JP7806991B2 - How to manufacture lithium hydroxide - Google Patents
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Description
本発明は、水酸化リチウムの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing lithium hydroxide.
近年におけるパソコン、ビデオカメラ、及び携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。従来、このような用途に用いられる電池には、可燃性の有機溶媒を含む電解液が用いられていたが、電池を全固体化することで、電池内に可燃性の有機溶媒を用いず、安全装置の簡素化が図れ、製造コスト、生産性に優れることから、電解液を固体電解質層に換えた電池の開発が行われている。 With the rapid spread of information-related and communication devices such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, the development of batteries to be used as their power sources has become increasingly important. Traditionally, batteries used for these applications have used electrolytes containing flammable organic solvents. However, by making batteries all-solid-state, flammable organic solvents are not used within the battery, safety devices can be simplified, and manufacturing costs and productivity are improved. Therefore, development is underway to replace the electrolyte with a solid electrolyte layer.
既述のような用途に用いられる電池として、リチウム二次電池等が使用されており、近年では炭酸ガス排出規制への対応のために開発されているハイブリッドカー及び電気自動車への使用も検討されている。そのため、これまで以上にリチウム源を確保することが急務となっており、その一環としてリチウム二次電池のリサイクルによるリチウムの回収技術が開発されるようになっている(例えば、特許文献1参照)。 Lithium secondary batteries and the like are used for the applications mentioned above, and in recent years, their use in hybrid cars and electric vehicles, which are being developed to comply with carbon dioxide emission regulations, is also being considered. As a result, securing lithium sources has become more urgent than ever, and as part of this effort, technologies for recovering lithium by recycling lithium secondary batteries are being developed (see, for example, Patent Document 1).
リチウム二次電池等に用いられる固体電解質として、硫化物固体電解質が知られている。硫化物固体電解質はイオン伝導度が高いため、電池の高出力化を図る上で有用である。硫化物固体電解質の製造には原料として硫化リチウムが汎用されており、硫化リチウムの原料となる水酸化リチウムの需要が高まっている。水酸化リチウムの製造方法としては、炭酸リチウム水溶液ないしは懸濁液を電解し、イオン交換膜を介して水酸化リチウム水溶液を生成させる方法が存在する(例えば、特許文献2参照)。 Sulfide solid electrolytes are known as solid electrolytes used in lithium secondary batteries and other devices. Because sulfide solid electrolytes have high ionic conductivity, they are useful for increasing the output of batteries. Lithium sulfide is commonly used as a raw material in the production of sulfide solid electrolytes, and there is growing demand for lithium hydroxide, which is the raw material for lithium sulfide. One method for producing lithium hydroxide involves electrolyzing an aqueous lithium carbonate solution or suspension and passing it through an ion exchange membrane to produce an aqueous lithium hydroxide solution (see, for example, Patent Document 2).
特許文献1に記載の技術は、リチウムイオン伝導体を用いて、リチウムイオンを含む原液からリチウムイオンを回収するものであるが、リチウムの需要の高まりに伴い、リチウム回収の効率の向上がこれまで以上に求められるようになっている。また、特許文献2に記載の技術は、水酸化リチウムの原料が炭酸リチウムに限定されており、他のリチウムを含む水溶液等を原料として水酸化リチウムを得るには、更なる改良が必要である。また、特許文献2に記載の技術等により水酸化リチウムを得る場合、加熱濃縮等の脱水工程を要することからエネルギー消費量が多く、より安価にリチウムを得るには、かかるエネルギーの低減が必要である。 The technology described in Patent Document 1 uses a lithium ion conductor to recover lithium ions from a source solution containing lithium ions. However, with the increasing demand for lithium, there is an ever-increasing need for improved lithium recovery efficiency. Furthermore, the technology described in Patent Document 2 is limited to lithium carbonate as the raw material for lithium hydroxide, and further improvements are required to obtain lithium hydroxide from other raw materials, such as aqueous solutions containing lithium. Furthermore, obtaining lithium hydroxide using the technology described in Patent Document 2 requires a dehydration process, such as heating and concentration, which consumes a lot of energy. Therefore, reducing this energy consumption is necessary to obtain lithium more cheaply.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より低エネルギーで効率的に高純度の水酸化リチウムを製造する方法及び水酸化リチウム製造装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in light of these circumstances, and aims to provide a method and apparatus for producing high-purity lithium hydroxide efficiently using less energy.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、下記の発明により当該課題を解決できることを見出した。 As a result of extensive research into resolving the above-mentioned problems, the inventors have discovered that the following invention can solve these problems.
1.リチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液からLi選択透過膜を用いてLiイオンのみを回収液に回収し、前記回収液から水酸化リチウムを製造する方法であって、
前記回収液の温度を50℃以上に調節しながら回収すること、及び
前記回収液から水酸化リチウムを分離すること、
を含む水酸化リチウムの製造方法。
2.前記温度が、80℃以上100℃以下である上記1に記載の水酸化リチウムの製造方法。
3.前記分離が、晶析で行われる上記1又は2に記載の水酸化リチウムの製造方法。
4.前記晶析が、冷却晶析である上記3に記載の水酸化リチウムの製造方法。
5.前記冷却晶析が、前記晶析に供する回収液に不活性ガスを吹き込んで陽圧を保持しながら行われる上記4に記載の水酸化リチウムの製造方法。
6.前記冷却晶析が、前記晶析に供する回収液の温度を40℃以下に調節しながら行われる上記4又は5に記載の水酸化リチウムの製造方法。
7.前記晶析が、蒸発晶析である上記3に記載の水酸化リチウムの製造方法。
8.前記蒸発晶析で生じた純水を濾液又は前記回収液に加えることを含む上記7に記載の水酸化リチウムの製造方法。
9.更に、前記晶析で生じた濾液を前記回収液に加えることを含む上記3~8のいずれか1に記載の水酸化リチウムの製造方法。
10.前記濾液を加熱する、上記9に記載の水酸化リチウムの製造方法。
11.前記加熱が、前記晶析における排熱又は余剰熱を利用する、上記10に記載の水酸化リチウムの製造方法。
12.前記濾液を前記回収液に加えることにおいて、不純物除去を行わない上記9~11のいずれか1に記載の水酸化リチウムの製造方法。
13.前記Li選択透過膜が、Liを含む酸化物又は酸窒化物を含有する上記1~12のいずれか1に記載の水酸化リチウムの製造方法。
14.リチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液からLiイオンのみを回収するLi選択透過膜を備えるLiイオン回収槽、
前記Liイオンを回収する回収液を貯留する回収液貯留槽、
前記回収液を50℃以上に調節する温度調節手段、及び
前記回収液から水酸化リチウムを分離する分離装置、
を備える水酸化リチウム製造装置。
15.前記分離装置が、晶析装置である上記14に記載の水酸化リチウム製造装置。
16.前記晶析装置で生じた濾液を前記回収液に加える、濾液回収手段を有する上記15に記載の水酸化リチウム製造装置。
1. A method for producing lithium hydroxide from a lithium ion extract extracted from a processing component of a lithium secondary battery, by using a Li permselective membrane to recover only Li ions into a recovery solution, the method comprising:
recovering the recovered solution while adjusting the temperature of the recovered solution to 50°C or higher; and separating lithium hydroxide from the recovered solution.
A method for producing lithium hydroxide, comprising:
2. The method for producing lithium hydroxide according to the above 1, wherein the temperature is 80°C or higher and 100°C or lower.
3. The method for producing lithium hydroxide according to 1 or 2 above, wherein the separation is carried out by crystallization.
4. The method for producing lithium hydroxide according to 3 above, wherein the crystallization is cooling crystallization.
5. The method for producing lithium hydroxide according to 4 above, wherein the cooling and crystallization is carried out while maintaining a positive pressure by blowing an inert gas into the recovered liquid to be subjected to the crystallization.
6. The method for producing lithium hydroxide according to the above 4 or 5, wherein the cooling crystallization is carried out while adjusting the temperature of the recovered solution to be subjected to the crystallization to 40°C or less.
7. The method for producing lithium hydroxide according to 3 above, wherein the crystallization is evaporative crystallization.
8. The method for producing lithium hydroxide according to the above item 7, further comprising adding pure water produced by the evaporation and crystallization to the filtrate or the recovered liquid.
9. The method for producing lithium hydroxide according to any one of 3 to 8 above, further comprising adding a filtrate produced by the crystallization to the recovered solution.
10. The method for producing lithium hydroxide according to 9 above, wherein the filtrate is heated.
11. The method for producing lithium hydroxide according to the above 10, wherein the heating utilizes exhaust heat or excess heat from the crystallization.
12. The method for producing lithium hydroxide according to any one of items 9 to 11 above, wherein impurities are not removed when the filtrate is added to the recovered liquid.
13. The method for producing lithium hydroxide according to any one of 1 to 12 above, wherein the Li permselective membrane contains an oxide or oxynitride containing Li.
14. A Li ion recovery tank equipped with a Li selective permeable membrane that recovers only Li ions from a lithium ion extract extracted from a processing component of a lithium secondary battery;
a recovery liquid storage tank for storing a recovery liquid for recovering the Li ions;
a temperature adjusting means for adjusting the temperature of the recovered liquid to 50°C or higher; and a separation device for separating lithium hydroxide from the recovered liquid.
A lithium hydroxide manufacturing apparatus comprising:
15. The lithium hydroxide manufacturing apparatus according to claim 14, wherein the separation device is a crystallization device.
16. The apparatus for producing lithium hydroxide according to the above item 15, further comprising a filtrate recovery means for adding the filtrate produced in the crystallizer to the recovery liquid.
本発明によれば、より低エネルギーで効率的に高純度の水酸化リチウムを製造する方法及び水酸化リチウム製造装置を提供することができる。 The present invention provides a method and apparatus for producing high-purity lithium hydroxide efficiently and with less energy.
以下、本発明の一実施形態(以下、「本実施形態」と称する。)の水酸化リチウムの製造方法及び水酸化リチウム製造装置について説明する。なお、本発明の一実施形態の水酸化リチウムの製造方法及び水酸化リチウム製造装置は、あくまで本発明の水酸化リチウムの製造方法及び水酸化リチウム製造装置の一実施形態であり、本発明は本発明の一実施形態の水酸化リチウムの製造方法及び水酸化リチウム製造装置に限定されるものではない。また、本明細書においては、リチウムとはリチウム又はリチウムイオンの両方を意味するものとし、技術的に矛盾が生じない限り、適宜解釈されるものとする。 The following describes a lithium hydroxide production method and lithium hydroxide production apparatus according to one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "this embodiment"). Note that the lithium hydroxide production method and lithium hydroxide production apparatus according to one embodiment of the present invention are merely one embodiment of the lithium hydroxide production method and lithium hydroxide production apparatus of the present invention, and the present invention is not limited to the lithium hydroxide production method and lithium hydroxide production apparatus of one embodiment of the present invention. Furthermore, in this specification, "lithium" refers to both lithium and lithium ions, and should be interpreted appropriately unless a technical contradiction arises.
[水酸化リチウムの製造方法]
本実施形態の水酸化リチウムの製造方法は、Liイオン水溶液を含む原液、中でもリチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液からLi選択透過膜を用いてLiイオンのみを回収液に回収し、前記回収液から水酸化リチウムを製造する方法であって、前記回収液の温度を50℃以上に調節しながら回収すること、及び前記回収液から水酸化リチウムを分離すること、を含むことを特徴とするものである。本実施形態の製造方法においては、回収液を50℃以上という特定の温度条件で調節することにより、回収液のLiイオン溶解度を高めることができるため、Liイオンを大量に回収することができる。また、加温された回収液を晶析させることにより、エネルギー消費量を抑えながら水酸化リチウムを製造することが可能となる。また、Li選択透過膜を採用することで、原液の種類を選ぶ必要がなく、Liイオン水溶液を含む原液であれば特に制限なく、広範な原液に対応することが可能となるが、本実施形態ではリチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液を採用する。かくして、本実施形態の製造方法によれば、より低エネルギーで効率的に高純度の水酸化リチウムを得ることが可能となる。
[Method of producing lithium hydroxide]
The lithium hydroxide production method of this embodiment involves recovering only Li ions from a source solution containing an aqueous Li ion solution, particularly a lithium ion extract extracted from processing components of a lithium secondary battery, into a recovery solution using a Li permselective membrane, and producing lithium hydroxide from the recovery solution. This method is characterized by comprising: recovering the Li ions while controlling the temperature of the recovery solution to 50°C or higher; and separating lithium hydroxide from the recovery solution. In this production method of this embodiment, adjusting the recovery solution to a specific temperature condition of 50°C or higher increases the Li ion solubility in the recovery solution, thereby enabling the recovery of large amounts of Li ions. Furthermore, by crystallizing the heated recovery solution, lithium hydroxide can be produced while reducing energy consumption. Furthermore, the use of a Li permselective membrane eliminates the need for specific types of source solution, and a wide range of source solutions can be used, as long as they contain an aqueous Li ion solution. However, in this embodiment, a lithium ion extract extracted from processing components of a lithium secondary battery is used. Thus, this production method of this embodiment enables the production of high-purity lithium hydroxide efficiently and with less energy.
