KR20210080078A - Treatment method of wastewater of spent lithium ion battery - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for treating wastewater of a waste lithium secondary battery. The method for treating wastewater of a waste lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the steps of: leaching a positive electrode material of a waste lithium secondary battery with an acid to manufacture a leachate; adjusting the pH of the leachate with an alkaline substance; separating valuable metals and wastewater from the pH-adjusted leachate; and recovering lithium and acid through bipolar electrodialysis of the wastewater.

Description

폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법{TREATMENT METHOD OF WASTEWATER OF SPENT LITHIUM ION BATTERY}Wastewater treatment method of waste lithium ion battery {TREATMENT METHOD OF WASTEWATER OF SPENT LITHIUM ION BATTERY}

본 발명은 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 폐리튬이온배터리로부터 유가금속을 회수한 후 발생하는 폐수를 효율적으로 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wastewater treatment method of a waste lithium-ion battery. More specifically, it relates to a method for efficiently treating wastewater generated after recovering valuable metals from a waste lithium-ion battery.

포터블 배터리뿐만 아니라 전기차, 에너지 저장 등 친환경적인 기술을 적용한 제품 수요가 높아짐에 따라 리튬이온배터리 수요가 급증하고 있다. As the demand for eco-friendly technologies such as electric vehicles and energy storage as well as portable batteries increases, the demand for lithium-ion batteries is rapidly increasing.

리튬이온배터리의 수명은 수일에서 수십년으로, 그 종류, 충방전 주기, 사용환경 등에 따라 다양하다. The lifespan of lithium-ion batteries varies from several days to several decades, depending on the type, charge/discharge cycle, and usage environment.

수명이 다한 폐리튬이온배터리는 매립 시 환경적인 문제를 일으킬 수 있고, 코발트, 니켈, 망간, 리튬 등 고가의 금속이 포함되어 있다. 따라서, 재활용을 통해 환경부하를 저감하고 유가금속을 회수하고 있는데, 그 함유량이 많고 고가인 코발트, 니켈, 망간 등이 주로 회수되고 있다. Waste lithium-ion batteries at the end of their lifespan can cause environmental problems when buried, and contain expensive metals such as cobalt, nickel, manganese, and lithium. Therefore, the environmental load is reduced and valuable metals are recovered through recycling, but cobalt, nickel, manganese, etc., which are expensive and have a large content, are mainly recovered.

일반적으로 폐리튬이온배터리로부터 유가금속을 회수하는 방법은 주로 습식법이 사용되는데, 해체한 배터리에서 양극재 분말을 분리한 후 황산에 의해 금속이온으로 침출시킨 후 알카리를 사용한 침전, 용매추출 등을 통해 코발트, 니켈, 망간의 황산염 또는 수산화물을 얻는다. In general, the wet method is mainly used to recover valuable metals from waste lithium-ion batteries. After separating the cathode material powder from the disassembled battery, it is leached into metal ions with sulfuric acid, and then through precipitation using alkali, solvent extraction, etc. Sulfates or hydroxides of cobalt, nickel and manganese are obtained.

이러한 방법으로 코발트, 니켈, 망간을 회수하면 필연적으로 다량의 폐수가 발생하며, 그 폐수에는 주로 리튬, 나트륨, 황산 이온이 함유되어 있다. 폐수는 다량의 염류가 포함되어 있어 방류를 위해서는 처리가 필요하며, 리튬은 배터리 제조를 위한 주요 원료 중 하나로 그 회수 기술이 필요하다. When cobalt, nickel, and manganese are recovered in this way, a large amount of wastewater is inevitably generated, and the wastewater mainly contains lithium, sodium, and sulfate ions. Wastewater contains a large amount of salts, so treatment is required for discharge, and lithium is one of the main raw materials for battery manufacturing, and its recovery technology is required.

본 발명은 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법을 제공한다. 보다 구체적으로, 폐리튬이온배터리로부터 유가금속을 회수한 후 발생하는 폐수를 효율적으로 처리하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for treating wastewater of a waste lithium-ion battery. More specifically, there is provided a method for efficiently treating wastewater generated after recovering valuable metals from a waste lithium-ion battery.

본 발명의 일 실시예에 의한 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법은, 폐리튬이온배터리의 양극재를 산으로 침출하여 침출액을 제조하는 단계; 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계; pH 조절된 침출액에서 유가금속과 폐수로 분리하는 단계; 및 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for treating wastewater of a waste lithium-ion battery, comprising the steps of: leaching a cathode material of a waste lithium-ion battery with an acid to prepare a leachate; adjusting the pH of the leachate with an alkaline substance; Separation of valuable metals and wastewater from the pH-adjusted leachate; and bipolar electrodialysis of the wastewater to recover lithium and acid.

침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;에서, 알칼리 물질은 수산화리튬(LiOH), 수산화리튬 1수화물(LiOH·H2O), 또는 이들의 수용액인 것일 수 있다.In the step of adjusting the pH of the leachate with an alkali substance, the alkali substance may be lithium hydroxide (LiOH), lithium hydroxide monohydrate (LiOH·H 2 O), or an aqueous solution thereof.

