KR102558188B1 - Economical method removing impurities from waste phosphor-containg lithium battery materials - Google Patents

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Abstract

리튬을 함유한 폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 리튬을 침출시켜 리튬, 철과 인이 함유된 용액을 얻고 철과 인을 Vivianite(Fe3(PO4)2·8H2O) 및 Brushite(CaHPO4·2H2O)로 석출시키고 분리하여 1차 제거한 후 잔류하는 철과 인을 Magnetite(Fe3O4) 및 Hydroxyapatite(Ca5(PO4)3OH)로 석출시키고 분리하여 2차 제거하는 단계를 포함하는 리튬 함유 용액으로부터 철과 인을 제거하는 방법을 제공한다.Lithium is leached from waste phosphate-based lithium battery materials containing lithium to obtain a solution containing lithium, iron and phosphorus, and iron and phosphorus are extracted from Vivianite (Fe 3 (PO 4 ) 2 8H 2 O) and brushite (CaHPO 4 ). 2H 2 O) to precipitate and separate to remove the remaining iron and phosphorus with Magnetite (Fe 3 O 4 ) and Hydroxyapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH) to precipitate and separate to remove the second It provides a method for removing iron and phosphorus from a lithium containing solution.

Description

폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 불순물 제거 방법 {ECONOMICAL METHOD REMOVING IMPURITIES FROM WASTE PHOSPHOR-CONTAING LITHIUM BATTERY MATERIALS} Method for removing impurities from waste phosphate-based lithium battery materials

폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 불순물을 제거하는 방법에 대한 것이다.It relates to a method for removing impurities from waste phosphate-based lithium battery materials.

최근 전기자동차용 대용량 리튬전지의 양극활물질로서 종래의 LiCoO2 및 3성분계 활물질 (Li(CoNiMn)O2 등) 대신에 가격이 저렴한 인산화물계 물질인 LiFePO4의 사용이 증가하고 있다.Recently, LiFePO 4 , an inexpensive phosphate-based material, has been increasingly used as a cathode active material for large-capacity lithium batteries for electric vehicles instead of conventional LiCoO 2 and three-component active materials (Li(CoNiMn)O 2 , etc.).

폐 인산화물계 리튬전지 재료에 함유되어 있는 리튬 (Li)은 매우 고가의 금속으로서, 국내에서 생산되지 않아, 전량 해외에서 수입하여 사용하고 있다. 따라서, 우리나라와 같이 부존자원이 없는 국가의 특성과 중금속에 의한 환경 오염 방지의 측면에서 사용 후에 폐기되는 폐 인산화물계 리튬전지 재료부터 리튬을 회수하여 재사용하는 것이 필요하다. Lithium (Li) contained in waste phosphate-based lithium battery materials is a very expensive metal and is not produced domestically, so all of it is imported from abroad. Therefore, it is necessary to recover and reuse lithium from waste phosphate-based lithium battery materials that are discarded after use in terms of the characteristics of countries without endowed resources such as Korea and the prevention of environmental pollution by heavy metals.

폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 리튬을 회수하기 위해서는 폐 인산화물계 리튬전지 재료에 있는 리튬, 철 및 인등을 침출시킨 후 이로부터 불순물들을 제거하는 공정이 선행되어야 한다.In order to recover lithium from the waste phosphate-based lithium battery material, a process of leaching lithium, iron, and phosphorus from the waste phosphate-based lithium battery material and then removing impurities from it must be preceded.

종래에는 폐 리튬전지 재료로부터 리튬을 회수하기 위해 질산, 황산, 염산 등의 강산을 사용하여 리튬뿐 아니라 니켈, 코발트 및 망간 모두를 함께 용출시킨 후 수산화물로 침전시켜 각각을 분리하는 방법이 사용되어 왔다. 또한 최근에는 용매추출법으로 용출액으로부터 금속 성분을 분리하기도 한다. 이러한, 불순물 제거방법은 주로 코발트 및 니켈의 회수가 목적이며 폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 철과 인을 제거하기 위해 사용될 수 없다.Conventionally, in order to recover lithium from waste lithium battery materials, a method of eluting not only lithium but also nickel, cobalt, and manganese together using strong acids such as nitric acid, sulfuric acid, and hydrochloric acid, and then precipitating them as hydroxides to separate each has been used. . In addition, recently, the metal component is separated from the eluate by solvent extraction. This impurity removal method mainly aims at recovering cobalt and nickel and cannot be used to remove iron and phosphorus from waste phosphate-based lithium battery materials.

