KR102601662B1 - 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 불순물 추출, 코발트 추출 및 니켈 추출 등 종래의 3 서킷 공정과 달리 2 서킷 공정에 의해 코발트와 니켈 추출을 동시에 진행하여 니켈/코발트 혼합용액을 제조함으로써, 제조공정 투자비를 저감하고 혼합침강조 설비를 축소하여 부지 활용효율을 극대화할 수 있는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 2 서킷 공정에 의해 결정화 공정을 생략함으로써 추가 공정비 소요로 제품단가가 상승하는 문제를 해결할 수 있고, 각 혼합침강조의 pH 조절을 위한 조절액 투입량 및 공정 소모비 증대를 방지하며, 공정폐수 발생을 저감하는 등 친환경 효과를 구현할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 2 서킷 공정에 의해 결정화 공정을 생략함으로써 추가 공정비 소요로 제품단가가 상승하는 문제를 해결할 수 있고, 각 혼합침강조의 pH 조절을 위한 조절액 투입량 및 공정 소모비 증대를 방지하며, 공정폐수 발생을 저감하는 등 친환경 효과를 구현할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 불순물 추출, 코발트 추출 및 니켈 추출 등 종래의 3 서킷 공정과 달리 결정화 공정을 생략하고 2 서킷 공정에 의해 코발트와 니켈 추출을 동시에 진행하여 니켈/코발트 혼합용액을 제조함으로써, 제조공정 투자비를 저감하고 혼합침강조 설비를 축소하여 부지 활용효율을 극대화하며 조절액 소모량 감소, 공정비용 절감 및 공정폐수 감소 등 친환경 효과를 구현할 수 있는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법에 관한 것이다.
화석연료 사용 급증으로 대체에너지나 청정에너지 활용에 대한 요구가 증가하고 있다. 그 일환으로 전기화학 에너지 분야 연구가 활발히 진행되고 있고 특히, 리튬 이차전지 기술에 대한 니즈가 증가하고 있다.
이러한 리튬 이차전지의 양극 소재로 다양한 물질이 사용되고 있고, 그 중 LiNixCoyMnzO2(NCM, x+y+z=1)이 에너지 밀도가 높아 현재 시장 점유율이 높다. 니켈과 코발트는 이러한 NCM 양극 소재 제조시 핵심적으로 사용되는 원료이다.
한편, 니켈과 코발트 제련을 위해 추출, 세정 및 탈거 등 3가지 세부공정의 용매추출공정이 널리 사용되고 있다. 특히, 황화물 니켈과 코발트의 용매추출공정은 일반적으로 불순물 추출, 코발트 추출 및 니켈 추출의 3 서킷 공정으로 이루어진다.
그러나, 이러한 종래의 3 서킷 공정은 45~60단의 혼합침강조가 필요하여 그 설비부지 및 공정 초기 투자비가 증대되고, 각 혼합침강조의 pH 조절을 위한 조절액 투입량 증가, 공정 소모비 및 공정폐수 발생 등 심각한 문제가 있다. 또한, 결정화 공정이 진행되어 추가 공정비 소요로 제품단가가 상승하는 등 문제가 있다.
따라서, 최근 급증하는 저비용, 친환경 리튬 이차전지 및 그 양극재 개발에 대한 니즈를 충족하는 기술 개발이 절실한 실정으로 KR10-2152923, KR10-1535250 등이 그러한 일 예이나, 아직까지 전술한 바를 해결하는 개시는 찾아볼 수 없다.
이에 본 발명자는 상기 문제점을 개선하기 위해 예의 노력을 계속하던 중, 불순물 추출, 코발트 추출 및 니켈 추출 등 종래의 3 서킷 공정과 달리 결정화 공정을 생략하고 2 서킷 공정에 의해 코발트와 니켈 추출을 동시에 진행하여 니켈/코발트 혼합용액을 제조함으로써, 제조공정 투자비를 저감하고 혼합침강조 설비를 축소하여 부지 활용효율을 극대화하며 조절액 소모량 감소, 공정비용 절감 및 공정폐수 감소 등 친환경 효과를 구현할 수 있는 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 2 서킷 공정에 의해 코발트와 니켈 추출 공정을 동시에 진행하여 니켈/코발트 혼합용액을 제조함으로써, 종래의 3 서킷 공정에 의할 경우 45~60단의 혼합침강조가 필요하여 설비부지 및 공정 초기 투자비가 증대되는 문제를 해결할 수 있는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 2 서킷 공정에 의해 결정화 공정을 생략함으로써 추가 공정비 소요로 제품단가가 상승하는 문제를 해결할 수 있는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각 혼합침강조의 pH 조절을 위한 조절액 투입량 및 공정 소모비 증대를 방지하고, 공정폐수 발생을 저감하는 등 친환경 효과를 구현할 수 있는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 니켈, 코발트 및 마그네슘을 포함하는 황화물에 일정한 pH에서 제1 추출제를 이용하여 마그네슘을 제외한 불순물을 유기용액 상태로 추출하는 1서킷 추출공정, 상기 추출된 유기용액 상태를 증류수와 교반하여 함께 추출된 니켈과 코발트를 수용액 상태로 회수하는 1서킷 세정공정, 상기 제1 추출제에 포함된 불순물을 수용액 상태로 회수하는 1서킷 탈거공정, 상기 1서킷 공정의 마그네슘 분리를 위해 제2 추출제를 비누화하여 니켈, 코발트 및 망간을 유기용액 상태로 추출하는 2서킷 추출공정, 상기 2서킷 추출이 진행된 유기용액 상태를 증류수와 교반 후 함께 추출된 마그네슘을 수용액 상태로 회수하는 2서킷 세정공정 및 상기 추출된 니켈과 코발트를 수용액 상태로 회수하여 혼합 액상으로 제품화하는 2서킷 탈거공정을 포함하는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법에 관한 것이다.
