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JP6735192B2 - Lithium-ion battery scrap processing method - Google Patents
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Description

この発明は、リチウムイオン電池スクラップを処理する方法に関するものであり、特には、各種リチウムイオン電池スクラップからの有価金属の回収に有効に用いることのできる技術を提案するものである。 The present invention relates to a method for treating lithium-ion battery scraps, and particularly proposes a technique that can be effectively used for recovering valuable metals from various lithium-ion battery scraps.

各種の電子デバイスをはじめとして多くの産業分野で使用されているリチウムイオン電池は、マンガン、ニッケルおよびコバルトを含有するリチウム金属塩を正極活物質として用いたものであり、近年は、その使用量の増加および使用範囲の拡大に伴い、電池の製品寿命や製造過程での不良により廃棄される量が増大している状況にある。
かかる状況の下では、大量に廃棄されるリチウムイオン電池スクラップから、上記のニッケルおよびコバルト等の高価な元素を、再利用するべく比較的低コストで容易に回収することが望まれる。
Lithium ion batteries, which are used in many industrial fields including various electronic devices, use a lithium metal salt containing manganese, nickel and cobalt as a positive electrode active material. Along with the increase in the number of batteries and the range of use, the amount of batteries discarded due to product life and defects in the manufacturing process is increasing.
Under such circumstances, it is desired to easily recover the above-mentioned expensive elements such as nickel and cobalt from a large amount of scrap lithium-ion battery scraps at a relatively low cost for reuse.

有価金属の回収のためにリチウムイオン電池スクラップを処理するには、はじめに、たとえば、所要に応じて焙焼、破砕および篩別等の各工程を経て得られた粉状ないし粒状のリチウムイオン電池スクラップを、過酸化水素水を用いて酸浸出し、そこに含まれ得るリチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄、銅、アルミニウム等を溶液中に溶解させて浸出後液を得る。 In order to treat lithium-ion battery scraps for recovering valuable metals, first, for example, powdery or granular lithium-ion battery scraps obtained through various steps such as roasting, crushing and sieving as required. Is leached with an aqueous solution of hydrogen peroxide, and lithium, nickel, cobalt, manganese, iron, copper, aluminum and the like which may be contained therein are dissolved in the solution to obtain a solution after leaching.

次いで、その浸出後液に対して溶媒抽出法を実施して、各金属元素を分離させる。ここでは、浸出後液に浸出しているそれぞれの金属を分離させるため、浸出後液に対し、分離させる金属に応じた複数段階の溶媒抽出もしくは中和等を順次に施し、さらには、各段階で得られたそれぞれの溶液に対して、逆抽出、電解、炭酸化その他の処理を施す。具体的には、まず鉄およびアルミニウムを回収し、続いてマンガンおよび銅、そしてコバルト、その後にニッケルを回収して、最後に水相にリチウムを残すことで、各有価金属を回収することができる。 Then, a solvent extraction method is performed on the post-leaching solution to separate the metal elements. Here, in order to separate the respective metals leached in the liquid after leaching, the leaching liquid is sequentially subjected to solvent extraction or neutralization in a plurality of stages according to the metal to be separated, and further, at each stage. Each of the solutions obtained in 1. is subjected to back extraction, electrolysis, carbonation and other treatments. Specifically, each valuable metal can be recovered by first recovering iron and aluminum, then manganese and copper, and then cobalt, and then nickel, and finally leaving lithium in the aqueous phase. ..

なおこの種の従来技術として、特許文献1には、ニッケル及びコバルトと鉄、アルミニウム及びマンガンその他の不純物元素とを含有する硫酸酸性水溶液から、ニッケルを回収する方法であって、硫酸酸性水溶液から、鉄およびアルミニウムを酸化中和処理にて除去し、次いで、中和処理によりニッケルおよびコバルトを含有する混合水酸化物を分離回収した後、その混合水酸化物を溶解して得た濃縮液から、溶媒抽出処理によってコバルトおよびニッケルをそれぞれ含有する逆抽出液を得ることが記載されている。
また、特許文献2には、リチウム、マンガン、ニッケル、及びコバルトからなる金属群Aと、銅、アルミニウム及び鉄からなる金属群Bとを含有する金属混合水溶液に対して、所定の条件の溶媒抽出を順次に施し、各金属を分離することが記載されている。
As a conventional technique of this kind, Patent Document 1 discloses a method of recovering nickel from a sulfuric acid acidic aqueous solution containing nickel and cobalt and iron, aluminum and manganese and other impurity elements. Iron and aluminum are removed by an oxidative neutralization treatment, and then a mixed hydroxide containing nickel and cobalt is separated and recovered by the neutralization treatment, and then the concentrated liquid obtained by dissolving the mixed hydroxide is obtained. It is described that a back extraction liquid containing cobalt and nickel respectively is obtained by a solvent extraction treatment.
Further, in Patent Document 2, solvent extraction under predetermined conditions is performed on a metal mixed aqueous solution containing a metal group A made of lithium, manganese, nickel, and cobalt and a metal group B made of copper, aluminum, and iron. It is described that each metal is separated by sequentially performing.

特開2010−180439号公報JP, 2010-180439, A 特許第5706457号公報Japanese Patent No. 5706457

上述したように、複数種類の金属イオンを含む浸出後液から各金属を分離回収するためには、多くの処理を要する。それ故、浸出後液に含まれる複数種類の金属イオンのうち、特定の金属イオンを溶解させずに固体として残すことができれば、その後の回収工程で、各金属を分離回収するために浸出後液に施す多様な処理のうち、固体として残した金属の回収に必要な処理を簡略化ないし省略することができるので、処理の能率及びコストの観点から有効である。
特に、銅イオンが浸出後液に高い濃度で含まれていると、たとえばコバルトを溶媒抽出して逆抽出した後の電解工程で、電着異常が発生する原因となることがあり、後工程での負荷が大きいという問題がある。
As described above, many treatments are required to separate and recover each metal from the post-leaching solution containing a plurality of types of metal ions. Therefore, of the multiple types of metal ions contained in the post-leaching solution, if a specific metal ion can be left as a solid without being dissolved, a post-leaching solution for separating and recovering each metal in the subsequent recovery step. Among the various treatments to be carried out on 1, the treatments necessary for recovering the metal left as a solid can be simplified or omitted, which is effective from the viewpoint of treatment efficiency and cost.
In particular, when copper ions are contained in the liquid after leaching at a high concentration, for example, in the electrolysis step after solvent extraction and back extraction of cobalt, it may cause an abnormal electrodeposition, and in the post step. There is a problem that the load is heavy.

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、銅を含むリチウムイオン電池スクラップを浸出させるに当り、可能な限り銅を酸性溶液に溶解させずに固体として残して、後工程での負荷を軽減することのできるリチウムイオン電池スクラップの処理方法を提供することにある。 The present invention has an object to solve such a problem that the conventional technology has, and an object of the invention is to leach lithium-ion battery scrap containing copper as much as possible by leaching copper. It is an object of the present invention to provide a method for treating lithium-ion battery scrap, which can be left as a solid without being dissolved in an acidic solution to reduce the load in a later step.

発明者は鋭意検討の結果、銅を含むリチウムイオン電池スクラップを酸性溶液と接触させて浸出させる際に、コバルト等が酸性溶液中に固体として残留している間は、銅の酸化溶解が抑制されて浸出されず、その後、コバルト等が完全に溶解すると、銅の浸出が開始するとともに、それに伴って酸化還元電位が急上昇することを新たに見出した。
そして、このことを利用することにより、酸性溶液中に銅を溶解させずに固体として残すことができると考えた。
As a result of intensive studies by the inventor, when the lithium-ion battery scrap containing copper is leached by bringing it into contact with an acidic solution, oxidation dissolution of copper is suppressed while cobalt or the like remains as a solid in the acidic solution. It was newly found that when the cobalt etc. are not completely leached and the cobalt etc. is completely dissolved thereafter, the leaching of copper starts and the redox potential rapidly rises accordingly.
Then, by utilizing this, it was thought that copper could be left as a solid without being dissolved in the acidic solution.

