JP2019160429A - Lithium recovery method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、リチウムイオン電池廃棄物を焙焼して得られた電池滓から、リチウムを回収する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for recovering lithium from a battery case obtained by roasting lithium ion battery waste.
近年は、製品寿命その他の理由で廃棄されるリチウムイオン電池廃棄物から、そこに含まれるニッケルやコバルト等の有価金属を湿式処理等により回収することが、資源の有効活用の観点から広く検討されている。 In recent years, it has been widely studied from the viewpoint of effective utilization of resources to recover valuable metals such as nickel and cobalt from lithium ion battery waste that is discarded due to product life and other reasons by wet processing. ing.
リチウムイオン電池廃棄物から有価金属を回収する方法の一例としては、はじめに、リチウムイオン電池廃棄物に対し、焙焼、破砕及び篩別を行い、不純物であるアルミニウム等をある程度除去する(特許文献1等参照)。
次いで、篩別後の篩下に得られる粉末状等の電池滓を浸出液に添加して浸出し、そこに含まれ得るリチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、アルミニウム等を浸出液中に溶解させる。その後は、上述したように浸出して得られた浸出後液に溶解している各金属元素を分離させる。ここでは、浸出後液に浸出しているそれぞれの金属を分離させるため、たとえば、浸出後液に対し、分離させる金属に応じた複数段階の溶媒抽出、逆抽出等を施す。それにより、最終的にリチウムイオンを含むリチウム含有溶液が得られる(特許文献2〜4等参照)。
As an example of a method for recovering valuable metals from lithium ion battery waste, first, lithium ion battery waste is roasted, crushed and sieved to remove impurities such as aluminum to some extent (Patent Document 1). Etc.).
Next, a battery-like battery case obtained under sieving after sieving is added to the leaching solution and leached, and lithium, nickel, cobalt, manganese, aluminum, and the like that can be contained therein are dissolved in the leaching solution. Thereafter, each metal element dissolved in the post-leaching solution obtained by leaching as described above is separated. Here, in order to separate each metal leached in the liquid after leaching, for example, the liquid after leaching is subjected to multiple stages of solvent extraction, back extraction, etc. according to the metal to be separated. Thereby, a lithium-containing solution containing lithium ions is finally obtained (see Patent Documents 2 to 4).
ここで、上述したような方法に関し、特許文献5では、「高価な薬品を用いることなく、安価に操業を行うことができ、リチウムとコバルトとを安全に分離回収する」との課題の下、「コバルト酸リチウムを、水素気流中で、かつ、400℃以上の温度にて、還元焙焼することにより、コバルト酸リチウムの化合物形態をLiOHあるいはLi2Oへ変化させ、焙焼物を水で浸出することにより、焙焼物中のリチウム分を溶出させて、かつ、コバルトを残渣中へ分配させて、それぞれ回収すること」が提案されている。そして、これにより、「酸を使用せずに、水のみでリチウムを浸出することが可能であり、また、還元剤に水素あるいは炭素を使用することで、高価な酸を使用しなくて済み、また中和剤を必要としない」とされている。 Here, regarding the method as described above, in Patent Document 5, under the problem that “operation can be performed at low cost without using expensive chemicals and lithium and cobalt are separated and recovered safely”, “By reducing and roasting lithium cobaltate in a hydrogen stream at a temperature of 400 ° C. or higher, the lithium cobaltate compound form is changed to LiOH or Li 2 O, and the roasted material is leached with water. Thus, it has been proposed that the lithium content in the baked product is eluted and the cobalt is distributed into the residue and recovered. And, by this, “without using an acid, it is possible to leach lithium with only water, and by using hydrogen or carbon as a reducing agent, it is not necessary to use an expensive acid, Also, no neutralizer is required. "
また、これに関連する技術として、特許文献6には、「リチウムイオン二次電池の正極材料であるコバルト酸リチウムから、リチウムを効率よく回収することができ、リチウムイオン二次電池の再利用を行うことができるリチウムの回収方法を提供すること」を目的とし、「コバルト酸リチウム100質量部に対し、1質量部以上の炭素を混合した混合物を、大気雰囲気下、酸化雰囲気下、及び還元性雰囲気下のいずれかで焙焼してなる酸化リチウムを含有する焙焼物を水で浸出すること」等が提案されている。 Further, as a technology related to this, Patent Document 6 states that “lithium ion secondary battery can be efficiently recovered from lithium cobaltate, which is a positive electrode material of the lithium ion secondary battery, and reuse of the lithium ion secondary battery is disclosed. “Providing a method for recovering lithium that can be performed”, “a mixture obtained by mixing 1 part by mass or more of carbon with respect to 100 parts by mass of lithium cobaltate in an atmosphere, an oxidizing atmosphere, and a reducing property. It has been proposed that a roasted product containing lithium oxide that is roasted in any atmosphere is leached with water.