구체예에서, 상기 1서킷 추출공정은 pH 3.4 내지 3.6에서 수행되며, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 1.7 내지 1.9일 수 있다.
구체예에서, 상기 1서킷 세정공정은 pH 2.9 내지 3.1에서 수행되며, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1일 수 있다.
구체예에서, 상기 1서킷 탈거공정은 황산(H2SO4) 13 내지 17w%을 수용액 상태로 사용하고, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1일 수 있다.
구체예에서, 상기 2서킷 추출공정은 pH 6.2 내지 6.4에서 수행되며, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 3.7 내지 3.8일 수 있다.
구체예에서, 상기 2서킷 세정공정은 pH 6.1 내지 6.3 범위에서 수행되며, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1일 수 있다.
구체예에서, 상기 2서킷 탈거공정은 황산(H2SO4) 25 내지 35w%을 수용액 상태로 사용하고, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1일 수 있다.
구체예에서, 상기 2서킷 탈거공정은 공정온도가 55 내지 65℃일 수 있다.
구체예에서, 상기 제1 추출제는 비스(2-에틸헥실)인산(D2EHPA, di-2-ethylhexyl- phosphoric acid)이고, 상기 제2 추출제는 베르사티산(VA10, Versatic Acid-10)일 수 있다.
본 발명에 의한 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법은 불순물 추출, 코발트 추출 및 니켈 추출 등 종래의 3 서킷 공정과 달리 결정화 공정을 생략하고 2 서킷 공정에 의해 코발트와 니켈 추출을 동시에 진행하여 니켈/코발트 혼합용액을 제조함으로써, 제조공정 투자비를 저감하고 혼합침강조 설비를 축소하여 부지 활용효율을 극대화하며 조절액 소모량 감소, 공정비용 절감 및 공정폐수 감소 등 친환경 효과를 구현할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 기존의 3 서킷 공정 및 본 발명의 한 구체예에 따른 2 서킷 공정에 의한 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 비교한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 추출공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 추출공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 세정공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 세정공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 탈거공정의 황산 농도별 탈거율 그래프이다.
도 9는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 탈거공정에 의한 석출물의 XRD pattern 그래프이다.
도 10은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 탈거공정에 의한 석출물의 EDS 분석 그래프이다.
도 11은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 추출공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 12는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 추출공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 13은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 세정공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 세정공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 15는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 세정공정에 의한 석출물 사진이다.
도 16는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 탈거공정의 황산 농도별 탈거율 그래프이다.
도 17은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조를 위해 McCabe-Thiele 공정단수를 적용하여 수율을 산정한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 추출공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 추출공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 세정공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 세정공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 탈거공정의 황산 농도별 탈거율 그래프이다.
도 9는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 탈거공정에 의한 석출물의 XRD pattern 그래프이다.
도 10은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 탈거공정에 의한 석출물의 EDS 분석 그래프이다.
도 11은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 추출공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 12는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 추출공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 13은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 세정공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 세정공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 15는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 세정공정에 의한 석출물 사진이다.
도 16는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 탈거공정의 황산 농도별 탈거율 그래프이다.
도 17은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조를 위해 McCabe-Thiele 공정단수를 적용하여 수율을 산정한 모식도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다.
또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다.
또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.
또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 방법 또는 제조 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 기존의 3 서킷 공정 및 본 발명의 한 구체예에 따른 2 서킷 공정에 의한 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 비교한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 기존 발명에 의해 황화물 니켈과 코발트를 추출하는 용매추출공정은 불순물 추출, 코발트 추출 및 니켈 추출 등 3 서킷 공정으로 이루어지며 분리한 니켈과 코발트를 결정화 단계를 통해 황산 니켈, 코발트 결정을 제조한다. 그러나, 본 발명의 한 구체예에 따른 2 서킷 공정에 의한 니켈/코발트 혼합용액 제조공정은 3 서킷 공정의 코발트와 니켈 추출 공정을 동시에 진행하며 결정화 공정을 생략하여 수행된다.