〔Liイオンのみを回収液に回収〕
本実施形態の水酸化リチウムの製造方法は、Li水溶液を含む原液となるリチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液(当該抽出液を、単に「原液」と称することがある。)からLi選択透過膜を用いてLiイオンのみを回収液に回収する。ここで、「Liイオンのみ」とは、実質的にLiイオン以外の他のイオンは含まないことを意味し、当該他のイオンの含有量は0.5質量%以下であることを意味する。
[Recovering only Li ions in the recovery solution]
In the method for producing lithium hydroxide according to the present embodiment, only Li ions are recovered into a recovered solution using a Li permselective membrane from a lithium ion extract (sometimes simply referred to as the "stock solution") extracted from a processing component of a lithium secondary battery, which serves as a stock solution containing an Li aqueous solution. Here, "Li ions only" means that the extract is substantially free of ions other than Li ions, and the content of the other ions is 0.5% by mass or less.
(原液)
Liイオン水溶液を含む原液としては、Liイオンを含むものであれば特に制限なく採用することができ、例えば、海水、塩湖かん水、鉱業廃水、地熱水又はこれらのいずれかを組み合わせたものを、蒸発等の手段により濃縮した濃縮水が挙げられる。
また、原液としては、上記の原液、すなわちリチウム二次電池の処理部材から抽出したLiイオン抽出液も挙げられる。Liイオン抽出液としては、処理部材から抽出したものであれば特に制限はないが、例えば硫化物系固体電解質を含有したリチウム二次電池の処理部材から抽出したもの、すなわち硫化物系固体電解質を含むLiイオン抽出液が挙げられる。本実施形態においては、上記の海水等、またLiイオン抽出液のなかから単独で、又は複数種を組み合わせて用いることが可能である。
(undiluted solution)
The stock solution containing the Li ion aqueous solution can be any solution containing Li ions without any particular limitation, and examples thereof include concentrated water obtained by concentrating seawater, salt lake brine, mining wastewater, geothermal water, or a combination of these by means of evaporation or the like.
The stock solution may also be the above-mentioned stock solution, i.e., a Li ion extract extracted from a processing component of a lithium secondary battery. The Li ion extract is not particularly limited as long as it is extracted from a processing component, but examples include a Li ion extract extracted from a processing component of a lithium secondary battery containing a sulfide-based solid electrolyte, i.e., a Li ion extract containing a sulfide-based solid electrolyte. In this embodiment, the above-mentioned seawater or Li ion extracts may be used alone or in combination.
上記硫化物系固体電解質について、本実施形態では、少なくともリチウム元素及び硫黄元素を含む固体電解質を意味し、代表的には、Li2S-P2S5等のリチウム元素、硫黄元素及びリン元素を含むものをはじめとし、更にハロゲン元素等を含む、Li2S-P2S5-LiI、Li2S-P2S5-LiCl、Li2S-P2S5-LiBr、Li2S-P2S5-LiI-LiBr、Li2S-P2S5-Li2O-LiI、Li2S-SiS2-P2S5-LiI等が例示される。 In this embodiment, the sulfide-based solid electrolyte refers to a solid electrolyte containing at least lithium and sulfur elements, and typical examples include those containing lithium, sulfur, and phosphorus elements such as Li 2 S-P 2 S 5 , and further containing halogen elements such as Li 2 S-P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -LiCl, Li 2 S-P 2 S 5 -LiBr, Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, and Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI.
Liイオン抽出液について、硫化物系固体電解質を含有したリチウム二次電池の処理部材から抽出したLiイオン抽出液としては、代表的には、リチウム二次電池に使用されていた硫化物系固体電解質をアルカリ性水溶液で溶解することによって得られる硫化物系固体電解質の水溶液が挙げられる。 Regarding Li ion extracts extracted from processing components of lithium secondary batteries containing sulfide-based solid electrolytes, a typical example is an aqueous solution of sulfide-based solid electrolyte obtained by dissolving the sulfide-based solid electrolyte used in the lithium secondary battery in an alkaline aqueous solution.
硫化物系固体電解質を溶解するためのアルカリ性水溶液のアルカリ成分としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ユウロピウム(II)、水酸化タリウム(I)、グアニジン等が好ましく挙げられる。これらのアルカリ成分は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。硫化物系固体電解質の溶解のしやすさという観点から、アルカリ成分としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムがより好ましい。 Preferred examples of alkaline components in the alkaline aqueous solution for dissolving sulfide-based solid electrolytes include sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, europium(II) hydroxide, thallium(I) hydroxide, and guanidine. These alkaline components may be used alone or in combination of two or more. From the perspective of ease of dissolving sulfide-based solid electrolytes, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and calcium hydroxide are more preferred as alkaline components.
原液として用いられる上記のLiイオン抽出液は、通常知られる一般的な電気透析装置を用いて調製することができる。電気透析装置においては、Liイオン(Li+)、Naイオン(Na+)等の1価の正イオンは陽イオン交換膜を透過して陰極(処理液)側に移動し、その他の多価の正イオンは陽イオン交換膜を透過しにくく、負イオンは陽イオン交換膜を透過しない。このため、回収の対象となるLiイオン(Li+)は原材料液から処理液中に移動する。また、陰極においては、水の電気分解によってOH-イオンが生成する。このため、電気透析装置を用いて、原材料液中のLiイオンを処理液中に移動させることができると同時に、処理液をアルカリ性とすることができる。ただし、この電気透析処理においては、Liイオンとともに他の1価の正イオンであるNaイオン(Na+)等(非Li1価正イオン)も同時に処理液中に移動する。このため、電気透析処理後の処理液を原液として用いることにより、Liイオンを選択して回収液中に回収することができる。 The Li ion extract used as the raw solution can be prepared using a commonly known, general electrodialysis device. In the electrodialysis device, monovalent cations such as Li ions (Li + ) and Na ions (Na + ) permeate the cation exchange membrane and migrate to the cathode (treatment solution), while other polyvalent cations have low permeability to the cation exchange membrane, and negative ions do not permeate the cation exchange membrane. Therefore, the Li ions (Li + ) to be recovered migrate from the raw solution to the treatment solution. Furthermore, OH − ions are generated at the cathode by electrolysis of water. Therefore, using the electrodialysis device, Li ions in the raw solution can be transferred to the treatment solution, while the treatment solution can be made alkaline. However, in this electrodialysis treatment, other monovalent cations such as Na ions (Na + ) (non-Li monovalent cations) also migrate to the treatment solution along with Li ions. Therefore, by using the treatment solution after electrodialysis as the raw solution, Li ions can be selectively recovered in the recovery solution.
すなわち、Liイオン抽出液が非アルカリ性である場合、通常知られる一般的な電気透析装置を用いてLiイオンを含むアルカリ性の水溶液(処理液)を生成し、これを原液として用いることによって、回収液中に高効率でLi(Liイオン)を得ることができる。 In other words, if the Li ion extract is non-alkaline, an alkaline aqueous solution (treatment solution) containing Li ions can be produced using a commonly known, general electrodialysis device, and by using this as the raw solution, Li (Li ions) can be obtained with high efficiency in the recovery solution.
(回収液)
本実施形態で用いられる回収液は、Liイオンを溶解できるものであれば特に限定されず、最終的に得るリチウムの形態により適宜選択することができる。例えば、回収液として好ましく用いられるのは、蒸留水、イオン交換水等の純水である。
本実施形態の製造方法において、回収液は純水、イオン交換水等の水として供給され、原液からLiイオンを移動させてLiイオンを回収することでLiイオンを含有する回収液(以下、単に「Liイオン含有回収液」と称することがある。)となり、Liイオン含有回収液から水酸化リチウムを晶析した後、Liイオンを実質的に含まない回収液となる。晶析して生じたLiイオンを実質的に含まない回収液は、濾液とも称する。濾液は、晶析によりLiイオン含有回収液からLiイオンを晶析により除去したものであり、Liイオンを実質的に含まない回収液といえるものである。
(Recovered liquid)
The recovery liquid used in this embodiment is not particularly limited as long as it can dissolve Li ions, and can be appropriately selected depending on the form of lithium to be finally obtained. For example, the recovery liquid preferably used is pure water such as distilled water or ion-exchanged water.
In the manufacturing method of this embodiment, the recovery liquid is supplied as water such as pure water or ion-exchanged water, and by transferring Li ions from the source liquid and recovering the Li ions, a recovery liquid containing Li ions (hereinafter, may be simply referred to as a "Li-ion-containing recovery liquid") is obtained. After lithium hydroxide is crystallized from the Li-ion-containing recovery liquid, the recovery liquid becomes substantially free of Li ions. The recovery liquid substantially free of Li ions produced by crystallization is also referred to as a filtrate. The filtrate is obtained by removing Li ions from the Li-ion-containing recovery liquid through crystallization, and can be said to be a recovery liquid substantially free of Li ions.
(回収液の温度の調節)
本実施形態では、原液から回収液にLiイオンのみを回収するにあたり、回収液の温度を50℃以上に調節することを要する。回収液の温度を50℃未満とすると、高効率でLiイオンを回収液に回収することができず、また回収液からの水酸化リチウムの晶析の効率も低下する。
回収液の温度を50℃以上に調節しながらLiイオンを回収すると、高効率でLiイオンを回収できるようになる、すなわち50℃以上に調節すると、回収液のリチウムイオン溶解度が高まり、その高まった分だけ原液からリチウムイオンが供給されるためリチウムイオンを大量に回収することができる。また、加温された回収液を晶析させることにより、エネルギー消費量を抑えながら水酸化リチウムを製造することが可能となる。
(Adjusting the temperature of the recovered liquid)
In this embodiment, when recovering only Li ions from the raw solution into the recovery solution, it is necessary to adjust the temperature of the recovery solution to 50° C. or higher. If the temperature of the recovery solution is lower than 50° C., Li ions cannot be recovered into the recovery solution with high efficiency, and the efficiency of crystallization of lithium hydroxide from the recovery solution also decreases.
When Li ions are recovered while adjusting the temperature of the recovery solution to 50°C or higher, Li ions can be recovered with high efficiency. In other words, adjusting the temperature to 50°C or higher increases the solubility of lithium ions in the recovery solution, and lithium ions are supplied from the raw solution in proportion to the increased solubility, allowing a large amount of lithium ions to be recovered. Furthermore, by crystallizing the heated recovery solution, it becomes possible to produce lithium hydroxide while reducing energy consumption.
本実施形態において、Liイオンを回収することにおいて調節する回収液の温度は、好ましくは60℃以上、より好ましくは70℃以上、更に好ましくは80℃以上であり、上限として好ましくは100℃以下、より好ましくは95℃以下、更に好ましくは90℃以下である。なお、本明細書における回収液の温度は、調節する温度の設定値を意味し、実際の回収液等の温度は当該設定値を中心に上下にぶれる場合があるため、現実の回収液の温度として±2.0℃未満まで含まれるものとする。また、後述する原液の温度についても同様である。 In this embodiment, the temperature of the recovery liquid adjusted when recovering Li ions is preferably 60°C or higher, more preferably 70°C or higher, and even more preferably 80°C or higher, with an upper limit of preferably 100°C or lower, more preferably 95°C or lower, and even more preferably 90°C or lower. Note that the temperature of the recovery liquid in this specification refers to the set value of the temperature to be adjusted. Since the actual temperature of the recovery liquid may fluctuate above or below this set value, the actual temperature of the recovery liquid is considered to include a range of less than ±2.0°C. The same applies to the temperature of the raw liquid, which will be described later.
本実施形態において、原液をpHコントロールしてもよい。pHコントロールすることにより、効率的にLiを回収することができる。この場合、pHを12以上14以下の範囲内に調節することが好ましい。なお、pHを12以上14以下とするのは調節目標であり、本実施形態においては、pH12以上14以下について、原液のpHとしては、pHの12には11.5以上12.5未満の値、pHの14には13.5以上14.5未満の値が含まれるものとし、実質的には11.5以上14.5未満までの範囲であることを意味する。 In this embodiment, the pH of the stock solution may be controlled. By controlling the pH, Li can be recovered efficiently. In this case, it is preferable to adjust the pH to within the range of 12 to 14. Note that a pH of 12 to 14 is the target for adjustment. In this embodiment, a pH of 12 to 14 includes values of 11.5 to less than 12.5 for the stock solution pH, and a pH of 14 includes values of 13.5 to less than 14.5 for the stock solution pH, and essentially means a range of 11.5 to less than 14.5.
