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公開番号2025117751
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-13
出願番号2024012640
出願日2024-01-31
発明の名称有価物の分離方法及び分離装置
出願人東レ株式会社
代理人
主分類B01D 61/02 20060101AFI20250805BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】本発明は、簡便な手法で多価の有価物と1価の有価物を分離する方法及び有価物の分離装置を提供することを目的とする。
【解決手段】材料をアルカリ水溶液と接触させるアルカリ処理工程と、上記アルカリ処理工程で得られた1価の有価物のイオン及び多価の有価物のイオンを含む有価物含有アルカリ水溶液から、ナノろ過膜により、1価の有価物のイオン濃度の総和Pと多価の有価物のイオン濃度の総和Qとの比率(P/Q)が5以上の透過水aを得る分離工程Aと、を含む、1価の有価物と多価の有価物の分離方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
材料をアルカリ水溶液と接触させるアルカリ処理工程と、前記アルカリ処理工程で得られた１価の有価物のイオン及び多価の有価物のイオンを含む有価物含有アルカリ水溶液から、ナノろ過膜により、１価の有価物のイオン濃度の総和Ｐと多価の有価物のイオン濃度の総和Ｑとの比率（Ｐ／Ｑ）が５以上の透過水ａを得る分離工程Ａと、を含む、１価の有価物と多価の有価物の分離方法。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記アルカリ水溶液が有機塩基及び／又はアンモニアを含む、請求項１に記載の分離方法。
【請求項３】
前記アルカリ水溶液が第４級アンモニウム塩を含む、請求項２に記載の分離方法。
【請求項４】
前記有機塩基の式量が９０以上である、請求項２又は３に記載の分離方法。
【請求項５】
前記材料が硫黄を含有し、かつ前記分離工程Ａにより得られる非透過水ｂが硫化物イオンを含む、請求項１～３のいずれかに記載の分離方法。
【請求項６】
前記非透過水ｂのｐＨを８以下とし、発生する硫化水素を回収する工程を含む、請求項５に記載の分離方法。
【請求項７】
前記１価の有価物がリチウムを含む、請求項１～３のいずれかに記載の分離方法。
【請求項８】
前記材料が、電池の電解質を含む、請求項１～３のいずれかに記載の分離方法。
【請求項９】
請求項７に記載の分離方法を含む、リチウム塩の回収方法。
【請求項１０】
前記分離工程Ａで使用するナノろ過膜が、０．５ＭＰａの操作圧力で２５℃、ｐＨ６．５の１０００ｍｇ／Ｌのグルコース水溶液を透過させたときのグルコール除去率と、０．５ＭＰａの操作圧力で２５℃、ｐＨ６．５の１０００ｍｇ／Ｌのイソプロピルアルコール水溶液を透過させたときのイソプロピルアルコール除去率との差が５０％以上であり、前記グルコース除去率が７０％以上である、請求項１～３のいずれかに記載の分離方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池やその製造工程で生じる廃材、廃液、鉱石、スラグなどから有価物を分離する方法及びその分離装置に関するものである。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、通信機器、ハイブリッドカー及び電気自動車の急速な普及に伴い、リチウム二次電池の開発が重要視されている。
【０００３】
一般的にリチウム二次電池の構成部材は、様々な貴重資源を使用している。例えば、固体電解質として酸化物系固体電解質であるＬＡＧＰ（Ｌｉ
１＋ｘ
Ａｌ
ｘ
Ｇｅ
２－ｘ
（ＰＯ
４
）
３
）や硫化物系固体電解質としてリチウム・ゲルマニウム・リン・硫黄で構成される材料であるＬＧＰＳが有望な材料として開発されている。これらの物質は、例えば、リチウム、ゲルマニウムなどの貴重な有価物が使用されている。
【０００４】
近年、貴重資源の需要が拡大し、貴重資源の不足が懸念されることから、使用済みのリチウム二次電池やその製造工程から生じる廃材などから、有価物を再利用する取り組みが行われている。例えば、特許文献１には、リチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液から、リチウム選択透過膜を用いてリチウムイオンを回収する、水酸化リチウムの製造方法が開示されている。また、特許文献２には、廃リチウムイオン電池に対して、前処置、鉱酸への溶解、イオン交換膜による電解などを行い、有価金属を回収する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－０７５６１９号公報
特開２０２３－０５１６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、リチウムのみを分離回収しており、他の有価物を分離回収できない課題があった。また、特許文献２に記載の方法は、複数の工程を経ており、分離に労力がかかる課題があった。本発明は、簡便な手法で多価の有価物と１価の有価物を分離する方法及び有価物の分離装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成からなる。