この知見に基き、この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、少なくとも銅を含むリチウムイオン電池スクラップを酸性溶液に接触させて、リチウムイオン電池スクラップを浸出させる浸出工程を有し、前記浸出工程にて、酸性溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)が急上昇し始めたタイミングで、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素を含む金属片を、酸性溶液に添加し、前記金属片を添加するタイミングを、前記酸化還元電位の上昇速度が15mV/min以上となったときから5分経過するまでの間とすることにある。 Based on this knowledge, the method for treating lithium ion battery scrap of the present invention has a leaching step of leaching the lithium ion battery scrap by contacting the lithium ion battery scrap containing at least copper with an acidic solution, and applying the leaching step to the leaching step. Then, at the timing when the oxidation-reduction potential (ORPvsAg/AgCl) of the acidic solution starts to rapidly rise, a metal piece containing at least one element of iron, nickel and cobalt is added to the acidic solution, and the metal piece is added. The timing is to be from when the rate of increase of the oxidation-reduction potential becomes 15 mV/min or more until 5 minutes have elapsed .

この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、前記浸出工程で得られる浸出後液がアルミニウム及び鉄を含み、前記浸出後液を、pH4.0〜6.0の範囲内に中和した後に固液分離を行い、浸出後液中のアルミニウムを除去する脱アルミニウム工程と、前記脱アルミニウム工程の後、酸化剤を添加して、pHを3.0〜5.0の範囲内に調整した後に固液分離を行い、鉄を除去する脱鉄工程とをさらに有することが好ましい。
ここでは、前記浸出工程で、リチウムイオン電池スクラップに含まれる銅を固体のままで浸出後液中に残し、前記脱アルミニウム工程で、固液分離により、浸出後液中の銅を、アルミニウムとともに除去することがより好ましい。
In the method for treating lithium-ion battery scrap of the present invention, the post-leaching solution obtained in the leaching step contains aluminum and iron, and the post-leaching solution is neutralized to a pH within a range of 4.0 to 6.0 and then solidified. Liquid separation is performed, and a dealumination step of removing aluminum in the solution after leaching is performed, and after the dealumination step, an oxidizing agent is added to adjust the pH within the range of 3.0 to 5.0, and then solidified. It is preferable to further include a deironing step of performing liquid separation and removing iron.
Here, in the leaching step, copper contained in the lithium-ion battery scrap is left as a solid in the liquid after leaching, and in the dealumination step, copper in the leaching solution is removed together with aluminum by solid-liquid separation. More preferably.

また、この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、前記浸出工程で得られる浸出後液がアルミニウム及び鉄を含み、前記浸出後液に対して固液分離を行った後、酸化剤を添加して、pHを3.0〜4.0の範囲内に調整した後に固液分離を行い、鉄を除去する脱鉄工程と、前記脱鉄工程の後、pH4.0〜6.0の範囲内に中和した後に固液分離を行い、アルミニウムを除去する脱アルミニウム工程とをさらに有することが好ましい。 In the method for treating lithium ion battery scrap of the present invention, the post-leaching solution obtained in the leaching step contains aluminum and iron, and after solid-liquid separation is performed on the post-leaching solution, an oxidizer is added. Then, after adjusting the pH within the range of 3.0 to 4.0, solid-liquid separation is performed to remove iron, and after the iron removal step, within the range of pH 4.0 to 6.0. It is preferable to further include a dealumination step of removing aluminum by performing solid-liquid separation after neutralization.

上述した脱鉄工程で添加する酸化剤は、二酸化マンガン、正極活物質、および、正極活物質を浸出して得られるマンガン含有浸出残渣からなる群から選択される一種以上とすることが好適である。 The oxidizing agent added in the iron removal step described above is preferably one or more selected from the group consisting of manganese dioxide, a positive electrode active material, and a manganese-containing leaching residue obtained by leaching the positive electrode active material. ..

また、上述した脱アルミニウム工程及び脱鉄工程を経て得られた分離後液が、該分離後液中に溶解したマンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを含み、前記分離後液に対して溶媒抽出を行い、該分離後液からマンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを除去する抽出工程をさらに有することが好ましい。
この抽出工程では、前記分離後液に対し、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を含有する混合抽出剤を使用して溶媒抽出することが好ましい。
The post-separation liquid obtained through the dealumination process and the iron removal process described above contains manganese, copper, iron and/or aluminum dissolved in the post-separation liquid, and solvent extraction is performed on the post-separation liquid. It is preferable to further include an extraction step of removing manganese, copper, iron and/or aluminum from the liquid after the separation.
In this extraction step, it is preferable to perform solvent extraction on the post-separation liquid using a mixed extractant containing a phosphoric acid ester-based extractant and an oxime-based extractant.

この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、上記の抽出工程後の抽出残液から、コバルト及び/又はニッケルを回収するコバルト/ニッケル回収工程をさらに含むことが好適である。
また、前記コバルト/ニッケル回収工程の後、リチウムを回収するリチウム回収工程をさらに含むことが好適である。
The lithium ion battery scrap processing method of the present invention preferably further includes a cobalt/nickel recovery step of recovering cobalt and/or nickel from the extraction residual liquid after the above extraction step.
Further, it is preferable to further include a lithium recovery step of recovering lithium after the cobalt/nickel recovery step.

この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法によれば、浸出工程にて、酸性溶液の酸化還元電位が急上昇し始めたタイミングで、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素を含む金属片を、酸性溶液に添加することにより、銅の溶解が抑制されるので、可能な限り銅を酸性溶液に溶解させずに固体として残して、後工程での負荷を軽減することができる。 According to the lithium-ion battery scrap processing method of the present invention, in the leaching step, a metal piece containing at least one element of iron, nickel and cobalt is added at the timing when the oxidation-reduction potential of the acidic solution starts to rise rapidly. Since the dissolution of copper is suppressed by adding it to the acidic solution, copper can be left as a solid without being dissolved in the acidic solution as much as possible to reduce the load in the subsequent steps.

この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法の一の実施形態を示すフロー図である。It is a flow figure showing one embodiment of the processing method of the lithium ion battery scrap of this invention. この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法の他の実施形態を示すフロー図である。It is a flowchart which shows other embodiment of the processing method of the lithium ion battery scrap of this invention. 実施例における時間の経過に伴うORP、pH及びCu濃度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of ORP, pH, and Cu density|concentration with progress of time in an Example. 比較例における時間の経過に伴うORP、pH及びCu濃度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of ORP, pH, and Cu density|concentration with progress of time in a comparative example.

以下に、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態に係るリチウムイオン電池スクラップの処理方法では、少なくとも銅を含むリチウムイオン電池スクラップを酸性溶液に接触させて、リチウムイオン電池スクラップを浸出させる浸出工程において、酸性溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)が急上昇し始めたタイミングで、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素の金属又は、該少なくとも一種の元素を含有する合金からなる金属片を、酸性溶液に添加する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In the method for treating a lithium-ion battery scrap according to one embodiment of the present invention, in the leaching step of leaching the lithium-ion battery scrap by bringing the lithium-ion battery scrap containing at least copper into contact with the acidic solution, the oxidation reduction of the acidic solution is performed. At the timing when the potential (ORPvsAg/AgCl) starts to rapidly rise, a metal piece of a metal of at least one element of iron, nickel and cobalt or an alloy containing the at least one element is added to the acidic solution. ..

(リチウムイオン電池スクラップ)
この発明で対象とするリチウムイオン電池スクラップは、携帯電話その他の種々の電子機器等で使用されたリチウムイオン電池のスクラップであればどのようなものでもかまわないが、なかでも、電池製品の寿命や製造不良またはその他の理由によって廃棄されたものを対象とすることが、資源の有効活用の観点から好ましい。
(Lithium-ion battery scrap)
The lithium-ion battery scrap targeted by the present invention may be any scrap of lithium-ion batteries used in various electronic devices such as mobile phones and the like. It is preferable from the viewpoint of effective utilization of resources to target those that have been discarded due to manufacturing defects or other reasons.

リチウムイオン電池スクラップとしては、いわゆる電池滓とすることができ、この電池滓にアルミニウム箔付き正極材もしくは正極活物質を混合したものでもよく、また、電池滓を、必要に応じて焙焼し、化学処理し、破砕し、および/もしくは篩別したもの等とすることができる。 As the lithium-ion battery scrap, it can be so-called battery slag, may be a mixture of this battery slag with a positive electrode material with an aluminum foil or a positive electrode active material, also, the battery slag, if necessary, roasted, It may be chemically treated, crushed, and/or sieved.