최근, 폐 리튬전지 재료 침출액에 인산을 투입하여 철과 알루미늄을 FePO4와 AlPO4로 침전시켜 제거하는 방법이 개발되었다. 그러나, 이 방법은 인산을 추가로 투입하여야 할 뿐 아니라 폐 리튬전지 재료 침출액이 의도적으로 투입된 인으로 오염되는 문제가 있다. 또한, 폐 인산화물계 양극재와 철 분말을 인산에 용해시킨 후, 수산화나트륨을 투입하여 철을 철 수산화물 형태로 제거하고 에탄올을 투입하여 인산리튬을 추출하는 방법이 개발되었다. 그러나, 이 방법을 사용하면 철 분말을 추가로 사용하여 제거해야 할 불순물이 증가하는 문제점이 있다. 한편, 폐 리튬전지 재료 침출액으로부터 불순물을 제거하는 공정을 피하기 위해 폐 리튬전지 재료를 500℃ 내지 1,000℃의 고온 수소 분위기, 이산화탄소 분위기, 진공 분위기에서 장시간 열처리하여 전이금속과의 화합물 형태로 존재하는 리튬을 탄산 리튬, 수산화 리튬 내지 산화 리튬으로 변환시키고 물을 첨가하여 리튬 만을 침출하려는 시도가 있었다. 그러나, 이러한 방법을 사용하면 대형 밀폐형 가열장치가 필요하여 설비 투자비가 증가하고 수소 또는 이산화탄소와 같은 고가의 환원가스와 연료가 대량으로 사용되어 경제성이 저하되는 문제점을 극복하지 못했다.Recently, a method of removing iron and aluminum by precipitating them as FePO 4 and AlPO 4 by adding phosphoric acid to waste lithium battery material leachate has been developed. However, this method has a problem in that phosphoric acid must be additionally added and the leachate of the waste lithium battery material is contaminated with the intentionally added phosphorus. In addition, a method of dissolving waste phosphate-based positive electrode material and iron powder in phosphoric acid, removing iron in the form of iron hydroxide by adding sodium hydroxide, and then adding ethanol to extract lithium phosphate has been developed. However, this method has a problem in that impurities to be removed by additionally using iron powder increase. On the other hand, in order to avoid the process of removing impurities from the waste lithium battery material leachate, the waste lithium battery material is heat treated for a long time in a high-temperature hydrogen atmosphere of 500 ° C to 1,000 ° C, a carbon dioxide atmosphere, or a vacuum atmosphere, so that lithium present in the form of a compound with a transition metal Attempts have been made to leach only lithium by converting it into lithium carbonate, lithium hydroxide or lithium oxide and adding water. However, when using this method, a large enclosed type heating device is required, which increases the equipment investment cost, and expensive reducing gases such as hydrogen or carbon dioxide and fuel are used in large quantities, so that economic feasibility is lowered.

이에, 본 발명에서는 폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 불순물을 경제적으로 제거할 수 있는 방법을 제시한다.Accordingly, the present invention proposes a method for economically removing impurities from waste phosphate-based lithium battery materials.

본 발명의 일 구현예에서는 폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 불순물을 경제적으로 제거할 수 있는 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a method for economically removing impurities from waste phosphate-based lithium battery materials.

본 발명의 일 구현예에서는, 리튬을 함유한 폐 인산화물계 리튬전지 재료를 준비하는 단계; 열처리 공정 없이 상압 상태에서 리튬을 고 농도로 침출시키는 단계; 상기 리튬 침출액으로부터 철과 인을 Vivianite(Fe3(PO4)2·8H2O) 및 Brushite(CaHPO4·2H2O)로 1차 제거하는 단계; 상기 철과 인이 1차적으로 제거된 리튬 침출액으로부터 철과 인을 Magnetite(Fe3O4) 및 Hydroxyapatite(Ca5(PO4)3OH)로 2차 제거하는 단계를 포함하는 불순물 제거 방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, preparing a waste phosphate-based lithium battery material containing lithium; Leaching lithium at a high concentration under normal pressure without a heat treatment process; firstly removing iron and phosphorus from the lithium leaching solution with Vivianite (Fe 3 (PO 4 ) 2 .8H 2 O) and brushite (CaHPO 4 .2H 2 O); Provides an impurity removal method comprising the step of secondarily removing iron and phosphorus from the lithium leachate from which iron and phosphorus are primarily removed with Magnetite (Fe 3 O 4 ) and Hydroxyapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH) do.

