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JP7158332B2 - Method for concentrating lithium and method for producing lithium hydroxide - Google Patents

Method for concentrating lithium and method for producing lithium hydroxide Download PDF

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JP7158332B2 JP2019069363A JP2019069363A JP7158332B2 JP 7158332 B2 JP7158332 B2 JP 7158332B2 JP 2019069363 A JP2019069363 A JP 2019069363A JP 2019069363 A JP2019069363 A JP 2019069363A JP 7158332 B2 JP7158332 B2 JP 7158332B2
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Description

この明細書は、溶媒抽出によりリチウムを濃縮する方法及び、それを用いる水酸化リチウムの製造方法に関する技術を開示するものである。 This specification discloses a technique related to a method for concentrating lithium by solvent extraction and a method for producing lithium hydroxide using the same.

たとえば、リチウムイオン二次電池廃棄物もしくは種々の電子機器等からの有価金属の回収プロセスや、塩湖かん水又は鉱石その他の処理では、リチウムが溶解したリチウム溶解液が得られることがある。 For example, in the process of recovering valuable metals from lithium ion secondary battery waste or various electronic devices, or in the treatment of salt lake brine or ore, a lithium solution in which lithium is dissolved may be obtained.

リチウム溶解液は、リチウムイオンの溶媒による抽出及び、溶媒から水相への逆抽出に供し、それにより、そこに含まれるリチウムを濃縮することができる。なお、逆抽出後に得られる逆抽出後液に対しては、炭酸塩の添加又は炭酸ガスの吹込みによる炭酸化を行う場合がある。この場合、リチウムは炭酸リチウムとして回収される。
このようなリチウム溶解液に対する処理については、たとえば特許文献1~3等に記載されている。
The lithium solution can be subjected to solvent extraction of lithium ions and back extraction from the solvent into the aqueous phase, thereby concentrating the lithium contained therein. The back-extracted liquid obtained after the back-extraction may be carbonated by addition of carbonate or blowing of carbon dioxide gas. In this case, lithium is recovered as lithium carbonate.
Such treatments for the lithium solution are described in Patent Documents 1 to 3, for example.

特開2010-180439号公報JP 2010-180439 A 米国特許出願公開第2011/0135547号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2011/0135547 特許第5706457号公報Japanese Patent No. 5706457

ところで、ナトリウムは、リチウム溶解液中にそもそも存在し、又は抽出時に用いる試薬に含まれること等に由来して、リチウム溶解液からリチウムイオンを抽出した溶媒に含まれることがある。このナトリウムは、最終的に得ようとする炭酸リチウムその他のリチウム化合物等で不純物となって、その純度を低下させるので、それまでの処理中で十分に除去することが求められる。 Incidentally, sodium may be contained in the solvent used to extract lithium ions from the lithium solution because it originally exists in the lithium solution or is contained in the reagent used for extraction. Since this sodium becomes an impurity in lithium carbonate and other lithium compounds to be finally obtained and lowers the purity thereof, it is required to be sufficiently removed during the treatment up to that point.

この明細書では、溶媒抽出によりナトリウムを有効に除去することができるリチウム濃縮方法及び、水酸化リチウムの製造方法を開示する。 This specification discloses a method for concentrating lithium and a method for producing lithium hydroxide, which can effectively remove sodium by solvent extraction.

この明細書で開示するリチウム濃縮方法は、溶媒抽出によりリチウムを濃縮する方法であって、リチウムイオンの抽出に用いられてリチウムイオン及びナトリウムイオンを含む溶媒を、リチウム溶液でスクラビングするスクラビング工程と、スクラビング工程を経た後の溶媒から、リチウムイオンを逆抽出する逆抽出工程とを有し、前記スクラビング工程で、リチウムイオン及びナトリウムイオンを含む前記溶媒から、ナトリウムイオンを除去するというものである。 The lithium concentration method disclosed in this specification is a method of concentrating lithium by solvent extraction, comprising a scrubbing step of scrubbing a solvent containing lithium ions and sodium ions used for extracting lithium ions with a lithium solution; a back extraction step of back extracting lithium ions from the solvent after the scrubbing step, wherein the scrubbing step removes sodium ions from the solvent containing lithium ions and sodium ions .

また、この明細書で開示する水酸化リチウムの製造方法は、上記のリチウム濃縮方法を用いて、水酸化リチウムを製造する方法であって、前記逆抽出工程で得られる逆抽出後液であるリチウム濃縮液を、水酸化物で中和する中和工程を有するものである。 Further, the method for producing lithium hydroxide disclosed in this specification is a method for producing lithium hydroxide using the above lithium concentration method, wherein It has a neutralization step of neutralizing the concentrate with hydroxide.

上記のリチウム濃縮方法によれば、溶媒抽出によりナトリウムを有効に除去することができる。 According to the lithium concentration method described above, sodium can be effectively removed by solvent extraction.