本実施形態において原液のpHコントロールをする場合、その手段については特に制限はないが、例えば原液にアルカリ性水溶液を添加する方法により行えばよい。また、原液のpHコントロールは回収液にLiイオンを回収する際に行ってもよい、すなわち原液のpHコントロールをしながら回収液にLiイオンを回収してもよいし、また回収液にLiイオンを回収する前に、事前に行ってもよい。 In this embodiment, there are no particular limitations on the means for controlling the pH of the stock solution, but it may be performed, for example, by adding an alkaline aqueous solution to the stock solution. Furthermore, the pH of the stock solution may be controlled when recovering Li ions into the recovery solution; that is, Li ions may be recovered into the recovery solution while controlling the pH of the stock solution, or it may be controlled in advance before recovering Li ions into the recovery solution.
原液のpHを調節するために使用されるアルカリ性水溶液のアルカリ成分としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ユウロピウム(II)、水酸化タリウム(I)、グアニジン等が好ましく挙げられる。これらのアルカリ成分は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、リチウムイオン抽出液のpHを速やかに調整できるという観点から、水酸化ナトリウムがより好ましい。 Preferred examples of alkaline components in the alkaline aqueous solution used to adjust the pH of the stock solution include sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, europium(II) hydroxide, thallium(I) hydroxide, and guanidine. These alkaline components may be used alone or in combination of two or more. Of these, sodium hydroxide is more preferred from the viewpoint of being able to quickly adjust the pH of the lithium ion extract.
また、原液は、回収液と同様に温度を調節してもよい、具体的には加熱してもよい。これにより、回収液の温度を50℃以上に調節しやすくなり、高効率でLiイオンを回収できるようになる。原液の温度を調節する場合、その調節温度は、上記回収液の温度の調節範囲内とすればよい。 The temperature of the raw solution may be adjusted in the same way as the recovery solution, specifically, it may be heated. This makes it easier to adjust the temperature of the recovery solution to 50°C or higher, enabling highly efficient recovery of Li ions. When adjusting the temperature of the raw solution, the adjusted temperature should be within the temperature adjustment range of the recovery solution described above.
(Li選択透過膜)
Li選択透過膜は、原液中のLiイオンを回収液に移動させる機能を有する膜であり、通常原液と回収液とを仕切るようにして設けられる。
Li選択透過膜は、特に高いイオン伝導率を有する超Liイオン伝導体(イオン伝導体)で構成されたLi選択透過膜本体と、その原液側に薄層として形成されたLi吸着層で構成されることが好ましい。
Li選択透過膜本体として、超Liイオン伝導体を用いると、電極間に流れるLiイオンのイオン電流を大きくすることによって、Liの回収効率を高めることができる。ここで、水溶液中に含まれるLiイオンは、周りに水分子を配位したLi水和イオンとして存在する。よって、イオン電流を更に高めるためには、Li選択透過膜の表面(Li選択透過膜と原液との間の界面)にて水分子を除去しやすい状況を実現することが有効である。
このため、Li選択透過膜の表面には、Liイオン抽出液中のLiイオン(水和物を除く)を吸着するLi吸着層が形成されていることが好ましい。すなわち、Li選択透過膜は、表面Li吸着処理されたものであることが好ましい。Li吸着層としては、後述するように、Li選択透過膜を構成する材料の表面を改質することによって形成されるものが好ましく挙げられる。
(Li selective permeable membrane)
The Li permselective membrane is a membrane that has the function of transferring Li ions in the raw solution to the recovered solution, and is usually provided so as to separate the raw solution from the recovered solution.
The Li-permselective membrane is preferably composed of a Li-permselective membrane body made of a super Li-ion conductor (ion conductor) having particularly high ionic conductivity, and a Li-adsorption layer formed as a thin layer on the source liquid side thereof.
When a super Li ion conductor is used as the Li permselective membrane body, the ionic current of Li ions flowing between the electrodes is increased, thereby improving the Li recovery efficiency. Here, the Li ions contained in the aqueous solution exist as Li hydrated ions with water molecules coordinated around them. Therefore, in order to further increase the ionic current, it is effective to create a situation where water molecules can be easily removed from the surface of the Li permselective membrane (the interface between the Li permselective membrane and the raw solution).
For this reason, it is preferable that a Li adsorption layer that adsorbs Li ions (excluding hydrates) in the Li ion extract is formed on the surface of the Li permselective membrane. That is, it is preferable that the Li permselective membrane is one that has been subjected to a surface Li adsorption treatment. As the Li adsorption layer, as will be described later, one formed by modifying the surface of the material that constitutes the Li permselective membrane is preferably mentioned.
Li選択透過膜本体を構成する材料としては、例えば以下のLiを含む酸化物、酸窒化物等が好ましく挙げられる。すなわち、Li選択透過膜は、好ましくは以下のLiを含む酸化物、酸窒化物等を含有する。
Liを含む酸化物としては、例えばチタン酸リチウムランタン:(Lix,Lay)TiOz(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」とも称する。)、ジルコン酸リチウムランタン:Li7La3Zr2O12(以下、「LLZO」とも称する。)、ニオブ酸リチウムランタン:Li5La3Nb2O12、タンタル酸リチウムランタン:Li5La3Ta2O12等が挙げられ、LLTOとしては更に具体的にはLi0.29La0.57TiO3(a≒0.1、b≒0)を用いることができる。
Preferred examples of materials constituting the Li permselective membrane body include the following oxides, oxynitrides, etc. containing Li. That is, the Li permselective membrane preferably contains the following oxides, oxynitrides, etc. containing Li.
Examples of oxides containing Li include lithium lanthanum titanate: (Li x , La y )TiO z (where x=3a-2b, y=2/3-a, z=3-b, 0<a≦1/6, 0≦b≦0.06, x>0) (hereinafter also referred to as "LLTO"), lithium lanthanum zirconate: Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (hereinafter also referred to as "LLZO"), lithium lanthanum niobate: Li 5 La 3 Nb 2 O 12 , and lithium lanthanum tantalate: Li 5 La 3 Ta 2 O 12. More specifically, Li 0.29 La 0.57 TiO 3 (a≈0.1, b≈0) can be used as LLTO.
これらの材料は、例えば、この材料で構成された粒子を焼結助剤等と混合して高温(1000℃以上)で焼結した焼結体として得ることができる。この場合には、Li選択透過膜の表面は、LLTOで構成された微細粒子が結合(焼結)された多孔質として構成することもできるため、Li選択透過膜本体の表面の実効的な面積を高くすることができる。LLTOに限らず、他のLiを含む酸化物、また後述する酸窒化物についても同様である。 These materials can be obtained as sintered bodies by, for example, mixing particles made of these materials with sintering aids and sintering them at high temperatures (above 1000°C). In this case, the surface of the Li-selective permeable membrane can be configured as a porous body in which fine particles made of LLTO are bonded (sintered), thereby increasing the effective surface area of the Li-selective permeable membrane itself. This is true not only for LLTO, but also for other Li-containing oxides and the oxynitrides described below.
Li選択透過膜本体を構成する材料として用いることができる超Liイオン伝導体としては、Liを含む酸化物として、上記のLLTO、LLZO等の他に、例えば、Li置換型NASICON(Na Super Ionic Conductor)型結晶であるLi1+x+yAlx(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12(ここで、0≦x≦0.6、0≦y≦0.6)(Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2系、以下「LASiPTiGeO」とも称する。)等も挙げられる。 Examples of super Li ion conductors that can be used as a material for constituting the Li permselective membrane body include, in addition to the above-mentioned LLTO, LLZO, and the like, Li-containing oxides, such as Li 1+x+y Al x (Ti, Ge) 2-x Si y P 3-y O 12 (where 0≦x≦0.6, 0≦y≦0.6) (Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 —P 2 O 5 —TiO 2 —GeO 2 system, hereinafter also referred to as “LASiPTiGeO”), which is a Li-substituted NASICON (Na Super Ionic Conductor) type crystal.
また、Liを含む酸窒化物としては、リン酸リチウムオキシナイト(Li3PON、以下「LiPON」とも称する。)、LLTOの窒化物(LLTON)、LLZOの窒化物(LLZON)、LASiPTiGeOの窒化物(LASiPTiGeON)等が好ましく挙げられる。 Preferred examples of oxynitrides containing Li include lithium phosphate oxynitride (Li 3 PON, hereinafter also referred to as "LiPON"), nitride of LLTO (LLTON), nitride of LLZO (LLZON), nitride of LASiPTiGeO (LASiPTiGeON), and the like.
上記のLiを含む酸化物、酸窒化物等の超Liイオン伝導体は、その構成元素の一つにLiを含み、結晶外のLiイオンが結晶中のLiサイト間を移動することによって、イオン伝導性が発現する。LiイオンはLi選択透過膜本体を流れるが、ナトリウムイオンはLi選択透過膜内を流れることができない。この際、結晶内を伝導するのはLiイオン(Li+)であり、Liイオンとともに原液中に存在するLiの水和物イオンはLiサイトには入れないため、結晶中を伝導しない。この点については、WO2015/020121号に記載のLi選択透過膜と同じである。 The super Li-ion conductors, such as the Li-containing oxides and oxynitrides, contain Li as one of their constituent elements, and exhibit ionic conductivity when Li ions outside the crystal move between Li sites within the crystal. Li ions flow through the Li-permselective membrane itself, but sodium ions cannot flow within the Li-permselective membrane. In this case, it is Li ions (Li + ) that conduct within the crystal, and Li hydrate ions present in the source solution along with Li ions cannot enter the Li sites and therefore do not conduct within the crystal. In this respect, it is the same as the Li-permselective membrane described in WO2015/020121.
ここで、Li吸着層によって特にLiイオンのみを多くLi選択透過膜本体の表面に吸着させれば、吸着時にLi水和イオンの水分子が除去され、Liイオンのみになるため、Li選択透過膜本体における原液側(一方の主面側)から回収液側(他方の主面側)へのLiイオンの伝導効率(Li選択透過膜本体を流れるイオン電流)を大きくすることができる。 Here, if a large amount of Li ions in particular are adsorbed onto the surface of the Li permselective membrane body using the Li adsorption layer, the water molecules of the Li hydrated ions are removed during adsorption, leaving only Li ions, thereby increasing the Li ion conduction efficiency (ionic current flowing through the Li permselective membrane body) from the raw liquid side (one main surface side) of the Li permselective membrane body to the recovered liquid side (the other main surface side).
Li選択透過膜は、陽極、陰極が接合されていることが好ましく、Li選択透過膜の原液側(一方の主面)に陽極が、回収液側(他方の主面)に陰極が接合されることが好ましい。この構成によって、Li選択透過膜の原液側の一方の主面、回収液側の他方の主面は、それぞれ一定の正電位、負電位に保たれる。
陽極、陰極の材料としては、原液、回収液中において電気化学反応を生じない金属材料をそれぞれ適宜用いることができる。このような金属材料としては、例えば、SUS、Ti、Ti-Ir合金等を用いることができる。
The Li permselective membrane preferably has an anode and a cathode bonded thereto, with the anode being bonded to the source liquid side (one of the main surfaces) of the Li permselective membrane and the cathode being bonded to the recovered liquid side (the other main surface). With this configuration, the source liquid side main surface and the recovered liquid side main surface of the Li permselective membrane are maintained at a constant positive potential and a constant negative potential, respectively.
The anode and cathode may be made of any suitable metal material that does not undergo electrochemical reaction in the raw solution or recovered solution, such as SUS, Ti, or a Ti—Ir alloy.
Li選択透過膜として用いられる上記の材料は固体であるが、結晶中を自由電子に近い形でLiイオンが流れることによって、導電性を示すことが知られている。このため、陽極を正電位、陰極を負電位とした場合には、陽極側の原液中のLiイオン(正イオン)のうち、Li選択透過膜の陰極側に到達したものが、Li選択透過膜の陽極側(原液)から陰極側(回収液)に向かってイオン伝導によって流れる。Li選択透過膜の陰極側に到達したLiイオンは、回収液中に回収される。このため、所定時間経過後には、原液中のLiイオン濃度は低下し、回収液中のLiイオン濃度が増大する。 The above materials used as Li-selective permeable membranes are solids, but they are known to exhibit conductivity due to the flow of Li ions within the crystals in a form similar to free electrons. Therefore, when the anode is at a positive potential and the cathode is at a negative potential, Li ions (positive ions) in the source solution on the anode side that reach the cathode side of the Li-selective permeable membrane will flow by ionic conduction from the anode side (source solution) to the cathode side (recovered solution) of the Li-selective permeable membrane. The Li ions that reach the cathode side of the Li-selective permeable membrane are recovered in the recovered solution. Therefore, after a certain period of time has passed, the Li-ion concentration in the source solution decreases, and the Li-ion concentration in the recovered solution increases.
