JP2018170223A - Processing method of lithium ion battery scrap - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、リチウムイオン電池スクラップの処理方法に関するものであり、特には、リチウムイオン電池スクラップからの所定の金属の回収率を向上させ、資源の更なる有効利用を図ることのできる技術を提案するものである。 The present invention relates to a method for processing lithium ion battery scrap, and in particular, proposes a technique capable of improving the recovery rate of a predetermined metal from lithium ion battery scrap and further utilizing resources effectively. Is.
各種の電子デバイスをはじめとして多くの産業分野で使用されているリチウムイオン電池は、マンガン、ニッケルおよびコバルトを含有するリチウム金属塩を正極活物質として用い、その正極活物質を含む正極材及び負極材の周囲を、アルミニウムを含む筐体で包み込んだものであり、近年は、その使用量の増加および使用範囲の拡大に伴い、電池の製品寿命や製造過程での不良により廃棄される量が増大している状況にある。
かかる状況の下では、大量に廃棄されるリチウムイオン電池スクラップから、上記のニッケルおよびコバルト等の有価金属を、再利用するべく比較的低コストで容易に回収することが望まれる。
Lithium ion batteries used in various industrial fields including various electronic devices use a lithium metal salt containing manganese, nickel and cobalt as a positive electrode active material, and a positive electrode material and a negative electrode material containing the positive electrode active material In recent years, with the increase in the amount of use and the expansion of the range of use, the amount discarded due to defects in the product life of the battery and the manufacturing process has increased. Is in a situation.
Under such circumstances, it is desirable to easily recover valuable metals such as nickel and cobalt from lithium ion battery scrap that is discarded in large quantities at a relatively low cost for reuse.
有価金属の回収のために、廃棄等されたリチウムイオン電池スクラップを処理するには、はじめに、リチウムイオン電池スクラップを焙焼することによって、内部に含まれる有害な電解液を除去して無害化する焙焼工程、及び、その後に破砕、篩別を順に行って、筐体や正極基材に含まれるアルミニウムをある程度除去する破砕・篩別工程を実施する。
次いで、破砕・篩別工程の篩下に得られる粉末状の電池粉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、銅、アルミニウム等を溶液中に溶解させる浸出工程を行う。
To dispose of discarded lithium-ion battery scraps for the recovery of valuable metals, first, the lithium-ion battery scraps are roasted to remove harmful electrolytes contained therein and render them harmless. A roasting step and subsequent crushing and sieving are sequentially performed, and a crushing and sieving step for removing aluminum contained in the casing and the positive electrode substrate to some extent is performed.
Next, the powdered battery powder obtained under the sieving and sieving step is added to the leaching solution and leached, and lithium, nickel, cobalt, manganese, copper, aluminum, and the like that can be contained therein are dissolved in the solution. Perform leaching process.
そしてその後、浸出工程で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回収工程を行う。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、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もしくは中和等を順次に施し、さらには、各段階で得られたそれぞれの溶液に対して、逆抽出、電解、炭酸化その他の処理を施す。具体的には、まずアルミニウムを回収し、続いてマンガンおよび銅、そしてコバルト、その後にニッケルを回収して、最後に水相にリチウムを残すことで、各有価金属を回収することができる。 And after that, the collection | recovery process which isolate | separates each metal element melt | dissolved in the post-leaching liquid obtained at the leaching process is performed. Here, in order to separate each metal leached in the liquid after leaching, the liquid after leaching is sequentially subjected to multiple stages of solvent extraction or neutralization, etc. according to the metal to be separated. Back extraction, electrolysis, carbonation, and other treatments are performed on each solution obtained in (1). Specifically, each valuable metal can be recovered by first recovering aluminum, subsequently recovering manganese and copper, then cobalt, then nickel, and finally leaving lithium in the aqueous phase.
ところで、この種の金属回収技術では、上述した篩別による篩下の電池粉に含まれ得るアルミニウムを可能な限り減らすとともに、篩上に活物質等の回収対象金属が残ってロスとならないように、破砕や篩別その他のアルミニウム除去処理等の条件を重視し、その改善が検討されているも、その多くは複雑な設備ないしプロセスを要し、大幅な投資が必要になる。
この一方で、篩上にも、ある程度の量の回収対象金属が含まれることが多く、この篩上物からも金属を回収することが、資源の更なる有効利用の観点から望ましい。
By the way, in this type of metal recovery technology, the amount of aluminum that can be contained in the battery powder under sieving by sieving as described above is reduced as much as possible, and the recovery target metal such as an active material remains on the sieving so as not to be lost. Although importance is placed on conditions such as crushing, sieving and other aluminum removal treatments, and improvements are being considered, many of them require complex equipment or processes, requiring significant investment.
