KR20200129311A - Method of recovering lithium on an aluminum substrate in a aqueous solution - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for adsorbing lithium from a lithium-containing solution having concentration similar to brine concentration, and more particularly, to a method for collecting lithium from an anion-containing aqueous solution by using an aluminum substrate. According to the present invention, lithium can be adsorbed from a lithium-containing solution having concentration similar to brine concentration by using aluminum metal. In addition, the adsorption amount of lithium can be increased by adding an additive containing (SO_4)^(2-).

Description

알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법 {METHOD OF RECOVERING LITHIUM ON AN ALUMINUM SUBSTRATE IN A AQUEOUS SOLUTION}Method for recovering lithium from aqueous solution using aluminum substrate {METHOD OF RECOVERING LITHIUM ON AN ALUMINUM SUBSTRATE IN A AQUEOUS SOLUTION}
본 발명은 염수농도와 유사한 리튬 함유 용액으로부터 리튬을 흡착하는 방법에 관한 것으로서, 특히 알루미늄 기판을 이용하여 음이온을 함유한 수용액에서 리튬을 회수하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of adsorbing lithium from a lithium-containing solution similar to a brine concentration, and in particular, to a method of recovering lithium from an aqueous solution containing an anion using an aluminum substrate.
리튬은 2차전지, 유리, 세라믹, 합금, 윤활유, 제약 등 각종 산업 전반에 다양하게 사용되고 있는데, 특히 리튬 2차전지는 최근 하이브리드 및 전기 자동차의 주요 동력원으로 주목받고 있으며, 휴대폰, 노트북 등 기존의 소형 배터리 시장 또한 향후 100배 규모의 거대 시장으로 성장할 것으로 예측되고 있다. Lithium is widely used in various industries such as secondary batteries, glass, ceramics, alloys, lubricants, and pharmaceuticals. In particular, lithium secondary batteries are recently attracting attention as a major power source for hybrid and electric vehicles. The battery market is also expected to grow into a huge market with a scale of 100 times in the future.
게다가, 범세계적으로 이루어지고 있는 환경 규제 강화 움직임으로 인하여 가까운 미래에는 하이브리드 및 전기 자동차 산업뿐만 아니라 전자, 화학, 에너지 등으로 그 응용 분야도 크게 확대되어 21세기 산업 전반에 걸쳐 리튬에 대한 국내외 수요가 급증할 것으로 예상되고 있다.In addition, due to the global movement to strengthen environmental regulations, in the near future, not only the hybrid and electric vehicle industries, but also the application fields of electronics, chemistry, and energy are greatly expanded, leading to domestic and foreign demand for lithium across the 21st century industry. It is expected to increase rapidly.
이러한 리튬의 공급원은 광물(mineral), 염수(brine) 및 해수(sea water) 등이고, 이 중 광물은 스포듀민(spodumene), 페탈라이트(petalite) 및 레피돌라이트(lepidolite) 등으로서 리튬이 약 1 내지 1.5%로 비교적 많이 함유되어 있지만, 광물로부터 리튬을 추출하기 위해서는 부유선별, 고온가열, 분쇄, 산 혼합, 추출, 정제, 농축, 침전 등의 공정을 거쳐야 하기 때문에 회수 절차가 복잡하고, 고에너지 소비로 인해 비용이 많이 소비되며, 리튬을 추출하는 과정에서 산을 사용함으로써 환경 오염이 극심한 문제가 있다.Sources of such lithium are minerals, brine, and sea water, and among them, the minerals are spodumene, petalite, and lepidolite, with about 1 lithium. Although it contains a relatively high content of 1.5% to 1.5%, the recovery procedure is complicated because the process of flotation selection, high-temperature heating, pulverization, acid mixing, extraction, purification, concentration, precipitation, etc. is required to extract lithium from the mineral. The cost is high due to consumption, and there is a serious problem of environmental pollution by using an acid in the process of extracting lithium.
또한, 해수에는 리튬이 총 2.5*1011톤이 용존되어 있는 것으로 알려져 있고, 흡착제가 포함된 회수장치를 해수에 투입하여 리튬을 선택적으로 흡착시킨 후 산처리하여 리튬을 추출하는 기술이 주를 이루고 있으나, 해수에 포함된 리튬의 농도가 0.17ppm에 불과하여 해수로부터 리튬을 추출하는 것은 매우 비효율적이어서 경제성이 떨어지는 문제가 있다.In addition, it is known that a total of 2.5*1011 tons of lithium are dissolved in seawater, and the technology of extracting lithium by selectively adsorbing lithium by inserting a recovery device containing an adsorbent into seawater and then performing acid treatment is mainly used. However, since the concentration of lithium contained in seawater is only 0.17ppm, it is very inefficient to extract lithium from seawater, so there is a problem that economic efficiency is poor.
