JP2022544670A - 黒鉛材料を精製するためのプロセス - Google Patents
黒鉛材料を精製するためのプロセス Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022544670A JP2022544670A JP2022509569A JP2022509569A JP2022544670A JP 2022544670 A JP2022544670 A JP 2022544670A JP 2022509569 A JP2022509569 A JP 2022509569A JP 2022509569 A JP2022509569 A JP 2022509569A JP 2022544670 A JP2022544670 A JP 2022544670A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- graphite
- water
- mixture
- molten mass
- eutectic mixture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000007670 refining Methods 0.000 title claims description 9
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 title abstract description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 107
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 104
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 104
- 239000000374 eutectic mixture Substances 0.000 claims abstract description 80
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 60
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims abstract description 47
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 44
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 16
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 39
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- -1 alkali metal salts Chemical class 0.000 claims description 15
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 6
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 11
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 4
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001854 alkali hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001339 alkali metal compounds Chemical class 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- HUCVOHYBFXVBRW-UHFFFAOYSA-M caesium hydroxide Chemical compound [OH-].[Cs+] HUCVOHYBFXVBRW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- CPRMKOQKXYSDML-UHFFFAOYSA-M rubidium hydroxide Chemical compound [OH-].[Rb+] CPRMKOQKXYSDML-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M sodium nitrite Chemical compound [Na+].[O-]N=O LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 150000000994 L-ascorbates Chemical class 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 150000005829 chemical entities Chemical class 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001860 citric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 1
