JP7385297B2 - 金属イオン回収装置、金属回収システムおよび金属イオンの回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属イオン回収装置、金属回収システムおよび金属イオンの回収方法に関する。
本出願は、２０１９年３月２９日に日本に出願された特願２０１９－０６９１３１に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

リチウムイオン電池は、近年、広く利用されている。リチウムイオン電池は、例えば、電気自動車の電源、携帯機器の電源などに用いられている。
また、リチウムは、リチウムイオン電池の原料として使用されている。リチウムは、リチウムイオン電池の他に、核融合炉の燃料となる三重水素の製造においても使用されている。
これらのことから、近年、リチウムの需要が急速に拡大している。

リチウムは、海水中に含まれている。このため、海水中に含まれるリチウムを回収する技術が検討されている。また、使用済みのリチウムイオン電池からリチウムを回収する技術が検討されている。

特許文献１および特許文献２には、金属イオンを含む原液から金属イオンを回収する回収装置が記載されている。この回収装置は、金属イオン伝導体で構成された選択透過膜と、選択透過膜の一方の主面側に固定された第１電極と、選択透過膜の他方の主面側に固定された第２電極とを有する。特許文献１および特許文献２に記載の回収装置では、選択透過膜と第１電極と第２電極とを有する構造によって、金属イオンを含む原液と回収液との間を仕切り、原液中の金属イオンを回収液中に移動させる。

特許第６２３３８７７号公報 国際公開第２０１７／１３１０５１号

資源の有効利用の観点から、海水、廃電池処理液などのリチウムイオン含有原液から、リチウムイオンを効率よく回収することが望まれている。しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載されている従来の金属イオン回収装置は、金属イオンの回収効率を向上させることが困難であった。すなわち、従来の金属イオン回収装置は、１個の金属イオン伝導体（選択透過膜）を用いて金属イオン含有原液と金属イオン回収液との間を仕切った構造である。このため、装置１台あたりの金属イオンの回収効率を向上させることが難しく、金属イオンを大量に回収することが困難であった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、金属イオンを効率よく回収できる金属イオン回収装置を提供することを課題とする。また、本発明は、上記金属イオン回収装置を用いた金属回収システムおよび金属イオンの回収方法を提供することを他の課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］金属イオンを含む金属イオン含有原液を収容する原液槽と、
前記金属イオン含有原液から回収された金属イオンを含む金属イオン回収液を収容する回収液槽と、
前記原液槽と前記回収液槽とを仕切り、前記金属イオンを選択的に透過させる筒状の金属イオン選択透過膜と、
前記金属イオン選択透過膜の前記原液槽側の面に電気的に接続する陽極と、
前記金属イオン選択透過膜の前記回収液槽側の面に電気的に接続する陰極と、
を備える金属イオン回収装置。

［２］前記回収液槽が筒状であって、前記筒状の回収液槽が前記原液槽の中に配列されていることを特徴とする［１］に記載の金属イオン回収装置。
［３］前記筒状の金属イオン選択透過膜を２個以上備える、［１］または［２］に記載の金属イオン回収装置。
［４］前記金属イオンがリチウムイオンである、［１］～［３］のいずれかに記載の金属イオン回収装置。

［５］［１］～［４］のいずれかに記載の金属イオン回収装置を複数備え、
それぞれの前記金属イオン回収装置が、前記原液槽を接続する配管と前記回収液槽を接続する配管とで接続されていることを特徴とする金属イオン回収装置ユニット。

［６］［１］～［４］のいずれかに記載の金属イオン回収装置または［５］に記載の金属イオン回収装置ユニットと、
前記金属イオン回収装置または前記金属イオン回収装置ユニットの前記回収液槽に接続し、前記金属イオン回収液に含まれる金属イオンを、前記金属イオンを含む化合物（金属イオン中の金属を含む固形物）として取り出す精製装置とを含むことを特徴とする金属回収システム。

［７］［１］～［４］のいずれかに記載の金属イオン回収装置または［５］に記載の金属イオン回収装置ユニットを用いて、
前記金属イオン回収装置または前記金属イオン回収装置ユニットの前記原液槽に収容された前記金属イオン含有原液に含まれる金属イオンを、前記金属イオン選択透過膜に透過させ、前記回収液槽に収容された前記金属イオン回収液で回収することを特徴とする金属イオンの回収方法。

本発明によれば、金属イオン（例えば、リチウムイオン）の回収効率が向上し、大量の金属イオンを回収できる金属イオン回収装置を提供可能となる。また、本発明によれば、上記金属イオン回収装置を用いた金属回収システムおよび金属イオンの回収方法を提供可能となる。

本発明の一実施形態である金属イオン回収装置の一例の断面図である。 本発明の一実施形態である金属イオン回収装置で用いることができる回収液槽の一例の横断面図であり、図１のＡ－Ａ’線断面図に相当する図面である。 本発明の一実施形態である金属イオン回収装置で用いることができる回収液槽の別の一例の横断面図である。 本発明の一実施形態である金属イオン回収装置で用いることができる回収液槽のさらに別の一例の横断面図である。 本発明の一実施形態である金属イオン回収装置で用いることができる回収液槽のさらに別の一例の横断面図である。 本発明の一実施形態である金属イオン回収装置を用いた金属回収システムの一例の構成図である。 本発明の一実施形態である金属イオン回収装置ユニットの一例の構成図である。 本発明の一実施形態である金属イオン回収装置ユニットで用いることができる単膜式の金属イオン回収装置を構成する金属イオン回収セルの一例の斜視図である。 図８に示す金属イオン回収セルの分解斜視図である。 本発明の一実施形態である金属イオン回収装置ユニットで用いることができる単膜式の金属イオン回収装置を構成する金属イオン回収セルの別の一例の斜視図である。 図１０に示す金属イオン回収セルの分解斜視図である。

以下、本発明に係る金属イオン回収装置、金属回収システムおよび金属イオンの回収方法の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態のみに限定されるものではない。

本実施形態の金属イオン回収装置は、金属イオンを含む金属イオン含有原液から金属イオンを回収する装置である。回収対象の金属イオンとしては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属などのイオンが挙げられる。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、セシウムなどが挙げられる。アルカリ土類金属としては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウムなどが挙げられる。遷移金属としては、コバルト、ニッケル、マンガンなどが挙げられる。

例えば、金属イオンとしてリチウムイオンを回収する実施形態では、上記金属イオン含有原液は、リチウムイオンを含むリチウムイオン含有原液である。リチウムイオン含有原液としては、例えば、海水、塩湖灌水、にがり、廃電池処理液などを用いることができる。リチウムイオン含有原液中のリチウム濃度は、海水が０．１７ｐｐｍ程度、塩湖灌水が１０００ｐｐｍ程度、にがりが海水の５０～１０００倍程度、廃電池処理液が２０００～３０００ｐｐｍ程度である。リチウムイオン含有原液としては、リチウム濃度が０．１モル／Ｌ以上であるリチウムイオンを含む溶液を用いることが好ましい。塩湖灌水、廃電池処理液は、リチウム濃度が高いため、リチウムイオン含有原液として好適である。また、にがりは、海水から容易に製造できるため、リチウムイオン含有原液として有効である。

金属イオン含有原液（例えば、リチウムイオン含有原液）としては、海水、塩湖灌水、にがり、廃電池処理液の他に、鉱物リチウムの溶解液、海水淡水化プラントにて得られる濃縮海水、温泉水などを用いてもよい。
金属イオン含有原液（例えば、リチウムイオン含有原液）には、溶媒として、水、有機溶剤などが含まれていてもよい。金属イオン含有原液（例えば、リチウムイオン含有原液）中に含まれる溶媒は、環境負荷の観点から水であることが好ましい。