알칼리물질인 수산화리튬은, 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서 회수된 리튬이 리사이클된 형태인 것일 수 있다.Lithium hydroxide, which is an alkaline material, may be in a recycled form of lithium recovered in the step of bipolar electrodialysis of wastewater to recover lithium and acid.

알칼리물질인 수산화리튬은, 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서 회수된 리튬 100 중량% 중 10 내지 90 중량%가 상기 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;로 리사이클되는 것일 수 있다.Lithium hydroxide, which is an alkaline material, is recycled in the step of: recovering lithium and acid by bipolar electrodialysis of wastewater; 10 to 90 wt% of 100 wt% of lithium recovered in the step of adjusting the pH of the leachate with an alkaline material; can

폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서, 리튬은 수산화리튬 수용액 형태로 회수되고, 회수된 수산화리튬 수용액을 탄산화하여 탄산리튬을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include: recovering lithium and acid by bipolar electrodialysis of wastewater; in the step, lithium is recovered in the form of an aqueous lithium hydroxide solution, and carbonation of the recovered lithium hydroxide aqueous solution to prepare lithium carbonate.

폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서, 리튬은 수산화리튬 수용액 형태로 회수되고, 회수된 수산화리튬 수용액을 농축하여 고상의 수산화리튬을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include a step of recovering lithium and acid by bipolar electrodialysis of wastewater; in the step, lithium is recovered in the form of an aqueous lithium hydroxide solution, and the recovered lithium hydroxide aqueous solution is concentrated to prepare solid lithium hydroxide.

폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서 회수된 산을, 폐리튬이온배터리의 양극재를 산으로 침출하여 침출액을 제조하는 단계;의 산으로 재사용하는 것일 수 있다.The acid recovered in the bipolar electrodialysis of wastewater to recover lithium and acid may be reused as acid in the step of leaching a cathode material of a spent lithium ion battery with acid to prepare a leachate.

폐리튬이온배터리의 양극재를 산으로 침출하여 침출액을 제조하는 단계;에서, 산은 황산일 수 있다.In the step of leaching the cathode material of the spent lithium ion battery with an acid to prepare a leachate, the acid may be sulfuric acid.

한편, 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;에서, 알칼리 물질은 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화나트륨(NaOH) 수용액 일 수 있다.Meanwhile, in the step of adjusting the pH of the leachate with an alkali substance, the alkali substance may be sodium hydroxide (NaOH) or sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution.

폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서, 수산화나트륨 수용액이 회수될 수 있다.In the step of recovering lithium and acid by bipolar electrodialysis of wastewater, an aqueous sodium hydroxide solution may be recovered.

회수된 수산화나트륨 수용액을, 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;의 알칼리 물질로 재사용할 수 있다.The recovered aqueous sodium hydroxide solution may be reused as an alkaline material in the step of adjusting the pH of the leachate with an alkaline material.

본 발명의 일 실시예에 의한 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법은, 폐리튬이온배터리로부터 유가금속을 회수하면서 발생하는 페수로부터 자원을 회수하고, 폐수 발생량을 최소화하여 환경부하를 감소시킬 수 있다.The wastewater treatment method of a waste lithium ion battery according to an embodiment of the present invention can reduce the environmental load by recovering resources from wastewater generated while recovering valuable metals from the waste lithium ion battery, and minimizing the amount of wastewater generated.

본 발명의 일 실시예에 의한 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법은, 폐수 중 리튬을 회수하고 산 및 알칼리 용액을 제조할 수 있으며, 제조된 산 및 알칼리 용액은 폐리튬이온배터리로부터 코발트, 니켈, 망간 등의 유가금속을 회수하는 데 원료로 사용될 수 있다. 즉, 재활용될 수 있다.In the wastewater treatment method of a waste lithium ion battery according to an embodiment of the present invention, lithium in wastewater can be recovered and acid and alkali solutions can be prepared, and the prepared acid and alkali solutions are cobalt, nickel, It can be used as a raw material to recover valuable metals such as manganese. That is, it can be recycled.

본 발명의 일 실시예에 의한 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법에서 제조된 알칼리 용액에 탄산이온을 주입하여 탄산리튬을 제조하거나, 증발시켜 수산화리튬 또는 수산화리튬 1수화물을 제조할 수 있다.Lithium carbonate may be prepared by injecting carbonate ions into the alkali solution prepared in the wastewater treatment method of a spent lithium ion battery according to an embodiment of the present invention, or lithium hydroxide or lithium hydroxide monohydrate may be prepared by evaporation.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 개략적인 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2의 개략적인 공정도이다.
1 is a schematic process diagram of Example 1 of the present invention.
2 is a schematic process diagram of Example 2 of the present invention.

본 명세서에서, 제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.In this specification, terms such as first, second and third are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers and/or sections. These terms are used only to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서, 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.In this specification, the terminology used is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and includes the presence or absence of another characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component. It does not exclude additions.

본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.In the present specification, the term "combination of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It means to include one or more selected from the group consisting of.

