KR102632803B1 - Method for producing lithium hydroxide using lithium sulfate and barium oxide - Google Patents
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- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Abstract
본 발명은 수산화리튬 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저순도 황산리튬 용액을 이용하여 종래기술에 비해 공정이 간단하여 경제적이고 에너지 효율이 향상되며 폐기물 발생이 없어 친환경적으로 수산화리튬을 제조할 수 있는 황산리튬과 산화바륨을 이용한 수산화리튬 제조방법이다.The present invention relates to a method for producing lithium hydroxide. More specifically, the process is simple compared to the prior art by using a low-purity lithium sulfate solution, making it economical, improving energy efficiency, and producing lithium hydroxide in an environmentally friendly manner without generating waste. This is a method of producing lithium hydroxide using lithium sulfate and barium oxide.
Description
본 발명은 수산화리튬 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저순도 황산리튬 용액을 이용하여 종래기술에 비해 공정이 간단하여 경제적이고 에너지 효율이 향상되며 폐기물 발생이 없어 친환경적으로 수산화리튬을 제조할 수 있는 황산리튬과 산화바륨을 이용한 수산화리튬 제조방법이다.The present invention relates to a method for producing lithium hydroxide. More specifically, the process is simple compared to the prior art by using a low-purity lithium sulfate solution, making it economical, improving energy efficiency, and producing lithium hydroxide in an environmentally friendly manner without generating waste. This is a method of producing lithium hydroxide using lithium sulfate and barium oxide.
일반적으로 전기자동차용 이차전지는 주로 안정성, 용량 및 출력 등의 특성을 고려하여, 니켈 함량이 80 mol% 이상인 NCA(Nickel-Cobalt-Aluminum), 하이니켈계(High-Ni) NCM 811 등의 양극재를 사용하는 추세이다. In general, secondary batteries for electric vehicles mainly use anodes such as NCA (Nickel-Cobalt-Aluminum) and high-nickel (High-Ni) NCM 811 with a nickel content of 80 mol% or more, considering characteristics such as stability, capacity, and output. There is a trend to use ashes.
NCA와 NCM 811 양극재는 기존의 양극재와는 달리 리튬 소스로 황산리튬 대신 수산화리튬을 사용하여 제조하고 있다. 양극재 제조 공정에서 니켈 함량이 80 mol% 이상인 경우, 반응성이 상대적으로 우수하고 낮은 온도에서 소성이 가능한 수산화리튬을 사용해야만 전기저장 용량 특성을 용이하게 구현할 수 있기 때문이다.Unlike existing cathode materials, NCA and NCM 811 cathode materials are manufactured using lithium hydroxide instead of lithium sulfate as the lithium source. This is because, when the nickel content is 80 mol% or more in the anode material manufacturing process, electric storage capacity characteristics can be easily realized only by using lithium hydroxide, which has relatively excellent reactivity and can be fired at low temperatures.
리튬은 전통적으로 염호 및 광석으로부터 추출되고 있다. 염호로부터 리튬을 추출하는 경우, 수용해성 염화리튬을 수용해도가 낮은 황산리튬(수용해도: 1.29g/100mL, 20℃)으로 전환시켜 침전물로 석출시킨 다음, 이를 수산화리튬으로 전환하는 공정을 사용한다.Lithium is traditionally extracted from salt lakes and ores. When extracting lithium from a salt lake, a process is used to convert water-soluble lithium chloride into lithium sulfate (water solubility: 1.29 g/100 mL, 20°C) with low water solubility, precipitate it as a precipitate, and then convert it into lithium hydroxide. .
광석으로부터 리튬을 추출하는 경우, 광석을 황산으로 배소하고 물에 용출시켜 리튬황산화물 용액을 제조한 다음, 염호로부터 리튬을 추출하는 공정과 마찬가지로, 수용해도가 낮은 황산리튬을 거쳐서 수산화리튬을 제조한다. 전통적인 수산화리튬 제조 방법은 중간 생성물인 황산리튬의 용해도 이하의 리튬은 회수하기 어렵다는 문제가 있었다(도 1 참조).When extracting lithium from ore, the ore is roasted with sulfuric acid and eluted in water to produce a lithium sulfate solution. Then, similar to the process of extracting lithium from a salt lake, lithium hydroxide is produced through lithium sulfate with low water solubility. . The traditional method of producing lithium hydroxide had the problem that it was difficult to recover lithium below the solubility of lithium sulfate, an intermediate product (see Figure 1).
여기서, 황산리튬을 수산화리튬으로 전환하는 공정은 황산리튬을 물에 용해시킨 뒤 수산화칼슘과 반응시켜 침전물로 발생하는 탄산칼슘을 제거한 다음, 용액 중에 남은 수산화리튬을 농축시켜 고순도 수산화리튬을 얻고 있다. 이러한 과정은 하기 반응식으로 나타낼 수 있다:Here, the process of converting lithium sulfate into lithium hydroxide involves dissolving lithium sulfate in water and reacting it with calcium hydroxide to remove calcium carbonate that occurs as a precipitate, and then concentrating the remaining lithium hydroxide in the solution to obtain high purity lithium hydroxide. This process can be represented by the following reaction equation:
[반응식][Reaction formula]
Li2CO3 + Ca(OH)2 → 2LiOH + CaCO3(s)↓Li 2 CO 3 + Ca(OH) 2 → 2LiOH + CaCO 3 (s)↓
하지만 상기 반응식의 반응은 수계 반응으로 진행되나, 반응물인 황산리튬과 수산화칼슘의 수용해도가 각각 1.29g/100mL (25℃) 및 0.173g/100mL (20℃)로 매우 낮아, 한 번에 반응시킬 수 있는 반응물의 양이 제한되고, 상대적으로 많은 양의 물이 사용되므로, 추후 수산화리튬을 분리하기 위해 증발시켜야 하는 물의 양도 많아져서, 에너지 소모가 많아지게 된다.However, the reaction in the above reaction formula proceeds as an aqueous reaction, but the water solubility of the reactants, lithium sulfate and calcium hydroxide, is very low at 1.29 g/100 mL (25 ℃) and 0.173 g/100 mL (20 ℃), respectively, so they cannot be reacted at once. Since the amount of reactant present is limited and a relatively large amount of water is used, the amount of water that must be evaporated to separate lithium hydroxide later increases, resulting in increased energy consumption.
또한, 탄산칼슘은 물에 어느 정도 용해될 수 있어 수산화리튬 용액에는 탄산칼슘이 어느 정도 포함되어 있고, 여기서 유래하는 칼슘 이온은 리튬이온 배터리의 성능을 크게 저하시킬 수 있기 때문에, 물을 제거하여 얻어진 수산화리튬은 2~3회 재결정 처리해야 배터리 등급의 고순도 수산화리튬을 수득할 수 있다는 문제점이 있다.In addition, calcium carbonate can be dissolved in water to some extent, so the lithium hydroxide solution contains some calcium carbonate, and the calcium ions derived therefrom can significantly reduce the performance of the lithium-ion battery, so the lithium hydroxide solution obtained by removing water There is a problem in that lithium hydroxide must be recrystallized 2 to 3 times to obtain battery-grade high purity lithium hydroxide.
이러한 문제를 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있지만 아직 최적의 해결방안이 개발되지 못한 상태이다.Although much research is being conducted to solve these problems, an optimal solution has not yet been developed.
본 발명자들은 다수의 연구결과 저순도 황산리튬용액과 산화바륨을 활용하여 수산화리튬을 제조하는 기술을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.As a result of numerous studies, the present inventors completed the present invention by developing a technology for producing lithium hydroxide using a low-purity lithium sulfate solution and barium oxide.
따라서, 본 발명의 목적은 저순도 황산리튬용액에 산화바륨 및/또는 산화바륨함유고상물질을 첨가하여 리튬 회수율을 극대화하면서도 고순도로 제조할 수 있는 황산리튬 및 산화바륨을 이용한 수산화리튬 제조방법을 제공하는 것이다. Therefore, the purpose of the present invention is to provide a method for producing lithium hydroxide using lithium sulfate and barium oxide, which can be produced with high purity while maximizing lithium recovery rate by adding barium oxide and/or barium oxide-containing solid material to a low-purity lithium sulfate solution. It is done.
본 발명의 다른 목적은 종래기술에 비해 공정이 간단하여 대단히 경제적이고 에너지 효율이 향상되며 불용성부산물을 재활용하여 연속공정을 구현할 수 있어 폐기물 발생이 없을 뿐만 아니라 출발물질이 황성분 함유 시 발생되는 황화수소가 대기중으로 배출되어 환경오염을 일으키지 않도록 포집하여 황산(H2SO4)을 제조할 수 있고, 공정 중 발생하는 이산화탄소를 재활용함으로써 대기 중으로 방출되는 이산화탄소를 줄일 수 있어 친환경적인 저순도 황산리튬용액 및 산화바륨을 이용한 수산화리튬 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is that the process is simple compared to the prior art, which is very economical and energy efficiency is improved, and a continuous process can be implemented by recycling insoluble by-products, so not only is there no waste generation, but hydrogen sulfide generated when the starting material contains sulfur is eliminated from the atmosphere. Sulfuric acid (H 2 SO 4 ) can be produced by collecting it so that it is not discharged into the atmosphere and causes environmental pollution, and by recycling the carbon dioxide generated during the process, carbon dioxide emitted into the atmosphere can be reduced, creating eco-friendly low-purity lithium sulfate solution and barium oxide. To provide a method for producing lithium hydroxide using.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and even if not explicitly mentioned, the object of the invention that can be recognized by a person of ordinary skill in the art from the description of the detailed description of the invention described later may also naturally be included. .
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 저순도 황산리튬용액에 산화바륨을 첨가하여 제1고액혼합물을 형성하는 제1침출단계; 상기 제1고액혼합물을 수산화리튬수용액과 불용성부산물로 분리하는 제1여과단계; 및 상기 제1여과단계에서 얻어진 수산화리튬수용액을 증발시켜 수산화리튬을 수득하는 증발단계;를 포함하는 수산화리튬 제조방법을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention described above, the present invention includes a first leaching step of adding barium oxide to a low-purity lithium sulfate solution to form a first solid-liquid mixture; A first filtration step of separating the first solid-liquid mixture into an aqueous lithium hydroxide solution and an insoluble by-product; and an evaporation step of evaporating the lithium hydroxide aqueous solution obtained in the first filtration step to obtain lithium hydroxide.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 1차 열처리하여 제1환원열처리산물을 수득하는 제1환원열처리단계; 상기 제1환원열처리산물을 이산화탄소가 포함된 물에 첨가하여 탄산바륨 함유 침전물이 포함된 제2고액혼합물을 형성하는 제2침출단계; 상기 제2고액혼합물을 여과하여 탄산바륨함유침전물을 수득하는 제2여과단계; 상기 탄산바륨함유 침전물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 2차 열처리하는 제2환원열처리단계; 및 상기 제2환원열처리단계에서 얻어진 산화바륨함유 고상물질을 상기 제1침출단계에서 사용되는 산화바륨으로 재활용하는 단계;를 더 포함한다. In a preferred embodiment, a first reduction heat treatment step of mixing the insoluble by-product obtained in the first filtration step with a carbon raw material and performing a first heat treatment in a reducing atmosphere to obtain a first reduction heat treatment product; A second leaching step of adding the first reduction heat treatment product to water containing carbon dioxide to form a second solid-liquid mixture containing barium carbonate-containing precipitate; A second filtration step of filtering the second solid-liquid mixture to obtain a barium carbonate-containing precipitate; A second reduction heat treatment step of mixing carbon raw materials with the barium carbonate-containing precipitate and performing a second heat treatment in a reducing atmosphere; and recycling the barium oxide-containing solid material obtained in the second reduction heat treatment step into barium oxide used in the first leaching step.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 1차 열처리하여 제1환원열처리산물을 수득하는 제1환원열처리단계; 상기 제1환원열처리산물에 물을 첨가하여 바륨화합물수용액과 불순물이 포함된 제3고액혼합물을 형성하는 제3침출단계; 상기 제3고액혼합물을 여과하여 바륨화합물수용액과 불순물로 분리하는 제3여과단계; 상기 바륨화합물수용액을 이산화탄소가 포함된 물에 첨가하여 탄산바륨 함유 침전물이 포함된 제4고액혼합물을 형성하는 제4침출단계; 상기 제4고액혼합물을 여과하여 탄산바륨함유 침전물을 수득하는 제4여과단계; 상기 탄산바륨함유 침전물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 2차 열처리하는 제2환원열처리단계; 및 상기 제2환원열처리단계에서 얻어진 산화바륨함유 고상물질을 상기 제1침출단계에서 사용되는 산화바륨으로 재활용하는 단계;를 더 포함한다. In a preferred embodiment, a first reduction heat treatment step of mixing the insoluble by-product obtained in the first filtration step with a carbon raw material and performing a first heat treatment in a reducing atmosphere to obtain a first reduction heat treatment product; A third leaching step of adding water to the first reduction heat treatment product to form a third solid-liquid mixture containing a barium compound aqueous solution and impurities; A third filtration step of filtering the third solid-liquid mixture to separate it into an aqueous barium compound solution and impurities; A fourth leaching step of adding the barium compound aqueous solution to water containing carbon dioxide to form a fourth solid-liquid mixture containing barium carbonate-containing precipitate; A fourth filtration step of filtering the fourth solid-liquid mixture to obtain a precipitate containing barium carbonate; A second reduction heat treatment step of mixing carbon raw materials with the barium carbonate-containing precipitate and performing a second heat treatment in a reducing atmosphere; and recycling the barium oxide-containing solid material obtained in the second reduction heat treatment step into barium oxide used in the first leaching step.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1침출단계에서 하기 반응식 1로 표시되는 반응이 발생한다. In a preferred embodiment, a reaction represented by Scheme 1 below occurs in the first leaching step.