電池滓には、マンガン、ニッケル及びコバルトを含有するリチウム金属塩である正極活物質の他、カーボン、鉄及び銅を含む負極材や、正極活物質が付着されるアルミニウム箔、リチウムイオン電池のアルミニウム筐体が含まれることがある。具体的には、リチウムイオン電池には、正極活物質を構成するリチウム、ニッケル、コバルト、マンガンのうちの一種の元素からなる単独金属酸化物および/または、二種以上の元素からなる複合金属酸化物、並びに、アルミニウム、銅、鉄、カーボン等が含まれ得る。 In addition to the positive electrode active material, which is a lithium metal salt containing manganese, nickel and cobalt, the negative electrode material containing carbon, iron and copper, the aluminum foil to which the positive electrode active material is attached, and the aluminum of the lithium ion battery A housing may be included. Specifically, in a lithium ion battery, a single metal oxide composed of one element of lithium, nickel, cobalt, and manganese constituting a positive electrode active material and/or a composite metal oxide composed of two or more elements. Objects, as well as aluminum, copper, iron, carbon and the like.

この発明では、銅を、たとえば0.5質量%〜5質量%、好ましくは1質量%〜15質量%で含むリチウムイオン電池スクラップを対象とすることが特に効果的である。このような比較的多量の銅を含むリチウムイオン電池スクラップを従来の方法で浸出した場合、多量の銅が溶解した溶液に対して溶媒抽出を行うことになり、その後の電解工程で、電着異常が発生する原因となるからである。なお、リチウムイオン電池スクラップ中に含まれる銅が少なすぎる場合、特に大きな問題とはならないが、この発明を適用することによる効果が薄くなる。 In the present invention, it is particularly effective to target a lithium ion battery scrap containing copper in an amount of 0.5% by mass to 5% by mass, preferably 1% by mass to 15% by mass. When such a lithium-ion battery scrap containing a relatively large amount of copper is leached by the conventional method, solvent extraction is performed on a solution in which a large amount of copper is dissolved. This will cause the occurrence of. When the amount of copper contained in the lithium-ion battery scrap is too small, this is not a serious problem, but the effect of applying the present invention is small.

(浸出工程)
浸出工程では、たとえば破砕・篩別により篩下に得られた粉末状の上記のリチウムイオン電池スクラップを、浸出液としての硫酸酸性溶液等の酸性溶液と接触させて浸出させる。それにより、リチウムイオン電池スクラップに含まれる所定の金属が浸出した浸出後液を得る。
(Leaching process)
In the leaching step, for example, the powdery lithium ion battery scrap obtained under the sieve by crushing and sieving is brought into contact with an acidic solution such as a sulfuric acid acidic solution as a leaching solution to be leached. Thereby, a post-leaching solution in which a predetermined metal contained in the lithium-ion battery scrap is leached is obtained.

ここにおいて、この実施形態では、リチウムイオン電池スクラップを投入した酸性溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)を、たとえば0.5分もしくは0.1分等の数分おきに計測し、その酸化還元電位が、それまでの変化と比較して急上昇し始めたタイミングで、酸性溶液に、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素の金属又は、該少なくとも一種の元素を含有する合金からなる金属片を添加する。 Here, in this embodiment, the oxidation-reduction potential (ORPvsAg/AgCl) of the acidic solution charged with the lithium-ion battery scrap is measured every few minutes such as 0.5 minutes or 0.1 minutes, and the redox potential thereof is measured. At the timing when the electric potential started to rise sharply as compared with the change so far, the acidic solution contained a metal of at least one element of iron, nickel and cobalt, or a metal composed of an alloy containing the at least one element. Add pieces.

酸性溶液と、銅を含むリチウムイオン電池スクラップとを接触させると、たとえばリチウムイオン電池スクラップに含まれ得る正極活物質のコバルトや、アルミニウム箔のアルミニウム等が、銅よりも卑な金属であることに起因して、銅よりも先に溶解することになり、その後、それらの金属が完全に溶解した際に、銅の溶解が開始するとともに酸化還元電位が急上昇する。
このタイミングで、鉄、ニッケル及び/又はコバルトを酸性溶液に添加することにより、銅の代わりにそれらの添加金属が溶解し、銅の溶解が抑制されて銅が浸出されないことになる。なおここで、酸化還元電位が急上昇し、銅が溶解するORP値に達した後には銅の溶解が始まるところ、鉄、ニッケル及び/又はコバルトの添加前に、銅が若干溶解していたとしても、添加された鉄、ニッケル及び/又はコバルトの溶解に伴い、銅がイオンから固体に戻ることもあると考えられる。いずれにしても、鉄、ニッケル及び/又はコバルトの添加は、浸出工程で得られる浸出後液中に銅を固体で残すことに寄与する。
When the acidic solution and the lithium-ion battery scrap containing copper are brought into contact with each other, for example, cobalt of the positive electrode active material that may be contained in the lithium-ion battery scrap, aluminum of the aluminum foil, or the like becomes a base metal than copper. Due to this, it dissolves before copper, and when the metals are completely dissolved thereafter, the dissolution of copper starts and the redox potential rises sharply.
By adding iron, nickel, and/or cobalt to the acidic solution at this timing, the added metal is dissolved instead of copper, and the dissolution of copper is suppressed and copper is not leached. It should be noted that here, when the oxidation-reduction potential rapidly rises and the dissolution of copper begins after reaching the ORP value at which copper is dissolved, even if copper is slightly dissolved before the addition of iron, nickel and/or cobalt. It is considered that copper may return from an ion to a solid with the dissolution of added iron, nickel and/or cobalt. In any case, the addition of iron, nickel and/or cobalt contributes to leaving copper as a solid in the post-leaching solution obtained in the leaching step.

金属片を酸性溶液に添加するタイミングは、具体的には、酸性溶液とリチウムイオン電池スクラップとを接触させた後、酸性溶液の酸化還元電位の上昇速度が15mV/min以上、好ましくは30mV/min以上となったときとすることができ、特に、酸化還元電位の上昇速度が一旦15mV/min以上となったときから5分経過するまでの間、好ましくは1分経過するまでの間とすることが好ましい。酸化還元電位の上昇速度が15mV/min未満では、リチウムイオン電池スクラップに含まれ得るコバルト等が完全に溶解しておらず、銅の溶解がまだ始まる前の状態と考えられる。また、酸化還元電位の上昇速度が15mV/min以上となってから5分を経過した後は、かなりの銅が既に溶解していることが懸念される。 Regarding the timing of adding the metal piece to the acidic solution, specifically, after the acidic solution and the lithium ion battery scrap are brought into contact with each other, the rate of increase of the oxidation-reduction potential of the acidic solution is 15 mV/min or more, preferably 30 mV/min. When the rate of increase of the oxidation-reduction potential once reaches 15 mV/min or more, 5 minutes have elapsed, preferably 1 minute has elapsed. Is preferred. When the rate of increase of the oxidation-reduction potential is less than 15 mV/min, it is considered that cobalt or the like that may be contained in the lithium-ion battery scrap is not completely dissolved and copper is not yet dissolved. Further, it is feared that a considerable amount of copper is already dissolved after 5 minutes have passed since the rate of increase of the redox potential was 15 mV/min or more.

より具体的には、酸性溶液の酸化還元電位が、たとえば−300mV以上かつ−100mV以下となったとき、好ましくは−250mV以上かつ−200mV以下となったときに、上述した金属片を添加することができる。酸化還元電位が低すぎる状態で金属片を添加すると、リチウムイオン電池スクラップに含まれ得るコバルト等が完全に溶解しておらず銅の溶解がまだ始まる前の状態と考えられ、この一方で、酸化還元電位が高すぎる状態で金属片を添加すると、銅が既に溶解していることが懸念されるからである。 More specifically, when the redox potential of the acidic solution is, for example, −300 mV or more and −100 mV or less, preferably −250 mV or more and −200 mV or less, the above-mentioned metal piece is added. You can If metal pieces are added when the oxidation-reduction potential is too low, it is considered that cobalt, which may be contained in lithium-ion battery scrap, is not completely dissolved and copper is not yet dissolved. This is because if the metal piece is added in a state where the reduction potential is too high, it is feared that copper has already been dissolved.

