KR20190076677A - Manufacturing method for lithium phosphate - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 리튬 함유 용액을 알루미늄계 흡착제에 통과시켜 리튬이 흡착된 흡착제를 제조하는 단계, 상기 리튬이 흡착된 흡착제에 증류수를 통과시켜 리튬 함유 탈착액을 수득하는 단계, 상기 리튬 함유 탈착액을 전기투석기에 투입하여 리튬 함유 농축액을 수득하는 단계, 상기 리튬 함유 농축액에 침전제를 투입하여 불순물을 제거하는 단계, 및 상기 불순물이 제거된 농축액을 바이폴라 전기투석기에 투입하여 수산화리튬 수용액을 수득하는 단계를 포함하는 수산화리튬의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing a lithium-containing desorbent, comprising the steps of: passing a lithium-containing solution through an aluminum-based adsorbent to produce an adsorbent on which lithium is adsorbed; passing distilled water through the adsorbent on which lithium is adsorbed to obtain a lithium- Adding a precipitant to the lithium-containing concentrate to remove impurities, and introducing the concentrate from which the impurities have been removed into a bipolar electrodialyzer to obtain an aqueous solution of lithium hydroxide, To a process for producing lithium hydroxide.
Description
본 발명의 구현예들은 수산화리튬의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 염수로부터 효과적으로 수산화리튬을 제조하는 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention are directed to a process for preparing lithium hydroxide, and more particularly, to a process for effectively producing lithium hydroxide from brine.
최근 전기차 등 관련 시장의 급속한 성장에 따라 리튬이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 따라서, 리튬이차전지의 핵심 원료인 리튬의 원료 물질 중 하나인 수산화리튬의 수요도 급증하고 있다. Recently, the demand for lithium secondary batteries has been rapidly increasing due to the rapid growth of related markets such as electric cars. Therefore, the demand for lithium hydroxide, which is one of the raw materials for lithium which is a core raw material of lithium secondary batteries, is also increasing rapidly.
이러한 수산화리튬은 칠레나 아르헨티나 등의 제한된 지역에서 생산되는 탄산리튬을 이용하여 수산화칼슘 등으로 화학적 전환을 거친 후 수산화리튬으로 생산되고 있으며, 원료 물질로부터 직접 생산이 불가능한 것으로 알려져 있다.Such lithium hydroxide is chemically converted to lithium hydroxide using lithium carbonate produced in a limited area such as Chile or Argentina, and is produced as lithium hydroxide, and it is known that it can not be directly produced from raw materials.
이는 염수 중의 Na 농도가 매우 높기 때문에 전기화학적인 방법을 이용하는 것이 매우 비효율적이기 때문이다.This is because it is very inefficient to use an electrochemical method because the Na concentration in the brine is very high.
따라서, 리튬 함유 용액으로부터 경제적이고 효율적으로 수산화리튬을 제조할 수 있는 기술의 개발이 시급하다. Therefore, it is urgent to develop a technique for economically and efficiently producing lithium hydroxide from a lithium-containing solution.
본 실시예들은 리튬 함유 용액으로부터 경제적이고 효율적으로 수산화리튬을 제조할 수 있는 제조방법을 제공하고자 한다.The present embodiments are intended to provide a production method capable of economically and efficiently producing lithium hydroxide from a lithium-containing solution.
본 발명의 일 구현예에서는, 리튬 함유 용액을 알루미늄계 흡착제에 통과시켜 리튬이 흡착된 흡착제를 제조하는 단계, 상기 리튬이 흡착된 흡착제에 증류수를 통과시켜 리튬 함유 탈착액을 수득하는 단계, 상기 리튬 함유 탈착액을 전기투석기에 투입하여 리튬 함유 농축액을 수득하는 단계, 상기 리튬 함유 농축액에 침전제를 투입하여 불순물을 제거하는 단계, 및 상기 불순물이 제거된 농축액을 바이폴라 전기투석기에 투입하여 수산화리튬 수용액을 수득하는 단계를 포함하는 수산화리튬의 제조방법을 제공한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a process for producing a lithium-containing adsorbent, comprising the steps of: passing a lithium-containing solution through an aluminum-based adsorbent to produce an adsorbent on which lithium is adsorbed; passing distilled water through the adsorbent on which lithium is adsorbed to obtain a lithium- Containing concentrate to obtain a lithium-containing concentrate; removing the impurities by adding a precipitant to the lithium-containing concentrate; and introducing the concentrate from which the impurities have been removed into a bipolar electrodialyzer to form a lithium hydroxide aqueous solution ≪ / RTI > to provide a process for preparing lithium hydroxide.
실시예들에 따르면, 알루미늄계 흡착제를 이용하여 리튬 함유 용액으로부터 리튬을 흡착시킨 후 전기투석을 이용한 농축 공정을 진행한 후 수산화리튬을 제조하기 때문에 리튬 함량이 낮은 용액으로부터도 경제적이고 효율적으로 수산화리튬을 제조할 수 있다.According to the embodiments, since lithium is adsorbed from a lithium-containing solution using an aluminum-based adsorbent, and then subjected to a concentration process using electrodialysis, lithium hydroxide is produced. Therefore, lithium hydroxide Can be prepared.
도 1은 일 실시예에 따른 수산화리튬의 제조방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 일 실시예에 따른 수산화리튬의 제조방법에서 바이폴라 전기투석기를 이용하여 수산화리튬 수용액을 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다. 1 schematically shows a method for producing lithium hydroxide according to one embodiment.
