JP6986997B2 - Lithium carbonate manufacturing method and lithium carbonate - Google Patents
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Description
この発明は、所定の金属を含有する電池正極材成分を含むリチウムイオン電池廃棄物に対して湿式処理を施し、それにより得られるLi及び不純物が溶解した酸性溶液から不純物を除去して、炭酸リチウムを製造する方法及び、炭酸リチウムに関するものである。 In the present invention, a lithium ion battery waste containing a battery positive electrode material component containing a predetermined metal is subjected to a wet treatment, and impurities are removed from an acidic solution in which Li and impurities are dissolved to obtain lithium carbonate. The present invention relates to a method for producing lithium carbonate and lithium carbonate.
たとえば近年は、製品寿命等の理由で廃棄されるリチウムイオン電池廃棄物から、そこに含まれるニッケルやコバルト等の有価金属を湿式処理等により回収することが、資源の有効活用の観点から広く検討されている。 For example, in recent years, it has been widely considered from the viewpoint of effective use of resources to recover valuable metals such as nickel and cobalt contained in lithium-ion battery waste from lithium-ion battery waste that is discarded due to product life or the like by wet treatment or the like. Has been done.
このような有価金属の回収では具体的には、はじめに、リチウムイオン電池廃棄物を焙焼し、その後に破砕、篩別を順に行い、不純物であるアルミニウム等をある程度除去する(特許文献1等参照)。
次いで、篩別の篩下に得られる粉末状の電池粉を浸出液に添加して浸出し、電池粉に含まれ得るリチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、銅、アルミニウム等を液中に溶解させる。そしてその後、浸出後液に溶解している各金属元素を分離させて回収する。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及び逆抽出等を施す(特許文献2〜3等参照)。
Specifically, in the recovery of such valuable metals, first, lithium ion battery waste is roasted, and then crushing and sieving are performed in order to remove impurities such as aluminum to some extent (see Patent Document 1 and the like). ).
Next, powdered battery powder obtained under a sieve is added to the leachate and leached out, and lithium, nickel, cobalt, manganese, copper, aluminum and the like that can be contained in the battery powder are dissolved in the liquid. Then, after leaching, each metal element dissolved in the liquid is separated and recovered. Here, in order to separate each metal leached into the leached liquid, the leached liquid is subjected to a plurality of steps of solvent extraction, back extraction, etc. according to the metal to be separated (see
ところで、たとえば、上述したようなリチウムイオン電池廃棄物から各種金属を回収する方法等では、所定の溶媒抽出及び逆抽出等の後に得られる酸性溶液には、リチウムが不純物とともに溶解して含まれる。そして、このような酸性溶液からリチウムを回収することが求められる場合がある。 By the way, for example, in the method of recovering various metals from the lithium ion battery waste as described above, lithium is dissolved together with impurities in the acidic solution obtained after the predetermined solvent extraction, back extraction and the like. Then, it may be required to recover lithium from such an acidic solution.
これに関連する技術として、特許文献4には、リチウムイオンを含む水溶液から、溶媒抽出によりリチウムイオンを抽出した後、逆抽出を繰り返し行い、それにより得られた高濃度リチウムイオン水溶液を炭酸塩と混合することにより、炭酸リチウムを回収することが記載されている。
また特許文献5では、少なくともリチウム、ニッケルを含む溶液から、溶媒抽出によりニッケルとリチウムを共抽出し、その後、リチウムのみを逆抽出して得られるリチウム溶液を炭酸化し、リチウムを回収することが記載されている。
As a technique related to this, Patent Document 4 describes that lithium ions are extracted from an aqueous solution containing lithium ions by solvent extraction and then back-extraction is repeated, and the resulting high-concentration lithium ion aqueous solution is used as a carbonate. It is described that lithium carbonate is recovered by mixing.
Further, Patent Document 5 describes that nickel and lithium are co-extracted from a solution containing at least lithium and nickel by solvent extraction, and then the lithium solution obtained by back-extracting only lithium is carbonated to recover lithium. Has been done.
特許文献4、5に記載されたいずれの方法も、溶媒抽出と逆抽出により溶液中のリチウムイオンを濃縮することとしているが、このような方法によっては、最終的に得られる炭酸リチウムに不純物がある程度含まれることが否めず、それにより、所定の用途に用いられる炭酸リチウムに対する高品位の要求を満たすことができない場合があった。 In each of the methods described in Patent Documents 4 and 5, lithium ions in the solution are concentrated by solvent extraction and back extraction, but by such a method, impurities are contained in the finally obtained lithium carbonate. It is undeniable that it is contained to some extent, and as a result, it may not be possible to meet the high-quality requirements for lithium carbonate used for a predetermined purpose.
この発明は、このような問題に対処することを課題とするものであり、その目的は、比較的高い品位の炭酸リチウムを得ることができる炭酸リチウムの製造方法及び、炭酸リチウムを提供することにある。 An object of the present invention is to deal with such a problem, and an object of the present invention is to provide a method for producing lithium carbonate capable of obtaining relatively high-grade lithium carbonate and lithium carbonate. be.
発明者は鋭意検討の結果、リチウムイオン電池廃棄物に湿式処理を施して得られる酸性溶液に対し、所定の複数の工程を行って、それに含まれる不純物を除去していくことにより、最終的に得られる炭酸リチウムの品位を有意に向上できることを見出した。 As a result of diligent studies, the inventor finally performed a plurality of predetermined steps on the acidic solution obtained by wet-treating the lithium-ion battery waste to remove impurities contained therein. It has been found that the quality of the obtained lithium carbonate can be significantly improved.
このような知見の下、この発明の炭酸リチウムの製造方法は、Co、Ni及びMnからなる群から選択される少なくとも一種の金属とLiとを含有する電池正極材成分を含むリチウムイオン電池廃棄物に対し、湿式処理を施すことにより、前記リチウムイオン電池廃棄物から前記電池正極材成分の前記金属の少なくとも一種を分離させ、それにより得られるLi及び不純物が溶解した酸性溶液から、不純物を除去して、炭酸リチウムを製造する方法であって、前記酸性溶液を中和する中和工程と、前記中和工程で得られる中和後液中のLiを炭酸化する炭酸化工程と、前記炭酸化工程で得られる粗炭酸リチウムを洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程の後、前記粗炭酸リチウムを炭酸イオンの供給下で液中に溶解させる溶解工程と、前記溶解工程で得られるLi溶解液を加熱して、炭酸を脱離させる脱炭酸工程とを含み、前記洗浄工程で、前記粗炭酸リチウムの湿重量に対して0.5倍〜2倍の純水で、前記粗炭酸リチウムをリパルプ洗浄するというものである。 Based on such findings, the method for producing lithium carbonate of the present invention is a lithium ion battery waste containing a battery positive electrode material component containing at least one metal selected from the group consisting of Co, Ni and Mn and Li. On the other hand, by performing a wet treatment, at least one kind of the metal as a component of the positive electrode material of the battery is separated from the lithium ion battery waste, and the impurities are removed from the acidic solution in which Li and impurities dissolved thereby are dissolved. In the method for producing lithium carbonate, a neutralization step for neutralizing the acidic solution, a carbonization step for carbonizing Li in the neutralized liquid obtained in the neutralization step, and the carbonization step. A cleaning step of cleaning the crude lithium carbonate obtained in the step, a dissolution step of dissolving the crude lithium carbonate in the liquid under the supply of carbonate ions after the cleaning step, and a Li dissolution liquid obtained in the dissolution step. heated, viewed contains a decarboxylation step to the carbonate eliminated, in the cleaning step, the 0.5 to 2 times of pure water relative to the wet weight of the crude lithium carbonate, repulped the crude lithium carbonate It's about cleaning .
