特許 7398080 レアメタルの浸出方法、レアメタルの分離方法及びレアメタル抽出用抽出剤

(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】2023-12-06

(45)【発行日】2023-12-14

(54)【発明の名称】レアメタルの浸出方法、レアメタルの分離方法及びレアメタル抽出用抽出剤

(51)【国際特許分類】

   C22B 23/00 20060101AFI20231207BHJP

   C22B 3/04 20060101ALI20231207BHJP

   B01D 11/02 20060101ALI20231207BHJP

【ＦＩ】

C22B23/00 102

C22B3/04

B01D11/02 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019166322

(22)【出願日】2019-09-12

(65)【公開番号】P2021042444

(43)【公開日】2021-03-18

【審査請求日】2022-08-31

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 賢

(72)【発明者】

【氏名】柴崎 絢祐

【審査官】岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１２１０８６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｂ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アミノ酸と水とからなる溶液にレアメタルを含む物質を入れ、水熱処理する、レアメタルの浸出方法。

【請求項2】

前記アミノ酸は中性アミノ酸である、請求項１に記載のレアメタルの浸出方法。

【請求項3】

前記レアメタルが、コバルト、ニッケルのいずれかである、請求項１又は２に記載のレアメタルの浸出方法。

【請求項4】

アミノ酸を含む溶液に複数種のレアメタルを含む物質を入れ、第１条件で水熱処理する第１水熱処理と、
前記第１水熱処理後の水溶液を第１浸出液と第１濾物とに濾別する第１濾別処理と、
アミノ酸を含む溶液に前記第１濾物を入れ、前記第１条件より厳しい条件で水熱処理する第２水熱処理と、
前記第２水熱処理後の水溶液を第２浸出液と第２濾物とに濾別する第２濾別処理と、を有する、レアメタルの分離方法。

【請求項5】

前記第２水熱処理の温度は前記第１水熱処理の温度より高い、請求項４に記載のレアメタルの分離方法。

【請求項6】

アミノ酸と水とからなるレアメタル浸出用浸出剤であって、水熱処理によりレアメタルを含む物質からレアメタルを浸出する際に用いられる、レアメタル浸出用浸出剤。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レアメタルの浸出方法、レアメタルの分離方法及びレアメタル抽出用抽出剤に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車、モバイルバッテリー等の需要の増加に伴い、リチウムイオン二次電池の需要が増加している。リチウムイオン二次電池は、正極活物質等にＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｌｉ等のレアメタルを含んでいる。しかしながら、これらのレアメタルを含む鉱石は、地球上に偏在している。例えば、Ｃｏはコンゴが主要産地であり、鉱石生産量の５０％近くを占める。生産国に予期せぬ天災や政情不安が生じると、レアメタルの安定供給を確保することが難しくなる。

【0003】

レアメタルの安定供給を実現する一つの手段として、使用済みリチウムイオン二次電池からレアメタルを取り出し、再利用する方法が検討されている。例えば、酸と還元剤とを含む溶液に金属成分を浸出させる湿式精錬法は、レアメタルを浸出させ取り出す方法の一つである。一方で、湿式精錬法は、大量の酸及び還元剤が必要であり、浸出に要する反応時間が長く、プロセス効率が低く、環境負荷も大きい。

【0004】

非特許文献１には、水熱処理を利用したレアメタルの浸出方法が記載されている。非特許文献１には、硫酸、硝酸又はクエン酸を用いて、コバルト酸リチウムからコバルトを浸出させ、取り出すことができることが記載されている。クエン酸を用いた水熱処理は、酸濃度が低く、還元剤を添加しない条件でも、良好にコバルトを取り出すことができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】相川達也、渡邉賢、相田卓、Richard L. Smith Jr. 化学工業論文集、第４３巻、第４号、pp.313-318、2017.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

非特許文献１に記載のクエン酸を用いた水熱処理は、環境負荷も小さく、良好にコバルトを抽出できる。しかしながら、技術は日々進歩するものであり、非特許文献１に記載の方法よりさらに安価、かつ、より効率的にレアメタルを溶液中に浸出できる新たな方法が模索されている。すなわち、安価、かつ、より効率的にレアメタルを抽出できる新たな方法が求められている。