FIG. 2 is a schematic view illustrating a method of producing a lithium hydroxide aqueous solution using a bipolar electrodialyser in the method for producing lithium hydroxide according to one embodiment.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용 이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, since the sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Also, throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. It will be understood that when an element such as a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the element directly over another element, Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.
이하 본 발명의 실시예에 따른 수산화리튬의 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for producing lithium hydroxide according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 일 실시예에 따른 수산화리튬의 제조방법을 개략적으로 나타낸 것이다.1 schematically shows a method for producing lithium hydroxide according to one embodiment.
도 1을 참고하면, 본 기재의 일 실시예에 따른 수산화리튬의 제조방법은, 리튬 함유 용액으로부터 리튬을 흡착시키는 단계(S10), 리튬 함유 탈착액을 수득하는 단계(S20), 리튬 함유 농축액을 수득하는 단계(S30), 불순물을 제거하는 단계(S40) 및 수산화리튬 수용액을 수득하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.1, a method for producing lithium hydroxide according to an embodiment of the present invention comprises the steps of (S10) adsorbing lithium from a lithium-containing solution, (S20) obtaining a lithium-containing desorbing solution, (S30), removing impurities (S40), and obtaining a lithium hydroxide aqueous solution (S50).
먼저, 리튬 함유 용액으로부터 리튬을 흡착시키는 단계(S10)를 수행한다. First, a step (S10) of adsorbing lithium from a lithium-containing solution is performed.
구체적으로, 리튬 함유 용액을 알루미늄계 흡착제에 통과시켜 상기 알루미늄계 흡착제에 리튬을 흡착시킨다.Specifically, the lithium-containing solution is passed through an aluminum-based adsorbent to adsorb lithium on the aluminum-based adsorbent.
이때, 상기 리튬 함유 용액의 리튬 농도는 0.1g/L 내지 2.0g/L, 보다 구체적으로 0.3g/L 내지 1.0g/L 범위일 수 있다. 리튬 함유 용액의 리튬 농도가 0.1g/L 미만인 경우 흡착 속도가 느려 생산성이 감소할 수 있다. 또한, 리튬 함유 용액의 리튬 농도가 2.0g/L를 초과하는 경우, 생산성은 증가하나 흡착제 소모량이 증가하여 상대적으로 경제성이 감소하는 문제점이 있다. 따라서, 리튬 함유 용액에 포함되는 리튬 농도는 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다. At this time, the lithium concentration of the lithium-containing solution may be in the range of 0.1 g / L to 2.0 g / L, more specifically, 0.3 g / L to 1.0 g / L. When the lithium concentration of the lithium-containing solution is less than 0.1 g / L, the adsorption rate is slow and productivity may be reduced. When the lithium concentration of the lithium-containing solution exceeds 2.0 g / L, the productivity is increased but the consumption of the adsorbent is increased and the economical efficiency is relatively decreased. Therefore, it is preferable that the lithium concentration contained in the lithium-containing solution satisfies the above range.
상기 알루미늄계 흡착제는 상기 리튬 함유 용액에 용존하고 있는 리튬을 흡착하기 위한 것으로, 예를 들면, 수산화 알루미늄을 포함할 수 있다. 본 실시예와 같이 수산화 알루미늄을 포함하는 알루미늄계 흡착제를 사용하는 경우, 리튬 함유 용액에 용존하는 리튬의 흡착량이 높고, 후술할 탈착 공정에서 알루미늄 손실이 거의 없어 흡착제의 수명이 길어 리튬 추출 공정의 경제성이 우수한 장점이 있다.The aluminum-based adsorbent is for adsorbing lithium dissolved in the lithium-containing solution, and may include, for example, aluminum hydroxide. When an aluminum-based adsorbent containing aluminum hydroxide is used as in the present embodiment, the amount of lithium adsorbed in the lithium-containing solution is high, and there is little aluminum loss in the desorption process to be described later, so that the lifetime of the adsorbent is long, This is an excellent advantage.
또한, 상기 알루미늄계 흡착제는 흡착제 분말 및 바인더를 포함하는 성형체일 수 있다. In addition, the aluminum-based adsorbent may be a molded article including an adsorbent powder and a binder.
상기 흡착제 분말은, 예를 들면, 수산화 알루미늄을 포함하는 흡착제 분말일 수 있다. 수산화 알루미늄을 포함하는 흡착제 분말을 사용하는 경우의 장점은 전술한 것과 동일하다. The adsorbent powder may be, for example, an adsorbent powder containing aluminum hydroxide. The advantage of using an adsorbent powder containing aluminum hydroxide is the same as described above.
상기 바인더는, 흡착제 분말을 적절한 형태의 성형체로 제조하기 위한 것으로, 흡착제 분말을 서로 결합시키는 역할을 한다. 상기 바인더는, 예를 들면, 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리술폰(Poly sulfone) 및 폴리아닐린(Polyaniline) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 본 실시예에서 상기 바인더는 흡착제 분말 간에 우수한 결합력을 제공할 수 있는 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride, PVC)를 포함하는 것이 바람직하다. The binder is intended to produce the adsorbent powder in the form of a suitable shaped article and serves to bind the adsorbent powders to each other. The binder may comprise at least one of, for example, polyvinyl chloride (PVC), polysulfone (Poly sulfone), and polyaniline (Polyaniline). In particular, in the present embodiment, the binder preferably includes polyvinyl chloride (PVC) capable of providing an excellent bonding force between adsorbent powders.