[반응식 1][Scheme 1]
Li2SO4 (aq.) + BaO(s) + H2O → 2LiOH(aq.) + BaSO4(s)Li 2 SO 4 (aq.) + BaO(s) + H 2 O → 2LiOH(aq.) + BaSO 4 (s)
바람직한 실시예에 있어서, 상기 증발단계에서 하기 반응식 2로 표시되는 반응이 발생한다. In a preferred embodiment, a reaction represented by Scheme 2 below occurs in the evaporation step.
[반응식 2][Scheme 2]
LiOH + xH2O → LiOHㅇH2OLiOH + xH 2 O → LiOHㅇH 2 O
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1환원열처리단계에서 하기 반응식 3 및 반응식 4로 표시되는 하나 이상의 반응이 발생한다. In a preferred embodiment, one or more reactions represented by Scheme 3 and Scheme 4 below occur in the first reduction heat treatment step.
[반응식 3][Scheme 3]
BaSO4(s) + 2C(s) → BaS(s) + 2CO2(g) BaSO 4 (s) + 2C(s) → BaS(s) + 2CO 2 (g)
[반응식 4][Scheme 4]
BaSO4(s) + 4C(s) → BaS(s) + 4CO(g)BaSO 4 (s) + 4C(s) → BaS(s) + 4CO(g)
2CO + O2 → 2CO2 2CO + O 2 → 2CO 2
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1환원열처리산물은 BaS(s)을 포함한다. In a preferred embodiment, the first reduction heat treatment product includes BaS(s).
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2침출 단계에서 하기 반응식 5 및 반응식 6으로 표시되는 하나 이상의 반응이 발생한다. In a preferred embodiment, one or more reactions represented by Scheme 5 and Scheme 6 below occur in the second leaching step.
[반응식 5][Scheme 5]
BaS(s) + CO2(g) + H2O(l) → BaCO3(s) + H2S(g)BaS(s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) → BaCO 3 (s) + H 2 S(g)
[반응식 6][Scheme 6]
2BaS(s) + 2H2O(l) → Ba(SH)2(aq.) + Ba(OH)2(aq.) 2BaS(s) + 2H 2 O(l) → Ba(SH) 2 (aq.) + Ba(OH) 2 (aq.)
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제3침출 단계에서 하기 반응식 7로 표시되는 반응이 발생한다. In a preferred embodiment, the reaction represented by Scheme 7 below occurs in the third leaching step.
[반응식 7][Scheme 7]
2BaS(s) + 2H2O(l) → Ba(SH)2(aq.) + Ba(OH)2(aq.) + Impurities(s)2BaS(s) + 2H 2 O(l) → Ba(SH) 2 (aq.) + Ba(OH) 2 (aq.) + Impurities(s)
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제4침출 단계에서 하기 반응식 8로 표시되는 반응이 발생한다. In a preferred embodiment, the reaction represented by Scheme 8 below occurs in the fourth leaching step.
[반응식 8][Scheme 8]
Ba(SH)2(aq.) + Ba(OH)2(aq.) + 2CO2(g) → 2BaCO3(s) + 2H2S(g)Ba(SH) 2 (aq.) + Ba(OH) 2 (aq.) + 2CO 2 (g) → 2BaCO 3 (s) + 2H 2 S(g)
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2침출단계 또는 제4침출단계에서 사용되는 이산화탄소는 상기 제1환원열처리단계에서 발생되는 이산화탄소를 포함한다. In a preferred embodiment, the carbon dioxide used in the second or fourth leaching step includes carbon dioxide generated in the first reduction heat treatment step.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2여과단계에서 얻어진 여과액은 상기 제1침출단계에서 재사용된다. In a preferred embodiment, the filtrate obtained in the second filtration step is reused in the first leaching step.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 여과액은 Ba(SH)2를 포함한다. In a preferred embodiment, the filtrate contains Ba(SH) 2 .
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제4여과단계에서 얻어진 여과액은 상기 제4침출단계에서 재사용된다. In a preferred embodiment, the filtrate obtained in the fourth filtration step is reused in the fourth leaching step.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 여과액은 Ba(OH)2 및 Ba(SH)2 중 하나 이상을 포함한다. In a preferred embodiment, the filtrate contains one or more of Ba(OH) 2 and Ba(SH) 2 .
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2환원열처리단계에서 하기 반응식 9로 표시되는 반응이 발생한다. In a preferred embodiment, a reaction represented by Scheme 9 below occurs in the second reduction heat treatment step.
[반응식 9][Scheme 9]
BaCO3(s) + C(s) → BaO(s) + 2CO(g)BaCO 3 (s) + C(s) → BaO(s) + 2CO(g)
2CO + O2 → 2CO2 2CO + O 2 → 2CO 2
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1환원열처리단계는 500℃ 내지 1200℃에서 수행된다. In a preferred embodiment, the first reduction heat treatment step is performed at 500°C to 1200°C.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2환원열처리단계는 800℃ 내지 1200℃에서 수행된다. In a preferred embodiment, the second reduction heat treatment step is performed at 800°C to 1200°C.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 탄소원료는 흑연, 활성탄, 카본블랙, 비정질탄소, 메탄가스 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나이상이다. In a preferred embodiment, the carbon raw material is at least one selected from the group consisting of graphite, activated carbon, carbon black, amorphous carbon, methane gas, and combinations thereof.
바람직한 실시예에 있어서, 제1환원열처리단계에서 상기 불용성부산물에 포함된 황산바륨 : 탄소원료의 몰비가 1:0.95 내지 1:2가 되도록 혼합이 수행된다. In a preferred embodiment, in the first reduction heat treatment step, mixing is performed so that the molar ratio of barium sulfate and carbon raw material contained in the insoluble by-product is 1:0.95 to 1:2.
바람직한 실시예에 있어서, 제2환원열처리단계에서 상기 탄산바륨함유침전물에 포함된 탄산바륨 : 탄소원료의 몰비가 1:0.95 내지 1:2가 되도록 혼합이 수행된다. In a preferred embodiment, in the second reduction heat treatment step, mixing is performed so that the molar ratio of barium carbonate and carbon raw material contained in the barium carbonate-containing precipitate is 1:0.95 to 1:2.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1고액혼합물에서 황산리튬과 BaO은 1: 0.95 내지 1: 2의 몰비로 포함된다. In a preferred embodiment, lithium sulfate and BaO are included in the first solid-liquid mixture at a molar ratio of 1:0.95 to 1:2.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응식 5 내지 반응식 8 중 어느 하나 이상의 반응에서 발생된 황화수소를 포집하여 황산(H2SO4), 황화나트륨(Na2S), 황(S) 중 하나 이상의 화합물로 회수하는 단계를 더 포함한다.In a preferred embodiment, hydrogen sulfide generated in any one or more reactions of Schemes 5 to 8 is collected and recovered as one or more compounds of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), sodium sulfide (Na 2 S), and sulfur (S). It further includes steps.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 회수하는 단계에서 반응식 10으로 표시되는 반응이 발생하여 황산이 생성된다. In a preferred embodiment, in the recovery step, a reaction represented by Scheme 10 occurs to produce sulfuric acid.
[반응식 10][Scheme 10]
2H2S(g) + 3O2 (g) → 2SO2 (g) + 2H2O(g)2H 2 S(g) + 3O 2 (g) → 2SO 2 (g) + 2H 2 O(g)
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)2SO 2 (g) + O 2 (g) → 2SO 3 (g)
2SO3(g) + 2H2O(g) → 2H2SO4(g)2SO 3 (g) + 2H 2 O(g) → 2H 2 SO 4 (g)
바람직한 실시예에 있어서, 상기 회수하는 단계에서 반응식 11로 표시되는 반응이 더 발생하여 황을 생성된다. In a preferred embodiment, in the recovery step, a reaction represented by Scheme 11 further occurs to produce sulfur.
[반응식 11][Scheme 11]
H2S(g) + H2SO4 (g) → S + SO2 (g) + 2H2O(g)H 2 S(g) + H 2 SO 4 (g) → S + SO 2 (g) + 2H 2 O(g)
2H2S(g) + SO2(g) → 2H2O + 3S2H 2 S(g) + SO 2 (g) → 2H 2 O + 3S
3H2S(g) + H2SO4(g) → 4S + 4H2O(g)3H 2 S(g) + H 2 SO 4 (g) → 4S + 4H 2 O(g)
바람직한 실시예에 있어서, 상기 회수하는 단계에서 반응식 12로 표시되는 반응이 발생하여 황이 생성된다. In a preferred embodiment, in the recovery step, a reaction represented by Scheme 12 occurs to produce sulfur.
[반응식 12][Scheme 12]
H2S(g) + 2Fe3+ → S + 2Fe2+ + 2H+ H 2 S(g) + 2Fe 3+ → S + 2Fe 2+ +2H +
2Fe2+ + 0.5O2 + 2H+ → 2Fe3+ + H2O2Fe 2+ + 0.5O2 + 2H + → 2Fe 3+ + H 2 O
상술된 본 발명의 수산화리튬 제조방법에 의하면 저순도 황산리튬용액과산화바륨 및 산화바륨함유고상물질 중 하나 이상을 이용하여 리튬 손실율을 최소로 하면서도 고순도로 제조할 수 있다. According to the method for producing lithium hydroxide of the present invention described above, it can be produced with high purity while minimizing lithium loss rate by using one or more of low-purity lithium sulfate solution, barium peroxide, and barium oxide-containing solid phase material.
또한, 본 발명의 수산화리튬 제조방법에 의하면 종래기술에 비해 공정이 간단하여 대단히 경제적이고 에너지 효율이 향상되며 불용성부산물을 재활용하여 연속공정을 구현할 수 있어 폐기물 발생이 없을 뿐만 아니라 출발물질이 황성분 함유 시 발생되는 황화수소가 대기중으로 배출되어 환경오염을 일으키지 않도록 포집하여 황산(H2SO4)을 제조할 수 있고, 공정 중 발생하는 이산화탄소를 재활용함으로써 대기 중으로 방출되는 이산화탄소를 줄일 수 있어 친환경적이다.In addition, according to the lithium hydroxide production method of the present invention, the process is simpler compared to the prior art, making it very economical and energy efficiency improved, and insoluble by-products can be recycled to implement a continuous process, so not only is there no waste generation, but if the starting material contains sulfur components, Sulfuric acid (H 2 SO 4 ) can be manufactured by capturing the generated hydrogen sulfide so that it is not discharged into the atmosphere and causes environmental pollution, and by recycling the carbon dioxide generated during the process, carbon dioxide emitted into the atmosphere can be reduced, making it environmentally friendly.
본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.These technical effects of the present invention are not limited to the scope mentioned above, and even if not explicitly mentioned, the effects of the invention that can be recognized by a person of ordinary skill in the art from the description of the specific contents for implementing the invention described later. Of course it is included.
도 1은 전통적인 수산화리튬 제조 방법을 도시한 모식도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 수산화리튬 제조방법의 일 구현예를 보여주는 공정흐름을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에서 제1여과단계 수행 후 얻어진 불용성부산물을 XRD분석하고 그 결과그래프를 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b는 수산화리튬을 수득하는 증발단계 수행 후 얻어진 수산화리튬 결정을 XRD분석한 결과그래프 및 실물 사진을 각각 나타낸 것이다.
