JP7102743B2 - Lithium recovery method - Google Patents
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Description
本発明は、リチウム二次電池用正極材料のリチウムとカルシウムを含有する製造工程排水からリチウムを回収するリチウムの回収方法に関する。 The present invention relates to a method for recovering lithium, which recovers lithium from manufacturing process wastewater containing lithium and calcium as a positive electrode material for a lithium secondary battery.
リチウムは陶器やガラスの添加剤、鉄鋼連続鋳造用のガラスフラックス、グリース、医薬品、電池等、産業において広く利用されている。特に、リチウム二次電池はエネルギー密度が高く、電圧が高いことから、最近ではノートパソコンなどの電子機器のバッテリーや電気自動車・ハイブリッド車の車載バッテリーとしての用途が拡大しており、需要が急増している。 Lithium is widely used in industries such as additives for pottery and glass, glass flux for continuous steel casting, grease, pharmaceuticals, and batteries. In particular, lithium secondary batteries have high energy density and high voltage, so their use as batteries for electronic devices such as laptop computers and in-vehicle batteries for electric vehicles and hybrid vehicles has recently expanded, and demand has increased sharply. ing.
最近では資源の有効活用のため、リチウム二次電池用正極材料の製造工程で排出される排水(以下、「製造工程排水」ともいう)からリチウムを回収することが推進されている。 Recently, in order to make effective use of resources, it has been promoted to recover lithium from wastewater discharged in the manufacturing process of positive electrode materials for lithium secondary batteries (hereinafter, also referred to as “manufacturing process wastewater”).
製造工程排水からリチウムを回収する方法として、特許文献1に溶媒抽出法が、特許文献2にイオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法が提案されている。
As a method for recovering lithium from manufacturing process wastewater, Patent Document 1 proposes a solvent extraction method, and
しかし、特許文献1の溶媒抽出法は安全上の対策が必要になることや、工程が長く、高額なコストになることが問題となる。また、特許文献2のイオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法は、コスト面や運用面で不利である。
However, the solvent extraction method of Patent Document 1 has problems that safety measures are required, the process is long, and the cost is high. Further, the method using electrodialysis using the ion exchange membrane of
一方、安価で簡便な方法として陽イオン交換樹脂を用いた回収方法がある。 On the other hand, as an inexpensive and simple method, there is a recovery method using a cation exchange resin.
しかし、製造工程排水にカルシウムが微量含まれる場合、炭酸リチウムとして回収したリチウムの品位を悪化させる問題がある。また、リチウムの回収工程の前にカルシウム除去工程を追加することはコストの悪化を招くという問題がある。 However, when the wastewater from the manufacturing process contains a small amount of calcium, there is a problem that the quality of lithium recovered as lithium carbonate is deteriorated. Further, adding a calcium removing step before the lithium recovery step has a problem that the cost is deteriorated.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、リチウムとカルシウムを含有する製造工程排水からカルシウムを効率的かつ簡易に分離し、リチウムを回収する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for efficiently and easily separating calcium from wastewater from a manufacturing process containing lithium and calcium and recovering lithium. ..
本発明の一態様は、リチウム二次電池用正極材料のリチウムとカルシウムを含有する製造工程排水からリチウムを回収するリチウムの回収方法であって、前記製造工程排水を直列に連結された複数のイオン交換樹脂に接触させる吸着工程と、前記吸着工程後の前記複数のイオン交換樹脂を分離して、各イオン交換樹脂に溶離液を接触させる溶離工程とを有し、前記吸着工程でリチウムイオンが選択的に吸着した前記イオン交換樹脂からリチウムを回収することを特徴とする。 One aspect of the present invention is a method for recovering lithium from manufacturing process wastewater containing lithium and calcium as a positive electrode material for a lithium secondary battery, wherein the manufacturing process wastewater is connected in series to a plurality of ions. It has an adsorption step of contacting with an exchange resin and an elution step of separating the plurality of ion exchange resins after the adsorption step and bringing an eluent into contact with each ion exchange resin, and lithium ions are selected in the adsorption step. It is characterized in that lithium is recovered from the ion-exchange resin that has been specifically adsorbed.
このようにすれば、リチウムとカルシウムを含有する製造工程排水からカルシウムを効率的かつ簡易に分離することができるため、高品位のリチウムを回収し、かつ回収コストを低減することができる。 In this way, calcium can be efficiently and easily separated from the wastewater from the manufacturing process containing lithium and calcium, so that high-quality lithium can be recovered and the recovery cost can be reduced.