酸性溶液に添加する金属片は、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素を含む金属であり、これが単体金属からなるか又は合金からなるかは問わない。
鉄、ニッケル、コバルトは、イオン化傾向が銅よりも大きく、銅に比して溶けやすいことから、上述したような銅の浸出抑制を可能にする。しかも、これらの元素は、そもそもリチウムイオン電池スクラップに含まれていることが多く、浸出工程後に除去ないし回収しやすい。なお、アルミニウムも銅よりイオン化傾向が大きく、リチウムイオン電池スクラップに含まれ得るが、浸出工程後の除去が比較的困難であることから、酸性溶液への添加元素としてはあまり望ましくない。
The metal piece added to the acidic solution is a metal containing at least one element of iron, nickel, and cobalt, and it does not matter whether it is a simple metal or an alloy.
Iron, nickel, and cobalt have an ionization tendency larger than that of copper and are more easily melted than copper, so that the leaching of copper as described above can be suppressed. Moreover, these elements are often contained in the lithium ion battery scrap in the first place, and are easily removed or recovered after the leaching step. It should be noted that aluminum also has a greater ionization tendency than copper and can be contained in lithium-ion battery scrap, but it is relatively unfavorable as an additive element to an acidic solution because it is relatively difficult to remove after the leaching step.

上述した元素を金属片の形態で酸性溶液に添加するのは、浸出工程の後の種々の工程での固液分離等による回収が容易になるからである。この金属片としては、たとえば、最大寸法が、好ましくは1mm〜1000mm、より好ましくは10mm〜100mmの板状もしくは箔状のものとすることができる。この範囲内の寸法の金属片であれば、有効に溶解し得る程度の酸性溶液との接触面積が確保されるとともに、溶解後の溶け残ったものを後工程で容易に回収することができる。細かい粉末状とした場合は、浸出工程後の回収に手間ないし器具を要することがあり、この一方で、ある程度の大きさを有するブロックもしくは塊状とした場合は、酸性溶液との接触面積が小さくなってあまり溶解せず、銅の溶解が有効に抑制されないおそれがある。 The above-mentioned elements are added to the acidic solution in the form of metal pieces because they facilitate recovery by solid-liquid separation in various steps after the leaching step. The metal piece may be, for example, a plate-like or foil-like material having a maximum dimension of preferably 1 mm to 1000 mm, more preferably 10 mm to 100 mm. If the metal piece has a size within this range, a contact area with an acidic solution that can be effectively dissolved is secured, and the undissolved material after dissolution can be easily recovered in a subsequent step. When it is made into a fine powder, it may take time and equipment to collect it after the leaching step.On the other hand, when it is made into a block or a lump having a certain size, the contact area with the acidic solution becomes small. May not be dissolved so much that the dissolution of copper may not be effectively suppressed.

浸出工程では、浸出液のpHは、0〜2.0とすることができる。このときのpHが大きすぎると、コバルト及びニッケルの浸出速度が十分でない可能性があり、この一方で、pHが小さすぎると、浸出が急速に進み、銅が浸出してしまい、また、後工程にてpHを上げる必要がある際はpH調整のためコスト増となる可能性があるからである。 In the leaching step, the pH of the leaching solution can be 0 to 2.0. If the pH at this time is too high, the leaching rate of cobalt and nickel may not be sufficient. On the other hand, if the pH is too low, the leaching proceeds rapidly and copper is leached. This is because there is a possibility that the cost will increase due to the pH adjustment when it is necessary to raise the pH.

また浸出工程で、リチウムイオン電池スクラップを酸性溶液に添加したときから浸出終了までの浸出時間は0.5時間〜10時間とすることが好ましい。反応時間が短すぎると、溶かしたいコバルトやニッケルが十分に溶解しない場合がある。一方、浸出時間が長すぎると、銅の溶解が始まるおそれがあるからである。浸出時間のより好ましい範囲は、1時間〜5時間、さらに好ましくは1時間〜3時間である。 In the leaching step, the leaching time from the time when the lithium ion battery scrap is added to the acidic solution to the end of the leaching is preferably 0.5 hours to 10 hours. If the reaction time is too short, the desired cobalt or nickel may not be sufficiently dissolved. On the other hand, if the leaching time is too long, the dissolution of copper may start. The more preferable range of the leaching time is 1 hour to 5 hours, and further preferably 1 hour to 3 hours.

以上に述べた浸出工程の後は、たとえば、図1に示す実施形態又は図2に示す実施形態の工程を行うことができる。以下にそれぞれの実施形態を詳細に説明する。 After the leaching step described above, for example, the steps of the embodiment shown in FIG. 1 or the embodiment shown in FIG. 2 can be performed. Each embodiment will be described in detail below.

<図1に示す実施形態>
図1に示す実施形態では、上記の浸出工程の後、脱アルミニウム工程及び脱鉄工程をこの順序で行い、その後、抽出工程を経てコバルト/ニッケル回収工程、リチウム回収工程を行う。
<Embodiment shown in FIG. 1>
In the embodiment shown in FIG. 1, after the above leaching step, a dealumination step and an iron removal step are performed in this order, and then a cobalt/nickel recovery step and a lithium recovery step are performed through an extraction step.

(脱アルミニウム工程)
脱アルミニウム工程では、上記の浸出工程で得られた浸出後液のpHを、4.0〜6.0の範囲内に上昇させて中和することにより、浸出後液中のアルミニウムを沈殿させ、その後の固液分離により、かかるアルミニウムを除去する。
(Dealuminization process)
In the dealumination step, the pH of the post-leaching solution obtained in the above-mentioned leaching step is increased to a range of 4.0 to 6.0 for neutralization to precipitate aluminum in the post-leaching solution, The aluminum is removed by the subsequent solid-liquid separation.

この脱アルミニウム工程で、pHが低すぎるとアルミニウムを十分に沈殿させることができず、この一方で、pHが高すぎるとコバルト等の他の金属も沈殿してしまう。この観点より、脱アルミニウム工程における浸出後液のpHは、4.0〜6.0とすることがより好ましく、特に、4.5〜5.0とすることがさらに好ましい。
脱アルミニウム工程では、pHを上述した範囲内に上昇させるため、浸出後液に、たとえば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等のアルカリを添加することができる。
In this dealumination step, if the pH is too low, aluminum cannot be sufficiently precipitated, while if the pH is too high, other metals such as cobalt will also be precipitated. From this viewpoint, the pH of the solution after leaching in the dealumination step is more preferably 4.0 to 6.0, and particularly preferably 4.5 to 5.0.
In the dealumination step, since the pH is raised within the above range, an alkali such as sodium hydroxide, sodium carbonate or ammonia can be added to the post-leaching solution.

また脱アルミニウム工程では、浸出後液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)を−500mV〜100mVとすることが好ましく、さらには、−400mV〜0mVとすることがより好ましい。このときの酸化還元電位が高すぎる場合は、コバルトが四酸化三コバルト(Co34)として沈殿するおそれがあり、この一方で、酸化還元電位が低すぎると、コバルトが単体金属(Coメタル)に還元されて沈殿することが懸念される。 In the dealumination step, the redox potential (ORPvsAg/AgCl) of the solution after leaching is preferably −500 mV to 100 mV, and more preferably −400 mV to 0 mV. If the redox potential at this time is too high, cobalt may precipitate as tricobalt tetroxide (Co 3 O 4 ). On the other hand, if the redox potential is too low, cobalt may be a single metal (Co metal). ) And is likely to precipitate.

そしてまた、脱アルミニウム工程では、浸出後液の温度を、50℃〜90℃とすることが好適である。これはすなわち、浸出後液の温度を50℃未満とした場合は、反応性が悪くなることが懸念され、また、90℃より高くした場合は高熱に耐えられる装置が必要になる他、安全上も好ましくない。 In addition, in the dealumination step, it is preferable that the temperature of the liquid after leaching is 50°C to 90°C. This means that if the temperature of the liquid after leaching is lower than 50°C, the reactivity may deteriorate, and if it is higher than 90°C, a device capable of withstanding high heat is required, and for safety reasons. Is also not preferable.

上述したようにしてアルミニウムを十分に沈殿させた後は、フィルタープレスやシックナー等の公知の装置及び方法を用いて固液分離を行って、主として、沈殿したアルミニウムを除去する。
脱アルミニウム工程における固液分離では、浸出工程で溶かさずに固体として残した銅や、リチウムイオン電池スクラップに含まれ得るカーボンもまた分離させることができる。この固液分離では、アルミニウムとともに銅も除去できるので、たとえば浸出工程直後の銅を単独で除去するための固液分離を省略することができて、処理能率の向上およびコストの低減を図ることができる。したがって、浸出工程後で脱アルミニウム工程前には固液分離を行わずに、浸出後液中の銅を固体のままで残すことが好適である。
After the aluminum is sufficiently precipitated as described above, solid-liquid separation is performed using a known device and method such as a filter press or thickener to mainly remove the precipitated aluminum.
In the solid-liquid separation in the dealumination step, copper that has not been melted and remains as a solid in the leaching step and carbon that can be contained in the lithium ion battery scrap can also be separated. In this solid-liquid separation, copper can be removed together with aluminum, so that solid-liquid separation for removing copper alone immediately after the leaching step can be omitted, and treatment efficiency can be improved and cost can be reduced. it can. Therefore, it is preferable that the solid-liquid separation is not performed after the leaching step and before the dealumination step, and the copper in the liquid after leaching remains as a solid.