도 5는 제1환원열처리단계의 온도조건에 대한 열역학적 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 6은 제1환원열처리단계에서 얻어진 열처리산물을 XRD분석한 결과그래프이다.
도 7은 제2환원열처리단계의 온도조건에 대한 열역학적 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 제2환원열처리단계에서 각각 다른 온도로 처리하여 얻어진 열처리산물을 XRD분석한 결과그래프이다.Figure 1 is a schematic diagram showing a traditional method for producing lithium hydroxide.
Figures 2a and 2b are schematic diagrams showing the process flow of an embodiment of the method for producing lithium hydroxide according to the present invention.
Figure 3 shows a graph of the XRD analysis of the insoluble by-products obtained after performing the first filtration step in the present invention.
Figures 4a and 4b show graphs and actual photos of the results of XRD analysis of lithium hydroxide crystals obtained after performing the evaporation step to obtain lithium hydroxide, respectively.
Figure 5 is a graph of thermodynamic simulation results for the temperature conditions of the first reduction heat treatment step.
Figure 6 is a graph showing the results of XRD analysis of the heat treatment product obtained in the first reduction heat treatment step.
Figure 7 is a graph of thermodynamic simulation results for the temperature conditions of the second reduction heat treatment step.
Figures 8a and 8b are graphs showing the results of XRD analysis of heat treatment products obtained by treatment at different temperatures in the second reduction heat treatment step.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 발명의 설명에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in the present invention are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the description of the invention, but are intended to indicate the presence of one or more other It should be understood that this does not exclude in advance the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present invention, should not be interpreted in an idealized or excessively formal sense. No.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다. 특히, 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등이 사용되는 경우 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되는 것으로 해석될 수 있다.When interpreting a component, it is interpreted to include the margin of error even if there is no separate explicit description. In particular, when terms of degree such as "about", "substantially", etc. are used, they may be interpreted as being used at or close to that value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented. .
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함한다.In the case of a description of a temporal relationship, for example, if a temporal relationship is described as ‘after’, ‘after’, ‘after’, ‘before’, etc., ‘immediately’ or ‘directly’ Even non-consecutive cases are included unless ' is used.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical configuration of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings and preferred embodiments.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Like reference numerals used to describe the invention throughout the specification represent like elements.
본 발명의 기술적 특징은 저순도 황산리튬 용액과 산화바륨 및/또는 산화바륨함유고상물질을 이용하여 리튬 손실율을 최소로 하면서도 고순도로 제조할 수 있고, 종래기술에 비해 공정이 간단하여 대단히 경제적이고 에너지 효율이 향상되며 불용성부산물을 재활용하여 연속공정을 구현할 수 있어 폐기물 발생이 없을 뿐만 아니라 출발물질이 황성분 함유 시 발생되는 황화수소가 대기중으로 배출되어 환경오염을 일으키지 않도록 포집하여 황산(H2SO4)을 제조할 수 있고, 공정 중 발생하는 이산화탄소를 재활용함으로써 대기 중으로 방출되는 이산화탄소를 줄일 수 있어 친환경적인 저순도 황산리튬용액 및 산화바륨을 이용한 수산화리튬제조방법에 있다. The technical feature of the present invention is that it can be manufactured with high purity while minimizing lithium loss rate by using a low-purity lithium sulfate solution and barium oxide and/or barium oxide-containing solid material, and the process is simpler than the prior art, making it very economical and energy-efficient. Efficiency is improved and a continuous process can be implemented by recycling insoluble by-products, so there is no waste generation, and when the starting material contains sulfur, hydrogen sulfide generated is collected to prevent it from being discharged into the atmosphere and causing environmental pollution, and is converted into sulfuric acid (H 2 SO 4 ). It is an eco-friendly method of manufacturing lithium hydroxide using low-purity lithium sulfate solution and barium oxide because it can be manufactured and can reduce carbon dioxide emitted into the atmosphere by recycling carbon dioxide generated during the process.
따라서, 본 발명의 수산화리튬제조방법은 저순도 황산리튬용액에 산화바륨을 첨가하여 제1고액혼합물을 형성하는 제1침출단계; 상기 제1고액혼합물을 수산화리튬수용액과 불용성부산물로 분리하는 제1여과단계; 및 상기 제1여과단계에서 얻어진 수산화리튬수용액을 증발시켜 수산화리튬을 수득하는 증발단계;를 포함할 수 있다. 필요한 경우 도 2에 도시된 바와 같이 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물을 이용하여 산화바륨함유고상물질을 제조하여 제1침출단계에서 필요한 산화바륨으로 재활용하는 연속공정으로 구현할 수 있다. Therefore, the method for producing lithium hydroxide of the present invention includes a first leaching step of adding barium oxide to a low-purity lithium sulfate solution to form a first solid-liquid mixture; A first filtration step of separating the first solid-liquid mixture into an aqueous lithium hydroxide solution and an insoluble by-product; and an evaporation step of evaporating the lithium hydroxide aqueous solution obtained in the first filtration step to obtain lithium hydroxide. If necessary, as shown in Figure 2, it can be implemented as a continuous process in which barium oxide-containing solid material is manufactured using the insoluble by-product obtained in the first filtration step and recycled into the barium oxide required in the first leaching step.
제1침출단계는 저순도 황산리튬수용액에 산화바륨 또는 산화바륨함유고상물질을 첨가한 후 교반하여 수행되므로, 하기 반응식 1로 표시되는 반응이 발생하게 된다. 따라서, 제1침출단계에서 얻어진 제1고액혼합물은 적어도 수산화리튬 및 황산바륨을 포함하게 된다. The first leaching step is performed by adding barium oxide or a barium oxide-containing solid material to a low-purity lithium sulfate aqueous solution and stirring it, so that a reaction shown in Scheme 1 below occurs. Therefore, the first solid-liquid mixture obtained in the first leaching step contains at least lithium hydroxide and barium sulfate.
[반응식 1][Scheme 1]
Li2SO4 (aq.) + BaO(s) + H2O → 2LiOH(aq.) + BaSO4(s)Li 2 SO 4 (aq.) + BaO(s) + H 2 O → 2LiOH(aq.) + BaSO 4 (s)
즉 제1침출단계는 저순도 황산리튬 용액에 고체 상태의 산화바륨 및/또는 산화바륨함유고상물질을 첨가한 후 교반함으로써 반응식 1로 표시되는 반응이 일어나기 때문에, 상기 반응이 발생하면 황산리튬의 황산이온과 산화바륨 및/또는 산화바륨함유고상물질의 바륨이온이 반응하여 불용성화합물인 황산바륨으로 석출되고, 수산화리튬 수용액을 얻을 수 있는 것이다. 이 때 제1고액혼합물은 황산리튬과 산화바륨을 1: 1 내지 1: 2의 몰비로 포함할 수 있는데, 황산리튬과 산화바륨의 몰비는 실험을 통해 결정된 것으로, 결정된 몰비 범위보다 미만이거나 초과되면 제1고액혼합물에 포함된 수용액에 황산리튬 등 기타 불순물이 포함되어 증발단계를 수행하여 얻어진 수산화리튬의 순도가 낮아질 수 있다. That is, in the first leaching step, the reaction shown in Scheme 1 occurs by adding solid barium oxide and/or barium oxide-containing solid material to a low-purity lithium sulfate solution and then stirring it, so when the reaction occurs, the sulfuric acid of lithium sulfate The ions react with barium oxide and/or the barium ions of the barium oxide-containing solid material to precipitate as barium sulfate, an insoluble compound, and an aqueous lithium hydroxide solution can be obtained. At this time, the first solid-liquid mixture may contain lithium sulfate and barium oxide in a molar ratio of 1: 1 to 1: 2. The molar ratio of lithium sulfate and barium oxide is determined through experiment, and if it is less than or exceeds the determined molar ratio range, The aqueous solution contained in the first solid-liquid mixture may contain other impurities such as lithium sulfate, lowering the purity of lithium hydroxide obtained by performing the evaporation step.
이와 같이 제1침출단계가 수행되면 제1고액혼합물이 형성되는데, 제1고액혼합물에 포함된 수산화리튬수용액과 불용성부산물을 서로 분리하기 위해 제1여과단계가 수행될 수 있다. 제1여과단계는 고액 분리방법으로 수행되는데 고액 분리되면 침전된 고체상의 황산바륨을 포함하는 불용성부산물과 여과액인 수산화리튬 수용액이 수득될 수 있다. 고액분리 방법으로는 원심분리 등 알려진 대부분이 방법을 사용할 수 있으나 황산바륨 침전의 입도가 미세하고 약간의 점성을 가지므로 filter press에 의한 고액분리가 바람직할 수 있다.When the first leaching step is performed in this way, a first solid-liquid mixture is formed, and a first filtration step may be performed to separate the lithium hydroxide aqueous solution and insoluble by-products contained in the first solid-liquid mixture. The first filtration step is performed by a solid-liquid separation method. When solid-liquid separation is performed, an insoluble by-product containing precipitated solid barium sulfate and an aqueous lithium hydroxide solution as a filtrate can be obtained. As a solid-liquid separation method, most known methods such as centrifugation can be used, but since the particle size of barium sulfate precipitate is fine and has a slight viscosity, solid-liquid separation by filter press may be preferable.
수산화리튬을 수득하기 위해 여과액으로 얻어진 수산화리튬 수용액을 증발시키는 증발단계가 수행될 수 있는데, 증발단계는 하기 반응식 2로 표시되는 반응이 발생하므로 리튬배터리에 적합한 고순도의 수산화리튬을 얻을 수 있다. 증발단계는 진공상태로 40 내지 60℃에서 수산화리튬용액을 처리하여 수행될 수 있다. 수산화리튬 수용액이 공기와 접촉하면 공기 속의 이산화탄소가 용액속으로 용해되고 이산화탄소의 양이 과다해지면 증발과정에서 탄산리튬이 생성되어 수산화리튬의 순도에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다.To obtain lithium hydroxide, an evaporation step may be performed to evaporate the lithium hydroxide aqueous solution obtained as a filtrate. In the evaporation step, a reaction shown in Scheme 2 below occurs, so that high purity lithium hydroxide suitable for lithium batteries can be obtained. The evaporation step can be performed by treating the lithium hydroxide solution at 40 to 60° C. under vacuum. This is because when an aqueous solution of lithium hydroxide comes in contact with air, carbon dioxide in the air dissolves into the solution, and if the amount of carbon dioxide is excessive, lithium carbonate is generated during the evaporation process, which can adversely affect the purity of lithium hydroxide.
[반응식 2][Scheme 2]
LiOH + xH2O → LiOHㅇH2OLiOH + xH 2 O → LiOHㅇH 2 O
증발단계를 수행 전후 또는 동시에, 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물을 이용하여 산화바륨함유고상물질을 제조하고 제조된 산화바륨함유고상물질을 제1침출단계의 산화바륨으로 재활용함으로써 연속공정을 수행하면 자원재활용을 통한 공정비용을 절감 할 수 있으므로 상세하게 살펴본다. 여기서, 산화바륨함유고상물질을 제조하는 방법은 후술하는 바와 같이 도 2a에 일 구현예가 도시된 제1방법과 도 2b에 일 구현예가 도시된 제2방법으로 구분할 수 있다. 제1방법은 본 발명의 수산화리튬제조방법이 구현된 연속공정에서 주로 사용되는 방법이며, 제1방법에 따라 연속공정이 수개월이상 수행되면 출발물질로 사용되는 저순도 황산리튬용액에 포함된 불순물로 인해 제1방법으로 제조되는 산화바륨함유고상물질의 순도가 떨어지는 문제가 발생한다. 제2방법은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 도 2에 도시된 바와 같이 제1환원열처리산물에 포함된 BaS의 순도가 최초에는 99.5%지만 제1방법이 지속적으로 수행됨에 따라 불순물의 함량이 점점 많아지므로 적어도 3개월에 1회 이상 제2방법을 수행하여 불순물을 연속공정 내에서 제거함으로써 산화바륨함유고상물질의 순도를 높일 수 있다.Before or at the same time as performing the evaporation step, a continuous process is performed by manufacturing barium oxide-containing solid material using the insoluble by-product obtained in the first filtration step and recycling the produced barium oxide-containing solid material as barium oxide in the first leaching step. Since process costs can be reduced through resource recycling, let’s look at it in detail. Here, the method of producing the barium oxide-containing solid material can be divided into a first method, an embodiment of which is shown in FIG. 2A, and a second method, an embodiment of which is shown in FIG. 2B, as will be described later. The first method is a method mainly used in the continuous process in which the lithium hydroxide production method of the present invention is implemented. When the continuous process is performed for more than several months according to the first method, impurities contained in the low-purity lithium sulfate solution used as the starting material are removed. As a result, a problem occurs in which the purity of the barium oxide-containing solid material produced by the first method is lowered. The second method is to solve this problem. As shown in Figure 2, the purity of BaS contained in the first reduction heat treatment product is initially 99.5%, but as the first method is continuously performed, the content of impurities gradually increases. Therefore, the purity of the barium oxide-containing solid material can be increased by performing the second method at least once every three months to remove impurities in a continuous process.
