特許 7334356 リチウム抽出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-18

(45)【発行日】2023-08-28

(54)【発明の名称】リチウム抽出方法

(51)【国際特許分類】

   C22B 26/12 20060101AFI20230821BHJP

   C01D 15/08 20060101ALI20230821BHJP

   C01B 25/30 20060101ALI20230821BHJP

   C22B 3/10 20060101ALI20230821BHJP

   C22B 3/06 20060101ALI20230821BHJP

【ＦＩ】

C22B26/12

C01D15/08

C01B25/30 M

C22B3/10

C22B3/06

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022543737

(86)(22)【出願日】2020-01-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-27

(86)【国際出願番号】 KR2020001372

(87)【国際公開番号】W WO2021153816

(87)【国際公開日】2021-08-05

【審査請求日】2022-07-19

(73)【特許権者】

【識別番号】522015113

【氏名又は名称】チョン ウン

【氏名又は名称原語表記】ＣＨＯＮ，Ｕｏｎｇ

(74)【代理人】

【識別番号】110000590

【氏名又は名称】弁理士法人 小野国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チョン ウン

【審査官】岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第２０１８－００６９７３６（ＫＲ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５２２７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５６３２１６９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１８－００７４０７３（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００３５２１０（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｂ ２６／１２

Ｃ０１Ｄ １５／０８

Ｃ０１Ｂ ２５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

不純物を含むリン酸リチウムを準備する段階と；
前記リン酸リチウム及び不純物を酸（ａｃｉｄ）性水溶液に溶解させる段階と；
前記リン酸リチウム及び不純物が酸性水溶液に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階と；を含み、
前記添加剤は、リン酸陰イオン及び不純物を同時に析出させる物質であり、前記添加剤によって収得されたリチウム含有溶液は塩基性であり、前記不純物がアルカリ土類金属を含むものであるリチウム抽出方法。

【請求項2】

前記アルカリ土類金属は、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）又はこれらの組み合わせである、請求項１に記載のリチウム抽出方法。

【請求項3】

前記リン酸リチウム及び不純物が酸性水溶液に溶解された溶解液内のリチウム濃度は、１０ｇ／Ｌ乃至３５ｇ／Ｌである、請求項１に記載のリチウム抽出方法。

【請求項4】

前記リン酸リチウム及び不純物を酸性水溶液に溶解させる段階において、
酸は、塩酸、次亜塩素酸、硝酸、酢酸又はこれらの組み合わせである、請求項１に記載のリチウム抽出方法。

【請求項5】

前記リン酸リチウム及び不純物が酸性水溶液に溶解された溶解液のｐＨは－０．１乃至４．５である、請求項１に記載のリチウム抽出方法。

【請求項6】

前記添加剤は、酸化物（ｏｘｉｄｅ）又は水酸化物（ｈｙｄｏｘｉｄｅ）である、請求項１に記載のリチウム抽出方法。

【請求項7】

前記添加剤は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム又はこれらの組み合わせの陽イオンの酸化物又は水酸化物である、請求項６に記載のリチウム抽出方法。

【請求項8】

前記リン酸リチウム及び不純物が酸性水溶液に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階において、
収得されたリチウム含有溶液のｐＨは９以上である、請求項１に記載のリチウム抽出方法。

【請求項9】

前記リン酸リチウム及び不純物が酸性水溶液に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階において、
収得されたリチウム含有溶液のｐＨは１１以上である、請求項１に記載のリチウム抽出方法。

【請求項10】

前記収得されたリチウム含有溶液に炭酸供給物質を投入し、炭酸リチウムを収得する、請求項１に記載のリチウム抽出方法。

【請求項11】

前記炭酸供給物質は、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、炭酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３）、重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）、重炭酸カリウム（ＫＨＣＯ_３）又はこれらの組み合わせである、請求項１０に記載のリチウム抽出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リチウム抽出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、リチウム二次電池は、携帯電話、ノートパソコンなどのＩＴ機器の電源としても多様に活用されているだけでなく、電気自動車の動力源としても注目されており、近い未来には、電気自動車及び新再生エネルギーの電気貯蔵システム（Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が大きく活性化され、その需要が急増すると予想されている。