金属イオン回収液は、金属イオン選択透過膜を透過した金属イオンを回収する液体である。金属イオン回収液は、金属イオンが溶解し得る溶媒であれば特に限定されない。金属イオン回収液は、例えば、金属イオン含有原液の溶媒と同様のものとしうる。
金属イオン回収液としては、例えば、水（好ましくは純水、ＲＯ水（逆浸透膜透過水）などの金属イオンの混入が少ない水）が好ましい。あるいは、回収液中に回収した金属イオンを精製して回収する後工程に有効な溶媒を用いてもよい。
金属イオンとしてリチウムイオンを回収する場合のリチウムイオン回収液の好適例として、水（好ましくは純水、ＲＯ水などの金属イオンの混入が少ない水）が挙げられる。あるいは、回収液中に回収したリチウムイオンを固形状のリチウムとして回収する後工程に有効な溶媒として、例えば、希塩酸が挙げられる。

金属イオン回収装置は、原液槽と、回収液槽と、原液槽と回収液槽とを仕切る筒状の金属イオン選択透過膜（以下、単に「選択透過膜」ともいう）と、陽極と、陰極とを含む。原液槽は、金属イオン含有原液を収容する槽である。回収液槽は、金属イオン含有原液から回収された金属イオンを含む金属イオン回収液を収容する槽である。

選択透過膜は、金属イオンの伝導体（以下、「金属イオン伝導体」ともいう）を主体とするものである。
本実施形態において「金属イオンの伝導体を主体とする」とは、選択透過膜の全質量の５０質量％以上が金属イオンの伝導体であることを意味する。
選択透過膜の全質量中の金属イオンの伝導体の質量％は、イオン伝導率の高い選択透過膜となるため、７０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましい。

選択透過膜は、例えば、金属イオン伝導体単体から形成されていてもよい。また、選択透過膜は、金属イオン伝導体と支持体との複合材料から形成されていてもよい。さらに、選択透過膜は、金属イオン伝導体と金属イオンの伝導性向上に寄与する吸着層との複合材料から形成されていてもよい。

選択透過膜に含まれる金属イオン伝導体は、金属イオンを伝導可能な材料であればよい。金属イオン伝導体は、伝導可能な金属元素を含む結晶構造を有し、結晶中を金属イオンが流れることによって、イオン伝導性を示すセラミックス材料であることが好ましい。金属イオン伝導体は、選択透過膜に透過させる金属イオン、即ち、回収する金属イオンの種類に応じて決定される。

金属イオン伝導体は、イオン伝導率が１０^－４Ｓｃｍ^－１～１０^－１Ｓｃｍ^－１であることが好ましく、より好ましくは１０^－３Ｓｃｍ^－１～１０^－１Ｓｃｍ^－１である。イオン伝導率が高いほど、金属イオンに対する透過性が高くなる。例えば、イオン伝導率が１０^－４Ｓｃｍ^－１以上であると、金属イオンに対する透過性が高い選択透過膜となる。このため、金属イオン含有原液中の金属イオンを効率よく回収でき、好ましい。イオン伝導率の上限は特に限定されないが、例えば、１０^－１Ｓｃｍ^－１以下とすればよい。

選択透過膜に用いられる金属イオン伝導体は、選択透過膜に透過させる金属イオン、即ち、回収する金属イオンの種類に応じて決定される。例えば、選択透過膜に透過させる金属イオン（即ち回収対象の金属イオン）がリチウムイオンである場合、選択透過膜に用いられる金属イオン伝導体としては、具体的には、窒化リチウム（Ｌｉ_３Ｎ）、Ｌｉ_１０ＧｅＰ_２Ｓ_１２、チタン酸リチウムランタン：（Ｌｉ_ｘ，Ｌａ_ｙ）ＴｉＯ_ｚ（ここで、ｘ＝３ａ－２ｂ、ｙ＝２／３－ａ、ｚ＝３－ｂ、０＜ａ≦１／６、０≦ｂ≦０．０６、ｘ＞０）（以下、「ＬＬＴＯ」という場合がある。）、Ｌｉ置換型ＮＡＳＩＣＯＮ（Ｎａ Ｓｕｐｅｒ Ｉｏｎｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型結晶であるＬｉ_{１＋ｘ＋ｙ}Ａｌ_ｘ（Ｔｉ，Ｇｅ）_２－ｘＳｉ_ｙＰ_３－ｙＯ_１２（ここで、０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．６）などのリチウムイオン伝導体を用いることができる。これらのリチウムイオン伝導体は、いずれも１０^－４Ｓｃｍ^－１以上の高いリチウムイオン伝導率を示し、リチウムイオンに対する高い選択性が得られる超リチウムイオン伝導体である。したがって、かかる超リチウムイオン伝導体を主体とする選択透過膜を備える金属イオン回収装置は、原液中のリチウムイオンを効率よく回収できる。上記のリチウムイオン伝導体の中でも特に、チタン酸リチウムランタン（ＬＬＴＯ）が好ましい。チタン酸リチウムランタンが、耐水性が高く、リチウムイオン含有原液およびリチウムイオン回収液に長時間浸漬しても性能が低下し難いためである。チタン酸リチウムランタンとしては、具体的にはＬｉ_０．２９Ｌａ_０．５７ＴｉＯ_３を用いることが好ましい。

アルカリ金属であるナトリウムおよびセシウムは、リチウムと同様に、金属イオンの導電体を形成する元素でありうる。
回収対象の金属イオンがナトリウムイオンである場合、選択透過膜としてナトリウムイオンの伝導体を用いる。ナトリウムイオンの伝導体としては、例えば、βアルミナ、Ｎａ_２（ＢＨ_４）（ＮＨ_２）、Ｎａ_３ＳｂＳ_４－Ｎａ_４ＳｎＳ_４などのナトリウムを含む化合物が挙げられる。
また、回収対象の金属イオンがセシウムイオンである場合、選択透過膜としてセシウムイオンの伝導体を用いる。セシウムイオン伝導体としては、例えば（Ｃｓ_ｘ，Ｌａ_ｙ）ＴｉＯ_ｚ（ここで、ｘは０．２９、ｙは０．５７、ｚは３である）などのセシウムを含む化合物を用いることが考えられる。
回収対象の金属イオンが、アルカリ土類金属または遷移金属のイオンである場合も、上述したアルカリ金属のイオンである場合と同様に、回収対象の金属イオンの伝導体として、その金属元素を含む化合物を用いることができる。

選択透過膜は、金属イオン伝導体からなる焼結体であることが好ましい。回収対象金属イオンがリチウムイオンである場合、選択透過膜は、特にチタン酸リチウムランタン（ＬＬＴＯ）からなる焼結体であることが好ましい。
金属イオン伝導体の焼結体は、耐水圧性に優れる固い材料であるため耐久性に優れる点で好ましい。また、金属イオン伝導体の焼結体は、金属イオン伝導体からなる微細な粒子が結合（焼結）された多孔質のものであるため、表面に細かな凹凸が存在する。したがって、選択透過膜が金属イオン伝導体の焼結体であると、表面積の大きいものとなる。よって、金属イオン伝導体の焼結体で形成された選択透過膜を備える金属イオン回収装置は、金属イオン含有原液と金属イオン伝導体との接触面積が広く、金属イオン含有原液中の金属イオンを効率よく回収でき、好ましい。