また、アルミニウムのみの沈殿物を濾過しようとすると、ゲル状のアルミニウム沈殿物は濾過することが困難であり、濾過速度の低下を招くが、この脱アルミニウム工程における固液分離では、沈殿物に、アルミニウムのみならず銅やカーボン等が含まれることから、かかる銅やカーボン等が、ゲル状のアルミニウム沈殿物の濾過のしにくさを補って、濾過に要する時間を短縮化することができる。 Further, when trying to filter the precipitate of only aluminum, it is difficult to filter the gel-like aluminum precipitate, which leads to a decrease in the filtration rate, but in the solid-liquid separation in this dealumination step, the precipitate becomes Since not only aluminum but also copper, carbon, etc. are contained, such copper, carbon, etc. can compensate for the difficulty in filtering the gel-like aluminum precipitate and shorten the time required for filtration.

なお、先述の浸出工程で得られる浸出後液が、それに溶解したリチウムを含む場合であって、浸出後液中のアルミニウムに対するリチウムのモル比(Li/Al比)が、1.1以上であれば、脱アルミニウム工程における沈殿物に含まれるアルミニウムが、ゲル状のAl(OH)3の他、結晶性のあるLiAlO2、LiAl2(OH)7等の複合酸化物、複合水酸化物を生成し、粉末状に近い形態となる。この場合は、更なる濾過時間の短縮化を図ることができる。この観点から、浸出後液中のアルミニウムに対するリチウムのモル比(Li/Al比)は、1.1以上とすることが好ましい。 In the case where the post-leaching solution obtained in the above-mentioned leaching step contains lithium dissolved therein, the molar ratio of lithium to aluminum (Li/Al ratio) in the post-leaching solution should be 1.1 or more. For example, aluminum contained in the precipitate in the dealumination step produces gel-like Al(OH) 3 as well as crystalline complex oxides such as LiAlO 2 and LiAl 2 (OH) 7 , and complex hydroxides. Then, it becomes a powder-like form. In this case, the filtration time can be further shortened. From this viewpoint, the molar ratio of lithium to aluminum (Li/Al ratio) in the liquid after leaching is preferably 1.1 or more.

なお、浸出後液中のリチウムは、リチウムイオン電池スクラップにそもそも含まれるリチウムが酸浸出されたものとすることができる他、浸出後液に他のリチウム含有材料を添加して、これが酸浸出されたものとすることもできる。また、リチウム含有材料の添加により、浸出後液中のAl/Li比を調整することが可能である。このリチウム含有材料としては、試薬を用いることもできるが、リチウムイオン電池スクラップの処理プロセスで得られた炭酸リチウム、水酸化リチウムその他のリチウム化合物や、これらのうちの少なくとも一種を水に溶解させて得られるリチウム水溶液とすることが好ましい。 The lithium in the post-leaching solution may be lithium that is originally contained in the lithium-ion battery scrap, which has been acid-leached.In addition, other lithium-containing materials may be added to the post-leaching solution to remove the acid. It can also be used. Also, the addition of the lithium-containing material makes it possible to adjust the Al/Li ratio in the liquid after leaching. As the lithium-containing material, a reagent may be used, but lithium carbonate, lithium hydroxide or other lithium compound obtained in the process of treating lithium-ion battery scrap, or at least one of these dissolved in water The obtained lithium aqueous solution is preferable.

(脱鉄工程)
脱鉄工程では、上記の脱アルミニウム工程で得られた溶液に、酸化剤を添加するとともに、pHを3.0〜5.0の範囲内に調整することにより、溶液中の鉄を沈殿させ、その後の固液分離により、かかる鉄を除去する。
(Deferring process)
In the iron removal step, the solution obtained in the above dealumination step is added with an oxidizing agent, and the pH is adjusted within the range of 3.0 to 5.0 to precipitate iron in the solution, Such iron is removed by the subsequent solid-liquid separation.

この脱鉄工程では、酸化剤の添加により、溶液中の鉄が、2価から3価へ酸化されることになり、3価の鉄は2価の鉄よりも低いpHで酸化物(水酸化物)として沈殿することから、上記のような比較的低いpHに調整することで、鉄を沈殿させることができる。多くの場合、鉄は、水酸化鉄(Fe(OH)3)等の固体となって沈殿する。
ここで、仮にpHを大きく上昇させた場合はコバルトの沈殿を招くが、この脱鉄工程では、それほどpHを上昇させることなしに、鉄を沈殿させることができるので、この際のコバルトの沈殿を有効に抑制することができる。
In this iron removal step, the iron in the solution is oxidized from divalent to trivalent by the addition of an oxidizing agent, and trivalent iron is oxidized (hydroxylated) at a pH lower than that of divalent iron. Since it precipitates as a substance), iron can be precipitated by adjusting to a relatively low pH as described above. In many cases, iron precipitates as a solid such as iron hydroxide (Fe(OH) 3 ).
Here, if the pH is raised significantly, it causes the precipitation of cobalt, but in this deironing step, the iron can be precipitated without raising the pH so much, so that the precipitation of cobalt at this time is prevented. It can be effectively suppressed.

脱鉄工程で、pHが低すぎると鉄を十分に沈殿させることができず、この一方で、pHが高すぎると、コバルト等の他の金属も沈殿してしまう。この観点より、脱鉄工程におけるpHは、3.0〜4.0とすることがより好ましく、特に3.0〜3.5とすることがさらに好ましい。 In the iron removal step, if the pH is too low, iron cannot be sufficiently precipitated, while if the pH is too high, other metals such as cobalt will also be precipitated. From this viewpoint, the pH in the deironing step is more preferably 3.0 to 4.0, and particularly preferably 3.0 to 3.5.

また脱鉄工程では、溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)を、好ましくは300mV〜900mV、より好ましくは500mV〜700mVとする。このときの酸化還元電位が低すぎる場合は、鉄が酸化されない可能性があり、この一方で、酸化還元電位が高すぎると、コバルトが酸化され酸化物として沈殿するおそれがある。 In the iron removal step, the redox potential (ORPvsAg/AgCl) of the solution is preferably 300 mV to 900 mV, more preferably 500 mV to 700 mV. If the oxidation-reduction potential at this time is too low, iron may not be oxidized, while if the oxidation-reduction potential is too high, cobalt may be oxidized and precipitated as an oxide.

脱鉄工程では、酸化剤の添加に先立って、上述した範囲にpHを低下させるため、たとえば、硫酸、塩酸、硝酸等の酸を添加することができる。 In the iron removal step, the pH is lowered to the above-mentioned range prior to the addition of the oxidizing agent, so that an acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid or nitric acid can be added.

脱鉄工程で添加する酸化剤は、鉄を酸化できるものであれば特に限定されないが、二酸化マンガン、正極活物質、及び/又は、正極活物質を浸出して得られるマンガン含有浸出残渣とすることが好ましい。これらは、溶液中の鉄を効果的に酸化させることができる。なお、正極活物質を酸等により浸出して得られるマンガン含有浸出残渣には、二酸化マンガンが含まれ得る。
酸化剤として上記の正極活物質等を用いる場合、溶液に溶解しているマンガンが二酸化マンガンとなる析出反応が生じるので、析出したマンガンを鉄とともに除去することができる。
The oxidizing agent added in the iron removal step is not particularly limited as long as it can oxidize iron, but manganese dioxide, a positive electrode active material, and/or a manganese-containing leaching residue obtained by leaching the positive electrode active material. Is preferred. These are able to effectively oxidize iron in solution. The manganese-containing leaching residue obtained by leaching the positive electrode active material with an acid or the like may contain manganese dioxide.
When the above positive electrode active material or the like is used as the oxidizing agent, a precipitation reaction occurs in which manganese dissolved in the solution becomes manganese dioxide, so that the precipitated manganese can be removed together with iron.