이러한 문제들로 인하여, 현재 리튬은 주로 염수로부터 추출되고 있는데, 염수는 천연의 염호(salt lake)에서 산출되고, 리튬을 비롯한 Mg, Ca, B, Na, K, SO4 등의 염류가 함께 용존되어 있다.Due to these problems, lithium is currently mainly extracted from brine, and brine is produced in natural salt lakes, and salts such as Mg, Ca, B, Na, K, and SO 4 including lithium are dissolved together. Has been.
그리고, 상기 염수에 함유된 리튬의 농도는 약 0.3 내지 1.5g/L 정도이고, 염수에 함유된 리튬은 주로 탄산리튬의 형태로 추출되는데, 상기 탄산리튬의 용해도는 약 13g/L로서, 염수에 함유된 리튬이 모두 탄산리튬으로 변환된다고 가정하여도 염수 중 탄산리튬의 농도는 1.59 내지 7.95g/L인 바(Li2CO3 분자량이 74이고 Li의 원자량이 7이므로 74*14≒ 5.3이며, 따라서 리튬 농도에 5.3을 곱하면 탄산리튬의 농도를 추정할 수 있음), 따라서 상기 탄산리튬 농도의 대부분은 탄산리튬의 용해도 보다 낮기 때문에 석출된 탄산리튬이 재용해됨으로써 고액분리가 곤란하여 리튬 회수율인 매우 낮은 문제가 있다.And, the concentration of lithium contained in the brine is about 0.3 to 1.5 g/L, and the lithium contained in the brine is mainly extracted in the form of lithium carbonate, and the solubility of the lithium carbonate is about 13 g/L, Even assuming that all of the contained lithium is converted to lithium carbonate, the concentration of lithium carbonate in brine is 1.59 to 7.95 g/L (since the molecular weight of Li 2 CO 3 is 74 and the atomic weight of Li is 7, it is 74*14≒ 5.3, Therefore, if the lithium concentration is multiplied by 5.3, the concentration of lithium carbonate can be estimated.) Therefore, most of the lithium carbonate concentration is lower than the solubility of lithium carbonate. There is a very low problem.
따라서, 종래에는 염수 함유 리튬을 탄산리튬 형태로 추출하기 위해서, 천연의 염호에서 염수를 펌핑하여 노지(露地)의 증발못(evaporation ponds)에 가둔 후 수개월 내지 1년 정도의 장시간에 걸쳐 자연증발시켜 리튬을 수십배로 농축시킨다음, Mg, Ca, B 등의 불순물을 침전시켜 제거하고, 탄산리튬 용해도 이상의 양이 석출되도록하여 리튬을 회수하는 방법이 사용되어 왔다.Therefore, conventionally, in order to extract brine-containing lithium in the form of lithium carbonate, brine is pumped from a natural salt lake, confined in evaporation ponds, and then spontaneously evaporated over a long period of about several months to a year. A method of recovering lithium by concentrating lithium by several tens of times, by sedimenting and removing impurities such as Mg, Ca, and B, and allowing an amount of lithium carbonate solubility or higher to precipitate, has been used.
예를 들면, 중국의 특허공개공보 제1626443호에는 리튬을 함유한 농축 염수를 얻기 위하여 염수를 태양열에 증발 건조시켜 농축시키고, 여러 단계를 통해 전기투석하여 Mg의 함량이 낮고 리튬이 농축된 염수를 얻을 수 있는리튬의 회수방법이 개시되어 있다.For example, Chinese Patent Laid-Open Publication No. 1626443 discloses that brine is concentrated by evaporation and drying under solar heat to obtain concentrated brine containing lithium, and electrodialysis through several steps to obtain brine with low Mg content and concentrated lithium. A method for recovering lithium that can be obtained is disclosed.
그러나, 이러한 종래의 방법은 염수의 증발 및 농축에 많은 에너지와 시간이 소요되어 생산성이 크게 저하되고, 염수의 증발 및 농축 과정에서 리튬이 다른 불순물과 함께 염 형태로 석출되어 리튬의 손실이 발생되며, 비가 오는 우기에는 이용이 제한되는 문제가 있다. 게다가, 종래의 방법은 염수 중에 존재하는 Mg 및 Ca가 서로 혼합하여 침전됨으로 인해 다량의 슬러지가 발생하는 문제가 있다.However, this conventional method takes a lot of energy and time for evaporation and concentration of brine, which significantly reduces productivity, and lithium is precipitated in the form of salt along with other impurities during the evaporation and concentration of brine, resulting in loss of lithium. , There is a problem that use is restricted during the rainy and rainy season. In addition, the conventional method has a problem that a large amount of sludge is generated because Mg and Ca present in brine are mixed and precipitated.