選択透過膜の形状は筒状である。筒状の選択透過膜は、金属イオン回収装置の原液槽および回収液槽の一方を囲うことによって、原液槽と回収液槽とを仕切る形状とされていることが好ましい。筒状は、上端および下端が開口した形状、下端が閉じた形状（有底筒状）、上端と下端が閉じた形状（箱状）を含む。筒状の選択透過膜を用いることによって、板状の選択透過膜を用いた場合と比較して、金属イオン含有原液および金属イオン回収液と接触する選択透過膜の面積を大きくすることができる。このため、金属イオンの回収効率が向上し、大量の金属イオンを回収することが可能となる。

筒状の選択透過膜は、円筒状であってもよいし、角筒状であってもよい。有底筒状の選択透過膜の筒部は、円筒状であってもよいし、角筒状であってもよい。有底筒状の選択透過膜を用いた金属イオンの回収は、例えば、内部に金属イオン回収液を注液した状態で、上端の開口部から金属イオン含有原液が侵入しないように、有底筒状の選択透過膜を金属イオン含有原液に浸漬させる方法により行うことができる。また、内部に金属イオン含有原液を注液した状態で、上端の開口部から金属イオン回収液が侵入しないように、有底筒状の選択透過膜を金属イオン回収液に浸漬させる方法により行うことができる。箱状の選択透過膜は、立方体形状であってもよいし、円柱形状、或いは球形状であってもよい。箱状の選択透過膜を用いた金属イオンの回収は、例えば、内部に金属イオン回収液を注液した状態で、箱状の選択透過膜を金属イオン含有原液に浸漬させる方法により行うことができる。また、内部に金属イオン含有原液を注液した状態で、箱状の選択透過膜を金属イオン回収液に浸漬させる方法により行うことができる。
なお、有底筒状あるいは箱状の選択透過膜の一部に、選択透過膜の内部に金属イオン回収液を注入あるいは排出するための通液口を設け、選択透過膜内部の金属イオン回収液を入替え可能としてもよい。あるいはまた、有底筒状あるいは箱状の選択透過膜の一部に、選択透過膜の内部に金属イオン含有原液を注入あるいは排出するための通液口を設け、選択透過膜内部の金属イオン含有原液を入替え可能としてもよい。

筒状の選択透過膜のサイズは、特に限定されない。筒状の選択透過膜の平均厚みは、例えば、０．０１～２０ｍｍとすることが好ましく、０．１～５ｍｍとすることがより好ましい。選択透過膜が金属イオン伝導体の焼結体である場合は、平均厚みが０．２～１．０ｍｍとするのがより好ましい。
筒状の選択透過膜の開口径（内径の最大寸法、典型的には直径）は、例えば、０．１ｍｍ以上とすればよく、１０ｍｍ以上が好ましく、５０ｍｍ以上がより好ましく、１００ｍｍ以上がさらに好ましい。筒状の選択透過膜の開口径（内径の最大寸法、典型的には直径）の上限は限定されないが、例えば、５０００ｍｍ以下であり得、１０００ｍｍ以下が好ましく、５００ｍｍ以下がより好ましい。開口径が０．１ｍｍ以上であると、金属イオン含有原液と選択透過膜との接触面積が広く、金属イオン含有原液中の金属イオンを効率よく回収でき、好ましい。開口径が大きな選択透過膜を用いることで、当該選択透過膜の筒内に通液可能な液量を増大することができる。筒状の選択透過膜の製造コストの観点と、選択透過膜への通液量を確保する観点を両立するためは、選択透過膜の開口径（内径の最大寸法、典型的には直径）を８０ｍｍ以上７５０ｍｍ以下の範囲で適宜設定するのが好ましい。

筒状の選択透過膜の長さは、特に限定されないが、例えば、１０ｍｍ以上とすればよく、１００ｍｍ以上とするのが好ましい。選択透過膜の長さが１０ｍｍ以上であると、金属イオン含有原液と選択透過膜との接触面積が広く、金属イオン含有原液中の金属イオンを効率よく回収できるものとなり、好ましい。長さの上限は特に制限されないが、例えば、５０００ｍｍ以下とすればよく、典型的には４０００ｍｍ以下である。
筒状の選択透過膜の開口径と長さは、当該選択透過膜の筒内に通液したい液量（単位時間当たりの液量）と選択透過膜と金属イオン含有原液の接触効率を考慮して適切な組み合わせを設定するのが好ましい。

特に、筒状の選択透過膜が金属イオン伝導体の焼結体である場合は、平均厚みが１．０～２０．０ｍｍであり、開口径が１００～５００ｍｍであって、長さが１００～２０００ｍｍであることが好ましい。このような筒状の選択透過膜は、容易に効率よく製造可能であり、好ましい。また、選択透過膜をこのような形状とすることで、筒内への送液流量と選択透過膜への金属イオンの接触効率とが好適なバランスとなり、金属イオンを効率よく回収することができるため、好ましい。

陽極は、選択透過膜の原液槽側の面に電気的に接続する。陽極と選択透過膜の原液槽側の面とは、多孔性集電体を介して電気的に接続していてもよい。或いはまた、選択透過膜の原液槽側の面に陽極を密着して配置することで、電気的に接続していてもよい。即ち、選択透過膜の原液槽側の面に陽極を一体に形成してもよい。
陽極用の導電性材料としては、従来公知の導電性材料を採用できる。陽極用の導電性材料としては、例えば、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｌａ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｒｈから選ばれる１種または２種以上の元素を含むことが好ましく、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃ、Ａｇ、Ｔｉから選ばれる１種または２種以上の元素を含むことがより好ましい。かかる陽極材料は、合金であっても良く、ＴｉＩｒ、ステンレス鋼等が例示される。特に、陽極は、Ｐｔ、ＣまたはＴｉを主成分とすることがさらに好ましい。これらを主成分とする材料からなる陽極は、例えば、原液中の金属イオンを回収することによって塩素ガスおよび／またはフッ素ガスなどの腐食性ガスが発生する場合であっても、優れた耐食性が得られるためである。陽極の形状としては、特に制限はない。陽極の形状は、例えば、筒状、板状、網目状（メッシュ状）、棒状、ストライプ状、ドット状、格子状、ハニカム状などの規則的なパターンであってもよいし、不規則的なパターンであってもよい。

多孔性集電体を介して陽極と選択透過膜とを電気的に接続する場合には、陽極の形状は、例えば、筒状、板状、網目状（メッシュ状）、棒状、格子状、ハニカム状などの連続形状とし得る。選択透過膜に陽極が密着して配置されて電気的に接続される場合には、陽極の形状は特に限定されず、任意の形状とすればよい。選択透過膜に陽極が密着して配置されて電気的に接続される場合には、陽極の形状は特限定されず、任意の形状とすればよい。また、陽極と選択透過膜とを電気的に接続する多孔性集電体としては、例えば、フェルト状またはスポンジ状の導電性材料を用いることができる。多孔性集電体用の導電性材料としては、陽極用の導電性材料として例示したものを用いることができる。好ましくは、Ｃ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｇを含む導電性材料が挙げられる。

陰極は、選択透過膜の回収液槽側の面に電気的に接続する。陰極と選択透過膜の回収液槽側の面とは、多孔性集電体を介して接続していてもよい。或いはまた、選択透過膜の回収液槽側の面に陰極を密着して配置することで、電気的に接続してもよい。即ち、選択透過膜の回収液槽側の面に陰極を一体に形成してもよい。
陰極用の導電性材料としては、陽極用の導電性材料として例示したものを用いることができる。ただし、陽極と陰極を形成する導電性材料は同じであってもよいし、異なっていてもよい。陰極の形状としては、特に制限はなく、陽極の形状として例示したものを採用できる。ただし、陽極と陰極の形状は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、陰極と選択透過膜とを電気的に接続する多孔性集電体としては、例えば、フェルト状またはスポンジ状の導電性材料を用いることができる。多孔性集電体用の導電性材料としては、陽極用の導電性材料として例示したものを用いることができる。