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 150000004675 formic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002826 nitrites Chemical class 0.000 description 1
- 150000003891 oxalate salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010288 sodium nitrite Nutrition 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L sulfite Chemical class [O-]S([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/21—After-treatment
- C01B32/215—Purification; Recovery or purification of graphite formed in iron making, e.g. kish graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本開示は、黒鉛材料を精製するための、特に、＞９９．９％炭素（Ｃ）の高い純度を達成するためのプロセスに関する。このプロセスは、ａ）黒鉛と２つ以上のアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物との混合物を加熱して、黒鉛及び共融混合物を含む溶融塊を生成することと、ｂ）溶融塊を水または水溶液で浸出させて、中の水溶性不純物を溶解することと、ｃ）水浸出後の溶融塊を酸性溶液で浸出させて、中の酸可溶性不純物を溶解し、それにより、高純度黒鉛を生成することとを含む。【選択図】図１
Description
本開示は、黒鉛材料を精製するための、特に、＞９９．９％炭素（Ｃ）の高い純度を達成するためのプロセスに関する。
本発明の背景技術についての以下の記述は、本発明の理解を容易にすることを目的としている。しかし、この記述は、参照される資料のいずれかが本出願の優先日時点で公開されていた、公知であった、または一般知識の一部であったことの認識でも承認でもないことを理解されたい。
黒鉛は、耐火物、製鋼、ブレーキライニング、鋳物用塗型材、及び潤滑剤を含むがこれらに限定されない、多くの産業的用途を有する。過去３０年間で、電池電極に使用するための高純度黒鉛（＞９９．９％ Ｃ）の需要が高まっている。
天然の（採掘される）黒鉛が必要な純度で地中に存在することは決してないため、黒鉛を産業に応用するのに十分に純粋にするためには、精製プロセスを適用しなければならない。採掘されたままの黒鉛は、さらなる精製に供される前に、黒鉛精鉱を生成するために浮選によって処理される場合がある。
黒鉛精鉱に適用される精製手法は大別して２つある。すなわち、フッ化水素もしくは「酸塩基」法のいずれかを使用した湿式精錬精製、または極めて高い温度（＞２７００℃）もしくは塩素化焙焼法を使用した高温冶金精製である。
アルカリ金属溶融法としても知られる「酸塩基」法は、最も一般的に使用される方法であり、黒鉛と水酸化ナトリウムの混合物を＞３００℃の温度で加熱して溶融塊を生成し、その後、溶融塊を水及び酸で連続的に浸出させることを伴う。
既存の精製方法は、フッ化水素及び塩素などの有毒化学物質の使用を含む幾つかの欠点を有し、高いエネルギーの投入（例えば３００℃＜Ｔ＜２７００℃）を必要とし、及び／または電池グレードの黒鉛の純度規格を満たさない。したがって、黒鉛を精製して＞９９．９％ Ｃの純度を達成するための代替的でより効率的なプロセスを開発する必要がある。
本発明者らは、黒鉛を精製するためのプロセスの研究及び開発に取り組んだ。特に、本発明者らは、黒鉛と少なくとも１つのアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物との混合物の加熱により、黒鉛を含む溶融塊を生成することができ、これをその後に浸出させると、高純度黒鉛が生成され、特に、＞９９．５％ Ｃ、特に＞９９．９％ Ｃ、またはさらには＞９９．９５％ Ｃの純度を達成できることを特定した。
第１の態様では、黒鉛を精製するためのプロセスであって、
ａ）黒鉛と少なくとも１つのアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物との混合物を加熱して、溶融塊を生成することと、
ｂ）溶融塊を水または水溶液で浸出させて、中の水溶性不純物を溶解することと、
ｃ）水浸出後の溶融塊を酸で浸出させて、中の酸可溶性不純物を溶解し、それにより、高純度黒鉛を生成することと
を含むプロセスが提供される。
ａ）黒鉛と少なくとも１つのアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物との混合物を加熱して、溶融塊を生成することと、
ｂ）溶融塊を水または水溶液で浸出させて、中の水溶性不純物を溶解することと、
ｃ）水浸出後の溶融塊を酸で浸出させて、中の酸可溶性不純物を溶解し、それにより、高純度黒鉛を生成することと
を含むプロセスが提供される。
いくつかの実施形態または例において、黒鉛を精製するためのプロセスは、
ａ）黒鉛と２つ以上のアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物との混合物を加熱して、黒鉛及び共融混合物を含む溶融塊を生成することと、
ｂ）溶融塊を水または水溶液で浸出させて、中の水溶性不純物を溶解することと、