본 명세서에서, 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.In this specification, when a part is referred to as being “on” or “on” another part, it may be directly on or on the other part, or the other part may be accompanied in between. In contrast, when a part refers to being "directly above" another part, the other part is not interposed therebetween.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Commonly used terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and unless defined, they are not interpreted in an ideal or very formal meaning.

또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.In addition, unless otherwise specified, % means weight %, and 1 ppm is 0.0001 weight %.

본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.In an embodiment of the present invention, the meaning of further including the additional element means that the remaining iron (Fe) is included by replacing the additional amount of the additional element.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 일 실시예에 의한 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법은, 폐리튬이온배터리의 양극재를 산으로 침출하여 침출액을 제조하는 단계; 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계; pH 조절된 침출액에서 유가금속과 폐수로 분리하는 단계; 및 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for treating wastewater of a waste lithium-ion battery, comprising the steps of: leaching a cathode material of a waste lithium-ion battery with an acid to prepare a leachate; adjusting the pH of the leachate with an alkaline substance; Separation of valuable metals and wastewater from the pH-adjusted leachate; and bipolar electrodialysis of the wastewater to recover lithium and acid.

하기는 각 단계에 대하여 설명한다.The following describes each step.

먼저, 폐리튬이온 배터리의 양극재를 산으로 침출하여 침출액을 제조한다.First, a leachate is prepared by leaching a cathode material of a spent lithium ion battery with an acid.

이 단계에서의 산은 강산일 수 있고, 보다 구체적으로 황산일 수 있다.The acid in this step may be a strong acid, more specifically sulfuric acid.

이 단계에서 침출된 원소는 코발트, 니켈, 망간, 리튬, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.Elements leached in this step may include cobalt, nickel, manganese, lithium, or a combination thereof.

그 후, 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절한다.Thereafter, the leachate is pH-adjusted with an alkaline substance.

이 단계에서의 알칼리 물질은 수산화리튬(LiOH)을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 수산화리튬(LiOH), 수산화리튬 1수화물(LiOH·H2O), 또는 이들의 수용액일 수 있다.The alkali material in this step may include lithium hydroxide (LiOH), and more specifically, lithium hydroxide (LiOH), lithium hydroxide monohydrate (LiOH·H 2 O), or an aqueous solution thereof.

이때, 알칼리 물질인 수산화리튬(LiOH), 수산화리튬 1수화물(LiOH·H2O), 또는 이들의 수용액은, 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서 회수된 리튬이 리사이클된 형태일 수 있다.In this case, lithium hydroxide (LiOH), lithium hydroxide monohydrate (LiOH·H 2 O), or an aqueous solution thereof, which is an alkaline material, is subjected to bipolar electrodialysis of wastewater to recover lithium and acid; lithium recovered in the recycling process may be in the form

또한, 이 알칼리 물질인 수산화리튬(LiOH), 수산화리튬 1수화물(LiOH·H2O), 또는 이들의 수용액은, 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서 회수된 리튬 100 중량% 중 10 내지 90 중량%가 상기 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;로 리사이클되는 것일 수 있다. 보다 구체적으로 30 내지 80 중량%가 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;로 리사이클되는 것일 수 있다. 회수된 리튬 중 pH 조절하는 단계로 리사이클되는 양이 많으면 공정비가 상승하며, 적으면 공정비가 낮아질 수 있다. In addition, lithium hydroxide (LiOH), lithium hydroxide monohydrate (LiOH·H 2 O), or an aqueous solution thereof, which is an alkaline material, is obtained by bipolar electrodialysis of wastewater to recover lithium and acid; lithium recovered in 100 weight 10 to 90% by weight of the % may be recycled by adjusting the pH of the leachate with an alkaline substance. More specifically, 30 to 80% by weight may be recycled in the step of adjusting the pH of the leachate with an alkaline material. If the amount of recovered lithium recycled to the step of adjusting the pH is large, the process cost increases, and if it is small, the process cost may be lowered.

한편, 이 단계에서의 알칼리 물질은 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화나트륨(NaOH) 수용액일 수 있다.Meanwhile, the alkali material in this step may be sodium hydroxide (NaOH) or sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution.

그 후, pH 조절된 침출액에서 유가금속과 폐수로 분리한다.Thereafter, the pH-adjusted leachate is separated into valuable metals and wastewater.

이 단계는, 폐리튬이온배터리의 양극재 등을 산과 반응시켜 코발트, 니켈, 망간, 리튬 등을 침출한 침출물을, 침전, 용매추출 등으로 유가금속을 회수하는 것일 수 있다. 유가금속을 회수한 후 발생한 폐수는 주로 Na+, Li+, SO4 -2이 주된 이온이며, 미량의 다른 이온들이 존재할 수 있다.In this step, a leachate obtained by leaching cobalt, nickel, manganese, lithium, etc. by reacting a cathode material of a spent lithium ion battery with an acid may be recovered as a valuable metal by precipitation, solvent extraction, or the like. The wastewater generated after the valuable metal is recovered is mainly Na + , Li + , SO 4 -2 ions, and trace amounts of other ions may exist.