ここで、陽極と選択透過膜および陰極と選択透過膜の一方または両方が、多孔性集電体を介して電気的に接続されていてもよい。また、陽極と陰極の一方または両方が、選択透過膜の異なる主面に密着して配置されることでこれらが電気的に接続されていてもよい。

陽極または陰極を選択透過膜に密着して配置することで、陽極または陰極と選択透過膜とを電気的に接続する場合（選択透過膜に電極を一体に形成する場合）は、陽極または陰極を導電性多孔質膜とすることが好ましい。陽極または陰極を介して、選択透過膜に金属イオン含有原液または金属イオン回収液を接触させることができるためである。
陽極または陰極として用いる導電性多孔質膜の平均孔径は、０．５～１０μｍとすることが好ましい。導電性多孔質膜の平均孔径が小さいほど、選択透過膜と導電性多孔質膜と金属イオン含有原液または金属イオン回収液の３点の接触面積が増加し、金属イオンの透過量が増加する効果が得られる。導電性多孔質膜の平均孔径が１０μｍ以下であると、選択透過膜の表面と導電性多孔質膜と金属イオン含有原液または金属イオン回収液の３点の接触面積の増加効果が顕著となる。このため、金属イオン透過量の増加効果が高く、好ましい。導電性多孔質膜の平均孔径の下限値は、導電性多孔質膜を介して選択透過膜に金属イオン含有原液または金属イオン回収液を接触させることが可能であればよく、特に限定されない。例えば、導電性多孔質膜の平均孔径は、０．００１μｍ以上とすることができ、典型的には０．５μｍ以上とすればよい。

導電性多孔質膜は、例えば、選択透過膜の表面に、導電性材料を含むペーストを塗工して焼成することによって形成することができる。

陽極は、選択透過膜の液接触面（金属イオン含有原液接触面）の少なくとも一部を覆うように配置されていればよい。陰極は、選択透過膜の液接触面（金属イオン回収液接触面）の少なくとも一部を覆うように配置されていればよい。即ち、陽極および陰極は、選択透過膜の液接触面の一部を覆う形状であればよい。選択透過膜の液接触面よりも小さい陽極および／または陰極を用いることで、金属イオン回収装置をの小型化および／またはスリム化（薄型化）できるとともに、電極コストの削減を実現できる。
陽極および陰極は、選択透過膜の液接触面全体を覆うように配置されていてもよい。選択透過膜の液接触面の形状（外周形状）と一致する形状（外周形状）の陽極または陰極は本実施形態の好適な一例である。このような形状の陽極または陰極は、例えば、多孔性集電体を介して陽極または陰極を選択透過膜と電気的に接続する場合において、選択透過膜の液接触面全体の電位を略一定に保持し易いことから好適である。
ここで、陽極および陰極の形状は同一であってもよいし、異なる形状であってもよい。

本実施形態の金属イオン回収装置は、選択透過膜として筒状の選択透過膜を配置した筒状選択透過膜配置型の金属イオン回収装置とすることができる。

「金属イオン回収装置」
図１は、本発明の一実施形態である金属イオン回収装置の一例の断面図である。
図１に示すように、金属イオン回収装置２０は、金属イオンを含む金属イオン含有原液１を収容する原液槽２２と、金属イオン含有原液１から回収された金属イオンを含む金属イオン回収液を収容する回収液槽２３とを有する。本実施形態の金属イオン回収装置２０は、１１個の回収液槽２３が、原液槽２２の中に配列されている。また、本実施形態の金属イオン回収装置２０では、回収液槽２３は下端が金属イオン回収液導入管２８と接続され、上端が金属イオン回収液取出管２９と接続されており、金属イオン回収液が回収液槽２３内を下方から上方に向かって流れるようにされている。回収液槽２３内の回収液が流れる方向はこれに限定されない。回収液槽２３の上端を金属イオン回収液導入管２８と接続し、下端を金属イオン回収液取出管２９と接続して、金属イオン回収液が回収液槽２３内を下方から上方に向かって流れるようにしてもよい。

次に、回収液槽２３について説明する。
図２は、本発明の一実施形態である金属イオン回収装置で用いることができる回収液槽の一例の横断面図であり、図１のＡ－Ａ’線断面図に相当する図面である。
図２に示す金属イオン回収装置２０ａの回収液槽２３は、原液槽２２と回収液槽２３とを仕切り、金属イオンを選択的に透過させる筒状の選択透過膜２４と、選択透過膜２４の原液槽２２側の面に電気的に接続する陽極２５と、選択透過膜２４の回収液槽２３側の面に電気的に接続する陰極２６と、を備える。陽極２５は、筒状の選択透過膜２４の外側面に密着して配置されることで電気的に接続している。陰極２６は、筒状の選択透過膜２４の内側面に密着して配置されることで電気的に接続している。本実施形態において、回収液槽２３は、筒状の選択透過膜２４（図２では陰極２６）に囲まれた領域であり、筒状とされている。また、陽極２５および陰極２６はいずれも筒状の多孔質膜とされているが、陽極２５、陰極２６の形状はこれに限定されない。

金属イオン回収装置２０ａを用いた金属イオンの回収は、次のようにして行われる。
まず、原液槽２２に金属イオン含有原液１を、筒状の回収液槽２３に金属イオン回収液２をそれぞれ供給する。次いで、陽極２５を正電位、陰極２６を負電位とする。これによって、金属イオン含有原液１中の金属イオン３のうち、筒状の選択透過膜２４の陽極２５側に到達したものが、イオン伝導によって選択透過膜２４内を、陽極２５側から陰極２６側に向かって透過する。そして、選択透過膜２４を透過した金属イオン３は、回収液槽２３に収容された金属イオン回収液２で回収される。
このとき、陽極２５へ正電位を印加する方法および陰極２６へ負電位を印加する方法は特に限定されない。各電極に効率よく電位を印加する観点からは、陽極２５に正電位を印加し、且つ、陰極２６を接地するのが好ましい。

本実施形態の金属イオン回収装置２０ａでは、互いに向かい合う選択透過膜２４の表面が同一の極性（正と正、負と負）となるように電極が配置されている。すなわち、原液槽２２を挟んで互いに向かい合う選択透過膜２４の表面が正の極性となるように陽極２５が配置され、回収液槽２３を挟んで互いに向かい合う選択透過膜２４の表面が負となるように陰極２６が配置されている。

金属イオン回収装置２０ａでは、選択透過膜２４が筒状とされているため、金属イオン含有原液１および金属イオン回収液２と接触する選択透過膜２４の面積が大きい。このため、金属イオンの回収効率が向上し、大量の金属イオンを回収することが可能となる。また、金属イオン回収装置２０ａでは、筒状の選択透過膜２４内に多孔性集電体を配置しない。多孔性集電体を用いないため、選択透過膜２４内に配置される回収液槽２３の開口を広く確保することができ、回収液槽２３の容量を増大することができる。回収液槽２３内に多孔性集電体を備えないため、当該多孔性集電体が抵抗となることに起因する流速低下が生じない。このことから、回収液槽２３を流れる金属イオン回収液２の流速を速くすることができる。