상기 니켈과 코발트를 제련하는 용매추출공정은 불순물이 포함된 혼합용액을 용매추출제의 분리계수(separation factor) 차를 이용해 목적원소를 분리해내며, 이는 추출(extraction), 세정(scrubbing) 및 탈거(stripping) 등 3가지 세부공정으로 이루어지고 비누화(saponification)가 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 용매추출공정은 금속이온의 수용액 상태와 유기용액 상태(용매추출제, extractant)와의 열역학적 평형관계에서 유기용액 상태 및 수용액 상태에서의 각 금속이온 농도비인 분배계수(distribution coefficient)가 존재한다. 이때, 상기 분배계수는 금속마다 차이가 있어서 그 비례관계인 분리계수(separation factor)에 의해 목적금속과 불순물이 혼합된 용액에서 목적금속만을 정제할 수 있다.
상기 용매추출공정에서 분배계수 및 분리계수의 조절은 pH 조절을 통해 수행되고, pH의 조절에는 염기성, 산성의 조절액이 소모되며 pH 조절도를 줄여 조절액의 소모를 최소화할 수 있다.
본 발명의 2 서킷 공정에 의할 경우, 종래 발명의 한계를 극복하여 제조공정 투자비를 절감하고 혼합침강조 설비를 축소하여 부지 활용효율을 극대화하며 조절액 소모량 감소, 공정비용 절감 및 공정폐수 저감 등 친환경 효과를 구현할 수 있다.
2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법
본 발명의 하나의 관점인 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법은 1서킷 추출공정, 1서킷 세정공정, 1서킷 탈거공정, 2서킷 추출공정, 2서킷 세정공정 및 2서킷 탈거공정으로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법을 나타내는 모식도이고, 도 3은 이를 나타내는 순서도이다.
도 2 또는 도 3을 참조하면, 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법은 1 서킷 공정(S100)과 2 서킷 공정(S200)을 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 1 서킷 공정(S100)은 니켈, 코발트 및 마그네슘을 포함하는 황화물에 일정한 pH에서 제1 추출제를 이용하여 마그네슘을 제외한 불순물을 유기용액 상태로 추출하는 1서킷 추출공정(S110), 상기 추출된 유기용액 상태를 증류수와 교반하여 함께 추출된 니켈과 코발트를 수용액 상태로 회수하는 1서킷 세정공정(S120) 및 상기 제1 추출제에 포함된 불순물을 수용액 상태로 회수하는 1서킷 탈거공정(S130)을 포함한다.
또한, 상기 2 서킷 공정(S200)은 상기 1 서킷 공정의 마그네슘 분리를 위해 제2 추출제를 비누화하여 니켈, 코발트 및 망간을 유기용액 상태로 추출하는 2서킷 추출공정(S210), 상기 2서킷 추출이 진행된 유기용액 상태를 증류수와 교반하여 함께 추출된 마그네슘을 수용액 상태로 회수하는 2서킷 세정공정(S220) 및 상기 추출된 니켈과 코발트를 수용액 상태로 회수하여 혼합 액상으로 제품화하는 2서킷 탈거공정(S230)을 포함한다. 이하에서 상술한다.
1 서킷공정
1 서킷 공정(S100)은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조를 위해 공급용액(Feed)에서 마그네슘을 제외한 불순물을 분리하기 위한 목적에서 수행된다. 또한, 상기 1 서킷 공정(S100)은 1서킷 추출공정(S110), 1서킷 세정공정(S120) 및 1서킷 탈거공정(S130)으로 구성된다.
1서킷 추출공정(S110)은 니켈, 코발트 및 마그네슘을 포함하는 황화물에 일정한 pH에서 제1 추출제를 이용하여 마그네슘을 제외한 불순물을 유기용액 상태로 추출하기 위한 목적에서 수행된다.
상기 1서킷 추출공정은 pH 3.4 내지 3.6 범위에서 수산화나트륨(NaOH) 35 내지 45w%으로 pH 조절할 수 있다. 바람직하게는 pH 3.45 내지 3.55 범위에서 수산화나트륨(NaOH) 37 내지 43w%으로 pH 조절할 수 있다. 상기 범위 미만일 경우, 불순물 원소가 모두 추출되기 어렵고 불순물 금속의 추출율 또한 너무 떨어져 단수가 늘어날 수 있고, 반면에, 상기 범위 초과일 경우, 목적금속이 함께 추출되는 형태가 대량 발생하여 1서킷 세정공정의 단수가 늘어나게 되는 문제가 있다.