また、本発明の一態様では、前記溶離工程において、前記吸着工程でカルシウムイオンが選択的に吸着した前記イオン交換樹脂から該カルシウムイオンを除去してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, in the elution step, the calcium ions may be removed from the ion exchange resin in which calcium ions are selectively adsorbed in the adsorption step.
このようにすれば、カルシウムイオンを除去したイオン交換樹脂を用いて再度吸着工程を行い、リチウムを回収することができる。 In this way, lithium can be recovered by performing the adsorption step again using the ion exchange resin from which calcium ions have been removed.
また、本発明の一態様では、前記イオン交換樹脂が、強酸性陽イオン交換樹脂としてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the ion exchange resin may be a strongly acidic cation exchange resin.
強酸性陽イオン交換樹脂は耐久性が高いため、より多く吸着工程及び溶離工程を行うことができる。 Since the strong acid cation exchange resin has high durability, more adsorption steps and elution steps can be performed.
また、本発明の一態様では、前記溶離工程において、前記吸着工程で前記リチウムイオンが選択的に吸着した前記イオン交換樹脂を直列に連結してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, in the elution step, the ion exchange resin selectively adsorbed by the lithium ions in the adsorption step may be connected in series.
このようにすれば、より少ない溶離液でリチウムを回収することができる。 In this way, lithium can be recovered with less eluate.
また、本発明の一態様では、前記吸着工程において前記製造工程排水を直列に連結された二つのイオン交換樹脂に接触させ、前記二つのイオン交換樹脂を分離して、二番目の前記イオン交換樹脂からリチウムを回収してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, in the adsorption step, the wastewater from the manufacturing process is brought into contact with two ion exchange resins connected in series, the two ion exchange resins are separated, and the second ion exchange resin is separated. Lithium may be recovered from.
このようにすれば、リチウムとカルシウムを含有する製造工程排中からカルシウムを効率的かつ簡易に分離することができるため、高品位のリチウムを回収し、かつ回収コストを低減することができる。 In this way, calcium can be efficiently and easily separated from the waste in the manufacturing process containing lithium and calcium, so that high-quality lithium can be recovered and the recovery cost can be reduced.
また、本発明の一態様では、前記溶離工程における前記溶離液は硫酸ナトリウムを含有する水溶液としてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the eluent in the elution step may be an aqueous solution containing sodium sulfate.
このようにすれば、溶離工程において陽イオン交換樹脂がH型からNa型に変換されるため、再生工程を省略することができる。 In this way, the cation exchange resin is converted from the H type to the Na type in the elution step, so that the regeneration step can be omitted.
本発明によれば、リチウムとカルシウムを含有する製造工程排水からカルシウムを効率的かつ簡易に分離することができるため、高品位のリチウムを回収し、かつ回収コストを低減することができる。 According to the present invention, calcium can be efficiently and easily separated from the wastewater from the manufacturing process containing lithium and calcium, so that high-quality lithium can be recovered and the recovery cost can be reduced.
以下、本発明の具体的な実施形態(以下、「本実施形態」という)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be carried out with appropriate modifications within the scope of the object of the present invention.
[1.リチウム二次電池用正極材料の製造工程の概要]
まず、リチウム二次電池用正極材料の製造工程の概要について図面を使用しながら説明する。図1は、リチウム二次電池用正極材料の製造工程の概略を示すフロー図である。リチウム二次電池用正極材料の製造工程は、図1に示すように、晶析工程S101と分離工程S102と焼成工程S103と水洗工程S104とから構成される。詳細には、晶析工程S101は、ニッケル、コバルト、又はアルミニウム等の原料からなる各硫酸金属塩の混合水溶液に、水酸化ナトリウム水溶液を加えて、これらの金属水酸化物を共沈させて金属水酸化物を含むスラリーを得る工程である。また、分離工程S102は、得られた金属水酸化物を含むスラリーから金属複合水酸化物を固液分離等により分離する工程である。また、焼成工程S103は、得られた金属複合水酸化物と水酸化リチウムとを混合し、この混合物を所定の温度で焼成することによりリチウム金属複合酸化物を得る工程である。そして、水洗工程S104は、得られたリチウム金属複合酸化物を水洗処理する工程である。
[1. Overview of the manufacturing process of positive electrode materials for lithium secondary batteries]
First, an outline of the manufacturing process of the positive electrode material for a lithium secondary battery will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow chart showing an outline of a manufacturing process of a positive electrode material for a lithium secondary battery. As shown in FIG. 1, the manufacturing process of the positive electrode material for a lithium secondary battery is composed of a crystallization step S101, a separation step S102, a firing step S103, and a water washing step S104. Specifically, in the crystallization step S101, a sodium hydroxide aqueous solution is added to a mixed aqueous solution of each metal sulfate made of a raw material such as nickel, cobalt, or aluminum, and these metal hydroxides are co-precipitated to form a metal. This is a step of obtaining a slurry containing hydroxide. Further, the separation step S102 is a step of separating the metal composite hydroxide from the obtained slurry containing the metal hydroxide by solid-liquid separation or the like. Further, the firing step S103 is a step of mixing the obtained metal composite hydroxide and lithium hydroxide and firing the mixture at a predetermined temperature to obtain a lithium metal composite oxide. The water washing step S104 is a step of washing the obtained lithium metal composite oxide with water.