図３は、本発明の一実施形態である金属イオン回収装置で用いることができる回収液槽の別の一例の横断面図であり、図１のＡ－Ａ’線断面図に相当する図面である。なお、図３に示す金属イオン回収装置２０ｂにおいて、図２に示す金属イオン回収装置２０ａと同一の部材には図２と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図３に示す金属イオン回収装置２０ｂは、陽極２５が、多孔性集電体２７（例えば、カーボンフェルト）を介して、選択透過膜２４の外側面に電気的に接続し、陰極２６が、多孔性集電体２７（例えば、カーボンフェルト）を介して、選択透過膜２４の内側面に電気的に接続している点で、図２に示す金属イオン回収装置２０ａと相違する。なお、金属イオン回収装置２０ｂにおいて、陽極２５、陰極２６よび多孔性集電体２７はいずれも筒状の多孔質膜とされているが、陽極２５、陰極２６および多孔性集電体２７の形状はこれに限定されない。

金属イオン回収装置２０ｂは、選択透過膜２４が筒状とされているため、金属イオン回収装置２０ａの場合と同様に、金属イオンの回収効率が向上し、大量の金属イオンを回収することが可能となる。また、陽極２５が、多孔性集電体２７を介して、選択透過膜２４の外側面に電気的に接続しているので、陽極２５と選択透過膜２４の電気接続性が向上する。また、陰極２６が、多孔性集電体２７を介して、選択透過膜２４の内側面に電気的に接続しているので、陰極２６と選択透過膜２４の電気接続性が向上する。陽極２５と選択透過膜２４および陰極２６と選択透過膜２４の電気接続性が向上することによって、電気エネルギーの利用効率が高くなるので、金属イオンの回収効率がさらに向上する。

図４は、本発明の一実施形態である金属イオン回収装置で用いることができる回収液槽のさらに別の一例の横断面図であり、図１のＡ－Ａ’線断面図に相当する図面である。なお、図４に示す金属イオン回収装置２０ｂにおいて、図２に示す金属イオン回収装置２０ａと同一の部材には図２と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図４に示す金属イオン回収装置２０ｃは、陽極２５が、多孔性集電体２７（例えば、カーボンフェルト）を介して、選択透過膜２４の外側面に電気的に接続している点で、図２に示す金属イオン回収装置２０ａと相違する。

金属イオン回収装置２０ｃは、選択透過膜２４が筒状とされているため、金属イオン回収装置２０ａの場合と同様に、金属イオンの回収効率が向上し、大量の金属イオンを回収することが可能となる。また、陽極２５が、多孔性集電体２７を介して、選択透過膜２４の外側面に電気的に接続しているので、陽極２５と選択透過膜２４の電気接続性が向上する。

図５は、本発明の一実施形態である金属イオン回収装置で用いることができる回収液槽の別の一例の横断面図であり、図１のＡ－Ａ’線断面図に相当する図面である。なお、図５に示す金属イオン回収装置２０ｄにおいて、図２に示す金属イオン回収装置２０ａと同一の部材には図２と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図５に示す金属イオン回収装置２０ｄは、陰極２６が、多孔性集電体２７（例えば、カーボンフェルト）を介して、選択透過膜２４の内側面に電気的に接続している点で、図２に示す金属イオン回収装置２０ａと相違する。

金属イオン回収装置２０ｄは、選択透過膜２４が筒状とされているため、金属イオン回収装置２０ａの場合と同様に、金属イオンの回収効率が向上し、大量の金属イオンを回収することが可能となる。また、陰極２６が、多孔性集電体２７を介して、選択透過膜２４の内側面に電気的に接続しているので、陰極２６と選択透過膜２４の電気接続性が向上する。

以上に述べた本実施形態の金属イオン回収装置２０、２０ａ～２０ｄは、例えば、海やプールのような大型の原液槽２２に、そのまま選択透過膜２４を介して仕切られた回収液槽２３を投入することによって形成することができる。よって、本実施形態の金属イオン回収装置２０、２０ａ～２０ｄ（２０）は、構成が比較的簡単で目的金属（例えば、リチウム）を大量回収する際に適した連続回収装置である。

ただし、金属イオン回収装置は、上記の実施形態に限定されるものではない。図１に示す金属イオン回収装置２０では、筒状の選択透過膜の数が１１個とされているが、筒状の選択透過膜の個数に特に制限はない。例えば、筒状の選択透過膜の個数は、２個以上であればよく、５個以上が好ましく、１０個以上とすることがより好ましい。金属イオン回収装置１台に搭載される選択透過膜の個数が多いほど、金属イオン回収装置１台で回収可能な金属イオンの量を増大し得る。このため、選択透過膜の個数は、例えば、１００個以上とするのが好ましく、５００個以上がより好ましく、１０００個以上がさらに好ましい。換言すると、例えば、回収液槽２３の個数は２個以上であればよく、５個以上が好ましく、１０個以上とすることがより好ましい。金属イオン回収装置１台で回収可能な金属イオンの量を増大する観点から、例えば、１００個以上とするのが好ましく、５００個以上がより好ましく、１０００個以上がさらに好ましい。なお、筒状の選択透過膜、典型的には回収液槽２３の個数は通常は２個以上であるが、１個でもよい。
また、例えば、金属イオン回収装置２０、２０ａ～２０ｄでは、筒状の選択透過膜２４に囲まれた領域を回収液槽２３とし、筒状の選択透過膜２４の外部の領域を原液槽２２とした構成であるが、筒状の選択透過膜２４に囲まれた領域を原液槽２２とし、筒状の選択透過膜２４の外部の領域を回収液槽２３としてもよい。この場合、陽極２５は、選択透過膜２４の内側面に配置され、陰極２６は、選択透過膜２４の外側面に配置される。

「金属回収システム」
図６は、本発明の一実施形態である金属イオン回収装置を用いた金属回収システムの一例の構成図である。以下、回収対象の金属がリチウムである場合を例として説明する。
図６に示すリチウム回収システム２００は、金属イオン回収装置（リチウムイオン回収装置）２０と、リチウムイオン回収液に含まれる金属イオン（リチウムイオン）３を、リチウムを含む化合物（固形物）として取り出すリチウム精製装置１０１とを有する。金属イオン回収装置としては、上述した金属イオン回収装置２０、２０ａ～２０ｄを用いることができる。
なお、図６には、金属イオン回収装置を備える金属回収システムを例に挙げて説明するが、該金属イオン回収装置に代えて後述する金属イオン回収装置ユニットを備えていてもよい。

リチウム精製装置１０１は、リチウムを含む固形物として取り出す機構を備えていれば特に制限されない。リチウムを含む固形物とは、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、金属リチウム等が挙げられる。
例えば、リチウムイオン回収液中にはリチウムイオンが水酸化リチウムの形態で存在する。このため、リチウムイオン回収液の溶媒を蒸発させる乾燥機構を備えることで水酸化リチウムを精製可能である。換言すると、リチウムイオン回収液の溶媒を蒸発させる水酸化リチウム乾燥器１０２は上記リチウム精製装置１０１の一例である。
また、リチウムイオン回収液に炭酸ガスを供給することで、リチウムイオン回収液中に炭酸リチウムを沈殿物として精製可能である。即ち、上記リチウムイオン回収液へ炭酸ガスを供給する炭酸ガスバブリング装置１０４は上記リチウム精製装置１０１の一例である。ここで、炭酸リチウムを生成するリチウム精製装置１０１は、上記リチウム回収液中に沈殿した炭酸リチウムを乾燥させる炭酸リチウム乾燥器１０５を備えることが好ましい。
これらリチウム精製装置１０１は１種の機構のみを採用してもよいし、複数の精製機構を組み合わせて搭載してもよい。以下、リチウム精製装置１０１として、図５に示すように、水酸化リチウム乾燥器１０２と、炭酸ガスバブリング装置１０４と、炭酸リチウム乾燥器１０５を備える構成を例として説明する。