［１］材料をアルカリ水溶液と接触させるアルカリ処理工程と、上記アルカリ処理工程で得られた１価の有価物のイオン及び多価の有価物のイオンを含む有価物含有アルカリ水溶液から、ナノろ過膜により、１価の有価物のイオン濃度の総和Ｐと多価の有価物のイオン濃度の総和Ｑとの比率（Ｐ／Ｑ）が５以上の透過水ａを得る分離工程Ａと、を含む、１価の有価物と多価の有価物の分離方法。
［２］上記アルカリ水溶液が有機塩基及び／又はアンモニアを含む、上記［１］に記載の分離方法。
［３］上記アルカリ水溶液が第４級アンモニウム塩を含む、上記［２］に記載の分離方法。
［４］上記有機塩基の式量が９０以上である、上記［２］又は［３］に記載の分離方法。
［５］上記材料が硫黄を含有し、かつ上記分離工程Ａにより得られる非透過水ｂが硫化物イオンを含む、上記［１］～［４］のいずれかに記載の分離方法。
［６］上記非透過水ｂのｐＨを８以下とし、発生する硫化水素を回収する工程を含む、上記［５］に記載の分離方法。
［７］上記１価の有価物がリチウムを含む、上記［１］～［６］のいずれかに記載の分離方法。
［８］上記材料が、電池の電解質を含む、上記［１］～［７］のいずれかに記載の分離方法。
［９］上記［７］に記載の分離方法を含む、リチウム塩の回収方法。
［１０］上記分離工程Ａで使用するナノろ過膜が、０．５ＭＰａの操作圧力で２５℃、ｐＨ６．５の１０００ｍｇ／Ｌのグルコース水溶液を透過させたときのグルコール除去率と、０．５ＭＰａの操作圧力で２５℃、ｐＨ６．５の１０００ｍｇ／Ｌのイソプロピルアルコール水溶液を透過させたときのイソプロピルアルコール除去率との差が５０％以上であり、上記グルコース除去率が７０％以上である、上記［１］～［９］のいずれかに記載の分離方法。
［１１］上記ナノろ過膜により、有機塩基及び多価の有価物イオンを含有する非透過水ｂから、有機塩基の濃度の総和Ｒと多価の有価物のイオンの濃度の総和Ｑとの比率（Ｒ／Ｑ）が３以上の透過水ｃを得る、分離工程Ｂと、を含む、上記［４］に記載の分離方法。
［１２］上記有機塩基の式量が９０～２１０である、上記［１１］に記載の分離方法。
［１３］上記分離工程Ｂで使用するナノろ過膜が、０．５ＭＰａの操作圧力で２５℃、ｐＨ６．５の１０００ｍｇ／Ｌのグルコース水溶液を透過させたときのグルコース除去率と０．５ＭＰａの操作圧力で２５℃、ｐＨ６．５の１０００ｍｇ／Ｌのイソプロピルアルコール水溶液を透過させたときのイソプロピルアルコール除去率との差が６０％以上であり、上記グルコース除去率が７０％以上である、上記［１１］又は［１２］に記載の分離方法。
［１４］材料をアルカリ水溶液と接触させるアルカリ処理手段と、上記アルカリ処理手段で得られた１価の有価物及び多価の有価物含有アルカリ水溶液を、１価の有価物のイオン濃度の総和Ｐと多価の有価物のイオン濃度の総和Ｑとの比率（Ｐ／Ｑ）が５以上の透過水と、非透過水と、に分離する第一のナノろ過手段と、を備える、有価物の分離装置。
［１５］上記非透過水のｐＨを８以下に調整するｐＨ調整装置と、発生する気体の回収装置と、を備える、上記［１４］に記載の有価物の分離装置。
［１６］多価の有価物のイオン及び有機塩基を含む上記非透過水を、有機塩基の濃度の総和Ｒと多価イオンの濃度の総和Ｑとの比率（Ｒ／Ｑ）が３以上の透過水と、非透過水と、に分離する第二のナノろ過手段を備え、上記ナノろ過手段Ｂに用いるナノろ過膜ユニットを構成する少なくとも一つのナノろ過膜エレメントが備えるナノろ過膜が、０．５ＭＰａの操作圧力で２５℃、ｐＨ６．５の１０００ｍｇ／Ｌのグルコース水溶液を透過させたときのグルコース除去率と、０．５ＭＰａの操作圧力で２５℃、ｐＨ６．５の１０００ｍｇ／Ｌのイソプロピルアルコール水溶液を透過させたときのイソプロピルアルコール除去率との差が６０％以上、かつ上記グルコース除去率が７０％以上である、上記［１４］又は［１５］に記載の有価物の分離装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡便な手法で１価の有価物と多価の有価物を分離する方法及び有価物の分離装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の有価物の分離方法の一実施態様を示す概略工程図である。
分離工程Ａの一実施態様を示す概略工程図である。
分離工程Ａの別の実施態様を示す概略工程図である。
分離工程Ｂの一実施態様を示す概略工程図である。
ｐＨ調整装置と気体回収装置を備える本発明の有価物の分離装置の一実施態様を示す概略図である。
第二のナノろ過膜ユニットを備える本発明の有価物の分離装置の一実施態様を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の多価の有価物と１価の有価物の分離方法は、材料をアルカリ水溶液と接触させ、有価物含有溶液を得るアルカリ処理工程と、ナノろ過膜により、１価イオンとして存在する有価物を含む透過水ａと、多価イオンとして存在する有価物を含む非透過水ｂと、に分離する分離工程Ａを含む。各工程について、以下に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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