KR101325176B1 - Method of manufacturing chemical manganese dioxide from trivalent cathode active material, the chemical manganese dioxide manufactured by the method and secondary battery including the chemical manganese dioxide - Google Patents

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Abstract

본 발명은, (a) 황산 및 환원제의 혼합액으로 삼원계 양극활물질 분말을 침출시키는 1단 침출단계; (b) 상기 1단 침출용액을 연속침출시키는 2단 침출단계; 및 (c) 상기 2단 침출용액에 Na2S2O8을 첨가하여 Mn을 선택적으로 침전시켜 화학이산화망간을 제조하는 단계를 포함하는 삼원계 양극활물질로부터 화학이산화망간의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 휴대전화나 전기자동차에 사용되고 있는 리튬이온전지의 양극활물질인 삼원계 양극활물질 (Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2)로부터 Mn의 선택적인 분리를 위하여 황산환원침출용액으로부터 산화제인 Na2S2O8을 이용해서 Mn만을 선택적으로 침전시킴으로써 화학이산화망간을 제조하는 방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 화학이산화망간을 제공할 수 있다.
The present invention, (a) a one-stage leaching step of leaching ternary cathode active material powder with a mixture of sulfuric acid and a reducing agent; (b) a two stage leaching step of continuously leaching the one stage leaching solution; And (c) adding Na 2 S 2 O 8 to the two-stage leaching solution to selectively precipitate Mn to prepare chemical manganese dioxide.
According to the present invention, selective separation of Mn from ternary positive electrode active material (Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 ), which is a positive electrode active material of a lithium ion battery used in a mobile phone or an electric vehicle, can be achieved. In order to provide a method for producing chemical manganese dioxide by selectively precipitating only Mn from the sulfuric acid reduction leaching solution using Na 2 S 2 O 8 as an oxidizing agent and the chemical manganese dioxide produced by the manufacturing method.

Description

삼원계 양극활물질로부터 화학이산화망간의 제조방법, 그 제조방법에 의하여 제조된 화학이산화망간 및 화학이산화망간을 포함하는 이차전지{METHOD OF MANUFACTURING CHEMICAL MANGANESE DIOXIDE FROM TRIVALENT CATHODE ACTIVE MATERIAL, THE CHEMICAL MANGANESE DIOXIDE MANUFACTURED BY THE METHOD AND SECONDARY BATTERY INCLUDING THE CHEMICAL MANGANESE DIOXIDE}METHODO OF MANUFACTURING CHEMICAL MANGANESE DIOXIDE FROM TRIVALENT CATHODE ACTIVE MATERIAL, THE CHEMICAL MANGANESE DIOXIDE MANUFACTURED BY THE METHOD AND SECONDARY BATTERY INCLUDING THE CHEMICAL MANGANESE DIOXIDE}

본 발명은 삼원계 양극활물질로부터 화학이산화망간의 제조방법, 그 제조방법에 의하여 제조된 화학이산화망간 및 화학이산화망간을 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기되는 리튬이온전지의 삼원계 양극활물질로부터 Mn을 선택적으로 침전시킴으로써 화학이산화망간(Chemical Manganese Dioxide, CMD)을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing chemical manganese dioxide from a ternary positive electrode active material, and to a secondary battery including chemical manganese dioxide and chemical manganese dioxide prepared by the method, and more particularly, from a ternary positive electrode active material of a lithium ion battery to be discarded. The present invention relates to a method for preparing Chemical Manganese Dioxide (CMD) by selectively precipitating Mn.

이산화망간은 높은 용량과 낮은 독성을 갖는 특징이 있으며 특히 좋은 전기화학적 능력을 가지고 있는 물질로 일차전지와 이차전지의 양극활물질로서 주목받고 있는 물질이다. 합성 이산화망간은 다양한 제조 분야에서 응용되고 있다. 상업적인 관점에서 이산화망간의 가장 중요한 점은 전기화학적인 활성을 갖는다는 특징이며 이런 특성으로 인해 건전지의 양극소재로 많이 사용되고 있다. 또 다른 상업적인 형태는 전자산업에서 페라이트와 서미스터용의 초고순도 이산화망간이다. 이산화망간은 또한 특히 휘발성 유기물 제거나 오존의 분해와 같은 공기오염물질의 분해에 사용되는 산화촉매로서의 사용량이 꾸준히 증가하고 있다. Manganese dioxide is characterized by high capacity and low toxicity, and has a particularly good electrochemical ability. It is a material that is attracting attention as a cathode active material of primary batteries and secondary batteries. Synthetic manganese dioxide has been applied in various manufacturing fields. The most important point of manganese dioxide from a commercial point of view is that it has electrochemical activity, and because of this property, it is widely used as a cathode material of batteries. Another commercial form is ultra high purity manganese dioxide for ferrites and thermistors in the electronics industry. Manganese dioxide is also steadily increasing as an oxidation catalyst used for the decomposition of air pollutants such as the removal of volatile organics and the decomposition of ozone.

합성 이산화망간은 망간염이나 망간을 포함하고 있는 용액 또는 자연상태의 원광석으로부터 화학적인 공정(chemical manganese dioxide, CMD)이나 전기화학적 방법(electrolytic manganese dioxide, EMD)에 의해 제조가 가능하다. 화학적 이산화망간은 MnCO3를 열처리하여 제조가 가능하며 또한 황산용액으로부터 NaClO3를 사용한 산화침전법에 의해 제조가 가능하다.Synthetic manganese dioxide can be prepared from manganese salts, solutions containing manganese, or natural ores by chemical processes (chemical manganese dioxide, CMD) or electrochemical methods (electrolytic manganese dioxide, EMD). Chemical manganese dioxide can be prepared by heat treatment of MnCO 3 and also by oxidation precipitation method using NaClO 3 from sulfuric acid solution.

최근 들어 리튬이온전지의 수요는 점점 증가하고 있으며 그 응용범위는 휴대용 전자기기의 에너지원으로 사용되던 범위에서 Hybrid Electric Vehicle (HEV) 또는 Electric Vehicle (EV)의 동력원으로 그 수요가 증가하고 있다. 뿐만 아니라 앞으로는 로봇산업, 에너지 저장산업 및 항공우주산업까지 응용범위가 확대될 것으로 기대된다. 따라서 리튬이온전지의 주요 구성성분인 코발트, 리튬, 니켈, 망간 등의 사용량 역시 크게 증가할 것으로 예상되며 사용 후 폐기되는 리튬이온전지의 양도 기하급수적으로 늘어날 것으로 예상된다. 이러한 폐리튬이온전지로부터 희유금속인 코발트, 니켈, 망간, 리튬 등을 분리/회수하여 금속 및 금속화합물로 재활용하는 것은 대부분 수입에 의존하고 있는 전지의 핵심 소재를 국내에서 안정적으로 공급할 수 있다는 점에서 그 중요성이 매우 높다.In recent years, the demand for lithium ion batteries is increasing and its application range is increasing as a power source for Hybrid Electric Vehicle (HEV) or Electric Vehicle (EV) in the range of being used as energy source of portable electronic devices. In addition, the scope of application is expected to extend to the robot industry, energy storage industry and aerospace industry. Therefore, the usage of cobalt, lithium, nickel, and manganese, which are the main components of lithium ion batteries, is also expected to increase significantly, and the amount of lithium ion batteries discarded after use is expected to increase exponentially. Separation / recovery of rare metals, such as cobalt, nickel, manganese, and lithium, from these waste lithium-ion batteries, and recycling them as metals and metal compounds can provide a stable source of core materials for batteries that depend on imports. Its importance is very high.