図６に示すリチウム回収システム２００は、リチウムイオン回収液を貯留する回収液タンク１０８とを有する。金属イオン回収装置（リチウムイオン回収装置）２０の原液槽２２は、リチウムイオン含有原液の発生源（例えば、海や使用済みリチウムイオン電池の処理工場）に接続している。また、図示するリチウム回収システム２００は、さらに水酸化リチウム梱包機１０３と炭酸リチウム梱包機１０６を備えている。

リチウム回収システム２００を用いたリチウムの回収は、次のようにして行われる。
まず、リチウムイオン回収液を回収液タンク１０８に貯留する。
次いで、回収液タンク１０８に貯留されたリチウムイオン回収液を、金属イオン回収装置２０に供給する。また、リチウムイオン含有原液を、金属イオン回収装置２０の原液槽２２に供給する。金属イオン回収装置２０は、上記の方法により、リチウムイオン含有原液中のリチウムイオンをリチウムイオン回収液に回収する。原液槽２２は、リチウムイオン含有原液のリチウムイオン濃度が所定値よりも低くなったときは、リチウムイオン含有原液を排出する。それと共に、外部からリチウムイオン含有原液が送られるようになっている。一方、金属イオン回収装置２０でリチウムイオンを回収したリチウムイオン回収液は、回収液タンク１０８に送られる。回収液タンク１０８は、リチウムイオン回収液が所望のリチウムイオン濃度以上になると、リチウムイオン回収液をリチウム精製装置１０１に送る。それと共に、外部から新たなリチウムイオン回収液が、回収液タンク１０８に送られるようになっている。

図６に示すリチウム精製装置１０１では、リチウムイオン回収液中のリチウムイオンを水酸化リチウム（ＬｉＯＨ・Ｈ_２Ｏ）の粉末または炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）の粉末として取り出す。

リチウムイオン回収液中のリチウムイオンを水酸化リチウムの粉末として取り出す場合は、例えば、以下に示す方法を用いる。
リチウムイオン回収液を水酸化リチウム乾燥器１０２に送る。水酸化リチウム乾燥器１０２にて、リチウムイオン回収液の水分を蒸発させる。これにより、リチウムイオン回収液から容易に水酸化リチウムの結晶を得ることができる。
なお、リチウムイオン回収液中の水分を蒸発させる際には、リチウムイオン回収液が大気（典型的には大気中のＣＯ_２ガス）に触れない環境で行うことが好ましい。これにより、リチウムイオン回収液が大気に触れて、リチウムイオン回収液中のリチウムイオンと大気中のＣＯ_２ガスとが反応して、Ｌｉ_２ＣＯ_３が生成することを防止できる。

次いで、水酸化リチウム乾燥器１０２にて得られた水酸化リチウム粉末を、水酸化リチウム梱包機１０３に送る。水酸化リチウム梱包機１０３にて、水酸化リチウム粉末は梱包され、その後、使用場所に搬送される。

リチウムイオン回収液中のリチウムイオンを炭酸リチウムの粉末として取り出す場合は、例えば、以下に示す方法を用いる。
リチウムイオン回収液を炭酸ガスバブリング装置１０４に送る。炭酸ガスバブリング装置１０４にて、リチウムイオン回収液（水酸化リチウム水溶液）に炭酸ガスを供給し、リチウムイオン回収液中のリチウムイオンを炭酸リチウムに変化させる。これにより、リチウムイオン回収液から容易に炭酸リチウムの結晶を得ることができる。

次いで、リチウムイオン回収液の沈殿物（炭酸リチウム）を、ろ過あるいはデカンテーションにより分離して回収する。得られた炭酸リチウムを炭酸リチウム乾燥器１０５に送る。そして炭酸リチウム乾燥器１０５にて、炭酸リチウムを乾燥して炭酸リチウム粉末を得る。

次いで、炭酸リチウム乾燥器１０５にて得られた炭酸リチウム粉末を、炭酸リチウム梱包機１０６に送る。炭酸リチウム梱包機１０６にて、炭酸リチウム粉末は梱包され、その後、使用場所に搬送される。

以上に述べた本実施形態のリチウム回収システム２００は、リチウムイオン回収装置として、上述の金属イオン回収装置を用いるので、従来の金属イオン回収装置を用いた場合と比較して、構成が簡単で、かつリチウムを大量回収することが可能となるという利点を有する。
なお、金属イオン回収装置２０を備えるリチウム回収システム２００において、金属イオン回収装置２０に代えて後述する金属イオン回収装置ユニットを備えるものであっても、同様の効果が得られる。すなわち、従来の金属イオン回収装置を用いた場合と比較して、構成が簡単で、かつリチウムを大量回収することが可能となるという利点を有する。

「金属イオン回収装置ユニット」
図７は、本発明の一実施形態である金属イオン回収装置を複数接続した金属イオン回収装置ユニットの一例の構成図である。以下、図７中の金属イオン回収装置が、図１に示す金属イオン回収装置２０である場合を例として説明する。なお、図１に示す金属イオン回収装置２０は１１個の回収液槽２３を有しているが、金属イオン回収装置２０を接続する配管はそれぞれ、１１個の回収液槽２３に接続している。

図７に示す金属イオン回収装置ユニット３０は、８個の金属イオン回収装置２０を有している。図７において、上下に配置された２個の金属イオン回収装置２０は、下方の金属イオン回収装置２０から取り出された金属イオン含有原液１および金属イオン回収液２が、上方の金属イオン回収装置２０に導入されるように直列的に接続されている。直列的に上下に接続された２個の金属イオン回収装置２０は、金属イオン含有原液１および金属イオン回収液２の配管に並列的に接続している。ここで、便宜上、上方側（上流側）の金属イオン回収装置２０、下方（下流側）側の金属イオン回収装置２０と説明するが、実際の金属イオン回収装置２０が上下に配置されることを限定するものではない。金属イオン含有原液１および金属イオン回収液２の導出入が、図７に示すように直列的または並列的となるように接続された構成は、図７と同様に理解することができる。

金属イオン回収装置ユニット３０を用いた金属イオン３の回収は、次のようにして行われる。
まず、上下に配置された２個の金属イオン回収装置２０のうちの下方側の金属イオン回収装置２０の金属イオン含有原液導入口に、金属イオン含有原液１を連続的に供給する。これにより、原液槽２２に金属イオン含有原液１が収容される。また、上下に配置された２個の金属イオン回収装置２０のうちの下方側の金属イオン回収装置２０の金属イオン回収液導入口に、金属イオン回収液２を連続的に供給する。これにより、回収液槽２３に金属イオン回収液２が収容される。次いで、各金属イオン回収装置２０の陽極２５を正電位とし、陰極２６を負電位とする。これにより、原液槽２２に収容された金属イオン含有原液１中の金属イオン３のうち、選択透過膜２４の陽極２５側に到達したものが、イオン伝導によって選択透過膜２４内を、陽極２５側から陰極２６側に向かって透過する。そして、選択透過膜２４を透過した金属イオン３は、回収液槽２３に収容された金属イオン回収液２に回収される（図１参照）。