On the other hand, a certain amount of metal to be collected is often contained on the sieve, and it is desirable from the viewpoint of further effective use of resources to collect the metal from the sieve.
この発明は、このような点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、リチウムイオン電池スクラップを破砕して得られた破砕物を篩別した際に、篩上に残留する篩上物から金属を回収して、資源の更なる有効利用を図ることのできるリチウムイオン電池スクラップの処理方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such points, and the object thereof is to remain on the sieve when the crushed material obtained by crushing lithium ion battery scrap is sieved. An object of the present invention is to provide a method for treating lithium ion battery scrap, which can recover metal from the sieve top and further effectively use resources.
発明者は、リチウムイオン電池スクラップの破砕物を篩別して、篩上に残る篩上物に含まれ得る回収対象金属の状態等について鋭意検討した結果、液体を用いて篩上物を処理して、篩上物から金属粉を剥離させる湿式剥離工程を行うことが有効であることを見出した。 The inventor screened the crushed material of the lithium ion battery scrap, and as a result of earnestly examining the state of the metal to be collected that can be contained in the on-screen material remaining on the screen, as a result of processing the on-screen material using a liquid, It has been found that it is effective to perform a wet stripping process for stripping metal powder from the sieve top.
このような知見の下、この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、リチウムイオン電池スクラップを処理する方法であって、リチウムイオン電池スクラップを破砕する破砕工程と、破砕工程で得られた破砕物を篩別する篩別工程と、篩別工程で篩上に残った篩上物に対し、液体を用いて、前記篩上物から金属粉を剥離させて分離させ、金属粉および分離後液を得る湿式剥離工程とを有するものである。 Under such knowledge, the processing method of the lithium ion battery scrap of the present invention is a method of processing lithium ion battery scrap, a crushing process for crushing lithium ion battery scrap, and a crushed material obtained in the crushing process The sieving step for sieving, and the sieved product remaining on the sieve in the sieving step are separated by separating the metal powder from the sieved product using a liquid, and the metal powder and the separated liquid are separated. A wet stripping step to obtain.
前記湿式剥離工程では、前記篩上物を前記液体に投入し、該液体中で前記篩上物から金属粉を剥離させて分離させることが好ましい。 In the wet stripping step, it is preferable that the sieved product is put into the liquid, and the metal powder is stripped from the sieved product in the liquid and separated.
湿式剥離工程で得られる分離後液のpHは、7〜10とすることが好ましい。 The pH of the post-separation solution obtained in the wet stripping process is preferably 7-10.
上述したリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、湿式剥離工程で得られる分離後液からリチウムを回収するリチウム回収工程をさらに有することが好ましい。 The above-described lithium ion battery scrap processing method preferably further includes a lithium recovery step of recovering lithium from the post-separation liquid obtained in the wet stripping step.
また、上述したリチウムイオン電池スクラップの処理方法では、湿式剥離工程で得られる金属粉から、コバルト、ニッケルおよびマンガンからなる群から選択される少なくとも一種の金属を回収することが好ましい。 In the lithium ion battery scrap treatment method described above, it is preferable to recover at least one metal selected from the group consisting of cobalt, nickel and manganese from the metal powder obtained in the wet stripping process.
湿式剥離工程では、篩上物から金属粉を剥離させた後、金属粉と分離後液とを分離させる前に、ストレーナーにより分離された篩上物から銅及び/又はアルミニウムを含む金属を回収することが好ましい。 In the wet stripping process, after the metal powder is stripped from the sieve top, the metal containing copper and / or aluminum is recovered from the sieve top separated by the strainer before the metal powder and the separated liquid are separated. It is preferable.
この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法によれば、篩別工程で篩上に残った篩上物を該液体中で処理して、篩上物から金属粉を剥離させる湿式剥離工程を行うことにより、篩上に残留する篩上物から金属を回収することができるので、資源の更なる有効利用を図ることができる。 According to the lithium ion battery scrap processing method of the present invention, the wet sieve process is performed in which the sieved material remaining on the sieve in the sieving process is treated in the liquid to separate the metal powder from the sieved product. As a result, the metal can be recovered from the sieved product remaining on the sieve, so that further effective utilization of resources can be achieved.