しかしながら、リチウムイオン電池廃棄物を焙焼等して得られる電池滓を、水のみで浸出させようとしても、リチウムが十分に溶解せず、リチウム浸出率を十分に高めることができないことが解かった。それにより、上記の特許文献5、6の方法では、リチウムイオン電池廃棄物に対する処理の初期の段階で多くのリチウムを回収することはできなかった。 However, it has been found that even if battery batteries obtained by roasting lithium ion battery waste are leached only with water, lithium is not sufficiently dissolved and the lithium leaching rate cannot be sufficiently increased. It was. Accordingly, in the methods of Patent Documents 5 and 6 described above, a large amount of lithium cannot be recovered at the initial stage of the treatment for the lithium ion battery waste.
この発明は、このような問題に対処することを課題とするものであり、その目的は、リチウムイオン電池廃棄物を焙焼して得られた電池滓から、リチウムを効果的に回収することのできるリチウム回収方法を提供することにある。 An object of the present invention is to cope with such problems, and the object of the present invention is to effectively recover lithium from a battery case obtained by roasting lithium ion battery waste. It is to provide a lithium recovery method that can be used.
発明者は鋭意検討の結果、リチウムイオン電池廃棄物を焙焼して得られた電池滓中のリチウムが、アルミン酸リチウムの形態で含まれ得ることを新たに見出した。そして、電池滓にアルミン酸リチウムが含まれる場合、アルミン酸リチウムは難溶性であることから水では有効に溶かすことができず、それにより、上述したような水による浸出では、リチウムの浸出率を大きく向上させることができないとの知見を得た。 As a result of intensive studies, the inventor has newly found that lithium in a battery case obtained by roasting lithium ion battery waste can be included in the form of lithium aluminate. And when lithium aluminate is contained in the battery case, lithium aluminate is hardly soluble, so it cannot be effectively dissolved in water. Therefore, in the case of leaching with water as described above, the leaching rate of lithium is reduced. The knowledge that it cannot be improved greatly was obtained.
このような知見に基づき、この発明のリチウム回収方法は、リチウムイオン電池廃棄物を焙焼して得られた電池滓から、リチウムを回収する方法であって、アルミン酸リチウムを含有する前記電池滓を、酸性溶液中に浸出させる浸出工程と、浸出工程で得られる浸出後液のpHを上昇させて中和するとともに固液分離して、リチウム溶解液を得る中和工程とを含むものである。 Based on such knowledge, the lithium recovery method of the present invention is a method of recovering lithium from a battery cage obtained by roasting lithium ion battery waste, wherein the battery cage containing lithium aluminate is used. Are leached into an acidic solution, and neutralized by increasing the pH of the post-leaching solution obtained in the leaching step and neutralizing it, and solid-liquid separation to obtain a lithium solution.
この発明のリチウム回収方法によれば、アルミン酸リチウムを含有する電池滓を酸性溶液中に浸出させる浸出工程と、浸出工程で得られる浸出後液を中和して、リチウム溶解液を得る中和工程とを含むことにより、リチウムイオン電池廃棄物を焙焼して得られた電池滓から、リチウムを効果的に回収することができる。 According to the lithium recovery method of the present invention, a leaching step of leaching a battery tank containing lithium aluminate into an acidic solution, and a neutralization to obtain a lithium solution by neutralizing the leached solution obtained in the leaching step By including a process, lithium can be effectively recovered from a battery container obtained by roasting lithium ion battery waste.
以下に、この発明の一の実施形態のリチウム回収方法について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態のリチウム回収方法は、リチウムイオン電池廃棄物を焙焼して得られた電池滓であってアルミン酸リチウムを含有するものから、リチウムを回収するに当り、上記の電池滓を酸性溶液中に浸出させる浸出工程と、浸出工程で得られる浸出後液のpHを上昇させて中和するとともに固液分離して、リチウム溶解液を得る中和工程とを含むものである。この実施形態は、たとえば、図1に例示するプロセスに組み込むことができる。
The lithium recovery method according to one embodiment of the present invention will be described in detail below.
According to one embodiment of the present invention, there is provided a lithium recovery method comprising the above-described battery for recovering lithium from a lithium ion battery waste obtained by roasting lithium ion battery waste. It includes a leaching step of leaching the soot in an acidic solution, and a neutralization step of increasing the pH of the post-leaching solution obtained in the leaching step to neutralize and solid-liquid separate to obtain a lithium solution. This embodiment can be incorporated into the process illustrated in FIG. 1, for example.
(リチウムイオン電池廃棄物)
この実施形態で対象とするリチウムイオン電池廃棄物は、携帯電話その他の種々の電子機器、自動車等の様々な機械ないし装置で使用され得るリチウムイオン電池の廃棄物である。より具体的には、たとえば、電池製品の寿命や製造不良またはその他の理由によって廃棄もしくは回収されたもの等であり、このようなリチウムイオン電池廃棄物を対象とすることにより、資源の有効活用を図ることができる。
(Lithium ion battery waste)
The lithium ion battery waste targeted in this embodiment is a lithium ion battery waste that can be used in various machines or devices such as mobile phones and other various electronic devices and automobiles. More specifically, for example, battery products that have been discarded or recovered due to product life, manufacturing defects, or other reasons, and effective use of resources can be achieved by targeting such lithium ion battery waste. Can be planned.