次いで、下方側の金属イオン回収装置２０の原液槽２２に収容された金属イオン含有原液１は、金属イオン含有原液取出口により取り出される。取り出された金属イオン含有原液１は、上方側の金属イオン回収装置２０の金属イオン含有原液導入口に供給され、原液槽２２に収容される。また同様に、下方側の金属イオン回収装置２０の回収液槽２３に収容された金属イオン回収液２は、金属イオン回収液取出口により取り出される。取り出された金属イオン回収液２は、上方側の金属イオン回収装置２０の金属イオン回収液導入口に供給され、回収液槽２３に収容される。

上方側の金属イオン回収装置２０の原液槽２２に収容された金属イオン含有原液１中の金属イオン３のうち、選択透過膜２４の陽極２５側に到達したものが、イオン伝導によって選択透過膜２４内を、陽極２５側から陰極２６側に向かって透過する。そして、選択透過膜２４を透過した金属イオン３は、回収液槽２３に収容された金属イオン回収液２で回収される。
このように、或る金属イオン回収装置２０から取り出された金属イオン回収液２が、他の金属イオン回収装置２０に導入されるように直列的に接続することで、単位容量当たりの金属イオン回収液２に回収される金属イオン３の量を多くできる（金属イオン回収液２の金属イオン濃度を増大することができる）。

以上のような構成とされた本実施形態の金属イオン回収装置ユニット３０は、複数の金属イオン回収装置２０が搭載された構成である。１つの金属イオン回収装置ユニット３０は多数の選択透過膜を備えるため、回収できる金属イオン３の量を増大できる。また、独立した金属イオン回収装置２０の原液槽２２同士が配管で接続されているとともに、回収液槽２３同士が配管で接続されているので、各金属イオン回収装置２０を容易に交換できる。

金属イオン回収装置ユニットは、図７に示す構成に限定されない。
たとえば、全ての金属イオン回収装置２０が直列的に接続されていてもよいし、全ての金属イオン回収装置２０が金属イオン含有原液１および金属イオン回収液２の配管に並列的に接続していてもよい。
また、金属イオン含有原液１および金属イオン回収液２が、複数の金属イオン回収装置２０に導出入する接続態様は、同一であってもよいし、それぞれ異なる接続態様であってもよい。例えば、金属イオン回収装置２０から導出された金属イオン含有原液１が、全て金属イオン含有原液１の配管に導入されるように、金属イオン含有原液１の送液配管が並列的に接続されていてもよい。また、金属イオン回収装置２０から導出された金属イオン回収液２が、他の金属イオン回収装置２０に導入されるように、金属イオン回収液２の送液配管が全て直列的に接続されていてもよい。

図７に示す金属イオン回収装置ユニット３０は、８個の金属イオン回収装置２０を有している場合を例に説明したが、１つの金属イオン回収装置ユニット３０に搭載される金属イオン回収装置２０の個数は特に制限されない。金属イオン回収装置２０の個数は、２個以上であればよく、５個以上が好ましく、１０個以上とすることがより好ましい。装置（金属イオン回収装置ユニット３０）１台に搭載される金属イオン回収装置２０の個数が多いほど、装置１台で回収可能な金属イオン３の量を増大し得る。このことから、金属イオン回収装置２０の個数は、例えば、１００個以上とするのが好ましく、５００個以上がより好ましく、１０００個以上がさらに好ましい。

金属イオン回収装置ユニットの構成は、上述した筒状選択透過膜配置型の金属イオン回収装置のみを複数配列するものに限定されない。例えば、複数個の本実施形態の金属イオン回収装置とともに、選択透過膜を１枚備える従来の単膜式の金属イオン回収セル（またはこれを備える金属イオン回収装置）を１個または複数個用いたものであっても良い。あるいはまた、複数個の本実施形態の金属イオン回収装置とともに、筒状ではない形状、典型的には板状の選択透過膜を複数備えた金属イオン回収装置を一個又は複数個用いたものであってもよい。したがって、筒状選択透過膜配置型の金属イオン回収装置と他の構成の金属イオン回収装置とを接続して適用しても良い。

次に、上記単膜式の金属イオン回収装置（セル型金属イオン回収装置）に用いることができる金属イオン回収セルの一例を示す。図８は、金属イオン回収セルの一例の斜視図である。図９は、図８に示す金属イオン回収セルの分解斜視図である。図８に示す金属イオン回収セルは、本発明の金属回収装置ユニットを構成する金属イオン回収装置の好適な一例である。

図８および図９に示す金属イオン回収セル３１ａは、セル蓋部３８ａとセル収容部３８ｂに設けられた凹部との間に、セル収容部３８ｂ側から、陰極３６、回収液槽形成用枠３３、選択透過膜３４、原液槽形成用枠３２、陽極３５が、この順で積層された積層体が収容された構成とされている。回収液槽形成用枠３３には、陰極３６と選択透過膜３４とを電気的に接続するための多孔性集電体３７が収容されている。また、原液槽形成用枠３２には、陽極３５と選択透過膜３４とを電気的に接続するための多孔性集電体３７が収容されている。セル蓋部３８ａとセル収容部３８ｂとは、セル蓋部３８ａを貫通するボルト３９を、セル収容部３８ｂのねじ穴４０に締め込むことによって固定されている。セル蓋部３８ａの外側面には、中央の下部に金属イオン含有原液導入口４１ａが設けられ、中央の上部に金属イオン含有原液取出口４１ｂが設けられている。セル収容部３８ｂの外側面には、中央の下部に金属イオン回収液導入口４２ａが設けられ、中央の上部に金属イオン回収液取出口４２ｂが設けられている。

図８および図９に示す金属イオン回収セル３１ａには、セル蓋部３８ａの下部に設けられた金属イオン含有原液導入口４１ａから、金属イオン含有原液１が導入される。また、セル収容部３８ｂの下部に設けられた金属イオン回収液導入口４２ａから、金属イオン回収セル３１ａに金属イオン回収液２が導入される。そして、セル蓋部３８ａの上部に設けられた金属イオン含有原液取出口４１ｂから、金属イオン含有原液１が導出される。また、セル収容部３８ｂの上部に設けられた金属イオン回収液取出口４２ｂから、金属イオン回収液２が導出される。
このように、金属イオン含有原液取出口４１ｂおよび金属イオン回収液取出口４２ｂ（以下、これらを合わせて「液取出口４１ｂ、４２ｂ」ともいう）より下部に、金属イオン含有原液導入口４１ａおよび金属イオン回収液導入口４２ａ（以下、これらを合わせて「液導入口４１ａ、４２ａ」ともいう）が設けられている。このことにより、金属イオン回収セル３１ａ内（典型的には原液槽２２内および回収液槽２３内）に発生した気泡がセル外へスムーズに排出される。このような構成によると、金属イオン回収セル３１ａ内への気泡残留を低減できる。
なお、図８および図９に示す金属イオン回収セル３１ａでは、セル蓋部３８ａおよびセル収容部３８ｂの下部に液導入口４１ａ、４２ａが設けられ、セル蓋部３８ａおよびセル収容部３８ｂの上部に液取出口４１ｂ、４２ｂが設けられた構成を例に説明したが、これに限定されない。例えば、セル蓋部３８ａの下部に、金属イオン含有原液取出口４１ｂが設けられてもよい。また、例えば、セル収容部３８ｂの下部に、金属イオン回収液取出口４２ｂが設けられてもよい。

図８および図９に示す金属イオン回収セル３１ａは、セル蓋部３８ａおよびセル収容部３８ｂの幅広面（積層方向の表面）に、液導入口４１ａ、４２ａおよび液取出口４１ｂ、４２ｂが設けられた構成を例に説明したが、これに限定されない。例えば、セル蓋部３８ａまたはセル収容部３８ｂの幅狭面（側面）に液導入口４１ａ、４２ａまたは液取出口４１ｂ、４２ｂが設けられていてもよい。