【0007】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、新たなレアメタルの浸出方法及びレアメタルの分離方法を提供することを目的とする。また新たなレアメタルの抽出剤を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者らは、アミノ酸を用いて水熱処理を行うと、レアメタルを溶液中に浸出できることを見出した。すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0009】

（１）第１の態様にかかるレアメタルの浸出方法は、アミノ酸と水とからなる溶液にレアメタルを含む物質を入れ、水熱処理する。

【0010】

（２）上記態様にかかるレアメタルの浸出方法において、前記アミノ酸は中性アミノ酸であってもよい。

【0011】

（３）上記態様にかかるレアメタルの浸出方法において、前記レアメタルが、コバルト、ニッケルのいずれかであってもよい。

【0012】

（４）第２の態様にかかるレアメタルの分離方法は、アミノ酸を含む溶液に複数種のレアメタルを含む物質を入れ、第１条件で水熱処理する第１水熱処理と、前記第１水熱処理後の水溶液を第１浸出液と第１濾物とに濾別する第１濾別処理と、アミノ酸を含む溶液に前記第１濾物を入れ、前記第１条件より厳しい条件で水熱処理する第２水熱処理と、前記第２水熱処理後の水溶液を第２浸出液と第２濾物とに濾別する第２濾別処理と、を有する。

【0013】

（５）上記態様にかかるレアメタルの分離方法において、前記第２水熱処理の温度は前記第１水熱処理の温度より高くてもよい。

【0014】

（６）第３の態様にかかるレアメタル浸出用浸出剤は、アミノ酸と水とからなるレアメタル浸出用浸出剤であって、水熱処理によりレアメタルを含む物質からレアメタルを浸出する際に用いられる。

【発明の効果】

【0015】

新たなレアメタルの浸出方法及びレアメタルの分離方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施例に用いた装置の模式図である。

【図2】実施例１におけるＬｉ及びＣｏの浸出率の反応条件依存性を示すグラフである。

【図3】実施例１におけるＣｏ錯体量の反応条件依存性を示すグラフである。

【図4】実施例１におけるＣｏ錯体量の反応条件依存性を示すグラフである。

【図5】実施例２におけるＬｉ及びＮｉの浸出率の反応条件依存性を示すグラフである。

【図6】実施例２におけるＮｉ錯体量の反応条件依存性を示すグラフである。

【図7】実施例３におけるＬｉ及びＭｎの浸出率の反応条件依存性を示すグラフである。

【図8】実施例４におけるＬｉ及びＣｏの浸出率の反応条件依存性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0018】

「レアメタルの浸出方法」
本実施形態にかかるレアメタルの浸出方法は、アミノ酸を含む溶液にレアメタルを含む物質を入れ、水熱処理する方法である。

【0019】

まずレアメタルを含む物質を準備する。レアメタルは、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｔｌ、Ｂｉである。

【0020】

レアメタルは、アミノ酸と錯体を形成しやすいことが好ましい。アミノ酸と錯体を形成しやすいレアメタルは、例えば、コバルト、ニッケルである。アミノ酸と錯体を形成しやすいとは、反応温度１２０℃以上１８０℃以下、反応時間５分以上９０分以下、アミノ酸の濃度０．５Ｍの条件で水熱処理した場合に、レアメタルが錯体を形成できることを意味する。錯体の形成は、処理後の浸出液を紫外可視分光法により測定した際の錯体由来のピークの有無で確認できる。

【0021】

レアメタルを含む物質は、例えば、使用済みリチウムイオン二次電池の正極材である。レアメタルを含む物質は、使用済みリチウムイオン二次電池の正極材に限られない。レアメタルを含む物質は、例えば、レアメタルの酸化物又はリチウム複合酸化物である。レアメタルを含む物質は、レアメタルを１種以上含む。レアメタルを含む物質が２種以上のレアメタルを含む場合、レアメタルを含む物質は、１つの化合物中に２種のレアメタルを含んだものでも、異なるレアメタルを含む化合物が混合されたものでもよい。