リチウム二次電池用正極材料の製造工程のうち、水洗工程S104では、高濃度のリチウムイオンと微量のカルシウムイオンを含む製造工程排水が排出される。製造工程排水濃度は、例えば、リチウムイオンが1~3g/Lであり、カルシウムイオンが1~10mg/Lを有している。リチウムはアルカリ金属であり、ナトリウムやカリウムと同様に水質汚濁に関する規制がない。工場の排水処理工程では通常、水質汚濁法や条例で規制された金属のみ処理して除去することから、製造工程排水中のリチウムは排水処理工程で除去されず、公共用水域に放流される。リチウムは海水に含まれる金属であり、公共用水域に放流しても環境上の問題はない。しかし、リチウムは貴重な金属であり、省資源という観点から、このような製造工程排水を公共用水域に放流することは好ましくない。そして、資源のリサイクルにおいて、製造工程において排出されるリチウムを廃棄せずに回収し有効活用することが求められている。 Among the manufacturing steps of the positive electrode material for the lithium secondary battery, in the washing step S104, wastewater from the manufacturing process containing a high concentration of lithium ions and a trace amount of calcium ions is discharged. The wastewater concentration in the manufacturing process is, for example, 1 to 3 g / L for lithium ions and 1 to 10 mg / L for calcium ions. Lithium is an alkali metal, and like sodium and potassium, there are no restrictions on water pollution. Since only metals regulated by the Water Pollution Law and regulations are usually treated and removed in the wastewater treatment process of factories, lithium in the wastewater from the manufacturing process is not removed in the wastewater treatment process and is discharged into public water bodies. Lithium is a metal contained in seawater, and there is no environmental problem even if it is released into public water bodies. However, lithium is a valuable metal, and from the viewpoint of resource saving, it is not preferable to discharge such manufacturing process wastewater into public water bodies. Then, in the recycling of resources, it is required to collect lithium discharged in the manufacturing process without discarding it and effectively utilize it.
製造工程排水からリチウムを回収するには、溶媒抽出法(例えば特許文献1)、イオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法(例えば特許文献2)及びイオン交換樹脂を用いた回収方法などがある。 To recover lithium from manufacturing process wastewater, there are a solvent extraction method (for example, Patent Document 1), a method using electrodialysis using an ion exchange membrane (for example, Patent Document 2), and a recovery method using an ion exchange resin. ..
しかし、溶媒抽出法を用いた場合、排水中の有機物の処理が必要となることや、消防法上の危険物を扱う設備となるため安全上の対策が必要になることや、多段抽出であるため、工程が長く、高額なコストになることが問題になる。また、イオン交換膜を利用した電気透析を用いる方法は、電気透析装置は排水処理として用いるには大規模な装置が必要となり、コスト面や運用面で不利である。 However, when the solvent extraction method is used, it is necessary to treat organic substances in the wastewater, it is necessary to take safety measures because it is a facility that handles dangerous substances under the Fire Service Act, and it is a multi-stage extraction. Therefore, the problem is that the process is long and the cost is high. Further, the method using electrodialysis using an ion exchange membrane requires a large-scale device for using the electrodialysis device as wastewater treatment, which is disadvantageous in terms of cost and operation.
これらの回収方法に対し、イオン交換樹脂を用いた回収方法は安価で簡便な方法として考えられる。イオン交換樹脂には官能基がスルホン酸基の強酸性陽イオン交換樹脂、官能基がカルボン酸基の弱酸性陽イオン交換樹脂などがある。いずれの樹脂も官能基の水素又はナトリウム原子と製造工程排水中の陽イオンを交換することで、製造工程排水と金属との交換反応を利用して製造工程排水から金属を回収する。また、強酸性陽イオン交換樹脂は全てのpH領域(0~14)で使用できる。 In contrast to these recovery methods, a recovery method using an ion exchange resin can be considered as an inexpensive and simple method. Examples of the ion exchange resin include a strongly acidic cation exchange resin having a sulfonic acid group as a functional group and a weakly acidic cation exchange resin having a carboxylic acid group as a functional group. In each resin, the hydrogen or sodium atom of the functional group is exchanged with the cation in the manufacturing process wastewater, and the metal is recovered from the manufacturing process wastewater by utilizing the exchange reaction between the manufacturing process wastewater and the metal. Further, the strongly acidic cation exchange resin can be used in all pH ranges (0 to 14).