またこの発明の炭酸リチウムは、ナトリウムの含有量が100質量ppm以下であるものである。 Further, the lithium carbonate of the present invention has a sodium content of 100 mass ppm or less.
この発明の炭酸リチウムの製造方法によれば、上述した中和工程、炭酸化工程、洗浄工程、溶解工程及び脱炭酸工程を順次に行うことにより、比較的高い品位の炭酸リチウムを得ることができる。この発明の炭酸リチウムは、ナトリウム含有量が十分に少ないことから、所定の用途、たとえばリチウムイオン電池の製造等に有効に用いることができる。 According to the method for producing lithium carbonate of the present invention, a relatively high-grade lithium carbonate can be obtained by sequentially performing the above-mentioned neutralization step, carbonization step, cleaning step, dissolution step and decarbonization step. .. Since the lithium carbonate of the present invention has a sufficiently low sodium content, it can be effectively used for a predetermined use, for example, in the production of a lithium ion battery.
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炭酸リチウムの製造方法は、図1に例示するように、リチウムイオン電池廃棄物に所定の湿式処理を施して得られ、Li及び不純物が溶解した酸性溶液に対し、中和工程、炭酸化工程、洗浄工程、溶解工程及び脱炭酸工程を含む各工程を順次に行い、炭酸リチウムを製造するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
As illustrated in FIG. 1, the method for producing lithium carbonate according to one embodiment of the present invention is obtained by subjecting lithium ion battery waste to a predetermined wet treatment, and is used for an acidic solution in which Li and impurities are dissolved. Lithium carbonate is produced by sequentially performing each step including a neutralization step, a carbonation step, a cleaning step, a dissolution step and a decarbonation step.
(リチウムイオン電池廃棄物)
リチウムイオン電池廃棄物は、携帯電話その他の種々の電子機器、自動車等の様々な機械ないし装置で使用され得るリチウムイオン電池の廃棄物である。より具体的には、たとえば、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もしくは回収されたもの等であり、このようなリチウムイオン電池廃棄物を対象とすることにより、資源の有効活用を図ることができる。
(Lithium-ion battery waste)
Lithium-ion battery waste is lithium-ion battery waste that can be used in various machines or devices such as mobile phones and other various electronic devices and automobiles. More specifically, for example, those discarded or recovered due to the life of battery products, manufacturing defects, or other reasons. By targeting such lithium-ion battery waste, effective utilization of resources can be achieved. Can be planned.
リチウムイオン電池廃棄物には、Mn、Ni及びCoを含有するリチウム金属塩である正極活物質の他、C(カーボン)、Fe及びCuを含む負極材や、正極活物質が、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVDF)その他の有機バインダー等によって塗布されて固着されたアルミニウム箔(正極基材)、リチウムイオン電池廃棄物の周囲を包み込む外装としてのアルミニウムを含む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廃棄物には、正極活物質を構成するLi、Ni、Co及びMn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、Al、Cu、Fe、C等が含まれ得る。 Lithium-ion battery waste includes positive electrode active materials that are lithium metal salts containing Mn, Ni, and Co, negative electrode materials containing C (carbon), Fe, and Cu, and positive electrode active materials, for example, polyvinylidene fluoride. (PVDF) An aluminum foil (positive electrode base material) coated and fixed by another organic binder or the like, and a housing containing aluminum as an exterior wrapping around the lithium ion battery waste may be included. Specifically, the lithium ion battery waste includes a single metal oxide composed of one element of Li, Ni, Co and Mn constituting the positive electrode active material and / or a composite composed of two or more elements. Metal oxides, as well as Al, Cu, Fe, C and the like may be included.
この実施形態では、リチウムイオン電池廃棄物は、少なくとも、Co、Ni及びMnからなる群から選択される少なくとも一種の金属と、Liとを含有する電池正極材成分を含むものとし、場合によってはさらに、Al、Cu、Fe及びCからなる群から選択される少なくとも一種の金属を含む場合がある。 In this embodiment, the lithium ion battery waste comprises at least one metal selected from the group consisting of Co, Ni and Mn, and a battery positive electrode material component containing Li, and in some cases further. It may contain at least one metal selected from the group consisting of Al, Cu, Fe and C.
リチウムイオン電池廃棄物は前処理として、たとえば、加熱施設にて所定の温度及び時間で加熱する焙焼処理や、焙焼後にローター回転式もしくは衝撃式の破砕機等を用いる破砕処理、破砕後の粉粒体を所定の目開きの篩で篩分けする篩別処理等が施されたものであってもよい。このような前処理を得ることにより、リチウムイオン電池廃棄物は、アルミニウム箔と正極活物質を結着させているバインダーが分解されるとともに、AlやCu等が除去される他、電池正極材成分が湿式処理の浸出で溶解しやすい形態となる。 As pretreatment, the lithium ion battery waste is, for example, a roasting treatment in which the waste is heated at a predetermined temperature and time in a heating facility, a crushing treatment using a rotor rotary type or impact type crusher after roasting, and a crushing treatment. The powder or granules may be subjected to a sieving treatment or the like for sieving with a sieve having a predetermined opening. By obtaining such a pretreatment, in the lithium ion battery waste, the binder that binds the aluminum foil and the positive electrode active material is decomposed, Al, Cu, etc. are removed, and the battery positive electrode material component. Is in a form that is easily dissolved by leaching in the wet treatment.
(湿式処理)
湿式処理では一般に、上述したリチウムイオン電池廃棄物を、硫酸もしくは塩酸その他の鉱酸などの酸で浸出させる。ここでは、リチウムイオン電池廃棄物に含まれる金属の溶解を促進させるため、過酸化水素水を添加してもよい。それにより、リチウムイオン電池廃棄物中の金属が溶解した浸出後液が得られる。
そして、この浸出後液に対して、中和もしくは硫化または溶媒抽出等を行い、たとえばFe、Al、Cu等を除去した後、溶液中に残るCo、Ni及びMnのうちの少なくとも一種を、それらの各金属に応じた条件の溶媒抽出・逆抽出等で順次に回収する。
(Wet treatment)
In the wet treatment, the above-mentioned lithium ion battery waste is generally leached with an acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid or other mineral acid. Here, hydrogen peroxide solution may be added in order to promote the dissolution of the metal contained in the lithium ion battery waste. As a result, a post-leached liquid in which the metal in the lithium ion battery waste is dissolved is obtained.
Then, the liquid after leaching is neutralized, sulfurized, or solvent extracted to remove, for example, Fe, Al, Cu, etc., and then at least one of Co, Ni, and Mn remaining in the solution is used. Collect in sequence by solvent extraction, back extraction, etc. under the conditions according to each metal.