상기 1서킷 추출공정은 O/A비(Organic/aqueous ratio)가 1.7 내지 1.9일 수 있다. 바람직하게는 상기 O/A비가 1.75 내지 1.85일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우, 불순물 원소 제거, 특히 구리에 필요한 단수가 늘어나게 되는 문제가 있고, 상기 범위 초과일 경우, 불순물 원소에 비해 추출제의 함량이 과량인 문제가 있다.
상기 제1 추출제는 희석제로 희석하여 유기용매 역할을 하는 것으로, 예를들어, 알킬포스포닉산 에스테르가 사용될 수 있다. 상기 알킬포스포닉산 에스테르는, 예를들어, 비스(2-에틸헥실)인산(D2EHPA), (2-에틸헥실) 포스폰산 2-에틸헥실(PC-88 A), (2, 4, 4-트리메틸 펜틸) 포스핀산(CYANEX272) 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 추출제는 비스(2-에틸헥실)인산(D2EHPA, di-2-ethylhexyl- phosphoric acid)일 수 있다. 한편, 희석제는 추출제를 용해 가능한 것이면 특별히 그 종류가 제한되지 않는다. 상기 희석제는 예를 들어, 나프텐계 용제, 방향족계 용제 등을 사용할 수 있다.
1서킷 세정공정(S120)은 상기 추출된 유기용액 상태를 증류수와 교반하여 불순물과 함께 일부 유기용액 상태로 함께 추출된 니켈과 코발트를 다시 수용액 상태로 회수하기 위한 목적에서 수행된다.
상기 1서킷 세정공정은 pH 2.9 내지 3.1 범위에서 황산(H2SO4) 25 내지 35w%으로 pH 조절할 수 있다. 바람직하게는 pH 2.95 내지 3.05 범위에서 황산(H2SO4) 27 내지 32w%으로 pH 조절할 수 있다. 상기 범위 미만일 경우, 추출되었던 불순물 원소가 다시 수용액 상태로 회수될 수 있고 더 많은 단수가 필요하게되는 문제가 있고, 반면에, 상기 범위 초과일 경우, 목적금속의 세정이 완전히 이뤄지기 어려운 문제가 있다.
상기 1서킷 세정공정은 O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1일 수 있다. 바람직하게는 상기 O/A비가 4.95 내지 5.05일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우, 공정폐수가 증가하게 되는 문제가 있고, 반면에, 상기 범위 초과일 경우, 목적금속의 세정이 완전히 이루어지기 어려운 문제가 있다.
1서킷 탈거공정(S130)은 상기 제1 추출제를 재사용할 수 있도록 제1 추출제에 로딩되어 있는 불순물 원소를 수용액 상태로 회수하여 추후 1서킷 추출공정에 다시 투입시 공정이 원활히 이루어질 수 있도록 하기 위한 목적에서 수행된다.
상기 1서킷 탈거공정은 황산(H2SO4) 13 내지 17w%을 수용액 상태로 사용할 수 있다. 바람직하게는 황산(H2SO4) 14 내지 16w%을 수용액 상태로 사용할 수 있다. 상기 범위 미만일 경우, 탈거율이 감소하여 필요단수가 증가할 수 있고, 반면에, 상기 범위 초과일 경우, 황산칼슘 석출물이 발생하여 공정운전에 문제가 생길 수 있다.
상기 1서킷 탈거공정은 O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1일 수 있다. 바람직하게는 O/A비가 4.95 내지 5.05일 수 있다. 상기 범위가 아닐 경우, 전반적인 탈거율이 감소하며 석출물 발생 황산 농도가 줄어들어 공정 운전이 어려워질 수 있는 문제가 있다.
2 서킷공정
2 서킷 공정(S200)은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조를 위해, 1서킷 추출공정의 수용액 상태에 Mg을 제외한 불순물이 제거된 Ni, Co, Mn, Mg이 함유되어 있어 Mg과 Ni, Co, Mn을 분리하기 위한 목적에서, 1서킷 추출공정을 거친 수용액 상태를 공급용액(Feed)로 하여 공정이 수행된다.
2서킷 추출공정(S210)은 상기 1 서킷 공정(S100)의 마그네슘 분리를 위해 제2 추출제를 비누화하여 니켈, 코발트 및 망간을 유기용액 상태로 추출하기 위한 목적에서 수행된다.
상기 2서킷 추출공정은 pH 6.2 내지 6.4 범위에서 수산화나트륨(NaOH) 35 내지 45w%으로 pH 조절할 수 있다. 바람직하게는 pH 6.25 내지 6.35 범위에서 수산화나트륨(NaOH) 37 내지 43w%으로 pH 조절할 수 있다. 상기 범위 미만일 경우, 목적금속의 추출이 완전히 이루어지기 어렵고, 반면에, 상기 범위 초과일 경우, 마그네슘이 함께 추출되는 형태가 증가할 수 있다. 한편, 상기 수산화나트륨은 비누화된 추출제의 pH 조절을 위해 사용할 수 있다.