즉, 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물을 이용하여 산화바륨함유고상물질을 제조하는 제1방법은 상기 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 1차 열처리하여 제1환원열처리산물을 수득하는 제1환원열처리단계; 상기 제1환원열처리산물을 이산화탄소가 포함된 물에 첨가하여 탄산바륨 함유 침전물이 포함된 제2고액혼합물을 형성하는 제2침출단계; 상기 제2고액혼합물을 여과하여 탄산바륨함유침전물을 수득하는 제2여과단계; 상기 탄산바륨함유 침전물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 2차 열처리하는 제2환원열처리단계; 및 상기 제2환원열처리단계에서 얻어진 산화바륨함유 고상물질을 상기 제1침출단계에서 사용되는 산화바륨으로 재활용하는 단계;를 포함하고, That is, the first method of producing a barium oxide-containing solid material using the insoluble by-product obtained in the first filtration step is to mix the carbon raw material with the insoluble by-product obtained in the first filtration step and perform first heat treatment in a reducing atmosphere to achieve first reduction. A first reduction heat treatment step to obtain a heat treatment product; A second leaching step of adding the first reduction heat treatment product to water containing carbon dioxide to form a second solid-liquid mixture containing barium carbonate-containing precipitate; A second filtration step of filtering the second solid-liquid mixture to obtain a barium carbonate-containing precipitate; A second reduction heat treatment step of mixing carbon raw materials with the barium carbonate-containing precipitate and performing a second heat treatment in a reducing atmosphere; And a step of recycling the barium oxide-containing solid material obtained in the second reduction heat treatment step into barium oxide used in the first leaching step,
제2방법은 상기 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 1차 열처리하여 제1환원열처리산물을 수득하는 제1환원열처리단계; 상기 제1환원열처리산물에 물을 첨가하여 바륨화합물수용액과 불순물이 포함된 제3고액혼합물을 형성하는 제3침출단계; 상기 제3고액혼합물을 여과하여 바륨화합물수용액과 불순물로 분리하는 제3여과단계; 상기 바륨화합물수용액을 이산화탄소가 포함된 물에 첨가하여 탄산바륨 함유 침전물이 포함된 제4고액혼합물을 형성하는 제4침출단계; 상기 제4고액혼합물을 여과하여 탄산바륨함유 침전물을 수득하는 제4여과단계; 상기 탄산바륨함유 침전물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 2차 열처리하는 제2환원열처리단계; 및 상기 제2환원열처리단계에서 얻어진 산화바륨함유 고상물질을 상기 제1침출단계에서 사용되는 산화바륨으로 재활용하는 단계;를 포함할 수 있기 때문이다. The second method includes a first reduction heat treatment step of mixing the insoluble by-product obtained in the first filtration step with a carbon raw material and performing a first heat treatment in a reducing atmosphere to obtain a first reduction heat treatment product; A third leaching step of adding water to the first reduction heat treatment product to form a third solid-liquid mixture containing a barium compound aqueous solution and impurities; A third filtration step of filtering the third solid-liquid mixture to separate it into an aqueous barium compound solution and impurities; A fourth leaching step of adding the barium compound aqueous solution to water containing carbon dioxide to form a fourth solid-liquid mixture containing barium carbonate-containing precipitate; A fourth filtration step of filtering the fourth solid-liquid mixture to obtain a precipitate containing barium carbonate; A second reduction heat treatment step of mixing carbon raw materials with the barium carbonate-containing precipitate and performing a second heat treatment in a reducing atmosphere; This is because it may include a step of recycling the barium oxide-containing solid material obtained in the second reduction heat treatment step into barium oxide used in the first leaching step.
상술된 바와 같이 제1방법 및 제2방법은 모두 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물을 이용하여 산화바륨함유고상물질을 제조하고자 하므로 제1환원열처리단계와 제2환원열처리단계 사이의 공정 즉 탄산바륨함유침전물을 얻는 공정이 상이할 뿐 제1환원열처리단계, 제2환원열처리단계 및 산화바륨으로 재활용하는 단계는 공통적으로 포함하는 것을 알 수 있다. 이하에서는 제1방법을 중심으로 설명한 후 제2방법은 상이한 공정만 설명하기로 한다. As described above, both the first method and the second method seek to produce barium oxide-containing solid material using the insoluble by-product obtained in the first filtration step, so the process between the first reduction heat treatment step and the second reduction heat treatment step, that is, barium carbonate It can be seen that the process for obtaining the containing precipitate is different, but the first reduction heat treatment step, the second reduction heat treatment step, and the recycling step into barium oxide are commonly included. Hereinafter, the description will focus on the first method, and only the different processes of the second method will be explained.
제1방법 및 제2방법에서 공통적으로 제1환원열처리단계는 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 1차 열처리함으로써 수행되는데, 일 구현예로서 불활성분위기(질소, 아르곤 등)로 500℃ 내지 1200℃에서 2시간 내지 4시간동안 처리하여 수행될 수 있다. 처리조건은 실험적으로 결정된 것으로 도 5에 도시된 바와 같이 열처리온도가 500℃ 미만이면 황산바륨이 완전히 분해되지 않을 수 있고, 1200℃를 초과하는 고온에서 수행되면 에너지 비용이 급격하게 증가하여 비효율적인 문제가 있을 수 있다. 이와 같이 수행되는 제1환원열처리단계에서는 하기 반응식 3 및 반응식 4로 표시되는 반응이 발생하므로, 환원열처리단계에서 얻어진 고상의 제1환원열처리산물은 BaS을 포함한다. In common with the first method and the second method, the first reduction heat treatment step is performed by mixing carbon raw materials with the insoluble by-product obtained in the first filtration step and performing primary heat treatment in a reducing atmosphere. As an example, an inert atmosphere (nitrogen, argon etc.) can be performed by treating at 500°C to 1200°C for 2 to 4 hours. The treatment conditions were determined experimentally, and as shown in Figure 5, if the heat treatment temperature is less than 500℃, barium sulfate may not be completely decomposed, and if it is performed at a high temperature exceeding 1200℃, energy costs will rapidly increase, resulting in inefficiency. There may be. In the first reduction heat treatment step performed in this way, the reaction represented by Reaction Formula 3 and Reaction Formula 4 below occurs, so the solid first reduction heat treatment product obtained in the reduction heat treatment step includes BaS.
[반응식 3][Scheme 3]
BaSO4(s) + 2C(s) → BaS(s) + 2CO2(g) BaSO 4 (s) + 2C(s) → BaS(s) + 2CO 2 (g)
[반응식 4][Scheme 4]
BaSO4(s) + 4C(s) → BaS(s) + 4CO(g)BaSO 4 (s) + 4C(s) → BaS(s) + 4CO(g)
2CO + O2 → 2CO2 2CO + O 2 → 2CO 2
제1환원열처리단계에서 사용되는 탄소원료는 흑연, 활성탄, 카본블랙, 비정질탄소 등 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나이상일 수 있으며, 불용성부산물에 포함된 황산바륨: 탄소원료의 몰비가 1:0.95 내지 1:2가 되도록 혼합이 수행될 수 있는데, 몰비가 1:0.95 미만으로 탄소 원료가 첨가된다면, 황산바륨의 BaS으로의 전환이 충분히 이루어지지 못할 우려가 있고, 몰비가 1:2 초과로 탄소 원료가 첨가된다면, BaS 전환에 있어 공정비용이 증가할 우려가 있고, 불필요한 자원 낭비가 발생할 수 있기 때문이다.The carbon raw material used in the first reduction heat treatment step may be one or more selected from the group consisting of graphite, activated carbon, carbon black, amorphous carbon, etc., and the molar ratio of barium sulfate contained in the insoluble by-product: carbon raw material is 1. :0.95 to 1:2, but if the carbon raw material is added at a molar ratio of less than 1:0.95, there is a risk that the conversion of barium sulfate to BaS may not be sufficiently achieved, and if the molar ratio exceeds 1:2 If carbon raw materials are added, there is a risk that the process cost will increase in BaS conversion and unnecessary waste of resources may occur.
또한, 반응식 3 및 반응식 4로 표시되는 반응이 발생할 때 생성되는 이산화탄소가 대기 중으로 배출되어 온실효과를 나타내는데 사용되지 않도록 이를 포집하여 후술하는 제2침출단계 및/또는 제4침출단계에서 사용되는 이산화탄소로 사용되도록 구현될 수 있다.In addition, carbon dioxide generated when the reaction shown in Scheme 3 and Scheme 4 occurs is captured so that it is not emitted into the atmosphere and used to cause a greenhouse effect, and converted into carbon dioxide used in the second and/or fourth leaching steps described later. It can be implemented for use.
제1환원열처리산물로부터 탄산바륨함유침전물을 수득하기 위해 제1방법은 도 2a에 도시된 바와 같이 제2침출단계 및 제2여과단계를 수행하는 것을 포함하고, 제2방법은 도 2b에 도시된 바와 같이 제3침출단계, 제3여과단계, 제4침출단계 및 제4여과단계를 수행하는 것을 포함하는 것을 알 수 있다.To obtain a barium carbonate-containing precipitate from the first reduction heat treatment product, the first method includes performing a second leaching step and a second filtration step as shown in FIG. 2A, and the second method includes performing a second leaching step and a second filtration step as shown in FIG. 2B. As can be seen, it includes performing the third leaching step, the third filtration step, the fourth leaching step, and the fourth filtration step.
제1방법에서 제2침출단계는 제1환원열처리단계에서 얻어진 고상의 제1환원열처리산물을 이산화탄소가 포함된 물에 첨가한 후 교반하여 수행되므로, 하기 반응식 5 및 반응식 6으로 표시되는 반응이 발생하게 된다. 따라서, 제2침출단계에서 얻어진 제2고액혼합물은 적어도 BaCO3(s) 및 Ba(SH)2(aq.)와 Ba(OH)2(aq.)을 포함하게 된다. In the first method, the second leaching step is performed by adding the solid first reduction heat treatment product obtained in the first reduction heat treatment step to water containing carbon dioxide and then stirring, so the reactions shown in Scheme 5 and Scheme 6 below occur. I do it. Therefore, the second solid-liquid mixture obtained in the second leaching step contains at least BaCO 3 (s), Ba(SH) 2 (aq.), and Ba(OH) 2 (aq.).
[반응식 5][Scheme 5]
BaS(s) + CO2(g) + H2O(l) → BaCO3(s) + H2S(g)BaS(s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) → BaCO 3 (s) + H 2 S(g)
[반응식 6][Scheme 6]
2BaS(s) + 2H2O(l) → Ba(SH)2(aq.) + Ba(OH)2(aq.) 2BaS(s) + 2H 2 O(l) → Ba(SH) 2 (aq.) + Ba(OH) 2 (aq.)
즉 제2침출단계는 고체 상태의 주로 BaS로 이루어진 제1환원열처리산물산화바륨을 이산화탄소가 포함된 물에 첨가한 후 교반함으로써 반응식 5 및 반응식 6으로 표시되는 반응이 일어나기 때문에, 상기 반응이 발생하면 이산화탄소가 물에 용해되어 형성된 탄산이온과 황화바륨의 바륨이온이 반응하여 불용성화합물인 탄산바륨함유침전물로 석출되고, 적어도 Ba(SH)2(aq.)이 포함된 수용액을 얻을 수 있는 것이다. 이 때 제2고액혼합물은 탄산이온과 바륨이온을 1: 1 내지 1: 2의 몰비로 포함할 수 있는데, 탄산이온과 바륨이온의 몰비는 실험을 통해 결정된 것으로, 결정된 몰비 범위보다 미만이거나 초과되면 제2고액혼합물에 포함된 탄산바륨함유침전물에 기타 불순물이 포함되어 제2환원열처리단계를 수행하여 얻어진 산화바륨함유고상물질의 순도가 낮아질 수 있다. 또한, 반응식 5로 표시되는 반응이 발생할 때 생성되는 황화수소기체가 배출되어 대기오염물질이 되지 않도록 이를 포집하여 황산(H2SO4), 황화나트륨(Na2S), 황(S) 중 하나 이상의 화합물로 회수하는 단계를 더 포함하도록 구현될 수 있다.That is, in the second leaching step, the first reduction heat treatment product barium oxide, which mainly consists of BaS in a solid state, is added to water containing carbon dioxide and then stirred, so that the reactions shown in Scheme 5 and Scheme 6 occur, so when the above reaction occurs, The carbonate ions formed by dissolving carbon dioxide in water react with the barium ions of barium sulfide to precipitate as a precipitate containing barium carbonate, an insoluble compound, and an aqueous solution containing at least Ba(SH) 2 (aq.) can be obtained. At this time, the second solid-liquid mixture may contain carbonate ions and barium ions at a molar ratio of 1: 1 to 1: 2. The molar ratio of carbonate ions and barium ions is determined through experiment, and if it is less than or exceeds the determined molar ratio range, The barium carbonate-containing precipitate contained in the second solid-liquid mixture may contain other impurities, lowering the purity of the barium oxide-containing solid material obtained by performing the second reduction heat treatment step. In addition, the hydrogen sulfide gas generated when the reaction shown in Scheme 5 occurs is collected to prevent it from becoming an air pollutant and is disposed of with one or more of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), sodium sulfide (Na 2 S), and sulfur (S). It may be implemented to further include the step of recovering the compound.