酸化剤の添加後は、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等のアルカリを添加して、pHを所定の範囲に調整することができる。 After the addition of the oxidizing agent, alkali such as sodium hydroxide, sodium carbonate or ammonia can be added to adjust the pH within a predetermined range.

(抽出工程)
リチウムイオン電池スクラップにマンガンが含まれること等によって、脱アルミニウム工程及び脱鉄工程を経て得られた分離後液にマンガンが含まれる場合や、先述した浸出工程、脱アルミニウム工程、脱鉄工程で完全に除去されずに残った銅、アルミニウム、鉄が当該分離後液に含まれる場合があり、この場合は、その分離後液に対してマンガン等を抽出する抽出工程を行うことができる。但し、当該分離後液にマンガン等が含まれない場合は、この抽出工程は省略することも可能である。
(Extraction process)
When manganese is contained in the post-separation liquid obtained through the dealumination process and deironing process due to the inclusion of manganese in the lithium-ion battery scrap, etc., and the leaching process, dealumination process, and deironing process described earlier In some cases, copper, aluminum, and iron that have not been removed and remain in the post-separation liquid, and in this case, an extraction step of extracting manganese or the like from the post-separation liquid can be performed. However, when the liquid after separation does not contain manganese or the like, this extraction step can be omitted.

具体的には、抽出工程では、脱鉄工程後の分離後液に対して、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を含有する混合抽出剤を使用して溶媒抽出し、マンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを分離させることができる。
特に、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を併用することにより、銅、鉄、アルミニウムの分離効率が顕著に向上する。なかでも、銅はほとんど抽出することができる。
Specifically, in the extraction step, solvent extraction is performed on the post-separation liquid after the iron removal step using a mixed extractant containing a phosphoric acid ester-based extractant and an oxime-based extractant to obtain manganese, copper, iron. And/or aluminum can be separated.
In particular, the combined use of the phosphoric acid ester-based extractant and the oxime-based extractant markedly improves the separation efficiency of copper, iron, and aluminum. Most of all, copper can be extracted.

(コバルト/ニッケル回収工程)
マンガン抽出工程の後、抽出残液中のコバルト及び/又はニッケルを回収する。コバルト及び/又はニッケルの回収はそれぞれ、公知の方法により行うことができる。具体的には、コバルト及びニッケルの溶媒抽出をそれぞれ順次に行い、溶媒中のコバルトを逆抽出によって水相に移動させて電解採取によって回収し、また、溶媒中のニッケルも同様に逆抽出および電解採取により回収可能である。
(Cobalt/Nickel recovery process)
After the manganese extraction step, cobalt and/or nickel in the extraction residual liquid is recovered. The recovery of cobalt and/or nickel can be performed by known methods. Specifically, solvent extraction of cobalt and nickel is performed sequentially, cobalt in the solvent is transferred to the aqueous phase by back extraction and recovered by electrowinning, and nickel in the solvent is also back extracted and electrolyzed. It can be collected by collection.

(リチウム回収工程)
コバルト/ニッケル回収工程の後、リチウムが残っている場合は、水相のリチウムを、たとえば、炭酸化して炭酸リチウムとして回収することができる。
(Lithium recovery process)
If lithium remains after the cobalt/nickel recovery step, the lithium in the aqueous phase can be carbonized and recovered as lithium carbonate, for example.

<図2に示す実施形態>
図2に示す実施形態では、上記の浸出工程の後、図1に示す実施形態とは逆に、脱鉄工程及び脱アルミニウム工程をこの順序で行った後に、図1に示す実施形態と同様にして、抽出工程を経て、コバルト/ニッケル回収工程、リチウム回収工程を行う。
図2に示す実施形態では、上述した浸出工程の終わりに、浸出後液に対して、フィルタープレスやシックナー等の公知の装置及び方法を用いて固液分離を行い、浸出後液に含まれる銅等の固体を除去することができる。
<Embodiment shown in FIG. 2>
In the embodiment shown in FIG. 2, after the leaching step described above, the iron removal step and the dealumination step are performed in this order, which is the reverse of the embodiment shown in FIG. Then, after the extraction process, a cobalt/nickel recovery process and a lithium recovery process are performed.
In the embodiment shown in FIG. 2, at the end of the leaching step described above, solid-liquid separation is performed on the post-leaching solution by using a known device and method such as a filter press or thickener, and copper contained in the post-leaching solution is removed. Solids, etc. can be removed.

(脱鉄工程)
浸出工程の固液分離の後、脱鉄工程として、酸化剤を添加するとともに、pHを3.0〜4.0の範囲内に調整することにより、溶液中の鉄を沈殿させ、その後の固液分離により、かかる鉄を除去する。
この脱鉄工程では、酸化剤の添加により、溶液中の鉄が、2価から3価へ酸化され、3価の鉄は2価の鉄よりも低いpHで酸化物(水酸化物)として沈殿することから、上記のような比較的低いpHに調整することで、鉄を沈殿させることができる。多くの場合、鉄は、水酸化鉄(Fe(OH)3)等の固体となって沈殿する。
pHを大きく上昇させた場合はコバルトの沈殿を招くが、この脱鉄工程では、それほどpHを上昇させることなしに、鉄を沈殿させることができるので、この際のコバルトの沈殿を有効に抑制することができる。
(Deferring process)
After solid-liquid separation in the leaching step, as an iron removal step, an oxidizing agent is added and the pH is adjusted within the range of 3.0 to 4.0 to precipitate iron in the solution, and then the solid is removed. Liquid separation removes such iron.
In this deironing step, the iron in the solution is oxidized from divalent to trivalent by the addition of an oxidizing agent, and the trivalent iron precipitates as an oxide (hydroxide) at a pH lower than that of divalent iron. Therefore, iron can be precipitated by adjusting to a relatively low pH as described above. In many cases, iron precipitates as a solid such as iron hydroxide (Fe(OH) 3 ).
When the pH is raised significantly, cobalt is precipitated, but in this deironing step, iron can be precipitated without raising the pH so much, so that the precipitation of cobalt at this time is effectively suppressed. be able to.

脱鉄工程で、pHが低すぎると鉄を十分に沈殿させることができず、この一方で、pHが高すぎると、コバルト等の他の金属も沈殿してしまう。この観点より、脱鉄工程におけるpHは、3.0〜4.0とすることがより好ましい。 In the iron removal step, if the pH is too low, iron cannot be sufficiently precipitated, while if the pH is too high, other metals such as cobalt will also be precipitated. From this viewpoint, the pH in the deironing step is more preferably 3.0 to 4.0.

また脱鉄工程では、溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)を、好ましくは500mV〜1400mV、より好ましくは700mV〜1200mVとする。このときの酸化還元電位が高すぎる場合は、コバルトが酸化され酸化物として沈殿するおそれがあり、この一方で、酸化還元電位が低すぎると、鉄が酸化されない可能性がある。 In the iron removal step, the redox potential (ORPvsAg/AgCl) of the solution is preferably 500 mV to 1400 mV, more preferably 700 mV to 1200 mV. If the redox potential at this time is too high, cobalt may be oxidized and precipitated as an oxide. On the other hand, if the redox potential is too low, iron may not be oxidized.

脱鉄工程で添加する酸化剤は、鉄を酸化できるものであれば特に限定されないが、二酸化マンガン、正極活物質、及び/又は、正極活物質を浸出して得られるマンガン含有浸出残渣とすることが好ましい。これらは、溶液中の鉄を効果的に酸化させることができる。なお、正極活物質を酸等により浸出して得られるマンガン含有浸出残渣には、二酸化マンガンが含まれ得る。
なお、酸化剤として上記の正極活物質を用いる場合、溶液に溶解しているマンガンが二酸化マンガンとなる析出反応を生じるので、析出したマンガンを鉄とともに除去することができる。
The oxidizing agent added in the iron removal step is not particularly limited as long as it can oxidize iron, but manganese dioxide, a positive electrode active material, and/or a manganese-containing leaching residue obtained by leaching the positive electrode active material. Is preferred. These are able to effectively oxidize iron in solution. The manganese-containing leaching residue obtained by leaching the positive electrode active material with an acid or the like may contain manganese dioxide.
When the above positive electrode active material is used as the oxidizing agent, manganese dissolved in the solution causes a precipitation reaction to form manganese dioxide, so that the precipitated manganese can be removed together with iron.

また、脱鉄工程では、上述した範囲にpHを調整するため、たとえば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等のアルカリを添加することができる。 Further, in the deferring step, in order to adjust the pH within the above range, for example, an alkali such as sodium hydroxide, sodium carbonate or ammonia can be added.