ｃ）水浸出後の溶融塊を酸で浸出させて、中の酸可溶性不純物を溶解し、それにより、高純度黒鉛を生成することと
を含む。
ａ）黒鉛と２つ以上のアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物との混合物を加熱して、黒鉛及び共融混合物を含む溶融塊を生成することと、
ｂ）溶融塊を水または水溶液で浸出させて、中の水溶性不純物を溶解することと、
ｃ）水浸出後の溶融塊を酸で浸出させて、中の酸可溶性不純物を溶解し、それにより、高純度黒鉛を生成することと
を含む。
いくつかの実施形態または例において、溶融塊は、ステップｂ）において水で浸出され得る。
他の実施形態または例では、溶融塊は、ステップｂ）において水溶液で浸出され得る。水溶液はアルカリ性溶液であってもよい。いくつかの実施形態または例において、水による溶融塊の浸出は、アルカリ性浸出液を生成し得る。溶融塊を水で浸出させると、溶融塊からアルカリの少なくとも一部が溶解し、それにより、アルカリ性浸出液が生成されることが、当業者には理解されよう。このアルカリ性浸出液は、ステップｂ）でリサイクルされ、溶融塊を浸出させるために使用され得る。したがって、１つの実施形態または例において、水溶液は、アルカリ性浸出液であり得る。例えば、溶融塊は、ステップｂ）からリサイクルされたアルカリ性浸出液で浸出され得る。あるいは、水溶液は、ステップｃ）で生成された高純度黒鉛から酸を洗浄するために使用された洗浄液であってもよい。
１つの実施形態または例において、共融混合物は、少なくとも第１のアルカリ金属水酸化物と、第２のアルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属塩から選択される少なくとも１つのアルカリ金属化合物とを含む。
１つの実施形態または例において、共融混合物は、少なくとも第１のアルカリ金属水酸化物及び第２のアルカリ金属水酸化物を含み得る。一例では、共融混合物は、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムなどの２つ以上のアルカリ金属水酸化物を含み得る。別の実施形態において、共融混合物は、例えば水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムから選択される２つのアルカリ金属水酸化物を含むか、またはそれらからなり得る。共融混合物は、約１０：１～約１：１０、約５：１～約１：５、約３：１～約１：３、約２：１～約１：２、または約１：１のモル比を有する２つのアルカリ金属水酸化物を含み得る。１つの実施形態または例において、共融混合物中の第１のアルカリ金属水酸化物の第２のアルカリ金属水酸化物に対するモル比は、ステップａ）の加熱温度以下で融解する共融混合物をもたらすように選択され得る。いくつかの実施形態または例において、ステップａ）の加熱温度は、約３００℃未満であり得る。
代替的な実施形態では、共融混合物は、少なくとも１つのアルカリ金属水酸化物及び１つまたは複数のアルカリ金属塩を含む。１つの特定の実施形態において、共融混合物は、水酸化ナトリウム、及び硝酸ナトリウムまたは亜硝酸ナトリウムなどのナトリウム塩を含み得る。共融混合物は、約１０：１～約１：１０、約５：１～約１：５、約３：１～約１：３、約２：１～約１：２、または約１：１のモル比を有するアルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属塩を含み得る。１つの実施形態または例において、共融混合物中のアルカリ金属水酸化物のアルカリ金属塩に対するモル比は、ステップａ）の加熱温度以下で融解する共融混合物をもたらすように選択され得る。いくつかの実施形態または例において、ステップａ）の加熱温度は、約３００℃未満であり得る。
有利なことに、黒鉛と共融混合物との混合物は、黒鉛がアルカリ水酸化物のみと混合される場合よりも著しく低い温度で溶融塊を形成し得る。１つの実施形態において、ステップａ）は、３００℃未満、２５０℃未満、さらには２００℃未満で実施され得る。いくつかの実施形態または例において、ステップａ）の混合物は、融解した共融混合物を生成するのに有効な第１の温度で加熱され、次いで、黒鉛及び共融混合物を含む溶融塊を生成するのに有効な第２の温度に加熱され得る。いくつかの実施形態において、酸は、揮発性酸を含む。いくつかの実施形態または例において、酸は、１ａｔｍで３００℃未満、例えば約２００℃未満の沸点を有する。
酸が揮発性酸を含む１つの実施形態または例において、プロセスは、
ｄ）ステップｃ）で生成された酸性浸出液の少なくとも一部を蒸留して揮発性酸を回収し、前記酸をステップｃ）にリサイクルすること
をさらに含み得る。
ｄ）ステップｃ）で生成された酸性浸出液の少なくとも一部を蒸留して揮発性酸を回収し、前記酸をステップｃ）にリサイクルすること
をさらに含み得る。
１つの実施形態において、プロセスは、ステップｂ）の前に、溶融塊を既定量の水と反応させ、それにより、溶融塊の顕熱及び溶融塊と水との間の反応熱を含む熱エネルギーを回収することをさらに含む。有利なことに、回収された熱エネルギーを利用して、任意選択によりステップａ）、ｂ）、ｃ）、またはｄ）のうちのいずれか１つまたは複数において加熱流として使用するための蒸気を生成することができる。
ここで、添付の図面を参照し、好ましい実施形態を単なる例としてさらに記載し、説明する。
本開示は、黒鉛を精製するための、特に、＞９９．５％ Ｃ、特に＞９９．９％ Ｃ、またはさらには＞９９．９５％ Ｃの純度を達成するためのプロセスに関する。
一般用語
