JP5539942B2 - Method for separating iron and aluminum - Google Patents
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Description
本発明は、鉄及びアルミニウムの分離方法に関し、例えばリチウムイオン電池を焼却、粉砕して選別した後の原料から鉄及びアルミニウムを分離する方法に関する。 The present invention relates to a method for separating iron and aluminum, for example, a method for separating iron and aluminum from raw materials after incineration, pulverization and selection of a lithium ion battery.
リチウムイオン電池はハイブリッド自動車用として急速に用途が広がっており、さらにユニットの高容量化により大型の電池の生産量が急増することが予想される。また、リチウムイオン電池の需要拡大に対して、リチウムイオン電池からの有価金属回収方法の確立が求められている。 Lithium ion batteries are rapidly expanding their applications for hybrid vehicles, and the production capacity of large batteries is expected to increase rapidly due to higher unit capacity. Moreover, establishment of the valuable metal recovery method from a lithium ion battery is calculated | required with respect to the demand expansion of a lithium ion battery.
リチウムイオン電池は、主に正極、負極、セパレーター、筐体からなっており、正極はアルミニウム箔の集電体上にマンガン、コバルト、ニッケル、リチウムを含む正極活物質とカーボンブラック等の導電剤とをフッ素系等のバインダーに混練、塗布した構造となっている。正極材は、厚み15ミクロン程度のアルミニウム箔と正極活物質を含むバインダー層とからなっており、外観はアルミニウム箔上に黒色の正極活物質が塗布された構成となっている。 Lithium ion batteries mainly consist of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a casing. The positive electrode includes a positive electrode active material containing manganese, cobalt, nickel, lithium on a current collector of aluminum foil, and a conductive agent such as carbon black. Is kneaded and applied to a fluorine-based binder. The positive electrode material is composed of an aluminum foil having a thickness of about 15 microns and a binder layer containing a positive electrode active material, and has an appearance in which a black positive electrode active material is coated on the aluminum foil.
リチウムイオン電池のリサイクル方法としては、使用済みリチウムイオン電池を焼却、破砕して選別した後の原料を用いて酸浸出を行った後、得られた浸出液から溶媒抽出によってそれぞれの金属を抽出分離する方法が提案されている。しかしながら、原料中に不純物として鉄やアルミニウムが含まれていると、酸浸出によって鉄やアルミニウムが浸出され、溶媒抽出における抽出分離に悪影響が出る。そのため、原料を酸浸出した浸出液中に鉄やアルミニウムが含まれている場合は、鉄やアルミニウムの除去が必要となっている。 As a recycling method for lithium ion batteries, acid leaching is performed using raw materials after incineration, crushing and sorting used lithium ion batteries, and then each metal is extracted and separated by solvent extraction from the obtained leachate. A method has been proposed. However, if iron or aluminum is contained as an impurity in the raw material, iron or aluminum is leached due to acid leaching, which adversely affects extraction separation in solvent extraction. Therefore, when iron or aluminum is contained in the leachate obtained by acid leaching of the raw material, it is necessary to remove the iron or aluminum.
酸性溶液中の鉄やアルミニウムの除去方法としては、一般的に中和法が提案されている。このような中和法として、例えば、特許文献1には、アルカリ土類金属水酸化物でpH4.0〜4.5に中和する方法が開示されている。また、特許文献2には、亜硫酸ガスと空気又は酸素の混合ガスを吹き込み、炭酸カルシウムを添加してpH4.0〜4.5に調整する方法が開示されている。 As a method for removing iron or aluminum in an acidic solution, a neutralization method is generally proposed. As such a neutralization method, for example, Patent Document 1 discloses a method of neutralizing to pH 4.0 to 4.5 with an alkaline earth metal hydroxide. Patent Document 2 discloses a method of adjusting the pH to 4.0 to 4.5 by blowing a mixed gas of sulfurous acid gas and air or oxygen and adding calcium carbonate.
使用済みリチウムイオン電池リサイクルにおける原料には、鉄及びアルミニウム含有量が多いものがある。鉄及びアルミニウム含有量の多い原料を浸出すると、浸出液中に鉄及びアルミニウムが高濃度で含まれてしまうという問題が生じる。リチウムイオン電池リサイクルにおける回収対象金属は、マンガン、コバルト、ニッケル、リチウムであり、鉄及びアルミニウムは不純物として分離する必要がある。 Some raw materials for recycling used lithium ion batteries have high iron and aluminum contents. When a raw material having a high iron and aluminum content is leached, there arises a problem that iron and aluminum are contained in a high concentration in the leachate. Metals to be collected in lithium ion battery recycling are manganese, cobalt, nickel, and lithium, and iron and aluminum must be separated as impurities.