しかし、強酸性陽イオン交換樹脂は価数が大きい金属ほど選択性が高いため、製造工程排水にカルシウムなどの2価金属が含まれる場合、リチウムより優先的に吸着するため、カルシウムが微量でも含まれる場合は選択的にリチウムを回収することが不可能になる。陽イオン交換樹脂を用いて製造工程排水からリチウムを回収する場合、溶離工程では溶離液量を通液する製造工程排水より少なくすることで溶離液中のリチウム濃度を上げる、すなわち濃縮することになる。これは溶離液から炭酸リチウムを沈殿させて回収する場合、回収効率を上げるために必要な操作になるが、このとき微量不純物であるカルシウムも一緒に濃縮される。ソーダ灰などの炭酸源を用いて溶離液から炭酸リチウムを沈殿回収する場合、カルシウムが存在すると、炭酸カルシウムとして沈殿し、炭酸リチウムの品位を悪化させる。このため陽イオン交換樹脂に通液する前にカルシウムを除去する必要があるが、微量含まれるカルシウムは除去が困難であり、カルシウム除去工程を前段に追加することはコストの悪化を招く。このような経緯から微量含まれるカルシウムを簡便に除去する方法が望まれてきた。 However, since the stronger the acid cation exchange resin has a higher valence, the higher the selectivity, when the divalent metal such as calcium is contained in the wastewater from the manufacturing process, it is preferentially adsorbed over lithium, so even a small amount of calcium is contained. In that case, it becomes impossible to selectively recover lithium. When lithium is recovered from manufacturing process wastewater using a cation exchange resin, the lithium concentration in the eluent is increased, that is, concentrated by reducing the amount of eluent in the elution process compared to the manufacturing process wastewater through which the eluent is passed. .. This is a necessary operation for improving the recovery efficiency when lithium carbonate is precipitated and recovered from the eluate, and at this time, calcium, which is a trace impurity, is also concentrated. When lithium carbonate is precipitated and recovered from the eluent using a carbon dioxide source such as soda ash, the presence of calcium precipitates as calcium carbonate, which deteriorates the quality of lithium carbonate. Therefore, it is necessary to remove calcium before passing it through the cation exchange resin, but it is difficult to remove the calcium contained in a trace amount, and adding the calcium removing step to the previous stage causes a deterioration in cost. From such a background, a method for easily removing a trace amount of calcium contained has been desired.
このような実情に鑑み、発明者らは鋭意検討を重ねた結果、カルシウムがリチウムより優先的に吸着することから、樹脂カラムを用いた吸着操作ではカラムの前段に偏って吸着することに着目し、カルシウムの割合が多い前段部分の樹脂とカルシウムの割合が少ない後段部分の樹脂を別に溶離することで、カルシウム濃度の少ない溶離液を得ることが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 In view of this situation, the inventors have conducted diligent studies and focused on the fact that calcium is preferentially adsorbed over lithium, so that the adsorption operation using a resin column is biased toward the front stage of the column. , The present invention was completed by finding that it is possible to obtain an eluent having a low calcium concentration by separately eluting the resin in the front portion having a high proportion of calcium and the resin in the rear portion having a low proportion of calcium. I arrived.
以下、本発明の一実施形態に係るリチウムの回収方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the method for recovering lithium according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
[2.リチウムの回収方法]
本発明の一実施形態に係るリチウムの回収方法は、リチウム二次電池用正極材料の製造工程排水からリチウムを回収するものであって、図2に示すように、置換工程S1と吸着工程S2と溶離工程S3と再生工程S4とから構成される。以下、各工程をそれぞれ説明する。
[2. Lithium recovery method]
The method for recovering lithium according to an embodiment of the present invention recovers lithium from the wastewater from the manufacturing process of the positive electrode material for a lithium secondary battery, and as shown in FIG. 2, the replacement step S1 and the adsorption step S2 It is composed of an elution step S3 and a regeneration step S4. Hereinafter, each step will be described.
ここで、本発明の一実施形態に係るイオン交換樹脂は強酸性陽イオン交換樹脂が好ましい。本発明の一実施形態に係るイオン交換樹脂カラムは溶離時に前段と後段とをわけて溶離するが、1本のシングルカラムではこの操作を行うことが難しくなるため、複数のカラム、例えば数本のカラムで構成する。 Here, the ion exchange resin according to the embodiment of the present invention is preferably a strongly acidic cation exchange resin. The ion exchange resin column according to the embodiment of the present invention elutes separately in the first stage and the second stage at the time of elution, but since it is difficult to perform this operation with one single column, a plurality of columns, for example, several columns, are used. It consists of columns.
