KR20140144380A - 염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법 - Google Patents

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김기영
박운경
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    • C25B1/16—Hydroxides

Abstract

염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법에 관한 것으로, 염수에 인 공급물질을 투입하여 인산 리튬을 석출시키는 단계; 상기 인산 리튬을 인산에 용해시키는 단계; 및 상기 용해된 인산 리튬을 전기 분해하여 수산화 리튬 수용액을 수득하는 단계;를 포함하는 염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법을 제공할 수 있다.

Description

염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법{EFFICIENT METHOD FOR RECOVERY OF LITHIUM HYDROXIDE FROM BRINE}
염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법에 관한 것이다.
염화 리튬은 금속 리튬, 광택제, 탈취제 등의 원료로 각종 산업 전반에 다양하게 사용되고 있다.
염화 리튬은 주로 탄산 리튬을 염산과 반응시켜 제조한다.
Li2CO3 + 2HCl -> 2LiCl + CO2↑ + H2O
염화 리튬 제조에 사용되는 탄산 리튬은 주로 리튬이 포함된 염수를 자연증발에 의해 농축하여 침전법에 의해 생산되고 있다. 염수 중에는 약 0.5g/L 내지 2.0g/L의 리튬이 포함되어 있는데, 탄산 리튬의 용해도는 13.2g/이기 때문에 이를 탄산 리튬 형태로 침전시키기 위해서는 농축이 필요하다.
염수 중 리튬을 탄산 리튬으로 침전, 회수하기 위해서는 염수를 자연 증발시켜 약 6%까지 리튬을 농축시키는 데, 이를 위해서는 매우 넓은 부지와 12개월 이상의 긴 시간이 필요하다.
또한, 대부분의 염수에는 리튬이외의 다른 원소들이 다량 함유되어 있기 때문에, 농축에 따라 halite(NaCl)과 함께, sylvite(KCl), canalite(KCl·MgCl2·6H2O), kainite(KCl·MgSO4·3H2O), langbeinite(K2SO4·MgSO4), leonite(K2SO4·MgSO4·4H2O), schoenite(K2SO4·MgSO4·6H2O), polyhalite(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O) 등의 다양한 염이 석출하며 리튬염이 공침한다. 이로 인해, 리튬의 회수율은 약 25% 내지 30%로 매우 낮다.
염화 리튬은 리튬이 농축된 염수에 탄산나트륨을 첨가하여 회수한 탄산리튬과 염산을 반응시켜 제조된다.
따라서, 현행의 수산화리튬 제조 공정은 장시간의 제조기간과 넓은 증발 부지가 필요하며, 리튬의 회수율이 매우 낮은 단점을 가지고 있다.
염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서는, 염수에 인 공급물질을 투입하여 인산 리튬을 석출시키는 단계; 상기 인산 리튬을 인산에 용해시키는 단계; 및 상기 용해된 인산 리튬을 전기 분해하여 수산화 리튬 수용액을 수득하는 단계;를 포함하는 염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법을 제공할 수 있다.
상기 염수에 인 공급물질을 투입하여 인산 리튬을 석출시키는 단계; 이전에, 상기 염수를 농축하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 용해된 인산 리튬을 전기 분해하여 수산화 리튬 수용액을 수득하는 단계; 이후에, 상기 수득된 수산화 리튬 수용액을 농축하여 수산화 리튬을 수득하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 용해된 인산 리튬을 전기 분해하여 수산화 리튬 수용액을 수득하는 단계;는, 양이온 분리막을 이용하여 선택적으로, 리튬 이온을 전기 분해하는 방법을 이용할 수 있다.
염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 염수가 용존된 염수에 인 물질을 투입했을 때, 시간에 따른 리튬회수율를 나타낸 것이다.
도 2는 염수가 용존된 염수에 인 물질을 투입했을 때, 침전물의 광물상을 나타낸 것이다.