보다 구체적으로,More specifically,

상기 폐 인산화물계 리튬전지 재료의 리튬 함량은 1 내지 5중량% 일 수 있다.The lithium content of the waste phosphate-based lithium battery material may be 1 to 5% by weight.

상기 불순물은 철, 망간, 인 또는 이들의 혼합물 일 수 있다.The impurity may be iron, manganese, phosphorus or a mixture thereof.

상기 리튬 침출 단계에서 폐 인산화물계 리튬전지 재료를 열처리하지 않고 그대로 사용할 수 있다.In the lithium leaching step, the waste phosphate-based lithium battery material may be used as it is without heat treatment.

상기 리튬 침출 단계에서 폐 인산화물계 리튬전지 재료를 가압하지 않고 상압에서 그대로 사용할 수 있다.In the lithium leaching step, the waste phosphate-based lithium battery material may be used as it is at normal pressure without pressurization.

상기 상압 상태에서 폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 리튬을 침출시키는 단계에서 무기산, 즉 황산, 염산, 차아염소산 또는 질산을 사용하여 리튬을 침출시킬 수 있다. In the step of leaching lithium from the waste phosphate-based lithium battery material under normal pressure, inorganic acid, that is, sulfuric acid, hydrochloric acid, hypochlorous acid, or nitric acid may be used to leach lithium.

상기 폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 리튬을 침출시키는 단계에서 리튬을 고 농도로 침출 시킬 수 있다.In the step of leaching lithium from the waste phosphate-based lithium battery material, lithium may be leached at a high concentration.

상기 리튬 침출 단계에서 리튬 침출액의 pH는 -0.05 내지 2 일 수 있다.In the lithium leaching step, the pH of the lithium leachate may be -0.05 to 2.

상기 리튬 침출 단계에서, 침출 온도는 상온 내지 100℃ 일 수 있다.In the lithium leaching step, the leaching temperature may be from room temperature to 100°C.

상기 리튬 침출액의 리튬 농도는 3 내지 5g/L 일 수 있다.The lithium leachate may have a lithium concentration of 3 to 5 g/L.

상기 리튬 침출액에는 리튬과 함께 철, 망간, 인 또는 이들의 혼합물이 존재할 수 있다.Iron, manganese, phosphorus, or a mixture thereof may be present in the lithium leaching solution together with lithium.

상기 리튬 침출액에 존재하는 철과 인을 각각의 인 화합물로 침전시켜 1차 제거할 수 있다.Iron and phosphorus present in the lithium leachate may be precipitated as individual phosphorus compounds to be primarily removed.

상기 철과 인을 1차 제거할 시, 철과 인은 각각 Vivianite(Fe3(PO4)2·8H2O) 및 Brushite(CaHPO4·2H2O)로 제거될 수 있다. When the iron and phosphorus are primarily removed, iron and phosphorus may be removed as Vivianite (Fe 3 (PO 4 ) 2 8H 2 O) and brushite (CaHPO 4 2H 2 O), respectively.

상기 철과 인이 1차적으로 제거된 리튬 침출액으로부터 철과 인을 각각의 인 화합물로 침전시켜 2차 제거할 수 있다.Secondary removal may be performed by precipitating iron and phosphorus as respective phosphorus compounds from the lithium leachate from which iron and phosphorus are primarily removed.

상기 철과 인을 2차 제거할 시, 철과 인은 각각 Magnetite(Fe3O4) 및 Hydroxyapatite(Ca5(PO4)3OH)로 제거될 수 있다.When the iron and phosphorus are removed secondarily, iron and phosphorus may be removed by magnetite (Fe 3 O 4 ) and hydroxyapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH), respectively.

본 발명의 일 구현예에서는 폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 불순물을 경제적으로 제거하는 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a method for economically removing impurities from waste phosphate-based lithium battery materials.