이때, 상기 성형체는, 상기 흡착제 분말의 전체 중량을 기준으로, 상기 바인더를 5 중량% 내지 30 중량%, 보다 구체적으로 10 중량% 내지 15 중량% 범위로 포함할 수 있다. 바인더의 함량이 흡착제 분말 전체 중량을 기준으로 5 중량% 미만인 경우, 성형 후 강도가 낮아 흡착제의 수명이 짧은 문제점이 있다. 또한, 바인더의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우에는 흡착제 분말이 양이 상대적으로 줄어들기 때문에 리튬 함유 용액으로부터 리튬을 흡착하는 량이 줄어들 수 있다. 따라서, 바인더의 함량은 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.At this time, the molded body may contain the binder in an amount ranging from 5% by weight to 30% by weight, more specifically from 10% by weight to 15% by weight, based on the total weight of the adsorbent powder. When the content of the binder is less than 5% by weight based on the total weight of the adsorbent powder, there is a problem that the strength after molding is low and the life of the adsorbent is short. When the content of the binder is more than 30% by weight, the amount of the adsorbent powder to be adsorbed by the lithium-containing solution can be reduced because the amount of the adsorbent powder is relatively reduced. Therefore, it is preferable that the content of the binder satisfies the above range.
한편, 리튬 함유 용액을 알루미늄계 흡착제에 통과시켜 상기 알루미늄계 흡착제에 리튬을 흡착시키는 단계는, 예를 들면, 하기 반응식 1의 반응을 포함한다. On the other hand, the step of passing the lithium-containing solution through the aluminum-based adsorbent to adsorb lithium on the aluminum-based adsorbent includes, for example, the reaction of the following reaction formula (1).
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
(1-x)LiCl·Al(OH)3·nH2O + Li+ → LiCl·Al(OH)3·nH2O + (1-x)Li+ (1-x) LiCl · Al (OH) 3 · nH 2 O + Li + → LiCl · Al (OH) 3 · nH 2 O + (1-x) Li +
다음으로, 리튬 함유 탈착액을 수득하는 단계(S20)를 수행한다.Next, step (S20) of obtaining a lithium-containing desorption liquid is carried out.
구체적으로, 상기 리튬이 흡착된 알루미늄 흡착제에 증류수를 통과시켜 리튬 함유 탈착액을 수득할 수 있다. Specifically, the lithium-containing desorbent can be obtained by passing distilled water through the aluminum adsorbent on which lithium is adsorbed.
이때, 상기 리튬이 흡착된 알루미늄 흡착제에 통과시키는 증류수의 양은, 흡착제의 부피를 기준으로, 흡착제 부피의 0.5배 내지 10배, 보다 구체적으로 1배 내지 3배의 양을 통과시켜 수행할 수 있다.At this time, the amount of the distilled water passing through the lithium-adsorbed aluminum adsorbent can be performed by passing the adsorbent in an amount of 0.5 to 10 times, more specifically 1 to 3 times the volume of the adsorbent based on the volume of the adsorbent.
리튬이 흡착된 알루미늄계 흡착제에 흡착제 부피의 0.5배 미만인 증류수를 이용하여 탈착 공정을 수행하는 경우, 흡착제에 흡착된 리튬의 탈착량이 감소하는 문제점이 있다. 또한, 흡착제 부피의 10배를 초과하는 증류수를 사용할 경우, 탈착 공정에서 탈착된 리튬이 희석되어 리튬 함유 탈착액에 포함되는 리튬이 농도가 낮아지는 문제점이 있다.When the desorption process is performed using distilled water having a volume of less than 0.5 times the volume of the adsorbent in the lithium-adsorbed aluminum-based adsorbent, there is a problem that the amount of desorbed lithium adsorbed on the adsorbent is reduced. Further, when distilled water exceeding 10 times the volume of the adsorbent is used, there is a problem that lithium desorbed in the desorption process is diluted and the concentration of lithium contained in the lithium-containing desorbent is lowered.
상기와 같은 방법으로 수득된, 상기 리튬 함유 탈착액에 포함되는 리튬의 농도는 0.2g/L 내지 2.0g/L, 보다 구체적으로 0.8g/L 내지 1.5g/L 범위일 수 있다. 리튬 함유 탈착액에 포함되는 리튬 농도가 상기 범위를 만족하는 경우, 후술할 후속 공정 진행 후 수득되는 수산화리튬의 회수율이 우수하다. The concentration of lithium contained in the lithium-containing desorption liquid obtained by the above-described method may be in the range of 0.2 g / L to 2.0 g / L, more specifically 0.8 g / L to 1.5 g / L. When the lithium concentration contained in the lithium-containing desorption liquid satisfies the above range, the recovery rate of lithium hydroxide obtained after the subsequent process is excellent.
상기 리튬이 흡착된 알루미늄 흡착제에 증류수를 통과시켜 리튬 함유 탈착액을 수득하는 단계는, 예를 들면, 하기 반응식 2의 반응을 포함한다.The step of passing the distilled water through the lithium adsorbed aluminum adsorbent to obtain a lithium-containing desorption liquid includes, for example, the reaction of the following reaction formula (2).
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
LiCl·Al(OH)3·nH2O + H2O → (1-x)LiCl·Al(OH)3·nH2O + xLiCl LiCl · Al (OH) 3 · nH 2 O + H 2 O → (1-x) LiCl · Al (OH) 3 · nH 2 O + xLiCl
이후, 리튬 함유 농축액을 수득하는 단계(S30)를 수행한다.Thereafter, step (S30) of obtaining a lithium-containing concentrate is carried out.