이때, 리튬을 함유하는 폐수에서 상기 Li+ 농도는 1.5g/L 이상일 수 있다.In this case, the Li + concentration in the wastewater containing lithium may be 1.5 g/L or more.

그 후, 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수한다.Thereafter, the wastewater is subjected to bipolar electrodialysis to recover lithium and acid.

보다 구체적으로, 이 단계는 폐수를 바이폴라 전기투석하여 Na+, Li+과 SO4 -2을 분리하는 것일 수 있다. 바이폴라 전기투석은 OH- 와 H+을 발생시키는데, Na+, Li+은 OH-이 생성되는 chamber로, SO4 -2은 H+이 생성되는 chamber로 이동시킴으로써 NaOH, LiOH 수용액과 H2SO4 용액을 제조할 수 있다. 이 때, 폐수는 희석하거나 농축, 이온교환 등 전처리를 통해 바이폴라 전기투석의 효율을 높일 수 있다. More specifically, this step may be to separate Na + , Li + and SO 4 -2 by bipolar electrodialysis of wastewater. Bipolar electrodialysis generates OH - and H + , and Na + , Li + moves to a chamber in which OH - is produced, and SO 4 -2 moves to a chamber in which H + is produced. So NaOH, LiOH aqueous solution and H 2 SO 4 solutions can be prepared. At this time, the efficiency of bipolar electrodialysis can be increased by diluting the wastewater, concentrating, or pretreatment such as ion exchange.

상기와 같이 폐수를 전기투석함으로써 알칼리 및 산성 용액을 제조할 수 있으며, 이는 폐리튬이온배터리를 처리할 때, 침출, pH 조절 또는 코발트, 니켈, 망간의 염 회수 시 사용되는 침전제 등의 산과 알칼리 원료로서 사용할 수 있다. 이 때, 용액을 증발시켜 산 또는 알칼리 농도를 높일 수 있다. Alkali and acidic solutions can be prepared by electrodialysis of wastewater as described above, which is an acid and alkali raw material such as a precipitant used for leaching, pH adjustment, or recovery of salts of cobalt, nickel, and manganese when treating a waste lithium ion battery can be used as At this time, the acid or alkali concentration may be increased by evaporating the solution.

폐수는 바이폴라 전기투석에 의해 주요 이온인 Na+, Li+, SO4 -2이 대부분 NaOH, LiOH, H2SO4 용액이 생성되는 chamber로 이동하였기 때문에 전해질 농도가 매우 낮은 상태로 다음의 침출액을 바이폴라 전기투석할 때의 용수로 사용할 수 있다. 또한, 전기투석에 의해 전해질 농도를 더욱 낮춘 용액을 제조할 수 있다. In the wastewater, the main ions Na + , Li + , and SO 4 -2 were mostly moved to the chamber where the NaOH, LiOH, H 2 SO 4 solution was produced by bipolar electrodialysis, so the next leachate was prepared with a very low electrolyte concentration. It can be used as water for bipolar electrodialysis. In addition, it is possible to prepare a solution in which the electrolyte concentration is further lowered by electrodialysis.

먼저, 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서, 수산화나트륨(NaOH) 수용액 또는 수산화리튬(LiOH) 수용액이 회수되는 것일 수 있다. 이때 회수된 수산화나트륨(NaOH) 수용액 또는 수산화리튬(LiOH) 수용액을, 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;의 알칼리 물질로 재사용하는 것일 수 있다. 특히 알칼리 물질인 수산화리튬(LiOH), 수산화리튬 1수화물(LiOH·H2O), 또는 이들의 수용액일 때, 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서 회수된 리튬이 리사이클된 형태일 수 있다.First, in the step of recovering lithium and acid by bipolar electrodialysis of wastewater; an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) or an aqueous solution of lithium hydroxide (LiOH) may be recovered. In this case, the recovered sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution or lithium hydroxide (LiOH) aqueous solution may be reused as an alkaline material in the step of adjusting the pH of the leachate with an alkaline material. In particular, when lithium hydroxide (LiOH), lithium hydroxide monohydrate (LiOH·H 2 O), or an aqueous solution thereof, which is an alkaline material, bipolar electrodialysis of wastewater to recover lithium and acid; lithium recovered in the recycling process may be in the form

또한, 회수된 수산화리튬(LiOH) 수용액을 탄산화하여 탄산리튬을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 탄산리튬의 제조는 NaOH, LiOH 수용액에서 CO2(g) 또는 Na2CO3와 같은 탄산이온을 투입하여 할 수 있다. The method may further include a step of carbonating the recovered lithium hydroxide (LiOH) aqueous solution to prepare lithium carbonate. Lithium carbonate may be prepared by adding carbonate ions such as CO 2 (g) or Na 2 CO 3 in NaOH or LiOH aqueous solution.

또한, 회수된 수산화리튬(LiOH) 수용액을 농축하여 고상의 수산화리튬을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include a step of concentrating the recovered lithium hydroxide (LiOH) aqueous solution to prepare solid lithium hydroxide.