一の実施形態のリチウム濃縮方法を用いる水酸化リチウムの製造方法の一例を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram showing an example of a method for producing lithium hydroxide using the lithium concentration method of one embodiment. 一の実施形態のリチウム濃縮方法の具体的な溶媒と液の流れの一例を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow chart showing an example of specific solvent and liquid flows in the lithium concentration method of one embodiment. 一の実施形態のリチウム濃縮方法の具体的な溶媒と液の流れの他の例を示すフロー図である。FIG. 4 is a flow diagram showing another example of specific solvent and liquid flows in the lithium enrichment method of one embodiment. 実施例におけるスクラビング段数と逆抽出後液中のNaイオン濃度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the number of scrubbing stages and the concentration of Na ions in the post-backextraction liquid in Examples.

以下に、この明細書で開示する実施の形態について詳細に説明する。
一の実施形態のリチウム濃縮方法は、溶媒抽出によりリチウムを濃縮するに当り、リチウムイオンの抽出に用いられてリチウムイオン及びナトリウムイオンを含む溶媒を、リチウム溶液でスクラビングするスクラビング工程と、スクラビング工程を経た後の溶媒から、リチウムイオンを逆抽出する逆抽出工程とを行う。
Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail.
In one embodiment of the lithium concentration method, in concentrating lithium by solvent extraction, a scrubbing step of scrubbing a solvent containing lithium ions and sodium ions used for extracting lithium ions with a lithium solution, and a scrubbing step. and a back extraction step of back extracting lithium ions from the solvent after passing through.

多くの場合、スクラビング工程の前に、リチウム溶解液からリチウムイオンを溶媒に抽出し、上述したようなリチウムイオン及びナトリウムイオンを含む溶媒を得る抽出工程が行われる。リチウム溶解液がナトリウムイオンを含む場合、抽出工程では、リチウム溶解液中のナトリウムイオンも、リチウムイオンとともに溶媒に抽出され得る。これにより、抽出工程に用いられた溶媒には、リチウム溶解液に由来するナトリウムイオンが含まれることがある。また、抽出工程で用いるpH調整剤に由来して、溶媒にナトリウムイオンが含まれることもある。溶媒へのナトリウムイオンの混入経路は特に問わない。 In many cases, the scrubbing step is preceded by an extraction step of extracting the lithium ions from the lithium solution into a solvent to obtain a solvent containing lithium ions and sodium ions as described above. If the lithium solution contains sodium ions, the sodium ions in the lithium solution can also be extracted into the solvent together with the lithium ions in the extraction step. As a result, the solvent used in the extraction step may contain sodium ions derived from the lithium solution. Moreover, the solvent may contain sodium ions due to the pH adjuster used in the extraction step. There is no particular limitation on the route of mixing sodium ions into the solvent.

なお、仮にリチウム溶解液から水酸化リチウムを製造する場合、電気透析法や隔離法を用いて不純物の除去を行うことが主流である。しかしながら、電気透析法は透析膜が高価であるとともに運転コストが高くなる。また隔離法では、比較的希薄な溶液が対象になるので、別途さらなる濃縮処理が必要になる。その上、上述したようなリチウムイオン二次電池廃棄物から得られたリチウム溶解液は、その正極材等に由来して、不純物成分の濃度が天然原料に比べて高く、それらの方法によっては当該不純物を有効に分離し得ない懸念がある。これに対し、この実施形態では、詳細については後述するが、溶媒抽出法を用いることにより、比較的低コストにて、リチウムを有効に濃縮することができる。 Incidentally, if lithium hydroxide is to be produced from a lithium solution, it is the mainstream to remove impurities using an electrodialysis method or an isolation method. However, electrodialysis requires expensive dialysis membranes and high operating costs. In addition, since the isolation method targets a relatively dilute solution, a separate and further concentration treatment is required. In addition, the lithium solution obtained from the lithium ion secondary battery waste as described above has a higher concentration of impurity components than natural raw materials due to its positive electrode material and the like. There is a concern that impurities cannot be separated effectively. On the other hand, in this embodiment, lithium can be effectively concentrated at a relatively low cost by using a solvent extraction method, details of which will be described later.

(リチウム溶解液)
リチウム溶解液は、リチウムイオン及びナトリウムイオンを含むものであれば特に限定されないが、リチウムイオン二次電池廃棄物から有価金属を回収するプロセス等で得られるものとすることができる。具体的には、図1に例示するように、リチウムイオン二次電池廃棄物を、必要に応じて焙焼等で処理した後、そこに含まれるリチウムを水又は酸性溶液で溶解させる。これにより、リチウム溶解液が得られる。なお、ここで生じる残渣は、酸浸出、中和及び溶媒抽出等によるコバルトやニッケル等の有価金属の回収プロセスに用いられ得る。
(lithium solution)
The lithium solution is not particularly limited as long as it contains lithium ions and sodium ions, but it can be obtained by a process of recovering valuable metals from lithium ion secondary battery waste. Specifically, as exemplified in FIG. 1, lithium ion secondary battery waste is processed by roasting or the like as necessary, and then lithium contained therein is dissolved with water or an acid solution. Thereby, a lithium solution is obtained. The residue produced here can be used in processes for recovering valuable metals such as cobalt and nickel by acid leaching, neutralization and solvent extraction.