【0003】

電気自動車及び電気貯蔵システムの重要部品である正極材、負極材、電解質の原料としてのリチウムは、主に炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）の形態で使用される。よって、需要が大きく増加すると予想される電気自動車及び電気貯蔵システムを安価で製造し、市場に円滑に供給するためには、炭酸リチウムを経済的に製造できる技術の開発が必要である。

【0004】

炭酸リチウムは、一般に、リチウムを０．２ｇ／Ｌ乃至１．５ｇ／Ｌ程度含有している天然の塩水（Ｂｒｉｎｅ）を自然に蒸発させ、リチウムを６０ｇ／Ｌ程度の高濃度に濃縮させた後で炭酸塩を投入し、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）の形態で析出させることによって生産される。しかし、炭酸リチウムの高い溶解度（１３ｇ／Ｌ）により、リチウムを６０ｇ／Ｌ程度に濃縮させるためには１年以上の長時間にわたって塩水を蒸発及び濃縮させなければならなく、蒸発及び濃縮過程で多量のリチウムが析出されて損失する。

【0005】

このような問題を改善するために、自然蒸発工程を最小化できるリン酸リチウム（Ｌｉ_３ＰＯ_４）抽出法が開発された（大韓民国登録特許１０－１３６３３４２）。リン酸リチウム抽出法を活用してリチウムをリン酸リチウムの形態で抽出するとき、リン酸リチウムの低い溶解度（０．３９ｇ／Ｌ）特性により、長期間にわたる塩水の蒸発及び濃縮過程を除いたり大きく短縮できるだけでなく、蒸発・濃縮過程で発生するリチウムの損失を抑制し、高い回収率でリチウムを抽出することができる。しかし、上述したように、リン酸リチウムは、リチウム二次電池の原料として使用するために炭酸リチウムに変換しなければならない。

【0006】

近年、高温（９０℃以上）のリン酸リチウム－水懸濁液（ｓｌｕｒｒｙ）にＣａ（ＯＨ）_２を混合することによってリチウム濃度５ｇ／Ｌ以下の低濃度の水酸化リチウム溶液を作り、これを蒸発・濃縮することによってリチウム濃度３０ｇ／Ｌ以上の高濃度の水酸化リチウム溶液を作った後、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを投入し、炭酸リチウムを製造する技術が開発された。

【0007】

しかし、このような方法でリン酸リチウムを炭酸リチウムに変換させるとき、リン酸リチウム懸濁液を高温に加熱した後で長時間にわたって反応させなければならなく、低濃度の水酸化リチウム溶液を蒸発・濃縮させなければならないので、エネルギー費用が増加するという問題がある（大韓民国登録特許１０－１４０５４８６）。

【0008】

また、リン酸リチウムを酸に溶解させ、リチウム濃度が０．０５ｇ／Ｌ乃至０．１６ｇ／Ｌであるリチウム溶液を製造した後、イオン交換樹脂を用いて２価イオンアルカリ土類金属及びリンを除去し、バイポーラー電気透析を用いて得られた、リチウム濃度が３．５ｇ／Ｌ乃至４．５ｇ／Ｌである水酸化リチウム水溶液を二酸化炭素ガスと反応させることによって炭酸リチウムを製造する方法が開発された。

【0009】

しかし、この方法で炭酸リチウムを製造するとき、リチウム溶液のリチウム濃度が過度に低いので、リチウム回収率が低く、高価な大型電気分解設備が必要であるだけでなく、多量の電気を使用することによって製造費用が大きく増加するという問題がある（大韓民国登録特許１０－１８８８１８１）。