도 1은 Li, Fe 및 P 성분을 함유한 폐 리튬전지 재료를 상압의 공기 중에서 염산 수용액과 혼합한 후 상온에서 2시간 동안 교반하여 리튬 침출액을 얻고 리튬 침출액으로부터 Fe와 P를 제거하기 위하여 알칼리를 1차 투입하여 얻어진 Fe와 P를 함유한 석출물의 X선 회절패턴을 나타낸다.
도 2는 상기 Fe와 P가 일차 제거된 리튬 침출액에 잔존하는 Fe와 P를 완전히 제거하기 위하여 알칼리를 2차 투입하여 얻어진 Fe와 P를 함유한 석출물의 X선 회절패턴을 나타낸다.
1 shows that waste lithium battery materials containing Li, Fe, and P components are mixed with an aqueous hydrochloric acid solution in air at normal pressure, and then stirred at room temperature for 2 hours to obtain a lithium leachate and alkali to remove Fe and P from the lithium leachate. The X-ray diffraction pattern of the precipitate containing Fe and P obtained by the first injection is shown.
Figure 2 shows an X-ray diffraction pattern of a precipitate containing Fe and P obtained by adding an alkali secondly to completely remove Fe and P remaining in the lithium leachate from which Fe and P are primarily removed.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

종래에는 리튬을 함유한 폐 리튬전지 재료로부터 리튬을 회수하기 위해서 폐 리튬전지 재료를 환원 분위기 또는 이산화탄소 분위기에서 고온 열처리한 후 리튬을 침출했다. 그러나 이러한 방법을 사용하면 고가의 환원 가스를 다량으로 사용하여야 할 뿐 아니라 에너지 비용이 높아 경제성이 저하하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 폐 리튬전지 재료를 환원 분위기 또는 이산화탄소 분위기에서 가열하지 않고 상압의 공기 분위기에서 처리하는 것으로 한정한다.Conventionally, in order to recover lithium from waste lithium battery materials containing lithium, lithium is leached after high-temperature heat treatment of waste lithium battery materials in a reducing atmosphere or carbon dioxide atmosphere. However, when using this method, there is a problem in that a large amount of expensive reducing gas must be used and economical efficiency is lowered due to high energy cost. Therefore, in the present invention, the waste lithium battery material is limited to being treated in a normal pressure air atmosphere without heating in a reducing atmosphere or a carbon dioxide atmosphere.

일반적으로 폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 리튬을 회수하기 위해서 산을 사용해 리튬을 용출시킨다. 이때 폐 인산화물계 리튬전지 재료에 존재하는 철과 인도 함께 용출된다. 그러나, 상기 리튬 용출액으로부터 리튬을 회수하기 위하여 리튬과 함께 용출된 철과 인을 먼저 제거하여야 한다. 일반적으로 철과 인은 리튬 침출액에 알칼리를 투입하여 한번에 석출시켜 제거할 수 있으나 알칼리를 과도하게 투입하면 철과 인 뿐 아니라 리튬도 함께 석출하여 다량의 리튬이 손실되는 문제가 있다. 본 발명에서는 리튬의 손실을 억제하기 위해 철과 인을 2단계로 제거한다.In general, in order to recover lithium from waste phosphate-based lithium battery materials, lithium is eluted using an acid. At this time, iron and lead present in the waste phosphate-based lithium battery material are eluted together. However, in order to recover lithium from the lithium leaching solution, iron and phosphorus eluted together with lithium must first be removed. In general, iron and phosphorus can be precipitated and removed at once by adding alkali to the lithium leachate, but excessive addition of alkali causes precipitation of not only iron and phosphorus but also lithium, resulting in a loss of a large amount of lithium. In the present invention, iron and phosphorus are removed in two steps to suppress the loss of lithium.