本明細書全体を通じて、特段明記されない限り、または文脈上、特に必要とされていない限り、単一のステップ、物質の組成、ステップの群または物質の組成の群への言及は、これらのステップ、物質の組成、ステップの群、または物質の組成の群の１つ及び複数（すなわち、１つ以上）を包含すると解釈されるものとする。したがって、本明細書で使用される場合、文脈による明確な別段の定めがない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」には複数の態様が含まれる。例えば、「ａ」への言及には、１つのみでなく２つ以上も含み、「ａｎ」への言及には、１つのみでなく２つ以上も含み、「ｔｈｅ」への言及には、１つのみでなく２つ以上などを含む。
本明細書全体を通じて、特段明記されない限り、または文脈上、特に必要とされていない限り、単一のステップ、物質の組成、ステップの群または物質の組成の群への言及は、これらのステップ、物質の組成、ステップの群、または物質の組成の群の１つ及び複数（すなわち、１つ以上）を包含すると解釈されるものとする。したがって、本明細書で使用される場合、文脈による明確な別段の定めがない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」には複数の態様が含まれる。例えば、「ａ」への言及には、１つのみでなく２つ以上も含み、「ａｎ」への言及には、１つのみでなく２つ以上も含み、「ｔｈｅ」への言及には、１つのみでなく２つ以上などを含む。
本明細書に記載の本開示のそれぞれの例は、特に明記されていない限り、それぞれの例及び他のすべての例に必要な変更を加えて準用する。本開示は、本明細書に記載の特定の実施例により範囲を限定されないものとし、このような特定の例は、例示目的のみであることが意図される。機能的に同等の製品、組成物、及び方法は、本明細書に記載されるように、明らかに本開示の範囲内である。
「及び／または」という用語、例えば、「Ｘ及び／またはＹ」は、「Ｘ及びＹ」または「ＸまたはＹ」のいずれかを意味すると理解され、両方の意味またはいずれかの意味を明示的に含むと解釈されるものとする。
本明細書を通じて、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語、または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もしくは「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形は、既定された要素、詳細もしくはステップ、または要素群、詳細群もしくはステップ群を包含するが、いかなる他の要素、詳細もしくはステップ、または要素群、詳細群もしくはステップ群をも排除することを意味するものではないことが理解されよう。
別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術及び科学用語は、本発明が属する当業者により一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと同様または同等の方法及び材料が本発明の実践または試験で使用され得るが、好適な方法及び材料を以下に記載する。矛盾する場合は、本明細書が定義を含めて優先する。加えて、材料、方法、及び実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。
本明細書で使用される「約」という用語は、所与の値または範囲の５％以内、より好ましくは１％以内を意味する。例えば、「約３．７％」は、３．５～３．９％、好ましくは３．６６～３．７４％を意味する。「約」という用語がある範囲の値に関連付けられている場合、例えば「約Ｘ％～Ｙ％」の場合、「約」という用語は、記載されている範囲の下限（Ｘ）値及び上限（Ｙ）値の両方を修飾することを目的としている。例えば、「約２０％～４０％」は「約２０％～約４０％」と同等である。
特定の用語
本明細書で使用される「黒鉛」という用語は、天然に存在する結晶形態の元素状炭素を指す。したがって、「黒鉛」という用語は、高グレードの黒鉛鉱石及び精鉱、ならびに中～低グレードの鉱石、精鉱、及びそれらのブレンドを包含する。この用語は、様々なグレードの片状黒鉛、及び球形化された天然黒鉛などの処理された形態の天然黒鉛を含め、すべてのタイプの黒鉛を包含する。高純度黒鉛とは、純度が＞９９．５％ Ｃ、特に＞９９．９％ Ｃ、またはさらには＞９９．９５％ Ｃの黒鉛を指す。
本明細書で使用される「黒鉛」という用語は、天然に存在する結晶形態の元素状炭素を指す。したがって、「黒鉛」という用語は、高グレードの黒鉛鉱石及び精鉱、ならびに中～低グレードの鉱石、精鉱、及びそれらのブレンドを包含する。この用語は、様々なグレードの片状黒鉛、及び球形化された天然黒鉛などの処理された形態の天然黒鉛を含め、すべてのタイプの黒鉛を包含する。高純度黒鉛とは、純度が＞９９．５％ Ｃ、特に＞９９．９％ Ｃ、またはさらには＞９９．９５％ Ｃの黒鉛を指す。
本明細書で使用される「共融混合物」という用語は、通常は反応して新しい化学物質を形成することはないが、互いの結晶化プロセスを阻害し、それにより、個々の成分のいずれよりも低い融解点を有する系をもたらす、２つ以上の成分（例えばイオン性成分）の混合物を指す。本明細書で使用されるこの用語は、最小融解組成物のみを指すわけではないが、とりわけそれを含む。
本明細書で使用される「アルカリ金属」という用語は、特に「水酸化物」または「塩」という用語と併せて使用される場合、周期表のＩＡ（１）族を占めるリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、及びセシウムの一価カチオンを指す。
