KR20180074022A - Method of preparing lithium compound - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for preparing a lithium compound, comprising: a step of preparing a solid state lithium phosphate in a solvent in a slurry state; a step of converting the lithium phosphate into lithium sulfate by making the lithium phosphate react with sulfuric acid; a step of separating the lithium sulfate to a solid state; a step of washing the separated solid lithium sulfate; and a step of reducing washing water used in the washing step as the step of preparing the solid lithium phosphate in the slurry state.

Description

리튬 화합물의 제조 방법{METHOD OF PREPARING LITHIUM COMPOUND}METHOD OF PREPARING LITHIUM COMPOUND [0002]

본 발명은 리튬 화합물의 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a process for producing a lithium compound.

염호에서 리튬을 추출하거나, 폐전지에서 리튬을 추출하는데 효과적인 형태의 리튬 화합물은 인산 리튬이다. The lithium compound that is effective in extracting lithium from salting or extracting lithium from a spent cell is lithium phosphate.

이는 인산 리튬의 용해도가 매우 낮기 때문으로, 인산과 리튬의 반응으로 효과적으로 인산 리튬이 석출될 수 있다. This is because the solubility of lithium phosphate is very low, and lithium phosphate can be effectively precipitated by the reaction of phosphoric acid and lithium.

다만 높은 인산의 가격으로 인해, 인산 리튬의 형태로 리튬을 추출하는 방법이 경제성을 가지려면 추출된 인산 리튬에서 고농도의 인산을 회수하여 재활용할 수 있는 기술이 수반되어야 한다.However, due to the high price of phosphoric acid, a method of extracting lithium in the form of lithium phosphate should be accompanied by a technology capable of recovering and recycling a high concentration of phosphoric acid from the extracted lithium phosphate in order to be economical.

인산 리튬에서 고농도의 인산을 직접 추출하는 종래의 방법은 알려진 바 없으며, 인산 리튬 타 리튬 화합물로 변환하는 과정에서 얻어진 인산화물에서 인산을 추출하는 방법이나, 에탄올 또는 메탄올등 유기용매에서 리튬과 인산을 분리하여 추출하는 방법 등이 알려져 있으나 복잡한 장치가 요구되고 증류 및 농축을 거쳐야 하기 때문에 관계로 높은 비용이 요구된다A conventional method of directly extracting phosphoric acid at a high concentration from lithium phosphate is not known, and a method of extracting phosphoric acid from a phosphoric acid obtained in the course of conversion to a lithium-lithium lithium compound or a method of extracting phosphoric acid from an organic solvent such as ethanol or methanol And a method of separating and extracting them are known, but a complicated device is required, and distillation and concentration are required, so that a high cost is required

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인산의 회수율을 높일 수 있는 리튬 화합물의 제조 공정을 제공하고자 한다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a process for producing a lithium compound capable of increasing the recovery of phosphoric acid.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 리튬 화합물의 제조 방법은 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계, 상기 인산 리튬과 황산을 반응시켜 상기 인산 리튬을 황산 리튬으로 전환하는 단계, 상기 황산 리튬을 고상으로 분리하는 단계, 상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계, 및 상기 세척하는 단계에 사용된 세척수를, 상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계에서의 용매로 재사용하는 단계를 포함한다. In order to solve these problems, a method for preparing a lithium compound according to an embodiment of the present invention comprises preparing a solid phosphoric acid lithium salt in a slurry state, reacting the lithium phosphate with sulfuric acid to convert the lithium phosphate to lithium sulfate Separating the lithium sulfate into a solid phase, washing the separated solid phase lithium sulfate, and washing the washing water used in the washing step in the step of preparing the solid lithium phosphate in a slurry state Of the solvent.

상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계에서 상기 용매는 물 또는 인산일 수 있다. In the step of preparing the solid lithium phosphate as a slurry in a solvent, the solvent may be water or phosphoric acid.

상기 인산 리튬과 황산을 반응시켜 상기 인산 리튬을 황산 리튬으로 전환하는 단계; 에서, 상기 인산 리튬과 황산 혼합물의 액상 내 인(P) 및 황(S)의 합계 농도가([P+S] mol/L) 5 mol/L 이상일 수 있다.Reacting the lithium phosphate with sulfuric acid to convert the lithium phosphate to lithium sulfate; , The total concentration of phosphorus (P) and sulfur (S) in the liquid phase of the lithium phosphate and sulfuric acid mixture may be 5 mol / L or more ([P + S] mol / L).

상기 인산 리튬과 황산을 반응시켜 상기 인산 리튬을 황산 리튬으로 전환하는 단계;의 반응은 하기 반응식 1의 반응을 포함할 수 있다.Reacting the lithium phosphate with sulfuric acid to convert the lithium phosphate to lithium sulfate, and the reaction may include a reaction represented by the following reaction formula (1).

[반응식 1] 2Li3PO4 + 3H2SO4 +nH2O -> 3Li2SO4nH2O+ 2H3PO4 [Reaction 1] 2Li 3 PO 4 + 3H 2 SO 4 + nH 2 O -> 3Li 2 SO 4 nH 2 O + 2H 3 PO 4

상기 황산 리튬을 고상으로 분리하는 단계에서, 고상의 황산 리튬을 분리하고 남은 여액인 고농도 인산을 회수하는 단계;를 더 포함할 수 있다. Separating the lithium sulfate from the solid phase and separating lithium sulfate from the solid phase, and recovering the concentrated phosphoric acid remaining in the filtrate.

상기 회수된 고농도 인산은 40 중량% 이상일 수 있다. The recovered high concentration phosphoric acid may be 40 wt% or more.