또한, B의 제거를 위해 용매 추출 공정을 사용할 때 사용되는 유기 용매에 의해 환경 오염의 문제가 발생할 수 있다.In addition, the problem of environmental pollution may occur due to the organic solvent used when the solvent extraction process is used to remove B.
용매 추출 공정 대신에 이온 교환 수지 공정을 사용하는 경우 환경적인 측면뿐만 아니라 비용적인 측면에서도 문제가 될 수 있다.If an ion exchange resin process is used instead of the solvent extraction process, it may be a problem not only in terms of environmental aspects but also in terms of cost.
본 발명은 염수농도와 유사한 리튬 함유 용액으로부터 리튬을 흡착시키고 흡착에 영향을 미치는 음이온을 다양한 비율로 첨가하여 리튬 흡착량을 증가시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for increasing the amount of lithium adsorption by adsorbing lithium from a lithium-containing solution similar to a brine concentration and adding anions that affect the adsorption in various ratios.
본 발명은 염수에 있는 리튬을 알루미늄 금속에 직접 흡착시키기 위한 최적의 농도를 도출하고, 더 나아가 음이온 첨가제를 이용하여 리튬 회수율을 증가시킴으로써 분리 및 정제에 용이한 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide an easy method for separation and purification by deriving the optimum concentration for directly adsorbing lithium in brine to aluminum metal, and further increasing the lithium recovery rate by using an anionic additive.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법은, 리튬염이 포함된 용액을 준비하는 단계; 상기 용액에 베이스(base)를 포함시키는 단계; 상기 용액에 알루미늄 기판을 담그는 단계; 및 상기 알루미늄 금속에 리튬이 흡착되는 단계를 포함한다.A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate according to an embodiment of the present invention includes: preparing a solution containing a lithium salt; Including a base in the solution; Immersing an aluminum substrate in the solution; And adsorbing lithium to the aluminum metal.
상기 리튬이 흡착된 알루미늄 금속을 증류수에 담궈 리튬을 탈착시키는 단계를 추가로 포함한다.The aluminum metal adsorbed with lithium is immersed in distilled water to desorb lithium.
상기 리튬염은 LiCl, Li2SO4, LiNO3, Li2CO3 중 어느 하나 이상이다. 상기 리튬염의 농도는 0.5 내지 4.6 g/L이다.The lithium salt is any one or more of LiCl, Li 2 SO 4 , LiNO 3 , and Li 2 CO 3 . The concentration of the lithium salt is 0.5 to 4.6 g/L.
상기 베이스는 NH2CONH2(urea, 우레아), C6H12N4(HMTA, 헥사메틸렌테르라민), NH3+NH4Cl 중 어느 하나이다. 상기 베이스의 농도는 0.3 내지 2.7 g/L이다.The base is any one of NH 2 CONH 2 (urea, urea), C 6 H 12 N 4 (HMTA, hexamethylene teramine), and NH 3 +NH 4 Cl. The concentration of the base is 0.3 to 2.7 g/L.
상기 알루미늄 금속에 리튬에 흡착되는 단계는 70 내지 100℃의 온도에서 수행된다.The step of adsorbing lithium on the aluminum metal is performed at a temperature of 70 to 100°C.
상기 리튬염은 Li2SO4 와 LiCl, LiNO3, Li2CO3 중 어느 하나 이상이 혼합된 것을 특징으로 한다. 상기 Li2SO4 와 LiCl이 혼합된 경우, 상기 Li2SO4 와 LiCl은 몰 비로 0.5:9이다.The lithium salt is Li 2 SO 4 And LiCl, LiNO 3 , Li 2 CO 3 It is characterized in that any one or more are mixed. Li 2 SO 4 When and LiCl are mixed, the Li 2 SO 4 And LiCl are 0.5:9 in molar ratio.