도 3은 용존된 염수에 인 물질을 투입하여 얻은 침전물을 인산에 용해시킨 후 전기분해했을 때, 시간에 따른 음극조의 인산이온 및 리튬이온의 농도변화를 나타낸 것이다.
도 4는 수산화리튬 수용액을 증발농축했을 때, 석출된 물질의 광물상을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
염수 중 리튬의 회수
리튬 용존 천연 염수는 0.5g/L 내지 2.0g/L의 리튬이 포함되어 있는데, 탄산 리튬의 용해도가 13.2g/L이므로 리튬을 탄산 리튬으로 침전시키기 위해서는 염수를 농축시켜야 하며, 이는 다량의 슬러지를 발생시킬 뿐 만 아니라 리튬이 포함된 복염이 침전하여 리튬의 회수율이 25% 내지 30%로 매우 낮다.
본 발명의 일 구현예에서는, 리튬이 포함된 염수에 인 공급물질을 투입하여 용해도가 0.39g/L인 인산 리튬 형태로 리튬을 추출하기 때문에 효율적으로 리튬을 추출할 수 있다.
고농도 수산화 리튬 수용액 제조
인산 리튬을 인산에 녹인 후 전기 분해하면, 인산 이온과 리튬 이온 중 리튬 이온만이 분리막을 통과하여 고농도로 농축된 수산화 리튬 수용액이 제조된다.
수산화리튬 분말 제조
고농도 수산화 리튬 수용액을 증발 농축시키면 수산화 리튬이 제조된다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
하기 표 1과 같은 Li, Na, K, SO4, Cl등이 함유된 용액을 준비하였다.
구분 Li Na K SO4 Cl
농도
(g/L)		 1.1 134.1 50.0 35.4 168.8
상기와 같이 제조된 Li, Na, K, SO4, Cl 등이 함유된 1L 용액에 용존 리튬을 인산 리튬(Li3PO4)로 침전시킬 수 있는 당량의 인산나트륨(Na3PO4)을 첨가한 후 시간에 따른 리튬 이온의 농도를 측정하였다. 이 때, 온도는 90oC를 유지하였다.
도 1의 시간에 따른 용액 중의 리튬회수율을 나타낸 것이다. 2시간 반응 후 리튬회수율이 70.3%임을 알 수 있다. 침전된 물질은 광물상 분석결과 도 2에 나타난 바와 같이 인산리튬임을 알 수 있다.
상기 염수로부터 회수한 인산 리튬을 10%의 인산용액 1L에 112g을 첨가하여 용해시켰다. 이 때의 리튬 농도는 약 20g/L였다.
상기 인산 리튬이 용해된 인산 용액을 전기분해 장치에 투입한 후 전기 분해하였으며, 도 3은 시간에 따른 (-)극의 용액의 리튬과 인이온의 농도를 측정한 결과이다. 리튬은 10g/L까지 계속하여 증가하였으며, 인 이온은 거의 검출되지 않아 리튬 이온과 인 이온이 효율적으로 분리되었음을 알 수 있다. 또한, 전기 분해에 의해 OH-가 생성되어 효과적으로 수산화 리튬 수용액을 제조할 수 있다.
수산화리튬 분말 제조
리튬 농도 10g/L인 수산화 리튬 수용액을 증발농축기에서 감압 증발하였으며, 도 4는 수분 증발량이 90%되었을 때, 침전된 물질의 광물상 분석결과이다. 도 4에 나타난 바와 같이 수산화 리튬이 제조되었음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (4)

  1. 염수에 인 공급물질을 투입하여 인산 리튬을 석출시키는 단계;
    상기 인산 리튬을 인산에 용해시키는 단계; 및
    상기 용해된 인산 리튬을 전기 분해하여 수산화 리튬 수용액을 수득하는 단계;
    를 포함하는 염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 염수에 인 공급물질을 투입하여 인산 리튬을 석출시키는 단계; 이전에,
    상기 염수를 농축하는 단계를 더 포함하는 것인 염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용해된 인산 리튬을 전기 분해하여 수산화 리튬 수용액을 수득하는 단계; 이후에,
    상기 수득된 수산화 리튬 수용액을 농축하여 수산화 리튬을 수득하는 단계;를 더 포함하는 것인 염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용해된 인산 리튬을 전기 분해하여 수산화 리튬 수용액을 수득하는 단계;는,
    양이온 분리막을 이용하여 선택적으로, 리튬 이온을 전기 분해하는 방법을 이용하는 것인 염수로부터 수산화 리튬의 효율적 추출 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11554965B2 (en) 2016-12-15 2023-01-17 Posco Co., Ltd Method for producing lithium hydroxide from lithium phosphate

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