즉, 상기 리튬 함유 탈착액을 전기투석기에 투입하여 리튬 함유 농축액을 수득하는 단계를 수행할 수 있다. That is, the step of adding the lithium-containing desorption liquid to the electrodialyser to obtain a lithium-containing concentrate may be performed.
이때, 상기 전기투석기는 음극 분리막이 포함된 음극 셀, 음이온을 선택적으로 투과시키는 음이온 선택형 투과막, 양이온을 선택적으로 투과시키는 양이온 선택형 투과막 및 양극 분리막이 포함된 양극 셀이 순서대로 배치된 것일 수 있다. 또한 양극 셀 및 음극 셀에 전극액을 투입한다.At this time, the electrodialyzer may include a cathode cell including a cathode separator, an anion selective permeable membrane selectively transmitting anions, a cation selective permeable membrane selectively permeable to cations, and a cathode cell including a cathode separator. have. Further, the electrode solution is injected into the positive electrode cell and the negative electrode cell.
상기 리튬 함유 농축액을 수득하는 단계는, 상기 리튬 함유 탈착액을 상기 음극 분리막 및 음이온 선택형 투과막 사이, 그리고 상기 양이온 선택형 투과막 및 양극 분리막 사이에 각각 투입하고, 증류수를 음이온 선택형 투과막 및 상기 양이온 선택형 투과막 사이에 투입한 후 전기투석장치에 전류를 인가하여 수행할 수 있다. 즉, 상기와 같이 리튬 함유 탈착액 및 증류수를 투입한 후 전기 투석 장치에 전류를 인가하면, 전기 영동 효과에 의하여 양극 쪽으로는 음이온이 이동하고, 음극 쪽으로는 양이온이 이동하게 된다. The step of obtaining the lithium-containing concentrate may include the steps of charging the lithium-containing desorbing liquid between the cathode separating membrane and the anion-selective permeable membrane, between the cation-selective permeable membrane and the anode separating membrane, And then applying the electric current to the electrodialyser. That is, when an electric current is applied to the electrodialysis device after charging the lithium-containing desorption liquid and the distilled water as described above, the anion moves to the anode and the cation moves to the cathode due to the electrophoresis effect.
따라서, 리튬 함유 용액 내 염소 이온은 상기 음이온 선택형 투과막을 투과할 수 있고, 리튬 이온은 상기 염소 이온과는 반대 방향으로 상기 양이온 선택형 투과막을 투과할 수 있다. 이에 따라, 상기 양이온 선택형 투과막 및 음이온 투과막 사이에는, 염소 이온과 리튬 이온이 연속적으로 농축되어 염화 리튬 수용액으로 만들어질 수 있다. Therefore, the chloride ion in the lithium-containing solution can permeate the anion-selective permeable membrane, and the lithium ion can permeate the cation-selective permeable membrane in the direction opposite to the chlorine ion. Accordingly, between the cation-selective permeable membrane and the anion permeable membrane, chloride ion and lithium ion can be continuously concentrated and made into lithium chloride aqueous solution.
한편, 양극 분리막과 양이온 선택형 투과막 사이, 그리고 음극 분리막과 음이온 선택형 투과막 사이에서는 리튬 농도가 현저히 감소된 탈염액이 만들어 진다. On the other hand, between the anode separator and the cation-selective permeable membrane, and between the cathode separator membrane and the anion-selective permeable membrane, a desalted solution having a remarkably reduced lithium concentration is produced.
본 단계에서, 수득되는 상기 리튬 함유 농축액에 포함되는 리튬의 농도는 1g/L 내지 15g/L, 보다 구체적으로 2g/L 내지 6g/L 범위일 수 있다. 리튬 함유 농축액에 포함되는 리튬 농도가 1g/L 미만인 경우 수산화리튬 제조시 회수율이 낮은 문제점이 있다. 또한, 리튬 함유 농축액의 리튬 농도가 15g/L를 초과하는 경우, 리튬 회수율은 상승하나 전기투석 수행시 전류효율이 감소하여 전력비가 증가할 수 있다. In this step, the concentration of lithium contained in the obtained lithium-containing concentrate may be in the range of 1 g / L to 15 g / L, more specifically 2 g / L to 6 g / L. When the concentration of lithium contained in the lithium-containing concentrate is less than 1 g / L, there is a problem in that the recovery rate in the production of lithium hydroxide is low. Further, when the lithium concentration of the lithium-containing concentrate exceeds 15 g / L, the lithium recovery rate is increased but the current efficiency is decreased when the electrodialysis is performed, so that the power ratio can be increased.
다음, 불순물을 제거하는 단계(S40)를 수행한다.Next, a step of removing impurities (S40) is performed.
구체적으로, 상기 리튬 함유 농축액에 침전제를 투입하여 불순물을 제거하는 단계를 수행할 수 있다. Specifically, the precipitating agent may be added to the lithium-containing concentrate to remove impurities.
상기 불순물을 제거하는 단계에 투입되는 침전제의 함량은, 불순물 이온의 당량을 기준으로 1 당량 내지 2 당량, 보다 구체적으로 1.2 당량 내지 1.5당량일 수 있다. 투입되는 침전제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 불순물 제거율을 높게 유지하면서 투입량을 최적화할 수 있어, 과량의 침전제를 사용하지 않아도 효율적으로 불순물을 제거할 수 있어 매우 유리하다. The content of the precipitant to be added to the step of removing the impurities may be 1 to 2 equivalents, more specifically 1.2 to 1.5 equivalents based on the equivalents of the impurity ions. When the amount of the precipitant to be added satisfies the above range, it is possible to optimize the amount of the feed while maintaining the high impurity removal rate, and it is possible to efficiently remove the impurities without using an excessive amount of the precipitant.