즉, 전기투석에 의해 제조된 NaOH, LiOH 수용액에 CO2(g) 또는 Na2CO3와 같은 탄산이온을 투입함으로써 탄산리튬을 제조할 수 있고, 농축하면 수산화리튬(또는 1수화물)을 얻을 수 있다. 탄산리튬의 경우, Na2CO3 또는 NaHCO3의 용해도가 Li2CO3 또는 LiHCO3의 용해도보다 높기 때문에 Na 이온이 침전하지 않아 순도가 높은 탄산리튬을 제조할 수 있다. 탄산리튬 회수율을 높이는 방법으로 반응온도를 높이거나 증발시키는 방법이 있다. That is, lithium carbonate can be prepared by adding carbonate ions such as CO 2 (g) or Na 2 CO 3 to an aqueous solution of NaOH or LiOH prepared by electrodialysis, and when concentrated, lithium hydroxide (or monohydrate) can be obtained. have. In the case of lithium carbonate, since the solubility of Na 2 CO 3 or NaHCO 3 is higher than that of Li 2 CO 3 or LiHCO 3 , Na ions do not precipitate, so that lithium carbonate with high purity can be manufactured. As a method of increasing the recovery rate of lithium carbonate, there is a method of increasing the reaction temperature or evaporating.

또한, 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서 회수된 산을, 폐리튬이온배터리의 양극재를 산으로 침출하여 침출액을 제조하는 단계;의 산으로 재사용하는 것일 수 있다.In addition, the acid recovered in the bipolar electrodialysis of wastewater to recover lithium and acid may be reused as an acid in the step of preparing a leachate by leaching a cathode material of a spent lithium ion battery with acid.

한편, 폐리튬이온배터리를 황산으로 침출하여 침전, 용매추출 등으로 코발트, 니켈, 망간 등의 유가금속 회수 시, pH 조절 또는 침전제로서 NaOH 등 알칼리 물질을 사용할 수 있다. 알칼리 물질로서 LiOH 또는 LiOH·H2O를 사용하거나 그 수용액을 사용하면 침출액으로부터 코발트, 니켈, 망간 등의 유가금속을 회수하고 발생하는 폐수는 주로 Li+, SO4 -2이 주된 이온으로, 바이폴라 전기투석하여 고농도의 LiOH 수용액과 H2SO4 용액을 제조할 수 있다. 이를 탄산화하여 탄산리튬을 얻을 수 있다. On the other hand, when valuable metals such as cobalt, nickel, manganese, etc. are recovered by precipitation or solvent extraction by leaching a spent lithium ion battery with sulfuric acid, an alkali material such as NaOH may be used as a pH control or precipitating agent. When LiOH or LiOH·H 2 O is used as an alkali material or an aqueous solution thereof is used, valuable metals such as cobalt, nickel, and manganese are recovered from the leachate and the resulting wastewater is mainly composed of Li + , SO 4 -2 , and bipolar. By electrodialysis, a high concentration of LiOH aqueous solution and H 2 SO 4 solution can be prepared. This can be carbonated to obtain lithium carbonate.

한편, 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계 이전에, 사용할 폐수를 희석하거나 농축, 이온교환 등으로 전처리할 수 있다.Meanwhile, before the step of bipolar electrodialysis of the wastewater to recover lithium and acid, the wastewater to be used may be diluted or pretreated by concentration, ion exchange, or the like.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실시예Example

[실시예 1][Example 1]

1. 폐수의 분리1. Separation of wastewater

폐리튬이온배터리로부터 분리된 양극재 등의 분말을 원료로 하여 코발트, 니켈, 망간 등의 유가금속을 회수하고 발생하는 폐수는 일반적으로 아래와 같은 공정을 거쳐 발생한다.Valuable metals such as cobalt, nickel, and manganese are recovered using powder such as anode material separated from a waste lithium-ion battery as a raw material, and the resulting wastewater is generally generated through the following process.

먼저, 양극재 등의 분말을 황산 등 무기산과 반응시켜 침출시킨다. 이때, 코발트, 니켈, 망간, 리튬 등의 유가금속을 포함하여 여러 불순물이 이온화하여 용액 중에 존재하게 된다.First, a powder such as a cathode material is reacted with an inorganic acid such as sulfuric acid to be leached. At this time, various impurities including valuable metals such as cobalt, nickel, manganese, and lithium are ionized and present in the solution.

그 후, 침출액을 분리하여 산/알칼리 물질을 사용, 그 pH를 조정하거나, 용매추출법, 침전법을 사용하여 코발트, 니켈, 망간 등의 유가금속을 황산염 또는 수산화물 형태로 침출액으로부터 분리한다.Thereafter, the leachate is separated using an acid/alkali substance to adjust its pH, or valuable metals such as cobalt, nickel, and manganese are separated from the leachate in the form of sulfate or hydroxide by solvent extraction or precipitation.

본 발명의 실시예 1에서는 pH를 조정하는 알칼리 물질로서 NaOH를 사용하였다.In Example 1 of the present invention, NaOH was used as an alkali material for adjusting pH.