【0022】

レアメタルを含む物質は、例えば、コバルト、ニッケル、マンガンからなる群から選択される１種以上の元素を含む。レアメタルを含む物質は、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、又は、これらの混合物である。

【0023】

次いで、アミノ酸を含む溶液を準備する。アミノ酸を溶解する溶媒は、水である。アミノ酸を水に溶解することでアミノ酸を含む溶液が得られる。

【0024】

アミノ酸は中性アミノ酸であることが好ましい。溶液中のアミノ酸の濃度が高い場合でも、中性アミノ酸であれば溶液のｐＨを中性に保つことができる。溶液のｐＨが中性であれば、環境負荷も小さく、反応器の腐食等も抑制できる。中性アミノ酸は、分子内にアミノ基とカルボキシ基を１つずつ有するアミノ酸である。中性アミノ酸は、例えば、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、スレオニン、システイン、メチオニン、アスパラギン、グルタミン、プロリン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンである。

【0025】

またアミノ酸は、水熱処理時に熱変性しにくいことが好ましい。熱変性しにくいアミノ酸は、例えば、グリシン、アラニンである。またアミノ酸は、側鎖が短く、分子量が小さいことが好ましい。側鎖が短く分子量の小さいアミノ酸は、溶液に溶解しやすく、溶液中で動きやすいため、レアメタルとの反応性が向上する。アミノ酸の側鎖を構成する炭素元素の数は、例えば、３以下であることが好ましい。アミノ酸は、アラニン又はグリシンであることが特に好ましい。またアラニン及びグリシンは、安価であり、入手しやすい。

【0026】

アミノ酸を含む溶液におけるアミノ酸の量は、溶液に入れる物質に含まれるレアメタルの量によって決定される。溶液に含まれるアミノ酸の量は、例えば、レアメタルとの錯体反応に必要分より過剰にする。１つのレアメタルに対してアミノ酸は、１配位から３配位して錯体を形成する。アミノ酸のモル比は、例えば、溶液に入れる物質に含まれるレアメタルのモル比の１．５倍以上とすることが好ましい。

【0027】

次いで、準備したアミノ酸を含む溶液に、レアメタルを含む物質を入れ、水熱処理を行う。

【0028】

水熱処理は、高温高圧の熱水の存在下で行われる処理のことである。高温高圧中では、水の電離が進み、水中の水素イオン濃度が高まる。水素イオンは、レアメタルの価数を小さくし（例えば、Ｃｏ^３＋をＣｏ^２＋にし）、レアメタルの溶液中への浸出が促進される。

【0029】

水熱処理の温度は、常温より高い温度であり、例えば９０℃以上である。水熱処理の圧力は、処理温度において水が液体の状態を保つことができる圧力である。圧力は、外部から印加してもよいし、閉空間内で水熱処理を行うことで、溶液の蒸気によって閉空間内の圧力（蒸気圧）を高めてもよい。水熱処理の圧力は、例えば、１ＭＰａ以上である。水熱処理の雰囲気は、例えば、不活性ガス雰囲気である。不活性ガスは、例えば、窒素、アルゴンである。水熱処理は、大気雰囲気中で行ってもよい。

【0030】

水熱処理の反応温度、反応時間は、レアメタルの種類によって自由に設定できる。例えば、ニッケルはコバルトよりアミノ酸と錯体を形成しやすく、コバルトはマンガンよりアミノ酸と錯体を形成しやすい。レアメタルがニッケルの場合は反応温度を９０℃以上にすることが好ましく、レアメタルがコバルトの場合は反応温度を１２０℃以上にすることが好ましく、レアメタルがマンガンの場合は反応温度を１５０℃以上にすることが好ましい。レアメタルがニッケルの場合は反応時間を５分以上にすることが好ましく、レアメタルがコバルトの場合は反応時間を３０分以上にすることが好ましく、レアメタルがマンガンの場合は反応時間を６０分以上にすることが好ましい。