Li吸着層は、このLi選択透過膜本体に対して化学処理を行うことによってLi選択透過膜本体の表面に薄層として形成される。具体的には、上記のLi選択透過膜本体(例えば、LLTO)の一方の主面に対して酸処理、例えばこの面を塩酸や硝酸に5日間曝すことによって、形成される。この処理によって、Li選択透過膜本体(例えば、LLTO)における構成元素のうち特に酸化されやすいLiが酸の中の水素で置換されたH0.29La0.57TiO3に近い組成の物質層(HLTO)が形成されるものと推定される。ここで、表面の薄層(HLTO)の形成は、WO2017/131051号におけるX線回折結果より、Li選択透過膜本体(例えばLLTO)とは異なるピークを有するものが存在していることから裏付けられるものである。 The Li adsorption layer is formed as a thin layer on the surface of the Li permselective membrane body by chemically treating the Li permselective membrane body. Specifically, it is formed by acid-treating one main surface of the Li permselective membrane body (e.g., LLTO), for example by exposing this surface to hydrochloric acid or nitric acid for 5 days. This treatment is presumed to form a substance layer (HLTO) with a composition similar to H 0.29 La 0.57 TiO 3 , in which Li, which is particularly susceptible to oxidation among the constituent elements of the Li permselective membrane body (e.g., LLTO), is replaced with hydrogen in the acid. Here, the formation of the thin surface layer (HLTO) is supported by the presence of peaks different from those of the Li permselective membrane body (e.g., LLTO) in the X-ray diffraction results in WO 2017/131051.
HLTOにおけるHサイトは、本来はLiが入るサイトであったためにHは特にLiイオンに置換されやすく、かつ他のイオン(ナトリウムイオン等)には置換されにくい。このため、HLTOはLi吸着層として機能する。また、HLTOは酸との反応によって生じるため、Li選択透過膜本体の最表面にのみ形成される。 The H site in HLTO was originally intended to accommodate Li, so H is particularly susceptible to substitution by Li ions, but is difficult to substitute by other ions (such as sodium ions). For this reason, HLTO functions as a Li adsorption layer. Furthermore, because HLTO is produced by reaction with acid, it is only formed on the outermost surface of the Li permselective membrane itself.
〔水酸化リチウムを分離すること〕
本実施形態の水酸化リチウムの製造方法は、回収液から水酸化リチウムを製造する方法として、回収液から水酸化リチウムを分離することを含む。具体的には、本実施形態の製造方法では、上記の回収液にLiイオンのみを回収することの後、原液からLiイオンのみを回収して得られるLiイオンを含有する回収液(Liイオン含有回収液)から水酸化リチウムを分離する。これにより、加熱濃縮等の脱水工程を要することなく水酸化リチウムが得られるため、脱水工程等にかかるエネルギー消費量を低減することができ、より効率的にリチウム源を得ることが可能となる。
分離の方法としては、Liイオン含有回収液から水酸化リチウムが得られれば特に制限はなく、例えば冷却晶析、蒸発晶析等の晶析による方法が好ましく挙げられる。
[Separating lithium hydroxide]
The method for producing lithium hydroxide according to this embodiment is a method for producing lithium hydroxide from a recovered solution, and includes separating lithium hydroxide from the recovered solution. Specifically, in the production method according to this embodiment, after recovering only Li ions in the recovered solution, lithium hydroxide is separated from a recovered solution containing Li ions (Li ion-containing recovered solution) obtained by recovering only Li ions from the raw solution. This allows lithium hydroxide to be obtained without the need for a dehydration step such as heating and concentration, thereby reducing the energy consumption required for the dehydration step and making it possible to obtain a lithium source more efficiently.
The separation method is not particularly limited as long as lithium hydroxide can be obtained from the Li ion-containing recovery solution, and preferred examples include crystallization methods such as cooling crystallization and evaporation crystallization.
(冷却晶析)
冷却晶析は、晶析の前段階で回収液を加温することで、回収液中のLiイオン含有量を増加させ、かつ温度差をかせぐことにより、より効率的にLiイオンを回収することができる。冷却晶析の場合、その具体的方法については通常の冷却晶析の手法により行っていれば特に制限はなく、例えばLiイオン含有回収液に、不活性ガスを吹き込んで陽圧を保持しながら行うことが好ましい。不活性ガスの吹込みにより、炭酸リチウムの生成(以下、単に「炭酸化」と称することがある。)を抑制することができ、冷却晶析による水酸化リチウムの生成がより促進するため、より効率的に高純度の水酸化リチウムを製造できる。
(Cooling crystallization)
In cooling crystallization, the recovery liquid is heated in a stage prior to crystallization, thereby increasing the Li ion content in the recovery liquid and creating a temperature difference, thereby enabling more efficient recovery of Li ions. In the case of cooling crystallization, the specific method is not particularly limited as long as it is carried out by a conventional cooling crystallization technique, and for example, it is preferable to carry out the crystallization while maintaining a positive pressure by blowing an inert gas into the Li ion-containing recovery liquid. Blowing in an inert gas can suppress the production of lithium carbonate (hereinafter sometimes simply referred to as "carbonation") and further promote the production of lithium hydroxide by cooling crystallization, allowing for more efficient production of high-purity lithium hydroxide.
晶析の前段階で回収液を加温する場合、加温温度は、好ましくは50℃以上、より好ましくは60℃以上であり、上限としては80℃以下である。加温温度が上記範囲内であると、より効率的に冷却晶析を行うことができる。 When the recovery liquid is heated prior to crystallization, the heating temperature is preferably 50°C or higher, more preferably 60°C or higher, with an upper limit of 80°C or lower. When the heating temperature is within the above range, cooling crystallization can be carried out more efficiently.
陽圧の圧力については特に制限はなく、通常ゲージ圧として0.1~30kPa程度としておけばよく、より効率的に冷凍晶析を行う観点から好ましくは0.5~10kPaである。
不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等を用いればよい。陽圧下で冷却晶析が行われるよう、陽圧は不活性ガスの供給と排気とを調整して行えばよい。炭酸化を抑制する観点から、一酸化炭素、二酸化炭素、また炭化水素の濃度が10ppm以下であれば、酸素を含むガスであってもよい。より純度が高い水酸化リチウムを得るためには1ppm以下が好ましく、0.1ppmがより好ましい。
There are no particular limitations on the positive pressure, and it is usually sufficient to set it to about 0.1 to 30 kPa as a gauge pressure, and from the viewpoint of more efficient freeze crystallization, it is preferably 0.5 to 10 kPa.
As the inert gas, nitrogen gas, argon gas, or the like may be used. The positive pressure may be achieved by adjusting the supply and exhaust of the inert gas so that cooling and crystallization are carried out under positive pressure. From the viewpoint of suppressing carbonation, a gas containing oxygen may be used as long as the concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, or hydrocarbon is 10 ppm or less. In order to obtain lithium hydroxide of higher purity, a concentration of 1 ppm or less is preferred, and 0.1 ppm is more preferred.
冷却晶析の場合、より効率的に冷却晶析を行う観点から、40℃以下に調節しながら行うことが好ましい。これと同様の観点から、晶析の温度は好ましくは35℃以下、より好ましくは30℃以下、更に好ましくは25℃以下である。下限については特に制限はないが、0℃超としておけばよく、好ましくは3℃以上である。 In the case of cooling crystallization, it is preferable to adjust the temperature to 40°C or below in order to perform cooling crystallization more efficiently. For the same reason, the crystallization temperature is preferably 35°C or below, more preferably 30°C or below, and even more preferably 25°C or below. There is no particular lower limit, but it should be above 0°C, and preferably 3°C or above.
本実施形態の製造方法において、晶析として冷却晶析を採用する場合、必要に応じてLiイオン含有回収液を冷却することを含んでもよい。冷却することを含むことで、Liイオン含有回収液の温度を積極的に上記の好ましい温度に調節することができるため、より効率的に冷却晶析を行うことが可能となる。よって、より効率的に晶析を行う観点から、Liイオン含有回収液を冷却すること、に次いで晶析することを行うことが好ましい。
Liイオン含有回収液を冷却する方式としては、空冷方式、水冷方式のいずれを採用してもよく、採用する方式に応じた冷却器を用いればよい。
In the production method of this embodiment, when cooling crystallization is employed as the crystallization, cooling of the Li ion-containing recovery solution may be included as necessary. By including cooling, the temperature of the Li ion-containing recovery solution can be actively adjusted to the above-mentioned preferred temperature, making it possible to perform cooling crystallization more efficiently. Therefore, from the viewpoint of performing crystallization more efficiently, it is preferable to perform crystallization after cooling of the Li ion-containing recovery solution.
The method for cooling the Li ion-containing recovery liquid may be either an air-cooling method or a water-cooling method, and a cooler appropriate for the method to be used may be used.
(蒸発晶析)
蒸発晶析では、晶析の前段階で回収液が加温されているため、蒸発に要するエネルギーを抑えることができる。蒸発晶析の場合、その具体的方法については通常の蒸発晶析の手法により行っていれば特に制限はなく、例えば温度を好ましくは80℃以上100℃以下に調節しながら行うことが好ましい。より効率的に蒸発晶析を行う観点から、調節温度は、より好ましくは85℃以上、更に好ましくは90℃以上である。
(evaporation crystallization)
In evaporative crystallization, the recovered liquid is heated in the stage prior to crystallization, so that the energy required for evaporation can be reduced. In the case of evaporative crystallization, the specific method is not particularly limited as long as it is carried out by a normal evaporative crystallization technique, and for example, it is preferable to carry out the evaporative crystallization while adjusting the temperature preferably to 80°C or higher and 100°C or lower. From the viewpoint of carrying out evaporative crystallization more efficiently, the adjusted temperature is more preferably 85°C or higher, and even more preferably 90°C or higher.
より効率的に蒸発晶析を行う観点から、蒸発晶析は減圧雰囲気下で行われることが好ましい。減圧とすることにより、系内で発生した水蒸気を排出することができ、これを濾液又は回収液に加えて回収することができる。 From the perspective of conducting evaporation crystallization more efficiently, it is preferable to carry out evaporation crystallization under a reduced pressure atmosphere. By reducing the pressure, water vapor generated within the system can be discharged and added to the filtrate or recovered liquid for recovery.
減圧する場合、その圧力については特に制限はなく、通常真空圧として0.05~10kPa程度としておけばよく、より効率的に蒸発晶析を行う観点から好ましくは0.1~5kPa、より好ましくは0.2~1kPaである。
また、蒸発晶析は、不活性ガスを供給しながら行ってもよく、この場合の不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等を用いればよい。炭酸化を抑制する観点から、一酸化炭素、二酸化炭素、また炭化水素の濃度が10ppm以下であれば、酸素を含むガスであってもよい。より純度が高い水酸化リチウムを得るためには1ppm以下が好ましく、0.1ppmがより好ましい。
When reducing the pressure, there are no particular limitations on the pressure, and the vacuum pressure may usually be about 0.05 to 10 kPa, and from the viewpoint of more efficient evaporation and crystallization, the pressure is preferably 0.1 to 5 kPa, more preferably 0.2 to 1 kPa.
The evaporation and crystallization may be carried out while supplying an inert gas, and in this case, nitrogen gas, argon gas, or the like may be used as the inert gas. From the viewpoint of suppressing carbonation, a gas containing oxygen may be used as long as the concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, or hydrocarbon is 10 ppm or less. In order to obtain lithium hydroxide with higher purity, the concentration is preferably 1 ppm or less, and more preferably 0.1 ppm.
〔濾液を回収液に加えること〕
本実施形態の製造方法は、上記晶析により生じた濾液を、回収液に加えることを含むことができる。回収液からリチウムイオンを水酸化リチウム無水物や水酸化リチウム水和物として回収するため、回収液の水を補充するために加えるものである。濾液を回収液に加えて再利用することにより、濾液中のリチウム排出量、及び濾液そのものの排出量を低減させることができることは大きな利点となる。また、回収液として供給する新たな純水の使用量を低減することができるため、より効率的に水酸化リチウムを製造することができる。なお、濾液を加える回収液は、原液からLiイオンを移動させるために用いられる回収液であり、Liイオン含有回収液ではない。
本実施形態においては、さらに、冷却晶析の排熱、蒸発晶析で生じる余剰熱を回収液の加熱に利用し得る熱交換器を設けることができる。これにより、熱効率をより高めることができる。
[Add the filtrate to the recovered solution]
The production method of this embodiment can include adding the filtrate produced by the crystallization to a recovery solution. The filtrate is added to replenish the water in the recovery solution in order to recover lithium ions from the recovery solution as lithium hydroxide anhydride or lithium hydroxide hydrate. By adding the filtrate to the recovery solution and reusing it, it is possible to reduce the amount of lithium discharged from the filtrate and the amount of discharged filtrate itself, which is a major advantage. Furthermore, the amount of new pure water used to supply the recovery solution can be reduced, allowing for more efficient production of lithium hydroxide. The recovery solution to which the filtrate is added is a recovery solution used to transfer Li ions from the raw solution, and is not a Li ion-containing recovery solution.