이와 같이 제2침출단계가 수행되면 제2고액혼합물이 형성되는데, 제2고액혼합물에 포함된 탄산바륨함유침전물과 Ba(SH)2(aq.)이 포함된 수용액을 서로 분리하기 위해 제2여과단계가 수행될 수 있다. 제2여과단계는 제1여과단계와 동일하게 고액 분리방법으로 수행될 수 있다. 제2여과단계에서 얻어진 여과액은 제2침출단계로 재투입되어 함유된 바륨이온을 낭비 없이 탄산바륨으로 석출시키는 동시에 제2침출단계에서 필요한 물로 재활용될 수 있다. When the second leaching step is performed in this way, a second solid-liquid mixture is formed, and a second filtration is performed to separate the barium carbonate-containing precipitate contained in the second solid-liquid mixture and the aqueous solution containing Ba(SH) 2 (aq.) from each other. Steps can be performed. The second filtration step may be performed using the same solid-liquid separation method as the first filtration step. The filtrate obtained in the second filtration step can be re-injected into the second leaching step to precipitate the barium ions contained therein as barium carbonate without waste and at the same time be recycled as water needed in the second leaching step.
제2방법에서 제3침출단계는 제1환원열처리단계에서 얻어진 고상의 제1환원열처리산물에 물을 첨가한 후 교반하여 수행되는데, 상술된 바와 같이 제1환원열처리산물은 불순물이 포함된 상태이므로, 하기 반응식 7로 표시되는 반응이 발생하게 된다. 따라서, 제3침출단계에서 얻어진 제3고액혼합물은 적어도 불순물(s), Ba(SH)2(aq.) 및 Ba(OH)2(aq.)을 포함하게 된다. In the second method, the third leaching step is performed by adding water to the solid first reduction heat treatment product obtained in the first reduction heat treatment step and then stirring. As described above, the first reduction heat treatment product contains impurities. , a reaction shown in Scheme 7 below occurs. Therefore, the third solid-liquid mixture obtained in the third leaching step contains at least impurities (s), Ba(SH) 2 (aq.), and Ba(OH) 2 (aq.).
[반응식 7][Scheme 7]
2BaS(s) + 2H2O(l) → Ba(SH)2(aq.) + Ba(OH)2(aq.) + Impurities(s)2BaS(s) + 2H 2 O(l) → Ba(SH) 2 (aq.) + Ba(OH) 2 (aq.) + Impurities(s)
즉 제3침출단계는 순도가 떨어져 불순물이 포함된 고체 상태의 제1환원열처리산물산화바륨을 물에 첨가한 후 교반함으로써 반응식 7로 표시되는 반응이 일어나기 때문에, Ba(OH)2(aq.) 및 Ba(SH)2(aq.)을 포함하는 바륨화합물수용액을 얻을 수 있다. 특히 반응식 7로 표시되는 반응이 발생할 때 불순물로 작용하는 소량의 중금속들이 산화물 또는 황화물 형태로 Ba(OH)2(aq.) 및 Ba(SH)2(aq.)을 포함하는 바륨화합물수용액으로부터 제거될 수 있다. 또한, 반응식 7로 표시되는 반응이 발생할 때 생성되는 황화수소기체가 배출되어 대기오염물질이 되지 않도록 이를 포집하여 황산(H2SO4), 황화나트륨(Na2S), 황(S) 중 하나 이상의 화합물로 회수하는 단계를 더 포함하도록 구현될 수 있다.That is, in the third leaching step, the reaction shown in Scheme 7 occurs by adding barium oxide, a solid first reduction heat treatment product containing impurities, to water and stirring it, resulting in Ba(OH) 2 (aq.) and Ba(SH) 2 (aq.). A barium compound aqueous solution can be obtained. In particular, when the reaction shown in Scheme 7 occurs, a small amount of heavy metals acting as impurities are removed in the form of oxides or sulfides from the barium compound aqueous solution containing Ba(OH) 2 (aq.) and Ba(SH) 2 (aq.) It can be. In addition, the hydrogen sulfide gas generated when the reaction shown in Scheme 7 occurs is collected to prevent it from becoming an air pollutant and is disposed of with one or more of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), sodium sulfide (Na 2 S), and sulfur (S). It may be implemented to further include the step of recovering the compound.
이와 같이 제3침출단계가 수행되면 제3고액혼합물이 형성되는데, 제3고액혼합물에 포함된 바륨화합물수용액과 불순물을 서로 분리하기 위해 제3여과단계가 수행될 수 있다. 제3여과단계는 제1여과단계와 동일하게 고액 분리방법으로 수행될 수 있다. 이와 같이 제3여과단계가 수행되어 제3고액혼합물이 고액 분리되면 침전된 고체상의 불순물과 여과액인 바륨화합물수용액이 수득될 수 있다.When the third leaching step is performed in this way, a third solid-liquid mixture is formed, and a third filtration step may be performed to separate the barium compound aqueous solution and impurities contained in the third solid-liquid mixture. The third filtration step may be performed using the same solid-liquid separation method as the first filtration step. In this way, when the third filtration step is performed and the third solid-liquid mixture is separated into solid and liquid, the precipitated solid impurities and the filtrate, an aqueous barium compound solution, can be obtained.
제4침출단계는 제3여과단계에서 얻어진 바륨화합물수용액에 이산화탄소를 첨가한 후 교반하여 수행되므로, 하기 반응식 8로 표시되는 반응이 발생하게 된다. 따라서, 제4침출단계에서 얻어진 제4고액혼합물은 적어도 BaCO3(s) 및 Ba(SH)2(aq.)을 포함하게 된다. The fourth leaching step is performed by adding carbon dioxide to the barium compound aqueous solution obtained in the third filtration step and then stirring it, so the reaction shown in Scheme 8 below occurs. Therefore, the fourth solid-liquid mixture obtained in the fourth leaching step contains at least BaCO 3 (s) and Ba(SH) 2 (aq.).
[반응식 8][Scheme 8]
Ba(SH)2(aq.) + Ba(OH)2(aq.) + 2CO2(g) → 2BaCO3(s) + 2H2S(g)Ba(SH) 2 (aq.) + Ba(OH) 2 (aq.) + 2CO 2 (g) → 2BaCO 3 (s) + 2H 2 S(g)
즉 제4침출단계는 Ba(SH)2(aq.) 및 Ba(OH)2(aq.)을 포함하는 바륨화합물수용액에 이산화탄소를 첨가한 후 교반함으로써 반응식 8로 표시되는 반응이 일어나기 때문에, 상기 반응이 발생하면 이산화탄소가 물에 용해되어 형성된 탄산이온과 바륨화합물의 바륨이온이 반응하여 불용성화합물인 탄산바륨함유침전물로 석출되고, 적어도 Ba(SH)2(aq.)이 포함된 수용액을 얻을 수 있는 것이다. 이 때 제4고액혼합물은 탄산이온과 바륨이온을 1: 1 내지 1: 2의 몰비로 포함할 수 있는데, 탄산이온과 바륨이온의 몰비는 실험을 통해 결정된 것으로, 결정된 몰비 범위보다 미만이거나 초과되면 제4고액혼합물에 포함된 탄산바륨함유침전물에 기타 불순물이 포함되어 제2환원열처리단계를 수행하여 얻어진 산화바륨함유고상물질의 순도가 낮아질 수 있다. 또한, 반응식 8로 표시되는 반응이 발생할 때 생성되는 황화수소기체가 배출되어 대기오염물질이 되지 않도록 이를 포집하여 황산(H2SO4), 황화나트륨(Na2S), 황(S) 중 하나 이상의 화합물로 회수하는 단계를 더 포함하도록 구현될 수 있다.That is, in the fourth leaching step, the reaction shown in Scheme 8 occurs by adding carbon dioxide to the barium compound aqueous solution containing Ba(SH) 2 (aq.) and Ba(OH) 2 (aq.) and then stirring. When the reaction occurs, the carbonate ions formed when carbon dioxide is dissolved in water react with the barium ions of the barium compound to precipitate as a precipitate containing barium carbonate, an insoluble compound, and an aqueous solution containing at least Ba(SH) 2 (aq.) can be obtained. There is. At this time, the fourth solid-liquid mixture may contain carbonate ions and barium ions at a molar ratio of 1: 1 to 1: 2. The molar ratio of carbonate ions and barium ions is determined through experiment, and if it is less than or exceeds the determined molar ratio range, The barium carbonate-containing precipitate contained in the fourth solid-liquid mixture may contain other impurities, lowering the purity of the barium oxide-containing solid material obtained by performing the second reduction heat treatment step. In addition, the hydrogen sulfide gas generated when the reaction shown in Scheme 8 occurs is collected to prevent it from becoming an air pollutant and is disposed of with one or more of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), sodium sulfide (Na 2 S), and sulfur (S). It may be implemented to further include the step of recovering the compound.
이와 같이 제4침출단계가 수행되면 제4고액혼합물이 형성되는데, 제4고액혼합물에 포함된 탄산바륨함유침전물과 Ba(SH)2(aq.)이 포함된 수용액을 서로 분리하기 위해 제4여과단계가 수행될 수 있다. 제4여과단계는 제1여과단계와 동일하게 고액 분리방법으로 수행될 수 있는데, 제4여과단계에서 얻어진 여과액은 제4침출단계로 재투입되어 바륨이온을 낭비 없이 탄산바륨함유침전물로 석출시키는 동시에 제4침출단계에서 필요한 물로 재활용될 수 있다. When the fourth leaching step is performed in this way, a fourth solid-liquid mixture is formed, and a fourth filtration is performed to separate the barium carbonate-containing precipitate contained in the fourth solid-liquid mixture and the aqueous solution containing Ba(SH) 2 (aq.) from each other. Steps can be performed. The fourth filtration step can be performed using the same solid-liquid separation method as the first filtration step. The filtrate obtained in the fourth filtration step is reintroduced to the fourth leaching step to precipitate barium ions into barium carbonate-containing precipitate without waste. At the same time, it can be recycled as water needed in the fourth leaching step.
제1방법의 제2여과단계 및/또는 제2방법의 제4여과단계에서 얻어진 탄산바륨함유침전물로부터 산화바륨함유고상물질을 수득하기 위해 제2환원열처리단계가 불활성분위기(질소, 아르곤 등)로 800℃ 내지 1200℃에서 2시간 내지 4시간동안 처리하여 수행될 수 있는데, 도 7에 도시된 바와 같이 열처리온도가 800℃ 미만이면 탄산바륨이 완전히 분해되지 않을 수 있고, 1200℃를 초과하는 고온에서 수행되면 에너지 비용이 급격하게 증가하여 비효율적인 문제가 있을 수 있다. 이와 같이 수행되는 제2환원열처리단계에서는 하기 반응식 9으로 표시되는 반응이 발생하므로, 제2환원열처리단계에서 얻어진 고상의 열처리산물은 BaO을 포함한다. In order to obtain barium oxide-containing solid material from the barium carbonate-containing precipitate obtained in the second filtration step of the first method and/or the fourth filtration step of the second method, the second reduction heat treatment step is performed in an inert atmosphere (nitrogen, argon, etc.). It can be performed by treating at 800°C to 1200°C for 2 to 4 hours. As shown in Figure 7, if the heat treatment temperature is less than 800°C, barium carbonate may not be completely decomposed, and at a high temperature exceeding 1200°C. If carried out, energy costs may increase rapidly and there may be inefficiency issues. In the second reduction heat treatment step performed in this way, a reaction represented by the following reaction formula 9 occurs, so the solid heat treatment product obtained in the second reduction heat treatment step includes BaO.