상기 2서킷 추출공정은 O/A비(Organic/aqueous ratio)가 3.7 내지 3.8일 수 있다. 바람직하게는 O/A비가 3.73 내지 3.76일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우, 목적금속 특히, 코발트의 추출에 필요한 단수가 늘어나는 문제가 있고, 반면에, 상기 범위 초과일 경우, 목적금속에 비해 추출제의 양이 과량이 되는 문제가 있다.
상기 제2 추출제는 베르사티산(VA10, Versatic Acid-10)일 수 있다. 상기 베르사티산(VA10)은 비누화 반응을 통해 니켈 성분에 대한 선택적 추출 특성이 우수한 특징이 있다.
2서킷 세정공정(S220)은 상기 본 발명의 2서킷 추출이 진행된 유기용액 상태를 증류수와 교반 후 함께 추출된 마그네슘을 다시 수용액 상태로 회수하기 위한 목적에서 수행된다.
상기 2서킷 세정공정은 pH 6.1 내지 6.3 범위에서 수행될 수 있다. 바람직하게는 pH 6.15 내지 6.25 범위에서 수행될 수 있다. 상기 2서킷 세정공정에서는 조절액을 넣지 않은 초기 pH인 6.2 내외에서 공정이 수행되는 바, 상기 범위가 아닐 경우, 목적금속이 다시 세정될 수 있는 문제가 있다.
상기 2서킷 세정공정은 O/A비(Organic/aqueous ratio)는 4.9 내지 5.1일 수 있다. 바람직하게는 O/A비가 4.95 내지 5.05일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우, 공정폐수가 증가 할 수 있고, 반면에, 상기 범위 초과일 경우, 마그네슘의 세정이 완전히 이루어지지 않는 문제가 있다.
2서킷 탈거공정(S230)은 상기 추출된 목적금속인 니켈과 코발트가 함유된 유기용액 상태를 다시 수용액 상태로 회수함과 동시에 O/A비를 통해 농축하여 혼합 액상으로 제품화하고 또한, 제2 추출제에 로딩된 원소를 회수하여 제2 추출제를 재사용하기 위한 목적에서 수행된다.
상기 2서킷 탈거공정은 황산(H2SO4) 25 내지 35w%을 수용액 상태로 사용하고, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1일 수 있다. 상기 범위에서, 탈거율 감소를 방지하고 공정운전이 잘 수행될 수 있다.
상기 2서킷 탈거공정은 공정온도가 55 내지 65℃일 수 있다. 바람직하게는 상기 공정온도가 57 내지 62℃일 수 있다. 상기 온도 범위일 경우, 상온에서 공정시 발생되는 적갈색 석출물의 발생을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 한 구체예에 의한 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법은 불순물 추출, 코발트 추출 및 니켈 추출 등 종래의 3 서킷 공정과 달리 결정화 공정을 생략하고 2 서킷 공정에 의해 코발트와 니켈 추출을 동시에 진행하여 니켈/코발트 혼합용액을 제조함으로써, 제조공정 투자비를 저감하고 혼합침강조 설비를 축소하여 부지 활용효율을 극대화하며 조절액 소모량 감소, 공정비용 절감 및 공정폐수 감소 등 친환경 효과를 구현할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
[실시예]
1서킷 추출공정으로써, 불순물 원소 중 Mg을 제외한 Fe, Cu, Ca, Zn, Al을 유기용액 상태로 추출하기 위해 추출제 D2EHPA를 ISD-159에 21%로 희석하여 사용하였다. pH 조건은 3.5 내외로 하였고, pH 조절을 위해 조절액으로 40 wt% NaOH를 사용하였다. 이때 O/A(organic/aqueous ratio)는 1.8 내외의 4단 공정으로 하였고, McCabe-Thiele diagram 통해 도출한 이론단수 3에 실험적 여윳단을 두어 4단으로 구성하였다.
그 다음, 1서킷 세정공정으로써, 1서킷 추출공정시 함께 추출된 목적금속(Ni, Co) 유기용액 상태를 증류수와 교반하여 다시 수용액 상태로 회수하였다. pH 조건은 3 내외로 하였고, pH 조절을 위해 조절액으로 30 wt% 황산을 사용하였다. O/A는 5 내외의 2 공정으로 하였고, McCabe-Thiele diagram을 통해 도출한 이론 단수 1단에 실험적 여윳단을 두어 2로 구성하였다.
그 다음, 1서킷 탈거공정으로써 불순물을 함유하고 있는 추출제를 재사용하기 위해 추출제에 포함된 불순물 원소를 수용액 상태로 회수하였다. 탈거공정의 수용액 상태로 15wt% 황산을 사용하여 O/A=5 내외의 2 공정으로 하였다.