(酸性溶液)
酸性溶液は、上記のリチウムイオン電池廃棄物に対して湿式処理を施して得られたものであって、Li及び不純物が溶解したものである。
このような酸性溶液の一例としては、上述した湿式処理で、浸出後液に対して施す複数段階の溶媒抽出もしくは中和等のうち、ニッケルを回収するための溶媒抽出で、ニッケルを抽出した後に得られるNi抽出後液や、当該ニッケルを抽出するとともに逆抽出し、さらに電解採取を行ってニッケルを回収した後に得られるNi電解後液等とすることができる。
その他、酸性溶液として、上記のリチウムイオン電池廃棄物を水等に添加し、主として、そのうちのリチウムを水等に浸出させて得られるLi浸出液を用いることもできる。なおこの場合、湿式処理は、リチウムイオン電池廃棄物中のリチウムを水等に浸出させる処理を意味する。
(Acid solution)
The acidic solution is obtained by subjecting the above-mentioned lithium ion battery waste to a wet treatment, and is obtained by dissolving Li and impurities.
As an example of such an acidic solution, after extracting nickel by solvent extraction for recovering nickel among a plurality of steps of solvent extraction or neutralization applied to the liquid after leaching by the above-mentioned wet treatment. It can be a Ni post-extraction solution obtained, or a Ni post-electrolysis solution obtained after extracting and back-extracting the nickel and then performing electrolytic sampling to recover the nickel.
In addition, as an acidic solution, a Li leachate obtained by adding the above-mentioned lithium ion battery waste to water or the like and leaching lithium thereof into water or the like can also be used. In this case, the wet treatment means a treatment of leaching lithium in the lithium ion battery waste into water or the like.
Ni電解後液のpHは、たとえば−1〜2、一般には0〜1であり、上記のNi抽出後液のpHは、たとえば1〜4、一般には2〜3であり、上記のLi浸出液のpHは、たとえば9〜13、一般には10〜12である。
上述したNi抽出後液やNi電解後液、Li浸出液は、必要に応じて、溶媒抽出によりリチウムを濃縮させた後に用いることができ、一般にこのようなリチウムの濃縮により、たとえばpHが0〜1程度の酸性溶液になる。
The pH of the Ni electrolyzed liquid is, for example, -1 to 2, generally 0 to 1, and the pH of the Ni extraction liquid is, for example, 1 to 4, generally 2 to 3, and the pH of the Li leachate is described above. The pH is, for example, 9 to 13, generally 10 to 12.
The above-mentioned Ni extraction solution, Ni electrolysis solution, and Li leachate can be used after concentrating lithium by solvent extraction, if necessary. Generally, such concentration of lithium results in a pH of 0 to 1, for example. It becomes a moderately acidic solution.
酸性溶液に含まれる不純物としては、リチウムイオン電池廃棄物に含まれる成分のうち、湿式処理で分離されずに残留したものを挙げることができる。具体的に図1に示す実施形態では、酸性溶液は、Liとともに、不純物としてNi、Na、Ca、Mg及びSO4を含む。 Examples of the impurities contained in the acidic solution include those contained in the lithium ion battery waste that remain without being separated by the wet treatment. Specifically, in the embodiment shown in FIG. 1, the acidic solution contains Ni, Na, Ca, Mg and SO 4 as impurities together with Li.
酸性溶液は、Liイオンを、たとえば2g/L〜20g/L、典型的には5g/L〜12g/Lで含み、Niイオンを、たとえば50g/L〜150g/L、典型的には70g/L〜100g/Lで含むものとすることができる。特に酸性溶液が上記の電解後液である場合に、Niイオンはこのような濃度範囲となることが多い。
また、酸性溶液はさらに、Naイオンを、たとえば30g/L〜70g/L、典型的には40g/L〜60g/Lで含み、Caイオンを、たとえば0.001g/L〜0.1g/L、典型的には0.01g/L〜0.05g/Lで含み、Mgイオンを、たとえば0.01g/L〜10g/L、典型的には0.05g/L〜5g/Lで含み、SO4イオンを、たとえば1g/L〜200g/L、典型的には10g/L〜100g/Lで含むことがある。
The acidic solution contains Li ions, for example 2 g / L to 20 g / L, typically 5 g / L to 12 g / L, and Ni ions, for example 50 g / L to 150 g / L, typically 70 g / L. It can be contained at L to 100 g / L. In particular, when the acidic solution is the above-mentioned post-electrolysis solution, Ni ions are often in such a concentration range.
The acidic solution further contains Na ions, for example 30 g / L to 70 g / L, typically 40 g / L to 60 g / L, and Ca ions, for example 0.001 g / L to 0.1 g / L. , Typically at 0.01 g / L to 0.05 g / L, and Mg ions, eg, 0.01 g / L to 10 g / L, typically 0.05 g / L to 5 g / L. SO 4 ions may be contained, for example, at 1 g / L to 200 g / L, typically 10 g / L to 100 g / L.
なかでも、酸性溶液に含まれ得るMgイオンは、これまでの方法では炭酸リチウムの精製まで除去されずに残って品位の低下を招くので、この実施形態のように後述の中和工程で除去することが好適である。Mgイオンは、より典型的には0.1g/L〜2g/L、さらには0.2g/L〜2g/Lで含まれることがある。 Among them, Mg ions that can be contained in the acidic solution are not removed until the purification of lithium carbonate by the conventional method and remain to cause deterioration of quality, so that they are removed by the neutralization step described later as in this embodiment. Is preferable. The Mg ion may be more typically contained at 0.1 g / L to 2 g / L and even 0.2 g / L to 2 g / L.
なお図1に示す実施形態にはないが、酸性溶液に含まれ得るイオンとしては、Co、Si、Cl等がある。 Although not in the embodiment shown in FIG. 1, examples of the ions that can be contained in the acidic solution include Co, Si, Cl and the like.
(中和工程)
上述したような酸性溶液にアルカリを添加して酸性溶液を中和し、それにより、酸性溶液中のNiイオンやMgイオンを固体として沈殿させる。これを固液分離により分離させて除去する。その結果、NiイオンやMgイオンが除去されてリチウムイオンを含む中和後液が得られる。
(Neutralization process)
Alkali is added to the acidic solution as described above to neutralize the acidic solution, whereby Ni ions and Mg ions in the acidic solution are precipitated as a solid. This is separated and removed by solid-liquid separation. As a result, Ni ions and Mg ions are removed to obtain a neutralized liquid containing lithium ions.
中和工程で用いるアルカリとしては、酸性溶液のpHを有効に上昇させることができるものであれば特に問わず、たとえば、NaOH、Ca(OH)2、CaO、CaCO3等を挙げることができる。Ca塩を用いる場合は、酸性溶液に含まれ得るSO4イオンがCa塩によってCaSO4となり、これも固液分離で除去することができる。
Ca塩のなかでも特にCa(OH)2が、反応制御や設備のスケーリング防止の点で好ましい。なお、CaOでは添加時に発熱してしまうため、設備内部にスケールが発生し、反応槽実容積の低下や配管閉塞などの可能性があり、CaCO3では、所定のpHまで上げられないことが懸念される。
但し、Ca塩では中和物量が増えて濾過器が大きくなることがあるので、この観点では、NaOHを用いることが好ましい。NaOHも、SO4イオンを有効に除去することができる。
The alkali used in the neutralization step is not particularly limited as long as it can effectively raise the pH of the acidic solution, and examples thereof include NaOH, Ca (OH) 2 , CaO, and CaCO 3 . When using a Ca salt, CaSO 4 becomes SO 4 ions that may be included in the acid solution by Ca salt, which can be removed by solid-liquid separation.