リチウムイオン電池廃棄物には、マンガン、ニッケル及びコバルトを含有するリチウム金属塩である正極活物質の他、カーボン、鉄及び銅を含む負極材や、正極活物質が、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVDF)その他の有機バインダー等によって塗布されて固着されたアルミニウム箔(正極基材)、リチウムイオン電池廃棄物の周囲を包み込む外装としてのアルミニウムを含む筐体が含まれることがある。具体的には、リチウムイオン電池には、正極活物質を構成するリチウム、ニッケル、コバルト、マンガンのうちの一種の元素からなる単独金属酸化物および/または、二種以上の元素からなる複合金属酸化物、並びに、アルミニウム、銅、鉄、カーボン等が含まれ得る。 Lithium ion battery waste includes positive electrode active materials that are lithium metal salts containing manganese, nickel and cobalt, as well as negative electrode materials containing carbon, iron and copper, and positive electrode active materials such as polyvinylidene fluoride (PVDF). An aluminum foil (positive electrode base material) applied and fixed by another organic binder or the like, and a casing containing aluminum as an exterior that wraps around the lithium ion battery waste may be included. Specifically, the lithium ion battery includes a single metal oxide composed of one element of lithium, nickel, cobalt, and manganese constituting the positive electrode active material and / or a composite metal oxide composed of two or more elements. As well as aluminum, copper, iron, carbon and the like.
(焙焼工程)
焙焼工程では、上記のリチウムイオン電池廃棄物を加熱する。この焙焼工程は一般に、リチウムイオン電池廃棄物の温度を上昇させ、内部の電解液を除去して無害化するとともに、アルミニウム箔と正極活物質を結着させているバインダーを分解し、破砕・篩別時のアルミニウム箔と正極活物質の分離を促進して篩下に回収される正極活物質の回収率を高くし、場合によってはさらに、リチウムイオン電池廃棄物に含まれるコバルト等の金属を、酸による浸出で溶かしやすい形態に変化させること等を目的として行う。
(Roasting process)
In the roasting step, the lithium ion battery waste is heated. This roasting process generally raises the temperature of the lithium ion battery waste, detoxifies the internal electrolyte solution, decomposes the binder that binds the aluminum foil and the positive electrode active material, Promote the separation of the aluminum foil and the positive electrode active material during sieving to increase the recovery rate of the positive electrode active material recovered under the sieving. In some cases, metals such as cobalt contained in lithium ion battery waste , For the purpose of changing to a form that is easily dissolved by leaching with acid.
焙焼工程では、一般に、リチウムイオン電池廃棄物を500℃〜700℃の温度範囲で1時間以上にわたって加熱を行うことが好適であると考えられている。これにより正極活物質が十分に分解され、水に溶けやすい炭酸リチウムが生成しやすくなり、浸出時に水を用いた場合でも水による浸出率を高くすることができるからである。一方で、炭酸リチウムの融点である723℃を超えた辺りから炭酸リチウムの流動性がよくなることが推測され、水に難溶なアルミン酸リチウムが生じることで、水による浸出率を低下させてしまう。一般的には、炉内に温度ムラがあり、また焙焼炉の温度制御が難しいことから、アルミン酸リチウムは生じてしまう。
但し、この実施形態では、上記の温度を超える温度、たとえば700℃〜1000℃の温度で1時間以上にわたって加熱した場合であっても、後述の浸出工程で電池滓を有効に浸出させることが可能である。したがって、焙焼工程では、通常は500℃〜700℃の温度での加熱が好ましいが、700℃〜1000℃の温度での加熱であってもよい。
In the roasting step, it is generally considered suitable to heat lithium ion battery waste at a temperature range of 500 ° C. to 700 ° C. for 1 hour or longer. This is because the positive electrode active material is sufficiently decomposed to easily generate lithium carbonate that is easily dissolved in water, and even when water is used during leaching, the leaching rate with water can be increased. On the other hand, it is presumed that the fluidity of lithium carbonate is improved from around 723 ° C., which is the melting point of lithium carbonate, and the lithium aluminate that is hardly soluble in water is produced, thereby reducing the leaching rate due to water. . In general, there is temperature unevenness in the furnace and it is difficult to control the temperature of the roasting furnace, so lithium aluminate is generated.
However, in this embodiment, even when heated at a temperature exceeding the above temperature, for example, 700 ° C. to 1000 ° C. for 1 hour or longer, the battery tub can be effectively leached in the leaching step described later. It is. Therefore, in the roasting step, heating at a temperature of 500 ° C to 700 ° C is usually preferable, but heating at a temperature of 700 ° C to 1000 ° C may be used.