그 다음, 2서킷 추출공정으로써, 1서킷에서 분리하지 못한 Mg을 분리하기 위해 추출제 VA-10을 ISD-159에 40%로 희석 후 비누화하여 Ni, Co, Mn을 유기용액 상태로 추출하였다. pH 조건은 6.3 내외로 하였고, 비누화된 추출제의 pH 조절을 위해 40wt% NaOH를 사용하였다. O/A는 3.75 내외의 4단 공정으로 하였고, McCabe-Thiele diagram을 통해 도출한 이론단수 3에 실험적 여윳단을 두어 4단으로 구성하였다.
그 다음, 2서킷 세정공정으로써, 추출이 진행된 유기용액 상태를 증류수와 교반하여 2서킷 추출공정시 함께 추출된 Mg을 수용액 상태로 회수하였다. pH는 조절액을 넣지 않은 초기 pH인 6.2에서 공정을 진행하였다. 이때, O/A는 5 내외의 2 공정으로 하였고, McCabe-Thiele diagram을 통해 도출한 이론단수 2를 사용하였다.
그 다음, 2서킷 탈거공정으로써, 추출한 목적금속을 수용액 상태로 회수하여 혼합 액상으로 제품화하였다. 탈거 공정의 수용액 상태로는 30wt% 황산을 사용하여 O/A=5 내외로 1~2 공정으로 하였고, 이때, 공정온도는 60‘C 가량에서 진행하였다. 이를 통해 최종적으로 본 발명의 한 구체예에 의한 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액을 제조하였다.
[비교예 1]
1서킷 탈거공정의 O/A를 10 내외로 설정한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액을 제조하였다.
| 농도(g/L) | 불순물(ppm) | ||||||||||
| 원소 | Ni | Co | Mn | Na | Mg | Al | Ca | Fe | Cu | Zn | Li |
| 1단 (Single- stage) |
136.60 | 10.00 | 3.65 | 87.11 | 11.11 | N/D | 2.27 | N/D | 74.50 | N/D | N/D |
| 수율(%) | Ni | Co | Mn |
| 1서킷 추출 | 98.78 | 78.82 | 16.25 |
| 2서킷 추출 | 94.09 | 86.55 | 100.00 |
| 2서킷 세정 | 98.80 | 97.00 | 100.00 |
| 2서킷 탈거 | 99.99 | 100.00 | 99.96 |
| 1단 수율 (Single-stage) |
91.83 | 66.17 | 16.25 |
| 수율(%) | Ni | Co | Mn |
| 다단 수율 (Multi-stage) |
99.97 | 99.08 | 32.82 |
이상과 같이 본 발명의 한 구체예에 의해 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액을 제조하였고 그 수율 등 결과를 표 1 내지 3 및, 도 4 내지 17에 개시하였다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 추출 공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 4를 참조하면, 1서킷 추출공정의 경우, 목적금속인 Ni, Co의 많은 수가 유기용액 상태로 가게 되면 1서킷 세정공정에서 세정해야할 목적금속의 양이 늘어나 세정 단수가 늘어나기 때문에 목적금속이 일부 추출되는 지점인 3.5를 공정 pH로 설정하였음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 추출공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 5를 참조하면, 1서킷 추출공정에서 추출율이 좋은 Zn나 Al은 특정 단수만에 추출이 완료되어 Cu가 남는 경우가 생길 수 있어서 가장 추출율이 좋지 않은 Cu 조건에 다른 원소를 맞추었음을 알 수 있다. 또한, 상기 Cu McCabe-Thiele 다이어그램에서 Cu 아치형 그래프의 가장 높은 지점과 높이가 같도록 수직선 위의 한점을 잡고 형성한 기울기인 O/A가 1.8이므로, Cu를 모두 추출하기 위한 단수를 구해보면 3개 step이 그려지는 바, 즉, 이론단수가 3이므로 추출율이 좋지못할 때 실제 공정시 Cu가 모두 추출되지 않을 수 있어 여윳단 1~2를 더 배치함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 세정공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 6을 참조하면, 1서킷 세정공정에서는 1서킷 추출시 함께 추출된 Ni, Co를 다시 회수해야 하기 때문에, 목적금속 세정 및 불순물 농도 저감을 통해 pH 3.0으로 조절하여 유기용액 상태에 있는 Ni, Co를 수용액 상태로 다시 내려 보낼 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 세정공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 7을 참조하면, 1서킷 세정공정에서 O/A=5인 기울기 선분을 그렸을 때 이론적으로 1단이 나오므로 해당 공정도 여윳단으로 한단을 추가해 총 2로 구성하였음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 탈거공정의 황산 농도별 탈거율 그래프이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 한 구체예에 의한 실시예 1(좌)과 같이 1서킷 탈거공정의 황산 농도별 탈거율이 O/A=5인 경우, 15wt%에서 석출이 발생하지 않고 Al을 제외한 모든 원소에서의 탈거율이 90% 이상이기 때문에 O/A=5, 15wt%로 공정 조건을 설정하였음을 알 수 있다. 또한, Al의 경우 용매 추출 이전인 침출 단계에서 Al을 충분히 제거하여 탈착이 어려운 Al을 용매추출 단계로 최소량 투입할 수 있고, 1서킷 공정 순환 후 추출제에 쌓인 Al이 일정 농도 이상일때 산처리로 Al를 제거해 줄 수 있으므로 공급용액(Feed) 조성 조절 또는 추가 탈거공정을 통해 D2EHPA 추출제를 지속적으로 재사용할 수 있음을 알 수 있다. 반면에, 비교예 1(우)과 같이, 1서킷 탈거공정의 O/A를 10으로 설정할 경우, 15wt% 초과시 탄산칼슘 석출이 일어나 석출이 일어나지 않는 10wt% 지점을 선택할 경우 Zn, Ca의 탈거율이 너무 낮아 공정단수가 늘어날 수 있기때문에 O/A=5를 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 1서킷 탈거공정에 의한 석출물의 XRD pattern 그래프이고, 도 10은 석출물의 EDS 분석 그래프이다.