しかしながら、特許文献1又は2に記載された中和法で高濃度の鉄及びアルミニウム含有液を処理すると、原料中のアルミニウムが一度に析出して大量に生じたゲル状の水酸化アルミニウムが濾過性を悪化させることで、分離に非常に時間がかかり、処理効率が不良となっている。また、原料に、鉄及びアルミニウム以外に、コバルトやニッケル等の他の金属が含まれている場合、中和時の共沈作用により液中のコバルトやニッケル等のその他の金属も沈殿してしまうため、効率良くその他の金属を回収することが困難となっている。特許文献2の方法ではニッケルの共沈を抑えられる点は明記されているが、コバルト、リチウムの挙動に関しては明記されておらず、さらに亜硫酸ガス、酸素等のガスを購入して溶液中に吹き込む必要が生じる。これにより、吹き込む装置の設置、装置を稼動させる電力、さらに亜硫酸ガスを使用する場合は排ガス処理設備、酸素を使用する場合は火災防止対策等が必要となる。 However, when a high-concentration iron and aluminum-containing liquid is treated by the neutralization method described in Patent Document 1 or 2, aluminum in the raw material is precipitated at a time, and a large amount of gelled aluminum hydroxide is filtered. As a result, the separation takes a very long time and the processing efficiency is poor. In addition, when the raw material contains other metals such as cobalt and nickel in addition to iron and aluminum, other metals such as cobalt and nickel in the liquid are also precipitated due to coprecipitation during neutralization. Therefore, it is difficult to efficiently recover other metals. In the method of Patent Document 2, it is specified that the coprecipitation of nickel can be suppressed, but the behavior of cobalt and lithium is not specified, and gas such as sulfurous acid gas and oxygen is purchased and blown into the solution. Need arises. As a result, it is necessary to install a blowing apparatus, to operate the apparatus, and to use an exhaust gas treatment facility when using sulfurous acid gas, and to take fire prevention measures when using oxygen.
そこで、本発明は、鉄とアルミニウム、マンガンを含む溶液から、良好な処理効率で鉄及びアルミニウムを分離し、且つ、その他の金属を効率良く回収する方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the method of isolate | separating iron and aluminum with favorable process efficiency, and recovering | recovering other metals efficiently from the solution containing iron, aluminum, and manganese.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、アルミニウムを鉄と共に溶液中から一度に分離せずに、初めは鉄と共に中和で一部のアルミニウムだけ析出させて分離し、その後、残りのアルミニウムを分離するというアルミニウムの2段階分離を行うことにより、良好な処理効率で鉄及びアルミニウムを分離し、且つ、その他の金属を効率良く回収することができることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor did not separate aluminum from the solution at once with iron, but first separated and separated some aluminum by neutralization with iron. The inventors have found that by performing two-stage separation of aluminum to separate the remaining aluminum, iron and aluminum can be separated with good treatment efficiency, and other metals can be efficiently recovered.
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、アルミニウム、鉄、及び、マンガンを含む硫酸酸性溶液から、酸化還元電位(銀/塩化銀電極基準)が500mV以上とした中和によって、アルミニウムの一部、及び、鉄を分離する工程1と、前記工程1で得られた、アルミニウムの大部分を含む中和後液からアルミニウムを分離してマンガンを回収する工程2とを備え、前記工程2が、前記工程1で得られた中和後液を溶媒抽出することで、アルミニウム及びマンガンを溶媒へ抽出する工程2aと、前記工程2aで得られた抽出液を洗浄する工程2bと、前記工程2bで得られた洗浄後の抽出液を逆抽出することで、アルミニウム及びマンガンを逆抽出液へ抽出する工程2cと、前記逆抽出液から中和によってアルミニウムを分離してマンガンを回収する工程2dとを備えた鉄及びアルミニウムの分離方法である。 In one aspect, the present invention completed based on the above knowledge is obtained by neutralizing a sulfuric acid acidic solution containing aluminum, iron, and manganese with a redox potential (silver / silver chloride electrode reference) of 500 mV or higher. some, and, in step 1 of separating iron, the obtained in step 1, Bei example and step 2 of the aluminum from the post-neutralization solution containing most of the aluminum is separated to recover manganese, the Step 2 is a step 2a for extracting aluminum and manganese into a solvent by solvent extraction of the post-neutralization solution obtained in Step 1, and a step 2b for washing the extract obtained in Step 2a. Step 2c of extracting aluminum and manganese into a back extract by back-extracting the washed extract obtained in Step 2b, and separating the aluminum from the back extract by neutralization. Iron and aluminum separation methods that includes a step 2d of recovering manganese and.
本発明に係る鉄及びアルミニウムの分離方法は一実施形態において、前記工程1における中和の際のpHが3.5〜4.5である。 In one embodiment of the method for separating iron and aluminum according to the present invention, the pH at the time of neutralization in Step 1 is 3.5 to 4.5.