【0010】

一方、リン酸リチウム－金属化合物（鉄、銅、鉛、亜鉛、マンガン、カルシウム、セリウム、イットリウム、又はランタン化合物のうち一つ）混合懸濁液に酸を投入して溶解させた後、水酸化アルカリを投入し、ｐＨを１乃至１０に調節することによって金属及びリンが除去された高濃度のリチウム溶液を製造し、これに炭酸塩を添加することによって炭酸リチウムを製造する方法が開発された。しかし、このような方法を用いると、リン酸リチウムと金属化合物の全てを溶解させるために酸の使用量が増加する。また、リン酸リチウムが溶解された酸性溶液中に存在する金属イオンが析出されるように誘導するためにアルカリを投入するとき、反応溶液のｐＨを１～１０に限定することによって重金属イオンが完全に除去されない場合があり、リン酸リチウム－金属化合物混合物を溶解させた後、アルカリの投入によってｐＨを調節することによって、工程が複雑になり、原料・副原料の使用量が増加し、経済性が低下するという問題がある（日本登録特許ＪＰ５６３２１６９Ｂ２及びＪＰ５５２８１５３Ｂ２）。

【0011】

上述したように、現在まで開発されたリン酸リチウムを用いた炭酸リチウムの製造方法を用いるとき、低いリチウム回収率、高いエネルギー費用と設備投資費、過多の原料・副原料費用及び工程の複雑性などで経済性が低下するという問題がある。よって、リン酸リチウムを用いて炭酸リチウムを経済的に生産できる技術の開発が切実に要求される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

そこで、本発明では、高いリチウム回収率を有するリチウムの抽出方法を提供する。

【0013】

また、前記方法は、エネルギー使用量、原料・副原料費用及び設備投資費用が少ないだけでなく、工程が単純であり、リン酸リチウムからリチウム化合物を経済的に生産することができる。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の一具現例では、不純物を含むリン酸リチウムを準備する段階；前記リン酸リチウム及び不純物を酸（ａｃｉｄ）に溶解させる段階と；前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階と；を含み、前記添加剤は、リン酸陰イオン及び不純物を同時に析出させる物質であり、前記添加剤によって収得されたリチウム含有溶液は塩基性であるリチウム抽出方法を提供する。

【0015】

前記不純物は、アルカリ土類金属を含むことができる。

【0016】

前記アルカリ土類金属は、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）又はこれらの組み合わせであってもよい。

【0017】

前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液内のリチウム濃度は、１０ｇ／Ｌ乃至３５ｇ／Ｌであってもよい。

【0018】

前記リン酸リチウム及び不純物を酸（ａｃｉｄ）に溶解させる段階において、酸は、塩酸、次亜塩素酸、硝酸、酢酸又はこれらの組み合わせであってもよい。

【0019】

前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液のｐＨは、－０．１乃至４．５であってもよい。

【0020】

前記添加剤は、酸化物（ｏｘｉｄｅ）又は水酸化物（ｈｙｄｏｘｉｄｅ）であってもよい。

【0021】

前記添加剤は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム又はこれらの組み合わせの陽イオンの酸化物又は水酸化物であってもよい。

【0022】

より具体的に、前記添加剤は、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、又はこれらの組み合わせであってもよい。

【0023】

これにより、リン酸陰イオン及び不純物が難溶性沈殿物の形態で析出され得る。

【0024】

前記難溶性沈殿物は、ヒドロキシルアパタイト（Ｈｙｄｒｏｘｙｌａｐａｔｉｔｅ、Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３ＯＨ）、ブルシャイト（Ｂｒｕｓｈｉｔｅ、ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）、非晶質カルシウム－リン化合物、水酸化カルシウム、ニューベリーアイト（Ｎｅｗｂｅｒｙｉｔｅ、ＭｇＨＰＯ_４・３Ｈ_２Ｏ）、マグネシウムフォスフェート（Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、Ｍｇ_３（ＰＯ_４）_２）非晶質マグネシウム－リン化合物及び水酸化マグネシウム又はこれらの混合物であってもよい。