このような焙焼工程を経ることにより、リチウムイオン電池廃棄物中のリチウムは、その一部が、水であっても容易に溶解する酸化リチウムや炭酸リチウム等の形態となることがあるが、その少なくとも一部が、水には溶解しないアルミン酸リチウムとなる。それ故に、かかる難溶性のアルミン酸リチウムを溶解させるため、後述の浸出工程では酸性溶液を用いることとする。 Through such a roasting process, lithium in the lithium ion battery waste may be in a form such as lithium oxide or lithium carbonate that is easily dissolved even if part of it is water, At least a part of it becomes lithium aluminate that does not dissolve in water. Therefore, in order to dissolve such hardly soluble lithium aluminate, an acidic solution is used in the leaching step described later.
焙焼工程では、上記のようにリチウムイオン電池廃棄物の温度を制御することができるものであれば、ロータリーキルン炉その他の各種の炉や、大気雰囲気で加熱を行う炉等の様々な加熱設備を用いて行うことができる。 As long as the temperature of the lithium ion battery waste can be controlled in the roasting process, various heating facilities such as a rotary kiln furnace and other various furnaces and a furnace that performs heating in an air atmosphere are provided. Can be used.
(破砕・篩別工程)
上述した焙焼工程の後、必要に応じて、破砕工程および、その後の篩別工程を行うことができる。
破砕工程は、リチウムイオン電池廃棄物の筺体を破壊するとともに、正極活物質が塗布されたアルミニウム箔から正極活物質を選択的に分離させるために行う。ここでは、種々の公知の装置ないし機器を用いることができるが、その具体例としては、リチウムイオン電池廃棄物を切断しながら衝撃を加えて破砕することのできる衝撃式の粉砕機、たとえば、サンプルミル、ハンマーミル、ピンミル、ウィングミル、トルネードミル、ハンマークラッシャ等を挙げることができる。なお、粉砕機の出口にはスクリーンを設置することができ、それにより、リチウムイオン電池廃棄物は、スクリーンを通過できる程度の大きさにまで粉砕されると粉砕機よりスクリーンを通じて排出される。
(Crushing and sieving process)
After the roasting step described above, a crushing step and a subsequent sieving step can be performed as necessary.
The crushing step is performed to selectively separate the positive electrode active material from the aluminum foil coated with the positive electrode active material while destroying the casing of the lithium ion battery waste. Here, various known apparatuses or devices can be used. Specific examples thereof include an impact-type pulverizer capable of crushing a lithium-ion battery waste while being cut, for example, a sample. A mill, a hammer mill, a pin mill, a wing mill, a tornado mill, a hammark crusher, etc. can be mentioned. Note that a screen can be installed at the exit of the pulverizer, whereby the lithium ion battery waste is discharged from the pulverizer through the screen when pulverized to a size that can pass through the screen.
破砕工程の後は、たとえばアルミニウムの粉末を除去する目的で、適切な目開きの篩を用いて、リチウムイオン電池廃棄物を篩別する。それにより、篩上には、たとえば、アルミニウムや銅が残り、篩下には、アルミニウムや銅がある程度除去されたリチウム、コバルト等を得ることができる。 After the crushing step, for example, for the purpose of removing aluminum powder, the lithium ion battery waste is sieved using a sieve having an appropriate opening. Thereby, for example, aluminum or copper remains on the sieve, and lithium, cobalt or the like from which aluminum or copper has been removed to some extent can be obtained below the sieve.
(浸出工程)
浸出工程では、上述した工程を経て得られた電池滓を、酸性溶液中に浸出させる。この浸出工程と後述の中和工程により、電池滓中のリチウムのみを選択的に取り出し、リチウムイオン電池廃棄物の処理における早い段階でリチウムを回収することができる。その結果として、リチウムイオン電池廃棄物からの有価金属の回収時に使用され得る各種の試薬等に含まれる物質が、最終的に得られる炭酸リチウム等に混入することを抑制することができ、高品位の炭酸リチウム等が生成される。また、早い段階でリチウムを分離できることで、試薬等の薬剤コストの低減ならびに、各種の金属の回収に要する処理の簡略化及び費用の低減も実現することができる。
(Leaching process)
In the leaching step, the battery cell obtained through the above-described steps is leached into the acidic solution. By this leaching step and a neutralization step described later, only lithium in the battery case can be selectively taken out and lithium can be recovered at an early stage in the treatment of lithium ion battery waste. As a result, it is possible to prevent substances contained in various reagents that can be used when recovering valuable metals from lithium ion battery waste from being mixed into lithium carbonate that is finally obtained. Lithium carbonate or the like is produced. In addition, since lithium can be separated at an early stage, it is possible to reduce the cost of reagents such as reagents, simplify the processing required to recover various metals, and reduce costs.
なおここで、「電池滓」とは、単に、リチウムイオン電池廃棄物に対し、少なくとも何らかの条件の焙焼工程を行って得られたものを意味し、破砕・篩別工程が行われたか否かは問わない。電池滓は一般には粉状ないし粒状のものである。 Here, “battery cage” simply means a product obtained by subjecting lithium ion battery waste to a roasting process of at least some conditions, and whether or not a crushing and sieving process has been performed. Does not matter. The battery case is generally powdery or granular.