우선, 리튬 침출액에 알칼리 토금속 수산화물의 일종인 수산화 칼슘을 투입하여 철과 인을 1차로 제거한다. 이때, 철과 인이 아래의 반응식에 따라 각각 Fe(PO4)2·8H2O(Vivianite)와 CaHPO4·2H2O(Brushite)로 석출되도록 하면 리튬의 석출에 의한 손실을 억제하면서 리튬침출액에 존재하는 대부분의 철과 인을 제거할 수 있다. First, calcium hydroxide, a type of alkali earth metal hydroxide, is added to the lithium leaching solution to first remove iron and phosphorus. At this time, if iron and phosphorus are precipitated as Fe(PO 4 ) 2 8H 2 O (Vivianite) and CaHPO 4 2H 2 O (Brushite), respectively, according to the reaction equation below, the lithium leach solution suppresses the loss due to lithium precipitation. can remove most of the iron and phosphorus present in

3Fe2+ + 2HPO4 2- + 6H+ + 8OH- --> Fe3(PO4)2·8H2O3Fe 2+ + 2HPO 4 2- + 6H + + 8OH - --> Fe 3 (PO 4 ) 2 8H 2 O

Ca2+ + HPO4 3- + H+ + 2OH- --> CaHPO4·2H2OCa 2+ + HPO 4 3- + H + + 2OH - --> CaHPO 4 2H 2 O

이러한 방법으로 철과 인이 1차적으로 제거된 리튬 침출액에 잔류하는 철과 인을 완전히 제거하기 위하여 리튬 침출액에 알칼리 토금속 수산화물의 일종인 수산화 칼슘을 추가로 투입한다. 이때, 철과 인을 아래의 반응식에 따라 각각 Fe3O4(Magnetite)와 Ca5(PO4)3·OH(Hydroxyapatite)로 2차 석출되도록 하면 리튬의 석출에 의한 손실을 억제하면서 리튬침출액에 존재하는 모든 철과 인을 제거할 수 있다. In order to completely remove iron and phosphorus remaining in the lithium leachate from which iron and phosphorus are primarily removed in this way, calcium hydroxide, a kind of alkaline earth metal hydroxide, is additionally added to the lithium leachate. At this time, if iron and phosphorus are secondaryly precipitated as Fe 3 O 4 (Magnetite) and Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (Hydroxyapatite), respectively, according to the reaction equation below, the loss due to lithium precipitation is suppressed and the lithium leachate Any iron and phosphorus present can be removed.

3Fe3+ + 3Fe2+ + 2H+ + 10OH- --> 2Fe3O4 + 2H2O3Fe 3+ + 3Fe 2+ + 2H + + 10OH - --> 2Fe 3 O 4 + 2H 2 O

5Ca2+ + 3PO4 3- + OH- --> Ca5(PO4)3·OH5Ca 2+ + 3PO 4 3- + OH - --> Ca 5 (PO 4 ) 3 OH

상기 알칼리 토금속 수산화물은 수산화 칼슘, 수산화 마그네슘, 수산화 스트론튬, 수산화 바륨 또는 이들의 조합일 수 있다.The alkaline earth metal hydroxide may be calcium hydroxide, magnesium hydroxide, strontium hydroxide, barium hydroxide, or a combination thereof.

일반적으로 리튬 침출액에 알칼리 토금속 수산화물을 투입하여 불순물을 석출, 제거하는 것은 온도에 의해서도 영향을 받으므로 반응 용액의 온도를 적절하게 관리하는 것도 중요하다. In general, it is also important to properly manage the temperature of the reaction solution because the precipitation and removal of impurities by adding alkaline earth metal hydroxide to the lithium leaching solution is also affected by temperature.

따라서, 본 발명에서는 탄산화 반응 용액의 온도를 상온 내지 100℃로 한정한다.Therefore, in the present invention, the temperature of the carbonation reaction solution is limited to room temperature to 100°C.

본 명세서에서 상온은 일정한 온도를 의미하는 것이 아니며, 외부적인 에너지의 부가 없는 상태의 온도를 의미한다. 따라서, 장소, 시간에 따라 상온은 변화될 수 있다.In the present specification, room temperature does not mean a constant temperature, but means a temperature in a state without the addition of external energy. Therefore, the room temperature may change depending on the place and time.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention are described. However, the following examples are only preferred examples of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

리튬을 함유한 폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 리튬을 침출하기 위하여 리튬, 철 및 인이 함유된 폐 인산화물계 리튬전지 양극재를 준비하였다. 폐 인산화물계 리튬전지 양극재의 화학조성은 표 1에 표시되었다. 표 2에 나타난 것과 같이 폐 리튬전지 양극재를 상온의 서로 다른 농도의 염산 수용액과 혼합한 후 상압의 공기 중에서 2시간 동안 교반하였다. In order to leach lithium from the waste phosphate-based lithium battery material containing lithium, a cathode material for a waste phosphate-based lithium battery containing lithium, iron, and phosphorus was prepared. The chemical composition of the waste phosphate-based lithium battery cathode material is shown in Table 1. As shown in Table 2, the waste lithium battery positive electrode material was mixed with aqueous hydrochloric acid solutions of different concentrations at room temperature and stirred for 2 hours in air at normal pressure.