도 9 또는 도 10을 참조하면, 본 발명의 한 구체예에 따른 1서킷 공정에 의한 석출물의 성분은 탄산칼슘으로, 상기 탈거공정에서 측정되지 않은 칼슘의 양은 고체상태로 석출되어 측정되지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 추출공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 11을 참조하면, 2서킷 추출 공정에서는 목적금속인 Ni, Co, Mn을 유기용액 상태로 추출하고 불순물인 Mg을 수용액 상태에 남겨놓아 분리하기 때문에, 공정단수 조절 및 불순물 저감을 위해 목적금속의 추출이 충분히 일어나고 Mg은 추출되지 않는 6.3이 공정 pH로 적절함을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 추출공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 12를 참조하면, 2서킷 추출공정에서 McCabe-Thiele 다이어그램을 통해 가장 공정 단수가 많이 필요한 Co 기준으로 공정단수를 설정하였고, 기울기를 고려하여 O/A=3.75, 이론단수 3에 여윳단 한단 추가하여 4단으로 설정하였음을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 세정공정의 E-pH 다이어그램이다.
도 13을 참조하면, 2서킷 세정공정은 함께 추출된 불순물 원소인 Mg을 다시 세정하기 위해 세정공정을 진행한 것으로 Mg이 pH 6.2에서 거의 다 세정되므로 6.2를 공정 pH로 설정하였음을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 세정공정의 McCabe-Thiele 다이어그램이다.
도 14를 참조하면, 2서킷 세정공정에서 McCabe-Thiele 다이어그램을 통해 이론단수 2를 도출하였고, Mg의 경우 O/A가 작은 쪽에서 기울기가 거의 수직이므로 여윳단이 필요없어 이를 반영하지 않고 2로 설정하였음을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 세정공정에 의한 석출물 사진이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 2서킷 세정공정을 상온에서 운전할 경우, 피막 형태의 적갈색 석출물이 발생함을 알 수 있고, 본 발명의 한 구체예와 같이, 60℃에서 운전될 경우 적갈색 석출물의 발생이 저감됨을 확인할 수 있다.
도 16는 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법 중 2서킷 탈거공정의 황산 농도별 탈거율 그래프이다.
도 16을 참조하면, 2서킷 탈거공정의 경우 30wt%에서 목적금속을 한 단에 거의 탈거할 수 있음을 알 수 있고, 실제 공정에서 잔여 목적금속이 남아 있을 수 있으므로 2 공정까지 수행할 수 있어 1~2가 바람직함을 알 수 있다.
도 17은 본 발명의 한 구체예에 따른 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조를 위해 McCabe-Thiele 공정단수를 적용하여 수율을 산정한 모식도이다. 또한, 표 1은 모든 공정의 단수를 1단으로 진행시(Single-stage) 제품 스펙을 나타낸 표이고, 표 2는 이 경우 목적금속의 수율을 나타낸 표이며, 표 3은 McCabe-Thiele 공정단수를 적용하여 다단공정(Multi-Stage) 운전시 수율을 산정한 표이다.