本明細書で使用される「溶融塊」という用語は、黒鉛及び共融混合物（少なくとも１つのアルカリ水酸化物を含む）を含む混合物であって、前記共融混合物が融解する温度に加熱し（融解系、例えば融解塩系ともいう）、任意選択により、次いで少なくとも部分的に固化させた混合物を指す。溶融塊を形成する黒鉛と共融混合物（融解物として）の混合物を含む融解塩系は、融解塩系ひいては溶融塊が水を実質的に欠いている、すなわち含まない場合があるので、溶液または「水溶液」とは見なされない場合があることは理解されよう。
本明細書で使用される「水溶液」という用語は、溶媒が水であり、溶質が無機塩、酸、または塩基であり得る溶液を指す。水は、蒸留水、脱イオン水、水道水、淡水、脱塩水、生産水、地下水、プロセス水、再生水、逆流水、汽水、ブライン、塩水、または海水であり得る。水は、水源に起因する固有の全溶解固形物（ＴＤＳ）含有量を有し得る。したがって、溶質を水に溶解することによって生成される水溶液は、水の固有のＴＤＳ含有量に加えて溶質を含み得ることが理解されよう。
黒鉛を精製するためのプロセス
採掘されたままの黒鉛は、母岩から黒鉛粒を遊離させるために粉砕によって前処理され得る。粉砕された黒鉛は、約＞９５％ Ｃを有する黒鉛精鉱を生成するために任意選択の浮選プロセスに供される場合がある。浮選プロセスは、当業者に十分理解されるように、任意の好適な浮選プロセスであり得る。遊離黒鉛の粒径が源岩の鉱物特性に応じて異なることは理解されよう。いくつかの実施形態または例において、プロセスは、共融混合物と共に加熱する前に、黒鉛の超微細粉砕を必要としない場合がある。
採掘されたままの黒鉛は、母岩から黒鉛粒を遊離させるために粉砕によって前処理され得る。粉砕された黒鉛は、約＞９５％ Ｃを有する黒鉛精鉱を生成するために任意選択の浮選プロセスに供される場合がある。浮選プロセスは、当業者に十分理解されるように、任意の好適な浮選プロセスであり得る。遊離黒鉛の粒径が源岩の鉱物特性に応じて異なることは理解されよう。いくつかの実施形態または例において、プロセスは、共融混合物と共に加熱する前に、黒鉛の超微細粉砕を必要としない場合がある。
添付の図を参照すると、黒鉛を精製するためのプロセス（１００）は、黒鉛と少なくとも１つのアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物との混合物を加熱（１１０）して、溶融塊を生成することを含み得る。
アルカリ金属水酸化物は、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣｓＯＨ、またはＲｂＯＨを含む群から選択され得る。
共融混合物は、２つ以上のアルカリ金属水酸化物を含み得る。あるいは、共融混合物は、アルカリ金属水酸化物及び１つまたは複数のアルカリ金属塩を含み得る。いくつかの実施形態または例において、共融混合物は、少なくとも第１のアルカリ金属水酸化物と、第２のアルカリ金属水酸化物及び／またはアルカリ金属塩から選択される少なくとも１つのアルカリ金属化合物とを含み得る。１つの実施形態または例において、共融混合物は、少なくとも第１のアルカリ金属水酸化物及び第２のアルカリ金属水酸化物を含む。別の実施形態または例において、共融混合物は、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムなどの２つ以上のアルカリ金属水酸化物を含み得る。例えば、共融混合物は、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムから選択される２つのアルカリ金属水酸化物を含み得る。高純度黒鉛を得るにあたり、２つ以上のアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物により、さらなる利点が提供される。
アルカリ金属塩は、アルカリ金属水酸化物と共融混合物を形成することができる任意の好適なアルカリ金属塩であり得る。アルカリ金属塩は、ハロゲン化物、炭酸塩、リン酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、または亜硫酸塩を含む群から選択される無機塩であり得る。あるいは、アルカリ金属塩は、酢酸塩、シュウ酸塩、アスコルビン酸塩、ギ酸塩、クエン酸塩を含む群から選択される有機塩であり得る。
共融混合物中の２つ以上のアルカリ金属水酸化物、またはアルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属塩（複数可）は、共融混合物の融解温度が共融混合物の各成分のいずれか１つの融解温度と比較して実質的に低下し得るように、好適なモル比で組み合わせられ得ることが、当業者には理解されよう。
したがって、共融混合物中の２つのアルカリ金属水酸化物は、約１０：１～約１：１０、約５：１～約１：５、約３：１～約１：３、約２：１～約１：２、または約１：１のモル比を有し得る。
同様に、アルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属塩を含む共融混合物のモル比は、約１０：１～約１：１０、約５：１～約１：５、約３：１～約１：３、約２：１～約１：２、または約１：１であり得る。
次の表は、本明細書に記載されるプロセスで用いることのできる、アルカリ金属水酸化物（ＭＯＨ）と、異なるアルカリ金属水酸化物（Ｍ’ＯＨ）またはアルカリ金属塩（ＭＸ）のいずれかとを含む共融混合物（ＥＭ）の幾つかの好適な例を提示する。