이전 연구에서 리튬이온전지로부터 코발트의 회수를 위한 용매추출 공정을 제안하였으나 최근 들어 고가의 Co를 대체한 Co-Mn-Ni계의 새로운 리튬이온전지 양극활물질이 개발 및 상용화됨에 따라 양극활물질 내 Mn의 함량이 증가하고 있는 추세이다. 따라서 유가금속의 분리 회수를 위해서는 Mn의 분리가 선행되어야 한다.
In the previous study, a solvent extraction process for cobalt recovery from a lithium ion battery was proposed, but recently, a new lithium-ion battery cathode active material of Co-Mn-Ni, which replaced expensive Co, was developed and commercialized. The content is increasing. Therefore, in order to separate and recover valuable metals, separation of Mn must be preceded.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 휴대전화나 전기자동차에 사용되고 있는 리튬이온전지의 양극활물질인 삼원계 양극활물질 (Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2)로부터 Mn의 선택적인 분리를 위하여 황산환원침출용액으로부터 산화제를 이용해서 Mn만을 선택적으로 침전시킴으로써 화학이산화망간을 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, a three-way cathode active material (Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 )) which is a cathode active material of lithium ion batteries used in mobile phones or electric vehicles It is an object of the present invention to provide a method for producing chemical manganese dioxide by selectively precipitating only Mn using an oxidizing agent from a sulfuric acid reduction leaching solution for selective separation of Mn from O 2 ).

본 발명의 다른 목적은 상기의 제조방법에 의해 제조된 화학이산화망간을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a chemical manganese dioxide produced by the above production method.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 화학이산화망간을 포함하는 이차전지를 제공하는 것이다.
Still another object of the present invention is to provide a secondary battery including chemical manganese dioxide prepared by the above manufacturing method.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, (a) 황산 및 환원제의 혼합액으로 삼원계 양극활물질 분말을 침출시키는 1단 침출단계; (b) 상기 1단 침출용액을 연속침출시키는 2단 침출단계; 및 (c) 상기 2단 침출용액에 Na2S2O8을 첨가하여 Mn을 선택적으로 침전시켜 화학이산화망간을 제조하는 단계를 포함하는 삼원계 양극활물질로부터 화학이산화망간의 제조방법을 제공한다.The present invention is to achieve the above object, (a) a one-stage leaching step of leaching the ternary cathode active material powder with a mixture of sulfuric acid and a reducing agent; (b) a two stage leaching step of continuously leaching the one stage leaching solution; And (c) adding Na 2 S 2 O 8 to the two-stage leaching solution to selectively precipitate Mn to prepare chemical manganese dioxide.

또한, 상기 (c)단계 후에 (d) 상기 (c)에서 제조된 화학이산화망간을 산세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the step (c) (d) characterized in that it further comprises the step of pickling the chemical manganese dioxide prepared in (c).

또한, 상기 (d)단계에서 황산을 사용하여 산세척하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step (d) is characterized in that the pickling using sulfuric acid.

또한, 상기 (c)단계에서 1당량 이상의 Na2S2O8를 첨가하는 것을 특징으로 한다.In addition, in step (c) is characterized in that the addition of at least one equivalent of Na 2 S 2 O 8 .

또한, 상기 (c)단계의 반응온도는 90℃이상인 것을 특징으로 한다.In addition, the reaction temperature of step (c) is characterized in that more than 90 ℃.

또한, 상기 (c)단계의 반응시간은 300 ~ 400분인 것을 특징으로 한다.In addition, the reaction time of the step (c) is characterized in that 300 to 400 minutes.

또한, 상기 환원제는 과산화수소, H2S, SO2, FeSO4, 석탄(coal) 및 황철광(Pyrite)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.In addition, the reducing agent is characterized in that selected from the group consisting of hydrogen peroxide, H 2 S, SO 2 , FeSO 4 , coal (pyal) and pyrite (Pyrite).

또한, 상기 (a)단계의 삼원계 양극활물질 분말은, 폐전지의 삼원계 양극활물질(Li(Ni1 /3Mn1 /3Co1 /3)O2) 스크랩으로부터 물리적인 분리공정에 의하여 Al을 분리제거한 것임을 특징으로 한다.Also, the (a) a ternary positive electrode active material of step powder is a ternary positive electrode of the closed cell active material (Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3) O 2) Al by a physical separation process from scrap It is characterized in that the separation removed.

또한, 상기 물리적인 분리공정은 (가) 폐전지의 삼원계 양극활물질(Li(Ni1 /3Mn1 /3Co1 /3)O2) 스크랩을 절단하는 단계; (나) 상기 절단 후 열처리하는 단계; (다) 상기 열처리 후 분쇄하는 단계; 및 (라) 상기 분쇄 후 40mesh 이하 크기의 입자를 분리하여 수거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the physical separation step is (a) a ternary positive electrode active material of the closed cell (Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3) O 2) comprising: the cutting scraps; (B) heat treatment after cutting; (C) pulverizing after the heat treatment; And (d) separating and collecting particles having a size of 40 mesh or less after the pulverization.

또한, 본 발명은 상기의 제조방법에 의하여 제조된 화학이산화망간을 제공한다.The present invention also provides a chemical manganese dioxide produced by the above production method.

또한, 본 발명은 상기의 화학이산화망간을 포함한 삼원계 양극활물질로부터 제조된 이차전지를 제공한다.
The present invention also provides a secondary battery prepared from the ternary cathode active material including the chemical manganese dioxide.