상기 리튬염이 포함된 용액에 SO4 2 -이 포함된 첨가제를 넣는 것을 특징으로 한다. 상기 SO4 2 -이 포함된 첨가제는 Na2SO4 또는 K2SO4이다. 상기 리튬염으로 LiCl이 이용되는 경우, SO4 2 - 과 Cl-의 몰 비는 0.5:9이다.It is characterized in that an additive containing SO 4 2 - is added to the solution containing the lithium salt. The additive containing SO 4 2 - is Na 2 SO 4 or K 2 SO 4 . If the LiCl is used as the lithium salt, SO 4 2 - mole ratio of 0.5 - and Cl: nine.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법은, 리튬염 및 베이스를 포함한 용액을 준비하는 단계; 상기 용액에 알루미늄 기판을 담그는 단계; 및 상기 알루미늄 금속에 리튬이 흡착되는 단계를 포함하고, 상기 베이스는 NH2CONH2(urea, 우레아), C6H12N4(HMTA, 헥사메틸렌테르라민), NH3+NH4Cl 중 어느 하나이며, 상기 리튬염은 Li2SO4 와 LiCl, LiNO3, Li2CO3 중 어느 하나 이상이 혼합된 것을 특징으로 한다. 상기 리튬이 흡착된 알루미늄 금속을 증류수에 담궈 리튬을 탈착시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate according to a further embodiment of the present invention includes: preparing a solution including a lithium salt and a base; Immersing an aluminum substrate in the solution; And the step of adsorbing lithium on the aluminum metal, wherein the base is any of NH 2 CONH 2 (urea, urea), C 6 H 12 N 4 (HMTA, hexamethylene teramine), NH 3 +NH 4 Cl One, and the lithium salt is Li 2 SO 4 And LiCl, LiNO 3 , Li 2 CO 3 It is characterized in that any one or more are mixed. The step of desorbing lithium by immersing the lithium-adsorbed aluminum metal in distilled water may be further included.
본 발명에 따르면, 알루미늄 금속을 이용하여 염수 농도에 유사한 리튬 함유 용액에서 리튬을 흡착할 수 있다. 또한 SO4 2 -가 포함된 첨가제를 첨가함으로써 리튬의 흡착량을 증가시킬 수 있었다.According to the present invention, aluminum can be used to adsorb lithium in a lithium-containing solution similar to the brine concentration. In addition, the adsorption amount of lithium could be increased by adding an additive containing SO 4 2 - .
도 1a는 본 발명에 따른 알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법에 대한 모식도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 2은 20mM urea, 75mM lithium salt(LiCl, Li2SO4, LiNO3, Li2CO3) 용액에서 알루미늄 금속위에 합성된 [LiAl2(OH)6]ClH2O (LiAl-LDH)의 두께를 나타낸 그래프이다.
도 3은 20mM urea와 다른 농도의 lithium salt(LiCl, Li2SO4) 용액에서 알루미늄 금속위에 합성된 LiAl-LDH의 두께를 나타낸 그래프이다.
도 4은 Li2SO4, LiCl의 비율에 따라 알루미늄 금속위에 합성된 LiAl-LDH의 두께를 나타낸 그래프이다(lithium의 양은 75mM로 일정).
도 5은 Li2SO4, LiCl의 비율에 따라 알루미늄 금속에 흡착된 lithium 의 양을 나태낸 그래프이다.
도 6은 20mM urea, 75mM LiCl 용액에 Na2SO4, K2SO4를 첨가함에 따라 알루미늄 금속위에 합성된 LiAl-LDH의 두께를 나타낸 그래프이다.
도 7은 20mM urea, 75mM lithium salt(LiCl, LiNO3, Li2CO3)에서 Na2SO4를 첨가함에 따라 알루미늄 금속위에 합성된 LiAl-LDH의 두께를 나타낸 그래프이다.
도 8은 75mM lithium chloride, 3.75mM sodium sulfate 용액에서 HMTA, urea, NH3+NH4Cl에 해당하는 base를 사용하였을 경우 반응시간에 따라 알루미늄 금속위에 합성된 LiAl-LDH의 두께를 나타낸 그래프이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
1A is a schematic diagram of a method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate according to the present invention.
1B shows a flow chart of a method for recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate according to the present invention.
Figure 2 is a thickness of [LiAl 2 (OH) 6 ]ClH 2 O (LiAl-LDH) synthesized on aluminum metal in a 20mM urea, 75mM lithium salt (LiCl, Li 2 SO 4 , LiNO 3 , Li 2 CO 3 ) solution It is a graph showing.
3 is a graph showing the thickness of LiAl-LDH synthesized on aluminum metal in a lithium salt (LiCl, Li 2 SO 4 ) solution having a different concentration than 20 mM urea.
4 is a graph showing the thickness of LiAl-LDH synthesized on aluminum metal according to the ratio of Li 2 SO 4 and LiCl (the amount of lithium is constant at 75 mM).
5 is a graph showing the amount of lithium adsorbed on aluminum metal according to the ratio of Li 2 SO4 and LiCl.
6 is a graph showing the thickness of LiAl-LDH synthesized on aluminum metal by adding Na 2 SO 4 and K 2 SO 4 to 20mM urea, 75mM LiCl solution.
7 is a graph showing the thickness of LiAl-LDH synthesized on aluminum metal by adding Na 2 SO 4 in 20mM urea, 75mM lithium salt (LiCl, LiNO 3 , Li 2 CO 3 ).