黒鉛は、共融混合物と約１０：１～約１：１０、約２：１～約１：２、または約１：１の重量比で混合され得る。前記重量比は、共融混合物の乾燥固形分重量に対するものである。
黒鉛は、固形物、または水溶液などの溶液として共融混合物と混合され得る。特に、黒鉛と共融混合物との「湿式」混合物は、黒鉛と共融混合物との「乾式」混合物と比較して均質性が高いため、加熱ステップで供給するのに好ましい。好ましくは、「湿式」混合物は、加熱前にペースト状の混合物を形成するのに十分な水を含む。用いられる水の量は、黒鉛と共融混合物とを混合する容易さと、その後に水を揮発させて溶融塊を生成するのに必要な熱エネルギーの量とのバランスをとるように選択されるべきであることが、当業者には理解されよう。言い換えれば、黒鉛が加熱ステップａ）前に共融混合物と効果的に混合され得るように、ペースト状の混合物（例えばスラリー）を生成するために「湿式」混合物に加えられる溶液（例えば水溶液）の量のため、黒鉛と共融混合物との「湿式」混合物は、溶液または「水溶液」とは見なされない場合があることが理解されよう。
いくつかの実施形態または例において、ステップａ）は、黒鉛及び共融混合物を含む水溶液を加熱することを含む。黒鉛及び共融混合物を含む水性混合物は、上記で定義された「湿式」混合物と呼ばれ得る。いくつかの実施形態または例において、黒鉛及び共融混合物を含む「湿式」混合物を加熱すると、黒鉛と共融混合物との「乾式」混合物と比較して高い均質性などの１つまたは複数の利点がもたらされ得、より高い純度及び／または回収率がもたらされ得る。黒鉛及び共融混合物が「湿式」混合物として用意される場合、溶液中に存在するいかなる水または水性液体も、溶融塊を生成するために加熱ステップａ）中に揮発され得ることは理解されよう。
いくつかの実施形態または例において、水溶液は、溶液の総重量に基づいて少なくとも約５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、または６０％ｗ／ｗの黒鉛を含み得る。いくつかの実施形態または例において、水溶液は、溶液の総重量に基づいて約６０、５０、４０、３０、２０、１５、１０または５％ｗ／ｗ未満の黒鉛を含み得る。これらの％ｗ／ｗ値の組み合わせ、例えば、溶液の総重量に基づいて約５％ｗ／ｗ～約５０％ｗ／ｗ、または約１０％ｗ／ｗ～約４０％ｗ／ｗの黒鉛も可能である。
いくつかの実施形態または例において、水溶液は、溶液の総重量に基づいて少なくとも約２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、または９０％ｗ／ｗの共融混合物を含み得る。いくつかの実施形態または例において、水溶液は、溶液の総重量に基づいて約９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、または２０％ｗ／ｗ未満の共融混合物を含み得る。これらの％ｗ／ｗ値の組み合わせ、例えば、溶液の総重量に基づいて約２０％ｗ／ｗ～約７０％ｗ／ｗ、約３０％ｗ／ｗ～５０％ｗ／ｗの共融混合物も可能である。
いくつかの実施形態または例において、水溶液は、溶液の総重量に基づいて少なくとも約２０、３０、４０、５０、６０、７０、または８０％ｗ／ｗの水または水性液体を含み得る。いくつかの実施形態または例において、水溶液は、溶液の総重量に基づいて約８０、７０、６０、５０、４０、３０または２０％ｗ／ｗ未満の水または水性液体を含み得る。これらの％ｗ／ｗ値の組み合わせ、例えば、溶液の総重量に基づいて約２０％ｗ／ｗ～約８０％ｗ／ｗ、約３０％ｗ／ｗ～６０％ｗ／ｗの水または水性液体も可能である。
いくつかの実施形態または例において、水溶液は、溶液の総重量に基づいて、約５％ｗ／ｗ～約５０％ｗ／ｗの黒鉛、約２０％ｗ／ｗ～約７０％ｗ／ｗの共融混合物、及び約２０％ｗ／ｗ～約８０％ｗ／ｗの水を含み得る。いくつかの実施形態または例において、水溶液は、溶液の総重量に基づいて、約１０％ｗ／ｗ～約４０％ｗ／ｗの黒鉛、約３０％ｗ／ｗ～約５０％ｗ／ｗの共融混合物、及び約３０％ｗ／ｗ～約６０％ｗ／ｗの水を含み得る。
加熱ステップは、加熱用坩堝、または任意の他の好適な加熱容器内で実施され得る。有利なことに、黒鉛と共融混合物との混合物は、黒鉛が単一のアルカリ金属水酸化物のみと混合される場合よりも著しく低い温度で溶融塊を形成するように加熱され得る。
加熱ステップは、共融混合物を融解する（例えば融解した共融混合物を生成する）のに有効な温度であってよく、溶融塊を生成するのに有効な温度であってよい。１つの実施形態または例において、加熱は、混合物から水を実質的に揮発させ、次いで、共融混合物を融解して黒鉛及び共融混合物を含む溶融塊を生成するのに有効な温度で実施され得る。別の実施形態または例において、加熱は、黒鉛及び共融混合物を含む溶融塊を生成するように、約３００℃未満の温度で行われ得る。１つの実施形態において、加熱ステップは、３００℃未満、２５０℃未満、さらには２００℃未満で実施され得る。水を「実質的に」揮発させるという言及は、概して、微量の水のみが混合物中に存在し得るように水が揮発性になることを指し、これは例えば、混合物全体における重量％で約５％、４％、３％、２％、１％、０．１％、０．０１％、０．００１％、または０．０００１％未満の量であり得る。
