JP6996723B1 - リチウムイオン電池からの金属回収方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[電池滓]
本実施形態の有価金属の回収方法において用いる電池滓は、特に限定されず、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されたリチウムイオン電池を破砕・磁力選別・粒度選別・比重選別・渦電流選別等して得られるものであればいずれも用いることができる。その際に鉄やアルミニウム、銅の一部を先に取り除いても良い。また、原料としての電池滓には、リチウムイオン電池の正極材や、正極活物質も含まれ、これらを2種以上混合したものを用いてもよい。
リチウムイオン電池の電池滓を硫酸に分散させてスラリーを得る浸出工程(この工程を「スラリー生成工程」とも呼ぶ。)においては、電池滓に硫酸を加えても、硫酸に電池滓を投入してもよい。スラリー生成工程においては、電池滓を硫酸に加えた後、又は、硫酸に電池滓を投入した後、例えば、液温を30~80℃に維持したまま0~3時間攪拌する。
pHが1.0以下であるスラリーに酸化剤を添加する。その際に、ORPが1200~1350mV(vs.Ag/AgCl)となるように酸化剤の添加量を調整する。酸化剤は上述したように例えば過マンガン酸カリウムである。この酸化剤の添加によるORPの調整により、スラリーに溶解したマンガンイオンが酸化物として析出する反応が促進されるため、他の有価金属からマンガンをより効率的に分離できる傾向にある。
酸化剤添加後のスラリーにアルカリを添加する。その際に、pHを3~4の範囲にし、かつORPを500~700mV(Ag+/AgCl)の範囲になうようにアルカリを添加して調整する。アルカリは上述したように例えば水酸化ナトリウムである。このアルカリ添加によるpHとORPの調整により、スラリーに溶解した鉄イオンが水酸化物として析出する反応が促進されるため、他の有価金属からマンガンに加えて鉄をより効率的に分離できる傾向にある。アルカリとして水酸化ナトリウムを添加する場合、一例として25wt%の水酸化ナトリウム水溶液添加後の反応時間は例えば0.5時間程度、反応温度は例えば50℃程度が好ましい。
図1の工程S3(酸化剤添加)と工程S4(アルカリ添加)後のスラリーからマンガン及び鉄と、その他の有価金属とを分離する方法としては、析出したマンガン及び鉄を分離できる方法であれば特に限定されないが、例えば、スラリー中に析出したマンガン酸化物と水酸化鉄を順次ろ過等により浸出残渣として回収し、マンガンと鉄以外の有価金属は浸出液として回収する方法、または遠心分離、デカンテーション等も挙げられる。これにより、マンガン及び鉄と、その他の有価金属を分離することができる。
表1 リチウムイオン電池滓(BS)の組成(wt%)
このリチウムイオン電池滓(BS)10gを、98wt%(18.4mol/L)の濃硫酸36.7gと水80.1gを加えた3.7mol/L硫酸溶液に分散させ、80℃に昇温後、2h攪拌を行い、可溶分を溶出させて、リチウムイオン電池滓硫酸浸出液を得た。以下の、実施例および比較例に示す金属回収率は、上記可溶分量を100として算出した。なお、BSの組成はその製造方法の特性上、リチウムイオン電池滓硫酸浸出液のpHは一定しない。
pH1.68のリチウムイオン電池滓硫酸浸出液100mlに、9.2mol/Lの硫酸21mL添加してpHを0.21に調整した。このリチウムイオン電池滓硫酸浸出液に、過マンガン酸カリウムをリチウムイオン電池滓硫酸浸出液中のコバルトとニッケルの合計mol数に対する過マンガン酸カリウムmol数(KMnO4/(Co+Ni))で0.42量(0.013mol)を添加した。50℃に昇温後、50℃で2時間保持した。この時のORPは、1291mV(vs.Ag/AgCl)であった。
Co:94.9
Ni:98.9
Mn:1.0
であり、高効率にコバルトおよびニッケルからマンガンを分離出来ることが確認できた。
実施例1と同様な基本操作でpHが1より小さく維持(pH=0.65~0.98)しながら、反応条件を以下の様に変えて実験を行った。KMnO4添加後のORPは、1239~1316mV(vs.Ag/AgCl)であった。
実施例2、3 KMnO4添加量(KMnO4/(Co+Ni)):
0.31、0.45
実施例4、5 反応温度:30、80℃
実施例6、7 反応時間:1、3時間