【0031】

水熱処理の際は、溶液を攪拌してもよい。溶液の攪拌は、レアメタルとアミノ酸との錯体反応を促進する。攪拌は、例えばスターラーで行う。また溶液中に還元剤を別途添加してもよい。水熱合成は水の電離が進み、水中の水素イオン濃度が高いため、還元剤は基本的には不要である。しかしながら、溶液中に還元剤を添加することを否定するものではない。還元剤は、例えば、過酸化水素である。還元剤の添加量は、例えば、湿式精錬法と比較して少量となる。

【0032】

アミノ酸を含む溶液にレアメタルを含む物質を入れ、水熱処理をするとアミノ酸に含まれるカルボキシ基又はアミノ基は、物質に含まれるレアメタルに配位する。アミノ酸がレアメタルに配位すると、アミノ酸とレアメタルの錯体が形成される。例えば、グリシンとコバルトの錯体であるＣｏ（ＩＩ）－グリシン錯体、Ｃｏ（ＩＩＩ）－グリシン錯体、グリシンとニッケルの錯体であるＮｉ（ＩＩ）－グリシン錯体、Ｎｉ（ＩＩＩ）－グリシン錯体、はいずれも水溶性である。そのため、物質に含まれるレアメタルは錯体として溶液中に浸出する。

【0033】

また水熱処理は、水の電離を促進し、水中の水素イオン濃度が高まる。水素イオンは、レアメタルを還元する。レアメタルは還元されると、溶解度が高まるため、レアメタルの浸出がより促される。その結果、本実施形態にかかるレアメタルの浸出方法によれば、レアメタルを溶液中に効率的に浸出させることができる。また本実施形態にかかるレアメタルの浸出方法は、アミノ酸を用いるため、環境負荷も小さい。

【0034】

最後に、処理後の浸出液を濾過する。濾過後の浸出液（濾液）には、レアメタルが含まれる。以上の手順で、レアメタルを含む物質からレアメタルを抽出できる。

【0035】

「レアメタルの分離方法」
本実施形態に係るレアメタルの分離方法は、第１水熱処理と、第１濾別処理と、第２水熱処理と、第２濾別処理と、をこの順で行う。本実施形態に係るレアメタルの分離方法は、複数種のレアメタルを含む物質からそれぞれのレアメタルを分けて取り出すことができる。

【0036】

まず第１水熱処理を行う。第１水熱処理は、アミノ酸を含む溶液に複数種のレアメタルを含む物質を入れ、第１条件で水熱処理する。複数種のレアメタルを含む物質は、１つの化合物中に２種のレアメタルを含んだものでも、異なるレアメタルを含む化合物が混合されたものでもよい。溶液に含まれるアミノ酸、物質に含まれるレアメタル、水熱処理の条件等は、上記のレアメタルの浸出方法と同様である。

【0037】

第１条件は、複数種のレアメタルのうち最もアミノ酸と錯体を形成しやすいレアメタルに合わせた条件とする。すなわち、第１条件は、複数種のレアメタルのうち最もアミノ酸と錯体を形成しやすいレアメタルは浸出するが、複数種のレアメタルのうち二番目にアミノ酸と錯体を形成しやすいレアメタルは浸出しにくい条件とする。浸出しにくい条件とは、例えば、浸出率が５０％を下回る条件である。

【0038】

例えば、複数種のレアメタルを含む物質がコバルトとニッケルとマンガンを含む物質の場合、ニッケルは浸出するが、コバルト及びマンガンは浸出しにくい条件を第１条件とする。例えば、第１水熱処理の条件を、反応温度を１２０℃とし、反応時間を５分とする。この条件の場合、ニッケルは溶液中に浸出するが、コバルト及びマンガンは溶液中にほとんど浸出しない。

【0039】

次いで、第１濾別処理を行う。第１濾別処理は、第１水熱処理後の水溶液を濾別する。第１水熱処置後の水溶液を濾別すると、第１浸出液と第１濾物とが得られる。第１浸出液は、第１水熱処理で溶液中に浸出したレアメタルを含む。第１水熱処理で溶液中に浸出したレアメタルは、アミノ酸と錯体を形成し、溶液中に溶解している。第１濾物は、第１水熱処理で溶液中に浸出しなかったレアメタルを含む。例えば、複数種のレアメタルを含む物質がコバルトとニッケルとマンガンを含む物質の場合、ニッケルは第１浸出液に含まれ、コバルト及びマンガンは第１濾物に含まれる。第１濾別処理を行うと、複数種のレアメタルのうちの一つ（例えば、ニッケル）が第１浸出液として抽出される。