いくつかの実施形態または例において、ステップａ）の混合物は、混合物から水を実質的に揮発させるのに有効な第１の温度で加熱され、次いで、共融混合物の融解物を生成するのに有効な第２の温度に加熱され、それにより、黒鉛及び共融混合物を含む、記載される溶融塊が生成され得る。第１の温度及び第２の温度は同じであり得ることが理解されよう。例えば、黒鉛を精製するためのプロセスは、ａ）（ｉ）黒鉛と２つ以上のアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物との混合物を第１の温度に加熱して、混合物から水を実質的に揮発させることと、次いで（ｉｉ）前記混合物を第２の温度に加熱して共融混合物を融解し、黒鉛及び共融混合物を含む溶融塊を生成することとを含むか、またはそれらからなり得る。
ステップａ）（ｉ）において、温度は約１２０℃～約２５０℃の範囲であり得る。ステップａ）（ｉ）の温度は、少なくとも約１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、または２５０℃であり得る。ステップａ）（ｉ）の温度は、約２５０、２４０、２３０、２２０、２００、１９０、１８０、１７０、１６０、１５０、１４０、１３０、または１２０℃未満であり得る。これらの加熱温度の組み合わせ、例えば約１２０℃～約２５０℃、約１３０℃～約２４０℃、または約１４０℃～約２００℃で、水を揮発させることも可能である。ステップａ）（ｉ）での混合の温度が、水を揮発させるのに有効である限り、他の温度が想定されることは理解されよう。
ステップａ）（ｉｉ）において、温度は約１６０℃～約３００℃の範囲であり得る。ステップａ）（ｉｉ）の温度は、少なくとも約１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、または３００℃であり得る。ステップａ）（ｉｉ）の温度は、約３００、２９０、２８０、２７０、２６０、２５０、２４０、２３０、２２０、２００、１９０、１８０、１７０、または１６０℃未満であり得る。これらの加熱温度の組み合わせ、例えば約１６０℃～約３００℃、約１７０℃～約２８０℃、または約１８０℃～約２６０℃で、共融混合物を融解し、黒鉛及び共融混合物を含む溶融塊を生成することも可能である。ステップａ）（ｉｉ）の混合物の温度が、共融混合物を融解し、黒鉛及び共融混合物を含む溶融塊を生成するのに有効である限り、他の温度が想定されることは理解されよう。
少なくとも本明細書に記載のいくつかの実施形態または例によれば、混合物（例えば「湿式」混合物）は、ステップａ）（ｉ）の温度で約３０分間～約１８０分間にわたって維持され得る。混合物は、ステップａ）（ｉ）の温度で、少なくとも３０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、または１８０分間にわたって維持され得る。混合物は、ステップａ）（ｉ）の温度で、１８０、１７０、１６０、１５０、１４０、１３０、１２０、１１０、１００、９０、８０、７０、６０、または３０分間未満にわたって維持され得る。これらの時間の組み合わせ、例えば約６０分間～約１５０分間も可能である。
少なくとも本明細書に記載のいくつかの実施形態または例によれば、混合物（例えば「湿式」混合物）は、ステップａ）（ｉｉ）の温度で約１２０分間～約３００分間にわたって維持され得る。混合物は、ステップａ）（ｉｉ）の温度で、少なくとも１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２２０、２４０、２６０、２８０、または３００分間にわたって維持され得る。混合物は、ステップａ）（ｉｉ）の温度で、３００、２８０、２６０、２４０、２２０、２００、１８０、１６０、１４０、または１２０分間未満にわたって維持され得る。これらの時間の組み合わせ、例えば約１２０分間～約２４０分間も可能である。
少なくとも本明細書に記載のいくつかの実施形態または例によれば、混合物は、ステップａ）（ｉ）の温度に、約２℃／分～約１５℃／分、約４℃／分～約１２℃／分、または約６℃／分～約１０℃／分の速度で予熱され得る。混合物は、ステップａ）（ｉ）の温度に、約１５℃／分未満、約１２℃／分未満、約１０℃／分未満、約８℃／分未満、６℃／分未満、または４℃／分未満の速度で予熱され得る。混合物は、ステップａ）（ｉ）の温度に、少なくとも約４℃／分、少なくとも約６℃／分、少なくとも約８℃／分、少なくとも約１０℃／分、または少なくとも約１２℃／分の速度で予熱され得る。混合物は、ステップａ）（ｉ）の温度に、これらの前述の上限値及び／または下限値のうちの任意の２つの間の範囲内で設けられ得る速度で予熱されてもよい。
本明細書に記載のいくつかの実施形態または例によれば、混合物は、ステップａ）（ｉｉ）の温度に、約２℃／分～約１５℃／分、約４℃／分～約１２℃／分、または約６℃／分～約１０℃／分の速度で加熱され得る。混合物は、ステップａ）（ｉｉ）の温度に、約１５℃／分未満、約１２℃／分未満、約１０℃／分未満、約８℃／分未満、６℃／分未満、または４℃／分未満の速度で加熱され得る。混合物は、ステップａ）（ｉｉ）の温度に、少なくとも約４℃／分、少なくとも約６℃／分、少なくとも約８℃／分、少なくとも約１０℃／分、または少なくとも約１２℃／分の速度で加熱され得る。混合物は、ステップａ）（ｉｉ）の温度に、これらの前述の上限値及び／または下限値のうちの任意の２つの間の範囲内で設けられ得る速度で加熱されてもよい。
次いで、溶融塊を水または水溶液で浸出させて（１２０）、中の水溶性不純物を溶解することができる。水溶性不純物は、ケイ酸及びアルミン酸の無機物を含むが、これらに限定されない。浸出液は、いくらかの溶解した共融混合物を含み得る。それ故、浸出液は、濃縮及びリサイクルされ、ステップａ）の黒鉛と組み合わされ得る。浸出液は、蒸発、逆浸透、真空蒸留、多効蒸発器など、当業者に知られている任意の従来技術によって濃縮することができる。