상기 회수된 고농도의 인산은, 상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계;의 용매로 재사용될 수 있다. The recovered high concentration phosphoric acid can be reused as a solvent in the step of preparing the solid phosphoric acid lithium as a slurry in a solvent.

상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계;는, 순수(DI water)를 이용할 수 있다. The step of washing the separated solid phase lithium sulfate may use pure water (DI water).

상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계;는, 알코올계 용매를 이용하고, 상기 알코올계 용매를 포함하는 세척수는, 증류를 통해 알코올계 용매를 회수하여 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계;에 재사용할 수 있다. Washing the separated solid phase lithium sulfate with an alcohol-based solvent, and washing water containing the alcohol-based solvent, washing the solid-phase lithium sulfate by recovering the alcohol-based solvent through distillation; Can be reused.

상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계;는, 순수(DI water)를 이용하고, 2회 이상의 세척 단계를 포함할 수 있다. The step of washing the separated solid phase lithium sulfate may include two or more washing steps using pure water (DI water).

상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계;는, n차 세척에 의한 n차 세척수를 수득하는 단계; 상기 n차 세척수 중 일부를, 상기 세척수를 상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계의 용매로 재사용하는 단계; 및 상기 n차 세척수 중 남은 잔액 및 추가 순수를 혼합하여 황산 리튬을 n+1차 세척하는 단계;를 포함할 수 있다. Washing the separated solid lithium sulfate, comprising: obtaining n-th wash water by n-th wash; Reusing a part of the n-th wash water as a solvent for preparing the wash water in the slurry state of the solid phosphoric acid lithium as a solvent; And a step of n + 1-rinsing lithium sulfate by mixing remaining balance of the n-th wash water and additional pure water.

상기 n+1차 세척수 전체를 n+2차 세척에 사용하는 단계; 상기 n+2차 세척에 의한 n+2차 세척수 중 일부를, 상기 세척수를 상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계의 용매로 재사용하는 단계; 및 상기 n+2차 세척수 중 남은 잔액 및 추가 순수를 혼합하여 황산 리튬을 n+3차 세척하는 단계;를 포함할 수 있다. Using the entire n + 1th washing water for n + 2nd washing; And reusing part of the (n + 2) -th washing water by the (n + 2) -th washing as a solvent for preparing the washing water in the slurry state of the solid phosphoric acid lithium in the solvent; And n + 3 rinsing the remaining amount of the n + 2nd rinsing water and the additional purified water to wash lithium sulfate.

이상과 같이 본 기재의 일 실시예에 따른 리튬 화합물의 제조 방법은, 인산 리튬을 저농도의 인산에 슬러리화 하고 황산과 반응시켜 황산 리튬을 석출시킨 후 고농도 인산을 추출하고, 석출된 황산 리튬을 세척한 후 세척수로 저농도 인산을 얻고, 저농도 인산은 다시 인산 리튬의 슬러리화에 사용함으로써 인산의 회수율을 높일 수 있다.As described above, in the method for producing a lithium compound according to an embodiment of the present invention, lithium phosphate is slurried in phosphoric acid at a low concentration and reacted with sulfuric acid to precipitate lithium sulfate, extract high concentration phosphoric acid, After that, low concentration phosphoric acid is obtained by washing water, and low concentration phosphoric acid is used again in the slurry of lithium phosphate, so that the recovery rate of phosphoric acid can be increased.

도 1은 인산 내 인 (P) 및 황 (S)의 농도에 따른 리튬의 용해도 변화를 측정한 그래프이다.
도 2는 실시예 1에 따른 공정도이다.
도 3은 실시예 2에 따른 공정도이다.
도 4는 실시예 4에 따른 공정을 나타낸 공정도이다.
1 is a graph showing the change in solubility of lithium depending on the concentration of phosphorus (P) and sulfur (S) in phosphoric acid.
2 is a process diagram according to the first embodiment.
3 is a process diagram according to the second embodiment.
4 is a process drawing showing the process according to the fourth embodiment.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail exemplary embodiments thereof with reference to the attached drawings in which: FIG. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thicknesses are enlarged to clearly indicate layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. It will be understood that when an element such as a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the element directly over another element, Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.

이제 본 발명의 실시예에 따른 리튬 화합물의 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, a method for producing a lithium compound according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명자는 리튬이 물 또는 저농도 인산에서는 용해도가 높으나 황산 이온이 존재하는 고농도 인산 용액에서는 그 용해도가 급격히 낮아지는 것을 실험적으로 확인하였다. 황산 이온이 존재하는 고농도 인산용액에서 용해도 이상의 Li 은 황산 리튬(Li2SO4)형태로 석출되며 인산 리튬과 황산의 직접 반응을 통하여 고농도 인산용액을 생성시킨다. 이후 고액분리를 통하여 석출된 황산 리튬을 분리할 수 있으며, 이와 동시에 여액인 고농도 인산을 직접 회수할 수 있다. The present inventors have experimentally confirmed that solubility is drastically lowered in a high concentration phosphoric acid solution in which lithium is highly soluble in water or low concentration phosphoric acid but sulfate ions are present. In a high concentration phosphoric acid solution in which sulfate ions exist, Li of solubility is precipitated in the form of lithium sulfate (Li 2 SO 4 ) and a high concentration of phosphoric acid solution is produced through direct reaction between lithium phosphate and sulfuric acid. Thereafter, lithium sulfate precipitated through solid-liquid separation can be separated, and at the same time, high concentration phosphoric acid as a filtrate can be directly recovered.