Among the Ca salts, Ca (OH) 2 is particularly preferable in terms of reaction control and prevention of equipment scaling. Since the results in heat generation at the time of the addition in CaO, scale generated inside the equipment, could be potentially detrimental and pipes clogging of the reactor actual volume, the CaCO 3, may not be raised to a predetermined pH concerns Will be done.
However, with Ca salt, the amount of neutralized substance may increase and the filter may become large. Therefore, from this viewpoint, it is preferable to use NaOH. NaOH can also effectively remove SO 4 ions.
アルカリの添加量は、酸性溶液に含まれ得るNiイオン、Mgイオン及びフリー酸の中和に必要な量の、1.0倍モル当量〜1.5倍モル当量とすることが好ましい。アルカリの添加量が少なすぎると、NiイオンやMgイオン、フリー酸の一部が沈殿除去されないことが懸念され、この一方で、添加量が多すぎると、単純にコストが増加するとともに、残渣発生量が増えてしまうことにより、濾過性の悪化に繋がるおそれがある。この観点から、アルカリの添加量は、好ましくは1.1倍モル当量〜1.2倍モル当量とする。 The amount of alkali added is preferably 1.0 to 1.5 times the molar equivalent of the amount required for neutralization of Ni ions, Mg ions and free acids that can be contained in the acidic solution. If the amount of alkali added is too small, there is a concern that some of the Ni ions, Mg ions, and free acid will not be removed by precipitation. On the other hand, if the amount of alkali added is too large, the cost will simply increase and residues will be generated. If the amount increases, it may lead to deterioration of filterability. From this point of view, the amount of alkali added is preferably 1.1 times molar equivalent to 1.2 times molar equivalent.
このように酸性溶液にアルカリを添加することにより、アルカリの添加後の酸性溶液のpHを12.0〜13.0とすることが好適である。アルカリ添加後の酸性溶液のpHが低すぎる場合は、除去対象成分であるNiやMgの除去が不十分となり、炭酸リチウムの品位を下げる原因となる可能性がある。一方、アルカリ添加後の酸性溶液のpHが高すぎる場合は、液中に不純物として両性金属が含まれていた場合に、再溶解してしまう可能性がある。 By adding the alkali to the acidic solution in this way, it is preferable that the pH of the acidic solution after the addition of the alkali is 12.0 to 13.0. If the pH of the acidic solution after the addition of alkali is too low, the removal of Ni and Mg, which are the components to be removed, may be insufficient, which may cause deterioration of the quality of lithium carbonate. On the other hand, if the pH of the acidic solution after the addition of alkali is too high, the solution may be redissolved if the solution contains an amphoteric metal as an impurity.
ここで、酸性溶液にMgイオンが含まれない場合は、Niイオンを有効に除去するため、アルカリ添加後の酸性溶液のpHを9〜10.5、好ましくは10.0〜10.5とすることができる。
一方、酸性溶液にMgイオンが含まれる場合は、アルカリ添加後の酸性溶液のpHを12〜13とすることにより、Mgも沈殿して、これもNiとともに除去することができる。この観点から、アルカリ添加後の酸性溶液のpHは12.0〜13.0、好ましくは12.0〜12.5とすることがより一層好ましい。
Here, when the acidic solution does not contain Mg ions, the pH of the acidic solution after addition of the alkali is set to 9 to 10.5, preferably 10.0 to 10.5 in order to effectively remove Ni ions. be able to.
On the other hand, when the acidic solution contains Mg ions, the pH of the acidic solution after the addition of the alkali is set to 12 to 13, so that Mg also precipitates and can be removed together with Ni. From this point of view, the pH of the acidic solution after addition of alkali is more preferably 12.0 to 13.0, preferably 12.0 to 12.5.
なお、酸性溶液にアルカリを添加した後、酸性溶液を所定の時間にわたって撹拌して、反応を促進させることができる。なお、反応効率改善の観点から、温度を比較的高くし、撹拌は比較的強く行うことが好ましい。 After adding the alkali to the acidic solution, the acidic solution can be stirred for a predetermined time to accelerate the reaction. From the viewpoint of improving the reaction efficiency, it is preferable that the temperature is relatively high and the stirring is relatively strong.
アルカリの添加によりNi、Mgを水酸化物等の所定の化合物として沈殿させた後は、フィルタープレスやシックナー等の公知の装置ないし方法を用いて固液分離を行い、沈殿物と中和後液とに分離することができる。沈殿物にはNi、Mgの化合物が含まれ、この一方で、中和後液はNi、Mgがほぼ除去されており、Liが溶解した状態で存在する。
中和後液中のNi濃度は5mg/L以下、特に1mg/L以下であることが好ましく、またMg濃度は、5mg/L以下、特に1mg/L以下であることが好ましい。この中和工程で、できる限り多くのNi、Mgを除去しておくことが好適である。
After precipitating Ni and Mg as predetermined compounds such as hydroxides by adding alkali, solid-liquid separation is performed using a known device or method such as a filter press or thickener, and the precipitate and the neutralized liquid are separated. Can be separated into. The precipitate contains a compound of Ni and Mg, while the liquid after neutralization has almost all Ni and Mg removed and Li exists in a dissolved state.
The Ni concentration in the neutralized liquid is preferably 5 mg / L or less, particularly preferably 1 mg / L or less, and the Mg concentration is preferably 5 mg / L or less, particularly preferably 1 mg / L or less. It is preferable to remove as much Ni and Mg as possible in this neutralization step.
(炭酸化工程)
上記の中和工程でニッケルを除去して得られた中和後液に対し、炭酸化工程を行い、中和後液に含まれるLiを炭酸化し、最終的に得られる炭酸リチウムに比して品位が低い粗炭酸リチウムを一先ず得る。
(Carbonation process)
The neutralized liquid obtained by removing nickel in the above neutralization step is subjected to a carbonation step to carbonate Li contained in the neutralized liquid, as compared with the finally obtained lithium carbonate. Obtain low-grade crude lithium carbonate for the time being.
ここでは、中和後液中のLiを炭酸化するため、中和後液に炭酸塩を添加し、又は炭酸ガスを吹き込むことにより、中和後液中のLiイオンを粗炭酸リチウムとして回収する。不純物の増加を防止するとの観点からは、炭酸ガスの吹込みのほうが好ましい。炭酸塩の添加では、不純物成分を添加することになるからである。 Here, in order to carbonate Li in the neutralized liquid, Li ions in the neutralized liquid are recovered as crude lithium carbonate by adding a carbonate to the neutralized liquid or blowing carbonic acid gas. .. From the viewpoint of preventing the increase of impurities, it is preferable to blow carbon dioxide gas. This is because the addition of carbonate results in the addition of impurity components.