도 17 및, 표 1 내지 3을 참조하면, 목적금속 중 Mn은 가격이 저렴하여 수율증대 비용이 판매이익보다 커 용액내 모든 양을 분리하지 않을 수 있다. 이때, 1단 공정(Single-stage)만 수행할 경우, Cu와 Mg같은 불순물 원소가 많이 남아있어 Ni, Co 등 목적금속의 수율이 작고, McCabe-Thiele 다이어그램 공정단수 적용시, 1서킷 추출공정의 경우 4단 수행하여 Cu 불순물을 3ppm 이하로 제거할 수 있고 함께 추출된 Ni, Co를 1서킷 세정공정에서 거의 회수할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 2서킷 추출 공정에서 1단으로 충분히 추출되지 않은 Ni, Co의 경우, 2서킷 추출의 4단 공정을 통해 거의 추출가능한 바 함께 추출된 Mg 불순물이 2서킷 세정공정에서 2로 충분히 제거될 수 있음을 알 수 있다. 즉, McCabe-Thiele 다이어그램을 통해 공정 단수별로 정량계산 설계한 다단 공정(Multi-stage)으로 운전시 높은 수율을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 한 구체예에 의한 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법은 불순물 추출, 코발트 추출 및 니켈 추출 등 종래의 3 서킷 공정과 달리 결정화 공정을 생략하고 2 서킷 공정에 의해 코발트와 니켈 추출을 동시에 진행하여 니켈/코발트 혼합용액을 제조함으로써, 제조공정 투자비를 저감하고 혼합침강조 설비를 축소하여 부지 활용효율을 극대화하며 조절액 소모량 감소, 공정비용 절감 및 공정폐수 감소 등 친환경 효과를 구현할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
S100 : 1 서킷 공정, S110 : 1서킷 추출공정
S120 : 1서킷 세정공정, S130 : 1서킷 탈거공정
S200 : 2 서킷 공정, S210 : 2서킷 추출공정
S220 : 2서킷 세정공정, S230 : 2서킷 탈거공정
S120 : 1서킷 세정공정, S130 : 1서킷 탈거공정
S200 : 2 서킷 공정, S210 : 2서킷 추출공정
S220 : 2서킷 세정공정, S230 : 2서킷 탈거공정
Claims (9)
- a) 니켈, 코발트 및 마그네슘을 포함하는 황화물에 일정한 pH에서 제1 추출제를 이용하여 마그네슘을 제외한 불순물을 유기용액 상태로 추출하는 1서킷 추출공정;
b) 상기 추출된 유기용액 상태를 증류수와 교반하여 함께 추출된 니켈과 코발트를 수용액 상태로 회수하는 1서킷 세정공정;
c) 상기 제1 추출제에 포함된 불순물을 수용액 상태로 회수하는 1서킷 탈거공정;
d) 상기 1서킷 추출공정을 거친 공급용액의 마그네슘 분리를 위해 제2 추출제를 비누화하여 니켈, 코발트 및 망간을 유기용액 상태로 추출하는 2서킷 추출공정;
e) 상기 2서킷 추출이 진행된 유기용액 상태를 증류수와 교반 후 함께 추출된 마그네슘을 수용액 상태로 회수하는 2서킷 세정공정; 및
f) 상기 추출된 니켈과 코발트를 수용액 상태로 회수하여 혼합 액상으로 제품화하는 2서킷 탈거공정;을 포함하는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법. - 청구항 1항에 있어서,
상기 a) 1서킷 추출공정은,
pH 3.4 내지 3.6에서 수행되며, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 1.7 내지 1.9인 것을 특징으로 하는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법. - 청구항 1항에 있어서,
상기 b) 1서킷 세정공정은,
pH 2.9 내지 3.1에서 수행되며, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1인 것을 특징으로 하는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법. - 청구항 1항에 있어서,
상기 c) 1서킷 탈거공정은,
황산(H2SO4) 13 내지 17w%을 수용액 상태로 사용하고, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1인 것을 특징으로 하는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법. - 청구항 1항에 있어서,
상기 d) 2서킷 추출공정은,
pH 6.2 내지 6.4에서 수행되며, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 3.7 내지 3.8인 것을 특징으로 하는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법. - 청구항 1항에 있어서,
상기 e) 2서킷 세정공정은,
pH 6.1 내지 6.3 범위에서 수행되며, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1인 것을 특징으로 하는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법. - 청구항 1항에 있어서,
상기 f) 2서킷 탈거공정은,
황산(H2SO4) 25 내지 35w%을 수용액 상태로 사용하고, O/A비(Organic/aqueous ratio)가 4.9 내지 5.1인 것을 특징으로 하는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법. - 청구항 7항에 있어서,
상기 f) 2서킷 탈거공정은,
공정온도가 55 내지 65℃인 것을 특징으로 하는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법. - 청구항 1항에 있어서,
상기 제1 추출제는 비스(2-에틸헥실)인산(D2EHPA, di-2-ethylhexyl- phosphoric acid)이고,
상기 제2 추출제는 베르사티산(VA-10, Versatic Acid-10)인 것을 특징으로 하는 2 서킷 공정에 의한 양극재용 고순도 니켈/코발트 혼합용액 제조방법.
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