(脱アルミニウム工程)
脱アルミニウム工程では、上記の脱鉄工程で得られた溶液のpHを、4.0〜6.0の範囲内に上昇させて中和することにより、当該溶液中のアルミニウムを沈殿させ、その後の固液分離により、かかるアルミニウムを除去する。
(Dealuminization process)
In the dealumination step, the pH of the solution obtained in the above deferring step is raised to be in the range of 4.0 to 6.0 for neutralization to precipitate aluminum in the solution, and then Such aluminum is removed by solid-liquid separation.

この脱アルミニウム工程で、pHが低すぎるとアルミニウムを十分に沈殿させることができず、この一方で、pHが高すぎると、コバルト等の他の金属も沈殿してしまう。この観点より、脱アルミニウム工程におけるpHは、4.0〜6.0とすることがより好ましく、特に、4.5〜5.0とすることがさらに好ましい。
脱アルミニウム工程では、pHを上述した範囲内に上昇させるため、たとえば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等のアルカリを添加することができる。
In this dealumination step, if the pH is too low, aluminum cannot be sufficiently precipitated, while if the pH is too high, other metals such as cobalt will also be precipitated. From this viewpoint, the pH in the dealumination step is more preferably 4.0 to 6.0, and particularly preferably 4.5 to 5.0.
In the dealumination step, in order to raise the pH within the above range, for example, an alkali such as sodium hydroxide, sodium carbonate or ammonia can be added.

そしてまた、脱アルミニウム工程では、溶液の温度を、60℃〜90℃とすることが好適である。これはすなわち、温度を60℃未満とした場合は、反応性が悪くなることが懸念され、また、90℃より高くした場合は、高熱に耐えられる装置が必要になる他、安全上も好ましくない。そのため、溶液の温度は、60℃〜90℃とすることが好ましい。 In addition, in the dealumination step, it is preferable that the temperature of the solution is 60°C to 90°C. This means that if the temperature is lower than 60°C, the reactivity may deteriorate, and if the temperature is higher than 90°C, a device capable of withstanding high heat is required and it is not preferable in terms of safety. .. Therefore, the temperature of the solution is preferably 60°C to 90°C.

ここで、先述の浸出工程で得られる浸出後液が、溶解したリチウムを含む場合、浸出後液中のアルミニウムに対するリチウムのモル比(Li/Al比)を、1.1以上としておくことが、この脱アルミニウム工程での沈殿物の濾過性向上の点で好ましい。この場合、脱アルミニウム工程における沈殿物に含まれるアルミニウムが、ゲル状のAl(OH)3の他、結晶性のあるLiAlO2、LiAl2(OH)7等の複合酸化物、複合水酸化物を生成し、粉末状に近い形態となるこの沈殿物は、固液分離時に濾過し易いことから、脱アルミニウム工程での固液分離の際の濾過に要する時間を短縮化することができる。
この観点から、浸出後液中のアルミニウムに対するリチウムのモル比(Li/Al比)は、1.1以上とすることが好ましい。
Here, when the post-leaching solution obtained in the above-mentioned leaching step contains dissolved lithium, the molar ratio of lithium to aluminum (Li/Al ratio) in the post-leaching solution may be set to 1.1 or more, It is preferable in terms of improving the filterability of the precipitate in this dealumination step. In this case, aluminum contained in the precipitate in the dealumination step is not only gel Al(OH) 3 but also crystalline oxides such as LiAlO 2 and LiAl 2 (OH) 7 and complex hydroxides. This precipitate, which is formed and has a form close to a powder, is easy to filter during solid-liquid separation, and therefore the time required for filtration during solid-liquid separation in the dealumination step can be shortened.
From this viewpoint, the molar ratio of lithium to aluminum (Li/Al ratio) in the liquid after leaching is preferably 1.1 or more.

なお、浸出後液中のリチウムは、リチウムイオン電池スクラップにそもそも含まれるリチウムが酸浸出されたものとすることができる他、浸出後液等に他のリチウム含有材料を添加して、これが酸浸出されたものとすることもできる。また、リチウム含有材料の添加により、浸出後液中のAl/Li比を調整することが可能である。このリチウム含有材料としては、試薬を用いることもできるが、リチウムイオン電池スクラップの処理プロセスで得られた炭酸リチウム、水酸化リチウムその他のリチウム化合物や、これらのうちの少なくとも一種を水に溶解させて得られるリチウム水溶液とすることが好ましい。 The lithium in the solution after leaching can be lithium that is originally contained in the lithium-ion battery scrap and is acid leached.In addition, other lithium-containing materials can be added to the solution after leaching to add this to acid leaching. It can also be made. Also, the addition of the lithium-containing material makes it possible to adjust the Al/Li ratio in the liquid after leaching. As the lithium-containing material, a reagent may be used, but lithium carbonate, lithium hydroxide or other lithium compound obtained in the process of treating lithium-ion battery scrap, or at least one of these dissolved in water The obtained lithium aqueous solution is preferable.

(抽出工程)
リチウムイオン電池スクラップにマンガンが含まれること等によって、脱鉄工程及び脱アルミニウム工程を経て得られた分離後液にマンガンが含まれる場合や、先述した浸出工程、脱鉄工程、脱アルミニウム工程で完全に除去されずに残った銅、鉄、アルミニウムが分離後液に含まれる場合があり、この場合は、分離後液に対してマンガン等を抽出する抽出工程を行うことができる。但し、分離後液にマンガン等が含まれない場合は、この抽出工程は省略することも可能である。
(Extraction process)
When manganese is contained in the post-separation liquid obtained through the deironing process and the dealumination process due to the inclusion of manganese in the lithium-ion battery scrap, etc. In some cases, the copper, iron, and aluminum that have not been removed but remain in the post-separation liquid may be included. In this case, an extraction step of extracting manganese or the like from the post-separation liquid may be performed. However, if the liquid after separation does not contain manganese or the like, this extraction step can be omitted.

具体的には、抽出工程では、脱アルミニウム工程後の分離後液に対して、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を含有する混合抽出剤を使用して溶媒抽出し、マンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを分離させることができる。
特に、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を併用することにより、銅、鉄、アルミニウムの分離効率が顕著に向上する。なかでも、銅はほとんど抽出することができる。
Specifically, in the extraction step, solvent extraction is performed on the post-separation liquid after the dealumination step using a mixed extraction agent containing a phosphoric acid ester-based extraction agent and an oxime-based extraction agent to obtain manganese, copper, iron. And/or aluminum can be separated.
In particular, the combined use of the phosphoric acid ester-based extractant and the oxime-based extractant markedly improves the separation efficiency of copper, iron, and aluminum. Most of all, copper can be extracted.

(コバルト/ニッケル回収工程)
マンガン抽出工程の後、抽出残液中のコバルト及び/又はニッケルを回収する。コバルト及び/又はニッケルの回収はそれぞれ、公知の方法により行うことができる。具体的には、コバルト及びニッケルの溶媒抽出をそれぞれ順次に行い、溶媒中のコバルトを逆抽出によって水相に移動させて電解採取によって回収し、また、溶媒中のニッケルも同様に逆抽出および電解採取により回収可能である。
(Cobalt/Nickel recovery process)
After the manganese extraction step, cobalt and/or nickel in the extraction residual liquid is recovered. The recovery of cobalt and/or nickel can be performed by known methods. Specifically, solvent extraction of cobalt and nickel is performed sequentially, cobalt in the solvent is transferred to the aqueous phase by back extraction and recovered by electrowinning, and nickel in the solvent is also back extracted and electrolyzed. It can be collected by collection.

(リチウム回収工程)
コバルト/ニッケル回収工程の後、リチウムが残っている場合は、水相のリチウムを、たとえば、炭酸化して炭酸リチウムとして回収することができる。
(Lithium recovery process)
If lithium remains after the cobalt/nickel recovery step, the lithium in the aqueous phase can be carbonized and recovered as lithium carbonate, for example.

次に、この発明を試験的に実施し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は、単なる例示を目的とするものであって、それに限定されることを意図するものではない。 Next, the present invention was carried out on a trial basis, and the effect thereof was confirmed. However, the description here is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting.