ここでは、アルミン酸リチウムを含有する電池滓を対象として浸出工程を行う。アルミン酸リチウムは、リチウムとアルミニウムの複合金属酸化物であり、一般にLiAlO2で表されるものであって、リチウムイオン電池廃棄物では比較的高い温度の焙焼によりリチウムとアルミニウムが反応して生成される。アルミン酸リチウムは難溶性であり、水には溶解しない。そのため、この浸出工程では、酸性溶液を用いて、アルミン酸リチウムを含む電池滓を浸出させる。
アルミン酸リチウムを含有する電池滓は、少なくともリチウム及びアルミニウムが含まれ、さらに、ニッケル、コバルト、マンガン、銅、鉄およびカーボンから選択される少なくとも一種が含まれることがある。
Here, the leaching process is performed for a battery case containing lithium aluminate. Lithium aluminate is a complex metal oxide of lithium and aluminum, and is generally expressed as LiAlO 2 , and is produced by the reaction of lithium and aluminum by relatively high temperature roasting in lithium ion battery waste Is done. Lithium aluminate is sparingly soluble and does not dissolve in water. For this reason, in this leaching step, an acid solution is used to leach battery cells containing lithium aluminate.
The battery case containing lithium aluminate contains at least lithium and aluminum, and may further contain at least one selected from nickel, cobalt, manganese, copper, iron and carbon.
電池滓中のアルミン酸リチウムの存在の有無は、電池滓に対してX線回折法(XRD)を実施し、そのピーク強度を観察することにより確認することができる。参考までに、図2に所定の電池滓に対するXRDの結果を示す。 The presence or absence of lithium aluminate in the battery case can be confirmed by performing X-ray diffraction (XRD) on the battery case and observing the peak intensity. For reference, FIG. 2 shows the XRD results for a given battery case.
アルミン酸リチウムが比較的多く含まれる電池滓は、水によるリチウム浸出率を十分に高めることが困難であるが、この実施形態のように酸性溶液を用いることで効果的に浸出させることができるからである。 A battery case containing a relatively large amount of lithium aluminate is difficult to sufficiently increase the lithium leaching rate by water, but can be effectively leached by using an acidic solution as in this embodiment. It is.
浸出工程で用いる酸性溶液は、硫酸、硝酸もしくは塩酸その他の各種の酸の酸性溶液とすることができるが、なかでも、薬剤コストや腐食性を考慮すると硫酸酸性溶液が好ましい。 The acidic solution used in the leaching step can be an acidic solution of sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid or other various acids. Among them, a sulfuric acid acidic solution is preferable in consideration of chemical cost and corrosivity.
浸出工程では、酸性溶液のpHを1〜6とすることが好適である。pHが高すぎると、電池滓中のアルミン酸リチウムが有効に溶解しないことが懸念され、この一方でpHが低すぎると、コバルトの浸出率が高くなることが考えられる。この観点から、酸性溶液のpHは、pH2〜pH4とすることがより一層好ましい。 In the leaching step, it is preferable that the pH of the acidic solution is 1 to 6. If the pH is too high, there is a concern that the lithium aluminate in the battery case will not dissolve effectively. On the other hand, if the pH is too low, the leaching rate of cobalt may increase. From this viewpoint, the pH of the acidic solution is more preferably pH 2 to pH 4.
ここでいう酸性溶液のpHは、浸出工程の少なくとも終期のpHを意味する。浸出の最中は、酸性溶液中で、電池滓に含まれるアルミン酸リチウムや、その他に含まれ得る炭酸リチウム等の溶解によりpHが変動ないし上昇することがある。
pHを所定の値まで低下させるため、浸出の際に硫酸等の酸を、継続的に、又は所定の回数にわたって断続的に添加してもよい。このように途中で酸を添加する場合、電池滓の添加時や浸出の初期は酸性でなくても、その途中で酸性溶液となればよい。
The pH of the acidic solution here means a pH at least at the end of the leaching process. During the leaching, the pH may fluctuate or rise in an acidic solution due to dissolution of lithium aluminate contained in the battery case or lithium carbonate that may be contained in others.
In order to lower the pH to a predetermined value, an acid such as sulfuric acid may be added continuously or intermittently over a predetermined number of times during leaching. Thus, when adding an acid on the way, even if it is not acidic at the time of addition of a battery case or the initial stage of leaching, it should just become an acidic solution in the middle.
浸出工程で、電池滓と酸性溶液とを接触させる際の液温は、25℃〜80℃とすることができる。パルプ濃度は、50g/L〜500g/Lとすることができる。このパルプ濃度は、電池滓と接触させる酸性溶液の量(L)に対する電池滓の乾燥重量(g)の比を意味する。 In the leaching step, the liquid temperature when the battery tub and the acidic solution are brought into contact with each other can be 25 ° C to 80 ° C. The pulp concentration can be 50 g / L to 500 g / L. This pulp concentration means the ratio of the dry weight (g) of the battery tub to the amount of acidic solution (L) that is contacted with the battery tub.