도 1은 인산 내 인 (P) 및 황 (S)의 농도에 따른 리튬의 용해도 변화를 측정한 그래프이다. 도 1에서 알 수 있듯이, 인산 및 황산의 농도가 높아지게 되면 용액 내 리튬의 농도가 급격히 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 리튬이 대부분 황산 리튬 형태로 석출되고 있음을 알 수 있다. 1 is a graph showing the change in solubility of lithium depending on the concentration of phosphorus (P) and sulfur (S) in phosphoric acid. As can be seen from FIG. 1, when the concentration of phosphoric acid and sulfuric acid is increased, the concentration of lithium in the solution is drastically lowered. That is, it can be seen that lithium is mostly precipitated in the form of lithium sulfate.

그러면, 이하에서 본 기재의 일 실시예에 따른 리튬 화합물의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 기재의 일 실시예에 따른 리튬 화합물의 제조 방법은 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계, 상기 인산 리튬과 황산을 반응시켜 상기 인산 리튬을 황산 리튬으로 전환하는 단계, 상기 황산 리튬을 고상으로 분리하는 단계, 상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계, 및 상기 세척하는 단계에 사용된 세척수를, 상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계에서의 용매로 재사용하는 단계를 포함한다.Hereinafter, a method for producing a lithium compound according to an embodiment of the present invention will be described below. The method for preparing a lithium compound according to an embodiment of the present invention comprises preparing a solid phase lithium phosphate as a slurry in a solvent, reacting the lithium phosphate with sulfuric acid to convert the lithium phosphate to lithium sulfate, Separating the separated solid phase lithium sulfate, and washing water used in the washing step as a solvent in the step of preparing the solid phase lithium phosphate as a slurry in a solvent .

인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계에서, 인산 리튬은 분말을 사용할 수 있다. 인산 리튬 분말의 크기는 1~200 ㎛의 입도를 가지거나 그 이상이어도 무방하다. 황산은 용액상으로 5~98 중량% 농도를 가지며 황산이 농도가 높을수록 높은 농도의 인산 추출이 가능하다. In the step of preparing lithium phosphate as a slurry in a solvent, lithium phosphate powder may be used. The size of the lithium phosphate powder may have a particle size of 1 to 200 mu m or more. Sulfuric acid has a concentration of 5 ~ 98 wt% in the solution phase. The higher concentration of sulfuric acid, the higher the concentration of phosphoric acid can be extracted.

인산 리튬 분말을 1~50 중량%의 인산 용액 또는 물과 혼합하여 슬러리화할 수 있다. 인산 리튬 분말을 슬러리화 하는 공정은 생략될 수 있으나, 인산 리튬 분말을 황산과 직접 반응시킬 경우 반응의 균일도가 떨어지고 투과성 높은 황산 리튬을 석출시키기 어려워 인산의 회수율이 낮아질 수 있다. The lithium phosphate powder may be slurried by mixing with 1 to 50 wt% of a phosphoric acid solution or water. Although the step of slurrying the lithium phosphate powder may be omitted, when the lithium phosphate powder is directly reacted with sulfuric acid, the uniformity of the reaction is lowered, and it is difficult to precipitate highly permeable lithium sulfate, so that the recovery rate of phosphoric acid may be lowered.

다음, 인산 리튬 분말 또는 슬러리에 황산을 투입하여 아래의 반응식에 따라 인산 리튬을 황산 리튬으로 전환하여 인산을 분리한다. Then, sulfuric acid is added to the lithium phosphate powder or slurry, and the phosphoric acid is separated by converting lithium phosphate into lithium sulfate according to the following reaction formula.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

2Li3PO4 + 3H2SO4 +nH2O -> 3Li2SO4nH2O+ 2H3PO4 2Li 3 PO 4 + 3H 2 SO 4 + nH 2 O -> 3Li 2 SO 4 nH 2 O + 2H 3 PO 4

이때, 인산 리튬과 황산 혼합물의 액상 내 인 (P) 및 황 (S)의 합계 농도가 ([P+S] mol/L) 5 mol/L 이상일 수 있다. At this time, the total concentration of phosphorus (P) and sulfur (S) in the liquid phase of the mixture of lithium phosphate and sulfuric acid may be ([P + S] mol / L) 5 mol / L or more.

전환된 황산 리튬은 인산의 농도가 높아짐에 따라 석출되며 반응이 진행될수록 인산의 농도는 상승하여 인산 중 리튬의 용해도는 감소한다. 인산 중 리튬의 용해도는 인산의 P와 S 원소의 농도에 따른 함수로 표시될 수 있으며 그 식은 다음과 같다.The converted lithium sulfate precipitates as the concentration of phosphoric acid increases. As the reaction progresses, the concentration of phosphoric acid increases and the solubility of lithium in phosphoric acid decreases. The solubility of lithium in phosphoric acid can be expressed as a function of the concentration of P and S elements of phosphoric acid.

하기 수학식 1은 도 1의 데이터를 근사한 값이다. The following equation (1) approximates the data of FIG.

[수학식 1][Equation 1]

여액 내 리튬 농도 = 0.048*(P농도+S농도)2 - 1.2773 * (P농도+S농도)+9.4367 (±0.6)Lithium concentration in the filtrate = 0.048 * (P concentration + S concentration) 2 - 1.2773 * (P concentration + S concentration) +9.4367 (占 0.6)

상기 수학식 1에서의 리튬 용해도, P 농도 및 S 농도의 단위는 mol/L 이다.The unit of lithium solubility, P concentration and S concentration in the above formula (1) is mol / L.

반응이 완료된 인산-황산 리튬 혼합물을 고액분리를 통하여 분리한다After completion of the reaction, the phosphoric acid-lithium sulfate mixture is separated by solid-liquid separation

분리된 황산 리튬 케이크를 에탄올이나 메탄올 등 유기용매 또는 물을 이용하여 세척한다. The separated lithium sulfate cake is washed with an organic solvent such as ethanol or methanol or water.