[2-1.置換工程]
置換工程S1は、強酸性陽イオン交換樹脂に含有される官能基であるスルホン酸基(以下、「H型」ともいう。)をナトリウム型(以下、「Na型」ともいう。)に置換する工程である。また、置換工程S1は、弱酸性陽イオン交換樹脂に含有される官能基であるカルボキシ基(以下、「H型」ともいう。)をナトリウム型(以下、「Na型」ともいう。)に置換することもできる。なお置換工程は、後述する吸着工程と溶離工程とを複数回繰り返すことでリチウムイオンに対する陽イオン交換樹脂の吸着性が低下するので、この吸着性を再生する目的で行うこともできる。なお置換工程は陽イオン交換樹脂がNa型になっている場合には省略することができる。また、必ずしも「Na型」でなければならない訳ではなく、置換工程S1を省略して「H型」で使用してもよい。
[2-1. Replacement process]
In the replacement step S1, the sulfonic acid group (hereinafter, also referred to as “H type”), which is a functional group contained in the strongly acidic cation exchange resin, is replaced with a sodium type (hereinafter, also referred to as “Na type”). It is a process. Further, in the replacement step S1, the carboxy group (hereinafter, also referred to as “H type”), which is a functional group contained in the weakly acidic cation exchange resin, is replaced with a sodium type (hereinafter, also referred to as “Na type”). You can also do it. Since the adsorptivity of the cation exchange resin to lithium ions is lowered by repeating the adsorption step and the elution step described later a plurality of times, the replacement step can also be performed for the purpose of regenerating this adsorptivity. The replacement step can be omitted when the cation exchange resin is of the Na type. Further, it does not necessarily have to be "Na type", and the replacement step S1 may be omitted and used in "H type".
[2-2.吸着工程]
吸着工程S2では、製造工程排水にイオン交換樹脂を接触させて、イオン交換樹脂にカルシウムイオン又はリチウムイオンを吸着させる。吸着工程を行う場合は図3に示す通り、イオン交換樹脂を封入した複数のカラムを直列に連結して、例えばポンプPを用いて製造工程排水を通液し、リチウムイオンとカルシウムイオンを吸着させる。例えば4本のカラムがある場合、製造工程排水は1本目C1→2本目C2→3本目C3→4本目C4と順番に流れていき、吸着後液として排出される。
[2-2. Adsorption process]
In the adsorption step S2, the ion exchange resin is brought into contact with the wastewater from the manufacturing process, and calcium ions or lithium ions are adsorbed on the ion exchange resin. When the adsorption step is performed, as shown in FIG. 3, a plurality of columns filled with ion exchange resins are connected in series, and for example, a pump P is used to pass the wastewater from the manufacturing process to adsorb lithium ions and calcium ions. .. For example, when there are four columns, the wastewater from the manufacturing process flows in the order of the first C1 → the second C2 → the third C3 → the fourth C4, and is discharged as a liquid after adsorption.
ここで、上述したようにカルシウムイオンは2価の陽イオンであり、1価の陽イオンであるリチウムイオンよりも選択性が高く、イオン交換樹脂に吸着しやすい。このため、本発明の一実施形態では、製造工程排水中に存在するほぼ全量のカルシウムイオンがカラムC1に吸着する。つまり、本発明の一実施形態では、製造工程排水中のカルシウムイオンは樹脂の最初の部分であるカラムC1に濃縮されて分離され、カラムC1を通過した製造工程排水にはカルシウムイオンはほとんど残らない。 Here, as described above, the calcium ion is a divalent cation, has higher selectivity than the monovalent cation lithium ion, and is easily adsorbed on the ion exchange resin. Therefore, in one embodiment of the present invention, almost all calcium ions present in the wastewater from the manufacturing process are adsorbed on the column C1. That is, in one embodiment of the present invention, the calcium ions in the manufacturing process wastewater are concentrated and separated in the column C1 which is the first part of the resin, and almost no calcium ions remain in the manufacturing process wastewater passing through the column C1. ..
一方、リチウムイオンは選択性が低くイオン交換樹脂に吸着しにくい。このため、リチウムイオンの一部はカラムC1に吸着するが、残りは2本目以降のカラムに吸着する。 On the other hand, lithium ions have low selectivity and are not easily adsorbed on ion exchange resins. Therefore, a part of the lithium ions is adsorbed on the column C1, but the rest is adsorbed on the second and subsequent columns.