その結果、コバルト、ニッケル、マンガンの回収率(wt%)は、
Co:89.2~97.5
Ni:98.8~99.5
Mn:0.95~7.58
で、コバルト、ニッケルに対してマンガンを高効率で分離できることが確認できた。
実施例1の後に、25wt%水酸化ナトリウム水溶液を加え、pHを3.0~4.0付近まで上昇させ、同時にORPを500~700mV(vs.Ag/AgCl)の範囲に調整した。
KMnO4添加量(KMnO4/(Co+Ni)):0.22~0.32
pH:2.91~3.58
ORP:532~653mV(vs.Ag/AgCl)
その結果、コバルト、ニッケル、マンガン、鉄の回収率(wt%)は、
Co:84.9~98.1
Ni:96.7~99.3
Mn:0.12~13.85
Fe:0
で、コバルト、ニッケルに対してマンガンと鉄を高効率で分離できることが確認できた。
pHを1以下にする調整を行わず(pH=1.68のまま)、過マンガン酸カリウム0.013molを添加したこと以外は、実施例1と同様の操作を行った。50℃に昇温後、50℃で2時間保持した。この時のORPは、1168mV(vs.Ag/AgCl)であった。
Co:80.2
Ni:97.9
Mn:0.5
であり、コバルトの回収率は実施例1よりも約16%低下し、コバルトに対するマンガンの分離効率も低下した。これにより、実施例1のpHを1以下にする調整することが有効であることが確認できた。
比較例1と同様にpHを1以下に調整せずに、逆に25wt%水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを2.22、3.41、4.08に上げた上で、過マンガン酸カリウムを添加して実施例1と同様の操作を行った。この時のORPは、711~1117mV(vs.Ag/AgCl)であった。
Co:74.5~82.4
Ni:98.2~98.9
Mn:0.95~2.37
Fe:19.1~31.6
で、コバルトの回収率が実施例1よりも約14~22%低下し、コバルト及びニッケルに対するマンガンと鉄の分離効率も低下した。これにより、実施例2-7のpHを1以下に調整することが有効であることが確認できた。
Claims (6)
- 有価金属を含有するリチウムイオン電池の電池滓から有価金属を回収する方法であって、
前記リチウムイオン電池の電池滓を硫酸に分散させて、水素イオン指数(pH)が1未満であるスラリーを得る工程と、
前記スラリーに酸化剤を添加して、酸化還元電位(ORP)を1200~1350mV(vs.Ag/AgCl)とする工程と、
前記酸化剤の添加後の前記スラリーから、マンガンとその他の有価金属とを分離する工程と、
を含む、電池滓から有価金属を回収する方法。 - 前記スラリーに酸化剤を添加する工程の後に、前記スラリーにアルカリを添加して、水素イオン指数(pH)を3~4の範囲にし、かつ酸化還元電位(ORP)を500~700mV(vs.Ag/AgCl)の範囲に調整する工程と、
前記調整後の前記スラリーから、マンガン及び鉄とその他の有価金属とを分離する工程と、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記スラリーを得る工程の後に、前記スラリーに還元剤を添加する工程をさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記アルカリは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア水、炭酸ナトリウム、及び炭酸水素ナトリウムの中から選択される少なくとも1種以上を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記還元剤が、過酸化水素、亜硫酸塩類、亜硫酸ガス、鉄、銅、アルミニウム、及び鉄と銅とアルミニウムを含む合金の中から選択される少なくとも1種以上である、請求項3に記載の方法。
- 前記酸化剤が、マンガン化合物、過マンガン酸カリウム、二酸化マンガン、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸、空気、酸素、オゾン、回収マンガン酸化物及び塩素ガスの中から選択される少なくとも1種以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
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