세척액은 다량의 인산을 포함하고 있으며, 유기용매를 이용한 세척의 경우 증류를 통하여 인산을 회수하고, 세척액 또는 회수된 인산은 인산리튬 슬러리 제조 공정에 재사용 될 수 있다. 즉, 상기 세척하는 단계에 사용된 세척수를, 상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계에서의 용매로 재사용하여 효율을 높일 수 있다. The washing liquid contains a large amount of phosphoric acid, and in the case of washing with an organic solvent, the phosphoric acid is recovered through distillation, and the washing liquid or the recovered phosphoric acid can be reused in the lithium phosphate slurry manufacturing process. That is, the washing water used in the washing step can be reused as a solvent in the step of preparing the solid lithium phosphate as a slurry in a solvent, thereby increasing the efficiency.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 일 실시예 일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

도 2는 실시예 1에 따른 공정도이다. 세척 단계를 포함하고 있으며, 구체적으로 에탄올 세척 단계를 포함하고 있다. 2 is a process diagram according to the first embodiment. Washing step, and specifically includes an ethanol washing step.

하기 표 1과 같은 조건에 대하여 인산 리튬을 황산과 반응시킨 후 고액 분리를 통해 고농도 인산 회수 실험을 진행하였다. 또한 회수된 황산 리튬을 세척한 세척수에 대한 성분 분석도 진행하였다. 그 결과는 표 2, 3 및 4와 같다.After reacting lithium phosphate with sulfuric acid under the conditions shown in Table 1 below, a high concentration phosphoric acid recovery experiment was conducted through solid-liquid separation. In addition, the component analysis of the recovered washed water was also carried out. The results are shown in Tables 2, 3 and 4.

인산리튬은 폐전지로부터 추출된 인산리튬을 사용하였으며, 함수율 차이로 인한 시험 오차를 줄이기 위하여, 105℃에서 24시간 건조를 통해 함유된 수분을 제거한 후 사용하였다. 건조한 인산리튬의 성분을 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 통해 측정하여 반응식 1에 따른 당량비에 해당하는 황산량을 산출하였으며 사용한 황산의 순도는 95% 였다.Lithium phosphate extracted from waste batteries was used. In order to reduce the test error due to the difference in water content, the water was removed by drying at 105 ° C for 24 hours and then used. The amount of the dried lithium phosphate was measured by ICP (Inductively Coupled Plasma), and the amount of sulfuric acid corresponding to the equivalence ratio according to the reaction formula 1 was calculated. The purity of the used sulfuric acid was 95%.

인산리튬을 슬러리화 하기 위한 인산은 농도 21~30 중량% 의 인산 용액을 사용하였으며, 상기 인산용액은 85% 인산용액(대정화금)과 초순수를 혼합하여 제조하였다.A phosphoric acid solution having a phosphoric acid silver concentration of 21 to 30 wt% for slurrying lithium phosphate was used, and the phosphoric acid solution was prepared by mixing 85% phosphoric acid solution (purified water) and ultrapure water.

상기 인산용액과 인산리튬을 반응기내에서 혼합하여 슬러리화 한 후, 200rpm 으로 교반하며 황산을 투입하였다. 이때 황산의 투입속도는 약 10g/분 이였다.The phosphoric acid solution and lithium phosphate were mixed in a reactor to form a slurry, which was then stirred at 200 rpm and sulfuric acid was added. At this time, the feed rate of sulfuric acid was about 10 g / min.

황산 투입완료 후 반응물 슬러리는 약 40분간 추가 교반을 실시하고, 이후 통상적인 감압여과를 통하여 고액분리를 실시하였으며 여과시의 압력은 약 50mbar 였다. After completion of the addition of sulfuric acid, the reactant slurry was further stirred for about 40 minutes and then subjected to solid-liquid separation through ordinary vacuum filtration. The pressure during filtration was about 50 mbar.

고액분리 후 고형분 케이크를 에탄올을 이용하여 세척하였으며, 세척은 통산적인 감압여과를 실시하며 케이크 위로 균일하게 정량의 에탄올을 분사하는 방식으로 진행되었다. 실험번호 샘플 1의 경우 400g 의 에탄올 분사후 500g의 에탄올을 추가로 분사하였고, 샘플 2 및 샘플 3은 500g의 에탄올을 분사하였다.After the solid - liquid separation, the solid cake was washed with ethanol, and the washing was carried out by a conventional vacuum filtration and uniformly spraying a predetermined amount of ethanol onto the cake. In the case of Experiment No. Sample 1, after spraying 400 g of ethanol, 500 g of ethanol was further sprayed, and Sample 2 and Sample 3 were sprayed with 500 g of ethanol.

회수된 인산, 세척수(에탄올), 고형분은 ICP 를 이용하여 성분을 분석하였다.The recovered phosphoric acid, wash water (ethanol) and solid content were analyzed by ICP.

번호 number 슬러리 Slurry 인산농도Phosphoric acid concentration (wt.%) (wt.%) 인산량 (g)Amount of phosphoric acid (g) 인산리튬Lithium phosphate (g) (g) 황산 (Sulfuric acid 95중량%95 wt% ) ) 당량비Equivalence ratio 중량 (g)Weight (g) 샘플1Sample 1 3030 300300 315315 1.1eq1.1eq 434434 샘플2Sample 2 2121 300300 315315 1.0ep1.0ep 394394 샘플3Sample 3 2121 300300 315315 1.1eq1.1eq 433433