【0025】

前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階において、収得されたリチウム含有溶液のｐＨは９以上であってもよい。

【0026】

前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階において、収得されたリチウム含有溶液のｐＨは１１以上であってもよい。

【0027】

前記収得されたリチウム含有溶液に炭酸供給物質を投入し、炭酸リチウムを収得することができる。

【0028】

前記炭酸供給物質は、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、炭酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３）、重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）、重炭酸カリウム（ＫＨＣＯ_３）又はこれらの組み合わせであってもよい。

【0029】

前記収得された炭酸リチウムを洗浄及び乾燥する段階をさらに含むことができる。

【発明の効果】

【0030】

本発明の一具現例では、不純物（より具体的には、アルカリ土類金属）が含まれたリン酸リチウムからリチウムを抽出する方法を提供し、高いリチウム回収率と低い原料・副原料、エネルギー及び設備費用でリチウム化合物（例えば、炭酸リチウム）を経済的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１及び表１は、リチウム濃度１０ｇ／Ｌの高濃度のリチウム溶液を製造するために、マグネシウム含有リン酸リチウム１０ｇと、酸性度が異なる各塩酸水溶液０．１Ｌとをそれぞれ常温で混合して６０分間撹拌した後、ろ過して得られた反応ろ液のｐＨ及びリチウム濃度を示す。表２は、マグネシウムが含有されたリン酸リチウム１０ｇを常温の塩酸水溶液０．１Ｌに投入することによってｐＨ４．３３のマグネシウム含有リン酸リチウム溶解液を製造し、水酸化カルシウムをそれぞれ２．３ｇ乃至２３．８ｇ投入した後、２時間にわたって撹拌及びろ過して得られた反応ろ液の化学成分の含量及びｐＨを示す。

【図2】図２は、マグネシウムが含有されたリン酸リチウム１０ｇを常温の塩酸水溶液０．１Ｌに投入することによってｐＨ４．３３のマグネシウム含有リン酸リチウム溶解液を製造し、水酸化カルシウムをそれぞれ２．３ｇ乃至２３．８ｇ投入した後、２時間にわたって撹拌、ろ過、洗浄及び乾燥して得られた析出物のＸ線回折パターンを示す。

【図3】図３は、マグネシウム及びリンが除去された常温のリン酸リチウム溶解液０．１ＬにＮａ_２ＣＯ_３を６．４７８ｇ投入した後、２時間にわたって撹拌、ろ過、洗浄及び乾燥して得られた析出物のＸ線回折パターンを示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、添付の本発明の多くの実施例に対して、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、様々な異なる形態で具現可能であり、ここで説明する各実施例に限定されない。

【0033】

本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体にわたって同一又は類似する構成要素に対しては同一の参照符号を付する。

【0034】

また、明細書全体において、一つの部分が一つの構成要素を「含む」としたとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。

【0035】

本発明の一具現例では、不純物を含むリン酸リチウムを準備する段階と；前記リン酸リチウム及び不純物を酸（ａｃｉｄ）に溶解させる段階と；前記リン酸リチウム及び不純物が酸に溶解された溶解液に添加剤を投入し、リチウム含有溶液を収得する段階と；を含み、前記添加剤は、リン酸陰イオン及び不純物を同時に析出させる物質であり、前記添加剤によって収得されたリチウム含有溶液は塩基性であるリチウム抽出方法を提供する。

【0036】

本発明の一具現例は、前記酸性溶液の一例である塩酸水溶液を用いて不純物（例えば、アルカリ土類金属）が含まれたリン酸リチウムを常温で溶解することによって高濃度のリン酸リチウム溶解液を獲得し；前記添加剤の一例である水酸化カルシウムを常温で投入することによって不純物及びリンを除去する方法を例に挙げて具体的に説明する。