본 발명에 의하면, 휴대전화나 전기자동차에 사용되고 있는 리튬이온전지의 양극활물질인 삼원계 양극활물질 (Li(Ni1 /3Mn1 /3Co1 /3)O2)로부터 Mn의 선택적인 분리를 위하여 황산환원침출용액으로부터 산화제인 Na2S2O8을 이용해서 Mn만을 선택적으로 침전시킴으로써 화학이산화망간을 제조하는 방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 화학이산화망간을 제공할 수 있다.
According to the present invention, the portable positive electrode active material is a ternary positive electrode active material of a telephone or a lithium ion battery used in an electric vehicle (Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3) O 2) optional separation of Mn In order to provide a method for producing chemical manganese dioxide by selectively precipitating only Mn from the sulfuric acid reduction leaching solution using Na 2 S 2 O 8 as an oxidizing agent and the chemical manganese dioxide produced by the manufacturing method.

도 1은 삼원계 양극활물질 스크랩의 물리적 처리공정 및 폐수저감형 연속침출공정의 개략도.
도 2는 삼원계 양극활물질 침출용액으로부터 Mn의 선택적 산화침전을 위한 반응장치 모습을 나타낸 도면.
도 3은 삼원계 양극활물질 스크랩 시료의 2M 황산용액에 의한 1단 침출거동을 나타낸 그래프.
도 4는 삼원계양극활물질 스크랩 시료의 2단 침출거동을 나타낸 그래프.
도 5는 Mn-S-H2O system의 pH-Eh diagram을 나타낸 그래프.
도 6 내지 도 8은 각각 Co와 Ni, Li의 Eh-pH diagram을 나타낸 그래프.
도 9는 반응시간에 따른 Mn의 침전거동과 Co, Ni, Li의 공침거동을 나타낸 그래프.
도 10은 반응온도에 대한 시간별 Mn의 침전거동을 나타낸 그래프.
도 11은 시간별 pH 및 Eh의 변화 거동을 나타낸 그래프.
도 12는 산화제의 당량비에 따른 Mn의 침전거동을 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 Mn 침전물의 XRD 분석 결과 그래프.
도 14는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 Mn 침전물의 TG-DTA분석 결과 그래프.
도 15는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 Mn 침전물의 열처리 조건에 따른 XRD분석 결과 그래프.
도 16은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 이산화망간의 평균입도분석을 나타낸 그래프.
1 is a schematic diagram of a physical treatment process and waste water reduction continuous leaching process of the three-way cathode active material scrap.
2 is a view showing a reactor for the selective oxidation of Mn from ternary positive electrode active material leaching solution.
Figure 3 is a graph showing the one-step leaching behavior of 2M sulfuric acid solution of the ternary cathode active material scrap sample.
Figure 4 is a graph showing the two-stage leaching behavior of the three-way cathode active material scrap sample.
Figure 5 is a graph showing the pH-Eh diagram of the Mn-SH 2 O system.
6 to 8 are graphs showing Eh-pH diagrams of Co, Ni, and Li, respectively.
9 is a graph showing the precipitation behavior of Co and Ni, Li coprecipitation behavior according to the reaction time.
10 is a graph showing the precipitation behavior of Mn over time versus reaction temperature.
11 is a graph showing the change in pH and Eh behavior over time.
12 is a graph showing the precipitation behavior of Mn according to the equivalent ratio of the oxidizing agent.
Figure 13 is a graph of the XRD analysis of the Mn precipitate prepared according to the production method of the present invention.
14 is a graph of the TG-DTA analysis of the Mn precipitate prepared according to the production method of the present invention.
15 is a graph of the XRD analysis results according to the heat treatment conditions of the Mn precipitate prepared according to the production method of the present invention.
Figure 16 is a graph showing the average particle size analysis of manganese dioxide prepared according to the production method of the present invention.

본 발명은, (a) 황산 및 환원제의 혼합액으로 삼원계 양극활물질 분말을 침출시키는 1단 침출단계; (b) 상기 1단 침출용액을 연속침출시키는 2단 침출단계; 및 (c) 상기 2단 침출용액에 Na2S2O8을 첨가하여 Mn을 선택적으로 침전시켜 화학이산화망간을 제조하는 단계를 포함하는 삼원계 양극활물질로부터 화학이산화망간의 제조방법을 제공한다.
The present invention, (a) a one-stage leaching step of leaching ternary cathode active material powder with a mixture of sulfuric acid and a reducing agent; (b) a two stage leaching step of continuously leaching the one stage leaching solution; And (c) adding Na 2 S 2 O 8 to the two-stage leaching solution to selectively precipitate Mn to prepare chemical manganese dioxide.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

본 발명에 있어서, 상기 환원제는 과산화수소, H2S, SO2, FeSO4, 석탄(Coal) 및 황철광(Pyrite)로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다. 산성분위기에서 화학적으로 안정한 망간산화물의 산침출시 환원제의 첨가가 망간산화물의 침출율 향상에 많은 영향을 미치므로, 본 발명에서는 망간산화물의 침출율을 최적화할 수 있는 환원제의 농도, 사용량, 반응온도 및 반응시간을 적용하여, 망간의 회수율을 향상시킬 수 있다.
In the present invention, the reducing agent may be selected from the group consisting of hydrogen peroxide, H 2 S, SO 2 , FeSO 4 , coal (Coal) and pyrite (Pyrite). In the present invention, since the addition of a reducing agent during acid leaching of chemically stable manganese oxides has an effect on improving the leaching rate of manganese oxides, in the present invention, the concentration, amount of use, and reaction temperature of the reducing agent can be optimized. And by applying the reaction time, it is possible to improve the recovery of manganese.

상기 (b)의 2단 침출단계에서는 상기 (a)단계에서 수득한 1단 침출용액에 환원제를 첨가하여 연속적으로 침출한다. 여기서 사용되는 환원제는 위에서 예로든 환원제가 사용될 수 있으며, 특히 과산화수소를 사용하는 것이 바람직하다.In the two-stage leaching step (b), a reducing agent is added to the first leaching solution obtained in step (a) to continuously leach. The reducing agent used herein may be used a reducing agent as exemplified above, it is particularly preferred to use hydrogen peroxide.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계의 산화제는 Na2S2O8이며, Na2S2O8에 의한 Mn(II)의 침전반응식은 다음과 같다. In the present invention, the oxidizing agent of step (c) is Na 2 S 2 O 8 , the precipitation reaction of Mn (II) by Na 2 S 2 O 8 is as follows.