浸出工程で電池滓を浸出して得られる浸出後液中のリチウム濃度は、好ましくは2g/L〜20g/L、より好ましくはリチウム濃度が高い方が良い。また、アルミニウム濃度は、好ましくは10g/L以下である。アルミニウム濃度は低い方が良い。 The lithium concentration in the solution after leaching obtained by leaching the battery cell in the leaching step is preferably 2 g / L to 20 g / L, and more preferably a higher lithium concentration. The aluminum concentration is preferably 10 g / L or less. A lower aluminum concentration is better.
この浸出工程では、酸性溶液のpHを比較的低くすることにより、リチウムやアルミニウムのみならず、コバルト等有価金属も溶解し、これらの金属イオンが浸出後液に含まれることがあるが、アルミニウムやコバルト等については、後述の中和工程でリチウムと分離させることが可能である。浸出後液中のコバルト濃度は、たとえば5g/L〜20g/L、典型的には10g/L〜15g/Lである。 In this leaching step, by lowering the pH of the acidic solution, not only lithium and aluminum but also valuable metals such as cobalt are dissolved, and these metal ions may be contained in the liquid after leaching. Cobalt and the like can be separated from lithium in a neutralization step described later. The cobalt concentration in the liquid after leaching is, for example, 5 g / L to 20 g / L, typically 10 g / L to 15 g / L.
(中和工程)
中和工程では、上記の浸出工程で得られた浸出後液のpHを上昇させて、浸出後液を中和する。それにより、浸出後液中に溶解していたコバルトやアルミニウム等はその多くが析出して沈殿する一方で、リチウムはそれほど析出しない。その後、このように中和して得られる中和後液に対して、フィルタープレスやシックナー等の公知の装置及び方法を用いて固液分離を行うことにより、主としてリチウムが溶解して含まれるリチウム溶解液と、コバルトやアルミニウム等が固体として含まれる残渣とを分離させてそれぞれ得ることができる。
(Neutralization process)
In the neutralization step, the pH of the post-leaching solution obtained in the leaching step is raised to neutralize the post-leaching solution. As a result, most of cobalt, aluminum and the like dissolved in the solution after leaching are precipitated and precipitated, while lithium is not so precipitated. Thereafter, the post-neutralized liquid obtained by neutralization in this way is subjected to solid-liquid separation using a known apparatus and method such as a filter press or thickener, so that lithium is mainly dissolved and contained. The solution can be obtained separately from the residue containing cobalt, aluminum or the like as a solid.
中和工程では浸出後液のpHを上昇させるため、浸出後液にアルカリを添加することができる。このアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等を挙げることができるが、なかでも水酸化ナトリウムが、pHを調整しやすい点で好ましい。 In the neutralization step, the pH of the liquid after leaching is increased, so that alkali can be added to the liquid after leaching. Examples of the alkali include sodium hydroxide and calcium hydroxide. Among them, sodium hydroxide is preferable in terms of easy pH adjustment.
このようなアルカリを添加することにより、pHを、中和時の少なくとも終期に7〜9に調整することが好適である。このときのpHは特に8とすることが最も好ましい。ここでのpHが低すぎる場合は、コバルトやアルミニウムが十分に沈殿しないことが懸念される。 By adding such an alkali, it is preferable to adjust the pH to 7 to 9 at least at the end of neutralization. The pH at this time is most preferably 8 in particular. When pH here is too low, we are anxious about cobalt and aluminum not precipitating enough.
中和工程では、浸出後液の液温を、好ましくは50℃〜80℃、より好ましくは60℃〜70℃とすることができる。これはすなわち、浸出後液の液温を比較的低温とした場合は、中和物のろ過不良が懸念される。 In the neutralization step, the temperature of the liquid after leaching can be preferably 50 ° C to 80 ° C, more preferably 60 ° C to 70 ° C. That is, when the temperature of the liquid after leaching is set to a relatively low temperature, there is a concern that the neutralized product may be poorly filtered.