以下に、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態に係るリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、図1に例示するように、リチウムイオン電池スクラップを加熱して焙焼する焙焼工程と、リチウムイオン電池スクラップを破砕する破砕工程と、破砕工程で得られた破砕物を篩別する篩別工程と、篩別工程で篩上に残った篩上物を液体に投入し、該液体中で前記篩上物から金属粉を剥離させ、固液分離により金属粉および分離後液を得る湿式剥離工程とを有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The lithium ion battery scrap processing method according to one embodiment of the present invention includes, as illustrated in FIG. 1, a roasting step of heating and roasting lithium ion battery scrap, and crushing of lithium ion battery scrap. Step, sieving step of sieving the crushed material obtained in the crushing step, and putting the sieved material remaining on the sieve in the sieving step into the liquid, and removing the metal powder from the sieved product in the liquid A wet peeling step of peeling and obtaining a metal powder and a liquid after separation by solid-liquid separation.
(リチウムイオン電池スクラップ)
この発明で対象とするリチウムイオン電池スクラップは、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等である。より具体的は、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スクラップ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 scrap)
The lithium-ion battery scraps targeted by the present invention are wastes of lithium-ion batteries that can be used in various machines or devices such as mobile phones and other various electronic devices and automobiles. More specifically, for example, those that are discarded or recovered due to the life of a battery product, manufacturing defects, or other reasons, etc., and to effectively utilize resources by targeting such lithium ion battery scrap. Can do.
リチウムイオン電池スクラップとしては、いわゆる電池滓とすることができ、この電池滓にアルミニウム箔付き正極材もしくは正極活物質を混合したものでもよく、また、電池滓を、必要に応じて焙焼し、化学処理し、破砕し、および/もしくは篩別したもの等とすることができる。 The lithium ion battery scrap can be a so-called battery case, which may be a mixture of a positive electrode material with an aluminum foil or a positive electrode active material, and the battery case is roasted as necessary. It can be chemically treated, crushed, and / or sieved.
電池滓には、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。 In addition to a positive electrode active material that is a lithium metal salt containing manganese, nickel, and cobalt, a negative electrode material containing carbon, iron, and copper, and a positive electrode active material include, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) and other organic materials. An aluminum foil (positive electrode base material) applied and fixed by a binder or the like, and a casing containing aluminum as an exterior that wraps around the lithium ion battery 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.
筐体で包み込まれたリチウムイオン電池スクラップは、実質的に正方形もしくは長方形状の平面輪郭形状を有するものとすることができ、この場合、処理前の寸法として、たとえば、縦が40mm〜80mm、横が35mm〜65mm、厚みが4mm〜5mmのものを対象とすることができるが、このような寸法形状のものに限定されない。 The lithium-ion battery scrap wrapped in the housing can have a substantially square or rectangular planar outline shape. In this case, as dimensions before processing, for example, the vertical dimension is 40 mm to 80 mm, and the horizontal dimension. Of 35 mm to 65 mm and a thickness of 4 mm to 5 mm can be targeted.
(焙焼工程)
焙焼工程では、上記のリチウムイオン電池スクラップに対して焙焼処理を施す。この焙焼工程は、リチウムイオン電池スクラップの温度を上昇させ、内部の電解液を除去して無害化すること、ならびに、一般には、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、さらには、リチウムイオン電池スクラップに含まれる有価金属を、浸出工程で浸出させやすい形態に変化させること等を目的として行う。
但し、ここでは、篩上に残留する篩上物から、正極活物質等に含まれる有価金属を回収することを企図するものであるので、篩下の正極活物質の回収率向上を目的とした焙焼工程での過剰な設備投資等は必ずしも必要ではない。
(Roasting process)
In the roasting step, the above-described lithium ion battery scrap is roasted. This roasting process raises the temperature of the lithium ion battery scrap, removes the internal electrolyte and renders it harmless, and generally decomposes the binder that binds the aluminum foil and the positive electrode active material. Accelerates separation of aluminum foil and positive electrode active material during crushing and sieving to increase the recovery rate of positive electrode active material recovered under the sieve, and further leach out valuable metals contained in lithium ion battery scrap It is performed for the purpose of changing to a form that can be easily leached in the process.