上述したカルシウムイオンとリチウムイオンの選択性の違いにより、本発明の一実施形態では、カラムC1で製造工程排水中のリチウムとカルシウムを分離することができる。そして、後述する溶離工程においてカルシウム濃度の少ない溶離液を得ることができるため、高品位のリチウムを回収することができる。 Due to the difference in selectivity between calcium ions and lithium ions described above, in one embodiment of the present invention, lithium and calcium in the wastewater from the manufacturing process can be separated by the column C1. Then, since an eluent having a low calcium concentration can be obtained in the elution step described later, high-quality lithium can be recovered.
また、本発明の一実施形態では製造工程排水中のリチウムイオン濃度、1~3g/Lに対し、カルシウムイオンは1~10mg/Lとごく微量である。イオン交換反応は平衡反応でありこれらの濃度の違いを鑑みると、イオン交換樹脂に吸着したカルシウムイオンが多量のリチウムイオンに置換され、カラムC1から溶離される可能性も考えられる。しかし、カルシウムイオンは選択性が高くリチウムイオンは選択性が低い。このため、本発明の一実施形態において、カラムC1のイオン交換樹脂に吸着したカルシウムイオンは、リチウムイオンにより溶離されにくく、2本目以降のカラムに吸着しにくいと考えられる。 Further, in one embodiment of the present invention, the concentration of calcium ions in the wastewater from the manufacturing process is 1 to 3 g / L, whereas the amount of calcium ions is 1 to 10 mg / L, which is a very small amount. The ion exchange reaction is an equilibrium reaction, and in view of the difference in these concentrations, it is possible that the calcium ions adsorbed on the ion exchange resin are replaced with a large amount of lithium ions and eluted from the column C1. However, calcium ions have high selectivity and lithium ions have low selectivity. Therefore, in one embodiment of the present invention, it is considered that the calcium ions adsorbed on the ion exchange resin of the column C1 are less likely to be eluted by the lithium ions and are less likely to be adsorbed on the second and subsequent columns.
さらに、本発明の一実施形態では吸着工程においてカルシウムイオンの分離とリチウムイオンの吸着を一工程で行うことができる。そして、本発明の一実施形態では別途のカルシウム除去工程を省略することができ、コスト的に有利である。 Further, in one embodiment of the present invention, calcium ion separation and lithium ion adsorption can be performed in one step in the adsorption step. Then, in one embodiment of the present invention, a separate calcium removal step can be omitted, which is advantageous in terms of cost.
また、本発明の他の一実施形態では2本のイオン交換樹脂(カラム)を用いて、1本目のカラムC1にカルシウムイオンを選択的に吸着させ、2本目のカラムC2にリチウムイオンを選択的に吸着させるようにしてもよい。これにより、カラム数を低減させることができるため、コスト的に有利である。 Further, in another embodiment of the present invention, two ion exchange resins (columns) are used to selectively adsorb calcium ions on the first column C1 and selectively lithium ions on the second column C2. It may be adsorbed to. As a result, the number of columns can be reduced, which is advantageous in terms of cost.
本発明の一実施形態では、カラムの本数を多くすることで製造工程排水からのリチウム回収率を向上させることができる。また、最適なカラム本数は、リチウム回収率の向上による利益と、カラムの本数を多くすることによる設備投資費、樹脂費用のコストを勘案して適宜決定される。 In one embodiment of the present invention, the lithium recovery rate from wastewater from the manufacturing process can be improved by increasing the number of columns. In addition, the optimum number of columns is appropriately determined in consideration of the profit from the improvement of the lithium recovery rate, the capital investment cost and the resin cost due to the increase in the number of columns.
[2-3.溶離工程]
溶離工程S3では、塩酸や硫酸などの酸又はナトリウム塩を含む水溶液を溶離液として用いてカルシウムイオン又はリチウムイオンを溶離する。本発明の一実施形態における溶離工程では、吸着工程で直列に連結させたイオン交換樹脂を分離する。これにより、カルシウムイオンが選択的に吸着したイオン交換樹脂と、リチウムイオンが選択的に吸着したイオン交換樹脂とを分離することができる。
[2-3. Elution process]
In the elution step S3, an aqueous solution containing an acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid or a sodium salt is used as an eluent to elute calcium ions or lithium ions. In the elution step in one embodiment of the present invention, the ion exchange resins linked in series in the adsorption step are separated. Thereby, the ion exchange resin in which calcium ions are selectively adsorbed and the ion exchange resin in which lithium ions are selectively adsorbed can be separated.