상기 공정들을 거치면 침출액으로부터 코발트, 니켈, 망간 등의 유가금속이 회수되고 남은 폐수가 발생하는데, 그 화학조성을 표 1과 같았다. 즉, 하기 표 1은 폐리튬이온배터리 재활용 시 발생하는 폐수의 조성을 의미하고, 각 원소의 농도 단위는 g/L이다.After the above processes, valuable metals such as cobalt, nickel, and manganese are recovered from the leachate and the remaining wastewater is generated, and the chemical composition is shown in Table 1. That is, Table 1 below means the composition of wastewater generated during recycling of the waste lithium ion battery, and the unit of concentration of each element is g/L.

시료sample LiLi SO4 SO 4 CaCa NaNa KK 폐수wastewater 2.352.35 69.0869.08 0.020.02 21.1821.18 0.04 0.04

2. 폐수로부터 리튬 회수2. Lithium recovery from wastewater

상기 용액을 바이폴라 전기투석기에 투입하였다.The solution was introduced into a bipolar electrodialysis machine.

하기 표 2에는 그 결과로서, 폐수를 바이폴라 전기투석한 후의 각 용액의 이온 농도를 보여준다. 이때 각 원소의 농도 단위는 g/L이다.Table 2 below shows the ion concentration of each solution after bipolar electrodialysis of wastewater as a result. In this case, the concentration unit of each element is g/L.

표 2의 결과를 보면, 폐수인 탈염수의 Li+ 농도는 0.21g/L까지 낮아졌으며, SO4 -2은 3.51g/L, Na+는 0.31g/L로 낮아지는 등 폐수의 분석된 총이온은 초기 90.32g/L에서 4.03g/L까지 낮아져 95.5% 이상 제거할 수 있다. Looking at the results in Table 2, the Li + concentration of demineralized water, which is wastewater, was lowered to 0.21 g/L, SO 4 -2 was 3.51 g/L, and Na + was lowered to 0.31 g/L, etc. Total ions analyzed in wastewater Silver can be removed from 90.32 g/L to 4.03 g/L at the initial stage, and more than 95.5% can be removed.

염기실(Base chamber)의 주요 이온 농도는 Li+은 5.35g/L, Na+는 69.17g/L으로 LiOH, NaOH 수용액이 제조되는 것을 확인할 수 있으며, 산실(Acid chamber)의 SO4 -2 농도는 119.32g/L로 약 12%의 황산이 제조되었다. The main ion concentration of the base chamber is 5.35 g/L for Li + and 69.17 g/L for Na + , so it can be confirmed that LiOH and NaOH aqueous solution is prepared, and SO 4 -2 concentration of the acid chamber about 12% of sulfuric acid was prepared at 119.32 g/L.

이와 같은 결과는 폐수를 바이폴라 전기투석함으로써 알칼리 및 산 용액을 효과적으로 제조할 수 있음을 나타낸다. These results indicate that alkali and acid solutions can be effectively prepared by bipolar electrodialysis of wastewater.

시료sample LiLi SO4 SO 4 CaCa NaNa KK 탈염수Demineralized water 0.210.21 3.513.51 -- 0.310.31 -- Base chamberBase chamber 5.355.35 2.002.00 0.040.04 69.1769.17 0.110.11 Acid chamberAcid chamber 0.100.10 119.32119.32 0.020.02 1.061.06 --

도 1에는 알칼리 원료로 NaOH를 사용하였을 경우인 실시예 1의 개략적인 공정도를 나타내었다. 바이폴라 전기투석으로 분리된 황산과 NaOH는 재활용될 수 있으며, 분리된 수산화리튬은 탄산화하여 탄산리튬으로, 결정화하여 고상의 수산화리튬으로 얻을 수 있었다.1 shows a schematic process diagram of Example 1 when NaOH was used as an alkali raw material. Sulfuric acid and NaOH separated by bipolar electrodialysis can be recycled, and the separated lithium hydroxide can be carbonated to lithium carbonate and crystallized to obtain solid lithium hydroxide.

[실시예 2][Example 2]

1. 폐수의 분리1. Separation of wastewater

폐리튬이온배터리로부터 분리된 양극재 등의 분말을 원료로 하여 코발트, 니켈, 망간 등의 유가금속 회수 시 pH 조절, 침전 등에 사용하는 알칼리 원료를 NaOH 대신에 LiOH·H2O를 사용하였다. LiOH·H 2 O was used instead of NaOH as an alkali raw material used for pH control and precipitation when recovering valuable metals such as cobalt, nickel, and manganese using powder such as anode material separated from a waste lithium ion battery as a raw material.

그 외의 실험 공정은 실시예 1과 동일하였다.Other experimental procedures were the same as in Example 1.

이때 발생하는 폐수의 화학조성은 표 3과 같다. 이때의 각 원료의 농도 단위는 g/L이다.The chemical composition of the wastewater generated at this time is shown in Table 3. The concentration unit of each raw material at this time is g/L.

발생 폐수의 Li+ 농도가 높아졌으며, Na+ 농도는 0.10g/L로 매우 낮은 값을 나타내었다. The Li + concentration of the generated wastewater was increased, and the Na + concentration was 0.10 g/L, which was very low.