In this embodiment, a heat exchanger can be further provided that can utilize the waste heat from cooling crystallization and the excess heat generated by evaporation crystallization to heat the recovered liquid, thereby further improving thermal efficiency.
上記のように、蒸発晶析の場合、蒸発晶析で生じた純水は、濾液又は回収液に加えて再利用しやすく、新たな純水の使用量を低減することができる。更に、新たに純水を供給する場合に比べて、当該新たな純水より高い温度の濾液を再利用できる場合があるため、熱エネルギーの点でもより効率的に水酸化リチウムを製造することが可能となる。
また、冷却晶析の場合も濾液が生じる。当該濾液はLiイオン含有回収液から水酸化リチウムを晶析させたものであるため、Liイオンが除去された、Liイオンを実質的に含まない回収液といえるが、回収液に含まれるLiイオンが含まれる場合がある。よって、この場合は、濾液は純水とはいえないものとなり得るが、回収液に加えて再利用することは可能であり、新たな純水の使用量を低減することができるので、より効率的に水酸化リチウムを製造することが可能となる。このように、晶析として冷却晶析、蒸発晶析のいずれを採用した場合であっても、晶析で生じた濾液を回収液に加えることで、再利用することが可能である。一般的に、晶析により排出される濾液には晶析の対象となる液中に含まれる不純物がそのまま残存するものである。しかし、本実施形態の製造方法において、晶析の対象となる回収液は、Li選択透過膜を経て回収されるLiイオンのみを含むものである。そのため、晶析により排出される濾液はLiイオンのみを含有し、他の不純物を含有しないものとなる。よって、本実施形態における濾液の再利用は、Li選択透過膜を用いるからこそなし得ることであるといえる。
As described above, in the case of evaporative crystallization, the pure water produced by evaporative crystallization can be easily reused by adding it to the filtrate or the recovered liquid, thereby reducing the amount of new pure water used. Furthermore, compared to the case of supplying new pure water, the filtrate may be reused at a higher temperature than the new pure water, making it possible to produce lithium hydroxide more efficiently in terms of thermal energy.
A filtrate is also produced in the case of cooling crystallization. Because this filtrate is produced by crystallizing lithium hydroxide from a Li-ion-containing recovery solution, it can be said to be a recovery solution from which Li ions have been removed and which is substantially free of Li ions. However, Li ions contained in the recovery solution may still be present. In this case, the filtrate may not be pure water, but it can be reused by adding it to the recovery solution, thereby reducing the amount of new pure water used and enabling more efficient production of lithium hydroxide. Thus, whether cooling crystallization or evaporative crystallization is used for crystallization, the filtrate produced by crystallization can be reused by adding it to the recovery solution. Generally, impurities contained in the liquid to be crystallized remain in the filtrate discharged by crystallization. However, in the production method of this embodiment, the recovery solution to be crystallized contains only Li ions recovered through a Li-permselective membrane. Therefore, the filtrate discharged by crystallization contains only Li ions and no other impurities. Therefore, the reuse of the filtrate in this embodiment is possible precisely because of the use of a Li-permselective membrane.
濾液を回収液に加える場合、当該濾液を必要に応じて加熱してもよい。本実施形態の製造方法において、回収液の温度は50℃以上に調節されているが、濾液を加熱して回収液に加えることで、回収液の温度を上昇させることができ、原液から回収液へのLiイオンの移動を促進させ、回収液にLiイオンを回収しやすくなるため、より効率的に水酸化リチウムを製造することができる。濾液を加熱する場合、好ましくは回収液の温度が50℃以上となる温度であり、より好ましい温度等は上記の回収液のより好ましい調節温度等となる温度である。また、濾液の加熱には、上記回収液の加熱に用い得る熱源である、冷却晶析の排熱、蒸発晶析で生じる余剰熱を用いることが可能である。 When adding the filtrate to the recovery liquid, the filtrate may be heated as needed. In the production method of this embodiment, the temperature of the recovery liquid is adjusted to 50°C or higher. However, by heating the filtrate and adding it to the recovery liquid, the temperature of the recovery liquid can be raised, promoting the migration of Li ions from the raw solution to the recovery liquid and making it easier to recover Li ions in the recovery liquid, thereby enabling more efficient production of lithium hydroxide. When heating the filtrate, a temperature that raises the temperature of the recovery liquid to 50°C or higher is preferable, and more preferable temperatures are those that result in the more preferable adjustment temperatures of the recovery liquid. In addition, the filtrate can be heated using heat sources that can be used to heat the recovery liquid, such as exhaust heat from cooling crystallization and excess heat generated by evaporation crystallization.
また、濾液を回収液に加えることにおいて、上記のように濾液中にLiイオンが含まれる場合があるものの、Liイオン以外の不純物は、選択透過膜により除かれているため、別途の不純物除去を行わなくても濾液の再利用が可能である。 In addition, when the filtrate is added to the recovery liquid, as mentioned above, the filtrate may contain Li ions. However, impurities other than Li ions are removed by the selectively permeable membrane, so the filtrate can be reused without the need for separate impurity removal.
晶析して得られる水酸化リチウムは、通常一水和物(LiOH・H2O)である。本実施形態の製造方法においては固液分離等により水酸化リチウムを濾液と分離して、得られた水酸化リチウムは、用途に応じてそのまま使用することができ、またさらに脱水して使用することもできる。
水酸化リチウムの一水和物を脱水する場合、例えば加熱、減圧等の通常行われる乾燥により行えばよい。
The lithium hydroxide obtained by crystallization is usually a monohydrate (LiOH.H 2 O). In the production method of this embodiment, the lithium hydroxide is separated from the filtrate by solid-liquid separation or the like, and the obtained lithium hydroxide can be used as is or can be further dehydrated before use depending on the application.
The lithium hydroxide monohydrate may be dehydrated by a conventional drying method such as heating or reducing pressure.
[水酸化リチウム製造装置]
本実施形態の水酸化リチウム製造装置は、リチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液からLiイオンのみを回収するLi選択透過膜を備えるLiイオン回収槽、前記Liイオンを回収する回収液を貯留する回収液貯留槽、前記回収液を50℃以上に調節する温度調節手段、及び前記回収液から水酸化リチウムを分離する分離装置、を備える、というものである。また、本実施形態の水酸化リチウム製造装置は、前記分離装置が晶析装置であることが好ましく、また前記晶析装置で生じた濾液を前記回収液に加える、濾液回収手段を有することが好ましい。
上記の本実施形態の水酸化リチウムの製造方法は、本実施形態の水酸化リチウム製造装置により容易に実施することができる。
[Lithium hydroxide manufacturing equipment]
The lithium hydroxide manufacturing apparatus of this embodiment comprises a Li ion recovery tank equipped with a Li permselective membrane that recovers only Li ions from a lithium ion extract extracted from a treatment component of a lithium secondary battery, a recovery liquid storage tank that stores the recovery liquid from which Li ions have been recovered, temperature adjustment means that adjusts the recovery liquid to 50° C. or higher, and a separation device that separates lithium hydroxide from the recovery liquid. Furthermore, the lithium hydroxide manufacturing apparatus of this embodiment preferably comprises a crystallization device, and preferably comprises filtrate recovery means that adds filtrate produced in the crystallization device to the recovery liquid.
The method for producing lithium hydroxide according to the present embodiment can be easily carried out by the apparatus for producing lithium hydroxide according to the present embodiment.
図1及び2は、本実施形態の水酸化リチウムの製造方法を行い得る、本実施形態の水酸化リチウム製造装置の典型的な好ましい一態様を示すフロー図であり、回収液から水酸化リチウムを分離する分離装置として晶析装置を採用し、晶析として冷却晶析を採用する場合が図1のフロー図であり、図2は蒸発晶析を採用する場合のフロー図である。また、これらの図1及び2に示される水酸化リチウムの製造方法は、晶析装置で生じた濾液を前記回収液に加える、濾液回収手段を有している。 Figures 1 and 2 are flow diagrams showing a typical preferred embodiment of the lithium hydroxide production apparatus of this embodiment, which can be used to perform the lithium hydroxide production method of this embodiment. Figure 1 is a flow diagram showing a case in which a crystallizer is used as a separation device to separate lithium hydroxide from the recovery liquid, and cooling crystallization is used as the crystallization method, while Figure 2 is a flow diagram showing a case in which evaporative crystallization is used. Furthermore, the lithium hydroxide production methods shown in Figures 1 and 2 include a filtrate recovery means for adding the filtrate produced in the crystallizer to the recovery liquid.
図1に示される水酸化リチウム製造装置は、Liイオン回収槽10、回収液を貯留する回収液貯留槽11、Liイオン回収槽10でLiイオンを回収した回収液(Liイオン含有回収液B2)から水酸化リチウムを分離する分離装置である、当該回収液を晶析する晶析装置12、熱交換器13a、13b及び13c、並びに乾燥装置14を有しており、Liイオン回収槽10は原液Aを貯蔵する原液槽10a、回収液B1を貯蔵する回収液槽10b及びLi選択透過膜10cを備えている。また、Li選択透過膜10cは、一方の主面側(原液A側)に第一電極10d(陽極)、他方の主面側(回収液B側)に第二電極10e(陰極)を備えており、回収液貯留槽11は回収液を50℃以上に調節し得る温度調節手段11aを備えている。 1 includes a Li ion recovery tank 10, a recovery liquid storage tank 11 for storing a recovery liquid, a crystallizer 12 for crystallizing the recovery liquid, which is a separation device for separating lithium hydroxide from the recovery liquid (Li ion-containing recovery liquid B2 ) obtained by recovering Li ions in the Li ion recovery tank 10, heat exchangers 13a, 13b, and 13c, and a dryer 14. The Li ion recovery tank 10 includes a stock liquid tank 10a for storing stock liquid A, a recovery liquid tank 10b for storing recovery liquid B1 , and a Li permselective membrane 10c. The Li permselective membrane 10c includes a first electrode 10d (anode) on one main surface side (stock liquid A side) and a second electrode 10e (cathode) on the other main surface side (recovered liquid B side), and the recovery liquid storage tank 11 includes temperature adjustment means 11a for adjusting the temperature of the recovery liquid to 50°C or higher.
また、図2に示される水酸化リチウム製造装置は、図1に示される製造装置と同様にLiイオン回収槽10、回収液を貯留する貯留槽11、Liイオン含有回収液B2から水酸化リチウムを分離する分離装置である、当該回収液を晶析する晶析装置12、熱交換器13a、13b及び13c、並びに乾燥装置14を有しており、Liイオン回収槽10は原液Aを貯蔵する原液槽10a、回収液Bを貯蔵する回収液槽10b及びLi選択透過膜10cを備えている。Li選択透過膜10cは、一方の主面側(原液A側)に第一電極10d(陽極)、他方の主面側(回収液B側)に第二電極10e(陰極)を備え、回収液貯留槽11は回収液を50℃以上に調節し得る温度調節手段11aを備えているが、分離装置となる晶析装置12から排出される濾液Cの回収ラインが設けられている点で相違する。なお、図1及び図2のLiイオン回収槽10では、水の電気分解により原液槽10a、回収液槽10bでそれぞれ酸素、水素が生じ得るため、これらを排気または回収できる配管等を備えることが好ましい。 2, like the production apparatus shown in Fig. 1, has a Li ion recovery tank 10, a storage tank 11 for storing a recovery liquid, a crystallizer 12 that crystallizes the recovery liquid and is a separation apparatus that separates lithium hydroxide from a Li ion-containing recovery liquid B2 , heat exchangers 13a, 13b, and 13c, and a dryer 14. The Li ion recovery tank 10 is equipped with a stock liquid tank 10a for storing stock liquid A, a recovery liquid tank 10b for storing recovery liquid B, and a Li permselective membrane 10c. The Li permselective membrane 10c is equipped with a first electrode 10d (anode) on one main surface side (stock liquid A side) and a second electrode 10e (cathode) on the other main surface side (recovered liquid B side), and the recovery liquid storage tank 11 is equipped with temperature adjustment means 11a that can adjust the recovery liquid to 50°C or higher, but differs in that a recovery line for filtrate C discharged from the crystallizer 12, which serves as a separation apparatus, is provided. In the Li ion recovery tank 10 of Figures 1 and 2, oxygen and hydrogen may be generated in the raw liquid tank 10a and the recovered liquid tank 10b, respectively, due to electrolysis of water, so it is preferable to provide piping or the like that can vent or recover these.