なお、リチウムイオン二次電池は、その周囲を包み込む外装として、アルミニウムを含む筐体を有する。この筐体としては、たとえば、アルミニウムのみからなるものや、アルミニウム及び鉄、アルミラミネート等を含むものがある。また、リチウムイオン二次電池は、上記の筺体内に、リチウム、ニッケル、コバルト及びマンガンからなる群から選択される一種の単独金属酸化物又は、二種以上の複合金属酸化物等からなる正極活物質や、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)を含むことがある。またその他に、リチウムイオン二次電池には、銅、鉄等が含まれる場合がある。さらに、リチウムイオン二次電池には通常、筺体内に電解液が含まれる。電解液としては、たとえば、エチレンカルボナート、ジエチルカルボナート等が使用されることがある。 In addition, the lithium ion secondary battery has a housing containing aluminum as an exterior that envelops its periphery. Examples of this housing include those made only of aluminum, those containing aluminum and iron, aluminum laminates, and the like. In addition, the lithium-ion secondary battery has a positive electrode active layer composed of a single metal oxide selected from the group consisting of lithium, nickel, cobalt and manganese, or a composite metal oxide of two or more types, etc., in the housing. The material, or cathode active material, may include aluminum foil (cathode substrate) that is coated and adhered by, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) or other organic binder or the like. In addition, the lithium ion secondary battery may contain copper, iron, and the like. Furthermore, lithium-ion secondary batteries usually contain an electrolytic solution within the housing. As the electrolytic solution, for example, ethylene carbonate, diethyl carbonate, etc. may be used.

特に、上述したようにしてリチウムイオン二次電池廃棄物から得られたリチウム溶解液中のリチウムイオン濃度は、たとえば0.5g/L~2.3g/L、典型的には1.0g/L~2.0g/Lである。また、リチウム溶解液中のナトリウムイオン濃度は、たとえば0.1g/L~40.0g/L、典型的には10.0g/L~20.0g/Lである。
但し、この実施形態は、リチウムイオン二次電池廃棄物からの有価金属の回収プロセスだけでなく、溶媒抽出によりリチウムを濃縮する工程を有する種々のプロセスに適用することが可能である。
In particular, the lithium ion concentration in the lithium solution obtained from the lithium ion secondary battery waste as described above is, for example, 0.5 g/L to 2.3 g/L, typically 1.0 g/L. ~2.0 g/L. Also, the sodium ion concentration in the lithium solution is, for example, 0.1 g/L to 40.0 g/L, typically 10.0 g/L to 20.0 g/L.
However, this embodiment can be applied not only to the process of recovering valuable metals from lithium ion secondary battery waste but also to various processes having a step of concentrating lithium by solvent extraction.

(抽出工程)
抽出工程では、上記のリチウム溶解液中のリチウムイオンを溶媒に抽出する。これにより、リチウム溶解液に含まれ得るコバルトやニッケル、フッ素等が液側に残り、これらとリチウムとを分離させることができる。なお、ナトリウムイオンを含むリチウム溶解液では、当該リチウム溶解液からリチウムイオンのみならずナトリウムイオンもある程度抽出され得る。
(Extraction process)
In the extraction step, lithium ions in the lithium solution are extracted into a solvent. As a result, cobalt, nickel, fluorine, and the like that may be contained in the lithium solution remain on the liquid side, and these can be separated from lithium. In the case of a lithium solution containing sodium ions, not only lithium ions but also sodium ions can be extracted to some extent from the lithium solution.

抽出は具体的には、たとえば、リチウム溶解液(水相)と溶媒(有機相)とを接触させ、ミキサーで撹拌混合し、リチウム溶解液中のリチウムイオン等を溶媒に移行させることにより行う。その後、セトラーで有機相と水相を比重差に基いて分離する。水相に対する有機相の体積比としてのO/A比は、リチウムイオン濃度その他の条件にもよるが、1.5/1.0より大きくすることができる。リチウムイオンの抽出率を高めるため、O/A比を調整し、また抽出段数を増やすことができる。 Specifically, the extraction is performed, for example, by contacting a lithium solution (aqueous phase) and a solvent (organic phase), stirring and mixing them with a mixer, and transferring lithium ions and the like in the lithium solution to the solvent. After that, the settler separates the organic phase and the aqueous phase based on the difference in specific gravity. The O/A ratio, which is the volume ratio of the organic phase to the aqueous phase, can be greater than 1.5/1.0, depending on the lithium ion concentration and other conditions. In order to increase the extraction rate of lithium ions, the O/A ratio can be adjusted and the number of extraction stages can be increased.