中和後液に炭酸塩を添加する場合、この炭酸塩としては、炭酸ナトリウム等を挙げることができる。具体的には、たとえば、中和後液中のLiに対し、Li2SO4+Na2CO3→Li2CO3+Na2SO4の想定反応において、1.0〜2.0倍モル当量、好ましくは1.0〜1.2倍モル当量の炭酸塩を添加することができる。炭酸塩の添加量が少なすぎると、中和後液中のLiを炭酸リチウムとしきれずロスすることが懸念され、この一方で、多すぎると、炭酸リチウムへの硫酸ナトリウムの混入量が増え、後工程での洗浄を強化する必要が生じ、洗浄液へのLiの溶解ロスが増えてしまうおそれがある。 When a carbonate is added to the solution after neutralization, examples of the carbonate include sodium carbonate and the like. Specifically, for example, with respect to Li in the solution after neutralization, 1.0 to 2.0 times the molar equivalent in the assumed reaction of Li 2 SO 4 + Na 2 CO 3 → Li 2 CO 3 + Na 2 SO 4. Preferably, 1.0 to 1.2 times the molar equivalent of carbonate can be added. If the amount of carbonate added is too small, there is a concern that Li in the solution after neutralization cannot be converted to lithium carbonate and will be lost. On the other hand, if the amount is too large, the amount of sodium sulfate mixed in lithium carbonate will increase. It becomes necessary to strengthen the cleaning in the subsequent process, and there is a possibility that the loss of dissolution of Li in the cleaning liquid will increase.
炭酸塩の添加ないし炭酸ガスの吹込み後は、たとえば、液温を50℃〜90℃の範囲内として必要に応じて撹拌し、0.5時間〜2時間、典型的には1時間にわたってこの温度を保持することができる。 After the addition of carbonate or the blowing of carbon dioxide gas, for example, the liquid temperature is set in the range of 50 ° C. to 90 ° C., and the mixture is stirred as necessary, and this is carried out for 0.5 hours to 2 hours, typically 1 hour. The temperature can be maintained.
(洗浄工程)
洗浄工程では、上記の炭酸化工程で得られた粗炭酸リチウムの洗浄を行う。ここでは、粗炭酸リチウムに含まれる不純物のうち、主としてSO4の少なくとも一部、さらにはNaの少なくとも一部を除去することを目的とする。特にこの段階で、粗炭酸リチウムに含まれるSO4の品位を下げれば下げるほど、後述の溶解工程及び脱炭酸工程を経て最終的に得られる炭酸リチウムのSO4の品位を大きく低減することができるので有効である。
(Washing process)
In the cleaning step, the crude lithium carbonate obtained in the above carbonation step is washed. Here, it is an object of the present invention to remove at least a part of SO 4 and at least a part of Na among impurities contained in crude lithium carbonate. In particular, at this stage, the lower the grade of SO 4 contained in crude lithium carbonate, the more the grade of SO 4 of lithium carbonate finally obtained through the dissolution step and decarboxylation step described later can be significantly reduced. So it is effective.
より詳細には、粗炭酸リチウムを、その粗炭酸リチウムの湿重量に対して0.5倍〜2倍、好ましくは1倍〜1.5倍の純水等の洗浄水でリパルプ洗浄することができる。洗浄に用いる純水の量が多すぎる場合は、粗炭酸リチウムの大きい溶解度によるLiのロスが懸念される。一方、純水の量が少なすぎる場合は、SO4を所期したほど除去できないことが考えられる。ここで湿重量とは、炭酸化後に固液分離して回収した炭酸リチウムの未乾燥状態での重量(kg−wet)を意味する。
なおここで、リパルプ洗浄とは、固液分離後のケーキを所定量の水に投入後撹拌しスラリー化させ、再度固液分離操作を実施することを意味する。また、純水とは、少なくともMg、好ましくはさらにNaとCaを含まない水を意味する。
More specifically, crude lithium carbonate can be repulped with washing water such as pure water 0.5 to 2 times, preferably 1 to 1.5 times the wet weight of the crude lithium carbonate. can. If the amount of pure water used for cleaning is too large, there is a concern about loss of Li due to the large solubility of crude lithium carbonate. On the other hand, if the amount of pure water is too small, it is possible that SO 4 cannot be removed as expected. Here, the wet weight means the weight (kg-wet) of lithium carbonate recovered by solid-liquid separation after carbonation in an undried state.
Here, the repulp washing means that the cake after solid-liquid separation is put into a predetermined amount of water, stirred and made into a slurry, and the solid-liquid separation operation is performed again. Further, pure water means water containing at least Mg, preferably Na and Ca.
洗浄時の温度は50℃〜90℃とすることが好ましく、また洗浄時間は0.5時間〜1時間とすることが好ましい。温度がこの範囲から外れると、低温側では炭酸リチウムの溶解度が上がり溶解ロスが増え、高温側では水分の揮発による不純物の再濃縮が起こる不都合が考えられ、また時間がこの範囲から外れると、短時間側では水洗不足、長時間側ではコスト増加となる可能性がある。 The temperature at the time of washing is preferably 50 ° C. to 90 ° C., and the washing time is preferably 0.5 hour to 1 hour. If the temperature is out of this range, the solubility of lithium carbonate will increase on the low temperature side and the dissolution loss will increase, and on the high temperature side, impurities will be reconcentrated due to the volatilization of water. There is a possibility that washing with water will be insufficient on the time side and cost will increase on the long time side.
上述した洗浄操作は複数回にわたって行うことが好適である。洗浄回数を1回とし、上記の湿重量に対する純水の量を増やした場合、粗炭酸リチウムの大きな溶解度の故に、所定のSO4品位まで低減する際の、洗浄水へのLiのロスが大きくなるからである。この観点から、洗浄回数は、好ましくは2回〜3回とし、特に好ましくは2回とする。回数が多すぎても洗浄水へのLiの溶解ロスが増えることとなる。 It is preferable that the above-mentioned cleaning operation is performed a plurality of times. When the number of washings is one and the amount of pure water with respect to the above-mentioned wet weight is increased, the loss of Li in the washing water is large when reducing to the predetermined SO 4 grade due to the large solubility of crude lithium carbonate. Because it becomes. From this point of view, the number of washings is preferably 2 to 3 times, and particularly preferably 2 times. Even if the number of times is too large, the dissolution loss of Li in the washing water will increase.
(溶解工程)
洗浄工程を経た粗炭酸リチウムに対しては、粗炭酸リチウムを炭酸イオンの供給下で液中に溶解させる溶解工程を行う。
より詳細には、たとえば、はじめに粗炭酸リチウムを純水等の液体でリパルプする。そして、その液体に炭酸ガスの吹込み又は炭酸塩の添加により炭酸イオンを供給して、液中に炭酸を溶解させる。これにより、Li2CO3+H2CO3→2LiHCO3の反応により、粗炭酸リチウムが液中に溶解し、炭酸水素リチウム溶液としてのLi溶解液が得られる。
(Dissolution step)
For the crude lithium carbonate that has undergone the washing step, a dissolution step of dissolving the crude lithium carbonate in the liquid under the supply of carbonate ions is performed.
More specifically, for example, first, crude lithium carbonate is repulped with a liquid such as pure water. Then, carbonic acid ions are supplied to the liquid by blowing carbon dioxide gas or adding a carbonate, and the carbonic acid is dissolved in the liquid. As a result, crude lithium carbonate is dissolved in the solution by the reaction of Li 2 CO 3 + H 2 CO 3 → 2 LiHCO 3 , and a Li solution as a lithium hydrogen carbonate solution is obtained.