【0037】

これ以降の段階において、収得されたリチウム含有溶液に炭酸塩の一例である炭酸ナトリウムを常温で投入することによって炭酸リチウムを獲得し；これを水道水で洗浄し、高温（例えば、１０５℃）で乾燥することによって炭酸リチウムを経済的に製造する方法を説明する。

【0038】

前記本発明の一具現例に係る塩酸水溶液による不純物（アルカリ土類金属の一種であるマグネシウム）含有リン酸リチウムの溶解は、下記の反応式１によって進められ得る。

【0039】

［反応式１］
（Ｍｇ，Ｌｉ）ＰＯ_４＋２ＨＣｌ＋３Ｈ_２Ｏ→Ｌｉ^＋＋Ｍｇ^２＋＋Ｈ_２ＰＯ_４ ^－＋２Ｃｌ^－＋３Ｈ_２Ｏ

【0040】

すなわち、前記マグネシウム含有リン酸リチウムは、常温で塩酸に溶解され、Ｌｉ^＋、Ｍｇ^２＋、Ｈ_２ＰＯ_４ ^－、Ｃｌ^－が含有されたリン酸リチウム溶解液に変換される。

【0041】

前記リン酸リチウムを溶解させるための酸の具体的な例は、塩酸、次亜塩素酸、硝酸、酢酸又はこれらの組み合わせであってもよい。硫酸は、カルシウムなどのアルカリ土類金属と反応して沈澱を生成させ、酸性スラッジを発生させることができ、リン酸に含有されたリンは、最終的に除去されなければならない物質であるので、除去費用を減少させるために使用しないことが好ましい。ただ、多様な不純物の組み合わせによって硫酸の一部が選択的に使用されてもよい。

【0042】

前記炭酸リチウムの溶解度は、１３ｇ／Ｌであり、リチウム濃度に換算すると２．５ｇ／Ｌである。よって、リン酸リチウム溶解液から炭酸リチウムを析出させて製造するとき、７５％以上の高いリチウム回収率を得るために、リン酸リチウム溶解液のリチウム濃度は１０ｇ／Ｌ以上でなければならない。

【0043】

したがって、本発明では、リン酸リチウム溶解液のリチウム濃度を１０ｇ／Ｌ以上に限定する。一方、リン酸リチウム溶解液のリチウム濃度が３０ｇ／Ｌであると、リチウム回収率が９１．７％であるのでさらに好ましい。

【0044】

下記の実施例に示したように、リチウム濃度１０ｇ／Ｌ以上のリン酸リチウム溶解液を得るために、リン酸リチウムと酸水溶液を混合して得られた反応溶液のｐＨが４．５以下でなければならない。これに対しては、後述する実施例でより詳細に説明する。

【0045】

本発明の一具現例に係るアルカリ土類金属及びリンの除去は、下記の反応式２又は反応式３によって進められ得る。

【0046】

［反応式２］
Ｌｉ^＋＋Ｍｇ^２＋＋Ｈ_２ＰＯ_４ ^－＋２Ｃｌ^－＋３Ｈ_２Ｏ＋Ｃａ（ＯＨ）_２→Ｌｉ^＋＋Ｈ^＋＋２Ｃｌ^－＋Ｍｇ（ＯＨ）_２ ^＋ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ＋Ｈ_２Ｏ

【0047】

［反応式３］
３Ｌｉ^＋＋３Ｍｇ^２＋＋３Ｈ_２ＰＯ_４ ^－＋６Ｃｌ^－＋９Ｈ_２Ｏ＋５Ｃａ（ＯＨ）_２→３Ｌｉ^＋＋Ｃｌ^－＋２ＯＨ^－＋３Ｍｇ（ＯＨ）_２＋Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３・ＯＨ＋１０Ｈ_２Ｏ＋５ＨＣｌ（ｇ）