8 is a graph showing the thickness of LiAl-LDH synthesized on aluminum metal according to reaction time when a base corresponding to HMTA, urea, and NH 3 +NH 4 Cl is used in a 75 mM lithium chloride, 3.75 mM sodium sulfate solution.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, in which like reference numbers are used to indicate like elements throughout the drawings. In this specification for purposes of explanation, various descriptions are presented to provide an understanding of the invention. However, it is clear that these embodiments may be implemented without this specific description. In other examples, well-known structures and devices are presented in block diagram form to facilitate description of the embodiments.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the existence of features, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features or steps It is to be understood that it does not preclude the possibility of addition or presence of, operations, components, parts, or combinations thereof.
도 1a는 본 발명에 따른 알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법에 대한 모식도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법의 순서도를 도시한다.1A is a schematic diagram of a method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate according to the present invention, and FIG. 1B is a flowchart illustrating a method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate according to the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법은, 리튬염이 포함된 용액을 준비하는 단계(S 110); 상기 용액에 베이스를 포함시키는 단계(S 120); 상기 용액에 알루미늄 기판을 담그는 단계(S 130); 및 상기 알루미늄 금속에 리튬이 흡착되는 단계(S 140)를 포함한다.A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a solution containing a lithium salt (S 110); Including a base in the solution (S 120); Immersing an aluminum substrate in the solution (S 130); And a step (S 140) in which lithium is adsorbed on the aluminum metal.
S 110 단계에서는 리튬염이 포함된 용액을 준비한다. 리튬염은 LiCl, Li2SO4, LiNO3, Li2CO3 중 어느 하나 이상일 수 있다.In step S 110, a solution containing a lithium salt is prepared. The lithium salt may be any one or more of LiCl, Li 2 SO 4 , LiNO 3 , and Li 2 CO 3 .
이 경우 리튬염의 최적 농도는 0.5 내지 4.6 g/L이며, 이러한 농도에서 가장 리튬의 회수율이 높았다.In this case, the optimum concentration of the lithium salt was 0.5 to 4.6 g/L, and the recovery rate of lithium was the highest at this concentration.
S 120 단계에서는 리튬염이 포함된 용액에 베이스를 포함시킨다. 이러한 베이스는 처음부터 혼합된 상태로 S 110 단계에서 준비할 수도 있음은 당업자에게 자명한 내용이다.In step S 120, a base is included in a solution containing a lithium salt. It is obvious to those skilled in the art that such a base may be prepared in step S 110 in a mixed state from the beginning.
베이스는 NH2CONH2(urea, 우레아), C6H12N4(HMTA, 헥사메틸렌테르라민), NH3+NH4Cl 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 베이스의 농도는 0.3 내지 2.7 g/L인 것이 바람직하며, 이러한 농도에서 가장 리튬의 회수율이 높았다.As a base, any one of NH 2 CONH 2 (urea, urea), C 6 H 12 N 4 (HMTA, hexamethylene teramine), and NH 3 +NH 4 Cl may be used. The concentration of the base is preferably 0.3 to 2.7 g/L, and the recovery rate of lithium was the highest at this concentration.
S 130 단계에서는 용액에 알루미늄 기판을 담그게 된다. 알루미늄 기판에 대해서는 특별한 제한은 없으며, 리튬의 회수가 가능한 어떠한 알루미늄 금속이라도 가능하다.In step S130, the aluminum substrate is immersed in the solution. There is no particular limitation on the aluminum substrate, and any aluminum metal capable of recovering lithium may be used.
S 140 단계에서는 알루미늄 금속에 리튬이 흡착된다. 알루미늄 금속에 리튬에 흡착되는 단계는 70 내지 100℃의 온도에서 수행된다. 리튬염(LiCl, Li2SO4, LiNO3, Li2CO3)와 알루미늄 금속(Al)과 urea(NH2CONH2)을 바이알병에 담아 90℃에서 24시간 반응하면 LiAl-LDH의 형태로 Li이 알루미늄 금속이 흡착이 된다. 같은 농도 조건에서 합성된 LiAl-LDH의 두께는 Li2SO4 일 때 가장 두꺼웠고, 그 다음으로 LiCl,LiNO3, Li2CO3 순으로 두꺼운 두께를 보였으며, 이는 도 2에서 도시되어 있다.In step S 140, lithium is adsorbed on the aluminum metal. The step of adsorbing lithium on the aluminum metal is performed at a temperature of 70 to 100°C. Lithium salt (LiCl, Li 2 SO 4 , LiNO 3 , Li 2 CO 3 ), aluminum metal (Al) and urea (NH 2 CONH 2 ) are put in a vial bottle and reacted at 90°C for 24 hours to form LiAl-LDH. Li is adsorbed by aluminum metal. The thickness of LiAl-LDH synthesized under the same concentration condition is Li 2 SO 4 The thickness was the thickest when, and then LiCl, LiNO 3 , and Li 2 CO 3 showed a thick thickness in order, which is shown in FIG. 2.