図１０は、本発明の一実施形態である金属イオン回収装置ユニットで用いることができる金属イオン回収セルの別の一例の斜視図である。図１１は、図１０に示す金属イオン回収セルの分解斜視図である。なお、図１１および図１２において、図８および図９と同一の部材には、図８および図９と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１０および図１１に示す金属イオン回収セル３１ｂは、陽極３５が選択透過膜３４の原液槽形成用枠３２側の面に密着して配置される（選択透過膜に陽極を一体に形成する）ことによって、電気的に接続している。また、陰極３６（不図示）が選択透過膜３４の回収液槽形成用枠３３側の面に密着して配置される（選択透過膜に陰極を一体に形成する）ことによって、電気的に接続している。これらの点で、図１０および図１１に示す金属イオン回収セル３１ｂは、図８および図９に示す金属イオン回収セル３１ａと相違する。ここで、図１０および図１１に示す金属イオン回収セル３１ｂは、陽極３５に接続する陽極引出線４３が金属イオン含有原液取出口４１ｂから引き出されている。また、陰極に接続する陰極引出線４４が金属イオン回収液取出口４２ｂから引き出されている。

図１０および図１１に示す金属イオン回収セル３１ｂは、原液槽形成用枠３２および回収液槽形成用枠３３に多孔性集電体を収容しない。このため、原液槽形成用枠３２および回収液槽形成用枠３３のスリム化が可能となる。また、原液槽形成用枠３２を流れる金属イオン含有原液１および回収液槽形成用枠３３を流れる金属イオン回収液２の流速を速くできる。単位時間当たりに選択透過膜３４と触れる金属イオン３が多いほど、すなわち、原液槽形成用枠３２を流れる金属イオン含有原液１の流速が速いほど、金属イオン回収量が向上する傾向がある。したがって、本実施形態の金属イオン回収セル３１ｂは、スリム化と金属イオン３の大量回収が可能となる。

１・・・金属イオン含有原液
２・・・金属イオン回収液
３・・・金属イオン
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ・・・金属イオン回収装置
２２・・・原液槽
２３・・・回収液槽
２４・・・選択透過膜
２５・・・陽極
２６・・・陰極
２７・・・多孔性集電体
２８・・・金属イオン回収液導入管
２９・・・金属イオン回収液取出管
３０・・・金属イオン回収装置ユニット
３１ａ、３１ｂ・・・金属イオン回収セル
３２・・・原液槽形成用枠
３３・・・回収液槽形成用枠
３４・・・選択透過膜
３５・・・陽極
３６・・・陰極
３７・・・多孔性集電体
３８ａ・・・セル蓋部
３８ｂ・・・セル収容部
３９・・・ボルト
４０・・・ねじ穴
４１ａ・・・金属イオン含有原液導入口
４１ｂ・・・金属イオン含有原液取出口
４２ａ・・・金属イオン回収液導入口
４２ｂ・・・金属イオン回収液取出口
４３・・・陽極引出線
４４・・・陰極引出線
２００・・・リチウム回収システム
１０１・・・リチウム精製装置
１０２・・・水酸化リチウム乾燥器
１０３・・・水酸化リチウム梱包機
１０４・・・炭酸ガスバブリング装置
１０５・・・炭酸リチウム乾燥器
１０６・・・炭酸リチウム梱包機
１０８・・・回収液タンク

Claims (12)

1. 金属イオンを含む金属イオン含有原液を収容する原液槽と、
   前記金属イオン含有原液から回収された金属イオンを含む金属イオン回収液を収容する回収液槽と、を備え、
   前記回収液槽は、筒状であって、
   前記金属イオンを選択的に透過させる筒状の金属イオン選択透過膜と、
   前記金属イオン選択透過膜の前記原液槽側の面に電気的に接続する陽極と、
   前記金属イオン選択透過膜の前記回収液槽側の面に電気的に接続する陰極と、を有し、
   ２以上の前記回収液槽が前記原液槽の中に配列し、
   隣り合う前記回収液槽において、互いに向かい合う前記金属イオン選択透過膜の表面が同一の極性となるように前記陽極または前記陰極が配置されている金属イオン回収装置。
2. ２以上の前記回収液槽が並列に接続されている請求項１に記載の金属イオン回収装置。
3. 筒状の前記回収液槽の一端には、金属イオン回収液導入管が接続され、
   筒状の前記回収液槽の他端には、金属イオン回収液取出管が接続されている請求項１または２に記載の金属イオン回収装置。
4. 金属イオンを含む金属イオン含有原液を収容する原液槽と、
   前記金属イオン含有原液から回収された金属イオンを含む金属イオン回収液を収容する回収液槽と、
   前記金属イオンを選択的に透過させる筒状の金属イオン選択透過膜と、
   前記金属イオン選択透過膜の前記原液槽側の面に電気的に接続する陽極と、
   前記金属イオン選択透過膜の前記回収液槽側の面に電気的に接続する陰極と、
   を備え、
   ２以上の前記金属イオン選択透過膜が前記原液槽の中に配列し、
   隣り合う前記金属イオン選択透過膜において、互いに向かい合う前記金属イオン選択透過膜の表面が同一の極性となるように前記陽極または前記陰極が配置されており、
   筒状の前記金属イオン選択透過膜の一端には、前記金属イオン選択透過膜の内部を流動する液の導入管が接続され、
   筒状の前記金属イオン選択透過膜の他端には、前記金属イオン選択透過膜の内部を流動する液の取出管が接続されている金属イオン回収装置。
5. 前記回収液槽が筒状であって、前記筒状の回収液槽が前記原液槽の中に配列されていることを特徴とする請求項４に記載の金属イオン回収装置。
6. ２以上の前記回収液槽が並列に接続されている請求項５に記載の金属イオン回収装置。
7. 前記金属イオンがリチウムイオンである、請求項１～６のいずれか一項に記載の金属イオン回収装置。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の金属イオン回収装置を複数備え、
   それぞれの前記金属イオン回収装置が、前記金属イオン回収装置の前記原液槽同士を接続する配管と、前記金属イオン回収装置の前記回収液槽同士を接続する配管とで接続されていることを特徴とする金属イオン回収装置ユニット。
9. 前記複数の金属イオン回収装置は、直列的に接続されている金属イオン回収装置の組を少なくとも含む請求項８に記載の金属イオン回収装置ユニット。
10. 前記複数の金属イオン回収装置は、並列的に接続されている金属イオン回収装置の組を少なくとも含む請求項８又は９に記載の金属イオン回収装置ユニット。
11. 請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の金属イオン回収装置または請求項８～請求項１０のいずれか一項に記載の金属イオン回収装置ユニットと、
    前記金属イオン回収装置または前記金属イオン回収装置ユニットの前記回収液槽に接続し、前記金属イオン回収液に含まれる金属イオンを、前記金属イオンを含む化合物として取り出す精製装置とを含むことを特徴とする金属回収システム。
12. 請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の金属イオン回収装置または請求項８～請求項１０のいずれか一項に記載の金属イオン回収装置ユニットを用いて、
    前記金属イオン回収装置または前記金属イオン回収装置ユニットの前記原液槽に収容された前記金属イオン含有原液に含まれる金属イオンを、前記金属イオン選択透過膜に透過させ、前記回収液槽に収容された前記金属イオン回収液で回収することを特徴とする金属イオンの回収方法。

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