이때, 제거되는 불순물은 2가 양이온, 예를 들면, 칼슘, 마그네슘 및 스트론튬 중 적어도 하나일 수 있다. At this time, the impurities to be removed may be at least one of divalent cations, for example, calcium, magnesium and strontium.
리튬 함유 농축액에 침전제를 가하면, 상기 2가 양이온과 침전제가 결합하여 침전물을 형성하는 바, 고액 분리를 통해 이를 제거함으로써 불순물을 제거할 수 있다.When a precipitant is added to the lithium-containing concentrate, the divalent cations and the precipitant bind to each other to form a precipitate, which can be removed by solid-liquid separation to remove impurities.
구체적으로, 상기 2가 양이온을 제거하기 위한 침전제로는, 예를 들면, 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 황산나트륨(Na2SO4) 및 수산화칼륨(KOH) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. Specifically, the divalent precipitating agent for the removal of cations, e.g., sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate (Na 2 CO 3), calcium hydroxide (Ca (OH) 2), sodium sulfate (Na 2 SO 4), and Potassium hydroxide (KOH) may be used.
이 중, 수산화나트륨 또는 탄산나트륨을 침전제로 사용하는 경우, 하기 반응식 3 및 반응식 4의 반응에 의해 칼슘 및 마그네슘 이온을 제거할 수 있다.Of these, when sodium hydroxide or sodium carbonate is used as a precipitant, calcium and magnesium ions can be removed by the reaction of the following Reaction Schemes 3 and 4.
[반응식 3][Reaction Scheme 3]
Me2 + + 2NaOH → Me(OH)2 + 2Na+ Me 2 + + 2 NaOH - > Me (OH) 2 + 2 Na +
[반응식 4][Reaction Scheme 4]
Me2 + + Na2CO3 → MeCO3 + 2Na+ Me 2 + + Na 2 CO 3 - > MeCO 3 + 2Na +
상기 반응식 3 및 반응식 4에서 Me는 Ca 또는 Mg이다. In the above Reaction Schemes 3 and 4, Me is Ca or Mg.
즉, 상기 반응식 3 및 반응식 4의 반응에 의해 Ca(OH)2, CaCO3, Mg(OH)2, MgCO3 등의 침전이 형성되고 고액분리를 통해 이를 제거함으로써 칼슘 및 마그네슘 이온을 제거할 수 있다.That is, the precipitates of Ca (OH) 2 , CaCO 3 , Mg (OH) 2 and MgCO 3 are formed by the reaction of Reaction Formula 3 and Reaction Formula 4 and calcium and magnesium ions can be removed have.
본 공정에서, 투입되는 침전제의 양을 감소시키기 위해 1가 양이온 및 2가 양이온 중 적어도 하나를 물리적으로 분리시킬 수 있는 나노 여과 등의 물리적 분리 방법과 화학적 제거 방법을 동시에 사용할 수도 있다. 아울러, 불순물의 농도를 ppb 수준으로 제어하기 위해서는 킬레이트 이온 교환 수지를 이용하여 잔류하고 있는 2가 양이온 불순물을 제거하는 공정을 추가로 수행할 수도 있다. In the present step, a physical separation method such as nanofiltration capable of physically separating at least one of a monovalent cation and a divalent cation and a chemical removal method may be used at the same time in order to reduce the amount of the precipitant to be added. Further, in order to control the concentration of impurities to the level of ppb, a process of removing residual divalent cation impurities using a chelate ion exchange resin may be further performed.
이후, 수산화리튬 수용액을 수득하는 단계(S50)를 수행한다. Thereafter, a step (S50) of obtaining a lithium hydroxide aqueous solution is carried out.
도 2에는 바이폴라 전기투석기를 이용하여 수산화리튬 수용액으로 전환하는 공정을 개략적으로 나타내었다. FIG. 2 schematically shows a process of converting a lithium hydroxide aqueous solution using a bipolar electrodialyzer.