도 3을 참조하면, Li2SO4, LiCl의 리튬염을 사용할 때 농도에 따라 알루미늄 금속에 형성된 LiAl-LDH의 두께를 알 수 있다. Li2SO4는 37.5mM일 때 LiCl는 75mM에서 가장 두꺼운 LiAl-LDH가 형성되었다.Referring to FIG. 3, when using a lithium salt of Li 2 SO 4 and LiCl, the thickness of LiAl-LDH formed on the aluminum metal can be known according to the concentration. When Li 2 SO 4 was 37.5 mM, LiCl was the thickest LiAl-LDH at 75 mM.
한편, S 150 단계로서, 리튬이 흡착된 알루미늄 금속을 증류수에 담궈 리튬을 탈착시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. Li이 흡착된 알루미늄 금속은 증류수에 담아 90℃ 오븐(oven)에 2시간 방치하면 Li을 탈착해 낼 수 있다.Meanwhile, as step S 150, the step of desorbing lithium by immersing the aluminum metal to which lithium is adsorbed in distilled water may be further included. Li-adsorbed aluminum metal can be desorbed by immersing it in distilled water and leaving it in an oven at 90°C for 2 hours.
한편, 본 발명에서는 리튬을 가장 효율적으로 회수하기 위해 리튬염의 종류, 농도, 혼합 비율, 그리고 첨가제를 이용하는 방법을 소개한다.Meanwhile, the present invention introduces a method of using the type, concentration, mixing ratio, and additives of lithium salts to recover lithium most efficiently.
일 실시예에서 Li2SO4와 다른 리튬염이 혼합된 용액에서 향상된 리튬 흡착량을 보임을 확인하였다. 즉, 리튬염은 Li2SO4 와 LiCl, LiNO3, Li2CO3 중 어느 하나 이상이 혼합된 것을 이용하는 것이 리튬의 흡착량을 높일 수 있다. 도 4는 Li2SO4, LiCl의 비율에 따라 알루미늄 금속에 형성된 LiAl-LDH의 두께를 나타낸다. LiCl를 사용 하였을 때보다 Li2SO4를 사용할 때 훨씬 더 두꺼운 LiAl-LDH를 형성되었다. 또한 Li2SO4만 사용할 때보다 LiCl에 Li2SO4가 적당한 비율이 있을 때 더 두꺼운 LiAl-LDH가 형성되었으면 Cl:SO4가 몰 비로 9:0.5일 때 가장 두꺼운 두께를 보였다.In an example, it was confirmed that the improved lithium adsorption amount was shown in a solution in which Li 2 SO 4 and another lithium salt were mixed. That is, the lithium salt is Li 2 SO 4 And LiCl, LiNO 3 , Li 2 CO 3 It is possible to increase the adsorption amount of lithium by using a mixture of any one or more of. 4 shows the thickness of LiAl-LDH formed on the aluminum metal according to the ratio of Li 2 SO 4 and LiCl. A much thicker LiAl-LDH was formed when Li 2 SO 4 was used than when LiCl was used. In addition, if LiAl-LDH was formed when there was an appropriate ratio of Li 2 SO 4 to LiCl than when only Li 2 SO 4 was used, the thickness was the thickest when Cl:SO 4 was 9:0.5 in molar ratio.
도 5는 Li2SO4, LiCl의 비율에 따라 알루미늄 금속에 흡착된 리튬의 양을 나타낸다. 알루미늄 금속의 단위면적당 흡착된 리튬의 양은 LiCl만 첨가하였을 경우 5g/cm2, Li2SO4만 첨가 하였을 경우 42g/cm2, Cl:SO4가 9:0.5일 때 48g/cm2를 보였다. 도 4를 참조하면 LiAl-LDH의 두께가 두꺼울수록 알루미늄 금속의 단위면적당 흡착된 리튬의 양은 더 많음을 알 수 있었다. 5 shows the amount of lithium adsorbed on the aluminum metal according to the ratio of Li 2 SO 4 and LiCl. If the amount of adsorption per unit area of the aluminum metal lithium but the addition LiCl 5g / cm 2, Li 2 SO 4 , if only the addition 42g / cm 2, Cl: were 0.5 days when 48g / cm 2: SO 4 9. Referring to FIG. 4, it was found that the thicker the thickness of LiAl-LDH, the greater the amount of adsorbed lithium per unit area of aluminum metal.