ここでは、リチウム溶解液に対し、溶媒である抽出剤として、ホスホン酸エステル系抽出剤単独もしくは、リン酸エステル系抽出剤単独、または、ホスホン酸エステル系抽出剤とリン酸エステル系抽出剤とを混合した抽出剤を使用することができる。ホスホン酸エステル系抽出剤としては、ニッケルとコバルトの分離効率の観点から2-エチルヘキシルホスホン酸2-エチルヘキシル(商品名:PC-88A、Ionquest801)が好ましい。リン酸エステル系抽出剤としては、たとえばジ-2-エチルヘキシルリン酸(商品名:D2EHPA又はDP8R)等が挙げられる。 Here, for the lithium dissolution solution, as the extractant that is the solvent, a phosphonate extractant alone, a phosphate ester extractant alone, or a phosphonate ester extractant and a phosphate ester extractant are used. Mixed extractants can be used. As the phosphonate extractant, 2-ethylhexyl 2-ethylhexylphosphonate (trade name: PC-88A, Ionquest 801) is preferable from the viewpoint of separation efficiency between nickel and cobalt. Examples of the phosphate extractant include di-2-ethylhexyl phosphate (trade name: D2EHPA or DP8R).

抽出剤は、必要に応じて、芳香族系、パラフィン系、ナフテン系等の炭化水素系有機溶剤で希釈して使用することができる。この場合、抽出剤の濃度は、たとえば15体積%~35体積%とすることができる。 The extractant can be diluted with an aromatic, paraffinic, naphthenic, or other hydrocarbon organic solvent, if necessary, before use. In this case, the concentration of the extractant can be, for example, 15% to 35% by volume.

抽出時のpHは7~8とすることが好ましい。これは、pHが7未満ではリチウム抽出率が低くなると共に、分相不良となるおそれがあり、この一方で、pHが8より高いとpH調整剤由来のアルカリ濃度が高くなる事で、抽出剤と希釈剤が分離する可能性があるからである。この観点から、抽出時のpHは7.2~7.5とすることがより一層好適である。 The pH during extraction is preferably 7-8. This is because if the pH is less than 7, the lithium extraction rate may be low and phase separation may be poor. and the diluent may separate. From this point of view, it is more preferable to set the pH at the time of extraction to 7.2 to 7.5.

抽出時に上記のようなpHに調整するため、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム又はアンモニア水その他のアルカリ性溶液等のpH調整剤を用いることができる。なかでも、水酸化ナトリウムは、他の試薬に比べて安価である他、臭気が無い点で好ましい。また、pH調整剤として水酸化ナトリウムを添加しても、それによるナトリウムイオンは、後述するスクラビング工程で効果的に除去できるので、不純物になるナトリウムが増大することによる問題は解消できる。なお、pH調整剤として水酸化リチウムを用いる場合、粉体での添加は溶媒抽出では好ましくないが、溶液として添加する際は該溶液中のリチウム濃度がある程度濃くないとpH調整が出来ないことがある。 A pH adjuster such as sodium hydroxide, lithium hydroxide, aqueous ammonia, or other alkaline solutions can be used to adjust the pH during extraction. Among them, sodium hydroxide is preferred because it is less expensive than other reagents and has no odor. Moreover, even if sodium hydroxide is added as a pH adjuster, the resulting sodium ions can be effectively removed in the scrubbing step, which will be described later. When lithium hydroxide is used as a pH adjuster, addition in the form of powder is not preferable for solvent extraction, but when adding as a solution, the pH may not be adjusted unless the lithium concentration in the solution is high to some extent. be.

(スクラビング工程)
上記の抽出工程では、リチウムイオン及びナトリウムイオンを含む溶媒が得られる。次のスクラビング工程では、この溶媒をリチウム溶液でスクラビングする。このスクラビング工程では、溶媒に抽出されたナトリウムイオンを取り除くことを目的とする。
(Scrubbing process)
The above extraction step yields a solvent containing lithium ions and sodium ions. In the next scrubbing step, this solvent is scrubbed with a lithium solution. The purpose of this scrubbing step is to remove the sodium ions that have been extracted into the solvent.

ここでは、リチウムイオンを含むリチウム溶液でスクラビングすることが重要である。リチウム溶液中のリチウムイオン濃度を調整すること等により、該リチウム溶液中のリチウムイオンと溶媒中のナトリウムイオンが置換することから、溶媒中のナトリウムイオンを効果的に除去することができる。この際に、リチウムイオンとナトリウムイオンは一般に、互いに等しいモル数で置換する。それ故に、リチウム溶液中のリチウムイオンのモル数が、溶媒中のナトリウムイオンのモル数以上であれば、溶媒中のナトリウムイオンをより効果的に除去することができる。 It is important here to scrub with a lithium solution containing lithium ions. By adjusting the lithium ion concentration in the lithium solution or the like, the sodium ions in the solvent can be effectively removed because the lithium ions in the lithium solution are replaced with the sodium ions in the solvent. At this time, lithium ions and sodium ions are generally substituted in the same number of moles. Therefore, if the number of moles of lithium ions in the lithium solution is equal to or greater than the number of moles of sodium ions in the solvent, the sodium ions in the solvent can be removed more effectively.