[반응식 9][Scheme 9]
BaCO3(s) + C(s) → BaO(s) + 2CO(g)BaCO 3 (s) + C(s) → BaO(s) + 2CO(g)
2CO + O2 → 2CO2 2CO + O 2 → 2CO 2
제2환원열처리단계에서 사용되는 탄소원료는 흑연, 활성탄, 카본블랙, 비정질탄소 등 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나이상일 수 있으며, 탄산바륨함유침전물에 포함된 탄산바륨: 탄소원료의 몰비가 1:0.95 내지 1:2가 되도록 혼합이 수행될 수 있는데, 몰비가 1:0.95 미만으로 탄소 원료가 첨가된다면, 탄산바륨의 BaO으로의 전환이 충분히 이루어지지 못할 우려가 있고, 몰비가 1:2 초과로 탄소 원료가 첨가된다면, BaO 전환에 있어 공정비용이 증가할 우려가 있고, 불필요한 자원 낭비가 발생할 수 있기 때문이다.The carbon raw material used in the second reduction heat treatment step may be one or more selected from the group consisting of graphite, activated carbon, carbon black, amorphous carbon, etc., and the molar ratio of barium carbonate:carbon raw material contained in the barium carbonate-containing precipitate. Mixing may be performed so that the molar ratio is 1:0.95 to 1:2, but if the carbon raw material is added at a molar ratio of less than 1:0.95, there is a risk that the conversion of barium carbonate to BaO may not be sufficiently achieved, and the molar ratio is 1: If carbon raw materials are added in excess of 2, there is a risk that the process cost for BaO conversion will increase and unnecessary waste of resources may occur.
필요한 경우, 반응식 9로 표시되는 반응이 발생할 때 생성되는 이산화탄소가 대기 중으로 배출되어 온실효과를 나타내는데 사용되지 않도록 이를 포집하여 제2침출단계 및/또는 제4침출단계에서 사용되는 이산화탄소로 사용되도록 구현될 수 있다.If necessary, carbon dioxide generated when the reaction shown in Scheme 9 occurs is captured so that it is not emitted into the atmosphere and used to cause a greenhouse effect, and is used as carbon dioxide used in the second and/or fourth leaching steps. You can.
한편, 황화수소 처리단계는 상술된 바와 같이, 반응식 5 내지 반응식 8 중 어느 하나 이상의 반응에서 발생된 황화수소를 포집하여 황산(H2SO4), 황화나트륨(Na2S), 황(S) 중 하나 이상의 화합물로 회수하는 단계로서, 대기로 배출되는 황화수소의 농도를 낮추는 동시에 하기 반응식 10 내지 12로 표시되는 반응 중 하나 이상을 발생시켜 유용한 황화합물을 제조할 수 있다. Meanwhile, in the hydrogen sulfide treatment step, as described above, hydrogen sulfide generated in any one or more of Reaction Schemes 5 to 8 is collected and treated with one of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), sodium sulfide (Na 2 S), and sulfur (S). In the step of recovering the above compounds, a useful sulfur compound can be produced by lowering the concentration of hydrogen sulfide discharged into the atmosphere and at the same time generating one or more of the reactions shown in Schemes 10 to 12 below.
[반응식 10][Scheme 10]
2H2S(g) + 3O2 (g) → 2SO2 (g) + 2H2O(g)2H 2 S(g) + 3O 2 (g) → 2SO 2 (g) + 2H 2 O(g)
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)2SO 2 (g) + O 2 (g) → 2SO 3 (g)
2SO3(g) + 2H2O(g) → 2H2SO4(g)2SO 3 (g) + 2H 2 O(g) → 2H 2 SO 4 (g)
즉, 반응식 10을 통해 황화수소가스로부터 황산을 생성할 수 있는데, 이산화황가스(SO2(g))를 400 ~ 650℃의 고온 영역에서 V2O5로 구성되어 있는 촉매를 이용하여 아황산가스 (SO3(g)) 산화시키고, 산화된 아황산가스를 습식 처리 공정으로 응축함으로서 농축 황산을 생산할 수 있다. In other words, sulfuric acid can be produced from hydrogen sulfide gas through Reaction Formula 10. Sulfur dioxide gas (SO 2 ( g )) is converted into sulfur dioxide gas (SO 3 (g)) Concentrated sulfuric acid can be produced by oxidizing and condensing the oxidized sulfur dioxide through a wet treatment process.
이와 같이 황산이 생성되면, 생성된 황산을 이용하여 반응식 11과 같이 Claus공정을 이용하여 황을 생성할 수 있다. When sulfuric acid is produced in this way, sulfur can be produced using the produced sulfuric acid using the Claus process as shown in Scheme 11.
[반응식 11][Scheme 11]
H2S(g) + H2SO4 (g) → S + SO2 (g) + 2H2O(g)H 2 S(g) + H 2 SO 4 (g) → S + SO 2 (g) + 2H 2 O(g)
2H2S(g) + SO2(g) → 2H2O + 3S2H 2 S(g) + SO 2 (g) → 2H 2 O + 3S
3H2S(g) + H2SO4(g) → 4S + 4H2O(g)3H 2 S(g) + H 2 SO 4 (g) → 4S + 4H 2 O(g)
더불어, 이와 같이 황화수소가 생성되면 반응식 12와 같은 공정을 이용하여 황을 생성할 수 있다. In addition, if hydrogen sulfide is produced in this way, sulfur can be produced using a process such as Scheme 12.
[반응식 12][Scheme 12]
H2S(g) + 2Fe3+ (g) → S + 2Fe2+ + 2H+ H 2 S(g) + 2Fe 3+ (g) → S + 2Fe 2+ +2H +
2Fe2+ + 0.5O2 + 2H+ → Fe3+ + H2O2Fe 2+ + 0.5O2 + 2H + → Fe 3+ + H 2 O
이상의 구성을 통해 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 본 발명의 수산화리튬제조방법은 고순도의 수산화리튬을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 그 과정에서 부산물로서 얻어지는 제1환원열처리산물인 BaS을 이용하여 산화바륨함유고상물질을 제조하고 제조된 산화바륨함유고상물질을 제1침출단계의 산화바륨으로 재활용하도록 연속공정으로 구현함으로써 수산화리튬을 고순도로 제조할 수 있는 동시에 부산물의 처리비용 절감은 물론 친환경적이며, 원료비용까지도 절감할 수 있는 효과가 있는 것을 알 수 있다. Through the above configuration, as shown in FIGS. 2A and 2B, the lithium hydroxide production method of the present invention can not only produce high purity lithium hydroxide, but also oxidize it using BaS, the first reduction heat treatment product obtained as a by-product in the process. By implementing a continuous process to manufacture barium-containing solid material and recycle the produced barium oxide-containing solid material into barium oxide in the first leaching step, lithium hydroxide can be manufactured with high purity, while reducing the processing cost of by-products and being environmentally friendly. It can be seen that there is an effect of reducing even raw material costs.
실시예 1Example 1
도 2a와 같이 하기와 같은 단계를 수행하여 수산화리튬을 제조하였다. Lithium hydroxide was prepared by performing the following steps as shown in Figure 2a.
1. 제1침출단계1. First leaching step
교반기가 설치된 반응용기에 1리터 당 약 110g(1몰 당량) 정도의 황산리튬이 용해되어 있는 저순도 황산리튬수용액 1리터를 넣고 산화바륨 153g을 첨가하여 1시간동안 상온에서 교반하여 제1고액혼합물을 준비하였다. Put 1 liter of low-purity lithium sulfate aqueous solution in which about 110 g (1 mole equivalent) of lithium sulfate is dissolved in a reaction vessel equipped with a stirrer, add 153 g of barium oxide, and stir at room temperature for 1 hour to form the first solid-liquid mixture. prepared.
2. 제1여과단계2. First filtration step
제1고액혼합물을 감압여과기로 여과하여 수산화리튬용액과 불용성부산물로 분리하였다.The first solid-liquid mixture was filtered through a vacuum filter and separated into lithium hydroxide solution and insoluble by-products.
3. 증발단계3. Evaporation step
제1여과단계에서 얻어진 수산화리튬용액을 진공상태로 50℃에서 처리하여 물을 제거하고 수산화리튬 결정을 얻었다. The lithium hydroxide solution obtained in the first filtration step was treated under vacuum at 50°C to remove water and obtain lithium hydroxide crystals.
4. 제1환원열처리단계4. First reduction heat treatment step
제1여과단계에서 분리된 불용성부산물(BaSO4) 및 탄소원료로 카본블랙을 불용성부산물에 포함된 황산바륨: 탄소원료의 몰비가 1:1이 되도록 전기로에 장입하고, 질소분위기에서 900℃로 3시간 동안 환원 열처리하였다.The insoluble by-product (BaSO 4 ) separated in the first filtration step and carbon black as the carbon raw material were charged into an electric furnace so that the molar ratio of barium sulfate and carbon raw material contained in the insoluble by-product was 1:1, and heated to 900°C in a nitrogen atmosphere for 3 hours. Reduction heat treatment was performed for a period of time.
5. 제2침출단계5. Second leaching step
교반기가 설치된 반응용기에 이산화탄소가 용해되어 있는 물 1리터에 제1환원열처리단계에서 얻어진 고상의 제1환원열처리산물 100g을 첨가하여 1시간동안 상온에서 교반하여 제2고액혼합물을 준비하였다. 100 g of the solid first reduction heat treatment product obtained in the first reduction heat treatment step was added to 1 liter of water in which carbon dioxide was dissolved in a reaction vessel equipped with a stirrer, and stirred at room temperature for 1 hour to prepare a second solid-liquid mixture.
6. 제2여과단계6. Second filtration step
제2고액혼합물을 감압여과기로 여과하여 탄산바륨함유침전물과 여과액으로 분리하였다.The second solid-liquid mixture was filtered through a vacuum filter and separated into barium carbonate-containing precipitate and filtrate.
7. 제2환원열처리단계7. Second reduction heat treatment step
제2여과단계에서 분리된 탄산바륨함유침전물(BaCO3) 및 탄소원료로 카본블랙을 불용성부산물에 포함된 탄산바륨: 탄소원료의 몰비가 1:1이 되도록 전기로에 장입하고, 질소분위기에서 800℃로 3시간 동안 환원 열처리하여 산화바륨함유고상물질을 얻었다.The barium carbonate-containing precipitate (BaCO 3 ) separated in the second filtration step and carbon black as the carbon raw material were charged into an electric furnace so that the molar ratio of barium carbonate and carbon raw material contained in the insoluble by-product was 1:1, and heated at 800°C in a nitrogen atmosphere. A barium oxide-containing solid material was obtained by reduction heat treatment for 3 hours.
8. 제1침출단계에서 산화바륨으로 재활용하는 단계8. Recycling to barium oxide in the first leaching step
제2환원열처리단계에서 얻어진 산화바륨함유고상물질을 제1침출단계에서 제1고액혼합물을 준비하기 위해 필요한 산화바륨으로 재사용하였다. The barium oxide-containing solid material obtained in the second reduction heat treatment step was reused as the barium oxide needed to prepare the first solid-liquid mixture in the first leaching step.
실시예 2Example 2
도 2b와 같이 하기와 같은 단계를 수행하여 수산화리튬을 제조하였는데, 수산화리튬을 제조하는 연속공정에서 3개월에 한 번 이상 수행될 수 있다. Lithium hydroxide was manufactured by performing the following steps as shown in Figure 2b, and can be performed at least once every three months in a continuous process for producing lithium hydroxide.
1. 제1침출단계1. First leaching step
교반기가 설치된 반응용기에 1리터 당 약 110g(1몰 당량) 정도의 황산리튬이 용해되어 있는 저순도 황산리튬수용액 1리터를 넣고 산화바륨 153g을 첨가하여 1시간동안 상온에서 교반하여 제1고액혼합물을 준비하였다. Put 1 liter of low-purity lithium sulfate aqueous solution in which about 110 g (1 mole equivalent) of lithium sulfate is dissolved in a reaction vessel equipped with a stirrer, add 153 g of barium oxide, and stir at room temperature for 1 hour to form the first solid-liquid mixture. prepared.
2. 제1여과단계2. First filtration step
제1고액혼합물을 감압여과기로 여과하여 수산화리튬용액과 불용성부산물로 분리하였다.The first solid-liquid mixture was filtered through a vacuum filter and separated into lithium hydroxide solution and insoluble by-products.