However, here, it is intended to recover valuable metals contained in the positive electrode active material, etc., from the material on the sieve remaining on the sieve, so the aim was to improve the recovery rate of the positive electrode active material under the sieve Excessive capital investment in the roasting process is not always necessary.
焙焼工程では通常、リチウムイオン電池スクラップを、450℃以上に維持して加熱する。それにより、正極活物質のリチウム金属塩(コバルト系の場合はLiCoO2)が分解され、多くのコバルトを、酸浸出しやすい酸化コバルト(CoO)や単体コバルトの形態とすることができる。一方、この際の温度が高すぎると、融点が660℃のアルミニウムが融解するので、温度は、たとえば、リチウムイオン電池スクラップの筐体の表面温度で測って、450℃〜650℃程度とし、この温度を20分〜120分程度維持することができる。 In the roasting process, the lithium ion battery scrap is usually heated at 450 ° C. or higher. As a result, the lithium metal salt of the positive electrode active material (LiCoO 2 in the case of cobalt) is decomposed, and a large amount of cobalt can be made into a form of cobalt oxide (CoO) or simple substance cobalt that is liable to acid leaching. On the other hand, if the temperature at this time is too high, the aluminum having a melting point of 660 ° C. melts, so that the temperature is, for example, about 450 ° C. to 650 ° C. as measured by the surface temperature of the lithium ion battery scrap housing. The temperature can be maintained for about 20 minutes to 120 minutes.
(破砕工程)
次いで、主として、上述したように焙焼したリチウムイオン電池スクラップの筐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、破砕工程を行う。それにより、リチウムイオン電池スクラップが破砕されて、破砕物が得られる。
(Crushing process)
Next, a crushing step is performed mainly for destroying the case of the lithium ion battery scrap roasted as described above and selectively separating the positive electrode active material from the aluminum foil coated with the positive electrode active material. Thereby, a lithium ion battery scrap is crushed and a crushed material is obtained.
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、特に、リチウムイオン電池スクラップ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を用いることが好ましい。この衝撃式の粉砕機としては、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スクラップは、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。 Here, various known apparatuses or devices can be used. In particular, it is preferable to use an impact-type pulverizer that can crush lithium ion battery scrap while applying an impact while cutting. Examples of the impact type pulverizer include a sample mill, a hammer mill, a pin mill, a wing mill, a tornado mill, and a hammark crusher. Note that a screen can be installed at the exit of the pulverizer, whereby the lithium ion battery scrap is discharged from the pulverizer through the screen when pulverized to a size that can pass through the screen.
(篩別工程)
破砕工程の後、適切な目開きの篩を用いて破砕物を篩別する篩別工程を行う。それにより、一般に、篩下には、上記の破砕工程でアルミニウムから分離された細かい粉状の正極活物質が多く存在し、この一方で、篩上には、それよりも大きな粒状のアルミニウム箔や銅箔が残留する。
(Sieving process)
After the crushing step, a sieving step of sieving the crushed material using a sieve with an appropriate opening is performed. Accordingly, generally, there are many fine powdery positive electrode active materials separated from aluminum in the above crushing step under the sieve, and on the other hand, larger granular aluminum foil and Copper foil remains.
篩別工程では一般に、篩下物に含まれるアルミニウム品位が10質量%以下となるように、篩別に用いる篩の目開きを設定する。より典型的には、篩下物中のアルミニウム品位が6質量%以下とすることがある。また、コバルト回収率を高め、そのような篩下物のアルミニウム品位となるように、先述の焙焼工程、破砕工程と合わせて条件を総合的に制御する。
具体的には、たとえば目開きが1〜4mmの篩、典型的には1〜2mmの篩により篩別を行うことができる。これにより、篩下物中のアルミニウム及び鉄の量を少なくなって、篩下物の処理が良好になる。
In the sieving step, generally, the opening of the sieving used for sieving is set so that the aluminum quality contained in the under sieve is 10% by mass or less. More typically, the aluminum quality in the under sieve may be 6% by mass or less. In addition, the conditions are comprehensively controlled in combination with the above-described roasting step and crushing step so as to increase the cobalt recovery rate and achieve the aluminum quality of such a sieved product.
Specifically, for example, sieving can be performed with a sieve having an opening of 1 to 4 mm, typically 1 to 2 mm. Thereby, the amount of aluminum and iron in the under sieve is reduced, and the treatment of the under sieve is improved.