【0040】

次いで、第２水熱処理を行う。第２水熱処理は、アミノ酸を含む溶液に第１濾物を入れ、第２条件で水熱処理する。溶液に含まれるアミノ酸、物質に含まれるレアメタル、水熱処理の条件等は、上記のレアメタルの浸出方法と同様である。第２水熱処理に用いるアミノ酸は、第１水熱処理に用いるアミノ酸と同じでも異なっていてもよい。

【0041】

第２条件は、第１条件より厳しい条件とする。例えば、第２水熱処理の温度を第１水熱処理の温度より高くする。また例えば、第２水熱処理の反応時間を第１水熱処理の反応時間より長くする。また例えば、第２水熱処理のアミノ酸の濃度を第１水熱処理のアミノ酸の濃度より高くする。また例えば、第２水熱処理のアミノ酸の種類を第１水熱処理のアミノ酸の種類と変更する。

【0042】

例えば、第２条件は、複数種のレアメタルのうち二番目にアミノ酸と錯体を形成しやすいレアメタルに合わせた条件とする。すなわち、第２条件は、複数種のレアメタルのうち二番目にアミノ酸と錯体を形成しやすいレアメタルは浸出するが、複数種のレアメタルのうち三番目にアミノ酸と錯体を形成しやすいレアメタルは浸出しにくい条件とする。

【0043】

例えば、複数種のレアメタルを含む物質がコバルトとニッケルとマンガンを含む物質の場合、コバルトは浸出するが、マンガンは浸出しにくい条件を第２条件とする。例えば、第２水熱処理の条件を、反応温度を１６５℃とし、反応時間を３０分とする。この条件の場合、コバルトは溶液中に浸出するが、マンガンは溶液中に浸出しにくい。なお、ニッケルは第１水熱処理で既に浸出しており、第１濾物にはほとんど含まれていない。

【0044】

次いで、第２濾別処理を行う。第２濾別処理は、第２水熱処理後の水溶液を濾別する。第２水熱処置後の水溶液を濾別すると、第２浸出液と第２濾物とが得られる。第２浸出液は、第２水熱処理で溶液中に浸出したレアメタルを含む。第２水熱処理で溶液中に浸出したレアメタルは、アミノ酸と錯体を形成し、溶液中に溶解している。第２濾物は、第２水熱処理で溶液中に浸出しなかったレアメタルを含む。例えば、第１濾物がコバルトとマンガンを含む場合、コバルトは第２浸出液に含まれ、マンガンは第２濾物に含まれる。第２濾別処理を行うと、複数種のレアメタルのうちの一つ（例えば、コバルト）が第２浸出液として抽出される。また複数種のレアメタルのうち一つ（例えば、マンガン）が第２濾物として抽出される。

【0045】

つまり、本実施形態にかかるレアメタルの抽出方法を用いると、第１のレアメタル（例えば、ニッケル）は第１浸出液として抽出され、第２のレアメタル（例えば、コバルト）は第２浸出液として抽出され、第３のレアメタル（例えば、マンガン）は第２濾物として抽出される。

【0046】

第１浸出液及び第２浸出液からレアメタルを抽出する際は、レアメタルの錯体を抽出できる溶剤で、錯体を逆抽出する。例えば、二酸化炭素を用いてレアメタルを逆抽出する。例えば、レアメタルの水酸化物が逆抽出により溶液中に沈殿する。沈殿物を分離し、焼成することで、レアメタルの酸化物が得られる。また第２濾物からレアメタルを抽出する際は、例えば、第２水熱処理より厳しい条件で水熱処理を行ってもよいし、湿式精錬法を用いてもよい。そして、得られた抽出液からレアメタルを抽出する際は、第１浸出液からレアメタルを抽出する方法と同様の手順で行うことができる。