시료sample LiLi SO4 SO 4 CaCa NaNa KK 폐수wastewater 8.748.74 69.0869.08 0.020.02 0.100.10 0.040.04

2. 폐수로부터 리튬 회수2. Lithium recovery from wastewater

상기 용액을 바이폴라 전기투석기에 투입하였다.The solution was introduced into a bipolar electrodialysis machine.

하기 표 4에는 그 결과로서, 폐수를 바이폴라 전기투석한 후의 각 용액의 이온 농도를 보여준다. 이때 각 원소의 농도 단위는 g/L이다.Table 4 below shows the ion concentration of each solution after bipolar electrodialysis of wastewater as a result. In this case, the unit of concentration of each element is g/L.

폐수인 탈염수의 Li+ 농도는 0.78g/L까지 낮아졌으며, SO4 -2은 3.53g/L, 기타 이온은 검출되지 않았다. 폐수의 분석된 총이온은 초기 78.00g/L에서 4.31g/L까지 낮아져 94.5% 이상 제거할 수 있다. The Li + concentration of the demineralized wastewater was reduced to 0.78 g/L, SO 4 -2 was 3.53 g/L, and other ions were not detected. The analyzed total ions of wastewater can be removed from the initial 78.00g/L to 4.31g/L, and more than 94.5% can be removed.

염기실(Base chamber)의 Li+ 농도는 19.90g/L, Na+는 0.32g/L으로 주로 LiOH 수용액이 제조되는 것을 확인할 수 있으며, 산실(Acid chamber)의 SO4 -2은 119.5g/L로 약 12%의 황산이 제조되었다. The concentration of Li + in the base chamber is 19.90 g/L, and the concentration of Na + is 0.32 g/L, so it can be seen that an aqueous LiOH solution is mainly prepared, and SO 4 -2 in the acid chamber is 119.5 g/L. about 12% sulfuric acid was prepared.

특히, 염기실(Base chamber)에서 Na 함유량이 낮은 LiOH 수용액이 제조되기 때문에 탄산이온을 공급하면 고순도의 탄산리튬을 제조할 수 있고, 농축하면 고순도의 수산화리튬(또는 1수화물)을 제조할 수 있다.In particular, since an aqueous LiOH solution with a low Na content is prepared in the base chamber, high-purity lithium carbonate can be produced by supplying carbonate ions, and high-purity lithium hydroxide (or monohydrate) can be produced by concentration. .

시료sample LiLi SO4 SO 4 CaCa NaNa KK 탈염수Demineralized water 0.780.78 3.533.53 -- -- -- Base chamberBase chamber 19.919.9 2.002.00 0.040.04 0.320.32 0.100.10 Acid chamberAcid chamber 0.370.37 119.50119.50 0.020.02 0.010.01 --

도 2에는 알칼리 원료로 LiOH를 사용하였을 경우인 실시예 2의 개략적인 공정도를 나타내었다. 바이폴라 전기투석으로 분리된 황산과 LiOH는 재활용(리사이클)될 수 있으며, 분리된 수산화리튬은 탄산화하여 탄산리튬으로, 결정화하여 고상의 수산화리튬으로 얻을 수 있었다.2 shows a schematic process diagram of Example 2 when LiOH was used as an alkali raw material. Sulfuric acid and LiOH separated by bipolar electrodialysis can be recycled (recycled), and the separated lithium hydroxide can be carbonated to lithium carbonate, and crystallized to obtain solid lithium hydroxide.

이때, 회수된 리튬을 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계로 리사이클 하였다. 리사이클된 양은 10 내지 90 중량% 였다.At this time, the recovered lithium was recycled in the step of adjusting the pH of the leachate with an alkaline material. The recycled amount was 10 to 90% by weight.

표 5는 회수된 리튬(수산화리튬) 중 pH 조절 단계로 리사이클된 양에 따른 리튬 회수율의 효과를 보여준다. 표 5의 결과에 따르면 리사이클된 양은 30 내지 80 중량%일 때 리튬회수율 50 중량% 이상의 효과를 보일 수 있었다. Table 5 shows the effect of lithium recovery rate according to the amount of recovered lithium (lithium hydroxide) recycled to the pH control step. According to the results of Table 5, when the recycled amount was 30 to 80 wt%, the lithium recovery rate was 50 wt% or more.

리사이클된 리튬의 양Amount of recycled lithium 리튬 회수율lithium recovery rate 10 중량%10% by weight 45 중량%45% by weight 30 중량%30% by weight 55 중량%55% by weight 70 중량%70% by weight 95 중량%95% by weight 80 중량%80% by weight 69 중량%69% by weight 90 중량%90% by weight 33 중량%33% by weight

본 발명은 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.The present invention is not limited to the embodiments, but may be manufactured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may develop other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be appreciated that this may be practiced. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (11)