번호 number 회수 여액 성분 (g/L)Recovery filtrate component (g / L) 밀도(g/cc) Density (g / cc) 회수 여액 내 인산농도(중량%) Concentration of phosphoric acid in the recovered filtrate (% by weight) 회수량Recovery Quantity LiLi 몰수  confiscation P+S 몰수 P + S M LiLi NaNa PP SS CaCa MgMg (g)(g) 샘플1Sample 1 7.407.40 7.647.64 261.85261.85 77.1677.16 0.0540.054 0.0270.027 1.52481.5248 54.354.3 335.46335.46 1.0661.066 10.86010.860 샘플2Sample 2 12.1012.10 7.987.98 235.23235.23 51.8951.89 0.110.11 0.0270.027 1.51911.5191 49.049.0 363.81363.81 1.7431.743 9.2139.213 샘플3Sample 3 9.899.89 7.857.85 225.48225.48 78.6878.68 0.0720.072 0.0260.026 1.56191.5619 45.845.8 300.87300.87 1.4251.425 9.7339.733

번호 number 세척수(에탄올) 성분 (g/L)Water (ethanol) component (g / L) 투입량 (g)Input (g) 회수량 (g)Recovery (g) LiLi NaNa PP SS CaCa MgMg 샘플1Sample 1 0.4580.458 0.101 0.101 58.7258.72 12.1812.18 <0.003<0.003 0.006 0.006 400400 229.82229.82 0.2590.259 0.0270.027 21.8121.81 4.244.24 <0.003<0.003 0.0030.003 500500 439.43439.43 샘플2Sample 2 0.6780.678 0.1330.133 55.3955.39 3.693.69 <0.003<0.003 0.0080.008 500500 575.60575.60 샘플3Sample 3 0.5590.559 0.0870.087 45.8845.88 9.139.13 <0.003<0.003 0.0060.006 500500 583.41583.41

번호 number 고형 성분 (wt.Solid component (wt. %% )) 석출량Precipitation amount (g) (g) 함수율 (%)Moisture content (%) LiLi NaNa PP SS CaCa MgMg 샘플1Sample 1 10.1310.13 0.210.21 0.760.76 24.6824.68 0.00820.0082 0.00060.0006 496.79496.79 8.58.5 샘플2Sample 2 10.1010.10 0.150.15 1.251.25 24.6124.61 0.00380.0038 <0.001<0.001 521.08521.08 12.212.2 샘플3Sample 3 10.3110.31 0.120.12 0.780.78 25.3525.35 0.00160.0016 <0.001<0.001 575.24575.24 21.921.9

시험결과 회수된 액상은 45~54 중량 %의 고농도 인산으로 나타났으며, 7.5~12.1g/L의 리튬을 함유하고 있었다. 리튬의 함유량은 인산 성분 중 인(P) 과 황(S) 함량의 합에 반비례하는 관계를 나타내었다. 세척수(에탄올)에는 P가 45~59g/L S가 3.7~12.2g/L 수준으로 존재하였으며 리튬을 포함한 타 원소의 함량은 1g/L 이하로 나타났다. 고형은 리튬과 황이 주성분이며 포함된 P는 0.76~1.25중량% 수준으로 90%이상의 P가 인산용액 및 세척수(에탄올)로 회수되었음을 알 수 있다. As a result of the test, the recovered liquid phase showed high concentration of phosphoric acid of 45 ~ 54 wt% and contained lithium of 7.5 ~ 12.1 g / L. The content of lithium was inversely proportional to the sum of phosphorus (P) and sulfur (S) contents in the phosphoric acid component. P (45 ~ 59g / L S) was present in the washing water (ethanol) at the level of 3.7 ~ 12.2g / L and the content of the other element including lithium was less than 1g / L. Solids consisted mainly of lithium and sulfur, and P contained 0.76 ~ 1.25% by weight. It was found that more than 90% of P was recovered with phosphoric acid solution and washing water (ethanol).

실시예Example 2 2

도 3은 실시예 2에 따른 공정도이다. 구체적으로 순수(DI water) 세척 단계를 포함하고 있다. 3 is a process diagram according to the second embodiment. Specifically, it includes a DI water washing step.

하기 표 5와 같은 조건에 대하여 인산 리튬을 황산과 반응시킨 후 고액 분리를 통해 고농도 인산 회수 실험을 진행하였다. 또한 회수된 황산 리튬을 세척한 세척수에 대한 성분 분석도 진행하였다. 그 결과는 표 6, 7, 및 9와 같다. After reacting lithium phosphate with sulfuric acid under the conditions shown in Table 5 below, high concentration phosphoric acid recovery experiment was carried out through solid-liquid separation. In addition, the component analysis of the recovered washed water was also carried out. The results are shown in Tables 6, 7, and 9.

인산리튬은 폐전지로부터 추출된 인산리튬을 사용하였으며, 함수율 차이로 인한 시험 오차를 줄이기 위하여, 105℃에서 24시간 건조를 통해 함유된 수분을 제거한 후 사용하였다. 건조한 인산리튬의 성분을 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 통해 측정하여 반응식 1에 따른 당량비에 해당하는 황산량을 산출하였으며 사용한 황산의 순도는 95% 였다.Lithium phosphate extracted from waste batteries was used. In order to reduce the test error due to the difference in water content, the water was removed by drying at 105 ° C for 24 hours and then used. The amount of the dried lithium phosphate was measured by ICP (Inductively Coupled Plasma), and the amount of sulfuric acid corresponding to the equivalence ratio according to the reaction formula 1 was calculated. The purity of the used sulfuric acid was 95%.

인산리튬을 슬러리화 하기 위한 인산은 농도 21~30 중량% 의 인산 용액을 사용하였으며, 상기 인산용액은 85% 인산용액(대정화금)과 초순수를 혼합하여 제조하였다.A phosphoric acid solution having a phosphoric acid silver concentration of 21 to 30 wt% for slurrying lithium phosphate was used, and the phosphoric acid solution was prepared by mixing 85% phosphoric acid solution (purified water) and ultrapure water.