リチウムイオン電池スクラップとして表1に示す品位の電池粉41.1gを純水に投入して速度500rpmで撹拌した後、98%の濃硫酸をpHが1.8となるように添加し、それにより得た酸性溶液を70℃に加温した。 41.1 g of battery powder having the quality shown in Table 1 as lithium-ion battery scrap was put into pure water, stirred at a speed of 500 rpm, and 98% concentrated sulfuric acid was added thereto so that the pH was 1.8. The acidic solution obtained was heated to 70°C.

そして、酸性溶液のORPが−250mV(Ag/AgCl)になるまで、70℃で撹拌を継続し、この間もpHが1.8に維持されるように適宜濃硫酸を追加した。
実施例では、酸性溶液のORPが−250mVになった際に、0.5gのCoの金属片を酸性溶液に添加し、その添加後、30分間にわたって70℃で撹拌を継続した。一方、比較例では、かかる金属片を添加せずに、酸性溶液のORPが−250mVになってから30分間にわたって70℃で撹拌を継続した。
Then, stirring was continued at 70° C. until the ORP of the acidic solution became −250 mV (Ag/AgCl), and concentrated sulfuric acid was appropriately added so that the pH was maintained at 1.8 during this period.
In the example, when the ORP of the acidic solution reached −250 mV, 0.5 g of Co metal pieces were added to the acidic solution, and after the addition, stirring was continued at 70° C. for 30 minutes. On the other hand, in Comparative Example, stirring was continued at 70° C. for 30 minutes after the ORP of the acidic solution reached −250 mV without adding such metal pieces.

これらの実施例および比較例のそれぞれにおける時間の経過に伴うORP、pH及びCu濃度の変化を、図3及び4のそれぞれにグラフで示す。また、実施例および比較例のそれぞれにおけるそれらのORP、pH及びCu濃度の測定値を、ORP上昇速度とともに、表2及び表3にそれぞれ示す。
なおここでは、液温が70℃に達した時点を時間0hとした。
The changes in ORP, pH, and Cu concentration over time in each of these examples and comparative examples are shown graphically in FIGS. 3 and 4, respectively. Further, the measured values of ORP, pH and Cu concentration in each of the example and the comparative example are shown in Table 2 and Table 3 together with the ORP increasing rate.
Here, the time when the liquid temperature reached 70° C. was set to 0 h.

実施例では、図3に示すように、ORPが急上昇したタイミングで金属片を添加したことにより、酸性溶液中のCu濃度を低く抑えることができた。一方、比較例では、図4に示すように、金属片を添加しなかったことにより、Cu濃度が大きく上昇した。 In the example, as shown in FIG. 3, the Cu concentration in the acidic solution could be suppressed low by adding the metal piece at the timing when the ORP rapidly increased. On the other hand, in the comparative example, as shown in FIG. 4, the Cu concentration was significantly increased because the metal piece was not added.

以上の試験結果より、この発明によれば、浸出工程で銅を酸性溶液に溶解させずに固体として残すことができ、それにより、後工程での負荷の軽減に寄与できることが解かった。 From the above test results, it has been found that according to the present invention, copper can be left as a solid without being dissolved in an acidic solution in the leaching step, which can contribute to the reduction of the load in the subsequent step.

Claims (9)

少なくとも銅を含むリチウムイオン電池スクラップを酸性溶液に接触させて、リチウムイオン電池スクラップを浸出させる浸出工程を有し、
前記浸出工程にて、酸性溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)が急上昇し始めたタイミングで、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素を含む金属片を、酸性溶液に添加
前記金属片を添加するタイミングを、前記酸化還元電位の上昇速度が15mV/min以上となったときから5分経過するまでの間とする、リチウムイオン電池スクラップの処理方法。
Contacting a lithium-ion battery scrap containing at least copper with an acidic solution, and having a leaching step of leaching the lithium-ion battery scrap,
In the leaching step, at a timing when the oxidation-reduction potential (ORPvsAg/AgCl) of the acidic solution starts to rapidly increase, a metal piece containing at least one element of iron, nickel and cobalt is added to the acidic solution,
A method for treating a lithium-ion battery scrap , wherein the timing of adding the metal piece is from the time when the rate of increase of the redox potential becomes 15 mV/min or more until 5 minutes have elapsed .
前記浸出工程で得られる浸出後液がアルミニウム及び鉄を含み、
前記浸出後液を、pH4.0〜6.0の範囲内に中和した後に固液分離を行い、浸出後液中のアルミニウムを除去する脱アルミニウム工程と、前記脱アルミニウム工程の後、酸化剤を添加して、pHを3.0〜5.0の範囲内に調整した後に固液分離を行い、鉄を除去する脱鉄工程とをさらに有する、請求項1に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。
The post-leaching liquid obtained in the leaching step contains aluminum and iron,
The post-leaching solution is neutralized to a pH range of 4.0 to 6.0, and solid-liquid separation is performed to remove aluminum in the post-leaching solution, and an oxidizer after the dealumination step. Of the lithium ion battery scrap according to claim 1, further comprising a deironing step of removing iron by performing solid-liquid separation after adjusting the pH to a range of 3.0 to 5.0 by adding. Processing method.
前記浸出工程で、リチウムイオン電池スクラップに含まれる銅を固体のままで浸出後液中に残し、前記脱アルミニウム工程で、固液分離により、浸出後液中の銅を、アルミニウムとともに除去する、請求項に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。 In the leaching step, copper contained in lithium-ion battery scrap is left in the liquid after leaching as a solid, and in the dealumination step, copper in the leaching solution is removed together with aluminum by solid-liquid separation. Item 3. A method for treating lithium-ion battery scrap according to Item 2 . 前記浸出工程で得られる浸出後液がアルミニウム及び鉄を含み、
前記浸出後液に対して固液分離を行った後、酸化剤を添加して、pHを3.0〜4.0の範囲内に調整した後に固液分離を行い、鉄を除去する脱鉄工程と、前記脱鉄工程の後、pH4.0〜6.0の範囲内に中和した後に固液分離を行い、アルミニウムを除去する脱アルミニウム工程とをさらに有する、請求項1に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。
The post-leaching liquid obtained in the leaching step contains aluminum and iron,
After the solid-liquid separation is performed on the post-leaching liquid, an oxidizing agent is added to adjust the pH within the range of 3.0 to 4.0, and then the solid-liquid separation is performed to remove iron. The lithium according to claim 1, further comprising a step and a dealuminizing step of removing aluminum by performing solid-liquid separation after neutralizing the pH within a range of 4.0 to 6.0 after the deironing step. Ion battery scrap processing method.
前記脱鉄工程で添加する酸化剤を、二酸化マンガン、正極活物質、および、正極活物質を浸出して得られるマンガン含有浸出残渣からなる群から選択される一種以上とする、請求項のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。 The oxidizing agent to be added in the deferrisation step, manganese dioxide, the positive electrode active material, and, the one or more selected from the group consisting of manganese-containing leach residue obtained by leaching the positive electrode active material, according to claim 2-4 The method for treating lithium-ion battery scrap according to any one of 1. 前記脱アルミニウム工程及び前記脱鉄工程を経て得られた分離後液が、該分離後液中に溶解したマンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを含み、
前記分離後液に対して溶媒抽出を行い、該分離後液からマンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを除去する抽出工程をさらに有する、請求項のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。
The post-separation liquid obtained through the dealumination process and the iron removal process contains manganese, copper, iron and/or aluminum dissolved in the post-separation liquid,
Wherein performs solvent extraction on the post-separation solution, the manganese from the separation after the liquid, copper, iron and / or further comprising an extraction step for removing aluminum, lithium ions according to any one of claims 2-5 Battery scrap processing method.
前記抽出工程で、前記分離後液に対し、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を含有する混合抽出剤を使用して溶媒抽出する、請求項に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。 The method for treating lithium ion battery scrap according to claim 6 , wherein solvent extraction is performed on the post-separation liquid using a mixed extractant containing a phosphoric acid ester-based extractant and an oxime-based extractant in the extraction step. 前記抽出工程後の抽出残液から、コバルト及び/又はニッケルを回収するコバルト/ニッケル回収工程をさらに含む、請求項に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。 The method for treating lithium-ion battery scrap according to claim 7 , further comprising a cobalt/nickel recovery step of recovering cobalt and/or nickel from the extraction residual liquid after the extraction step. 前記コバルト/ニッケル回収工程の後、リチウムを回収するリチウム回収工程をさらに含む、請求項に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。 The method for treating lithium ion battery scrap according to claim 8 , further comprising a lithium recovery step of recovering lithium after the cobalt/nickel recovery step.
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