本発明に係る鉄及びアルミニウムの分離方法はさらに別の一実施形態において、前記工程1において、アルミニウム、鉄、及び、マンガンを含む硫酸酸性溶液が、さらにコバルト、ニッケル及びリチウムの少なくとも1種を含んでおり、前記中和によってコバルト、ニッケル及びリチウムの少なくとも1種も中和後液へ移す方法であり、前記工程2aが、前記工程1で得られた中和後液を溶媒抽出することで、コバルト、ニッケル及びリチウムのうち前記中和後液に含まれているもの全て、及び、アルミニウム及びマンガンを溶媒へ抽出する工程2Aであり、前記工程2bが、前記工程2Aで得られた抽出液を洗浄することで、コバルト、ニッケル及びリチウムのうち前記抽出液に含まれているもの全てを前記抽出液から分離する工程2Bであり、前記工程2cが、前記工程2Bで得られた洗浄後の抽出液を逆抽出することで、アルミニウム及びマンガンを逆抽出液へ抽出する工程2Cであり、前記工程2dが、前記逆抽出液から中和によってアルミニウムを分離してマンガンを回収する工程2Dである。 In another embodiment of the method for separating iron and aluminum according to the present invention, in the step 1, the sulfuric acid acidic solution containing aluminum, iron, and manganese further contains at least one of cobalt, nickel, and lithium. And at least one of cobalt, nickel and lithium is transferred to the post-neutralization solution by the neutralization , and the step 2a is solvent-extracted from the post-neutralization solution obtained in the step 1, All of cobalt, nickel and lithium contained in the post-neutralization solution, and step 2A for extracting aluminum and manganese into a solvent, wherein step 2b is the extract obtained in step 2A. In step 2B, all of the cobalt, nickel, and lithium contained in the extract are separated from the extract by washing. Step 2c is a step 2C in which aluminum and manganese are extracted into a back extract by back extracting the washed extract obtained in Step 2B, and Step 2d is the back extract. It is process 2D which isolate | separates aluminum by neutralization from and collect | recovers manganese .
本発明に係る鉄及びアルミニウムの分離方法はさらに別の一実施形態において、前記工程2Aにおける溶媒抽出を、酸性リン酸エステル系抽出剤を用いて、pH2.6〜3.0に調整して行う。 In still another embodiment of the method for separating iron and aluminum according to the present invention, the solvent extraction in the step 2A is performed by adjusting the pH to 2.6 to 3.0 using an acidic phosphate ester extractant. .
本発明に係る鉄及びアルミニウムの分離方法はさらに別の一実施形態において、前記酸性リン酸エステル系抽出剤がビス(2−エチルヘキシル)ホスフェートである。 In still another embodiment of the method for separating iron and aluminum according to the present invention, the acidic phosphate ester extractant is bis (2-ethylhexyl) phosphate.
本発明に係る鉄及びアルミニウムの分離方法はさらに別の一実施形態において、前記工程2Bにおける洗浄を、平衡pHが1.8〜2.0に調整された硫酸マンガン溶液で行う。 In still another embodiment of the method for separating iron and aluminum according to the present invention, the washing in the step 2B is performed with a manganese sulfate solution having an equilibrium pH adjusted to 1.8 to 2.0.
本発明に係る鉄及びアルミニウムの分離方法はさらに別の一実施形態において、前記工程2Cにおける逆抽出を、硫酸濃度が25〜200g/Lの硫酸酸性溶液で行う。 In another embodiment of the method for separating iron and aluminum according to the present invention, the back extraction in the step 2C is performed with a sulfuric acid acidic solution having a sulfuric acid concentration of 25 to 200 g / L.
本発明に係る鉄及びアルミニウムの分離方法はさらに別の一実施形態において、前記工程工程2Dにおける中和の際のpHが4.0〜4.5である。 In another embodiment of the method for separating iron and aluminum according to the present invention, the pH at the time of neutralization in the process step 2D is 4.0 to 4.5.
本発明に係る鉄及びアルミニウムの分離方法はさらに別の一実施形態において、前記工程1におけるアルミニウム、鉄、及び、マンガンを含む硫酸酸性溶液が、リチウムイオン電池の廃材を硫酸で浸出して得られた浸出液である。 In yet another embodiment of the method for separating iron and aluminum according to the present invention, the sulfuric acid acidic solution containing aluminum, iron, and manganese in the step 1 is obtained by leaching a waste material of a lithium ion battery with sulfuric acid. Leachate.
本発明によれば、鉄とアルミニウム、マンガンを含む溶液から、良好な処理効率で鉄及びアルミニウムを分離し、且つ、その他の金属を効率良く回収する方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method of isolate | separating iron and aluminum with favorable process efficiency and recovering | recovering other metals efficiently from the solution containing iron, aluminum, and manganese can be provided.