【0047】

ここまで、物質に含まれるレアメタルの種類が３種類の場合を例に説明したが、レアメタルの種類が４種以上の場合は水熱処理と濾別処理とをさらに繰り返すことで、それぞれのレアメタルを分離できる。なお、水熱処理の処理条件は、先の条件より厳しくし、段階的に厳しくしていく。

【0048】

上述のように、本実施形態に係るレアメタルの分離方法によれば、複数種のレアメタルを含む物質からそれぞれのレアメタルを分離して抽出できる。

【0049】

また分離して抽出したレアメタルは、逆抽出工程と焼成工程とを経るだけでレアメタルの酸化物となる。例えば、酸を用いた湿式精錬法の場合、複数のレアメタルは一度に溶液中に浸出する。そのため、それぞれのレアメタルの酸化物を得る場合、有機溶媒を用いてそれぞれのレアメタルを単離する単離工程、酸を用いて単離したレアメタルを溶媒中に抽出する逆抽出工程、溶液中からレアメタルを析出させる電解析出工程、析出したレアメタルを再溶解しレアメタルの塩を形成する工程、レアメタルの塩を焼成しレアメタルの酸化物を作製する工程を経る必要がある。これに対し、本実施形態にかかるレアメタルの分離方法は、簡便にレアメタルの酸化物を得ることができる。

【0050】

リチウムイオン二次電池の正極において、レアメタルは酸化物として用いられることが多い。そのため、簡便な方法でレアメタルの酸化物を得られることは、有用性が高い。

【0051】

以上、本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【実施例】

【0052】

（実施例１）
図１は、実施例に用いた装置の模式図である。図１に示す装置１は、反応器Ｒとガス供給部Ｇと真空ポンプＶｐと温度制御部Ｔｃと冷却部Ｃと圧力計Ｐと温度計Ｔと複数のバルブｖｂとを有する。

【0053】

反応器Ｒは、容積３００ｃｍ^３のガラス容器である。反応器Ｒは、真空ポンプＶｐとガス供給部Ｇに接続されている。反応器Ｒの内部の大気は、真空ポンプＶｐで排出し、ガス供給部Ｇから供給された窒素ガスで置換した。反応器Ｒ内の圧力は、圧力計Ｐで測定した。

【0054】

反応器Ｒ内の温度は、温度計Ｔで計測し、温度制御部Ｔｃで調整した。冷却部Ｃは、処理後の反応器Ｒを冷却する。

【0055】

反応器Ｒ内には溶液ｓを注入した。溶液ｓは、５ｇのグリシンを１００ｍＬの水に加えた０．５Ｍのグリシン水溶液とした。実験に使用する水は、蒸留水製造装置（ヤマト株式会社製、ＷＧ－２２０）にて製造した蒸留水を、超純水製造装置（アドバンテック東洋株式会社製、ＣＰＷ－１００）にて水の抵抗率が１８Ωｃｍになるまで精製したものを用いた。

【0056】

実施例１では、溶液ｓにリチウム金属酸化物を０．０５ｇ入れて、水熱処理を行った。実施例１におけるリチウム金属酸化物はＬｉＣｏＯ_２である。反応器Ｒの内部の圧力は、１ＭＰａとした。反応器Ｒ内の温度条件は、１２０℃から１８０℃の範囲で変更させた。また反応時間は、５分、１５分、３０分、４５分、６０分、９０分のそれぞれで行った。反応終了後に、反応器を冷却し、残圧を確認してから溶液ｓを回収した。回収した溶液は、０．４５μｍのフィルター及び超純水を用いて減圧濾過した。

【0057】

溶液中のＬｉ及びＣｏをＩＣＰ－ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析法：Thermo Fisher, iCAP6500）により定量し、浸出率を算出した。図２は、実施例１におけるＬｉ及びＣｏの浸出率の反応条件依存性を示すグラフである。図２において、横軸は反応時間、縦軸は浸出率であり、反応温度ごとにグラフを作成した。