3. 증발단계3. Evaporation step
제1여과단계에서 얻어진 수산화리튬용액을 진공상태로 50℃에서 처리하여 물을 제거하고 수산화리튬 결정을 얻었다. The lithium hydroxide solution obtained in the first filtration step was treated under vacuum at 50°C to remove water and obtain lithium hydroxide crystals.
4. 제1환원열처리단계4. First reduction heat treatment step
제1여과단계에서 분리된 불용성부산물(BaSO4) 및 탄소원료로 카본블랙을 불용성부산물에 포함된 황산바륨: 탄소원료의 몰비가 1:1이 되도록 전기로에 장입하고, 질소분위기에서 900℃로 3시간 동안 환원 열처리하였다.The insoluble by-product (BaSO 4 ) separated in the first filtration step and carbon black as the carbon raw material were charged into an electric furnace so that the molar ratio of barium sulfate and carbon raw material contained in the insoluble by-product was 1:1, and heated to 900°C in a nitrogen atmosphere for 3 hours. Reduction heat treatment was performed for a period of time.
5. 제3침출단계5. Third leaching step
제1환원열처리단계에서 얻어진 제1환원열처리산물 100중량부당 200중량부의 물로 수세하여 제3고액혼합물을 제조하였다. A third solid-liquid mixture was prepared by washing with 200 parts by weight of water per 100 parts by weight of the first reduction heat treatment product obtained in the first reduction heat treatment step.
6. 제3여과단계6. Third filtration step
제3고액혼합물을 감압여과기로 여과하여 바륨화합물용액과 불순물로 분리하였다.The third solid-liquid mixture was filtered through a vacuum filter and separated into barium compound solution and impurities.
7. 제4침출단계7. Fourth leaching step
교반기가 설치된 반응용기에 제3여과단계에서 얻어진 바륨화합물용액에 이산화탄소 가스를 첨가하여 1시간동안 상온에서 교반하여 제4고액혼합물을 준비하였다. Carbon dioxide gas was added to the barium compound solution obtained in the third filtration step in a reaction vessel equipped with a stirrer and stirred at room temperature for 1 hour to prepare the fourth solid-liquid mixture.
8. 제4여과단계8. Fourth filtration step
제4고액혼합물을 감압여과기로 여과하여 탄산바륨함유침전물과 여과액으로 분리하였다.The fourth solid-liquid mixture was filtered through a vacuum filter and separated into barium carbonate-containing precipitate and filtrate.
9. 제2환원열처리단계9. Second reduction heat treatment step
제4여과단계에서 분리된 탄산바륨함유침전물(BaCO3) 및 탄소원료로 카본블랙을 불용성부산물에 포함된 탄산바륨: 탄소원료의 몰비가 1:1이 되도록 전기로에 장입하고, 질소분위기에서 800℃로 3시간 동안 환원 열처리하여 산화바륨함유고상물질을 얻었다.The barium carbonate-containing precipitate (BaCO 3 ) separated in the fourth filtration step and carbon black as the carbon raw material were charged into an electric furnace so that the molar ratio of barium carbonate and carbon raw material contained in the insoluble by-product was 1:1, and heated at 800°C in a nitrogen atmosphere. A solid material containing barium oxide was obtained by reduction heat treatment for 3 hours.
10. 제1침출단계에서 산화바륨으로 재활용하는 단계10. Recycling to barium oxide in the first leaching step
제2환원열처리단계에서 얻어진 산화바륨함유고상물질을 제1침출단계에서 제1고액혼합물을 준비하기 위해 필요한 산화바륨으로 재사용하였다. The barium oxide-containing solid material obtained in the second reduction heat treatment step was reused as the barium oxide needed to prepare the first solid-liquid mixture in the first leaching step.
실험예 1Experimental Example 1
실시예1 및 실시예2에서 여과단계 후 얻어진 불용성부산물을 XRD분석하고 그 결과그래프를 도 3에 나타냈다.The insoluble by-products obtained after the filtration step in Examples 1 and 2 were subjected to XRD analysis, and the resulting graph is shown in Figure 3.
실시예1 및 실시예2에서 각각 고상으로 나온 잔사 즉 불용성부산물의 XRD 결과값을 분석한 결과인 도3으로부터, 고상의 잔사는 99.5%이상이 BaSO4임을 확인할 수 있었다. 3 , which shows the results of analyzing the
실험예 2Experimental Example 2
실시예1 및 실시예2에서 수산화리튬을 수득하는 증발단계 수행 후 얻어진 수산화리튬 결정을 XRD분석하고 그 결과그래프를 도 4a 및 도 4b에 나타냈다. The lithium hydroxide crystals obtained after performing the evaporation step to obtain lithium hydroxide in Examples 1 and 2 were subjected to XRD analysis, and the result graphs are shown in FIGS. 4A and 4B.
제1여과단계에서 얻어진 수산화리튬을 포함하는 용액을 대상으로 증발단계를 수행하면 도 4b에 도시된 바와 같이 고상의 산물을 제조할 수 있는데, 도 4a에 도시된 바와 같이 XRD 결과, 대부분이 LiOHㅇH2O 이며, 소량의 LiOH가 제조되었음을 확인할 수 있다. 이와 같이 저순도의 공업용 황산리튬용액을 이용하여 수산화리튬을 제조한 결과 Li의 회수율은 99% 이상이었다. By performing an evaporation step on the solution containing lithium hydroxide obtained in the first filtration step, a solid product can be prepared as shown in FIG. 4b. As shown in FIG. 4a, the XRD results show that most of it is LiOH. It is H 2 O, and it can be confirmed that a small amount of LiOH was produced. As a result of producing lithium hydroxide using a low-purity industrial lithium sulfate solution, the recovery rate of Li was more than 99%.
실험예 3Experimental Example 3
열역학적 시뮬레이션 결과를 바탕으로 실시예1 및 실시예2에서 수행되는 제1환원열처리단계 조건을 분석하였으며, 분석된 결과로부터 얻어진 제1환원열처리조건에 따라 수행하고 그 결과 데이터를 도 5에 나타내었다.Based on the thermodynamic simulation results, the conditions of the first reduction heat treatment step performed in Examples 1 and 2 were analyzed, and the first reduction heat treatment step was performed according to the first reduction heat treatment conditions obtained from the analyzed results, and the resulting data are shown in FIG. 5.
도 5로부터, 불용성부산물인 BaSO4을 탄소원료(C)를 이용하여 환원열처리하게 되면 반응식 3 및 반응식 4로 표시되는 반응이 발생하므로 황화바륨(BaS)을 생성할 수 있고, 생성된 BaS을 포함하는 제1환원열처리산물은 상술된 바와 같이 제1방법 및 제2방법을 통해 산화바륨함유고상물질로 제조되어 재활용이 가능하다. 이와 같이 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물을 제1방법 및 제2방법을 통해 산화바륨으로 재사용할 수 있게 되면, 원재료 절감을 통하여 경제성 향상이 클 것으로 예측된다. 또한 위의 결과로부터 탄소원료 중 C의 비율을 BaSO4에 대하여 2: 1로 하는 경우 2CO2(g)가 생성되어 배출할 수 있음을 알 수 있다.From Figure 5, when BaSO 4 , an insoluble by-product, is subjected to reduction heat treatment using carbon raw material (C), reactions shown in Scheme 3 and Scheme 4 occur, so that barium sulfide (BaS) can be produced, and the produced BaS is included. The first reduction heat treatment product is manufactured as a barium oxide-containing solid material through the first method and the second method as described above and can be recycled. In this way, if the insoluble by-product obtained in the first filtration step can be reused as barium oxide through the first and second methods, it is expected that economic efficiency will be greatly improved through reduction of raw materials. Additionally, from the above results, it can be seen that when the ratio of C in carbon raw materials to BaSO 4 is 2:1, 2CO 2 (g) can be generated and discharged.
실험예 4Experimental Example 4
실시예1 및 실시예2에서 제1환원열처리를 통해 얻어진 제1열처리산물을 XRD분석하고 그 결과그래프를 도 6에 나타냈다. The first heat treatment product obtained through the first reduction heat treatment in Examples 1 and 2 was subjected to XRD analysis, and the result graph is shown in Figure 6.
도 6에 도시된 바와 같이 고상의 산물이 BaS 임을 확인할 수 있다. As shown in Figure 6, the solid product is BaS You can confirm that it is.
실험예 5Experimental Example 5
열역학적 시뮬레이션 결과를 바탕으로 실시예1 및 실시예2에서 수행되는 제2환원열처리단계 조건을 분석하였으며, 분석된 결과로부터 얻어진 제2환원열처리조건에 따라 수행하고 그 결과 데이터를 도 7에 나타내었다.Based on the thermodynamic simulation results, the conditions of the second reduction heat treatment step performed in Examples 1 and 2 were analyzed, and the second reduction heat treatment step was performed according to the conditions obtained from the analyzed results, and the resulting data are shown in FIG. 7.
도 7로부터, 탄산바륨함유침전물(BaCO3)을 탄소원료(C)를 이용하여 환원열처리하게 되면 반응식 10으로 표시되는 반응이 발생하므로 산화바륨(BaO)을 생성할 수 있고, 생성된 산화바륨함유고상물질은 상술된 바와 같이 제1침출단계에서 산화바륨으로 재활용이 가능하다. 또한 위의 결과로부터 탄소원료 중 C의 비율을 BaCO3에 대하여 1: 1로 하는 경우 2CO(g)가 생성되어 배출할 수 있음을 알 수 있고, CO(g)는 산화시켜 CO2(g)로 배출할 수 있다. 필요한 경우 이산화탄소를 포집하여 제2침출단계 및/또는 제4침출단계에서 사용되는 이산화탄소로 사용되도록 구현될 수 있을 것이다.From Figure 7, when the barium carbonate-containing precipitate (BaCO 3 ) is subjected to reduction heat treatment using the carbon raw material (C), the reaction shown in Scheme 10 occurs, so that barium oxide (BaO) can be produced, and the produced barium oxide-containing The solid material can be recycled into barium oxide in the first leaching step as described above. Additionally, from the above results, it can be seen that when the ratio of C in carbon raw materials to BaCO 3 is 1:1, 2CO(g) can be generated and discharged, and CO(g) is oxidized to produce CO 2 (g). It can be discharged as If necessary, carbon dioxide can be captured and used as carbon dioxide used in the second leaching step and/or the fourth leaching step.
실험예 6Experimental Example 6
실시예1 및 실시예2과 같이 제2환원열처리온도를 800℃가 아니라 각각 900℃ 및 1000℃로 수행하여 얻어진 제2환원열처리산물을 XRD분석하고 그 결과그래프를 도 8a 및 도 8b에 나타냈다. XRD analysis was performed on the second reduction heat treatment product obtained by performing the second reduction heat treatment temperature at 900°C and 1000°C, respectively, instead of 800°C as in Examples 1 and 2, and the result graphs are shown in Figures 8a and 8b.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 고상의 제2환원열처리산물이 BaO 임을 확인할 수 있다. As shown in Figures 8a and 8b, the solid second reduction heat treatment product is BaO. You can confirm that it is.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been illustrated and described by way of preferred embodiments as discussed above, it is not limited to the above-described embodiments and is intended to be used by those skilled in the art without departing from the spirit of the invention. Various changes and modifications will be possible.
Claims (27)
상기 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 1차 열처리하여 제1환원열처리산물을 수득하는 제1환원열처리단계;
상기 제1환원열처리산물을 이산화탄소가 포함된 물에 첨가하여 탄산바륨 함유 침전물이 포함된 제2고액혼합물을 형성하는 제2침출단계;
상기 제2고액혼합물을 여과하여 탄산바륨함유침전물을 수득하는 제2여과단계;
상기 탄산바륨함유 침전물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 2차 열처리하는 제2환원열처리단계; 및
상기 제2환원열처리단계에서 얻어진 산화바륨함유 고상물질을 상기 제1침출단계에서 사용되는 산화바륨으로 재활용하는 단계;를 더 포함하는 수산화리튬 제조방법.
A first leaching step of adding barium oxide to a low-purity lithium sulfate solution to form a first solid-liquid mixture; A first filtration step of separating the first solid-liquid mixture into an aqueous lithium hydroxide solution and an insoluble by-product; And an evaporation step of evaporating the lithium hydroxide aqueous solution obtained in the first filtration step to obtain lithium hydroxide,
A first reduction heat treatment step of mixing the insoluble by-product obtained in the first filtration step with a carbon raw material and performing a first heat treatment in a reducing atmosphere to obtain a first reduction heat treatment product;
A second leaching step of adding the first reduction heat treatment product to water containing carbon dioxide to form a second solid-liquid mixture containing barium carbonate-containing precipitate;
A second filtration step of filtering the second solid-liquid mixture to obtain a barium carbonate-containing precipitate;
A second reduction heat treatment step of mixing carbon raw materials with the barium carbonate-containing precipitate and performing a second heat treatment in a reducing atmosphere; and
A method for producing lithium hydroxide, further comprising: recycling the barium oxide-containing solid material obtained in the second reduction heat treatment step into barium oxide used in the first leaching step.