교반이 완료된 후 시료들을 여과하여 침출액의 리튬, 철 및 인의 농도를 측정하였고 그 결과는 표 2에 표시되었다. After the stirring was completed, the samples were filtered to measure the concentrations of lithium, iron and phosphorus in the leachate, and the results are shown in Table 2.

표 2와 도 1에 나타난 것과 같이, 침출액의 pH를 1.4 내지 -0.2로 유지하면 상온, 상압 상태에서 폐 인산화물계 리튬전지 양극재로부터 80% 이상의 높은 회수율로 리튬을 침출시킬 수 있다. 그러나, 산을 과도하게 사용하여 침출액의 pH를 -0.2 이하로 감소시키면 산의 사용량이 과다하여 경제성이 저하하는 문제점이 있다.As shown in Table 2 and FIG. 1, when the pH of the leachate is maintained at 1.4 to -0.2, lithium can be leached from the waste phosphate-based lithium battery cathode material at a high recovery rate of 80% or more at room temperature and normal pressure. However, when the pH of the leachate is reduced to -0.2 or less by excessive use of acid, there is a problem in that the amount of acid used is excessive and thus the economic feasibility is lowered.

구 분division LiLi FeFe PP MgMg CaCa BB SS NaNa 함량(%)content(%) 4.534.53 33.1233.12 18.7718.77 0.010.01 0.040.04 0.020.02 0.030.03 0.070.07

리튬 침출액 pHLithium Leachate pH 1.61.6 1.41.4 1.21.2 0.60.6 0.20.2 -0.01-0.01 -0.2-0.2 Li침출율(%)Li leaching rate (%) 64.664.6 82.982.9 95.995.9 96.896.8 99.399.3 100100 100100 Fe침출율(%)Fe leaching rate (%) 54.954.9 77.377.3 100100 100100 100100 100100 100100 P침출율(%)P leaching rate (%) 49.949.9 68.968.9 92.292.2 99.299.2 100100 100100 100100 침출액
리튬 농도(mg/L)
leachate
Lithium concentration (mg/L)
2,9262,926 3,7593,759 4,3444,344 4,3854,385 4,4984,498 4,5304,530 4,5304,530

이러한 결과로부터 리튬을 함유한 폐 인산화물계 리튬전지 재료로부터 리튬을 침출할 시, 침출액의 pH를 1.4 내지 -0.2 범위로 제한하는 것이 바람직하다는 것을 확인하였다. From these results, it was confirmed that when lithium is leached from the waste phosphate-based lithium battery material containing lithium, it is preferable to limit the pH of the leachate to the range of 1.4 to -0.2.

상술한 리튬을 함유한 폐 인산화물계 리튬전지 양극재로부터 리튬, 철 및 인을 침출한 후 수산화 칼슘을 투입하여 철과 인을 1차 석출시켜 제거하였다. 철과 인이 석출된 리튬 침출액 슬러리를 여과하여 철과 인 1차 석출물을 분리한 후 리튬 침출액의 리튬, 철 및 인의 농도를 측정하였고 이를 바탕으로 리튬 용존율과 철과 인의 제거율이 계산되었다. 이는 표 3에 보였다. 한편, 철과 인 1차 석출물의 광물상 분석결과가 도 1에 보여졌다. 도 1에 나타난 것과 같이 철과 인은 각각 Vivianite (Fe3(PO4)2·8H2O) 및 Brushite (CaHPO4·2H2O)로 석출되어 침출액에서 제거된 것을 알 수 있다.Lithium, iron, and phosphorus were leached from the above-mentioned waste phosphorus oxide-based lithium battery positive electrode material containing lithium, and calcium hydroxide was added to precipitate and remove iron and phosphorus. The lithium leachate slurry in which iron and phosphorus were precipitated was filtered to separate the iron and phosphorus primary precipitates, and then the concentrations of lithium, iron, and phosphorus in the lithium leachate were measured. This is shown in Table 3. Meanwhile, the mineral phase analysis results of primary iron and phosphorus precipitates are shown in FIG. 1 . As shown in FIG. 1, it can be seen that iron and phosphorus precipitated as Vivianite (Fe 3 (PO 4 ) 2 .8H 2 O) and brushite (CaHPO 4 .2H 2 O), respectively, and were removed from the leachate.