ここで、粗炭酸リチウムをリパルプする際には、25℃で前記純水に前記粗炭酸リチウムの全量が溶解したと仮定した場合にLi濃度が7g/L〜9g/Lとなる量の純水を用いることが好ましい。このLi濃度は、炭酸水素リチウムとしての溶解度に近い範囲であり、温度により変化することから、洗浄時の温度に合わせて当該範囲内で適宜調整することが望ましい。さらに好ましくは、25℃で前記純水に前記粗炭酸リチウムの全量が溶解したと仮定した場合にLi濃度が8g/L〜9g/Lとなる量の純水を用いる。 Here, when repulping crude lithium carbonate, the amount of pure water having a Li concentration of 7 g / L to 9 g / L when it is assumed that the entire amount of the crude lithium carbonate is dissolved in the pure water at 25 ° C. It is preferable to use. This Li concentration is in a range close to the solubility as lithium hydrogen carbonate and changes depending on the temperature. Therefore, it is desirable to appropriately adjust the Li concentration within the range according to the temperature at the time of washing. More preferably, pure water having a Li concentration of 8 g / L to 9 g / L is used when it is assumed that the entire amount of the crude lithium carbonate is dissolved in the pure water at 25 ° C.
またここで、リパルプ洗浄後に当該純水に炭酸ガスを吹き込む場合は、上記の想定反応において1倍モル当量〜3倍モル当量、特に1.5倍モル当量〜2.3倍モル当量の炭酸ガスを吹き込むことが好適である。炭酸ガスが多すぎると、除去対象成分であるCaの溶解が起こる懸念があり、また少なすぎると、炭酸リチウムの溶解が不十分となり、回収対象成分であるリチウムのロスとなることが考えられる。 Here, when carbon dioxide gas is blown into the pure water after washing the repulp, the carbon dioxide gas having a 1-fold molar equivalent to a 3-fold molar equivalent, particularly a 1.5-fold molar equivalent to a 2.3-fold molar equivalent in the above assumed reaction. It is preferable to blow in. If the amount of carbon dioxide gas is too large, there is a concern that Ca, which is a component to be removed, may be dissolved, and if it is too small, the dissolution of lithium carbonate may be insufficient, resulting in a loss of lithium, which is a component to be recovered.
但し、上記の量の炭酸ガスの吹込みが完了する前であっても、未溶解残渣が少量残る時点(pH7.6〜7.9)で吹込みを停止することができる。これにより、Caを残渣として残して分離することが可能になる。ここでは、炭酸カルシウム及び炭酸水素カルシウムの溶解度に比して、硫酸カルシウムの溶解度が十分に小さいという性質を利用している。 However, even before the blowing of the above amount of carbon dioxide gas is completed, the blowing can be stopped at the time when a small amount of undissolved residue remains (pH 7.6 to 7.9). This makes it possible to separate Ca by leaving it as a residue. Here, the property that the solubility of calcium sulfate is sufficiently smaller than the solubility of calcium carbonate and calcium hydrogen carbonate is utilized.
(脱炭酸工程)
溶解工程の後、そこで得られたLi溶解液を加熱して炭酸を脱離させ、Li溶解液中のLiイオンを炭酸リチウムとして析出させる。
ここでは、Li溶解液を、好ましくは50℃〜90℃の温度に加熱して濃縮し、Li溶解液から炭酸を炭酸ガスとして脱離させることができる。炭酸水素リチウムは温度の上昇に伴い、溶解度が低下する。脱炭酸工程では、炭酸水素リチウムと炭酸リチウムの溶解度差を利用して、加熱により、炭酸水素リチウムの生成によってLi溶解液に十分に溶解しているLiを、炭酸リチウムとして効果的に晶析させることができる。
(Decarboxylation process)
After the dissolution step, the Li solution obtained there is heated to desorb carbon dioxide, and Li ions in the Li solution are precipitated as lithium carbonate.
Here, the Li-dissolved solution is preferably heated to a temperature of 50 ° C. to 90 ° C. to concentrate, and carbonic acid can be desorbed from the Li-dissolved solution as carbon dioxide gas. The solubility of lithium hydrogen carbonate decreases as the temperature rises. In the decarbonization step, the difference in solubility between lithium hydrogen carbonate and lithium carbonate is used to effectively crystallize Li, which is sufficiently dissolved in the Li solution by the formation of lithium hydrogen carbonate, as lithium carbonate by heating. be able to.
Li溶解液の加熱温度が50℃未満では、炭酸が有効に脱離しないことが懸念される。一方、当該加熱温度が90℃を超えると、沸騰による不具合が生じる可能性があるので、90℃を上限とすることとができる。この観点より、リチウム溶解液の加熱温度は、70℃〜80℃とすることがより一層好ましい。 If the heating temperature of the Li solution is less than 50 ° C., there is a concern that carbonic acid will not be effectively desorbed. On the other hand, if the heating temperature exceeds 90 ° C., a problem due to boiling may occur, so 90 ° C. can be set as the upper limit. From this viewpoint, it is more preferable that the heating temperature of the lithium solution is 70 ° C to 80 ° C.
なおこの際に、体積比で3倍程度に加熱濃縮することもできるが、蒸発乾固するまで加熱濃縮しても、不純物品位に大きな影響を及ぼすことなしに、Liの回収率を向上させることができる。
脱炭酸工程により、比較的高い品位の炭酸リチウムを得ることができる。
At this time, it is possible to heat and concentrate about 3 times by volume, but even if it is heated and concentrated until it evaporates to dryness, the recovery rate of Li can be improved without significantly affecting the impurity grade. Can be done.
By the decarboxylation step, relatively high quality lithium carbonate can be obtained.
(洗浄工程)
脱炭酸工程の後、炭酸リチウムの不純物品位その他の条件によっては、炭酸リチウムを洗浄する洗浄工程を行ってもよい。但し、脱炭酸工程後のこの洗浄工程は省略することも可能である。
(Washing process)
After the decarboxylation step, a washing step of washing lithium carbonate may be performed depending on the impurity grade of lithium carbonate and other conditions. However, this cleaning step after the decarboxylation step can be omitted.
この洗浄工程は、溶解工程前の洗浄工程と同様の条件及び手法で実施することができる。それにより、炭酸リチウムに含まれ得る付着水由来の不純物、たとえばSO4、さらにはNaを除去できる場合がある。この洗浄工程で洗浄水の量を増やしても可溶成分の不純物品位が改善されないことがあり、この場合、そのような不純物は脱炭酸工程の段階で結晶中に巻き込まれている可能性がある。
脱炭酸工程の加熱時の濃縮比が大きい場合は、この洗浄工程を行うことが、不純物の更なる除去の観点から好ましい。
This cleaning step can be carried out under the same conditions and methods as the cleaning step before the dissolution step. Thereby, impurities derived from the adhered water that may be contained in lithium carbonate, such as SO 4 , and even Na may be removed. Increasing the amount of wash water in this wash step may not improve the impurity grade of the soluble component, in which case such impurities may be involved in the crystals during the decarboxylation step. ..
When the concentration ratio at the time of heating in the decarboxylation step is large, it is preferable to perform this cleaning step from the viewpoint of further removal of impurities.