상기 제1여과단계에서 얻어진 불용성부산물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 1차 열처리하여 제1환원열처리산물을 수득하는 제1환원열처리단계;
상기 제1환원열처리산물에 물을 첨가하여 바륨화합물수용액과 불순물이 포함된 제3고액혼합물을 형성하는 제3침출단계;
상기 제3고액혼합물을 여과하여 바륨화합물수용액과 불순물로 분리하는 제3여과단계;
상기 바륨화합물수용액을 이산화탄소가 포함된 물에 첨가하여 탄산바륨 함유 침전물이 포함된 제4고액혼합물을 형성하는 제4침출단계;
상기 제4고액혼합물을 여과하여 탄산바륨함유 침전물을 수득하는 제4여과단계;
상기 탄산바륨함유 침전물에 탄소원료를 혼합하고 환원분위기에서 2차 열처리하는 제2환원열처리단계; 및
상기 제2환원열처리단계에서 얻어진 산화바륨함유 고상물질을 상기 제1침출단계에서 사용되는 산화바륨으로 재활용하는 단계;를 더 포함하는 수산화리튬 제조방법.
A first leaching step of adding barium oxide to a low-purity lithium sulfate solution to form a first solid-liquid mixture; A first filtration step of separating the first solid-liquid mixture into an aqueous lithium hydroxide solution and an insoluble by-product; And an evaporation step of evaporating the lithium hydroxide aqueous solution obtained in the first filtration step to obtain lithium hydroxide,
A first reduction heat treatment step of mixing the insoluble by-product obtained in the first filtration step with a carbon raw material and performing a first heat treatment in a reducing atmosphere to obtain a first reduction heat treatment product;
A third leaching step of adding water to the first reduction heat treatment product to form a third solid-liquid mixture containing a barium compound aqueous solution and impurities;
A third filtration step of filtering the third solid-liquid mixture to separate it into an aqueous barium compound solution and impurities;
A fourth leaching step of adding the barium compound aqueous solution to water containing carbon dioxide to form a fourth solid-liquid mixture containing barium carbonate-containing precipitate;
A fourth filtration step of filtering the fourth solid-liquid mixture to obtain a precipitate containing barium carbonate;
A second reduction heat treatment step of mixing carbon raw materials with the barium carbonate-containing precipitate and performing a second heat treatment in a reducing atmosphere; and
A method for producing lithium hydroxide, further comprising: recycling the barium oxide-containing solid material obtained in the second reduction heat treatment step into barium oxide used in the first leaching step.
상기 제1침출단계에서 하기 반응식 1로 표시되는 반응이 발생하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
[반응식 1]
Li2SO4 (aq.) + BaO(s) + H2O → 2LiOH(aq.) + BaSO4(s)
According to claim 1 or 3,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that a reaction represented by Scheme 1 below occurs in the first leaching step.
[Scheme 1]
Li 2 SO 4 (aq.) + BaO(s) + H 2 O → 2LiOH(aq.) + BaSO 4 (s)
상기 증발단계에서 하기 반응식 2로 표시되는 반응이 발생하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
[반응식 2]
LiOH + xH2O → LiOHㅇH2O
According to claim 1 or 3,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that the reaction represented by Scheme 2 below occurs in the evaporation step.
[Scheme 2]
LiOH + xH 2 O → LiOHㅇH 2 O
상기 제1환원열처리단계에서 하기 반응식 3 및 반응식 4로 표시되는 하나 이상의 반응이 발생하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
[반응식 3]
BaSO4(s) + 2C(s) → BaS(s) + 2CO2(g)
[반응식 4]
BaSO4(s) + 4C(s) → BaS(s) + 4CO(g)
2CO + O2 → 2CO2
According to claim 1 or 3,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that one or more reactions represented by Scheme 3 and Scheme 4 below occur in the first reduction heat treatment step.
[Scheme 3]
BaSO 4 (s) + 2C(s) → BaS(s) + 2CO 2 (g)
[Scheme 4]
BaSO 4 (s) + 4C(s) → BaS(s) + 4CO(g)
2CO + O 2 → 2CO 2
상기 제1환원열처리산물은 BaS(s)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 1 or 3,
A method for producing lithium hydroxide, wherein the first reduction heat treatment product includes BaS(s).
상기 제2침출 단계에서 하기 반응식 5 및 반응식 6으로 표시되는 하나 이상의 반응이 발생하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
[반응식 5]
BaS(s) + CO2(g) + H2O(l) → BaCO3(s) + H2S(g)
[반응식 6]
2BaS(s) + 2H2O(l) → Ba(SH)2(aq.) + Ba(OH)2(aq.)
According to claim 1,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that one or more reactions represented by Scheme 5 and Scheme 6 below occur in the second leaching step.
[Scheme 5]
BaS(s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) → BaCO 3 (s) + H 2 S(g)
[Scheme 6]
2BaS(s) + 2H 2 O(l) → Ba(SH) 2 (aq.) + Ba(OH) 2 (aq.)
상기 제3침출 단계에서 하기 반응식 7로 표시되는 반응이 발생하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
[반응식 7]
2BaS(s) + 2H2O(l) → Ba(SH)2(aq.) + Ba(OH)2(aq.) + Impurities(s)
According to claim 3,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that the reaction represented by Scheme 7 below occurs in the third leaching step.
[Scheme 7]
2BaS(s) + 2H 2 O(l) → Ba(SH) 2 (aq.) + Ba(OH) 2 (aq.) + Impurities(s)
상기 제4침출 단계에서 하기 반응식 8로 표시되는 반응이 발생하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
[반응식 8]
Ba(SH)2(aq.) + Ba(OH)2(aq.) + 2CO2(g) → 2BaCO3(s) + 2H2S(g)
According to claim 3,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that the reaction represented by Scheme 8 below occurs in the fourth leaching step.
[Scheme 8]
Ba(SH) 2 (aq.) + Ba(OH) 2 (aq.) + 2CO 2 (g) → 2BaCO 3 (s) + 2H 2 S(g)
상기 제2침출단계에서 사용되는 이산화탄소는 상기 제1환원열처리단계에서 발생되는 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 1,
A method for producing lithium hydroxide, wherein the carbon dioxide used in the second leaching step includes carbon dioxide generated in the first reduction heat treatment step.
상기 제2여과단계에서 얻어진 여과액은 상기 제1침출단계에서 재사용되는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 1,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that the filtrate obtained in the second filtration step is reused in the first leaching step.
상기 여과액은 Ba(SH)2를 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 12,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that the filtrate contains Ba(SH) 2 .
상기 제4여과단계에서 얻어진 여과액은 상기 제4침출단계에서 재사용되는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 3,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that the filtrate obtained in the fourth filtration step is reused in the fourth leaching step.
상기 여과액은 Ba(OH)2 및 Ba(SH)2 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 14,
A method for producing lithium hydroxide, wherein the filtrate contains at least one of Ba(OH) 2 and Ba(SH) 2 .
상기 제2환원열처리단계에서 하기 반응식 9로 표시되는 반응이 발생하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
[반응식 9]
BaCO3(s) + C(s) → BaO(s) + 2CO(g)
2CO + O2 → 2CO2
According to claim 1 or 3,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that the reaction represented by the following reaction formula 9 occurs in the second reduction heat treatment step.
[Scheme 9]
BaCO 3 (s) + C(s) → BaO(s) + 2CO(g)
2CO + O 2 → 2CO 2
상기 제1환원열처리단계는 500℃ 내지 1200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 1 or 3,
A method for producing lithium hydroxide, wherein the first reduction heat treatment step is performed at 500°C to 1200°C.
상기 제2환원열처리단계는 800℃ 내지 1200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 1 or 3,
A method for producing lithium hydroxide, wherein the second reduction heat treatment step is performed at 800°C to 1200°C.
상기 탄소원료는 흑연, 활성탄, 카본블랙, 비정질탄소, 메탄가스 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나이상인 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 1 or 3,
A method for producing lithium hydroxide, wherein the carbon raw material is at least one selected from the group consisting of graphite, activated carbon, carbon black, amorphous carbon, methane gas, and combinations thereof.
제1환원열처리단계에서 상기 불용성부산물에 포함된 황산바륨 : 탄소원료의 몰비가 1:0.95 내지 1:2가 되도록 혼합이 수행되는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 1 or 3,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that in the first reduction heat treatment step, mixing is performed so that the molar ratio of barium sulfate and carbon raw material contained in the insoluble by-product is 1:0.95 to 1:2.
제2환원열처리단계에서 상기 탄산바륨함유침전물에 포함된 탄산바륨 : 탄소원료의 몰비가 1:0.95 내지 1:2가 되도록 혼합이 수행되는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 1 or 3,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that in the second reduction heat treatment step, mixing is performed so that the molar ratio of barium carbonate and carbon raw material contained in the barium carbonate-containing precipitate is 1:0.95 to 1:2.
상기 제1고액혼합물에서 황산리튬과 BaO은 1: 0.95 내지 1: 2의 몰비로 포함되는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 1,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that in the first solid-liquid mixture, lithium sulfate and BaO are contained in a molar ratio of 1:0.95 to 1:2.
상기 반응식 5 또는 반응식 8 중 어느 하나 이상의 반응에서 발생된 황화수소를 포집하여 황산(H2SO4), 황화나트륨(Na2S), 황(S) 중 하나 이상의 화합물로 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 8 or 10,
Collecting hydrogen sulfide generated in any one or more reactions of Scheme 5 or Scheme 8 and recovering it as one or more compounds of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), sodium sulfide (Na 2 S), and sulfur (S) A method for producing lithium hydroxide, characterized in that.
상기 회수하는 단계에서 반응식 10으로 표시되는 반응이 발생하여 황산이 생성되는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
[반응식 10]
2H2S(g) + 3O2 (g) → 2SO2 (g) + 2H2O(g)
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)
2SO3(g) + 2H2O(g) → 2H2SO4(g)
According to claim 23,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that in the recovery step, a reaction represented by Scheme 10 occurs to produce sulfuric acid.
[Scheme 10]
2H 2 S(g) + 3O 2 (g) → 2SO 2 (g) + 2H 2 O(g)
2SO 2 (g) + O 2 (g) → 2SO 3 (g)
2SO 3 (g) + 2H 2 O(g) → 2H 2 SO 4 (g)
상기 회수하는 단계에서 반응식 11로 표시되는 반응이 더 발생하여 황을 생성하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
[반응식 11]
H2S(g) + H2SO4 (g) → S + SO2 (g) + 2H2O(g)
2H2S(g) + SO2(g) → 2H2O + 3S
3H2S(g) + H2SO4(g) → 4S + 4H2O(g)
According to claim 24,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that in the recovery step, a reaction represented by Scheme 11 further occurs to produce sulfur.
[Scheme 11]
H 2 S(g) + H 2 SO 4 (g) → S + SO 2 (g) + 2H 2 O(g)
2H 2 S(g) + SO 2 (g) → 2H 2 O + 3S
3H 2 S(g) + H 2 SO 4 (g) → 4S + 4H 2 O(g)
상기 회수하는 단계에서 반응식 12로 표시되는 반응이 발생하여 황이 생성되는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
[반응식 12]
H2S(g) + 2Fe3+ → S + 2Fe2+ + 2H+
2Fe2+ + 0.5O2 + 2H+ → 2Fe3+ + H2OAccording to claim 23,
A method for producing lithium hydroxide, characterized in that in the recovery step, a reaction represented by Scheme 12 occurs and sulfur is produced.
[Scheme 12]
H 2 S(g) + 2Fe 3+ → S + 2Fe 2+ +2H +
2Fe 2+ + 0.5O2 + 2H + → 2Fe 3+ + H 2 O
상기 제4침출단계에서 사용되는 이산화탄소는 상기 제1환원열처리단계에서 발생되는 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 수산화리튬 제조방법.
According to claim 3,
A method for producing lithium hydroxide, wherein the carbon dioxide used in the fourth leaching step includes carbon dioxide generated in the first reduction heat treatment step.
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| KR1020220013047A KR102632803B1 (en) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | Method for producing lithium hydroxide using lithium sulfate and barium oxide |
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