本発明の実施の形態に係る鉄及びアルミニウムの分離方法は、例えば、使用済みのリチウムイオン電池本体から有価金属を回収する方法に好適に利用可能であり、より詳しく述べるならば、リチウムイオン電池に含まれる正極材を処理する際に発生する溶液から中和処理と溶媒抽出によって不純物である鉄及びアルミニウムを分離する方法に利用可能である。以下に、リチウムイオン電池リサイクルにおける浸出液中の鉄とアルミニウムを中和処理と溶媒抽出によって分離する場合を例に説明するが、本発明は以下の例には制限されず、これ以外にも鉄及びアルミニウムを分離するための様々な用途に利用可能であることは勿論である。 The method for separating iron and aluminum according to the embodiment of the present invention can be suitably used for, for example, a method for recovering valuable metals from a used lithium ion battery main body. The present invention can be used for a method of separating iron and aluminum, which are impurities, from a solution generated when processing the contained positive electrode material by neutralization and solvent extraction. Hereinafter, the case where iron and aluminum in the leachate in lithium ion battery recycling are separated by neutralization treatment and solvent extraction will be described as an example, but the present invention is not limited to the following examples, and iron and aluminum other than this are also described. Of course, it can be used in various applications for separating aluminum.
図1は、本発明に係る鉄及びアルミニウムの分離方法の思想を示すフロー図である。図1に示すように、本発明では、アルミニウムを鉄と共に溶液中から一度に分離せずに、初めは鉄と共に中和で一部のアルミニウムだけ析出させて分離し(図1の工程1)、その後、残りのアルミニウムを分離する(図1の工程2)というアルミニウムの2段階分離を行うことにより、良好な処理効率で鉄及びアルミニウムを分離し、且つ、その他の金属を効率良く回収することができる。工程1では主に溶液中のFe分が中和によってFe水酸化物として分離される。工程2では主に溶液中のAl分が分離される。この工程2で分離するAl分は、どのような形態で分離してもよく、例えば、中和によってAl水酸化物として分離してもよく、活性炭やイオン交換樹脂を用いてAlを選択的に吸着分離してもよく、工程1の処理後液の物質を中和して固形物として分離した後、乾式処理にてAlを分離してもよい。 FIG. 1 is a flowchart showing the concept of the iron and aluminum separation method according to the present invention. As shown in FIG. 1, in the present invention, aluminum is not separated from the solution together with iron at a time, but first, only a part of aluminum is precipitated by neutralization with iron and separated (step 1 in FIG. 1). After that, by separating the remaining aluminum (step 2 in FIG. 1), the two-stage separation of aluminum can separate iron and aluminum with good processing efficiency and efficiently recover other metals. it can. In step 1, the Fe content in the solution is mainly separated as an Fe hydroxide by neutralization. In step 2, the Al content in the solution is mainly separated. The Al component separated in this step 2 may be separated in any form, for example, it may be separated as an Al hydroxide by neutralization, and Al is selectively selected using activated carbon or an ion exchange resin. Adsorption separation may be performed, and after the substance in the liquid after the treatment in Step 1 is neutralized and separated as a solid, Al may be separated by dry treatment.
図2は、本発明の実施形態に係る鉄及びアルミニウムの分離方法のフロー図である。本発明の実施形態に係る鉄及びアルミニウムの分離方法としては、まず、酸浸出液を準備する。この酸浸出液としては、リチウムイオン電池リサイクルにおいて得られたアルミニウム、鉄、及び、マンガンを含む硫酸酸性溶液を用いることができる。このため、酸浸出液には、アルミニウム、鉄、及び、マンガン以外にも、コバルト、ニッケル及びリチウム等が含まれていてもよい。このような酸浸出液は、典型的には、10〜300g/Lの硫酸、0.001〜10g/Lの鉄、0.001〜20g/Lのアルミニウム、0.001〜30g/Lのマンガン、0.001〜40g/Lのコバルト、0.001〜30g/Lのニッケル、0.001〜30g/Lのリチウムで構成されている。 FIG. 2 is a flowchart of a method for separating iron and aluminum according to an embodiment of the present invention. As a method for separating iron and aluminum according to an embodiment of the present invention, first, an acid leaching solution is prepared. As the acid leaching solution, a sulfuric acid acidic solution containing aluminum, iron, and manganese obtained in lithium ion battery recycling can be used. For this reason, the acid leaching solution may contain cobalt, nickel, lithium, and the like in addition to aluminum, iron, and manganese. Such an acid leachate is typically 10-300 g / L sulfuric acid, 0.001-10 g / L iron, 0.001-20 g / L aluminum, 0.001-30 g / L manganese, It is composed of 0.001 to 40 g / L cobalt, 0.001 to 30 g / L nickel, and 0.001 to 30 g / L lithium.