MnSO4 + Na2S2O8 + 2H2O = Na2SO4 + MnO2 + 2H2SO4 MnSO 4 + Na 2 S 2 O 8 + 2H 2 O = Na 2 SO 4 + MnO 2 + 2H 2 SO 4

2CoSO4 + Na2S2O8 + 6H2O = Na2SO4 + 2Co(OH)3 + 3H2SO4 2CoSO 4 + Na 2 S 2 O 8 + 6H 2 O = Na 2 SO 4 + 2Co (OH) 3 + 3H 2 SO 4

2NiSO4 + Na2S2O8 + 6H2O = Na2SO4 + 2Ni(OH)3 + 3H2SO4
2NiSO 4 + Na 2 S 2 O 8 + 6H 2 O = Na 2 SO 4 + 2Ni (OH) 3 + 3H 2 SO 4

위 식들에서 볼 수 있는 바와 같이 Mn의 침전과정에서 Co, Ni이 일부 함께 침전될 것으로 판단되며, Co와 Ni의 공침을 최소화할 수 있도록 Mn의 산화침전 단계에서 반응 온도, 반응 시간 및 산화제의 당량 등의 조건을 특정 범위 내로 조정하는 것이 바람직하다.
As can be seen from the above equations, it is believed that Co and Ni will partially precipitate together in the precipitation of Mn, and the reaction temperature, reaction time and equivalent of oxidant in the oxidation precipitation step of Mn to minimize co-precipitation of Co and Ni. It is preferable to adjust conditions, such as within a specific range.

본 발명에 있어서, 상기 (d) 단계에서 산세척시 사용되는 세척수는 황산인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기에 세척수를 이용하여 산세척함으로서, CMD에 잔여하는 Co, Ni, Li을 세척제거하여 CMD를 제조할 수 있고, 이 때 산세척 후의 세척수는 상기 1단 침출의 침출액으로 재사용할 수 있다.
In the present invention, the washing water used during the pickling in step (d) may be sulfuric acid, and by washing with pickling water, washing the Co, Ni, Li remaining in the CMD to remove CMD In this case, the wash water after pickling may be reused as the leachate of the first stage leaching.

도 1에 삼원계 양극활물질 스크랩의 물리적 분리공정 및 폐수저감형 연속침출공정의 개략도를 나타내었다. 상기 물리적인 분리공정은 다음과 같은 공정으로 이루어질 수 있다.1 shows a schematic diagram of the physical separation process of the three-way cathode active material scrap and the wastewater reduction continuous leaching process. The physical separation process may be performed in the following process.

(가) 폐전지의 삼원계 양극활물질(Li(Ni1 /3Mn1 /3Co1 /3)O2) 스크랩을 절단하는 단계;(A) a ternary positive electrode active material of the closed cell (Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3) O 2) comprising: the cutting scraps;

(나) 상기 절단 후 열처리하는 단계;(B) heat treatment after cutting;

(다) 상기 열처리 후 분쇄하는 단계; 및(C) pulverizing after the heat treatment; And

(라) 상기 분쇄 후 40mesh 이하 크기의 입자를 분리하여 수거하는 단계
(D) separating and collecting particles having a size of 40 mesh or less after the grinding.

위와 같은 물리적 분리를 통해 농축된 삼원계양극활물질의 경우 1단침출 및 2단침출을 거치는 동안 불순물의 농도가 자동으로 제어되며 이렇게 얻어진 용액은 유가금속의 회수를 위한 분리정제 공정으로 바로 투입할 수 있다.In the case of ternary cathode active materials concentrated through the above physical separation, the concentration of impurities is automatically controlled during the first and second stage leaching. The solution thus obtained can be directly added to the separation and purification process for recovery of valuable metals. have.

삼원계 양극활물질 스크랩으로부터 물리적 처리를 통한 Al 제거공정 및 폐수저감형 2단 연속침출을 통해 잔여 Al을 제거한 용액 내 Li, Co, Mn, Ni 등을 대상으로 산화제인 Na2S2O8을 이용하여 Mn을 선택적으로 침전제거하였다. 도 2는 삼원계 양극활물질 침출용액으로부터 Mn의 선택적 산화침전을 위한 반응장치 모습을 나타낸 도면이다.
Using an oxidizing agent which Na 2 S 2 O 8 as the destination of ternary Al removal process and waste reduction-type two-stage removal of the residual Al through continuous leaching solution within the Li, Co, Mn, Ni, etc. through a physical process from an anode active material scrap Mn was selectively precipitated out. FIG. 2 is a view showing a reaction apparatus for selective oxidation precipitation of Mn from a ternary positive electrode active material leaching solution.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명의 범위는 이하 첨부된 특허청구범위에 의한 것이며, 예로든 실시예에 의하여 한정되지 않는다.
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail based on the following Example. The following examples are examples for explaining the present invention, and the scope of the present invention is defined by the appended claims below, and is not limited to the exemplary embodiments.

[실시예][Example]

[실시예 1 : 2M 황산용액에 의한 연속침출공정]Example 1 Continuous Leaching Process with 2M Sulfuric Acid Solution

삼원계 양극활물질로부터 물리적 처리를 통한 농축된 양극활물질로부터 2M H2SO4, H2O2 5vol%, 60℃, 50g/500ml, 200rpm, 2hr의 조건에서 침출실험을 진행하였다. Leaching experiments were carried out under the conditions of 2M H 2 SO 4 , H 2 O 2 5vol%, 60 ° C, 50g / 500ml, 200rpm, 2hr from the concentrated cathode active material through physical treatment from the ternary cathode active material.

도 3은 삼원계 양극활물질 스크랩 시료의 2M 황산용액에 의한 1단 침출거동을 나타낸 그래프이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 2M 황산침출의 경우 1단 침출에서 60분 이내에 모든 원소의 경우 침출율은 각각 95.7% Co, 95.7% Ni, 91.4% Mn, 98.2% Li, 97.1% Al 이였다. 이때 불순물인 Al의 경우 용액내에 약 59 mg/L가 존재하는 것을 확인할 수 있었다. Figure 3 is a graph showing the one-step leach behavior of the ternary cathode active material scrap sample by 2M sulfuric acid solution. As can be seen in Figure 3 for the leaching of 2M sulfuric acid leaching for all elements within 60 minutes in the first stage leaching was 95.7% Co, 95.7% Ni, 91.4% Mn, 98.2% Li, 97.1% Al, respectively. In this case, it was confirmed that about 59 mg / L was present in the solution of Al as an impurity.

1단 침출용액을 이용하여 2단 침출실험을 진행하였다. 실험조건은 1단 침출용액, 5vol% H2O2, 60℃, 50g/500ml, 200rpm, 4hr의 조건에서 진행하였다. Two stage leaching experiments were conducted using a single stage leaching solution. Experimental conditions were carried out under the conditions of a single stage leaching solution, 5vol% H 2 O 2 , 60 ℃, 50g / 500ml, 200rpm, 4hr.