スクラビングに用いるリチウム溶液中のリチウムイオン濃度は、好ましくは1.0g/L~10.0g/L、より好ましくは1.0g/L~5.0g/Lとする。リチウム溶液中のリチウムイオン濃度が低すぎると、溶媒中のナトリウムイオンの除去が不十分となることが懸念される。一方、リチウムイオン濃度が高すぎると、溶媒中のナトリウムイオンの除去に要するリチウムイオンの量を上回る可能性がある。この場合、仮にスクラビング後液をブリードオフすると、リチウムのロスを招く。そして、リチウムのロスは、後述するように、リチウムを系内で循環させて繰返し有効に使用することを困難にし、これにより別途のリチウム源の供給が必要になるので望ましくない。 The lithium ion concentration in the lithium solution used for scrubbing is preferably 1.0 g/L to 10.0 g/L, more preferably 1.0 g/L to 5.0 g/L. If the lithium ion concentration in the lithium solution is too low, there is concern that removal of sodium ions in the solvent will be insufficient. On the other hand, if the lithium ion concentration is too high, it may exceed the amount of lithium ions required to remove the sodium ions in the solvent. In this case, if the post-scrubbing solution were to bleed off, lithium would be lost. In addition, the loss of lithium makes it difficult to circulate lithium in the system and effectively use it repeatedly, as will be described later, which is undesirable because it requires the supply of a separate lithium source.

スクラビングの際には、溶媒とリチウム溶液が混ざり合った状態でのpHが5.0~9.0となるように調整することが好ましく、さらに当該pHが6.0~8.0となるように調整することがより一層好ましい。このpHが低すぎると、逆抽出工程の濃縮効率が低下するおそれがあり、この一方で高すぎると、スクラビング時に抽出剤と希釈剤が分離する懸念がある。 During scrubbing, it is preferable to adjust the pH of the mixture of the solvent and the lithium solution to 5.0 to 9.0, and further to adjust the pH to 6.0 to 8.0. is even more preferable. If the pH is too low, the concentration efficiency of the back extraction process may decrease, while if it is too high, the extractant and diluent may separate during scrubbing.

スクラビング段数やO/A比等は、後述の逆抽出後液のLi/Na濃度比等の液組成等に応じて適宜決定することができる。 The number of scrubbing stages, the O/A ratio, and the like can be appropriately determined according to the liquid composition, such as the Li/Na concentration ratio of the liquid after back extraction, which will be described later.

スクラビング工程で用いるリチウム溶液としては、図2に示すように、未使用のものを用いることができる他、後述する逆抽出工程で得られる逆抽出後液を用いることもできる。逆抽出後液をスクラビング工程でリチウム溶液として用いる場合、そのリチウム溶液中のリチウムイオンの一部は、溶媒中のナトリウムイオンと置換して溶媒に含まれて、逆抽出工程に送られる。当該リチウムイオンの残部はスクラビング後液に残留するも、このスクラビング後液を、図2に示すように、リチウム溶解液と混合させる等して抽出工程に戻すことにより、再度溶媒中に抽出させることができる。これにより、リチウムを有効に活用しつつ、その多くを回収することができる。スクラビング後液は、リチウム溶液として再度のスクラビング工程に供することもできる。この場合、リチウムを系内で循環させて繰返し使用することができる。
但し、このように液を循環させると、そこにナトリウムが濃縮するので、スクラビング後液は定期的に、図3に示すようにブリードオフすることができる。
As the lithium solution used in the scrubbing step, as shown in FIG. 2, an unused lithium solution can be used, or a back-extraction liquid obtained in the back-extraction step described later can also be used. When the post-back extraction liquid is used as a lithium solution in the scrubbing step, some of the lithium ions in the lithium solution replace sodium ions in the solvent, are contained in the solvent, and are sent to the back extraction step. Although the rest of the lithium ions remain in the post-scrubbing solution, the post-scrubbing solution is returned to the extraction step by, for example, being mixed with the lithium solution as shown in FIG. can be done. This makes it possible to recover most of the lithium while making effective use of it. The post-scrubbing solution can also be subjected to another scrubbing step as a lithium solution. In this case, lithium can be circulated within the system and used repeatedly.
However, when the liquid is circulated in this manner, sodium is concentrated therein, so that the scrubbed liquid can be periodically bleed off as shown in FIG.

スクラビング工程を経ることにより、溶媒中のナトリウムイオン濃度は、好ましくは1mg/L以下にすることができる。 Through the scrubbing process, the sodium ion concentration in the solvent can be preferably reduced to 1 mg/L or less.

(逆抽出工程)
その後、スクラビング工程を経た溶媒から、そこに含まれるリチウムイオンを逆抽出する逆抽出工程を行う。逆抽出工程では、たとえば、酸性水溶液である逆抽出前液を用いて、ミキサー等で撹拌混合する。これにより、溶媒に含まれていたリチウムイオンが水相に移る。
(Reverse extraction process)
Thereafter, a back-extraction step is performed to back-extract lithium ions contained therein from the solvent that has undergone the scrubbing step. In the back extraction step, for example, the pre-back extraction liquid, which is an acidic aqueous solution, is stirred and mixed with a mixer or the like. As a result, the lithium ions contained in the solvent are transferred to the aqueous phase.