但し、上記のように篩の目開きを設定しても、篩上物に回収対象の金属がある程度含まれることは否めず、このような篩上物から金属を回収するべく以下の工程を実施する。篩上物にごく微量であっても回収対象の金属が含まれる場合は、この発明を適用することが有効であり、上述した条件に限定されるものではない。 However, even if the opening of the sieve is set as described above, it cannot be denied that the metal to be recovered is included in the sieved object to some extent, and the following steps are carried out in order to recover the metal from the sieved object. To do. Even if the sieve top contains a very small amount of the metal to be collected, it is effective to apply the present invention and is not limited to the above-described conditions.
(湿式剥離工程)
篩別工程の篩上物として残留するアルミニウム箔や銅箔には、破砕工程で分離されなかった正極活物質等の有価金属がある程度付着しており、この発明では、このような篩上物から所定の金属を回収するため、篩上物に対して湿式剥離工程の処理を施す。
仮にリチウムイオン電池スクラップが三元系の正極材を有する物である場合、篩上物中には、たとえば、コバルトが10質量%〜50質量%、ニッケルが5質量%〜20質量%、マンガンが0.1質量%〜5質量%、リチウムが0.1質量%〜5質量%、アルミニウムが10質量%〜50質量%、銅が10質量%〜30質量%で含まれることがある。
(Wet peeling process)
Valuable metals such as positive electrode active materials that were not separated in the crushing process are adhered to the aluminum foil and copper foil remaining as the sieve product in the sieving process. In order to recover a predetermined metal, the wet stripping process is performed on the sieved product.
If the lithium ion battery scrap has a ternary positive electrode material, for example, 10% to 50% by mass of cobalt, 5% to 20% by mass of nickel, 0.1 mass%-5 mass%, 0.1 mass%-5 mass% of lithium, 10 mass%-50 mass% of aluminum, and 10 mass%-30 mass% of copper may be contained.
湿式剥離工程では、水、又は酸性水溶液の所定の液体を用いて、篩上物のアルミニウム箔や銅箔等に付着している金属を剥離させる。篩下物を洗った後の水溶液はリチウムが溶けてアルカリ性になるので、後述するように分離後液のpHが7〜10となるように、液体は、水又は酸性水溶液が望ましく、また、pH調整のため、湿式剥離工程後の水溶液に酸を加えてもよい。ここで、液体を用いるのは、液体により箔上の金属粉に作用する力に基き、該金属粉をアルミニウム箔等から分離させるためである。 In the wet peeling process, the metal adhering to the aluminum foil or copper foil of the sieve top is peeled off using a predetermined liquid such as water or an acidic aqueous solution. Since the aqueous solution after washing the under sieve becomes alkaline due to the dissolution of lithium, the liquid is preferably water or an acidic aqueous solution so that the pH of the liquid after separation is 7 to 10 as described later. For adjustment, an acid may be added to the aqueous solution after the wet peeling step. Here, the liquid is used to separate the metal powder from the aluminum foil or the like based on the force acting on the metal powder on the foil by the liquid.
たとえば、液体を溜めた槽内に篩上物を投入し、たとえば、槽内の羽根ないしドラム等の回転による撹拌、振とう等により、液体の水流や、液体中での篩上物同士の衝突等による箔上の金属粉への力の作用により、篩上物のアルミニウム箔等から、そこに付着している金属を剥離させることができる。なお超音波を用いて液体を撹拌ないし振とうしてもよい。あるいは、篩上物に対して液体を噴射し、その衝撃力に基いて箔上の金属粉を剥離させることもできる。いずれにしても、液体を用いることにより、液体と篩上物を混合させることができる。篩上物と液体とが比較的大きな力で接触すれば、噴射、撹拌等といったその具体的な態様は問わない。
そしてその後、固液分離を行って金属粉と分離後液とを分離させ、それらをそれぞれ得ることができる。
For example, a sieve is put into a tank in which liquid is stored, and the liquid water flow or collision between sieves in the liquid occurs, for example, by stirring or shaking by rotating blades or drums in the tank. By the action of force on the metal powder on the foil due to the above, the metal adhering to the aluminum foil or the like on the sieve can be peeled off. The liquid may be stirred or shaken using ultrasonic waves. Or a liquid can be sprayed with respect to a sieve top thing, and the metal powder on foil can also be peeled based on the impact force. In any case, the liquid and the sieved product can be mixed by using the liquid. As long as the screened product and the liquid come into contact with each other with a relatively large force, specific modes such as jetting and stirring are not limited.