(炭酸リチウム)
以上より得られる炭酸リチウムは、その炭酸リチウム品位(純度)が、好ましくは99.2質量%以上、より好ましくは99.5質量%以上であることが好ましい。
特に、上述した製造方法で製造することにより、炭酸リチウム中のナトリウムの含有量を100質量ppm以下とすることができる。ナトリウムは、たとえば、当該炭酸リチウムをリチウムイオン電池の製造に用いる場合にリチウムイオンの動きを妨害することがあるので、このようにナトリウムを低濃度にできることは有効である。炭酸リチウムのナトリウム含有量は、さらには80質量ppm以下、50質量ppm以下とすることができる。
(Lithium carbonate)
The lithium carbonate obtained from the above preferably has a lithium carbonate grade (purity) of preferably 99.2% by mass or more, more preferably 99.5% by mass or more.
In particular, by manufacturing by the above-mentioned manufacturing method, the content of sodium in lithium carbonate can be 100 mass ppm or less. Sodium may interfere with the movement of lithium ions, for example, when the lithium carbonate is used in the manufacture of a lithium ion battery, so it is effective to be able to reduce the concentration of sodium in this way. The sodium content of lithium carbonate can be further set to 80% by mass or less and 50% by mass or less.
また上記のようにリチウムイオン電池廃棄物を原料とする製造方法によれば、炭酸リチウムの塩素含有量を、10質量ppm以下とすることができる。塩素は、リチウムイオン電池中のリチウムの化合物と化合物化するとともに吸湿性を有することから、塩素の含有量も少ないほうが好ましい。一般に炭酸リチウムは海水から製造されることが多いところ、海水から製造した炭酸リチウムは塩素を上述したほど低下させることが困難である。
なお、上述したナトリウムや塩素の含有量、品位は、自動試料燃焼装置イオンクロマトグラフにより測定する。
Further, according to the production method using lithium ion battery waste as a raw material as described above, the chlorine content of lithium carbonate can be 10 mass ppm or less. Since chlorine is compounded with a lithium compound in a lithium ion battery and has hygroscopicity, it is preferable that the content of chlorine is low. In general, lithium carbonate is often produced from seawater, but it is difficult for lithium carbonate produced from seawater to reduce chlorine as described above.
The above-mentioned sodium and chlorine contents and grades are measured by an automatic sample combustion device ion chromatograph.
また、この炭酸リチウムは、タップ密度が0.75〜1g/cm3、嵩密度が0.35〜0.4であることが好ましい。タップ密度はJIS Z2512により測定し、嵩密度はJIS Z8807により測定する。
このような炭酸リチウムは、様々な用途に用いることができるが、とりわけリチウムイオン電池の製造に有効に用いることができる。
Further, this lithium carbonate preferably has a tap density of 0.75 to 1 g / cm 3 and a bulk density of 0.35 to 0.4. The tap density is measured by JIS Z2512, and the bulk density is measured by JIS Z8807.
Such lithium carbonate can be used for various purposes, but can be particularly effectively used for manufacturing a lithium ion battery.
次に、この発明の炭酸リチウムの製造方法を試験的に実施したので、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したものであり、それに限定されることを意図するものではない。 Next, since the method for producing lithium carbonate of the present invention was carried out on a trial basis, it will be described below. However, the description here is for the purpose of mere illustration, and is not intended to be limited thereto.
表1に示す組成を有する3種類の原料1〜3の酸性溶液をそれぞれ用いて、以下の各工程を行った。この酸性溶液は、Co、Ni、Mn及びLiを含有する電池正極材成分を含むリチウムイオン電池廃棄物を硫酸で浸出させ、その浸出後液から所定の金属を除去した後に、Mn、Co、Niをそれぞれ複数段階の溶媒抽出で順次に回収して得られたものであり、液中にLiならびに、不純物としてのNi、Na、Ca、Mg及びSO4が溶解した状態で残っていた。 The following steps were performed using acidic solutions of the three raw materials 1 to 3 having the compositions shown in Table 1, respectively. This acidic solution leaches lithium-ion battery waste containing a battery positive electrode material component containing Co, Ni, Mn and Li with sulfuric acid, removes a predetermined metal from the leaching solution, and then Mn, Co, Ni. Each of these was obtained by sequentially recovering them by solvent extraction in a plurality of steps, and Li and Ni, Na, Ca, Mg and SO 4 as impurities remained in the solution in a dissolved state.
(中和)
上記の酸性溶液にNaOHを添加して酸性溶液のpHを12まで上昇させた。それにより、Ni及びMgがほぼ全量沈殿し、固液分離によりそれらを除去することができた。中和後液の組成を表2に示す。
なお参考までに、NaOH及びCa(OH)2のそれぞれを用いて中和した場合のpHとNi及びMgの溶解度との関係を図2に示す。図2より、pHを12まで上昇させると、Ni及びMgのいずれもが十分に析出することが解かる。
(Neutralization)
NaOH was added to the above acidic solution to raise the pH of the acidic solution to 12. As a result, almost all of Ni and Mg were precipitated, and they could be removed by solid-liquid separation. The composition of the liquid after neutralization is shown in Table 2.
For reference, FIG. 2 shows the relationship between the pH and the solubility of Ni and Mg when neutralized with each of NaOH and Ca (OH) 2. From FIG. 2, it can be seen that when the pH is raised to 12, both Ni and Mg are sufficiently precipitated.
(炭酸化)
上記の中和後液中のLiに対し、Li2SO4+Na2CO3→Li2CO3+Na2SO4の想定反応において1.2倍モル当量のNa2CO3を添加し、50℃にて1.5時間にわたって撹拌して保持した。これによりLiを粗炭酸リチウムとして一旦回収した。
(Carbonated)
To Li in the above neutralized liquid, 1.2 times the molar equivalent of Na 2 CO 3 was added in the assumed reaction of Li 2 SO 4 + Na 2 CO 3 → Li 2 CO 3 + Na 2 SO 4 to 50 ° C. The mixture was stirred and held for 1.5 hours. As a result, Li was once recovered as crude lithium carbonate.
(洗浄)
上記の粗炭酸リチウムの湿重量に対して1倍の純水にて、当該粗炭酸リチウムを60℃にて0.5時間にわたってリパルプ洗浄した。この洗浄操作は2回行った。それにより、表3に示す品位の洗浄後粗炭酸リチウムが得られた。
(Washing)
The crude lithium carbonate was repulped at 60 ° C. for 0.5 hours with pure water 1 times the wet weight of the crude lithium carbonate. This cleaning operation was performed twice. As a result, crude lithium carbonate was obtained after washing with the grades shown in Table 3.
なおここで、この洗浄の条件の違いが、精製(後述の溶解及び脱炭酸)の前後のSO4品位及び洗浄時のLiロス率に与える影響を確認した。粗炭酸リチウムの湿重量に対して1倍の純水で2回の洗浄を行った場合は、精製前後のSO4品位が5600ppmから210ppmに低減され、洗浄時のLiロス率は5%であった。一方、粗炭酸リチウムの湿重量に対して5倍の純水で1回の洗浄を行った場合は、精製前後のSO4品位が29000ppmから600ppmに低減され、洗浄時のLiロス率は15%であった。このことから、洗浄水の量を増やすと、精製前後のSO4品位がそれほど低減されないだけでなく、Liロス率が高くなることが解かる。
また、精製前(当該洗浄後)の炭酸リチウム中のSO4品位と、精製後の炭酸リチウム中のSO4品位との関係を、図3にグラフで示す。このグラフより、精製前にSO4品位を下げれば下げるほど、精製後のSO4品位を低減できることが解かる。
Note here, the difference in the conditions of this washing, purified and confirmed the effect before and after the SO 4 grade and Li loss rate at the time of washing (lysis and decarboxylation below). When washing twice with pure water that is 1 times the wet weight of crude lithium carbonate, the SO 4 grade before and after purification was reduced from 5600 ppm to 210 ppm, and the Li loss rate during washing was 5%. rice field. On the other hand, when one wash is performed with pure water 5 times the wet weight of crude lithium carbonate, the SO 4 grade before and after purification is reduced from 29000 ppm to 600 ppm, and the Li loss rate during washing is 15%. Met. From this, it can be seen that increasing the amount of wash water not only does not significantly reduce the SO 4 grade before and after purification, but also increases the Li loss rate.