또한, 일 실시예에서 리튬클로라이드(LiCl)용액, Li2CO3용액, LiNO3용액에서 Na2SO4, K2SO4,등의 SO4 2 -가 포함된 첨가제를 넣으면 향상된 리튬 흡착량을 보임을 알 수 있었다. 즉, 리튬염이 포함된 용액에 SO4 2 -이 포함된 첨가제를 넣으면 리튬의 흡착량이 증가한다. SO4 2 -이 포함된 첨가제는 Na2SO4 또는 K2SO4가 이용된다.In addition, in one embodiment, adding an additive containing SO 4 2 - such as Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 , etc. in a lithium chloride (LiCl) solution, Li 2 CO 3 solution, or LiNO 3 solution improves the amount of lithium adsorption. I could see it. That is, if an additive containing SO 4 2 - is added to a solution containing a lithium salt, the adsorption amount of lithium increases. SO 4 2 -As an additive containing this, Na 2 SO 4 or K 2 SO 4 is used.
이 경우 상기 리튬염으로 LiCl이 이용되는 경우, SO4 2 - 과 Cl-의 몰 비는 0.5:9인 것이 바람직하다.In this case, when LiCl is used as the lithium salt, the molar ratio of SO 4 2 - and Cl - is preferably 0.5:9.
도 6는 LiCl 용액에 SO4 2-가 포함된 Na2SO4, K2SO4 등을 첨가할 때 알루미늄 금속에 형성된 LiAl-LDH의 두께를 나타낸다. 도 4를 참조하면 Li2SO4, LiCl의 비율에 따라 합성된 LiAl-LDH의 두께와 같은 경향성을 갖음을 알 수 있다. 도 4와 도 6를 참조하면 Cl:SO4가 몰 비로 9:0.5일 때 가장 두꺼운 두께의 LiAl-LDH를 보인다.6 shows the thickness of LiAl-LDH formed on aluminum metal when Na 2 SO 4 and K 2 SO 4 including SO 4 2- are added to a LiCl solution. Referring to FIG. 4, it can be seen that the thickness of the synthesized LiAl-LDH has the same tendency according to the ratio of Li 2 SO 4 and LiCl. 4 and 6, when Cl:SO 4 is a molar ratio of 9:0.5, LiAl-LDH of the thickest thickness is shown.
도 7은 20mM urea, 75mM lithium salt(LiCl, LiNO3, Li2CO3)에서 Na2SO4를 첨가함에 따라 알루미늄 금속위에 합성된 LiAl-LDH의 두께를 나타낸 그래프이다. 어떤 음이온이 들어있어도 SO4 2-를 첨가해주면 두께는 현저하게 증가한다.7 is a graph showing the thickness of LiAl-LDH synthesized on aluminum metal by adding Na 2 SO 4 in 20mM urea, 75mM lithium salt (LiCl, LiNO 3 , Li 2 CO 3 ). Even if any anion is contained, the thickness increases significantly when SO 4 2- is added.
도 8은 20mM urea, 75mM LiCl, Na2SO4가 포함된 용액에서 base로써 urea 대신 HMTA, NH3+NH4Cl를 사용하였을 경우 시간에 따라 알루미늄 금속위에 합성된 LiAl-LDH의 두께를 나타낸 그래프이다. HMTA를 사용하였을 경우 최대 두께가 urea보다 약 1.6배 두꺼운 LiAl-LDH를 형성할 수 있다. 8 is a graph showing the thickness of LiAl-LDH synthesized on aluminum metal over time when HMTA, NH 3 +NH 4 Cl is used instead of urea as a base in a solution containing 20mM urea, 75mM LiCl, Na 2 SO 4 to be. When HMTA is used, LiAl-LDH having a maximum thickness of about 1.6 times that of urea can be formed.
또한, 알루미늄 금속을 더 두꺼운 것으로 사용한다면 더 두꺼운 LiAl-LDH를 형성할 수 있다.In addition, thicker LiAl-LDH can be formed if aluminum metal is used as a thicker one.
본 발명에 따르면, 알루미늄 금속을 이용하여 염수 농도에 유사한 리튬 함유 용액에서 리튬을 흡착할 수 있다. 또한 SO4 2 -가 포함된 첨가제를 첨가함으로써 리튬의 흡착량을 증가시킬 수 있었다.According to the present invention, aluminum can be used to adsorb lithium in a lithium-containing solution similar to the brine concentration. In addition, the adsorption amount of lithium could be increased by adding an additive containing SO 4 2 - .