なおここで、浸出工程で得られる浸出後液にアルミニウムイオン及びリチウムイオンが含まれる場合、浸出後液中のアルミニウムイオンに対するリチウムイオンのモル比(Li/Al比)は1.1以上として、浸出後液中のリチウムイオンを比較的多くすることが好ましい。これにより、中和工程で当該浸出後液を中和した際の沈殿物に含まれるアルミニウムが、ゲル状のAl(OH)3の他、結晶性のあるLiAlO2、LiAl2(OH)7等の複合酸化物、複合水酸化物を生成し、粉末状に近い形態となる。この場合、濾過等の固液分離に要する時間の短縮化を図ることができる。浸出後液のLi/Al比を調整するため、浸出後液にリチウム含有材料等を添加して調整することができる。このリチウム含有材料としては、試薬を用いることもできるが、リチウムイオン電池廃棄物の処理プロセスで得られた炭酸リチウム、水酸化リチウムその他のリチウム化合物や、これらのうちの少なくとも一種を水に溶解させて得られるリチウム水溶液とすることができる。 Here, when aluminum ions and lithium ions are contained in the leached solution obtained in the leaching step, the molar ratio of lithium ions to the aluminum ions in the leached solution (Li / Al ratio) is 1.1 or more. It is preferable to relatively increase the lithium ions in the post-solution. Thereby, the aluminum contained in the precipitate when neutralizing the post-leaching solution in the neutralization step is not only gel-like Al (OH) 3 but also crystalline LiAlO 2 , LiAl 2 (OH) 7, etc. The composite oxide and composite hydroxide are produced, and the powder is in a form close to powder. In this case, the time required for solid-liquid separation such as filtration can be shortened. In order to adjust the Li / Al ratio of the liquid after leaching, it can be adjusted by adding a lithium-containing material or the like to the liquid after leaching. As the lithium-containing material, a reagent can be used, but lithium carbonate, lithium hydroxide and other lithium compounds obtained in the treatment process of lithium ion battery waste, or at least one of them is dissolved in water. The resulting lithium aqueous solution can be obtained.
中和後に固液分離して得られるリチウム溶解液は、リチウム濃度が、例えば2g/L以上、好ましくは3g/L以上、より好ましくは5g/L以上である。一方、リチウム溶解液中のアルミニウムは、その全量を除去可能である。また、リチウム溶解液中のコバルト濃度は、好ましくは0.1g/L以下、より好ましくは0.01g/L以下である。リチウム濃度が低いとリチウムの回収率の有意な向上が見込めない懸念があり、またコバルト濃度が高いとこれらの回収率が低下するおそれがあるとともに、高純度のリチウムが得られなくなる可能性がある。 The lithium solution obtained by solid-liquid separation after neutralization has a lithium concentration of, for example, 2 g / L or more, preferably 3 g / L or more, more preferably 5 g / L or more. On the other hand, the entire amount of aluminum in the lithium solution can be removed. The cobalt concentration in the lithium solution is preferably 0.1 g / L or less, more preferably 0.01 g / L or less. If the lithium concentration is low, there is a concern that a significant improvement in the recovery rate of lithium cannot be expected. If the cobalt concentration is high, there is a possibility that these recovery rates may decrease, and high-purity lithium may not be obtained. .
(金属回収工程)
中和工程で固液分離して得られる残渣について回収工程を行うことができる。この回収工程では、その残渣に対し、コバルト等の有価金属その他の金属を分離・回収するための所定の処理を施す。
ここでは、かかる金属を回収するための各種の処理を採用することができるが、その一例としては、たとえば、当該残渣を酸で浸出し、その溶液に対して複数段階の溶媒抽出もしくは中和等を施し、各段階で得られた溶液に対して、逆抽出、電解等を行うことができる。
(Metal recovery process)
A recovery step can be performed on the residue obtained by solid-liquid separation in the neutralization step. In this recovery step, the residue is subjected to a predetermined process for separating and recovering valuable metals such as cobalt and other metals.
Here, various treatments for recovering the metal can be employed. As an example, for example, the residue is leached with an acid, and the solution is subjected to multiple stages of solvent extraction or neutralization. The solution obtained in each stage can be subjected to back extraction, electrolysis and the like.
(リチウム回収工程)
中和工程で得られたリチウム溶解液から、リチウムを回収するため、リチウム回収工程を行うことができる。
ここでは、必要に応じて、リチウム溶解液のリチウムイオンを濃縮させるため、所定の抽出溶媒の抽出及び逆抽出によるリチウム濃縮を行った後、ニッケルイオン等を分離させるための中和及び固液分離ならびに、炭酸リチウムを得るための炭酸化を順次行うことができる。またさらに、その後に炭酸リチウムの精製を行ってもよい。
(Lithium recovery process)
In order to recover lithium from the lithium solution obtained in the neutralization step, a lithium recovery step can be performed.
Here, neutralization and solid-liquid separation are performed to separate nickel ions, etc., after performing lithium concentration by extraction of a predetermined extraction solvent and back extraction in order to concentrate lithium ions in the lithium solution as necessary. In addition, carbonation to obtain lithium carbonate can be sequentially performed. Furthermore, you may refine | purify lithium carbonate after that.
次に、この発明のリチウム回収方法を試験的に実施し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、それに限定されることを意図するものではない。 Next, the lithium recovery method of the present invention was experimentally carried out and the effects thereof were confirmed, and will be described below. However, the description here is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting.