도 4는 삼원계양극활물질 스크랩 시료의 2단 침출거동(1단 침출용액, 5vol% H2O2, 60℃, 50g/500ml, 200rpm, 4hr)을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the two-stage leaching behavior (one-stage leaching solution, 5vol% H 2 O 2 , 60 ℃, 50g / 500ml, 200rpm, 4hr) of the three-way cathode active material scrap sample.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 시간이 흐름에 따라 유가금속의 침출율이 비교적 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었고 특히 10분 이상 침출시간에서 모든 원소의 경우 침출거동이 평형에 도달하는 것을 확인할 수 있었다. 1단 침출에서 침출된 유가금속의 양을 제외한 2단 침출에서만의 유가금속 침출율은 Co, Ni, Mn의 경우 약 25 ~ 30% 정도만 침출되는 것을 확인할 수 있었고 Li의 경우에도 38% 정도로 낮은 침출율을 보임을 관찰할 수 있었다. 이때 침출용액의 pH 경우 침출시간 10분 이후로 5 ~ 5.4 정도를 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 불순물인 Al의 경우에는 침출시간 60분 이후에 농도가 8 mg/L까지 감소함을 확인하였다. 표 1은 2M 황산침출에서 1단 침출여액 및 2단 침출여액의 유가금속 농도(mg/L)를 나타내었다. As can be seen in Figure 4 it was confirmed that the leaching rate of the valuable metal is kept relatively constant over time, especially in the leaching behavior of all the elements in the leaching time over 10 minutes was confirmed that the equilibrium . The leaching rate of the valuable metals only in the second stage leaching except for the amount of valuable metals leached in the first stage leaching was about 25 to 30% in the case of Co, Ni, and Mn. Observation of the rate could be observed. At this time, the pH of the leaching solution was confirmed to maintain about 5 ~ 5.4 after 10 minutes leaching time. In the case of Al as an impurity, the concentration was reduced to 8 mg / L after 60 minutes of leaching time. Table 1 shows the valuable metal concentrations (mg / L) of the first stage leaching filtrate and the second stage leaching filtrate in 2M sulfuric acid leaching.

NiNi AlAl LiLi CoCo MnMn pHpH Eh (mV, SHE)Eh (mV, SHE) 1st leachate1st leachate 1880018800 58.958.9 70207020 1770017700 1670016700 0.580.58 1510.21510.2 2nd leachate2nd leachate 2420024200 8.18.1 94709470 2200022000 2160021600 5.345.34 763.5763.5

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이 불순물인 Al의 경우 86% 정도가 제거되었음을 확인하였다. 2단 침출 후 침출여액내 유가금속의 농도는 Co의 경우 22 g/L, Mn 21.6 g/L, Ni 24.2 g/L 및 Li 9.5 g/L 였으며 Al은 8 mg/L 였다.
As can be seen in Table 1, about 86% of Al was removed. Concentrations of valuable metals in the leaching filtrate after two stage leaching were 22 g / L for Co, 21.6 g / L for Mn, 24.2 g / L for Ni, and 9.5 g / L for Li and 8 mg / L for Al.

도 5는 Mn-S-H2O system의 pH-Eh diagram을 나타낸 그래프이다. 이 그래프에서 pH 5 ~ 6인 범위에서 Eh를 1V 이상인 범위로 유지시켜주면 Mn(II)를 Mn(IV)로 산화 침전시키는 것이 가능하다. 도 6 내지 도 8은 각각 Co와 Ni, Li의 Eh-pH diagram을 나타낸 그래프이다. 이들로부터 pH 2이하, Eh 1.5V 이상의 조건에서 Mn의 선택적인 침전이 가능할 것으로 판단되었다.
5 is a graph showing the pH-Eh diagram of the Mn-SH 2 O system. In this graph, it is possible to oxidize and precipitate Mn (II) to Mn (IV) by keeping Eh in the range of 1V or more in the range of pH 5-6. 6 to 8 are graphs showing Eh-pH diagrams of Co, Ni, and Li, respectively. From these, it was judged that selective precipitation of Mn was possible at the conditions of pH 2 or less and Eh 1.5V or more.

[실시예 2 : Na2S2O8을 산화제로 이용한 Mn의 침전]Example 2 Precipitation of Mn Using Na 2 S 2 O 8 as an Oxidizer

1. 반응시간에 따른 1. According to the reaction time MnMn of 침전거동Sedimentation behavior  And CoCo , , NiNi , , LiLi 의 공침 거동Reciprocation behavior

교반속도 500 rpm, 90℃의 온도조건에서 침출용액내 Mn(II)농도에 대한 산화제 1당량을 사용하여 Mn의 침전거동을 확인하였다. Precipitation behavior of Mn was confirmed by using 1 equivalent of oxidant to the concentration of Mn (II) in the leaching solution at a stirring speed of 500 rpm and a temperature of 90 ° C.

도 9는 반응시간에 따른 Mn의 침전거동과 Co, Ni, Li의 공침거동(500rpm, Na2S2O8 1당량, 90℃, 300분)을 나타낸 그래프이다. 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이 반응시간이 증가함에 따라 Mn의 침전율이 증가하는 것을 볼 수 있고 동시에 Co, Ni, Li의 침전율도 20%까지 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
9 shows the precipitation behavior of Mn and the coprecipitation behavior of Co, Ni, and Li (500rpm, Na 2 S 2 O 8) according to the reaction time. 1 equivalent, 90 ° C., 300 minutes). As can be seen in Figure 9 it can be seen that as the reaction time increases the precipitation rate of Mn increases and at the same time the precipitation rate of Co, Ni, Li also increases to 20%.

2. 반응온도 및 산화제 2. Reaction temperature and oxidant 당량비Equivalence ratio 변화에 따른  According to the change MnMn of 침전거동Sedimentation behavior  And CoCo , , NiNi , Li의 공침 거동, Li's reciprocation behavior

반응온도를 70℃, 80℃, 90℃, 95℃로 변화시켜 Mn의 침전거동 및 Co, Ni, Li의 공침 거동을 살펴보았다.The reaction temperature was changed to 70 ° C., 80 ° C., 90 ° C. and 95 ° C. to investigate the precipitation behavior of Mn and the coprecipitation behavior of Co, Ni, and Li.

도 10은 반응온도에 대한 시간별 Mn의 침전거동(삼원계 양극활물질 2단 침출액 500ml, 500rpm, Na2S2O8 당량수 1, 300분)을 나타낸 그래프이다. 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이 반응온도가 증가함에 따라 Mn의 침전율이 급격히 증가하는 것을 관찰할 수 있었으며 반응온도 90℃와 95℃의 경우 Mn의 침전반응속도가 약간 차이가 나기는 하지만 모두 Mn이 99.5% 이상 침전되는 것을 확인할 수 있었다. 10 is a graph showing the sedimentation behavior of Mn according to the reaction temperature (500 ml of ternary two-phase cathode active material, 500 rpm, 1,300 equivalents of Na 2 S 2 O 8 equivalent). As can be seen in FIG. 10, the precipitation rate of Mn was rapidly increased as the reaction temperature was increased. In case of the reaction temperature of 90 ° C. and 95 ° C., the precipitation rate of Mn was slightly different, but both were Mn. It was confirmed that more than 99.5% precipitated.