And after that, solid-liquid separation can be performed to separate the metal powder and the separated liquid and obtain them respectively.
これにより、篩別工程の篩上に残った正極活物質等の有価金属を含む金属粉を、アルミニウム箔等から有効に分離できるので、リチウムイオン電池スクラップからの有価金属の回収率を高めることができて、リサイクルの観点から有利である。また、これまでに、篩上に有価金属ができる限り残らないようにしてロスを減らす種々の手法が提案されているも、この発明では、そのような手法に必要な設備やプロセスの複雑化、それによる大きな投資を要せずに、簡便なプロセスにて回収率向上を実現することができる。 As a result, metal powder containing valuable metals such as positive electrode active material remaining on the sieve in the sieving step can be effectively separated from aluminum foil and the like, so that the recovery rate of valuable metals from lithium ion battery scrap can be increased. This is advantageous from the viewpoint of recycling. In addition, various methods have been proposed so far that valuable metals are not left on the sieve so as to reduce loss, but in the present invention, the facilities and processes required for such a method are complicated, The recovery rate can be improved by a simple process without requiring a large investment.
しかもここでは、液体を用いる湿式剥離とすることにより、特定化学物質であるニッケル、コバルト、マンガン等の粉塵が生じ難くなり、安全衛生の観点でも有効である。
さらに、湿式処理とすることにより、後述するように、篩上物に含まれることのあるリチウムが液体中に溶解し、リチウムを溶液で回収できるという利点もある。
In addition, here, wet peeling using a liquid makes it difficult for dusts such as nickel, cobalt, and manganese, which are specific chemical substances, to occur, which is also effective from the viewpoint of safety and health.
Furthermore, the wet treatment has an advantage that lithium that may be contained in the sieved product is dissolved in the liquid and lithium can be recovered in the solution, as will be described later.
篩上物を投入した液体を撹拌ないし振とうすると、液体と篩上物とを有効に混合させることができるとともに、撹拌等による力ないし、篩上物を構成する粒子同士の衝突等による衝撃で、アルミニウム箔等から正極活物質を効果的に剥ぎ取ることができる。但し、この撹拌等によりアルミニウム箔や銅箔が細かく粉砕されてしまうと、得られる金属粉中の銅やアルミニウム品位が増加するので留意が必要である。 When stirring or shaking the liquid charged with the sieved product, the liquid and the sieved product can be mixed effectively, and the force of stirring or the like can be used. The positive electrode active material can be effectively peeled off from aluminum foil or the like. However, it should be noted that if the aluminum foil or copper foil is finely pulverized by this stirring or the like, the copper or aluminum quality in the obtained metal powder increases.
このような撹拌等により、液体中で篩上物から金属粉を十分に剥離させた後は、当該液体をストレーナーで濾して、ストレーナーの篩上物から、そこに含まれる銅及びアルミニウムのうちの少なくとも一種を含む金属、たとえば、銅箔やアルミニウム箔等の銅滓、アルミニウム滓を回収することが好ましい。
ここで用いるストレーナーは、金属粉が篩下に、銅箔やアルミニウム箔等が篩上になるような篩目であればよく、例えば、最初の篩別工程の篩と同じ目であってもよいとすることが好適である。
After the metal powder is sufficiently peeled from the sieve top in the liquid by such stirring, etc., the liquid is filtered with a strainer, and from the sieve top of the strainer, of the copper and aluminum contained therein It is preferable to collect a metal containing at least one kind, for example, a copper foil such as a copper foil or an aluminum foil, or an aluminum foil.
The strainer used here may be a sieve having metal powder under the sieve and copper foil or aluminum foil etc. on the sieve. For example, the strainer may be the same as the sieve in the first sieving step. Is preferable.
そしてその後、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い、金属粉と分離後液とに分離させる。それにより、金属粉からは銅やアルミニウムが十分に除去され、またリチウムも液体に溶けて除去される。
リチウムイオン電池スクラップが三元系の正極材を有する物である場合を例として述べると、この金属粉には、たとえば、コバルトが5質量%〜30質量%、ニッケルが5質量%〜30質量%、マンガンが5質量%〜30質量%、リチウムが1質量%〜15質量%、アルミニウムが1質量%〜30質量%、銅が1質量%〜30質量%で含まれる。
Thereafter, solid-liquid separation is performed using a known apparatus and method such as a filter press or thickener to separate the metal powder from the separated liquid. Thereby, copper and aluminum are sufficiently removed from the metal powder, and lithium is also dissolved in the liquid and removed.