(試験例1)
参考としてアルミン酸リチウム粉末試薬を用いた試験を行った。所定のアルミン酸リチウム粉末試薬を水に懸濁したところ、pHは11を示し、アルミン酸リチウムは溶解しなかった。これに硫酸を添加し、pHを低下させていくと、図3に示すように、pHが2を下回った時点から、リチウムとアルミニウムが溶解し、pH0でリチウム浸出率は約60%となった。
(Test Example 1)
As a reference, a test using a lithium aluminate powder reagent was performed. When a predetermined lithium aluminate powder reagent was suspended in water, the pH was 11, and the lithium aluminate did not dissolve. When sulfuric acid was added and the pH was lowered, as shown in FIG. 3, lithium and aluminum were dissolved from the time when the pH was below 2, and the lithium leaching rate was about 60% at pH 0. .
次いで、この溶液に水酸化ナトリウムを添加しpHを上げると、図4に示すように、pHが4となった時点で、アルミニウムのほとんどが中和されて沈殿した。このアルミニウムは一部を水酸化アルミニウムとして沈殿分離することができて、リチウムが溶解した溶液を得ることができた。
浸出条件はパルプ濃度100g/L、液温25℃とし、中和条件は液温70℃とした。なお、図4中、中和率は、(中和前の金属濃度−中和後の金属濃度)/中和前の金属濃度×100%で算出される。
Next, when sodium hydroxide was added to this solution to raise the pH, as shown in FIG. 4, when the pH reached 4, most of the aluminum was neutralized and precipitated. A part of this aluminum was precipitated and separated as aluminum hydroxide, and a solution in which lithium was dissolved could be obtained.
The leaching conditions were a pulp concentration of 100 g / L, a liquid temperature of 25 ° C., and the neutralization conditions were a liquid temperature of 70 ° C. In FIG. 4, the neutralization rate is calculated by (metal concentration before neutralization−metal concentration after neutralization) / metal concentration before neutralization × 100%.
但し、この試験はあくまで試薬についてのものであり、電池滓中のアルミン酸リチウムとは性状が異なると考えられる。所定の条件で製造された試薬のアルミン酸リチウムは、焙焼により生じた電池滓中のアルミン酸リチウムとは生成の条件が異なるからである。また試薬のアルミン酸リチウムは、電池滓中のアルミン酸リチウムに比べて粒径が大きいと考えられる。それゆえに、試薬に対して行ったこの試験の浸出pH等の結果が、電池滓にそのまま適用できるとは解されない。この観点より、下記の試験例2を行った。 However, this test is only for the reagent and is considered to have different properties from the lithium aluminate in the battery case. This is because the reagent lithium aluminate produced under the predetermined conditions is different from the lithium aluminate in the battery case produced by roasting. The reagent lithium aluminate is considered to have a larger particle size than the lithium aluminate in the battery case. Therefore, it cannot be understood that the results of leaching pH and the like of this test performed on the reagent can be directly applied to the battery case. From this viewpoint, the following Test Example 2 was performed.
(試験例2)
リチウムイオン電池廃棄物を焙焼して得られた電池滓について、水に硫酸を添加して酸性溶液として各金属を浸出し、その後にpHを上昇させて中和を行った。その結果を図5及び6に示す。浸出条件はパルプ濃度100g/L、液温25℃とし、中和条件は液温70℃とした。
(Test Example 2)
About the battery tank obtained by baking the lithium ion battery waste, the sulfuric acid was added to water, each metal was leached as an acidic solution, and pH was raised after that and neutralized. The results are shown in FIGS. The leaching conditions were a pulp concentration of 100 g / L, a liquid temperature of 25 ° C., and the neutralization conditions were a liquid temperature of 70 ° C.
図5に示すように、硫酸を添加しない場合は、リチウム浸出率は50%以下であったが、硫酸を添加してpHを下げるにつれてリチウム浸出率がほぼ100%まで上昇した。その後、浸出後の濾液を水酸化ナトリウムで中和したところ、図6に示すように、アルミニウムはpHが4.5〜5で、コバルトはpHが8でほぼ全量中和できた。中和時にリチウムが10%前後ロスしたが、不純物を含まないリチウム溶解液を得ることができた。リチウム回収工程へ送ることができたリチウム量は、電池滓中のリチウム量の50%程度であったが、pHを下げてリチウム浸出率を改善することで90%へと増やすことができた。 As shown in FIG. 5, when no sulfuric acid was added, the lithium leaching rate was 50% or less, but as the pH was lowered by adding sulfuric acid, the lithium leaching rate increased to almost 100%. Thereafter, the filtrate after leaching was neutralized with sodium hydroxide. As shown in FIG. 6, aluminum had a pH of 4.5 to 5 and cobalt had a pH of 8, and almost all could be neutralized. Although lithium was lost by about 10% during neutralization, a lithium solution containing no impurities could be obtained. The amount of lithium that could be sent to the lithium recovery step was about 50% of the amount of lithium in the battery case, but it could be increased to 90% by lowering the pH and improving the lithium leaching rate.
Claims (9)
前記リチウム溶解液中のコバルト濃度が、0.1g/L以下である請求項1〜7のいずれか一項に記載のリチウム回収方法。 The battery case further contains cobalt;
The method for recovering lithium according to any one of claims 1 to 7, wherein a cobalt concentration in the lithium solution is 0.1 g / L or less.
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