구 분division Li 농도
(mg/L)
Li concentration
(mg/L)
Fe 농도
(mg/L)
Fe concentration
(mg/L)
P 농도
(mg/L)
P concentration
(mg/L)
침출액leachate 4,5304,530 35,06235,062 18,48318,483 Fe, P 1차 제거 후
침출액
After first removal of Fe and P
leachate
4,5104,510 1,0391,039 1414
Li 용존율 (%)Li dissolved rate (%) 99.699.6 Fe 제거율 (%)Fe removal rate (%) 97.097.0 P 제거율 (%)P removal rate (%) 99.999.9

표 3에 나타난 것과 같이 Fe와 P를 Vivianite (Fe3(PO4)2·8H2O) 및 Brushite (CaHPO4·2H2O)로 1차 석출시켜 제거하면 Li은 거의 손실되지 않고 리튬 침출액에 용존하는 것을 알 수 있다. As shown in Table 3, when Fe and P are removed by primary precipitation with Vivianite (Fe 3 (PO 4 ) 2 8H 2 O) and Brushite (CaHPO 4 2H 2 O), Li is almost not lost and is added to the lithium leachate. It can be seen that the presence of

상술한 철과 인이 1차 제거된 리튬 침출액에 수산화 칼슘을 추가 투입하여 철과 인을 2차로 석출시켜 완전히 제거하였다. 철과 인이 2차 석출된 리튬 침출액 슬러리를 여과하여 철과 인 2차 석출물을 분리한 후 리튬 침출액의 리튬, 철 및 인의 농도를 측정하였고 이를 바탕으로 리튬 용존율과 철과 인의 제거율이 계산되었다. 이는 표 4에 보였다. 한편, 철과 인 2차 석출물의 광물상 분석결과가 도 2에 보여졌다. 도 2에 나타난 것과 같이 철과 인은 각각 Magnetite (Fe3O4) 및 Hydroxyapatite (Ca5(PO4)3OH)로 석출되어 리튬 침출액으로부터 제거된 것을 알 수 있다.Calcium hydroxide was additionally added to the above-described lithium leachate from which iron and phosphorus were primarily removed to precipitate iron and phosphorus secondarily and completely removed. The lithium leachate slurry in which iron and phosphorus were secondaryly precipitated was filtered to separate the iron and phosphorus secondary precipitates, and then the concentrations of lithium, iron, and phosphorus in the lithium leachate were measured. Based on this, the lithium dissolution rate and the iron and phosphorus removal rate were calculated. . This is shown in Table 4. Meanwhile, the mineral phase analysis results of iron and phosphorus secondary precipitates are shown in FIG. 2 . As shown in FIG. 2, it can be seen that iron and phosphorus are precipitated as magnetite (Fe 3 O 4 ) and hydroxyapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH), respectively, and removed from the lithium leachate.

구 분division Li 농도
(mg/L)
Li concentration
(mg/L)
Fe 농도
(mg/L)
Fe concentration
(mg/L)
P 농도
(mg/L)
P concentration
(mg/L)
Fe, P 1차 제거 후
리튬 침출액
After first removal of Fe and P
lithium leachate
4,5104,510 1,0391,039 1414
Fe, P 2차 제거 후
리튬 침출액
After secondary removal of Fe and P
lithium leachate
4,5004,500 00 00
Li 용존율 (%)Li dissolved rate (%) 99.899.8 Fe 제거율 (%)Fe removal rate (%) 100100 P 제거율 (%)P removal rate (%) 100100

표 4에 나타난 것과 같이 Fe와 P를 Magnetite (Fe3O4) 및 Hydroxyapatite (Ca5(PO4)3OH)로 2차 석출시켜 제거하면 Li은 거의 손실되지 않고 리튬 침출액에 용존하는 것을 알 수 있다. As shown in Table 4, when Fe and P are removed by secondary precipitation with Magnetite (Fe 3 O 4 ) and Hydroxyapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH), Li is hardly lost and dissolved in the lithium leachate. there is.