本発明の一実施形態における溶離工程では、イオン交換樹脂を分離した後、図4に示す通り、各カラムを並列とし、例えばポンプP1、P2、P3、P4を用いてカラムC1、C2、C3、C4のそれぞれに溶離液を通液し、溶離液1、溶離液2、溶離液3、溶離液4を得る。
In the elution step in one embodiment of the present invention, after separating the ion exchange resin, as shown in FIG. 4, each column is arranged in parallel, and for example, the pumps P1, P2, P3, P4 are used to use columns C1, C2, C3, An eluent is passed through each of C4 to obtain an eluent 1, an
このとき、上述したように1本目のカラムC1の溶離液にはより多くのカルシウムが含まれており、2本目、3本目、4本目と吸着時の後段では溶離液中のカルシウムは少なくなる。溶離工程後にカルシウム濃度の低い溶離液、例えば2~4本目のカラムの溶離液のみ回収することで、不純物であるカルシウムを分離して高品位のリチウムを回収することができる。 At this time, as described above, the eluate of the first column C1 contains more calcium, and the calcium in the eluate is reduced in the second, third, and fourth stages and the latter stage at the time of adsorption. By recovering only the eluate having a low calcium concentration, for example, the eluate of the second to fourth columns after the elution step, calcium as an impurity can be separated and high-grade lithium can be recovered.
本発明の他の一実施形態における溶離工程では、リチウムイオンが選択的に吸着したイオン交換樹脂を直列に連結し、溶離液を通液するようにしてもよい。これにより、別々に溶離液を通液するよりも少ない溶離液でリチウムを回収することができるようにしてもよい。 In the elution step in another embodiment of the present invention, ion exchange resins selectively adsorbed by lithium ions may be connected in series to allow the eluent to pass through. This may allow lithium to be recovered with less eluent than passing the eluent separately.
溶離液を通液しリチウムイオンを溶離したイオン交換樹脂は、後述する再生工程を行った後に再度吸着工程において使用することができる。また、溶離液を通液して、カルシウムイオンを溶離し除去したイオン交換樹脂も、後述する再生工程を行った後に再度吸着工程において使用することができる。なお、カルシウムイオンを選択的に吸着させたイオン交換樹脂を廃棄し、新たなイオン交換樹脂に交換することで、溶離工程を省略してもよい。 The ion exchange resin in which the eluent is passed and lithium ions are eluted can be used again in the adsorption step after performing the regeneration step described later. Further, the ion exchange resin obtained by elution and removing calcium ions by passing an eluent can also be used again in the adsorption step after performing the regeneration step described later. The elution step may be omitted by discarding the ion exchange resin on which calcium ions are selectively adsorbed and replacing it with a new ion exchange resin.
[2-4.再生工程]
再生工程S4では硫酸や塩酸などの酸でカルシウムイオン及びリチウムイオンを溶離した後、H型になった陽イオン交換樹脂にNaOHを通液することでNa型に変換する。なおナトリウム塩を含む水溶液でカルシウムイオン及びリチウムイオンを溶離した場合は溶離反応でNa型になるため、本工程は必要ない。
[2-4. Regeneration process]
In the regeneration step S4, calcium ions and lithium ions are eluted with an acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid, and then converted to Na type by passing NaOH through an H type cation exchange resin. When calcium ions and lithium ions are eluted with an aqueous solution containing sodium salts, the elution reaction results in Na type, so this step is not necessary.
ナトリウム塩には塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムといったものがあるが、塩化ナトリウムを用いた場合、沈殿回収した炭酸リチウムに塩素が残留する。回収した炭酸リチウムは二次電池の正極材料の原料としてリサイクルされるが、塩素は設備の構造材を腐食するといったデメリットがあることから硫酸ナトリウムを用いることが望ましい。 Sodium salts include sodium chloride and sodium sulfate, but when sodium chloride is used, chlorine remains in the precipitated and recovered lithium carbonate. The recovered lithium carbonate is recycled as a raw material for the positive electrode material of the secondary battery, but it is desirable to use sodium sulfate because chlorine has the disadvantage of corroding the structural material of the equipment.
以下、本発明を適用した具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 Specific examples to which the present invention is applied will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
<実施例1>
容量1Lの強酸性カチオン交換樹脂(住化ケムテック社製:デュオライトCF20LF)を詰めたイオン交換樹脂カラムを4本準備した。
<Example 1>
Four ion exchange resin columns packed with a strongly acidic cation exchange resin having a capacity of 1 L (manufactured by Sumika Chemtec Co., Ltd .: Duolite CF20LF) were prepared.
[1.置換工程]
住化ケムテック社製:デュオライトCF20LFの購入時の型は、Na型なので、置換操作等を行わずそのまま使用した。
[1. Replacement process]
Sumika Chemtech Co., Ltd .: The type of Duolite CF20LF at the time of purchase was Na type, so it was used as it was without replacement operation.