次に、この酸浸出液から中和処理によって鉄を水酸化物として分離・除去する。中和剤はアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物水溶液又は炭酸化物水溶液であればよく、例えば水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムの水溶液等を用いることができる。図3に水酸化ナトリウム水溶液を中和剤とし、pH値を変化させて中和処理を行ったときの、中和反応液中の、鉄、アルミニウム、マンガン、コバルト及びニッケルの中和反応前に対する減少率を示す。図3から中和処理におけるpHは3.5〜4.5の範囲に調整することが好ましいことが分かる。pHが4.5超であるとマンガン、コバルト、ニッケル等の他の金属の減少率が増えてしまう。pHが3.5未満であると鉄の除去が不十分となる可能性がある。 Next, iron is separated and removed from the acid leaching solution as a hydroxide by neutralization. The neutralizing agent may be an alkali metal or alkaline earth metal hydroxide aqueous solution or a carbonate aqueous solution. For example, an aqueous solution of sodium hydroxide or sodium carbonate may be used. FIG. 3 shows a neutralization treatment using a sodium hydroxide aqueous solution as a neutralizing agent, and the neutralization reaction solution before the neutralization reaction of iron, aluminum, manganese, cobalt and nickel. Indicates the rate of decrease. It can be seen from FIG. 3 that the pH in the neutralization treatment is preferably adjusted in the range of 3.5 to 4.5. If the pH exceeds 4.5, the reduction rate of other metals such as manganese, cobalt, nickel, etc. will increase. If the pH is less than 3.5, iron removal may be insufficient.
中和処理時の酸化還元電位(銀/塩化銀電極基準)は500mV以上が好ましい。500mV以下であると、液中の鉄の酸化が不十分で中和処理における鉄の除去が不十分となる。酸化還元電位を500mV以上にする方法としては、過酸化水素水を添加する方法や空気を吹き込む方法がある。 The oxidation-reduction potential (silver / silver chloride electrode standard) during the neutralization treatment is preferably 500 mV or more. If it is 500 mV or less, the oxidation of iron in the liquid is insufficient and the removal of iron in the neutralization treatment is insufficient. As a method for increasing the oxidation-reduction potential to 500 mV or more, there are a method of adding hydrogen peroxide water and a method of blowing air.
上述のように中和の際のpH値及び酸化還元電位を規定することで、酸浸出液から鉄を水酸化物として良好に分離・除去しつつ、アルミニウムは一部だけ水酸化物として析出され、大部分を中和後液に残すことができる。このため、当該中和工程において濾過性の不良なアルミニウムの水酸化物の除去に費やす時間が短くなり、且つ、中和時の共沈作用によるコバルトやニッケル等のその他の金属の沈殿も抑制され、その結果、後工程において効率良くその他の金属を回収することが可能となる。 By prescribing the pH value and oxidation-reduction potential during neutralization as described above, while aluminum is well separated and removed from the acid leachate as a hydroxide, aluminum is only partially precipitated as a hydroxide, Most can be left in the solution after neutralization. For this reason, the time spent for removing the aluminum hydroxide having poor filterability in the neutralization step is shortened, and precipitation of other metals such as cobalt and nickel due to coprecipitation during neutralization is suppressed. As a result, other metals can be efficiently recovered in the subsequent process.
次に、酸浸出液から濾別して得た中和後液を溶媒抽出によってアルミニウム及びマンガンを抽出する。
ここで用いる抽出剤は、酸性リン酸エステル系抽出剤が好ましい。また、酸性リン酸エステル系抽出剤の中でも、ビス(2−エチルヘキシル)ホスフェートは、アルミニウムを抽出するためのpH値及びマンガンを抽出するためのpH値が近いため、アルミニウム及びマンガンの同時抽出用の抽出剤として特に好ましい。
溶媒抽出は、上記抽出剤を炭化水素系溶剤で希釈して調整した溶媒と、中和後液とを混合して行う。抽出剤としてビス(2−エチルヘキシル)ホスフェートを用いる場合、この抽出剤と炭化水素系溶剤との混合比は、1:3であるのが好ましい。炭化水素系溶剤としては、芳香族系、パラフィン系、ナフテン系溶剤等が利用可能であり、なかでもナフテン系溶剤がより好ましい。
Next, aluminum and manganese are extracted from the neutralized solution obtained by filtration from the acid leaching solution by solvent extraction.
The extractant used here is preferably an acidic phosphate ester extractant. Among acidic phosphate ester extractants, bis (2-ethylhexyl) phosphate has a pH value close to that for extracting aluminum and manganese, so that it can be used for simultaneous extraction of aluminum and manganese. Particularly preferred as an extractant.