逆抽出過程に用いる逆抽出前液は、硫酸、塩酸、硝酸等の無機酸のいずれでもよいが、なかでも硫酸が好ましい。これは、硫酸を用いることにより、逆抽出液が硫酸リチウム液となり、これを水酸化リチウムの原料に供する事が可能となるからである。 The pre-back-extraction solution used in the back-extraction process may be any inorganic acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, etc. Among them, sulfuric acid is preferred. This is because the use of sulfuric acid turns the back-extracted solution into a lithium sulfate solution, which can be used as a raw material for lithium hydroxide.

逆抽出工程では、pHが、好ましくは0.5~2.0の範囲内、より好ましくは1.0~1.5の範囲内に入るように、pHを維持する。逆抽出時のpHが当該範囲から外れて低くなると、抽出時のpH調整剤量が増えるおそれがある。またpHが当該範囲を超えて高くなると、溶媒中にリチウムイオンが残留することが懸念される。仮に逆抽出を複数段行う場合で、段数を重ねるとpHが上昇してくることがあるが、この場合も、たとえば硫酸を添加する等して、pHが上記の範囲内に維持されるように管理することが好適である。
なお、その他の条件は適宜設定されるが、O/A比は、たとえば1.0以上、好ましくは1.0~1.5とすることができる。
In the back extraction step, the pH is maintained preferably within the range of 0.5-2.0, more preferably within the range of 1.0-1.5. If the pH at the time of back extraction is out of the range and becomes low, there is a risk that the amount of the pH adjuster at the time of extraction will increase. Moreover, when the pH exceeds the range, there is concern that lithium ions may remain in the solvent. If back extraction is performed in multiple stages, the pH may increase as the number of stages is increased. It is preferable to manage
Other conditions are appropriately set, but the O/A ratio can be, for example, 1.0 or more, preferably 1.0 to 1.5.

逆抽出工程で得られる逆抽出後液(リチウム濃縮液)は、図2に示すように、さらに逆抽出前液として逆抽出工程に供することができ、それにより、リチウムイオン濃度のさらに高めることができる。また先述したように、逆抽出後液は、リチウム溶液としてスクラビング工程に用いることもできる。 As shown in FIG. 2, the post-back-extraction liquid (lithium concentrate) obtained in the back-extraction step can be further subjected to the back-extraction step as a pre-back-extraction liquid, thereby further increasing the lithium ion concentration. can. Further, as described above, the post-back extraction liquid can also be used in the scrubbing step as a lithium solution.

逆抽出後液は、そのリチウムイオン濃度が、たとえば10g/L~30g/L、典型的には20g/L~25g/Lである。また、逆抽出後液中のナトリウムイオン濃度は、好ましくは3mg/L以下、より好ましくは1mg/L以下である。
逆抽出後液は、公知の方法による炭酸リチウムの製造に用いることもできるが、ここでは、逆抽出後液を用いて水酸化リチウムを製造する方法の一例について以下に説明する。
The post-back extraction liquid has a lithium ion concentration of, for example, 10 g/L to 30 g/L, typically 20 g/L to 25 g/L. Also, the sodium ion concentration in the post-back extraction liquid is preferably 3 mg/L or less, more preferably 1 mg/L or less.
The back-extraction liquid can be used for producing lithium carbonate by a known method, but here, an example of a method for producing lithium hydroxide using the back-extraction liquid will be described below.

(中和工程)
中和工程では、上記の逆抽出後液としてのリチウム濃縮液を、水酸化リチウムを除く水酸化物で中和し、加熱濃縮又は減圧蒸留等により水酸化リチウムを得る。水酸化リチウムは炭酸リチウムよりも融点が低く、正極材の原料として好適に用いられる可能性がある。
(Neutralization process)
In the neutralization step, the lithium concentrated liquid as the post-reverse extraction liquid is neutralized with a hydroxide other than lithium hydroxide, and lithium hydroxide is obtained by thermal concentration or vacuum distillation. Lithium hydroxide has a lower melting point than lithium carbonate, and may be suitably used as a raw material for positive electrode materials.

より詳細には、リチウム濃縮液に水酸化物を添加し、pHを、好ましくは10~12に上昇させる。pHが低いと、不純物の除去が不十分となる可能性があり、この一方で、pHが高いと、両性金属が含有される場合に再溶解することが懸念される。加熱濃縮による場合、液温は、たとえば50℃~100℃とすることができる。 More specifically, hydroxide is added to the lithium concentrate to raise the pH, preferably to 10-12. A low pH may result in insufficient removal of impurities, while a high pH may cause re-dissolution when amphoteric metals are contained. In the case of concentration by heating, the liquid temperature can be, for example, 50°C to 100°C.

水酸化物としては、水酸化リチウム以外で、たとえば水酸化バリウムを挙げることができる。これらのうち、水酸化バリウムは、硫酸リチウムと化成反応により水酸化リチウム液と出来ることから好ましい。 Examples of hydroxides other than lithium hydroxide include barium hydroxide. Among these, barium hydroxide is preferable because it can be formed into a lithium hydroxide liquid by a chemical conversion reaction with lithium sulfate.

