (zh) | 一种粉煤灰综合利用的方法 | |
| US20180237887A1 (en) | Selective sulfation roasting of rare earth magnet waste | |
| US12091727B2 (en) | Process for extracting lithium, aluminum, and silicon materials from a hard rock source | |
| US7399454B2 (en) | Metallurgical dust reclamation process | |
| CN111732115B (zh) | 一种冶金沉淀级氧化镁的制备方法及应用 | |
| EP1639144B1 (en) | Method for recovering at least one metallic element like cesium from ore | |
| KR102552102B1 (ko) | 폐내화갑으로부터 음이온교환을 이용하여 고순도의 탄산리튬을 제조하는 방법 | |
| US10316393B2 (en) | Method for recovering rare earth element | |
| KR102525089B1 (ko) | 폐내화갑으로부터 니켈, 코발트, 리튬을 회수하는 방법 | |
| CN114006067B (zh) | 一种废旧三元锂离子电池正负极混合粉的回收方法及系统 | |
| KR102552103B1 (ko) | 폐내화갑으로부터 고순도의 인산리튬을 제조하는 방법 | |
| KR102668414B1 (ko) | 폐내화갑으로부터 탄산리튬을 제조하는 공정에서 발생하는 폐기물의 량을 최소화 하는 방법 | |
| EP0662158A1 (en) | Zirconium extraction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GRNT | Written decision to grant |