도 11은 시간별 pH 및 Eh의 변화 거동(삼원계 양극활물질 2단 침출액 500ml, 90℃, 500rpm, Na2S2O8 당량수 1, 300분)을 나타낸 그래프이다. 반응시간에 따른 Eh와 pH의 변화를 살펴보면 Eh의 경우 반응초기에 급격하게 상승하여 1.4V 이상을 유지하는 것을 확인할 수 있었으며 pH의 경우에는 산화제가 투입됨에 따라 앞서 설명하였던 반응식에 볼 수 있는 바와 같이 침전반응이 진행됨에 따라 황산이 생성되어 pH가 0.5까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다. FIG. 11 is a graph showing the change of pH and Eh over time (500 ml of ternary cathode active material two-stage leachate, 90 ° C., 500 rpm, Na 2 S 2 O 8 equivalent number 1,300 minutes). Looking at the change of Eh and pH according to the reaction time, it was confirmed that Eh was rapidly increased at the beginning of the reaction to maintain 1.4V or more, and in the case of pH, as oxidant was added, as can be seen in the previously described equation As the precipitation reaction proceeded, sulfuric acid was generated, and the pH was confirmed to decrease to 0.5.

각 반응온도별 생성된 침전물의 유가금속 함량(%)을 분석한 결과를 표 2에 나타내었다.Table 2 shows the results of analyzing the valuable metal content (%) of the precipitate produced by each reaction temperature.

반응온도Reaction temperature NiNi LiLi CoCo MnMn 70℃70 ℃ 0.1 0.1 0.005 0.005 0.50.5 58.4 58.4 80℃80 ℃ 0.1 0.1 0.003 0.003 1.21.2 86.186.1 90℃90 ° C 0.1 0.1 0.001 0.001 1.81.8 99.799.7 95℃95 ℃ 0.1 0.1 0.002 0.002 2.4 2.4 99.999.9

표 2에서 볼 수 있는 바와 같이 반응온도가 증가함에 따라 Mn의 침전율 역시 급격히 증가하는 것을 볼 수 있었고 90℃ 이상의 조건에서 99.7%이상 침전되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 분리대상인 Co, Ni, Li의 경우는 거의 침전이 되지 않는 것을 볼 수 있어 선택적으로 침전이 잘 되는 것을 볼 수 있었다. 다만 Co의 경우 반응온도가 증가함에 따라 침전율이 0.5%에서 2.4%까지 증가하는 것을 볼 수 있어 침전반응 후 공침되는 Co의 경우 추가의 처리가 필요함을 알 수 있었다.
As can be seen in Table 2, as the reaction temperature increases, the precipitation rate of Mn was also rapidly increased, and it was confirmed that more than 99.7% of the precipitation was performed at 90 ° C. or higher. In addition, Co, Ni, Li can be seen that the precipitation is rarely precipitated selectively can be seen that the selective precipitation. However, in the case of Co, the precipitation rate increased from 0.5% to 2.4% as the reaction temperature was increased, and it was found that additional treatment was required for Co precipitated after the precipitation reaction.

3. 산화제 3. oxidizer 당량에In equivalence 따른  Following MnMn of 침전거동Sedimentation behavior  And CoCo , , NiNi , , LiLi 의 공침 거동Reciprocation behavior

90℃의 온도조건에서 산화제의 당량비를 1, 1.1, 1.2로 증가시켜 Mn의 침전거동 및 Co, Ni, Li의 공침 거동을 살펴보았다. The precipitation ratio of Mn and the coprecipitation behavior of Co, Ni, and Li were investigated by increasing the equivalent ratio of oxidant to 1, 1.1, 1.2 at the temperature of 90 ° C.

도 12는 산화제의 당량비에 따른 Mn의 침전거동을 나타낸 그래프이다. 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이 산화제의 당량비가 증가함에 따라 Mn의 침전율 역시 증가하고 있으며 1 당량 이상의 조건에서는 반응시간 300분 이상에서 대부분의 Mn이 침전되는 것을 확인할 수 있었다. 표 3에 산화제 당량비 변화에 따른 유가금속의 침전율(%)을 나타내었다.12 is a graph showing the precipitation behavior of Mn according to the equivalent ratio of oxidant. As can be seen in Figure 12, as the equivalent ratio of the oxidizing agent increases, the precipitation rate of Mn also increases, and it was confirmed that most of Mn precipitated in a reaction time of 300 minutes or more under 1 equivalent or more. Table 3 shows the precipitation rate (%) of valuable metals according to the oxidant equivalent ratio change.

산화제 당량비Oxidizer Equivalence Ratio NiNi LiLi CoCo MnMn 0.90.9 0.2 0.2 0.005 0.005 1.4 1.4 93.5 93.5 1One 0.1 0.1 0.002 0.002 1.8 1.8 99.4 99.4 1.11.1 0.2 0.2 0.060.06 2.9 2.9 99.999.9 1.21.2 0.30.3 0.02 0.02 3.93.9 99.999.9

표 2와 표 3의 침전물 분석결과를 토대로 Mn이 침전되는 동안 공침되는 Co, Li, Ni의 함량이 미미함을 확인할 수 있었다. 그러나 Mn이 산화침전되는 동안 용액내의 이들 유가금속의 농도는 20%가량 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 생성된 이산화망간의 표면전위가 음의 값을 가져 용액내 양이온들이 이산화망간의 표면에 흡착되기 때문이다. 따라서 제조된 이산화망간을 회수하기 위하여 고액분리 후 얻어진 이산화망간을 대상으로 수세를 통해, 흡착된 Ni, Co, Li 이온을 세척분리하고 이 과정을 통해 회수가능한 Ni, Co, Li의 함량을 조사하였다.Based on the precipitate analysis results of Table 2 and Table 3, it could be confirmed that the contents of Co, Li, and Ni which are co-precipitated during Mn precipitation are insignificant. However, it was confirmed that the concentration of these valuable metals in the solution was reduced by about 20% during Mn oxidation precipitation. This is because the surface potential of the produced manganese dioxide has a negative value, so that cations in the solution are adsorbed on the surface of manganese dioxide. Therefore, to recover the produced manganese dioxide, the manganese dioxide obtained after solid-liquid separation was washed with water, and the adsorbed Ni, Co, Li ions were washed and examined for the content of recoverable Ni, Co, Li through this process.

표 4는 500ml 초기용액에 대한 최종용액, 침전물에 대한 mass balance 계산값으로부터 얻어진 침전율(%)을 나타내었다.Table 4 shows the precipitation rates (%) obtained from the final solution for the 500 ml initial solution and the mass balance calculation for the precipitate.