これにより製造される水酸化リチウムは、ナトリウム含有量が十分に低減されたものとなる。たとえば、水酸化リチウム中のナトリウム含有量は、たとえば100質量ppm未満、典型的には10質量ppm未満である。 The lithium hydroxide thus produced has a sufficiently reduced sodium content. For example, the sodium content in lithium hydroxide is for example less than 100 ppm by weight, typically less than 10 ppm by weight.

次に、上述したようなリチウム濃縮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 concentration method as described above was carried out on a trial basis, and the effect was confirmed, which will be described below. However, the description herein is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting.

先述したようにリチウムイオン二次電池廃棄物から得られたLiイオンを2000mg/L、Naイオンを10イオンmg/Lで含むリチウム溶解液に対し、抽出剤としてPC-88Aを25%に希釈したものを用いて、pH調整剤としての25%NaOHでpHを7とし、O/A比=2/1で1段の抽出を行った。抽出時のLi抽出率は95%であった。 PC-88A was diluted to 25% as an extractant for the lithium solution containing 2000 mg/L of Li ions and 10 mg/L of Na ions obtained from lithium ion secondary battery waste as described above. 25% NaOH as a pH adjuster was used to adjust the pH to 7, and one-stage extraction was performed at an O/A ratio of 2/1. The Li extraction rate during extraction was 95%.

上記の抽出で得られた溶媒に対して、Na除去を目的としたスクラビングをした後、逆抽出を行った。スクラビングでは、リチウム溶液としてLiイオン濃度が5g/Lの水酸化リチウム水溶液を用いて、pHを7とした。逆抽出は、100g/LのH2SO4、O/A=1/1で行った。 The solvent obtained by the above extraction was scrubbed for the purpose of removing Na, and then back-extracted. In the scrubbing, a lithium hydroxide aqueous solution having a Li ion concentration of 5 g/L was used as the lithium solution, and the pH was adjusted to 7. Back extraction was performed with 100 g/L H2SO4, O/ A = 1/1 .

スクラビング段数と逆抽出後液中のNaイオン濃度との関係を、図4にグラフで示す。図4より、スクラビング段数やO/A比の調整により、逆抽出後液中のNaイオン濃度が減少していることから、スクラビングでNaが有効に除去されたことが解かる。また、スクラビングに用いるリチウム溶液中のLiイオン濃度を上昇させたり、スクラビング時のpHを低下させたりすること等によっても、Na分離効率の改善が可能と考えられる。 FIG. 4 graphically shows the relationship between the number of scrubbing stages and the concentration of Na ions in the liquid after back extraction. From FIG. 4, it can be seen that Na was effectively removed by scrubbing because the concentration of Na ions in the liquid after back extraction decreased by adjusting the number of scrubbing stages and the O/A ratio. Also, it is considered possible to improve the Na separation efficiency by increasing the Li ion concentration in the lithium solution used for scrubbing, lowering the pH during scrubbing, or the like.

上記のスクラビングを6段行った後、O/A比=2/1にてpH<1.0になるように硫酸で調整して逆抽出を1段行い、液は繰返し使用した。その結果として、逆抽出の繰返し回数における各回での逆抽出後液中のLiイオン濃度及びNaイオン濃度を表1に示す。
また、スクラビングを行わなかったことを除いて、同様の条件の下で逆抽出を行った同様の結果を表2に示す。
表1、2に示すところから、スクラビング有の表1では、逆抽出後液中のNaイオン濃度が1/3000以下になっており、スクラビングでNaが有効に除去されたことが解かる。
After 6 stages of scrubbing, the pH was adjusted to <1.0 with sulfuric acid at an O/A ratio of 2/1, and 1 stage of back extraction was performed. As a result, Table 1 shows the Li ion concentration and the Na ion concentration in the liquid after back extraction at each time when the back extraction was repeated.
Table 2 shows the same results of back extraction under the same conditions, except that no scrubbing was performed.
As shown in Tables 1 and 2, in Table 1 with scrubbing, the concentration of Na ions in the liquid after back extraction was 1/3000 or less, indicating that Na was effectively removed by scrubbing.

Figure 0007158332000001
Figure 0007158332000001

Figure 0007158332000002
Figure 0007158332000002

上述したようにスクラビングを行って得られた逆抽出後液(硫酸リチウム溶液)から、硫酸リチウムと水酸化バリウムの反応(Li2SO4+Ba(OH)2→2LiOH+BaSO4)にて水酸化リチウムを得た。この水酸化リチウムの品位を表3に示す。これにより、水酸化リチウム中のNa品位が低いことを確認することができた。 From the back-extracted solution (lithium sulfate solution) obtained by scrubbing as described above, lithium hydroxide is removed by the reaction of lithium sulfate and barium hydroxide (Li 2 SO 4 +Ba(OH) 2 →2LiOH+BaSO 4 ). Obtained. Table 3 shows the grade of this lithium hydroxide. As a result, it was confirmed that the Na grade in lithium hydroxide was low.

