JP7360091B2 - 溶媒抽出方法およびコバルト水溶液の製造方法 - Google Patents
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Description
または、本発明は、コバルトロスを低減できるコバルト水溶液の製造方法を提供することを目的とする。
第2発明の溶媒抽出方法は、第1発明において、前記ニッケル回収段の前に、コバルトを含む粗ニッケル水溶液とニッケルを担持した前記酸性抽出剤とを接触させて、前記粗ニッケル水溶液中のコバルトと前記酸性抽出剤中のニッケルとを置換し、高純度ニッケル水溶液を得る交換段を備えることを特徴とする。
第3発明の溶媒抽出方法は、第2発明において、前記粗ニッケル水溶液は粗硫酸ニッケル水溶液であり、前記高純度ニッケル水溶液は高純度硫酸ニッケル水溶液であることを特徴とする。
第4発明の溶媒抽出方法は、第1~第3発明のいずれかにおいて、前記酸性抽出剤は燐酸エステル系酸性抽出剤であることを特徴とする。
第5発明のコバルト水溶液の製造方法は、不純物として少なくともコバルトおよび鉄を含む粗ニッケル水溶液に中和剤を添加して、酸化中和反応により前記不純物の一部を除去する脱鉄工程と、前記脱鉄工程後の前記粗ニッケル水溶液とニッケルを担持した酸性抽出剤とを接触させて、前記粗ニッケル水溶液中のコバルトと前記酸性抽出剤中のニッケルとを置換し、高純度ニッケル水溶液を得る交換段と、前記交換段から排出された酸性抽出剤と酸とを接触させて、ニッケルを逆抽出してニッケル回収液を得るニッケル回収段と、前記ニッケル回収段から排出された酸性抽出剤と酸とを接触させて、コバルトを逆抽出してコバルト水溶液を得るコバルト回収段と、前記ニッケル回収液を中和してニッケルおよびコバルトを含む中和澱物と中和濾液とを得る中和工程と、を備え、前記中和澱物は前記中和剤の一部として前記脱鉄工程に供給され、前記ニッケル回収段における抽出温度を47~60℃とし、前記ニッケル回収段における前記ニッケル回収液のpHを3~4とすることを特徴とする。
第5発明によれば、ニッケル回収液のコバルト濃度が低くなり、中和濾液のコバルト濃度が低下する。そのため、コバルトロスを低減できる。
本発明の一実施形態に係る溶媒抽出方法は、例えば、不純物として少なくともコバルトを含む粗ニッケル水溶液から不純物を除去して高純度ニッケル水溶液を得るのに用いられる。
高純度硫酸ニッケル水溶液は、例えば、図1に示すプロセスで製造される。
原料としてニッケル・コバルト混合硫化物(MS:ミックスサルファイド)が用いられる。低品位ラテライト鉱などのニッケル酸化鉱石を加圧酸浸出(HPAL:High Pressure Acid Leaching)し、浸出液から鉄などの不純物を除去した後、硫化水素ガスを浸出液に吹き込むことで硫化反応を生じさせ、ニッケル・コバルト混合硫化物が得られる。
加圧浸出工程では、ニッケル・コバルト混合硫化物を含むスラリーを、オートクレーブで加圧浸出する。浸出条件は、例えば圧力(ゲージ圧)1.8~2.0MPaG、温度140~180℃である。加圧浸出により、ニッケル・コバルト混合硫化物に含まれるニッケル、コバルト、その他の不純物が浸出され、粗硫酸ニッケル水溶液が得られる。
脱鉄工程では、酸化中和反応により粗硫酸ニッケル水溶液に含まれる不純物、主に鉄を中和澱物として除去する。酸化剤として空気を用いることができる。中和剤として、消石灰、水酸化ニッケル、水酸化ナトリウム、炭酸カルシウムなどが用いられる。
溶媒抽出工程では、溶媒抽出により脱鉄工程後の粗硫酸ニッケル水溶液から不純物を除去して高純度硫酸ニッケル水溶液を得る。得られた高純度硫酸ニッケル水溶液は、その後、用途に応じた処理に付される。例えば、高純度硫酸ニッケル水溶液は、晶析装置を用いて濃縮、晶析され、硫酸ニッケル結晶となる。また、高純度硫酸ニッケル水溶液は、水溶液のままの状態で二次電池の正極材料の製造に用いられる。
抽出段には洗浄段から洗浄後液が供給される。洗浄後液は硫酸ニッケル水溶液である。抽出段では、洗浄後液中のニッケルを有機相に抽出し、酸性抽出剤にニッケルを担持させる。得られた有機相をニッケル保持有機相と称する。洗浄後液にはカルシウム、マグネシウムなどのニッケルよりも低いpHで有機相に抽出される不純物が含まれている。抽出段ではこれらの不純物も有機相に抽出される。そのため、ニッケル保持有機相にはこれらの不純物も含まれている。
2R-H+Ni2+→R2-Ni+2H+ ・・・(1)
抽出段で得られたニッケル保持有機相は洗浄段に送られる。洗浄段では、ニッケル保持有機相を、ニッケルを含有する洗浄液で洗浄する。洗浄液は交換段にて精製された高純度硫酸ニッケル水溶液の一部を水で希釈したものである。晶析装置を用いて高純度硫酸ニッケル水溶液から硫酸ニッケル結晶を製造する場合には、晶析工程から排出された母液を水で希釈したものを洗浄液の一部または全部として用いてもよい。洗浄後液は抽出段に供給される。
交換段では、洗浄後のニッケル保持有機相(ニッケルを担持した酸性抽出剤)と脱鉄工程後の粗硫酸ニッケル水溶液とを接触させて、ニッケル保持有機相中のニッケルと粗硫酸ニッケル水溶液中の不純物(コバルトなど)とを置換し、高純度硫酸ニッケル水溶液を得る。