NiNi LiLi CoCo MnMn 침전율(%)-최종용액기준Sedimentation rate (%)-based on final solution 20.8 20.8 23.4 23.4 20.3 20.3 100.0 100.0 침전율(%)-침전물기준Sedimentation Rate (%)-Sediment Basis 0.3 0.3 0.074 0.074 2.7 2.7 99.599.5

표 4에서 볼 수 있는 바와 같이 각 침전율 기준에 따른 유가금속의 침전율 계산값을 살펴보면 용액기준 침전율은 Mn을 제외하고 대략 23 ~ 29% 정도를 보이고 있다.As can be seen in Table 4, the calculation of the precipitation rate of valuable metals according to each precipitation rate standard shows that the solution-based precipitation rate is about 23 to 29% except for Mn.

또한 침전물 기준 침전율의 경우에는 Mn을 제외하고 Ni과 Li의 경우 거의 침전이 발생되지 않았고 Co의 경우 약 2.7% 정도의 침전율을 보임을 확인할 수 있었다.In addition, in the case of precipitation based precipitation, almost no precipitation occurred in Ni and Li except for Mn, and Co showed a precipitation rate of about 2.7%.

침전과정에서 일부 유가금속이 침전물의 표면에 흡착되기 때문에 이들을 회수할 수 있는 세척과정이 필요하며 세척 후 유가금속을 함유하고 있는 세척용액은 반드시 침출용액 등으로 재사용하여 유가금속을 회수하는 것이 중요한 것으로 판단되었다.
Since some valuable metals are adsorbed on the surface of the sediment during the precipitation process, it is necessary to wash them to recover them.After washing, it is important to reuse the cleaning solution containing valuable metals to recover valuable metals. Judging.

[[ 실시예Example 3 : 생성된 침전물 내 불순물 제거] 3: remove impurities in the produced precipitate]

생성된 침전물 내에 포함되어 있는 Co, Ni, Li을 제거하기 위하여 4M H2SO4, 10g/100ml, 80℃, 500rpm, 2시간 세척실험을 실시하였다. 표 5에 산세척을 통한 침전물 내 불순물 제거율(%)을 나타내었다.In order to remove Co, Ni, and Li contained in the resulting precipitate 4M H 2 SO 4 , 10g / 100ml, 80 ℃, 500rpm, was carried out for 2 hours washing experiment. Table 5 shows the percentage removal of impurities in the precipitate through pickling.

CoCo MnMn LiLi NiNi 세척 전 잔사(%)% Residue before cleaning 2.12.1 61.561.5 0.0010.001 0.20.2 세척 후 잔사(%)% Residue after washing 1.61.6 67.867.8 0.0010.001 0.10.1 최종세척액 (mg/L)Final wash solution (mg / L) 341.2341.2 714714 5.745.74 70.7270.72 불순물 제거율 (%)Impurity Removal Rate (%) 24.824.8 -- -- 45.645.6

표 5에서 볼 수 있는 바와 같이 Co의 제거율은 24.8%였고, Ni은 45.6%였다. Li의 경우에는 산세척 전후의 함량변화가 거의 없는 것을 보아 제조된 침전물 표면에 흡착되는 양이 거의 없는 것으로 판단되었다. 이상의 결과로부터 산세척을 통해 98%이상의 순도를 갖는 침전물의 회수가 가능함을 확인할 수 있었다.
As can be seen in Table 5, the removal rate of Co was 24.8% and Ni was 45.6%. In the case of Li, since there was little change in the content before and after pickling, it was judged that there was little amount of adsorption on the surface of the prepared precipitate. From the above results it can be confirmed that the pickling having a purity of 98% or more through pickling.

[실험결과][Experiment result]

불순물이 세적된 침전물을 대상으로 XRD를 이용하여 화학결정형을 분석하여 보았다. 도 13은 제조된 Mn 침전물의 XRD 분석 결과 그래프이다. 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이 침전물의 화학결정형은 γ-MnO2임을 확인할 수 있었다. The chemical crystal form was analyzed using XRD on the precipitate with fine impurities. Figure 13 is a graph of the XRD analysis of the prepared Mn precipitate. As can be seen in Figure 13 it was confirmed that the chemical crystal form of the precipitate is γ-MnO 2 .

이 침전물을 대상으로 열중량분석을 실시하여 열처리에 따른 무게감소 거동을 살펴보았다.Thermogravimetric analysis was carried out on the precipitates and the weight loss behaviors of the precipitates were investigated.

도 14는 제조된 Mn 침전물의 TG-DTA분석 결과 그래프이다. 도 14에서 볼 수 있는 바와 같이 502.08℃, 590.02℃, 756.84℃에서 무게감소가 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 무게감소에 따른 상변화를 관찰하기 위하여 250℃, 500℃, 620℃, 780℃의 조건에서 침전물을 열처리하여 각각 XRD 분석을 수행하였다. Figure 14 is a graph of the TG-DTA analysis of the prepared Mn precipitate. As can be seen in Figure 14 it was confirmed that the weight loss occurs at 502.08 ℃, 590.02 ℃, 756.84 ℃. Therefore, in order to observe the phase change according to the weight loss, the precipitates were heat-treated under the conditions of 250 ° C., 500 ° C., 620 ° C. and 780 ° C., respectively, and XRD analysis was performed.

도 15는 제조된 Mn 침전물의 열처리 조건에 따른 XRD분석 결과 그래프이다. 도 15에서 볼 수 있는 바와 같이 500℃열처리 시료까지는 γ-MnO2의 결정형을 갖는 것을 확인할 수 있었으나, 그 이상의 온도조건에서는 Mn2O3의 결정형을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 표 6에 열처리 시료의 화학성분 분석 결과(%)를 나타내었다.15 is a graph of the XRD analysis results according to the heat treatment conditions of the prepared Mn precipitate. As can be seen in FIG. 15, it was confirmed that the sample had a crystalline form of γ-MnO 2 up to 500 ° C. heat-treated samples, but it was confirmed that it had a crystalline form of Mn 2 O 3 at higher temperature conditions. Table 6 shows the chemical composition analysis results (%) of the heat treated samples.