Figure 0007158332000003
Figure 0007158332000003

Claims (12)

溶媒抽出によりリチウムを濃縮する方法であって、
リチウムイオンの抽出に用いられてリチウムイオン及びナトリウムイオンを含む溶媒を、リチウム溶液でスクラビングするスクラビング工程と、スクラビング工程を経た後の溶媒から、リチウムイオンを逆抽出する逆抽出工程とを有し、
前記スクラビング工程で、リチウムイオン及びナトリウムイオンを含む前記溶媒から、ナトリウムイオンを除去するリチウム濃縮方法。
A method of concentrating lithium by solvent extraction, comprising:
A scrubbing step of scrubbing a solvent containing lithium ions and sodium ions used for extracting lithium ions with a lithium solution, and a back extraction step of back extracting lithium ions from the solvent after the scrubbing step ,
A method for concentrating lithium , wherein the scrubbing step removes sodium ions from the solvent containing lithium ions and sodium ions .
スクラビング工程で、前記溶媒とリチウム溶液が混ざり合った状態でのpHを6.0~8.0とする請求項1に記載のリチウム濃縮方法。 The method for concentrating lithium according to claim 1, wherein in the scrubbing step, the pH of the mixture of the solvent and the lithium solution is adjusted to 6.0 to 8.0. スクラビング工程で、リチウムイオン濃度が1.0g/L~10.0g/Lである前記リチウム溶液を用いる請求項1又は2に記載のリチウム濃縮方法。 3. The method for concentrating lithium according to claim 1, wherein the lithium solution having a lithium ion concentration of 1.0 g/L to 10.0 g/L is used in the scrubbing step. 逆抽出工程で、リチウムイオンの逆抽出に硫酸を用いる請求項1~3のいずれか一項に記載のリチウム濃縮方法。 The method for concentrating lithium according to any one of claims 1 to 3, wherein sulfuric acid is used for back extraction of lithium ions in the back extraction step. スクラビング工程の前に、リチウム溶解液からリチウムイオンを抽出し、リチウムイオン及びナトリウムイオンを含む前記溶媒を得る抽出工程をさらに有する請求項1~4のいずれか一項に記載のリチウム濃縮方法。 The lithium concentration method according to any one of claims 1 to 4, further comprising an extraction step of extracting lithium ions from the lithium solution to obtain the solvent containing lithium ions and sodium ions before the scrubbing step. 前記抽出工程で、pH調整剤としてアルカリ性溶液を用いて、pHを7~8とする請求項5に記載のリチウム濃縮方法。 6. The method for concentrating lithium according to claim 5, wherein in the extraction step, an alkaline solution is used as a pH adjuster to adjust the pH to 7-8. 前記抽出工程で、抽出剤として、ホスホン酸エステル系抽出剤もしくは、リン酸エステル系抽出剤、または、ホスホン酸エステル系抽出剤とリン酸エステル系抽出剤とを混合した抽出剤を用いる、請求項5又は6に記載のリチウム濃縮方法。 4. The extracting step uses, as an extractant, a phosphonate ester-based extractant, a phosphate ester-based extractant, or a mixture of a phosphonate ester-based extractant and a phosphate ester-based extractant. 7. The method for concentrating lithium according to 5 or 6. 前記スクラビング工程の前記リチウム溶液として、逆抽出工程で得られる逆抽出後液を用いる請求項1~のいずれか一項に記載のリチウム濃縮方法。 The method for concentrating lithium according to any one of claims 1 to 7 , wherein a post-back extraction liquid obtained in the back extraction step is used as the lithium solution in the scrubbing step. 逆抽出工程で、pHを0.5~2.0とする、請求項1~のいずれか一項に記載のリチウム濃縮方法。 The method for concentrating lithium according to any one of claims 1 to 8 , wherein the back extraction step is carried out at a pH of 0.5 to 2.0. 請求項1~のいずれか一項に記載のリチウム濃縮方法を用いて、水酸化リチウムを製造する方法であって、
前記逆抽出工程で得られる逆抽出後液であるリチウム濃縮液を、水酸化物で中和する中和工程を有する、水酸化リチウムの製造方法。
A method for producing lithium hydroxide using the lithium concentration method according to any one of claims 1 to 9 ,
A method for producing lithium hydroxide, comprising a neutralization step of neutralizing a lithium concentrated liquid, which is a post-back extraction liquid obtained in the back extraction step, with a hydroxide.
前記水酸化物を水酸化バリウムとする、請求項10に記載の水酸化リチウムの製造方法。 11. The method for producing lithium hydroxide according to claim 10 , wherein the hydroxide is barium hydroxide. 前記スクラビング工程におけるリチウムイオン及びナトリウムイオンを含む前記溶媒が、リチウム溶解液からリチウムイオンを抽出して得られたものであり、
前記リチウム溶解液が、リチウムイオン電池リサイクル原料を焙焼した後に、水または酸性溶液で浸出して得られたものである、請求項10又は11に記載の水酸化リチウムの製造方法。
The solvent containing lithium ions and sodium ions in the scrubbing step is obtained by extracting lithium ions from a lithium solution,
12. The method for producing lithium hydroxide according to claim 10 or 11 , wherein the lithium solution is obtained by leaching with water or an acid solution after roasting a recycled lithium ion battery raw material.
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