[2.吸着工程]
4本のカラムを直列に連結しリチウムを2100mg/L、カルシウムを2mg/L含むpH12の二次電池正極材料の製造工程排水を100L通液した。
[2. Adsorption process]
Four columns were connected in series, and 100 L of wastewater from the manufacturing process of a positive electrode material for a secondary battery having a pH of 12 containing 2100 mg / L of lithium and 2 mg / L of calcium was passed.
[3.溶離工程]
吸着工程後、直列に連結したカラムを並列にし、各カラムに10Lの純水を流してカラム内の樹脂を洗浄した。その後、並列の状態で各カラムにそれぞれ6Lの150g/Lの硫酸ナトリウム水溶液を通液してリチウムとカルシウムを溶離した。通液量と溶離液中リチウム濃度の関係を図5に、通液量と溶離液中カルシウム濃度の関係を図6に示す。溶離液中のリチウム濃度(図5)は2~4本目ではほぼ同様でピーク濃度は約13g/L程度であり、1本目では若干低く約9g/Lであることがわかる。一方で、溶離液中のカルシウム濃度(図6)は1本目のみがピーク濃度が約80mg/Lとなり、2~4本目では数mg/Lとなっていることがわかる。
[3. Elution process]
After the adsorption step, the columns connected in series were arranged in parallel, and 10 L of pure water was flowed through each column to wash the resin in the column. Then, in a parallel state, 6 L of 150 g / L sodium sulfate aqueous solution was passed through each column to elute lithium and calcium. The relationship between the flow rate and the lithium concentration in the eluent is shown in FIG. 5, and the relationship between the flow rate and the calcium concentration in the eluent is shown in FIG. It can be seen that the lithium concentration in the eluent (FIG. 5) is almost the same in the 2nd to 4th lines, the peak concentration is about 13 g / L, and the peak concentration is slightly lower in the 1st line and is about 9 g / L. On the other hand, it can be seen that the calcium concentration in the eluent (FIG. 6) has a peak concentration of about 80 mg / L only in the first one and several mg / L in the second to fourth ones.
この結果から、カルシウム濃度の低い2~4本目の溶離液を炭酸リチウムの原料とすればカルシウム品位の低い高純度の炭酸リチウムを得られることがわかった。 From this result, it was found that high-purity lithium carbonate having a low calcium grade can be obtained by using the second to fourth eluates having a low calcium concentration as a raw material for lithium carbonate.
なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。 Although each embodiment and each embodiment of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art will be able to make many modifications that do not substantially deviate from the new matters and effects of the present invention. , Will be easy to understand. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention.
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、リチウムの回収方法の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 For example, a term described at least once in a specification or drawing with a different term in a broader or synonymous manner may be replaced by the different term anywhere in the specification or drawing. Further, the configuration and operation of the lithium recovery method are not limited to those described in each embodiment and each embodiment of the present invention, and various modifications can be carried out.
S1 置換工程、S2 吸着工程、S3 溶離工程、S4 再生工程 S101 晶析工程、S102 分離工程、S103 焼成工程、S104 水洗工程 P ポンプ C カラム S1 substitution process, S2 adsorption process, S3 elution process, S4 regeneration process S101 crystallization process, S102 separation process, S103 firing process, S104 washing process P pump C column
Claims (6)
前記製造工程排水を直列に連結された複数のイオン交換樹脂に接触させる吸着工程と、
前記吸着工程後の前記複数のイオン交換樹脂を分離して、各イオン交換樹脂に溶離液を接触させる溶離工程とを有し、
前記吸着工程でリチウムイオンが選択的に吸着した前記イオン交換樹脂からリチウムを回収することを特徴とするリチウムの回収方法。 A method for recovering lithium from manufacturing process wastewater containing lithium and calcium, which is a positive electrode material for lithium secondary batteries.
The adsorption step of bringing the wastewater from the manufacturing process into contact with a plurality of ion exchange resins connected in series, and
It has an elution step of separating the plurality of ion exchange resins after the adsorption step and bringing an eluent into contact with each ion exchange resin.
A method for recovering lithium, which comprises recovering lithium from the ion exchange resin in which lithium ions are selectively adsorbed in the adsorption step.
前記二つのイオン交換樹脂を分離して、二番目の前記イオン交換樹脂からリチウムを回収することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のリチウムの回収方法。 In the adsorption process, the wastewater from the manufacturing process is brought into contact with two ion exchange resins connected in series.
The method for recovering lithium according to any one of claims 1 to 3, wherein the two ion exchange resins are separated and lithium is recovered from the second ion exchange resin.
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