도 2를 참고하면, 수산화리튬 수용액 전환 공정에 사용되는 상기 전기투석기(200)는, 양극(210)이 포함된 양극셀, 제1 바이폴라막(220), 음이온 선택형 투석막(230), 양이온 선택형 투석막(240), 제2 바이폴라막(250), 음극(260)이 포함된 음극셀이 순차적으로 배치된 구조일 수 있다. 2, the
상기 수산화리튬 수용액으로 전환하는 단계는, 전술한 방법으로 불순물이 제거된 농축액을 상기 음이온 선택형 투석막(230)과 상기 양이온 선택형 투석막(240) 사이에 투입하고, 증류수를 상기 제1 바이폴라막(220)과 상기 음이온 선택형 투석막(230) 사이, 및 상기 제2 바이폴라막(250)과 상기 양이온 선택형 투석막(240) 사이에 각각 투입하여 바이폴라 전기 투석을 수행할 수 있다. In the step of converting into the aqueous solution of lithium hydroxide, a concentrated solution from which impurities have been removed by the above-described method is put between the anion-selective-
즉, 상기 불순물이 제거된 농축액인 염화리튬 수용액 및 증류수가 투입된 바이폴라 전기투석기에 1.8 내지 2.2V 범위의 전압을 인가하면, 상기 각 바이폴라막에서 증류수 분해(Water-splitting)가 일어나고, 염화리튬 수용액 내 양이온 및 음이온은 전기 영동효과에 의하여 각각 상기 음극(260) 및 상기 양극(210) 쪽으로 이동하게 된다.That is, when a voltage in the range of 1.8 to 2.2 V is applied to the bipolar electrodialyser into which the lithium chloride aqueous solution and the distilled water have been added, the water-splitting occurs in each of the bipolar membranes, The positive and negative ions move toward the
보다 구체적으로, Cl-는 양극 쪽의 제1 바이폴라막(220)에서 가수분해된 수소와 만나 염산(HCl)으로 수득되며, 양이온 선택형 투석막(240)을 통하여 음극으로 이동하는 리튬 이온은 제2 바이폴라막(250)에서 발생하는 OH- 와 반응하여 수산화리튬(LiOH)으로 수득된다. 즉, 전체 반응은 하기 반응식 5와 같다. More specifically, Cl < - > is obtained by hydrochloric acid (HCl) with hydrogen hydrolyzed in the first
[반응식 5] [Reaction Scheme 5]
LiCl + H2O -> LiOH + HClLiCl + H 2 O -> LiOH + HCl
이때, 상기 음이온 선택형 투석막(230)과 상기 양이온 선택형 투석막(240) 사이에서는 바이폴라 전기 투석 장치에 투입되는 원료 물질인 염화 리튬 수용액에서 리튬과 염소 이온이 빠져나가고 일부가 남은 탈염액이 생성된다. At this time, between the anion-selective-
즉, 상기 염산 수용액은 상기 양극셀의 제1 바이폴라막(220)과 음이온 선택형 투과막(230) 사이에서 회수하고, 상기 탈염액은 상기 음이온 선택형 투석막(230)과 상기 양이온 선택형 투석막(240) 사이에서 회수하며, 상기 수산화리튬 수용액은 양이온 선택형 분리막(240)과 상기 음극셀의 제2 바이폴라막(250) 사이에서 회수할 수 있다. That is, the hydrochloric acid aqueous solution is recovered between the first
상기 수산화리튬 수용액으로 전환하는 공정에서, 상기 바이폴라 전기투석기는 전술한 제1 바이폴라막, 음이온 선택형 투석막, 양이온 선택형 투석막 및 제2 바이폴라막을 한 세트로 하여 여러 세트로 구비된 바이폴라 전기투석 스택 장치를 이용할 수도 있다. 또한, 한 세트당 인가되는 전압은 1.8 내지 2.2V 범위일 수 있다. 또한 인가되는 전류밀도는 30 mA/cm2 내지 90 mA/cm2일 수 있다. 전류밀도가 30 mA/cm2보다 낮을 경우 리튬의 이동속도가 느려 생산속도가 감소되는 단점이 있으며 90 mA/cm2을 초과하는 경우 발열이 발생하여 바이폴라 전기투석막 손상이 발생할 수 있다. In the step of converting into the aqueous solution of lithium hydroxide, the bipolar electrodialyzer may use a plurality of bipolar electrodialyzing stacking apparatuses each having the first bipolar membrane, the anion-selective dialysis membrane, the cation-selective dialysis membrane, and the second bipolar membrane as one set It is possible. Also, the voltage applied per set may range from 1.8 to 2.2V. The applied current density may be 30 mA / cm 2 to 90 mA / cm 2 . If the current density is lower than 30 mA / cm 2 , the transfer speed of the lithium is slowed down and the production rate is reduced. If the current density exceeds 90 mA / cm 2 , heat may be generated and the bipolar electrodialysis membrane damage may occur.
상기와 같은 방법으로 수득된 수산화리튬 수용액은, 결정화시킨 후 분리 및 건조하여 분말 형태의 수산화리튬을 수득할 수 있다. The lithium hydroxide aqueous solution obtained as above can be crystallized and then separated and dried to obtain lithium hydroxide in powder form.
즉, 반응식 5와 같은 반응으로 전환된 수산화리튬 수용액을 농축하여 결정화시킨 후 수산화리튬 결정을 분리시키기 위해서, 예를 들면, 진공여과, 가압여과, 원심분리 등의 방법을 이용할 수 있다. 이 때 얻어진 수산화리튬 결정을 건조하기 전에, 순도를 향상시키기 위하여 증류수를 이용하여 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 세척 후, 얻어진 침전물을 건조하여 분말 형태의 수산화리튬을 수득할 수 있다.That is, for example, vacuum filtration, pressure filtration, centrifugal separation, etc. can be used to separate the lithium hydroxide crystals after concentrating and crystallizing the aqueous lithium hydroxide solution converted into the reaction as shown in Reaction Scheme 5. The dried lithium hydroxide crystals may further be washed with distilled water to improve purity before drying. After washing, the obtained precipitate is dried to obtain lithium hydroxide in powder form.
본 실시예와 같이 알루미늄계 흡착제를 이용하여 리튬 함유 용액으로부터 리튬 함유 탈착액을 수득한 후, 전기 투석기를 이용하여 리튬 함유 농축액을 수득하고, 여기서 불순물을 제거한 후 바이폴라 전기투석기를 이용하여 수산화리튬 수용액으로 전환하는 경우, 리튬 농도가 높은 용액뿐만 아니라 리튬 농도가 낮은 용액으로부터도 쉽게 수산화리튬의 수득율을 향상시킬 수 있다.Containing solution was obtained from the lithium-containing solution using an aluminum-based adsorbent in the same manner as in this Example, and a lithium-containing concentrate was obtained by using an electrodialyzer. After the impurities were removed therefrom, a lithium hydroxide aqueous solution The yield of lithium hydroxide can be easily improved not only from a solution having a high lithium concentration but also from a solution having a low lithium concentration.