【0048】

前記アルカリ土類金属及びリンを除去するための添加剤は、常温でリンと反応して難溶性化合物を生成させると同時に、アルカリ土類金属と難溶性化合物を生成する水酸化イオン（ＯＨ^－）を発生させる物質であってもよい。これにより、リンと不純物であるアルカリ土類金属を同時に析出させることができる。

【0049】

より具体的に、前記添加剤は、アルカリ土類金属酸化物又は水酸化物であってもよい。

【0050】

具体的な例として、前記添加剤の陽イオンは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ラジウム又はこれらの組み合わせであってもよく、添加剤は、これらの酸化物や水酸化物であってもよい。

【0051】

例えば、前記添加剤は、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、又はこれらの組み合わせであってもよく、他の例として、酸化カルシウムや酸化マグネシウムであることも可能である。

【0052】

例えば、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）や炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）を加熱し、酸化カルシウムや酸化マグネシウムを得ることができる。これから得られた酸化カルシウムや酸化マグネシウムに水を添加する場合、水酸化カルシウム及び水酸化マグネシウムを得ることができる。

【0053】

前記不純物（例えば、アルカリ土類金属）が含まれたリン酸リチウム溶解液から不純物（例えば、アルカリ土類金属）及びリンを除去するために、添加剤の一例である水酸化カルシウムが常温で投入されてもよい。

【0054】

前記具体的な例において、マグネシウムは、難溶性水酸化マグネシウムの形態で析出されてもよく、リンは、難溶性ヒドロキシルアパタイト（Ｈｙｄｒｏｘｙｌａｐａｔｉｔｅ、Ｃａ_５（ＰＯ_４）_３・ＯＨ）又はブルシャイト（Ｂｒｕｓｈｉｔｅ、ＣａＨＰＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）の形態で析出されてもよい。これらは、ろ過されてリン酸リチウム溶解液から除去されてもよい。

【0055】

前記添加剤の投入量は、前記リン酸リチウム溶解液に存在するリンを完全に除去するために、リン含量に対して１当量以上であってもよい。前記範囲を満足する場合、リンを完全に除去できるだけでなく、反応速度の側面でも有利になり得る。

【0056】

前記添加剤の投入量は、前記リン酸リチウム溶解液に存在するアルカリ土類金属及びリンが析出され、完全に除去され得るようにリン酸リチウム溶解液のｐＨを９以上又は好ましくは１１以上に維持できる投入量であってもよい。

【0057】

本発明の一具現例に係る炭酸リチウムの製造は、下記の反応式４によって進められ得る。

【0058】

本発明の一具現例に係る前記アルカリ土類金属及びリンが除去された常温のリチウム含有溶液から炭酸リチウムを析出させるために、炭酸供給物質の一例である炭酸ナトリウムが投入されてもよい。

【0059】

［反応式４］
６Ｌｉ^＋＋２Ｃｌ^－＋４ＯＨ^－＋２０Ｈ_２Ｏ＋３Ｎａ_２ＣＯ_３→３Ｌｉ_２ＣＯ_３＋６Ｎａ^＋＋２Ｃｌ^－＋４ＯＨ^－＋２０Ｈ_２Ｏ

【0060】

すなわち、前記炭酸ナトリウムは、常温でリチウムと反応して炭酸リチウムを生成及び析出させる。また、アルカリ土類金属及びリンが除去されたリチウム含有溶液を１当量以上投入すると、７５％以上の高い回収率で炭酸リチウムを得ることができる。

【0061】

前記炭酸塩の具体的な例は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウムなどである。

【0062】

より具体的に、前記炭酸塩は、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム又はこれらの組み合わせであってもよい。

【0063】

前記炭酸リチウムの投入量は、前記リチウム含有溶液のリチウム含量に対して１当量以上であってもよい。前記範囲を満足する場合、反応速度の側面で有利になり得る。

【0064】

本明細書において、常温は、一定の温度を意味するのではなく、外部的なエネルギーの付加がない状態の温度を意味する。よって、常温は、場所及び時間によって変化し得る。

【0065】

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を説明する。ただし、本発明の特許請求の範囲が下記の実施例に限定されるのではない。