Liイオン回収槽10において、原液Aに含まれるLiイオンは、Li選択透過膜10cを用いて原液Aから回収液B1に移動させて回収液B1に回収され、回収液B1は、回収液貯留槽11を経由して、Liイオン含有回収液B2として晶析装置12に供給される。
図1及び図2の製造装置では、Liイオン含有回収液B2を所定の温度まで加温する熱交換器13aが設けられる。熱交換器13aには、図1に示されるように媒体を用いたシェルチューブ式熱交換器の他、電気、熱媒体等によるジャケットタイプ、ヒータータイプ等の熱交換器を採用できる。その熱源としては、冷却晶析の排熱、蒸発晶析で生じる余剰熱等を用いることが可能である。また、後述する熱交換器13b及び13cも同様である。
In the Li ion recovery tank 10, the Li ions contained in the raw solution A are transferred from the raw solution A to a recovery solution B1 using a Li permselective membrane 10c and recovered in the recovery solution B1. The recovery solution B1 is then supplied to a crystallizer 12 via a recovery solution storage tank 11 as a Li ion-containing recovery solution B2 .
1 and 2, a heat exchanger 13a is provided that heats the Li-ion-containing recovery solution B2 to a predetermined temperature. The heat exchanger 13a may be a shell-tube type heat exchanger using a medium as shown in FIG. 1, or a jacket type or heater type heat exchanger using electricity or a heat medium. The heat source may be waste heat from cooling crystallization or excess heat generated by evaporation crystallization. The same applies to the heat exchangers 13b and 13c described below.
図1の製造装置では、分離装置である晶析装置12において晶析した水酸化リチウムと晶析により生じた濾液は、固液分離等により分離され、水酸化リチウムは更に乾燥装置14にて乾燥して、水酸化リチウム一水和物(LiOH・H2O)が製品として抜き出される。 In the production apparatus of FIG. 1 , lithium hydroxide crystallized in a crystallizer 12, which is a separation device, and a filtrate produced by the crystallization are separated by solid-liquid separation or the like, and the lithium hydroxide is further dried in a dryer 14, and lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O) is extracted as a product.
濾液Cは必要に応じて新たに供給される純水とともに熱交換器13bで必要に応じて加熱した後、実質的にLiイオンを含まない回収液B0として回収液貯留槽11を経由して、必要に応じて熱交換器13cで加熱した後、Liイオン回収槽10の回収液槽10bに供給される。なお、回収液B0が実質的にLiイオンを含まないとは、濾液Cを含まなければ純水等の水が回収液B0となるため全く含まないものであり、また、濾液Cを含む場合、濾液CにはLiイオンが含まれる可能性はあるものの、回収液槽10bに貯蔵される回収液B1、晶析装置12に供給されるLiイオン含有回収液B2とから水酸化リチウムを晶析してLiイオンを除去したものであるため、これらの回収液B1及びB2と比べてLiイオンの含有量は少ないこと、を含む意味である。 The filtrate C is heated as needed in the heat exchanger 13b together with newly supplied pure water as needed, and then passes through the recovered liquid storage tank 11 as a recovered liquid B0 that is substantially free of Li ions, and is heated as needed in the heat exchanger 13c, and then supplied to the recovered liquid tank 10b of the Li ion recovery tank 10. Note that the recovered liquid B0 being substantially free of Li ions means that the recovered liquid B0 does not contain any Li ions at all, because if it does not contain filtrate C, water such as pure water would become the recovered liquid B0 , and also means that if it contains filtrate C, although there is a possibility that the filtrate C may contain Li ions, the filtrate C is obtained by crystallizing lithium hydroxide from the recovered liquid B1 stored in the recovered liquid tank 10b and the Li ion-containing recovered liquid B2 supplied to the crystallizer 12 and thus the Li ion content is lower than in these recovered liquids B1 and B2 .
本実施形態の製造装置は、既述のように、晶析装置で生じた濾液を前記回収液に加える、濾液回収手段15を有することが好ましい。図1及び2に示される製造装置も濾液回収手段15を有しており、具体的には晶析装置12における晶析により生じた濾液Cを、回収液に加える、分離装置である晶析装置12から回収液貯留槽11までのラインが該当する。濾液回収手段15は、図1及び2に示されるように、温度調節手段に該当する熱交換器13b、純水を回収液に供給するためのラインを備えるものであってもよい。また、図1及び2には示されていないが、濾液回収手段15は、必要に応じて濾液を圧送するためのポンプ、また流量計等の計器を備えていてもよい。 As previously mentioned, the manufacturing apparatus of this embodiment preferably includes a filtrate recovery means 15 that adds the filtrate produced in the crystallizer to the recovered liquid. The manufacturing apparatus shown in Figures 1 and 2 also includes a filtrate recovery means 15, and specifically, this corresponds to the line from the crystallizer 12 (a separation device) to the recovered liquid storage tank 11, where filtrate C produced by crystallization in the crystallizer 12 is added to the recovered liquid. As shown in Figures 1 and 2, the filtrate recovery means 15 may include a heat exchanger 13b, which corresponds to temperature control means, and a line for supplying pure water to the recovered liquid. Furthermore, although not shown in Figures 1 and 2, the filtrate recovery means 15 may also include a pump for pressure-feeding the filtrate and a meter such as a flow meter, if necessary.
また、図2の製造装置では、蒸発晶析が採用されるため晶析装置12から蒸気を減圧等により排出し、冷却した蒸留水を濾液Cとして回収するとともに、図1の製造装置と同様に晶析した水酸化リチウムと液状の濾液が生じるため、液状の濾液も濾液Cとして回収される。このように、濾液回収手段15は、図1に示されるように純水を回収液に供給するためのラインの他、上記冷却した蒸留水を回収液に供給するためのラインを備えていてもよい。 Furthermore, the manufacturing apparatus of Figure 2 employs evaporative crystallization, so steam is discharged from the crystallizer 12 by reducing pressure or the like, and cooled distilled water is recovered as filtrate C. As with the manufacturing apparatus of Figure 1, crystallized lithium hydroxide and liquid filtrate are produced, and the liquid filtrate is also recovered as filtrate C. Thus, the filtrate recovery means 15 may be equipped with a line for supplying the cooled distilled water to the recovered liquid, in addition to the line for supplying pure water to the recovered liquid, as shown in Figure 1.
Liイオン回収槽10は、一つの槽においてLi選択透過膜10cにより仕切られて原液槽10a及び回収液槽10bの槽に分かれた形態であってもよいし、原液槽10a及び回収液槽10bの二つの槽がLi選択透過膜10cを介して連結した形態であってもよい。 The Li ion recovery tank 10 may be a single tank separated into a raw liquid tank 10a and a recovered liquid tank 10b by a Li selective permeable membrane 10c, or the two tanks, raw liquid tank 10a and recovered liquid tank 10b, may be connected via a Li selective permeable membrane 10c.
図1の製造装置において、温度を50℃に調節するのは、回収液槽10bにおける回収液の温度となる。回収液槽10bにおける回収液B1を50℃に調節するためには、回収液B0を回収液槽10bに供給する前に熱交換器13b及び13cの少なくとも一方を用いてもよいし、また回収液貯留槽11に設けられる温度調節手段11aを用いてもよい。例えば、製造装置が温度調節手段11aを有しない場合は、熱交換器13b及び13cの少なくとも一方の出口における回収液B0の温度を50℃より高めとなるように加熱して、回収液槽10bにおける回収液の温度を50℃に調節すればよい。また、温度調節手段11aを有し、使用する場合は、熱交換器13bの出口における回収液B0の温度は50℃まで加熱しなくてもよい。回収液貯留槽11における温度調節手段11aに相当する温度調節手段が回収液槽10bに設けられてもよい。 In the manufacturing apparatus of FIG. 1 , the temperature adjusted to 50°C is the temperature of the recovery liquid in the recovery liquid tank 10b. To adjust the recovery liquid B1 in the recovery liquid tank 10b to 50°C, at least one of the heat exchangers 13b and 13c may be used before supplying the recovery liquid B0 to the recovery liquid tank 10b, or a temperature adjustment means 11a provided in the recovery liquid storage tank 11 may be used. For example, if the manufacturing apparatus does not have the temperature adjustment means 11a, the temperature of the recovery liquid B0 at the outlet of at least one of the heat exchangers 13b and 13c may be heated to a temperature higher than 50°C, thereby adjusting the temperature of the recovery liquid in the recovery liquid tank 10b to 50°C. Furthermore, if the temperature adjustment means 11a is provided and used, the temperature of the recovery liquid B0 at the outlet of the heat exchanger 13b does not need to be heated to 50°C. A temperature adjustment means equivalent to the temperature adjustment means 11a in the recovery liquid storage tank 11 may be provided in the recovery liquid tank 10b.
より確実かつ安定的に回収液を50℃に調節する観点から、図1に示されるように熱交換器13bとともに温度調節手段11aを備えることが好ましい。
また、熱交換器13cについては、回収液B0の加熱に加えて、例えば回収液B1に含まれるLiイオンの濃度が一定濃度まで上昇するまで、回収液槽10bと回収液貯留槽11との間で回収液を循環させるようなバッチ式の運転を行う場合に、回収液槽10bにおける回収液の温度を50℃に調節する際に、設けておくと有用である。
From the viewpoint of more reliably and stably adjusting the temperature of the recovered liquid to 50° C., it is preferable to provide a temperature adjusting means 11 a together with a heat exchanger 13 b as shown in FIG.
Furthermore, in addition to heating the recovery liquid B0 , the heat exchanger 13c is useful for adjusting the temperature of the recovery liquid in the recovery liquid tank 10b to 50°C when a batch operation is performed in which the recovery liquid is circulated between the recovery liquid tank 10b and the recovery liquid storage tank 11 until the concentration of Li ions contained in the recovery liquid B1 increases to a certain concentration.
上記のように原液の温度を調節することも可能であり、これに対応した温度加熱手段を有してもよい(図示なし)。この場合、回収液と同様に、原液貯留槽及び熱交換器を設けて、原液槽10aと当該貯留槽とを循環させながら熱交換器で加熱することができる。また、原液貯留槽に熱交換器を設けて加熱してもよいし、原液槽10aに熱交換器を設けてもよい。
また、上記の晶析装置12から回収液貯留槽11までの濾液のライン、また純水及び蒸留水を供給するラインといった回収液に供給するラインには、保温のためにインシュレーションが、また保温又は加熱のために電気、熱媒体等によるジャケットタイプ、ヒータータイプ等の熱交換器が設けられていてもよい。
As described above, it is also possible to adjust the temperature of the stock solution, and a corresponding temperature heating means may be provided (not shown). In this case, as with the recovered solution, a stock solution storage tank and a heat exchanger may be provided, and the stock solution may be heated by the heat exchanger while circulating between the stock solution tank 10a and the storage tank. Alternatively, a heat exchanger may be provided in the stock solution storage tank for heating, or a heat exchanger may be provided in the stock solution tank 10a.
Furthermore, the filtrate line from the crystallizer 12 to the recovered liquid storage tank 11 and the lines for supplying the recovered liquid, such as the lines for supplying pure water and distilled water, may be provided with insulation for heat retention, and may also be provided with a jacket-type or heater-type heat exchanger using electricity, a heat medium, or the like for heat retention or heating.
製造装置は、回収液貯留槽11を備えていることが好ましい。
回収液貯留槽11を備えることにより、上記のような回収液B1に含まれるLiイオンの濃度が一定濃度まで上昇するまで、回収液槽10bと回収液貯留槽11との間で回収液を循環させるようなバッチ式の運転を行いやすくなり、また製造装置の立上げ時の回収液の循環及び加熱を行う、濾液を回収液として回収液槽に供給する際に一度貯留するといった多様な運転が可能となる。また、熱交換器13c、温度調節手段11aとの組合せにより、上記バッチ式の運転、製造装置の立上げ時の循環の際の回収液の加熱を行いやすく、より確実かつ安定的に回収液を50℃に調節することが可能となる。
The production apparatus preferably includes a recovery liquid storage tank 11 .
The provision of the recovery liquid storage tank 11 facilitates batch-type operation in which the recovery liquid is circulated between the recovery liquid tank 10b and the recovery liquid storage tank 11 until the concentration of Li ions contained in the recovery liquid B1 as described above increases to a certain concentration, and also enables a variety of operations, such as circulating and heating the recovery liquid at the start-up of the manufacturing apparatus, and storing the filtrate before supplying it to the recovery liquid tank as the recovery liquid. Furthermore, the combination of the heat exchanger 13c and the temperature adjustment means 11a facilitates the batch-type operation and heating of the recovery liquid during circulation at the start-up of the manufacturing apparatus, making it possible to more reliably and stably adjust the recovery liquid to 50°C.