또한, 알루미늄계 흡착제를 이용하여 리튬 함유 용액으로부터 리튬 함유 탈착액을 수득하기 때문에 산 용액을 이용하는 등의 별도 공정을 추가하지 않고도 리튬 농도가 높은 리튬 함유 탈착액을 중간 생성물로 수득할 수 있다.Further, since a lithium-containing desorption liquid is obtained from the lithium-containing solution by using an aluminum-based adsorbent, a lithium-containing desorption liquid having a high lithium concentration can be obtained as an intermediate product without adding an additional step such as the use of an acid solution.
따라서, 최종적으로 고순도의 수산화리튬을 제조할 수 있으며, 리튬 수득율도 향상시킬 수 있다.Therefore, finally, lithium hydroxide of high purity can be produced, and the yield of lithium can also be improved.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 이에 따른 실험예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention and experimental examples therefor will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example 1 One
하기 표 1과 같은 조성의 염수를 준비하였다.Salt water having the composition shown in Table 1 was prepared.
상기 염수 80L를 수산화알루미늄을 포함하는 흡착제에 통과시켰다.80 L of the brine was passed through an adsorbent containing aluminum hydroxide.
다음으로, 리튬이 흡착된 상기 흡착제에 부피당 증류수 30L를 통과시켜 리튬 함유 탈착액을 얻었다.Next, 30 L of the distilled water was passed through the adsorbent to which lithium was adsorbed to obtain a lithium-containing desorbent.
상기 리튬 함유 탈착액 30L를 전기투석기에 투입하여 리튬 함유 농축액을 얻었다.30 L of the lithium-containing desorption liquid was charged into an electrodialyser to obtain a lithium-containing concentrate.
상기 리튬 함유 농축액에 Ca(OH)2 및 Na2CO3를 투입하여 불순물을 제거한 후 불순물이 제거된 리튬 함유 농축액을 바이폴라 전기투석기에 투입하여 수산화리튬 수용액으로 전환 후 결정화하여 수산화리튬을 제조하였다.The Ca (OH) 2 and Na 2 CO 3 were added to the lithium-containing concentrate to remove impurities, and the lithium-containing concentrate from which the impurities had been removed was charged into a bipolar electrodialyzer to convert it to a lithium hydroxide aqueous solution and then crystallized to produce lithium hydroxide.
각 공정에서 얻어진 용액에 대한 각 성분의 조성은 하기 표 2와 같다. The composition of each component with respect to the solution obtained in each step is shown in Table 2 below.
표 2를 참고하면, 리튬의 수득률은 70% 정도이다. 또한 수산화리튬의 순도는 99% 이상으로 고순도의 수산화리튬을 추출할 수 있었다. Referring to Table 2, the yield of lithium is about 70%. In addition, the purity of lithium hydroxide was 99% or more and high-purity lithium hydroxide could be extracted.
따라서, 본 실시예와 같이, 수산화알루미늄 흡착제를 이용하여 탈착액을 수득한 후 전기투석을 진행하고, 불순물을 제거한 다음 바이폴라 전기투석을 통해 수산화리튬 수용액으로 전환하여 수산화리튬을 제조하는 경우, 리튬 수득율이 높고, 순도가 우수한 수산화리튬을 제조할 수 있음을 확인할 수 있다. Therefore, when lithium hydroxide is produced by conducting electrodialysis after obtaining a desorbing solution using an aluminum hydroxide adsorbent and converting it to an aqueous solution of lithium hydroxide through bipolar electrodialysis after removing impurities, as in this embodiment, lithium hydroxide It can be confirmed that lithium hydroxide having a high purity can be produced.
비교예Comparative Example 1 One
실시예 1의 표 1과 같은 조성의 염수를 준비하였다.Salt water having the composition shown in Table 1 of Example 1 was prepared.
상기 염수 80L를 이용하여 인산리튬 제조 후 염산에 녹인 후에 전기투석 및 바이폴라 전기투석을 실시하였다. 각 단계별 농도는 하기 표 3과 같다.Lithium phosphate was prepared by using 80 L of the saline solution and dissolved in hydrochloric acid, followed by electrodialysis and bipolar electrodialysis. The concentration of each step is shown in Table 3 below.
비교예 1에 따라 수산화리튬을 제조하는 경우, 상기한 바와 같이 염수로부터 인산리튬을 제조한 후에 염산을 녹이는 공정이 추가되어야 하는 바 이 과정에서, 실시예 1에 비하여 추가되는 공정이 많고, 표 3을 참고하면, 리튬의 수득률도 60% 이하로 저하되는 것을 알 수 있다. In the case of producing lithium hydroxide according to Comparative Example 1, a process of dissolving hydrochloric acid after preparing lithium phosphate from saline water as described above needs to be added. In this process, there are more steps to be added than in Example 1, , The yield of lithium is also lowered to 60% or less.
비교예Comparative Example 2 2
실시예 1의 표 1과 같은 조성의 염수를 준비하였다.Salt water having the composition shown in Table 1 of Example 1 was prepared.
상기 염수 100L를 전기투석기에 투입하여 리튬 함유 농축액을 얻고자 하였다. 100 L of the brine was charged into an electrodialyser to obtain a lithium-containing concentrate.
그러나, 염수를 직접 전기투석기에 투입한 후, NaCl 석출물이 침전되었다. 이는 염수의 조성이 NaCl이 포화되어 있는 상태이기 때문인 것으로 사료된다.However, after the brine was directly put into the electrodialyser, the precipitate of NaCl precipitated. This is because the composition of salt water is saturated NaCl.