Further, the relationship between the SO 4 grade in lithium carbonate before purification (after the washing) and the SO 4 grade in lithium carbonate after purification is shown in a graph in FIG. From this graph, it can be seen that the lower the SO 4 grade before purification, the lower the SO 4 grade after purification.
(溶解)
洗浄後の粗炭酸リチウムを、それが全量溶解した際のLi濃度が9g/L(at25℃)となるように純水でリパルプ洗浄し、リパルプ洗浄後に炭酸ガスを、Li2CO3+H2CO3→2LiHCO3の想定反応において1.2倍モル当量で吹き込んで粗炭酸リチウムを再度溶解させた。この際に、所定量の吹込み前であって未溶解残渣が少量残る時点で炭酸ガスの吹込みを停止した。それにより、Caを残渣として残して分離することができた。
(Dissolution)
The crude lithium carbonate after washing is repulped with pure water so that the Li concentration when the entire amount is dissolved is 9 g / L (at 25 ° C.), and after the repulp washing, the carbon dioxide gas is added to Li 2 CO 3 + H 2 CO. In the assumed reaction of 3 → 2 LiHCO 3 , crude lithium carbonate was dissolved again by blowing in a 1.2-fold molar equivalent. At this time, the blowing of carbon dioxide gas was stopped before the predetermined amount was blown and when a small amount of undissolved residue remained. As a result, Ca could be separated leaving it as a residue.
(脱炭酸)
溶解後の濾液(Li溶解液)を70℃で加熱して炭酸ガスを脱離させ、炭酸水素リチウムと炭酸リチウムの溶解度差を利用して再晶析させた。加熱温度は50℃以上とした。それにより炭酸リチウムを得た。
(Decarboxylation)
The dissolved filtrate (Li solution) was heated at 70 ° C. to desorb carbon dioxide gas, and recrystallized by utilizing the difference in solubility between lithium hydrogen carbonate and lithium carbonate. The heating temperature was 50 ° C. or higher. As a result, lithium carbonate was obtained.
(洗浄)
脱炭酸後、炭酸リチウムを、溶解前の洗浄と同様の条件にて洗浄した。その結果、表4に示す品位の炭酸リチウムが得られた。
表4より、いずれも原料1〜3でも最終的に、Niは10質量ppm以下、Naは100質量ppm以下、Caは100質量ppm以下、Mgは10質量ppm以下、SO4は600質量ppm以下にまで低減されたことが解かる。なかでもSO4は、原料1及び3では300質量ppm以下であった。なお、表4には示していないが、塩素の含有量は、いずれの原料1〜3でも10質量ppm以下となった。
(Washing)
After decarboxylation, lithium carbonate was washed under the same conditions as the washing before dissolution. As a result, lithium carbonate having the grade shown in Table 4 was obtained.
From Table 4, in all of the raw materials 1 to 3, Ni is 10 mass ppm or less, Na is 100 mass ppm or less, Ca is 100 mass ppm or less, Mg is 10 mass ppm or less, and SO 4 is 600 mass ppm or less. It can be seen that it was reduced to. Among them, SO 4 was 300 mass ppm or less in the raw materials 1 and 3. Although not shown in Table 4, the chlorine content of any of the raw materials 1 to 3 was 10 mass ppm or less.
この脱炭酸後の洗浄で、洗浄水の量を変化させた場合の炭酸リチウム中のSO4品位の変化を、図4にグラフで示す。図4より、洗浄水の量を増やしてもSO4品位は大きく変化しなかったことが解かる。これにより、この炭酸リチウムでは、SO4が脱炭酸の段階で結晶中に巻き込まれたことにより、洗浄で除去されなかったと推測される。 The change in SO 4 grade in lithium carbonate when the amount of washing water is changed by this washing after decarboxylation is shown in a graph in FIG. From FIG. 4, it can be seen that the SO 4 grade did not change significantly even if the amount of washing water was increased. From this, it is presumed that SO 4 was not removed by washing in this lithium carbonate because it was caught in the crystal at the stage of decarboxylation.
上述したところから、この炭酸リチウムの製造方法によれば、不純物品位が比較的低い高純度の炭酸リチウムが得られることが解かる。 From the above, it can be seen that according to this method for producing lithium carbonate, high-purity lithium carbonate having a relatively low impurity grade can be obtained.
Claims (7)
前記酸性溶液を中和する中和工程と、前記中和工程で得られる中和後液中のLiを炭酸化する炭酸化工程と、前記炭酸化工程で得られる粗炭酸リチウムを洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程の後、前記粗炭酸リチウムを炭酸イオンの供給下で液中に溶解させる溶解工程と、前記溶解工程で得られるLi溶解液を加熱して、炭酸を脱離させる脱炭酸工程とを含み、
前記洗浄工程で、前記粗炭酸リチウムの湿重量に対して0.5倍〜2倍の純水で、前記粗炭酸リチウムをリパルプ洗浄する、炭酸リチウムの製造方法。 By subjecting a lithium ion battery waste containing a battery positive electrode material component containing at least one metal selected from the group consisting of Co, Ni and Mn and Li to a wet treatment, the lithium ion battery waste can be removed from the lithium ion battery waste. A method for producing lithium carbonate by separating at least one of the metals as a component of the battery positive electrode material and removing impurities from the acidic solution in which Li and impurities are dissolved.
A neutralization step for neutralizing the acidic solution, a carbonation step for carbonating Li in the neutralized liquid obtained in the neutralization step, and a cleaning step for cleaning the crude lithium carbonate obtained in the carbonation step. After the cleaning step, a dissolution step of dissolving the crude lithium carbonate in a solution under the supply of carbonate ions, and a decarbonation step of heating the Li solution obtained in the dissolution step to desorb carbonic acid. viewing including the door,
A method for producing lithium carbonate, wherein in the washing step, the crude lithium carbonate is repulp washed with pure water 0.5 to 2 times the wet weight of the crude lithium carbonate.
前記中和工程で、前記酸性溶液のpHを12.0〜13.0に上昇させる、請求項1に記載の炭酸リチウムの製造方法。 The acidic solution contains Mg ions
The method for producing lithium carbonate according to claim 1, wherein the pH of the acidic solution is raised to 12.0 to 13.0 in the neutralization step.
前記中和工程で、前記酸性溶液のpHを10.0〜10.5に上昇させる、請求項1に記載の炭酸リチウムの製造方法。 The acidic solution does not contain Mg ions and
The method for producing lithium carbonate according to claim 1, wherein the pH of the acidic solution is raised to 10.0 to 10.5 in the neutralization step.
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