The solvent extraction is performed by mixing a solvent prepared by diluting the above extractant with a hydrocarbon solvent and a solution after neutralization. When bis (2-ethylhexyl) phosphate is used as the extractant, the mixing ratio of the extractant and the hydrocarbon solvent is preferably 1: 3. As the hydrocarbon solvent, aromatic, paraffinic, naphthenic solvents and the like can be used, and naphthenic solvents are more preferable.
図4に、溶媒抽出時の平衡pHと各元素の抽出率との関係を示す。図4により、マンガン及びアルミニウム抽出時の平衡pHは、中和剤を添加し、2.6〜3.0の範囲に調整するのが好ましいことが分かる。中和剤としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等を使用することができる。平衡pHが3.0よりも高いと、浸出液中に含まれるアルミニウムの水酸化物が発生し、装置の配管を詰まらせる場合がある。また、pHが2.6よりも低いとマンガン及びアルミニウムの抽出率が低下してしまい、浸出液からのマンガン及びアルミニウムの抽出分離が十分にできない場合がある。 FIG. 4 shows the relationship between the equilibrium pH at the time of solvent extraction and the extraction rate of each element. FIG. 4 shows that the equilibrium pH during extraction of manganese and aluminum is preferably adjusted to a range of 2.6 to 3.0 by adding a neutralizing agent. As the neutralizing agent, sodium hydroxide, sodium carbonate or the like can be used. If the equilibrium pH is higher than 3.0, aluminum hydroxide contained in the leachate may be generated and clog the piping of the apparatus. On the other hand, if the pH is lower than 2.6, the extraction rate of manganese and aluminum is lowered, and extraction and separation of manganese and aluminum from the leachate may not be sufficiently performed.
次に、溶媒抽出によって得られたアルミニウム及びマンガンを含む溶媒(抽出液)に対し、平衡pHが1.8〜2.0に調整された硫酸マンガン溶液を用いて洗浄を行う。この洗浄によって、抽出でアルミニウム及びマンガン以外に抽出液に含まれているコバルト、ニッケル及びリチウム等の金属を回収する。回収された当該金属を含む洗浄液は、溶媒抽出の抽出前液として戻すことができ、これによりコバルト、ニッケル及びリチウム等の金属のロスを低減できる。洗浄の際の硫酸マンガン溶液の平衡pHが1.8未満であると、逆抽出が起こり溶媒中のマンガンの一部が洗浄液に抽出されてしまう問題が生じる可能性がある。また、洗浄の際の硫酸マンガン溶液の平衡pHが2.0超であるとコバルトが抽出されるpHに近いため、洗浄が不十分となる可能性がある。 Next, it wash | cleans using the manganese sulfate solution with which equilibrium pH was adjusted to 1.8-2.0 with respect to the solvent (extract) containing aluminum and manganese obtained by solvent extraction. By this washing, metals such as cobalt, nickel and lithium contained in the extract other than aluminum and manganese are recovered by extraction. The recovered cleaning liquid containing the metal can be returned as a pre-extraction liquid for solvent extraction, whereby the loss of metals such as cobalt, nickel, and lithium can be reduced. If the equilibrium pH of the manganese sulfate solution at the time of washing is less than 1.8, there is a possibility that back extraction occurs and a part of manganese in the solvent is extracted into the washing solution. Further, if the equilibrium pH of the manganese sulfate solution at the time of washing is more than 2.0, the washing may be insufficient because it is close to the pH at which cobalt is extracted.
次に、洗浄工程後の抽出液を硫酸酸性溶液で逆抽出することにより、アルミニウム及びマンガンを逆抽出液に抽出する。硫酸酸性溶液の硫酸濃度としては25〜200g/Lが好ましい。硫酸濃度が25g/L未満であるとアルミニウムの逆抽出が不十分になる可能性があり、200g/L超であるとコストがかかるという問題がある。 Next, aluminum and manganese are extracted into a back extract by back extracting the extract after the washing step with a sulfuric acid acidic solution. The sulfuric acid concentration of the sulfuric acid acidic solution is preferably 25 to 200 g / L. When the sulfuric acid concentration is less than 25 g / L, there is a possibility that the back extraction of aluminum may be insufficient, and when it exceeds 200 g / L, there is a problem that costs are increased.
次に、逆抽出によって得られた逆抽出液を中和し、反応液中のアルミニウム及びマンガンを分離する。中和剤はアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物水溶液又は炭酸化物水溶液であればよく、例えば水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムの水溶液などを用いることができる。中和処理におけるpHは4.0〜4.5の範囲に調整することが好ましい。pHが4.5超であるとマンガンの減少率が増えてしまう可能性がある。pHが4.0未満であるとアルミニウムの除去が不十分となる可能性がある。この中和により、アルミニウムを水酸化物として分離・回収する。マンガンは中和後液に含まれており、必要に応じて公知の手段で回収することができる。 Next, the back extract obtained by back extraction is neutralized to separate aluminum and manganese in the reaction solution. The neutralizing agent may be an alkali metal or alkaline earth metal hydroxide aqueous solution or a carbonate aqueous solution. For example, an aqueous solution of sodium hydroxide or sodium carbonate may be used. The pH in the neutralization treatment is preferably adjusted to a range of 4.0 to 4.5. If the pH exceeds 4.5, the decrease rate of manganese may increase. If the pH is less than 4.0, removal of aluminum may be insufficient. By this neutralization, aluminum is separated and recovered as a hydroxide. Manganese is contained in the post-neutralization solution, and can be recovered by known means if necessary.