즉, 상기 NaCl 석출물이 전기투석기의 막을 오염시켜 전기투석 공정이 원활하게 진행되지 않았으며, 이에 따라 불순물 제거 공정 및 바이폴라 전기투석 공정을 진행할 수 없었다.That is, since the NaCl precipitate contaminates the membrane of the electrodialyzer, the electrodialysis process does not proceed smoothly, and thus the impurity removal process and the bipolar electrodialysis process can not be performed.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
Claims (14)
상기 리튬이 흡착된 흡착제에 증류수를 통과시켜 리튬 함유 탈착액을 수득하는 단계;
상기 리튬 함유 탈착액을 전기투석기에 투입하여 리튬 함유 농축액을 수득하는 단계;
상기 리튬 함유 농축액에 침전제를 투입하여 불순물을 제거하는 단계; 및
상기 불순물이 제거된 농축액을 바이폴라 전기투석기에 투입하여 수산화리튬 수용액을 수득하는 단계;
를 포함하는 수산화리튬의 제조방법.Passing a lithium-containing solution through an aluminum-based adsorbent to produce a lithium-adsorbed adsorbent;
Passing the distilled water through the adsorbent on which lithium is adsorbed to obtain a lithium-containing desorbent;
Adding the lithium-containing desorbing liquid to an electrodialyzer to obtain a lithium-containing concentrate;
Adding a precipitant to the lithium-containing concentrate to remove impurities; And
Introducing the concentrated solution from which the impurities have been removed into a bipolar electrodialyzer to obtain an aqueous solution of lithium hydroxide;
≪ / RTI >
상기 리튬 함유 용액의 리튬 농도는 0.1g/L 내지 2.0g/L인 수산화리튬의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the lithium concentration of the lithium-containing solution is 0.1 g / L to 2.0 g / L.
상기 상기 알루미늄계 흡착제는 수산화 알루미늄을 포함하는 수산화리튬의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the aluminum-based adsorbent comprises aluminum hydroxide.
상기 알루미늄계 흡착제는 흡착제 분말 및 바인더를 포함하는 성형체인 수산화리튬의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the aluminum-based adsorbent comprises an adsorbent powder and a binder.
상기 리튬 함유 탈착액을 수득하는 단계는,
상기 증류수를 상기 리튬이 흡착된 알루미늄계 흡착제의 부피를 기준으로, 0.5배 내지 10배의 함량을 통과시켜 수행되는 수산화리튬의 제조방법. The method according to claim 1,
The step of obtaining the lithium-
Wherein the distilled water is passed through an amount of 0.5 to 10 times the volume of the lithium-adsorbed aluminum-based adsorbent.
상기 리튬 함유 탈착액에 포함되는 리튬의 농도는 0.2g/L 내지 2.0g/L인 수산화리튬의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the concentration of lithium contained in the lithium-containing desorption liquid is 0.2 g / L to 2.0 g / L.
상기 전기투석기는 음극 분리막이 포함된 음극 셀, 음이온을 선택적으로 투과시키는 음이온 선택형 투과막, 양이온을 선택적으로 투과시키는 양이온 선택형 투과막 및 양극 분리막이 포함된 양극 셀이 순서대로 배치된 구조인 수산화리튬의 제조방법. The method according to claim 1,
The electrodialyzer comprises a cathode cell including a cathode separation membrane, an anion selective permeable membrane selectively permeable to anions, a cation selective permeable membrane selectively permeable to cations, and a cathode cell including a cathode separation membrane, ≪ / RTI >
상기 리튬 함유 농축액에 포함되는 리튬의 농도는 1g/L 내지 15g/L인 수산화리튬의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the concentration of lithium contained in the lithium-containing concentrate is 1 g / L to 15 g / L.
상기 불순물의 제거하는 단계에서 제거되는 불순물은 2가 양이온인 수산화리튬의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the impurity removed in the step of removing impurities is a divalent cation.
상기 2가 양이온은 칼슘, 마그네슘 및 스트론튬 중 적어도 하나를 포함하는 수산화리튬의 제조방법. 10. The method of claim 9,
Wherein the divalent cation comprises at least one of calcium, magnesium and strontium.
상기 불순물을 제거하는 단계에 투입되는 침전제는 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 황산나트륨(Na2SO4) 및 수산화칼륨(KOH) 중 적어도 하나인 수산화리튬의 제조방법.The method according to claim 1,
The precipitating agent is added to the step of removing the impurities is sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate (Na 2 CO 3), calcium hydroxide (Ca (OH) 2), at least one of sodium sulfate (Na 2 SO 4) and potassium hydroxide (KOH) ≪ / RTI >
상기 불순물을 제거하는 단계에 투입되는 침전제의 함량은, 불순물 이온의 당량을 기준으로 1 당량 내지 2 당량 범위인 수산화리튬의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the content of the precipitant to be added to the step of removing the impurities is in the range of 1 to 2 equivalents based on the equivalent amount of the impurity ions.
상기 바이폴라 전기투석기는,
제1 바이폴라막, 음이온 선택형 투석막, 양이온 선택형 투석막 및 제2 바이폴라막이 순차적으로 배치된 구조인 수산화리튬의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the bipolar electro-
Wherein the first bipolar membrane, the anion-selective-type dialysis membrane, the cation-selective-type dialysis membrane, and the second bipolar membrane are sequentially arranged.
상기 수산화리튬 수용액을 결정화시킨 후 분리하여 수산화리튬을 수득하는 단계를 더 포함하는 수산화리튬의 제조방법.
The method according to claim 1,
And crystallizing the lithium hydroxide aqueous solution and separating it to obtain lithium hydroxide.
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