상기 인산용액과 인산리튬을 반응기내에서 혼합하여 슬러리화 한 후, 200rpm 으로 교반하며 황산을 투입하였다. 이때 황산의 투입속도는 약 10g/분 이였다.The phosphoric acid solution and lithium phosphate were mixed in a reactor to form a slurry, which was then stirred at 200 rpm and sulfuric acid was added. At this time, the feed rate of sulfuric acid was about 10 g / min.

황산 투입완료 후 반응물 슬러리는 약 40분간 추가 교반을 실시하고, 이후 통상적인 감압여과를 통하여 고액분리를 실시하였으며 여과시의 압력은 약 50mbar 였다. After completion of the addition of sulfuric acid, the reactant slurry was further stirred for about 40 minutes and then subjected to solid-liquid separation through ordinary vacuum filtration. The pressure during filtration was about 50 mbar.

고액분리 후 고형분 케이크를 물(초순수)를 이용하여 세척하였으며, 세척은 통산적인 감압여과를 실시하며 케이크 위로 균일하게 정량의 물을 분사하는 방식으로 진행되었다.After the solid - liquid separation, the solid cake was washed with water (ultrapure water), and the washing was carried out by a general vacuum filtration and uniformly spraying a certain amount of water onto the cake.

회수된 인산 및 세척수는 ICP 를 이용하여 성분을 분석하였고, 고형분은 105℃에서 24시간 건조후 ICP 를 이용하여 성분을 분석하였다.The recovered phosphoric acid and wash water were analyzed using ICP, and the solids were dried at 105 ° C for 24 hours and then analyzed using ICP.

번호 number 슬러리인산농도Slurry phosphoric acid concentration (wt.%) (wt.%) 인산량 (g)Amount of phosphoric acid (g) 인산리튬Lithium phosphate (g) (g) 황산 (Sulfuric acid 95중량%95 wt% ) ) 당량비Equivalence ratio 중량 (g)Weight (g) 샘플4Sample 4 2121 300300 315315 1.0eq1.0eq 394394 샘플5Sample 5 3030 300300 315315 1.0ep1.0ep 394394

번호 number 회수 여액 성분 (g/L)Recovery filtrate component (g / L) 밀도 (g/cc)Density (g / cc) 회수 여액 내 인산농도Concentration of phosphoric acid in recovered filtrate 회수량(g)Recovery (g) LiLi 몰수  confiscation P+S 몰수 P + S M LiLi NaNa PP SS CaCa MgMg (( 중량%weight% ) ) 샘플4Sample 4 9.909.90 7.927.92 237.75237.75 49.4849.48 0.0780.078 0.0290.029 1.51911.5191 49.549.5 355.48355.48 1.4261.426 9.2199.219 샘플5Sample 5 8.658.65 7.957.95 295.52295.52 45.5345.53 0.0790.079 0.030.03 1.56191.5619 59.959.9 287.4287.4 1.2461.246 10.96110.961

번호 number 회수 세척액 성분 (g/L)Recovery Wash Component (g / L) 투입량 (g)Input (g) 회수량 (g)Recovery (g) 인산농도Phosphoric acid concentration (( %% )) LiLi 몰수  confiscation P+S 몰수 P + S M LiLi NaNa PP SS CaCa MgMg 샘플4Sample 4 23.8423.84 4.74.7 116.01116.01 70.1170.11 0.0410.041 0.0140.014 200200 329.81329.81 26.726.7 3.4353.435 5.9325.932 샘플5Sample 5 21.2021.20 4.884.88 146.88146.88 63.9663.96 0.0430.043 0.0150.015 200200 423.69423.69 33.433.4 3.0543.054 6.7376.737

번호 number 고형분 성분 (wt.The solid component (wt. %% )) 석출량Precipitation amount (g) (g) 함수율 (%)Moisture content (%) LiLi NaNa PP SS CaCa MgMg 샘플4Sample 4 11.0611.06 0.0580.058 0.680.68 28.6028.60 0.00420.0042 <0.0010<0.0010 414.85414.85 18.218.2 샘플5Sample 5 11.1411.14 0.0340.034 0.470.47 28.5128.51 0.00200.0020 <0.0005<0.0005 385.53385.53 15.415.4

시험결과 회수된 액상은 49~59 중량%의 고농도 인산으로 나타났으며, 8.7~9.8g/L의 리튬을 함유하고 있었다. 리튬의 함유량은 인산 성분 중 인(P) 과 황(S) 함량의 합에 반비례하는 관계를 나타내었다. 세척수에는 P가 116~147g/L S가 64~70g/L 수준으로 존재하였으며 리튬의 함량은 21.2~23.5 g/L로 세척수 성분 중 인(P) 과 황(S) 함량의 합에 반비례하는 관계를 나타내었다As a result of the test, the recovered liquid phase showed 49 ~ 59 wt% high concentration of phosphoric acid and contained 8.7 ~ 9.8 g / L of lithium. The content of lithium was inversely proportional to the sum of phosphorus (P) and sulfur (S) contents in the phosphoric acid component. In the wash water, the P content was 116 ~ 147g / LS and the lithium content was 21.2 ~ 23.5 g / L, which was inversely proportional to the sum of phosphorus (P) and sulfur (S) And

고형은 리튬과 황이 주성분이며 포함된 P는 0.68~0.47중량% 수준으로 90%이상의 P가 인산용액 및 세척수로 회수되었음을 알 수 있다Solids consisted mainly of lithium and sulfur, and P contained 0.68 ~ 0.47% by weight. It was found that more than 90% of P was recovered as a phosphate solution and washing water

실시예Example 3 3

상기 샘플 4에서 회수된 세척수를 이용하여 공정 순환 Cycle을 시험하였다. The process cycle cycle was tested using the wash water recovered from Sample 4 above.