폐리튬이온배터리의 양극재를 산으로 침출하여 침출액을 제조하는 단계;
상기 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;
상기 pH 조절된 침출액에서 유가금속과 폐수로 분리하는 단계; 및
상기 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;
를 포함하는 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
leaching a cathode material of a spent lithium-ion battery with an acid to prepare a leachate;
adjusting the pH of the leachate with an alkaline substance;
separating valuable metals and wastewater from the pH-adjusted leachate; and
bipolar electrodialysis of the wastewater to recover lithium and acid;
A wastewater treatment method of a waste lithium-ion battery comprising a.
제1항에 있어서,
상기 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;에서,
상기 알칼리 물질은 수산화리튬(LiOH), 수산화리튬 1수화물(LiOH·H2O), 또는 이들의 수용액인 것인 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
According to claim 1,
In the step of adjusting the pH of the leachate with an alkali material;
The alkali material is lithium hydroxide (LiOH), lithium hydroxide monohydrate (LiOH · H 2 O), or an aqueous solution thereof.
제2항에 있어서,
상기 알칼리 물질인 수산화리튬(LiOH), 수산화리튬 1수화물(LiOH·H2O), 또는 이들의 수용액은,
상기 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서 회수된 리튬이 리사이클된 형태인 것인 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
3. The method of claim 2,
Lithium hydroxide (LiOH), lithium hydroxide monohydrate (LiOH · H 2 O), or an aqueous solution thereof, which is the alkali material,
Recovering lithium and acid by bipolar electrodialysis of the wastewater; a wastewater treatment method of a waste lithium-ion battery in which the lithium recovered in the process is in a recycled form.
제3항에 있어서,
상기 알칼리 물질인 수산화리튬(LiOH), 수산화리튬 1수화물(LiOH·H2O), 또는 이들의 수용액은,
상기 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서 회수된 리튬 100 중량% 중 10 내지 90 중량%가 상기 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;로 리사이클되는 것인 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
4. The method of claim 3,
Lithium hydroxide (LiOH), lithium hydroxide monohydrate (LiOH · H 2 O), or an aqueous solution thereof, which is the alkali material,
Bipolar electrodialysis of the wastewater to recover lithium and acid; 10 to 90% by weight of 100% by weight of lithium recovered in the step of adjusting the pH of the leachate with an alkaline substance; Wastewater treatment method.
제1항에 있어서,
상기 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서,
상기 리튬은 수산화리튬 수용액 형태로 회수되고,
상기 회수된 수산화리튬 수용액을 탄산화하여 탄산리튬을 제조하는 단계;를 더 포함하는 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
According to claim 1,
Recovering lithium and acid by bipolar electrodialysis of the wastewater;
The lithium is recovered in the form of an aqueous lithium hydroxide solution,
Carbonating the recovered lithium hydroxide aqueous solution to produce lithium carbonate; Wastewater treatment method of a waste lithium ion battery further comprising a.
제1항에 있어서,
상기 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서,
상기 리튬은 수산화리튬 수용액 형태로 회수되고,
상기 회수된 수산화리튬 수용액을 농축하여 고상의 수산화리튬을 제조하는 단계;를 더 포함하는 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
According to claim 1,
Recovering lithium and acid by bipolar electrodialysis of the wastewater;
The lithium is recovered in the form of an aqueous lithium hydroxide solution,
Concentrating the recovered lithium hydroxide aqueous solution to prepare solid lithium hydroxide; wastewater treatment method of a waste lithium ion battery further comprising a.
제1항에 있어서,
상기 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서 회수된 산을,
상기 폐리튬이온배터리의 양극재를 산으로 침출하여 침출액을 제조하는 단계;의 산으로 재사용하는 것인 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
According to claim 1,
recovering lithium and acid by bipolar electrodialysis of the wastewater;
leaching the cathode material of the waste lithium ion battery with an acid to prepare a leachate; a method for treating wastewater of a waste lithium ion battery in which the acid is reused.
제1항에 있어서,
상기 폐리튬이온배터리의 양극재를 산으로 침출하여 침출액을 제조하는 단계;에서,
상기 산은 황산인 것인 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
According to claim 1,
leaching the cathode material of the spent lithium ion battery with an acid to prepare a leachate; in,
The method for treating wastewater of a waste lithium ion battery is that the acid is sulfuric acid.
제1항에 있어서,
상기 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;에서,
상기 알칼리 물질은 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화나트륨(NaOH) 수용액인 것인 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
According to claim 1,
In the step of adjusting the pH of the leachate with an alkali material;
The alkali material is sodium hydroxide (NaOH) or sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution of a wastewater treatment method of a waste lithium ion battery.
제1항에 있어서,
상기 폐수를 바이폴라 전기투석하여 리튬 및 산을 회수하는 단계;에서,
상기 수산화나트륨 수용액이 회수되는 것인 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
According to claim 1,
Recovering lithium and acid by bipolar electrodialysis of the wastewater;
A wastewater treatment method of a waste lithium ion battery in which the sodium hydroxide aqueous solution is recovered.
제10항에 있어서,
상기 회수된 수산화나트륨 수용액을,
상기 침출액을 알칼리 물질로 pH 조절하는 단계;의 알칼리 물질로 재사용하는 것인 폐리튬이온배터리의 폐수 처리방법.
11. The method of claim 10,
The recovered aqueous sodium hydroxide solution,
A method for treating wastewater of a waste lithium ion battery, wherein the leachate is reused as an alkali material in the step of adjusting the pH with an alkali material.
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