温度調節手段11aは回収液の温度を調節できる手段であれば特に限定されず、例えば熱交換器であってもよいし、回収液貯留槽11を全体的に加熱する空調装置のような形態であってもよい。熱交換器を採用する場合、その形式については特に制限はなく、使用態様に応じて適宜選択すればよく、上記の熱交換器13a~cと同様に、例えば媒体を用いたシェルチューブ式熱交換器、電気、熱媒体等によるジャケットタイプ、ヒータータイプ等の熱交換器を採用できる。なお、加熱する場合、その熱源としては、冷却晶析の排熱、蒸発晶析で生じる余剰熱等を用いることが可能である。 The temperature adjustment means 11a is not particularly limited as long as it is capable of adjusting the temperature of the recovered liquid. For example, it may be a heat exchanger, or it may take the form of an air conditioning unit that heats the entire recovered liquid storage tank 11. When a heat exchanger is used, there are no particular restrictions on its type and it can be selected appropriately depending on the usage mode. As with the heat exchangers 13a-c described above, for example, a shell-tube heat exchanger using a medium, a jacket type using electricity or a heat medium, or a heater type heat exchanger can be used. When heating, the heat source can be the exhaust heat from cooling crystallization, excess heat generated by evaporation crystallization, etc.
晶析装置12は、Liイオン回収槽10においてLiイオンを回収した回収液(Liイオン含有回収液)から水酸化リチウムを晶析させるために設けられる装置である。晶析は、例えば上記の回収液B1に含まれるLiイオンの濃度が一定濃度まで上昇するまで、回収液槽10bと回収液貯留槽11との間で回収液を循環させるようなバッチ式の運転の場合は、一定濃度まで上昇した後、その一部又は全部の回収液B1を、Liイオン含有回収液B2として抜き出し、晶析装置12に送液して行えばよい。 The crystallizer 12 is a device provided for crystallizing lithium hydroxide from the recovery liquid (Li-ion-containing recovery liquid) obtained by recovering Li ions in the Li-ion recovery tank 10. In the case of a batchwise operation in which the recovery liquid is circulated between the recovery liquid tank 10b and the recovery liquid storage tank 11 until the concentration of Li ions contained in the recovery liquid B1 increases to a certain concentration, for example, after the concentration has increased to the certain concentration, part or all of the recovery liquid B1 may be extracted as the Li-ion-containing recovery liquid B2 and sent to the crystallizer 12 to perform the crystallization.
晶析装置12は、上記のように、晶析としては冷却晶析、蒸発晶析等が採用されるため、晶析の形態に応じて適した装置を採用すればよく、市販の晶析装置を用いてもよい。
晶析において固形分の析出を加速するために水酸化リチウム化合物の種結晶を添加してもよく、晶析装置12には、種結晶を添加する装置が備えられてもよい。また、晶析装置12には、必要に応じて固液分離機器等の、晶析した水酸化リチウムと濾液とを分離する装置が備えられていてもよい。
As described above, the crystallizer 12 employs cooling crystallization, evaporation crystallization, or the like for crystallization, and therefore, an appropriate device may be employed depending on the type of crystallization, and a commercially available crystallizer may also be used.
In order to accelerate the precipitation of solids during crystallization, seed crystals of a lithium hydroxide compound may be added, and the crystallizer 12 may be equipped with a device for adding seed crystals. Furthermore, the crystallizer 12 may be equipped with a device for separating the crystallized lithium hydroxide from the filtrate, such as a solid-liquid separator, as necessary.
晶析として冷却晶析が採用される場合、図1の製造装置のように、陽圧の保持を不活性ガスの供給及び排気により行うための、不活性ガスの供給ライン、晶析装置12内の圧力に応じて排気する圧力制御弁及び排気ラインが設けられていてもよい。
また、晶析として蒸発晶析が採用される場合、図2の製造装置のように、蒸発晶析を採用する場合は装置内で発生した濾液を水蒸気として排出するための減圧装置が備えられていてもよく、また水蒸気となって排出された濾液を冷却して液状の濾液、すなわち蒸留水とする冷却装置が備えられていてもよい。
When cooling crystallization is employed as the crystallization method, as in the production apparatus of FIG. 1 , an inert gas supply line, a pressure control valve for exhausting gas in accordance with the pressure inside the crystallizer 12, and an exhaust line may be provided to maintain a positive pressure by supplying and exhausting the inert gas.
When evaporative crystallization is employed as the crystallization method, as in the production apparatus shown in FIG. 2 , the apparatus may be equipped with a pressure reducing device for discharging the filtrate generated in the apparatus as water vapor, and may also be equipped with a cooling device for cooling the filtrate discharged as water vapor to form a liquid filtrate, i.e., distilled water.
乾燥装置14は、晶析装置12において晶析した水酸化リチウムと濾液とを固液分離等により分離した後、分離しきれなかった水分を含む水酸化リチウムを乾燥して水酸化リチウム一水和物(LiOH・H2O)、又は水酸化リチウム無水物とする装置である。
乾燥装置14に用いられる乾燥機としては、所望させる乾燥の具合、規模等に応じて適宜選択すればよく、例えばホットプレート等の加熱器、加熱手段と送り機構を有する横型乾燥機、横型振動流動乾燥機、また、通常1~80kPa程度の減圧雰囲気下で、50~140℃程度で加熱し、かつ撹拌しながら乾燥し得るヘンシェルミキサー、FMミキサーとして市販されているものを用いることもできる。
The drying device 14 is a device that dries the lithium hydroxide that contains water and that was not completely separated after the lithium hydroxide crystallized in the crystallizer 12 has been separated from the filtrate by solid-liquid separation or the like, to produce lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O) or anhydrous lithium hydroxide.
The dryer used in the drying device 14 may be appropriately selected depending on the desired degree of drying, scale, and the like. For example, a heater such as a hot plate, a horizontal dryer having a heating means and a feeding mechanism, a horizontal vibration fluidized dryer, or a commercially available Henschel mixer or FM mixer that can heat and dry at about 50 to 140°C under a reduced pressure atmosphere of usually about 1 to 80 kPa while stirring can also be used.
〔硫化リチウムの製造方法〕
本実施形態の水酸化リチウムの製造方法は、以下の硫化リチウムの製造方法、すなわち、上記の本実施形態の水酸化リチウムの製造方法における回収液に硫化水素を供給すること、又は前記水酸化リチウムの製造方法により得られる水酸化リチウムに硫化水素を供給すること、を含む硫化リチウムの製造方法に適用し得る。
[Method for producing lithium sulfide]
The method for producing lithium hydroxide of this embodiment can be applied to the following method for producing lithium sulfide, i.e., a method for producing lithium sulfide that includes supplying hydrogen sulfide to a recovery solution in the method for producing lithium hydroxide of the embodiment described above, or supplying hydrogen sulfide to lithium hydroxide obtained by the method for producing lithium hydroxide described above.
硫化水素を供給する方法としては特に制限はなく、回収液に供給する場合は、当該回収液に硫化水素ガスを吹き込んで供給すればよく、水酸化リチウムと硫化水素との反応により硫化リチウムと水が生成するが、生成した水は適宜除去し、最終的に水分が実質的に除去されたところで硫化水素の吹込みを止めることで硫化リチウムが得られる。
回収液に供給する場合、上記の水酸化リチウム製造装置の晶析装置に硫化水素ガスを供給し、すなわちLiイオン含有回収液に硫化水素ガスを吹き込んで反応させてもよいし、またLiイオン含有回収液を別途の反応容器に供給し、閉鎖系(バッチ式)、流通系のいずれかの形式で、当該反応容器に硫化水素ガスを吹き込んで反応させてもよい。
There are no particular limitations on the method for supplying hydrogen sulfide. When hydrogen sulfide is supplied to a recovery liquid, it may be supplied by blowing hydrogen sulfide gas into the recovery liquid. Lithium sulfide and water are produced by a reaction between lithium hydroxide and hydrogen sulfide, and the produced water is removed appropriately. Finally, lithium sulfide is obtained by stopping the blowing of hydrogen sulfide when the water has been substantially removed.
When hydrogen sulfide gas is supplied to the recovery liquid, the hydrogen sulfide gas may be supplied to a crystallizer in the lithium hydroxide manufacturing apparatus, that is, the hydrogen sulfide gas may be blown into the Li ion-containing recovery liquid to cause a reaction. Alternatively, the Li ion-containing recovery liquid may be supplied to a separate reaction vessel, and the hydrogen sulfide gas may be blown into the reaction vessel in either a closed system (batch system) or a flow system to cause a reaction.
また、水酸化リチウムに硫化水素を供給する場合は、例えば反応容器に水酸化リチウムと硫化水素ガスとを投入し、撹拌等をしながら反応させることで、硫化リチウムが得られる。この場合、水酸化リチウムは水和物であってもよいし、無水物であってもよく、効率を考慮すると水和物のまま硫化水素と反応させることが好ましい。 When supplying hydrogen sulfide to lithium hydroxide, lithium sulfide can be obtained, for example, by charging lithium hydroxide and hydrogen sulfide gas into a reaction vessel and reacting them while stirring, etc. In this case, the lithium hydroxide may be in the form of a hydrate or anhydrous, but from the perspective of efficiency, it is preferable to react the hydrate with hydrogen sulfide as is.
水酸化リチウムと硫化水素との反応温度は、通常120℃以上300℃以下で行えばよく、140℃以上230℃以下が好ましく、150℃以上220℃以下がより好ましく、160℃以上210℃以下が更に好ましい。反応温度が上記範囲内であると、反応が促進し、残留する水酸化リチウム量が低減された高純度の硫化リチウムが得られやすくなる。
また、1時間以上60時間以下が好ましく、2時間以上30時間以下が好ましく、6時間以上20時間以下が好ましい。本明細書において、反応時間は、硫化水素を水酸化リチウムに接触させて反応させる時間、より具体的には、硫化水素を供給開始した時から供給停止した時までの時間を意味する。
The reaction temperature between lithium hydroxide and hydrogen sulfide may usually be 120° C. or higher and 300° C. or lower, preferably 140° C. or higher and 230° C. or lower, more preferably 150° C. or higher and 220° C. or lower, and even more preferably 160° C. or higher and 210° C. or lower. When the reaction temperature is within the above range, the reaction is promoted, and high-purity lithium sulfide with a reduced amount of residual lithium hydroxide is more likely to be obtained.
The reaction time is preferably 1 hour or more and 60 hours or less, more preferably 2 hours or more and 30 hours or less, and even more preferably 6 hours or more and 20 hours or less. In this specification, the reaction time means the time during which hydrogen sulfide is brought into contact with lithium hydroxide and reacted, more specifically, the time from when the supply of hydrogen sulfide is started to when the supply is stopped.
このようにして得られた硫化リチウムは、必要に応じて精製することができる。精製方法は特に制限なく、常法に従い行えばよい。 The lithium sulfide obtained in this manner can be purified as needed. There are no particular restrictions on the purification method, and it can be carried out according to conventional methods.
次に実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら制限されるものではない。 The present invention will now be described in detail using examples, but the present invention is not limited to these examples in any way.
(水酸化リチウム製造装置)
Li選択透過膜により原液槽及び回収液槽に分けられたLiイオン回収槽、回収液貯留槽、分離装置として冷却晶析し得る晶析装置、及び温度調節手段として熱交換器(熱交換器13b)を、図2に示される製造装置の順に有する装置を用いた。
(Lithium hydroxide manufacturing equipment)
An apparatus was used which had, in the order shown in FIG. 2 , a Li ion recovery tank separated into a raw liquid tank and a recovery liquid tank by a Li permselective membrane, a recovery liquid storage tank, a crystallization device capable of cooling and crystallizing as a separation device, and a heat exchanger (heat exchanger 13 b) as a temperature control means.
分離装置となる晶析装置としては、撹拌翼及び温度計を備えるセパラブルフラスコを恒温槽内に備えた装置を用いた。なお、セパラブルフラスコは、窒素(不活性ガス)の供給と排気とを調整し、陽圧下で晶析を行えるように、窒素供給手段を有している。また晶析装置は、濾紙を備えた濾過部分、及びアスピレータへの接続部分を上部に備えるフラスコが、グローブバッグ(必要に応じてその内部を窒素で置換可能である。)に収められた装置を固液分離機器として有している。 The crystallization device used as the separation device consisted of a thermostatically controlled bath and a separable flask equipped with a stirring blade and a thermometer. The separable flask had a nitrogen supply means that allowed for adjustment of the supply and exhaust of nitrogen (an inert gas) to enable crystallization under positive pressure. The crystallization device also had a solid-liquid separation device, consisting of a flask equipped with a filter paper filter and an aspirator connection at the top, housed in a glove bag (the inside of which could be replaced with nitrogen if necessary).
(Li選択透過膜の作製)
Li選択透過膜は、以下のようにして作製したものを用いた。
構成材料をチタン酸リチウムランタン(Li0.29La0.57TiO3)とするリチウム選択透過膜本体を作製し、該本体の一方の主面を60℃の塩酸に5日間曝すことで、リチウム選択透過膜本体(LLTO)の一方の主面にリチウム吸着層(HLTO)が形成された、リチウム選択透過膜を得た。
(Preparation of Li permselective membrane)
The Li permselective membrane used was prepared as follows.