상기 샘플 4에서 얻어진 세척수는 인산리튬을 슬러리화 하는데 다시 사용되었으며, 이 순환은 2회 반복되었다.The wash water obtained in Sample 4 was again used to slurry the lithium phosphate, and this circulation was repeated twice.

그 결과를 하기 표 9에 나타내었다. The results are shown in Table 9 below.

Cycle no.Cycle no. Materials Materials Input (g)Input (g) Output (g)Output (g) LiLi 33 POPO 44 Circulated HCirculated H 33 POPO 44 Total Total LiLi 22 SOSO 44 HH 22 OO Recovered Recovered HH 33 POPO 44 Circulated HCirculated H 33 POPO 44 1One stst LiLi 53.153.1 00 53.153.1 44.644.6 84%84% 2.322.32 4.4%4.4% 5.725.72 PP 77.177.1 18.018.0 95.195.1 1.571.57 1.7%1.7% 55.655.6 59%59% 27.927.9 22 ndnd LiLi 47.847.8 5.205.20 53.053.0 46.046.0 96%96% 1.211.21 2.5%2.5% 5.805.80 PP 69.469.4 25.325.3 94.794.7 4.064.06 5.9%5.9% 65.165.1 94%94% 25.525.5 33 rdrd LiLi 45.645.6 5.655.65 51.351.3 44.044.0 98%98% 0.670.67 1.3%1.3% 6.636.63 PP 66.366.3 24.824.8 91.191.1 4.474.47 4.9%4.9% 65.065.0 96%96% 22.922.9

그 결과, 공정이 연속적으로 이루어졌을 경우 P의 회수율는 94~96% 수준이며, Li의 회수율은 96~98% 수준으로 나타남을 확인할 수 있었다. As a result, it was confirmed that the recovery rate of P was 94 ~ 96% when the process was continuously performed, and the recovery rate of Li was 96 ~ 98%.

실시예Example 4 4

도 4는 실시예 4에 따른 공정을 나타낸 공정도이다. 구체적으로 세척 단계를 2 사이클 이상 수행한 연속적인 공정을 나타낸다. 고액분리 후 고형분 케이크를 세척하는 공정은 세척 1/2, 세척 2/2의 2단계로 진행하였으며, 세척 2/2 단계의 투입 세척수로는 초순수를 사용하였고, 세척 1/2단계의 투입세척수로는 이전 회차의 세척 2/2단계의 회수세척액을 이용하였다. 4 is a process drawing showing the process according to the fourth embodiment. Specifically, this shows a continuous process in which the cleaning step is performed for two or more cycles. After the solid-liquid separation, the process of washing the solid cake was carried out in two stages of washing 1/2 and washing 2/2, and ultrapure water was used as the input washing water in the washing 2/2 stage. Was used for the washing of the previous 2/2 washing step.

세척은 통산적인 감압여과를 실시하며 케이크 위로 균일하게 정량의 물을 분사하는 방식으로 진행되었다.Washing was carried out in a manner such that a constant amount of water was sprayed uniformly onto the cake by performing a general vacuum filtration.

각 단계에서의 투입된 인산 리튬의 양이나, 황산의 농도 및 양, 회수된 인산의 양 및 세척액에 포함된 인산의 양은 도 4에 나타난 바와 같다. The amount of added lithium phosphate, the concentration and amount of sulfuric acid, the amount of recovered phosphoric acid, and the amount of phosphoric acid contained in the washing liquid at each step are as shown in FIG.

이상과 같이 본 기재의 일 실시예에 따른 리튬 화합물의 제조 방법은, 인산리튬을 저농도의 인산에 슬러리화 하고 황산과 반응시켜 황산리튬을 석출시킨 후 고농도 인산을 추출하고, 석출된 황산리튬을 세척한 후 세척수로 저농도 인산을 얻고, 저농도 인산은 다시 인산리튬의 슬러리화에 사용함으로써 인산의 회수율을 높일 수 있다. 또한, 세척을 2단 이상으로 진행함으로써 슬러리화에 사용되는 인산의 농도를 높여 제조인산의 농도를 높일 수 있다. As described above, in the method for producing a lithium compound according to an embodiment of the present invention, lithium phosphate is slurried in phosphoric acid at a low concentration and reacted with sulfuric acid to precipitate lithium sulfate, extract high concentration phosphoric acid, After that, low concentration phosphoric acid is obtained by washing water and low concentration phosphoric acid is used again for slurrying of lithium phosphate, so that the recovery rate of phosphoric acid can be increased. Further, the washing can be carried out in two or more stages, so that the concentration of phosphoric acid used for slurrying can be increased to increase the concentration of manufactured phosphoric acid.

이러한 리튬 화합물의 제조 방법은 인산리튬에서 고농도의 인산을 추출할 수 있고, 유해한 공정 부산물이 수반되지 않는 친환경적인 공정이며, 공정의 구성이 간단하고 인산 회수율이 높다. Such a method for producing a lithium compound is an environmentally friendly process that can extract a high concentration of phosphoric acid from lithium phosphate and does not involve harmful processing by-products, has a simple process configuration, and has a high recovery rate of phosphoric acid.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (12)