以下、本発明の実施例を説明するが、実施例は例示目的であって発明が限定されることを意図しない。 Examples of the present invention will be described below, but the examples are for illustrative purposes and are not intended to limit the invention.
(実施例1)
表1に記載の種々の金属を含む硫酸溶液(H2SO4濃度10g/L)を水酸化ナトリウムでpH4.2に調整し、酸化還元電位(銀/塩化銀電極基準)を650mVとして中和処理を行った。中和処理前と比較したときの、中和処理後の液中の各元素濃度の減少率を表2に示す。また、中和処理後の液中の各元素濃度を表3に示す。
Example 1
The sulfuric acid solution containing various metals listed in Table 1 (H 2 SO 4 concentration 10 g / L) was adjusted to pH 4.2 with sodium hydroxide and neutralized with a redox potential (silver / silver chloride electrode standard) of 650 mV. Processed. Table 2 shows the decreasing rate of each element concentration in the liquid after the neutralization treatment when compared with that before the neutralization treatment. Table 3 shows the concentration of each element in the liquid after the neutralization treatment.
表2より、中和処理によって、ほとんどの鉄が除去できたことが分かる。マンガン、コバルト、ニッケルも20%程減少しているが、後述の比較例1で示すように中和処理で鉄及びアルミニウムを除去する場合よりも減少率は小さかった。また、Al水酸化物が生じたが、少量であったため、濾別が容易であった。 Table 2 shows that most of the iron was removed by the neutralization treatment. Manganese, cobalt, and nickel were also reduced by about 20%, but the rate of reduction was smaller than when iron and aluminum were removed by neutralization treatment as shown in Comparative Example 1 described later. Moreover, although Al hydroxide was produced, since it was a small amount, it was easy to separate by filtration.
中和後液(表4に組成が記載)と、ビス(2−エチルヘキシル)ホスフェート(LANXESS 商品名:D2EHPA)をナフテン系溶剤(シェルケミカルズ 商品名:shellsolD70)で25vol%に希釈調整した溶媒とを有機相/水相=4(体積比)になるように混合して撹拌し、平衡pH2.8となるように水酸化ナトリウムで調整しながらマンガンとアルミニウムの抽出を行った。各元素の抽出率を表5に示す。また、抽出後液中の各元素の濃度を表6に示す。 A neutralized solution (the composition is described in Table 4) and a solvent obtained by diluting bis (2-ethylhexyl) phosphate (LANXESS trade name: D2EHPA) to 25 vol% with a naphthenic solvent (Shell Chemicals trade name: shellsol D70). Mixing and stirring were performed so that the organic phase / aqueous phase = 4 (volume ratio), and manganese and aluminum were extracted while adjusting with sodium hydroxide so that the equilibrium pH was 2.8. Table 5 shows the extraction rate of each element. Table 6 shows the concentration of each element in the solution after extraction.
表5及び6より液中のマンガンとアルミニウムの大部分が抽出できたことが分かる。Coも20%ほど抽出されているが、抽出されたCoは溶媒抽出の洗浄で回収できるのでロスにはならない。 Tables 5 and 6 show that most of manganese and aluminum in the liquid were extracted. Co is also extracted by about 20%, but the extracted Co can be recovered by washing with solvent extraction, so there is no loss.
次に、抽出後の溶媒を硫酸溶液(H2SO4濃度100g/L)で逆抽出し、表7に記載の組成を有する逆抽出液を得た後、この逆抽出液に対し、水酸化ナトリウムでpH4.0に調整して中和処理を行った。中和処理前と比較したときの、中和処理後の液中の各元素濃度の減少率を表8に示す。また、中和処理後の液中の各元素濃度を表9に示す。 Next, the extracted solvent was back-extracted with a sulfuric acid solution (H 2 SO 4 concentration 100 g / L) to obtain a back-extracted solution having the composition shown in Table 7, and then the back-extracted solution was hydroxylated. The pH was adjusted to 4.0 with sodium and neutralized. Table 8 shows the decreasing rate of each element concentration in the liquid after the neutralization treatment when compared with that before the neutralization treatment. Table 9 shows the concentration of each element in the liquid after the neutralization treatment.