【0058】

浸出率は、以下の定義に基づいて求めた。
「浸出率（％）」＝「溶液中に存在する各金属質量（ｇ）」／リチウム金属酸化物中の金属質量（ｇ）」×１００

【0059】

またＵＶ－Ｖｉｓ（紫外可視分光法：JASCO, V-570）を用いて、走査速度２０００ｎｍ／ｍｉｎで錯体の有無、錯体量の変化を確認した。図３及び図４は、実施例１におけるＣｏ錯体量の反応条件依存性を示すグラフである。図３及び図４において、横軸は波長、縦軸は吸光度である。図３は反応温度１２０℃の結果であり、図４は反応温度１３５℃の結果である。

【0060】

図２に示すように、反応時間及び反応時間の増加に伴い、Ｃｏ及びＬｉの浸出率は増加した。また図３及び図４では、波長３７３ｎｍにＣｏ（ＩＩ）－グリシン錯体のピークが確認され、波長５３０ｎｍにＣｏ（ＩＩＩ）－グリシン錯体のピークが確認された。また図３及び図４に示すように、反応時間及び反応時間の増加に伴い、Ｃｏ錯体量は増加した。すなわち、リチウム金属酸化物中のＣｏが、Ｃｏ錯体として溶液ｓ中に浸出した。

【0061】

（実施例２）
実施例２は、リチウム金属酸化物をＬｉＮｉＯ_２に変更した点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様とした。実施例２では、Ｌｉ及びＮｉの浸出率及びＮｉ錯体量の反応条件依存性を確認した。

【0062】

図５は、実施例２におけるＬｉ及びＮｉの浸出率の反応条件依存性を示すグラフである。図５において、横軸は反応時間、縦軸は浸出率であり、反応温度ごとにグラフを作成した。図６は、実施例２におけるＮｉ錯体量の反応条件依存性を示すグラフである。図６において、横軸は波長、縦軸は吸光度である。図６は反応温度９０℃の結果である。

【0063】

図５に示すように、反応時間及び反応時間の増加に伴い、Ｌｉ及びＮｉの浸出率は増加した。また図６では、波長６００ｎｍにＮｉ（ＩＩ）－グリシン錯体のピークが確認された。また図６に示すように、反応時間及び反応時間の増加に伴い、Ｎｉ錯体量は増加した。すなわち、リチウム金属酸化物中のＮｉが、Ｎｉ錯体として溶液ｓ中に浸出した。実施例１と実施例２とを比較すると、実施例２のＮｉは実施例１のＣｏより低い反応温度、短い反応時間で抽出できた。

【0064】

（実施例３）
実施例３は、リチウム金属酸化物をＬｉＭｎＯ_２に変更した点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様とした。実施例３では、Ｌｉ及びＭｎの浸出率の反応条件依存性を確認した。

【0065】

図７は、実施例３におけるＬｉ及びＭｎの浸出率の反応条件依存性を示すグラフである。図７において、横軸は反応時間、縦軸は浸出率であり、反応温度ごとにグラフを作成した。図７に示すように、Ｍｎの場合は反応時間が６０分の範囲内において、浸出率にばらつきがあった。Ｍｎは、Ｃｏ（実施例１）及びＮｉ（実施例２）より抽出しにくかった。

【0066】

（実施例４）
実施例４は、溶液ｓを５ｇのアラニンを１００ｍＬの水に加えた０．５Ｍのアラニン水溶液とした点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様とした。実施例４においても、実施例１と同様に、Ｌｉ及びＣｏの浸出率及びＣｏ錯体量の反応条件依存性を確認した。

【0067】

図８は、実施例４におけるＬｉ及びＣｏの浸出率の反応条件依存性を示すグラフである。図８において、横軸は反応温度、縦軸は浸出率である。

【0068】

図８に示すように、アラニン水溶液の場合でもＬｉ及びＣｏが進出した。図８に示すように、反応時間及び反応時間の増加に伴い、Ｌｉ及びＣｏの浸出率は増加した。リチウム金属酸化物中のＣｏが、Ｃｏ錯体として溶液s中に浸出した。

【符号の説明】

【0069】

Ｃ 冷却器、Ｇ ガス供給部、Ｒ 反応器、ｓ 溶液、Ｔ 温度計、Ｔｃ 温度制御部、Ｖｐ 真空ポンプ、ｖｂ バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】