CoCo MnMn LiLi AlAl NiNi NaNa 원시료Raw materials 1.0 1.0 65.1 65.1 0.05 0.05 0.008 0.008 0.2 0.2 0.3 0.3 250℃250 ℃ 1.0 1.0 66.8 66.8 0.05 0.05 0.006 0.006 0.2 0.2 0.3 0.3 500℃500 ℃ 1.0 1.0 69.5 69.5 0.04 0.04 0.004 0.004 0.2 0.2 0.3 0.3 620℃620 ℃ 1.1 1.1 74.3 74.3 0.06 0.06 0.006 0.006 0.2 0.2 0.3 0.3 800℃800 ° C 1.1 1.1 77.8 77.8 0.05 0.05 0.004 0.004 0.2 0.2 0.3 0.3

표 6에서 볼 수 있는 바와 같이 원시료의 Mn 함량은 65.1%로 MnO2의 조성을 갖음을 확인할 수 있었고 열처리 온도가 증가함에 따라 Mn의 함량이 77.8%로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이때 주요 불순물은 Co로 불순물의 함량을 1 ~ 1.1%정도 함유하고 있는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in Table 6, the Mn content of the raw material was confirmed to have a composition of MnO 2 to 65.1%, and it was confirmed that the Mn content increased to 77.8% as the heat treatment temperature was increased. At this time, it was confirmed that the main impurity contained Co about 1 to 1.1% of the impurity.

도 16은 제조된 이산화망간의 평균입도분석을 나타낸 그래프이다. 도 16에서 볼 수 있는 바와 같이 particle size analyzer 분석을 통해 10.7㎛의 평균입경을 갖는 이산화망간이 제조됨을 확인하였다.
16 is a graph showing the average particle size analysis of the prepared manganese dioxide. As can be seen in Figure 16 it was confirmed through the particle size analyzer analysis that manganese dioxide having an average particle diameter of 10.7㎛ was prepared.

이상의 결과로부터 다음과 같은 삼원계 양극활물질 재활용 공정을 제안할 수 있을 것으로 판단된다. 리튬이온전지에 사용되는 양극활물질 내의 Mn의 함량이 계속 증가하고 있는 상황에서 습식제련방법을 이용하여 이들을 분리 회수할 때 우선 Mn을 산화침전법을 이용하여 CMD로서 선택적으로 제조한 뒤 회수되는 여액내 Co, Ni, Li은 용매추출을 이용하여 Co를 회수하고 raffinate에 남아있는 Ni과 Li은 또 한번의 용매추출을 통해 Ni을 회수하는 공정 및 2번째 용매추출 후 발생되는 Li 용액은 탄산나트륨을 이용한 탄산염 침전을 통해 탄산리튬으로 회수할 수 있다.From the above results, the following three-way cathode active material recycling process can be proposed. In the situation where the content of Mn in the positive electrode active material used in the lithium ion battery is continuously increasing, when it is separated and recovered by the wet smelting method, first, Mn is selectively prepared as CMD using the oxidative precipitation method and then recovered in the filtrate. Co, Ni, Li recovers Co using solvent extraction. Ni and Li remaining in raffinate recover Ni through another solvent extraction. Li solution generated after the second solvent extraction is carbonate using sodium carbonate. It can be recovered as lithium carbonate through precipitation.

Claims (11)

(a) 황산 및 환원제의 혼합액으로 Al, Co, Ni, Li 및 Mn을 함유하는 삼원계 양극활물질(Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2) 분말을 침출시켜, Al를 제거하고, Co, Ni, Li 및 Mn을 침출시키는 1단 침출단계;
(b) 상기 1단 침출용액을 연속침출시키는 2단 침출단계;및
(c) 상기 2단 침출용액에 1당량 이상의 Na2S2O8을 첨가하여 90℃이상의 온도에서 300 ~ 400분 동안 반응시켜 Co, Ni, Li 및 Mn의 침출액으로부터 Mn을 선택적으로 침전시켜 화학이산화망간을 제조하는 단계
를 포함하는 삼원계 양극활물질로부터 화학이산화망간의 제조방법.
(a) leaching the ternary cathode active material (Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 ) powder containing Al, Co, Ni, Li, and Mn with a mixture of sulfuric acid and a reducing agent; Removing one step, and leaching Co, Ni, Li and Mn;
(b) a two stage leaching step of continuously leaching the one stage leaching solution; and
(c) adding at least one equivalent of Na 2 S 2 O 8 to the two-stage leaching solution and reacting at a temperature above 90 ° C. for 300 to 400 minutes to selectively precipitate Mn from the leaching solution of Co, Ni, Li, and Mn. Steps to Prepare Manganese Dioxide
Method of manufacturing manganese dioxide from the ternary cathode active material comprising a.
제 1항에 있어서,
(d) 상기 (c)에서 제조된 화학이산화망간을 산세척하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼원계 양극활물질로부터 화학이산화망간의 제조방법.
The method of claim 1,
(d) pickling the chemical manganese dioxide prepared in (c) above
Method of manufacturing manganese dioxide from the ternary cathode active material, characterized in that it further comprises.
제 2항에 있어서,
상기 (d)단계에서 황산을 사용하여 산세척하는 것을 특징으로 하는 삼원계 양극활물질로부터 화학이산화망간의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Method of producing manganese dioxide from the ternary cathode active material, characterized in that the pickling using sulfuric acid in the step (d).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 환원제는 과산화수소, H2S, SO2, FeSO4, 석탄(coal) 및 황철광(Pyrite)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 삼원계 양극활물질로부터 화학이산화망간의 제조방법.
The method of claim 1,
The reducing agent is hydrogen peroxide, H 2 S, SO 2 , FeSO 4 , coal (coal) and pyrite (Pyrite) method for producing a chemical manganese dioxide from the ternary cathode active material, characterized in that selected from the group consisting of.
제 1항에 있어서,
상기 (a)단계의 삼원계 양극활물질 분말은, 폐전지의 삼원계 양극활물질(Li(Ni1 /3Mn1 /3Co1 /3)O2) 스크랩으로부터 물리적인 분리공정에 의하여 Al을 분리제거한 것임을 특징으로 하는 삼원계 양극활물질로부터 화학이산화망간의 제조방법.
The method of claim 1,
(A) the ternary positive electrode active material of step powder is a ternary positive electrode of the closed cell active material (Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3) O 2) separating the Al by a physical separation process from scrap Method of producing manganese dioxide from the ternary cathode active material, characterized in that removed.
제 8항에 있어서,
상기 물리적인 분리공정은
(가) 폐전지의 삼원계 양극활물질(Li(Ni1 /3Mn1 /3Co1 /3)O2) 스크랩을 절단하는 단계;
(나) 상기 절단 후 열처리하는 단계;
(다) 상기 열처리 후 분쇄하는 단계; 및
(라) 상기 분쇄 후 40mesh 이하 크기의 입자를 분리하여 수거하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼원계 양극활물질부터 화학이산화망간의 제조방법.
The method of claim 8,
The physical separation process
(A) a ternary positive electrode active material of the closed cell (Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3) O 2) comprising: the cutting scraps;
(B) heat treatment after cutting;
(C) pulverizing after the heat treatment; And
(D) separating and collecting particles having a size of 40 mesh or less after the grinding.
Method of producing manganese dioxide from ternary positive electrode active material, characterized in that it comprises a.
삭제delete 삭제delete
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