A lithium permselective membrane body was prepared using lithium lanthanum titanate ( Li0.29La0.57TiO3 ) as its constituent material, and one main surface of the body was exposed to hydrochloric acid at 60°C for 5 days to obtain a lithium permselective membrane in which a lithium adsorption layer (HLTO) was formed on one main surface of the lithium permselective membrane body (LLTO).
(水酸化リチウムの収量及び純度の測定)
上記水酸化リチウム製造装置の固液分離機器で濾過して得られた固体(「ケーク」とも称する。)をシャーレに移し、真空乾燥機(「乾燥装置」に該当する。)内で、40℃で2時間の乾燥を行い、乾燥ケークを得た。乾燥ケークを秤量し、各実施例及び比較例における水酸化リチウム一水和物の収量とし、また中和滴定法により純度を測定した。
(Determination of Lithium Hydroxide Yield and Purity)
The solid (also referred to as "cake") obtained by filtration using the solid-liquid separation device of the lithium hydroxide manufacturing apparatus was transferred to a petri dish and dried at 40°C for 2 hours in a vacuum dryer (corresponding to a "drying apparatus") to obtain a dried cake. The dried cake was weighed and used as the yield of lithium hydroxide monohydrate in each Example and Comparative Example, and the purity was also measured by neutralization titration.
実施例1
リチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液として、模擬的に3.0Mの水酸化リチウム水溶液2L(pH14.6)(水酸化リチウムの含有量:126g(水酸化リチウム一水和物として))を用いた。上記製造装置の原液槽に上記抽出液を入れ、また3.0Mの水酸化リチウム水溶液200mLを回収液槽に入れ、回収液槽には窒素を供給した。次いで、回収液槽内の回収液の温度を電気ヒータで80℃に調節しながら、Li選択透過膜の両面より、5Vの電圧印加をして、回収液にLiイオンを回収した。
20時間電圧印加後のLiイオンを回収した回収液の一部(7.5mL分)を、大気に触れないようにしながら晶析装置のセパラブルフラスコ内に入れて、窒素をセパラブルフラスコに供給しながら、恒温槽の温度を25℃としてセパラブルフラスコ内の回収液を25℃に保ち、晶析温度を25℃とする冷却晶析を行った。なお、回収液中の水酸化リチウム濃度は、水酸化リチウム一水和物として6.0Mであった。
次いで、セパラブルフラスコ内の、上記冷却晶析により析出した水酸化リチウムを含む液体を、大気に触れないように窒素で満たしたグローブバッグ内で、その中に収められた固液分離機器の濾紙を備えた濾過部分に入れて、アスピレータにより減圧しながら濾過を行い、水酸化リチウム一水和物を得た。得られた水酸化リチウム一水和物の上記方法により測定した収量は1.89gであり、その純度は99.7%となった。
なお、本実施例1は、晶析(セパラブルフラスコでの晶析及び固液分離機器における濾過)を不活性ガスの存在下で行っているため、これを晶析環境として「不活性」の雰囲気下で水酸化リチウムを製造したこととする。また、他の実施例及び比較例でも「不活性」とする場合は、晶析を不活性ガスの存在下で行っていることを意味する。
Example 1
As a simulated lithium ion extract extracted from the treated components of a lithium secondary battery, 2 L of a 3.0 M lithium hydroxide aqueous solution (pH 14.6) (lithium hydroxide content: 126 g (as lithium hydroxide monohydrate)) was used. The extract was placed in the raw solution tank of the manufacturing apparatus, and 200 mL of a 3.0 M lithium hydroxide aqueous solution was placed in a recovery solution tank, to which nitrogen was supplied. Next, while the temperature of the recovery solution in the recovery solution tank was adjusted to 80°C with an electric heater, a voltage of 5 V was applied to both sides of the Li permselective membrane, and Li ions were recovered in the recovery solution.
A portion (7.5 mL) of the recovered solution from which Li ions had been recovered after 20 hours of voltage application was placed in a separable flask of a crystallizer without exposing it to the air, and while supplying nitrogen to the separable flask, the temperature of the thermostatic bath was set to 25° C. to maintain the recovered solution in the separable flask at 25° C., and cooling crystallization was performed at a crystallization temperature of 25° C. The lithium hydroxide concentration in the recovered solution was 6.0 M as lithium hydroxide monohydrate.
The liquid containing lithium hydroxide precipitated by the cooling crystallization in the separable flask was then placed in a nitrogen-filled glove bag to prevent contact with the atmosphere, and the liquid was placed in a filter section equipped with filter paper in a solid-liquid separator housed in the glove bag, and filtered while reducing the pressure with an aspirator to obtain lithium hydroxide monohydrate. The yield of the obtained lithium hydroxide monohydrate, as measured by the above method, was 1.89 g, and its purity was 99.7%.
In this Example 1, crystallization (crystallization in a separable flask and filtration in a solid-liquid separator) was carried out in the presence of an inert gas, and therefore, this was used as the crystallization environment, and lithium hydroxide was produced in an "inert" atmosphere. In other Examples and Comparative Examples, "inert" also means that crystallization was carried out in the presence of an inert gas.
実施例2
実施例1において、20時間電圧印加後のLiイオンを回収した回収液の一部(7.5mL分)を、実施例1と同様に冷却晶析し、当該一部の全量を、固液分離機器を用いて濾過を行った後、得られた濾液と純水を加えた液(合計:7.5mL)を回収液貯留槽に戻し、回収液槽内の回収液の温度を電気ヒータで80℃に調節しながら、5Vの電圧印加を1.5時間行った。Liイオンを回収した回収液の一部(7.5mL分)を、実施例1と同様に冷却晶析し、固液分離機器を用いて濾過を行い、水酸化リチウムを得た。得られた水酸化リチウムの収量は1.92gであり、その純度は99.6%となった。
Example 2
In Example 1, a portion (7.5 mL) of the recovered solution from which Li ions had been recovered after 20 hours of voltage application was cooled and crystallized in the same manner as in Example 1. The entire portion was then filtered using a solid-liquid separator, and the resulting filtrate and pure water were added to form a liquid (total: 7.5 mL) which was returned to the recovered solution storage tank. A voltage of 5 V was applied for 1.5 hours while the temperature of the recovered solution in the recovered solution tank was adjusted to 80°C using an electric heater. A portion (7.5 mL) of the recovered solution from which Li ions had been recovered was cooled and crystallized in the same manner as in Example 1, and filtered using a solid-liquid separator to obtain lithium hydroxide. The yield of the obtained lithium hydroxide was 1.92 g, and its purity was 99.6%.
比較例1
実施例1において、回収液の温度を80℃から45℃とした以外は、実施例1と同様にして、水酸化リチウムを得た。
Comparative Example 1
Lithium hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the recovered liquid was changed from 80°C to 45°C.
比較例2
実施例1において、回収液の温度を80℃から45℃とし、かつ晶析装置におけるセパラブルフラスコへの窒素の供給を行わずに、大気下にて晶析の操作を行った以外は、実施例1と同様にして、水酸化リチウムを得た。
Comparative Example 2
Lithium hydroxide was obtained in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the recovered liquid was changed from 80°C to 45°C and that the crystallization operation was carried out in the atmosphere without supplying nitrogen to the separable flask in the crystallizer.
上記実施例の結果から、本実施形態の水酸化リチウムの製造方法によれば、加熱濃縮等の脱水工程が不要であることから、より低エネルギーで水酸化リチウムを製造できることが確認された。また、高い収量で、高純度の水酸化リチウムを製造できることも確認された。
他方、回収液温度を45℃とした比較例1及び2では、収量が極めて少ないことが確認された。また、晶析環境を大気とした比較例2では、純度が低下しており、より高い純度の水酸化リチウムを得るには、晶析環境を不活性とすることが好ましいことも確認された。
The results of the above examples confirmed that the method for producing lithium hydroxide according to the present embodiment does not require a dehydration step such as heating and concentration, and therefore can produce lithium hydroxide with less energy. It was also confirmed that high-purity lithium hydroxide can be produced in high yield.
On the other hand, it was confirmed that the yield was extremely low in Comparative Examples 1 and 2, in which the recovered liquid temperature was 45° C. Furthermore, in Comparative Example 2, in which the crystallization environment was air, the purity was reduced, and it was also confirmed that an inert crystallization environment is preferable in order to obtain lithium hydroxide of higher purity.
10.Liイオン回収槽
10a.原液槽
10b.回収液槽
10c.Li選択透過膜
10d.第一電極
10e.第二電極
11.回収液貯留槽
11a:温度調節手段
12.晶析装置
13a.熱交換器
13b.熱交換器
13c.熱交換器
14.乾燥装置
15.濾液回収手段
A:原液
B0:回収液
B1:回収液(回収液槽中)
B2:Liイオン含有回収液
C:濾液
10. Li ion recovery tank 10a. Stock solution tank 10b. Recovery solution tank 10c. Li permselective membrane 10d. First electrode 10e. Second electrode 11. Recovery solution storage tank 11a: Temperature control means 12. Crystallizer 13a. Heat exchanger 13b. Heat exchanger 13c. Heat exchanger 14. Drying device 15. Filtrate recovery means A: Stock solution B0 : Recovery solution B1 : Recovery solution (in recovery solution tank)
B2 : Li ion-containing recovery liquid C: Filtrate
Claims (16)
前記回収液の温度を50℃以上に調節しながら回収すること、及び
前記回収液から水酸化リチウムを分離すること、
を含み、
前記分離が晶析で行われ、
前記晶析が前記晶析に供する回収液に不活性ガス、または、一酸化炭素、二酸化炭素および炭化水素の濃度が10ppm以下のガスを用いて行われる、水酸化リチウムの製造方法。 A method for producing lithium hydroxide from a lithium ion extract solution extracted from a treatment component of a lithium secondary battery, by recovering only Li ions into a recovery solution using a Li permselective membrane, the method comprising:
recovering the recovered solution while adjusting the temperature of the recovered solution to 50°C or higher; and separating lithium hydroxide from the recovered solution.
Including,
the separation is carried out by crystallization,
The method for producing lithium hydroxide , wherein the crystallization is carried out using an inert gas or a gas having a carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrocarbon concentration of 10 ppm or less in the recovered liquid to be subjected to the crystallization .
前記回収液の温度を50℃以上に調節しながら回収すること、及び
前記回収液から水酸化リチウムを分離すること、
を含み、
前記分離が晶析で行われ、
前記晶析が前記晶析に供する回収液に不活性ガスを用いて行われる、水酸化リチウムの製造方法。 A method for producing lithium hydroxide from a lithium ion extract solution extracted from a treatment component of a lithium secondary battery, by recovering only Li ions into a recovery solution using a Li permselective membrane, the method comprising:
recovering the recovered solution while adjusting the temperature of the recovered solution to 50°C or higher; and separating lithium hydroxide from the recovered solution.
Including,
the separation is carried out by crystallization,
The method for producing lithium hydroxide , wherein the crystallization is carried out using an inert gas in a recovered liquid to be subjected to the crystallization .
前記Liイオンを回収する回収液を貯留する回収液貯留槽、
前記回収液を50℃以上に調節する温度調節手段、及び
前記回収液から水酸化リチウムを分離する分離装置、
を備え、
前記分離装置が、前記晶析に供する回収液に不活性ガス、または、一酸化炭素、二酸化炭素および炭化水素の濃度が10ppm以下のガスを供給する晶析装置である、水酸化リチウム製造装置。 a Li ion recovery tank equipped with a Li selective permeable membrane that recovers only Li ions from a lithium ion extract extracted from a treatment component of a lithium secondary battery;
a recovery liquid storage tank for storing a recovery liquid for recovering the Li ions;
a temperature adjusting means for adjusting the temperature of the recovered liquid to 50°C or higher; and a separation device for separating lithium hydroxide from the recovered liquid.
Equipped with
The apparatus for producing lithium hydroxide , wherein the separation device is a crystallization device that supplies an inert gas or a gas having carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrocarbon concentrations of 10 ppm or less to the recovered liquid to be subjected to the crystallization .
前記Liイオンを回収する回収液を貯留する回収液貯留槽、
前記回収液を50℃以上に調節する温度調節手段、及び
前記回収液から水酸化リチウムを分離する分離装置、
を備え、
前記分離装置が前記晶析に供する回収液に不活性ガスを供給する晶析装置である、水酸化リチウム製造装置。 a Li ion recovery tank equipped with a Li selective permeable membrane that recovers only Li ions from a lithium ion extract extracted from a treatment component of a lithium secondary battery;
a recovery liquid storage tank for storing a recovery liquid for recovering the Li ions;
a temperature adjusting means for adjusting the temperature of the recovered liquid to 50°C or higher; and a separation device for separating lithium hydroxide from the recovered liquid.
Equipped with
The apparatus for producing lithium hydroxide , wherein the separation device is a crystallization device that supplies an inert gas to the recovered liquid to be subjected to the crystallization .
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