고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계;
상기 인산 리튬과 황산을 반응시켜 상기 인산 리튬을 황산 리튬으로 전환하는 단계;
상기 황산 리튬을 고상으로 분리하는 단계;
상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계; 및
상기 세척하는 단계에 사용된 세척수를, 상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계에서의 용매로 재사용하는 단계를 포함하는 리튬 화합물의 제조 방법.
Preparing a solid phosphoric acid lithium in a solvent in a slurry state;
Reacting the lithium phosphate with sulfuric acid to convert the lithium phosphate to lithium sulfate;
Separating the lithium sulfate into a solid phase;
Washing the separated solid lithium sulfate; And
And reusing the washing water used in the washing step as a solvent in the step of preparing the solid lithium phosphate as a slurry in a solvent.
제1항에서,
고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계에서 상기 용매는 물 또는 인산인 리튬 화합물의 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the solvent is water or a lithium phosphate compound in the step of preparing a lithium phosphate solid phase in a slurry state.
제1항에서,
상기 인산 리튬과 황산을 반응시켜 상기 인산 리튬을 황산 리튬으로 전환하는 단계; 에서, 상기 인산 리튬과 황산 혼합물의 액상 내 인 (P) 및 황 (S)의 합계 농도가 ([P+S] mol/L) 5 mol/L 이상인 것인 리튬 화합물의 제조 방법.
The method of claim 1,
Reacting the lithium phosphate with sulfuric acid to convert the lithium phosphate to lithium sulfate; Wherein the total concentration of phosphorus (P) and sulfur (S) in the liquid phase of the lithium phosphate and sulfuric acid mixture is 5 mol / L or more ([P + S] mol / L).
제3항에서,
상기 인산 리튬과 황산을 반응시켜 상기 인산 리튬을 황산 리튬으로 전환하는 단계;의 반응은 하기 반응식 1의 반응을 포함하는 것인 리튬 화합물의 제조 방법:
[반응식 1]
2Li3PO4 + 3H2SO4 +nH2O -> 3Li2SO4nH2O+ 2H3PO4
4. The method of claim 3,
And reacting the lithium phosphate with sulfuric acid to convert the lithium phosphate to lithium sulfate, wherein the reaction comprises the reaction of the following Reaction Scheme 1:
[Reaction Scheme 1]
2Li 3 PO 4 + 3H 2 SO 4 + nH 2 O -> 3Li 2 SO 4 nH 2 O + 2H 3 PO 4
제1항에서,
상기 황산 리튬을 고상으로 분리하는 단계에서, 고상의 황산 리튬을 분리하고 남은 여액인 고농도 인산을 회수하는 단계;를 더 포함하는 리튬 화합물의 제조 방법.
The method of claim 1,
Separating the solid lithium sulfate from the solid phase and separating lithium sulfate from the solid phase, and recovering the concentrated phosphoric acid as a remaining filtrate.
제5항에서,
상기 회수된 고농도 인산은 40 중량% 이상인 리튬 화합물의 제조 방법.
The method of claim 5,
Wherein the recovered high concentration phosphoric acid is 40 wt% or more.
제6항에서,
상기 회수된 고농도의 인산은,
상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계;의 용매로 재사용되는 리튬 화합물의 제조 방법.
The method of claim 6,
The recovered high concentration phosphoric acid,
Preparing a solid lithium phosphate as a slurry in a solvent; and reusing the lithium compound as a solvent.
제1항에서,
상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계;는, 순수(DI water)를 이용하는 리튬 화합물의 제조 방법.
The method of claim 1,
Washing the separated solid phase lithium sulfate with DI water using a DI water.
제1항에서,
상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계;는, 알코올계 용매를 이용하고, 상기 알코올계 용매를 포함하는 세척수는, 증류를 통해 알코올계 용매를 회수하여 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계;에 재사용하는 리튬 화합물의 제조 방법.
The method of claim 1,
Washing the separated solid phase lithium sulfate with an alcohol-based solvent, and washing water containing the alcohol-based solvent, washing the solid-phase lithium sulfate by recovering the alcohol-based solvent through distillation; A method for producing a lithium compound to be reused.
제1항에서,
상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계;는, 순수(DI water)를 이용하고,
2회 이상의 세척 단계를 포함하는 것인 리튬 화합물의 제조 방법.
The method of claim 1,
Washing the separated solid lithium sulfate with pure water (DI water)
Wherein the method comprises two or more washing steps.
제10항에서,
상기 분리된 고상의 황산 리튬을 세척하는 단계;는,
n차 세척에 의한 n차 세척수를 수득하는 단계;
상기 n차 세척수 중 일부를, 상기 세척수를 상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계의 용매로 재사용하는 단계; 및
상기 n차 세척수 중 남은 잔액 및 추가 순수를 혼합하여 황산 리튬을 n+1차 세척하는 단계;
를 포함하는 것인 리튬 화합물의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Washing the separated solid lithium sulfate,
obtaining n-th wash water by n-th wash;
Reusing a part of the n-th wash water as a solvent for preparing the wash water in the slurry state of the solid phosphoric acid lithium as a solvent; And
(N + 1) washing of the lithium sulfate by mixing the remaining balance of the n-th wash water and the additional pure water;
&Lt; / RTI &gt;
제11항에서,
상기 n+1차 세척수 전체를 n+2차 세척에 사용하는 단계;
상기 n+2차 세척에 의한 n+2차 세척수 중 일부를, 상기 세척수를 상기 고상의 인산 리튬을 용매에 슬러리 상태로 준비하는 단계의 용매로 재사용하는 단계; 및
상기 n+2차 세척수 중 남은 잔액 및 추가 순수를 혼합하여 황산 리튬을 n+3차 세척하는 단계;를 포함하는 리튬 화합물의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Using the entire n + 1th washing water for n + 2nd washing;
And reusing part of the (n + 2) -th washing water by the (n + 2) -th washing as a solvent for preparing the washing water in the slurry state of the solid phosphoric acid lithium in the solvent; And
And n + 3-rinsing the lithium sulfate by mixing the remaining balance of the n + 2nd-order washing water and the additional pure water.
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