表8及び9より、中和処理によってマンガン及びアルミニウムを分離できることが分かる。 From Tables 8 and 9, it can be seen that manganese and aluminum can be separated by neutralization treatment.
(比較例1)
表10に記載の種々の金属を含む硫酸溶液(H2SO4濃度10g/L)を水酸化ナトリウムでpH5.0に調整し、中和処理を行った。中和処理前と比較したときの、中和処理後の液中の各元素濃度の減少率を表11に示す。また、中和処理後の液中の各元素濃度を表12に示す。
(Comparative Example 1)
A sulfuric acid solution containing various metals described in Table 10 (H 2 SO 4 concentration 10 g / L) was adjusted to pH 5.0 with sodium hydroxide and neutralized. Table 11 shows the decreasing rate of each element concentration in the liquid after the neutralization treatment when compared with that before the neutralization treatment. Table 12 shows the concentration of each element in the liquid after the neutralization treatment.
実施例1と比較例1とから、中和処理で鉄とアルミニウムとを一度に除去するよりも、中和処理で鉄とアルミニウムの一部を分離・除去した後、溶媒抽出によって残りの大部分のアルミニウムを分離・除去するというアルミニウムの2段階分離法を用いた方が、他の金属のロスが少ないことが分かる。 From Example 1 and Comparative Example 1, rather than removing iron and aluminum at a time by neutralization treatment, a part of iron and aluminum was separated and removed by neutralization treatment, and the remaining most by solvent extraction. It can be seen that the loss of other metals is smaller when the two-stage aluminum separation method of separating and removing aluminum is used.
Claims (9)
前記工程1で得られた、アルミニウムの大部分を含む中和後液からアルミニウムを分離してマンガンを回収する工程2と、
を備え、
前記工程2が、
前記工程1で得られた中和後液を溶媒抽出することで、アルミニウム及びマンガンを溶媒へ抽出する工程2aと、
前記工程2aで得られた抽出液を洗浄する工程2bと、
前記工程2bで得られた洗浄後の抽出液を逆抽出することで、アルミニウム及びマンガンを逆抽出液へ抽出する工程2cと、
前記逆抽出液から中和によってアルミニウムを分離してマンガンを回収する工程2dと、
を備えた鉄及びアルミニウムの分離方法。 Step 1 of separating a part of aluminum and iron from a sulfuric acid acidic solution containing aluminum, iron, and manganese by neutralization with an oxidation-reduction potential (silver / silver chloride electrode reference) of 500 mV or more ;
Step 2 for recovering manganese by separating aluminum from the neutralized solution containing most of the aluminum obtained in Step 1, and
Bei to give a,
Step 2 is
Step 2a for extracting aluminum and manganese into a solvent by solvent extraction of the post-neutralization solution obtained in Step 1, and
A step 2b of washing the extract obtained in the step 2a;
Step 2c for extracting aluminum and manganese into a back extract by back extracting the washed extract obtained in Step 2b;
Step 2d for separating manganese from the back extract by neutralization and recovering manganese;
A method for separating iron and aluminum.
前記工程2aが、前記工程1で得られた中和後液を溶媒抽出することで、コバルト、ニッケル及びリチウムのうち前記中和後液に含まれているもの全て、及び、アルミニウム及びマンガンを溶媒へ抽出する工程2Aであり、
前記工程2bが、前記工程2Aで得られた抽出液を洗浄することで、コバルト、ニッケル及びリチウムのうち前記抽出液に含まれているもの全てを前記抽出液から分離する工程2Bであり、
前記工程2cが、前記工程2Bで得られた洗浄後の抽出液を逆抽出することで、アルミニウム及びマンガンを逆抽出液へ抽出する工程2Cであり、
前記工程2dが、前記逆抽出液から中和によってアルミニウムを分離してマンガンを回収する工程2Dである請求項1又は2に記載の鉄及びアルミニウムの分離方法。 In the step 1, the acidic sulfuric acid solution containing aluminum, iron, and manganese further contains at least one of cobalt, nickel, and lithium, and at least one of cobalt, nickel, and lithium is neutralized by the neutralization. It is a method to transfer to the back solution ,
Step 2a is a solvent extraction of the post-neutralization solution obtained in Step 1, so that all of cobalt, nickel, and lithium contained in the post-neutralization solution, and aluminum and manganese are used as solvents. Step 2A of extracting to
The step 2b is a step 2B in which all of the cobalt, nickel and lithium contained in the extract are separated from the extract by washing the extract obtained in the step 2A.
The step 2c is a step 2C of extracting aluminum and manganese into a back extract by back extracting the washed extract obtained in the step 2B.
The method for separating iron and aluminum according to claim 1 or 2 , wherein step 2d is step 2D in which manganese is recovered by separating aluminum from the back-extracted liquid by neutralization .
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