When the case where the lithium ion battery scrap has a ternary positive electrode material is described as an example, this metal powder includes, for example, 5 mass% to 30 mass% of cobalt and 5 mass% to 30 mass% of nickel. Manganese is contained in an amount of 5 to 30% by mass, lithium is contained in an amount of 1 to 15% by mass, aluminum is contained in an amount of 1 to 30% by mass, and copper is contained in an amount of 1 to 30% by mass.
(リチウム回収工程)
湿式剥離工程での上述したような処理により、液体中に、篩上物に含まれ得るリチウムが溶解したことにより、分離後液はリチウム溶解液となっていることがある。この場合、当該分離後液からリチウムを回収することが好ましい。分離後液のリチウム濃度は、たとえば0.5g/L〜10g/Lである場合がある。
(Lithium recovery process)
The liquid after separation may be a lithium-dissolved solution due to the dissolution of lithium that can be contained in the sieved product in the liquid by the treatment as described above in the wet peeling step. In this case, it is preferable to recover lithium from the separated solution. The lithium concentration in the separated liquid may be, for example, 0.5 g / L to 10 g / L.
分離後液のpHは、7〜10であることが好ましい。pHが低すぎると、Co、Niなどを含む重金属やAlなどの不純物がLi浸出液中に溶出することとなり、またpHが高すぎると、AlがLi浸出液中に溶出するからである。それ故に、より好ましくは、分離後液のpHは8〜9である。 The pH of the liquid after separation is preferably 7-10. If the pH is too low, impurities such as heavy metals including Co and Ni and Al will elute in the Li leaching solution, and if the pH is too high, Al will elute in the Li leaching solution. Therefore, more preferably, the pH of the post-separation solution is 8-9.
分離後液からのリチウムの回収は、公知の様々な手法により行うことが可能であるが、たとえば、炭酸塩の添加ないし炭酸ガスの吹込み等によりリチウムを炭酸化して、炭酸リチウムとして回収することができる。 Lithium can be recovered from the liquid after separation by various known techniques. For example, lithium can be carbonated by adding carbonate or blowing carbon dioxide, and recovered as lithium carbonate. Can do.
(篩下物の処理)
篩下物に対しては一般的な方法により処理を施し、これからコバルト、ニッケル、マンガン等の有価金属を回収することができる。
その一例としては、篩上物を浸出液に添加して浸出し、その浸出後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、炭酸化等を行うことができる。
(Processing under sieve)
The under sieve is treated by a general method, and valuable metals such as cobalt, nickel and manganese can be recovered therefrom.
As an example, the sieving material is added to the leaching solution and leached, the solution after leaching is subjected to multiple stages of solvent extraction or neutralization, and the solution obtained in each stage is back-extracted. Electrolysis, carbonation, etc. can be performed.
次に、この発明を試験的に実施し、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するものであって、それに限定されることを意図するものではない。 Next, the present invention was experimentally implemented and its effects were confirmed and will be described below. However, the description here is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting.
図2に示すように、125gの篩上物を500mLの水に投入し、1000mLの容器に入れて振とうさせたところ、その状態ではpHは11.5だったため、硫酸を添加しpHを8.1に調整した。これに対し、ストレーナーとしての目開き850μmの篩で一次濾過を行った。それにより得られたスラリーを、5種Aの濾紙にて濾す二次濾過を行って、金属粉と濾液を得た。
金属粉の品位を表1に、濾液中の各物質の濃度を表2にそれぞれ示す。
As shown in FIG. 2, 125 g of sieved material was put into 500 mL of water and shaken in a 1000 mL container. Since the pH was 11.5 in this state, sulfuric acid was added to adjust the pH to 8 Adjusted to .1. On the other hand, primary filtration was performed with a sieve having an opening of 850 μm as a strainer. The resulting slurry was subjected to secondary filtration by filtering with 5 types A filter paper to obtain a metal powder and a filtrate.
Table 1 shows the quality of the metal powder, and Table 2 shows the concentration of each substance in the filtrate.
以上の結果より、篩上物からも有価金属を有効に回収できることが解かる。よって、この発明によれば、資源の更なる有効利用を図ることができることが解かった。 From the above results, it can be seen that valuable metals can be effectively recovered from the sieve top. Therefore, according to the present invention, it has been found that further effective utilization of resources can be achieved.
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