본 발명은 상기 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above embodiments, but can be manufactured in various different forms, and those skilled in the art to which the present invention belongs can make other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be appreciated that it can be implemented. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.

Claims (5)

폐 인산화물계 리튬전지 재료를 준비하는 단계;
열처리 공정 없이 상압 상태에서 산 수용액으로 리튬을 침출시키는 단계;
상기 리튬 함유 용액에 산화칼슘 또는 수산화칼슘을 투입하여 철과 인을 Vivianite(Fe3(PO4)2·8H2O) 및 Brushite(CaHPO4·2H2O)로 석출시키고 분리하여 1차 제거하는 단계; 및
상기 철과 인이 1차적으로 제거된 리튬 함유 용액으로부터 철과 인을 Magnetite(Fe3O4) 및 Hydroxyapatite(Ca5(PO4)3OH)로 석출시키고 분리하여 2차 제거하는 단계를 포함하고,
상기 산 수용액에서 산은 황산, 염산, 차아염소산, 질산 또는 이들의 혼합물로 수행되는 것인 리튬 함유 용액으로부터 철과 인의 제거 방법
Preparing a waste phosphate-based lithium battery material;
leaching lithium into an aqueous acid solution under normal pressure without a heat treatment process;
Injecting calcium oxide or calcium hydroxide into the lithium-containing solution to precipitate iron and phosphorus into Vivianite (Fe 3 (PO 4 ) 2 8H 2 O) and Brushite (CaHPO 4 2H 2 O), and separating and firstly removing iron and phosphorus. ; and
Secondary removal by precipitating and separating iron and phosphorus as Magnetite (Fe 3 O 4 ) and Hydroxyapatite (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH) from the lithium-containing solution from which the iron and phosphorus are primarily removed, ,
Method for removing iron and phosphorus from a lithium-containing solution, wherein the acid in the aqueous acid solution is sulfuric acid, hydrochloric acid, hypochlorous acid, nitric acid, or a mixture thereof.
제1항에 있어서,
상기 리튬을 함유한 폐 인산화물계 리튬전지 재료를 준비하는 단계;에서
폐 인산화물계 리튬전지 재료는 리튬철인산화물(LiFePO4, LFP)인 리튬 함유 용액으로부터 철과 인의 제거 방법
According to claim 1,
Preparing the waste phosphate-based lithium battery material containing the lithium;
Waste phosphate-based lithium battery material is lithium iron phosphate (LiFePO 4 , LFP) Method for removing iron and phosphorus from a lithium-containing solution
제1항에 있어서,
상기 열처리 공정 없이 상압 상태에서 산 수용액으로 리튬을 침출시키는 단계;에서 리튬 함유 용액의 pH가 1.4 내지 0인 리튬 함유 용액으로부터 철과 인의 제거 방법
According to claim 1,
A method for removing iron and phosphorus from a lithium-containing solution in which the pH of the lithium-containing solution is 1.4 to 0 in the step of leaching lithium with an acid aqueous solution at atmospheric pressure without the heat treatment process;
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열처리 공정 없이 상압 상태에서 리튬을 침출시키는 단계;에서 리튬 함유 용액 온도가 상온 내지 100℃인 것인 리튬 함유 용액으로부터 철과 인의 제거 방법.
According to claim 1,
A method for removing iron and phosphorus from a lithium-containing solution in which the temperature of the lithium-containing solution is from room temperature to 100 ° C. in the step of leaching lithium at atmospheric pressure without the heat treatment process.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120031832A (en) * 2010-09-27 2012-04-04 한국과학기술연구원 Method of recovery of lithium from cathodic active material of phosphorus oxide lithium battery
KR101823952B1 (en) * 2016-10-28 2018-01-31 타운마이닝리소스주식회사 A Method For Preparing Lithium Carbonate By Recycling Lithium From Used Anode Of Lithium Ion Seondary Battery
KR20200058611A (en) * 2018-11-07 2020-05-28 전웅 Method of extracting lithium

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