R2-Ni+Co2+→R2-Co+Ni2+ ・・・(2)
ニッケル回収段では、置換後有機相(ニッケルおよびコバルトを担持した酸性抽出剤)と酸とを接触させて、有機相に担持されたニッケルの大部分を逆抽出してニッケル回収液を得る。酸として硫酸、塩酸などが用いられる。逆抽出反応後のニッケル回収液のpHが3~4となるよう調整することが好ましい。ニッケル回収液にはコバルト、マグネシウムなどの不純物も含まれる。
ニッケルを逆抽出した後のニッケル回収後有機相はコバルト回収段に送られる。コバルト回収段では、有機相と酸とを接触させて、有機相に担持されたコバルトを逆抽出してコバルト水溶液を得る。酸として硫酸、塩酸などが用いられる。逆抽出反応後のコバルト水溶液のpHが1.0程度となるよう調整することが好ましい。酸として塩酸を用いた場合、コバルト水溶液は塩化コバルト水溶液である。コバルト水溶液には、有機相に含まれるマグネシウム、カルシウム、銅、亜鉛などの不純物の一部、およびニッケルも同時に逆抽出されている。
コバルトを逆抽出した後のコバルト回収後有機相は逆抽出段に送られる。逆抽出段では、有機相に硫酸を添加して有機相に残存する不純物を除去する。逆抽出段で不純物が除去された有機相は、抽出段と交換段とに繰り返し供給される。
図3に示すように、溶媒抽出工程のニッケル回収段で得られたニッケル回収液は中和工程に送られる。中和工程ではニッケル回収液をアルカリで中和して、ニッケル回収液に含まれるニッケルおよびコバルトを水酸化物として回収する。固液分離により得られた中和澱物(ニッケルおよびコバルトの混合水酸化物)は、中和剤の一部として脱鉄工程に供給される(図1参照)。これにより、有価物であるニッケルおよびコバルトを回収する。
中和工程から排出された中和濾液、および溶媒抽出工程の逆抽出段から排出された逆抽出液は排水処理工程で処理される。排水処理工程では中和濾液および逆抽出液に中和剤を添加して中和し、重金属イオンを水酸化物として固定する。水酸化物を除去した後の無害化された液は排水として系外に排出される。排水処理工程から排出される水酸化物、すなわち排水澱物は、有価物であるニッケルおよびコバルトの含有率が低く、もはや回収対象とはならない。排水澱物は、乾式製錬工程に送られた後、スラグの一部として安定化され、廃棄される。
溶媒抽出工程のニッケル回収段では、酸性抽出剤に担持されたニッケルおよびコバルトのうち、ニッケルを選択的に逆抽出することにより、ニッケルとコバルトとを分離する。本願発明者らは、ニッケルの有機溶媒への分配率は抽出温度にほとんど依存せず、コバルトは抽出温度が高くなるほど有機溶媒への分配率が高くなるとの知見を得た。これより、ニッケル回収段における抽出温度を高くすることで、ニッケルとコバルトの分離性が向上することを見出した。
溶媒抽出により粗硫酸ニッケル水溶液に含まれる不純物を除去して高純度硫酸ニッケル水溶液を得た。溶媒抽出工程のニッケル回収段を4基のミキサーセトラーを用いた向流多段抽出方式により行なった。酸性抽出剤として2-エチルヘキシルホスホン酸モノ-2-エチルヘキシルを用いた。
Claims (5)
- ニッケルおよびコバルトを担持した酸性抽出剤と酸とを接触させて、ニッケルを逆抽出してニッケル回収液を得るニッケル回収段を備え、
前記ニッケル回収段における抽出温度を47~60℃とし、
前記ニッケル回収段における前記ニッケル回収液のpHを3~4とする
ことを特徴とする溶媒抽出方法。 - 前記ニッケル回収段の前に、コバルトを含む粗ニッケル水溶液とニッケルを担持した前記酸性抽出剤とを接触させて、前記粗ニッケル水溶液中のコバルトと前記酸性抽出剤中のニッケルとを置換し、高純度ニッケル水溶液を得る交換段を備える
ことを特徴とする請求項1記載の溶媒抽出方法。 - 前記粗ニッケル水溶液は粗硫酸ニッケル水溶液であり、
前記高純度ニッケル水溶液は高純度硫酸ニッケル水溶液である
ことを特徴とする請求項2記載の溶媒抽出方法。 - 前記酸性抽出剤は燐酸エステル系酸性抽出剤である
ことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の溶媒抽出方法。 - 不純物として少なくともコバルトおよび鉄を含む粗ニッケル水溶液に中和剤を添加して、酸化中和反応により前記不純物の一部を除去する脱鉄工程と、
前記脱鉄工程後の前記粗ニッケル水溶液とニッケルを担持した酸性抽出剤とを接触させて、前記粗ニッケル水溶液中のコバルトと前記酸性抽出剤中のニッケルとを置換し、高純度ニッケル水溶液を得る交換段と、
前記交換段から排出された酸性抽出剤と酸とを接触させて、ニッケルを逆抽出してニッケル回収液を得るニッケル回収段と、
前記ニッケル回収段から排出された酸性抽出剤と酸とを接触させて、コバルトを逆抽出してコバルト水溶液を得るコバルト回収段と、
前記ニッケル回収液を中和してニッケルおよびコバルトを含む中和澱物と中和濾液とを得る中和工程と、を備え、
前記中和澱物は前記中和剤の一部として前記脱鉄工程に供給され、
前記ニッケル回収段における抽出温度を47~60℃とし、
前記ニッケル回収段における前記ニッケル回収液のpHを3~4とする
ことを特徴とするコバルト水溶液の製造方法。
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