【0066】

［実施例１］
リチウム濃度が１０ｇ／Ｌである高濃度のリチウム溶液を製造するために、マグネシウム含有リン酸リチウム１０ｇと、酸性度が異なる塩酸水溶液０．１Ｌとをそれぞれ常温で混合した後で６０分間撹拌した。

【0067】

撹拌が完了した後、各反応溶液をろ過し、ｐＨ及びリチウム濃度を測定した結果を図１及び表１に示した。

【0068】

図１に示したように、反応溶液のｐＨが減少することによってリン酸リチウムが溶解され、リチウム濃度が徐々に増加した。反応ろ液ｐＨが４．５以下に到逹すると、リチウム濃度が約１０ｇ／Ｌを示し、反応ろ液のｐＨを４．５以下に減少させた場合にも、これ以上リチウム濃度が増加しないことが分かった。

【0069】

これにより、反応ろ液ｐＨ４．５以下では、投入された全てのリン酸リチウムが溶解されることが分かる。一方、反応ろ液のｐＨが－１．０以下と過度に低いときにも、リン酸リチウムを全て溶解させることはできるが、塩酸の使用量が過度に増加するという問題がある。

【0070】

【表1】

【0071】

［実施例２］
マグネシウムが含有されたリン酸リチウム１０ｇを常温の塩酸水溶液０．１Ｌに投入し、１時間にわたって撹拌することによってｐＨ４．３３のマグネシウム含有リン酸リチウム溶解液を製造した。

【0072】

前記リン酸リチウム溶解液に水酸化カルシウムをそれぞれ２．３ｇ乃至２３．８ｇ投入し、２時間にわたって撹拌した後で析出物をろ過した。

【0073】

下記の表２に示したように、反応ろ液のｐＨが１１以上である場合、リンとマグネシウムが完全に除去されることが分かる。水酸化カルシウムを多量投入し、反応溶液のｐＨを１４以上に増加させた場合にも、リンとマグネシウムを完全に除去できるが、原料・副原料の費用が増加し、未反応析出物の間に層間水が存在することからリチウム回収率を減少させるので、好ましくは、アルカリ土類金属酸化物又は水酸化物を投入したリン酸リチウム溶解液のｐＨを１１乃至１４以下に制御することができる。

【0074】

一方、反応溶液からろ過された析出物は、水道水で洗浄された後、１０５℃で２４時間乾燥した。反応溶液ｐＨ１１．３５を示した析出物の鉱物相を、Ｘ線回折分析機を用いて分析した結果を図２に示した。

【0075】

図２に示したように、マグネシウムは、難溶性水酸化マグネシウムの形態で析出され、リンは、ほとんどが難溶性ヒドロキシルアパタイトの形態で、一部がリン酸リチウムの形態で析出され、マグネシウム含有リン酸リチウム溶解液から完全に除去された。

【0076】

【表2】

【0077】

［実施例３］
マグネシウム及びリンが除去された常温のリチウム含有溶液１ＬにＮａ_２ＣＯ_３を６４．７８ｇ投入した後、２時間にわたって撹拌して反応させ、析出物をろ過した。

【0078】

反応溶液からろ過された析出物は、水道水で洗浄された後、１０５℃で２４時間乾燥し、Ｘ線回折分析機を用いて鉱物相の分析が進められた。分析結果は、図３に示した。図３に示したように、析出物は、炭酸リチウム単一相として観察されることから、炭酸リチウムがうまく合成されたことが分かる。

【0079】

本発明は、前記各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須な特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施され得ることを理解できるだろう。そのため、以上で記述した各実施例は、全ての面で例示的なものであり、限定的なものではないことを理解しなければならない。

【図1】

【図2】

【図3】