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or implement the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those of ordinary skill in the art, and the general principles defined herein can be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

Claims (15)

  1. 리튬염이 포함된 용액을 준비하는 단계;
    상기 용액에 베이스(base)를 포함시키는 단계;
    상기 용액에 알루미늄 기판을 담그는 단계; 및
    상기 알루미늄 금속에 리튬이 흡착되는 단계를 포함하는,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    Preparing a solution containing a lithium salt;
    Including a base in the solution;
    Immersing an aluminum substrate in the solution; And
    Including the step of adsorbing lithium to the aluminum metal,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬이 흡착된 알루미늄 금속을 증류수에 담궈 리튬을 탈착시키는 단계를 추가로 포함하는,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 1,
    Further comprising the step of immersing the lithium-adsorbed aluminum metal in distilled water to desorb lithium,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬염은 LiCl, Li2SO4, LiNO3, Li2CO3 중 어느 하나 이상인,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 1,
    The lithium salt is any one or more of LiCl, Li 2 SO 4 , LiNO 3 , Li 2 CO 3 ,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬염의 농도는 0.5 내지 4.6 g/L인,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 1,
    The concentration of the lithium salt is 0.5 to 4.6 g/L,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 NH2CONH2(urea, 우레아), C6H12N4(HMTA, 헥사메틸렌테르라민), NH3+NH4Cl 중 어느 하나인,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 1,
    The base is any one of NH 2 CONH 2 (urea, urea), C 6 H 12 N 4 (HMTA, hexamethylene teramine), NH 3 +NH 4 Cl,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스의 농도는 0.3 내지 2.7 g/L인,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 1,
    The concentration of the base is 0.3 to 2.7 g / L,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 금속에 리튬에 흡착되는 단계는 70 내지 100℃의 온도에서 수행되는,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 1,
    The step of adsorbing to lithium on the aluminum metal is performed at a temperature of 70 to 100°C,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬염은 Li2SO4 와 LiCl, LiNO3, Li2CO3 중 어느 하나 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 1,
    The lithium salt is Li 2 SO 4 And LiCl, LiNO 3 , Li 2 CO 3 characterized in that any one or more are mixed,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 Li2SO4 와 LiCl이 혼합된 경우,
    상기 Li2SO4 와 LiCl은 몰 비로 0.5:9인,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 8,
    Li 2 SO 4 And LiCl are mixed,
    Li 2 SO 4 And LiCl are 0.5:9 in molar ratio,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬염이 포함된 용액에 SO4 2 -이 포함된 첨가제를 넣는 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 1,
    Characterized in that the additive containing SO 4 2 - is added to the solution containing the lithium salt,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 SO4 2 -이 포함된 첨가제는 Na2SO4 또는 K2SO4인,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 10,
    The SO 4 2 - The additive containing this is Na 2 SO 4 or K 2 SO 4 ,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 리튬염으로 LiCl이 이용되는 경우,
    SO4 2 - 과 Cl-의 몰 비는 0.5:9인,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 11,
    When LiCl is used as the lithium salt,
    SO 4 2 - and Cl -, the molar ratio of from 0.5: 9,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법에 의해 회수된, 리튬.
    Lithium recovered by a method of recovering lithium from an aqueous solution using the aluminum substrate according to any one of claims 1 to 12.
  14. 리튬염 및 베이스를 포함한 용액을 준비하는 단계;
    상기 용액에 알루미늄 기판을 담그는 단계; 및
    상기 알루미늄 금속에 리튬이 흡착되는 단계를 포함하고,
    상기 베이스는 NH2CONH2(urea, 우레아), C6H12N4(HMTA, 헥사메틸렌테르라민), NH3+NH4Cl 중 어느 하나이며,
    상기 리튬염은 Li2SO4 와 LiCl, LiNO3, Li2CO3 중 어느 하나 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    Preparing a solution including a lithium salt and a base;
    Immersing an aluminum substrate in the solution; And
    Including the step of adsorbing lithium to the aluminum metal,
    The base is any one of NH 2 CONH 2 (urea, urea), C 6 H 12 N 4 (HMTA, hexamethylene teramine), NH 3 +NH 4 Cl,
    The lithium salt is Li 2 SO 4 And LiCl, LiNO 3 , Li 2 CO 3 characterized in that any one or more are mixed,
    A method of recovering lithium from an aqueous solution using an aluminum substrate.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 리튬이 흡착된 알루미늄 금속을 증류수에 담궈 리튬을 탈착시키는 단계를 추가로 포함하는,
    알루미늄 기판을 이용하여 수용액에서 리튬을 회수하는 방법.
    The method of claim 14,
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JPH0312204A (en) * 1989-06-07 1991-01-21 Kobe Steel Ltd Process for recovering lithium
WO2015121684A1 (en) * 2014-02-14 2015-08-20 University Of Southampton Sequestration of lithium

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