いくつかの実施形態または例において、ステップａ）で形成された溶融塊は、ステップｂ）で浸出する前に周囲温度に冷却され得る。
代替的な実施形態または例では、ステップａ）で形成された溶融塊は、ステップｂ）で浸出する前に浸出温度に冷却され得る。ステップａ）で形成された溶融塊は、約５０℃～約１２０℃の範囲内のステップｂ）の浸出温度に冷却され得る。ステップｂ）の浸出温度は、少なくとも約５０、６０、７０、８０、９０、１００、または１２０℃であり得る。ステップｂ）の浸出温度は、約１２０、１００、９０、８０、７０、６０、または５０℃未満であり得る。これらの浸出温度の組み合わせ、例えば約６０℃～約１１０℃、または約８０℃～約１００℃も可能である。
ステップｂ）の浸出は、好適な期間にわたって実施され得る。少なくとも本明細書に記載のいくつかの実施形態または例によれば、溶融塊は、ステップｂ）の浸出温度で約１時間～約４８時間にわたって維持され得る。溶融塊は、ステップｂ）の浸出温度で、少なくとも約１、２、４、１０、１２、１８、２０、２４、３６、または４８時間にわたって維持され得る。溶融塊は、ステップｂ）の浸出温度で、約４８、３６、２４、２０、１８、１２、１０、４、２、または１時間未満にわたって維持され得る。これらの浸出時間の組み合わせ、例えば約１時間～約４６時間、または約１２時間～約３６時間も可能である。
溶融塊を水（１２０）または水溶液で浸出させる前に、いくつかの実施形態では、加熱ステップ（１１０）後に溶融塊によって保持された顕熱を回収するようにプロセスを適合してもよい。例えば、溶融塊を既定量の水と反応させて（１３０）、本プロセスの様々なプロセスステップにおいて、または本プロセスが採用されるプラントにおいて、加熱流として使用するための蒸気を生成することができる。有利なことに、水とアルカリ金属水酸化物との間の反応は発熱性であるため、反応熱を、やはり蒸気として、さらに（同時に）回収することができる。
加熱流を使用して、共融混合物もしくは黒鉛を混合する前にそれらを予熱するか、または黒鉛と共融混合物との混合物をステップａ）前に予熱することができる。あるいは、加熱流を使用して、蒸気タービンで電力を生成することができる。
既定量の水または水溶液は、共融混合物の質量の約半分の水または水溶液から、共融混合物の質量の約５倍の水または水溶液、より好ましくは共融混合物とほぼ等しい質量の水または水溶液までの重量比を有する。
水または水溶液の既定量は、溶融塊と比較して比較的小さいことが理解されよう。水または水溶液の量が大きすぎると、蒸気が生成されるのではなく、溶融塊の顕熱及び反応熱が吸収されることになる。このステップでは、共融混合物の小量のアルカリ性溶液が生成され、これがリサイクルされ、ステップａ）の黒鉛と組み合わされ得る。あるいは、共融混合物のアルカリ性溶液をリサイクルし、ステップｂ）で使用して、溶融塊から水溶性不純物を除去してもよい。
溶融塊から水溶性不純物を除去した後、溶融塊を酸で浸出させて（１４０）、中の酸可溶性不純物を溶解し、高純度黒鉛を生成することができる。酸可溶性不純物は、炭酸塩（例えば、カルサイト及びドロマイト）、酸化鉄、及び卑金属酸化物を含むが、これらに限定されない。
酸は、揮発性酸であり得る。例えば、酸は、ＨＣｌまたはＨＮＯ３であり得る。１つの実施形態または例において、酸は、１ａｔｍ（１０１．３２５ｋＰａ）の圧力で約２００℃未満の沸点を有し得る。１つの実施形態または例において、酸は、硫酸を含まない。
酸は好適な濃度を有し得る。酸は、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０Ｍの濃度を有し得る。酸は、約１０、９、８、７、６、５、４、３、２、または１Ｍ未満の濃度を有し得る。これらのモル濃度の組み合わせ、例えば約２Ｍ～約７Ｍも可能である。
ステップｃ）の浸出は、好適な温度で実施され得る。いくつかの実施形態または例において、ステップｂ）で形成される水浸出後の溶融塊は、高純度黒鉛を生成するために、ステップｃ）の浸出温度に加熱され得る。ステップｂ）で形成される水浸出後の溶融塊は、高純度黒鉛を生成するために、約５０℃～約１２０℃の範囲内のステップｃ）の浸出温度に加熱され得る。ステップｃ）の浸出は、少なくとも約５０、６０、７０、８０、９０、１００、または１２０℃の温度で行われ得る。ステップｃ）の浸出は、高純度黒鉛を生成するために、約１２０、１００、９０、８０、７０、６０、または５０℃未満の温度で行われ得る。これらの浸出温度の組み合わせ、例えば約５０℃～約１２０℃、例えば約７０℃～約１００℃も可能である。
ステップｃ）の浸出は、好適な期間にわたって実施され得る。少なくとも本明細書に記載のいくつかの実施形態または例によれば、水浸出後の溶融塊は、高純度黒鉛を生成するために、ステップｃ）の浸出温度で約１時間～約４８時間にわたって維持され得る。水浸出後の溶融塊は、高純度黒鉛を生成するために、ステップｂ）の浸出温度で、少なくとも約１、２、４、１０、１２、１８、２０、２４、３６、または４８時間にわたって維持され得る。水浸出後の溶融塊は、ステップｂ）の浸出温度で、約４８、３６、２４、２０、１８、１２、１０、４、２、または１時間未満にわたって維持され得る。これらの浸出時間の組み合わせ、例えば約１時間～約４６時間、または約１２時間～約３６時間で、高純度黒鉛を生成することも可能である。
生じた高純度黒鉛は、酸性浸出液から濾過され得る。酸性浸出液の少なくとも一部を蒸留して（１５０）、揮発性酸を回収することができ、これを浸出ステップ（１４０）でリサイクルすることができる。こうすると、回収された揮発性酸は、浸出ステップ（１４０）中に酸に溶解する酸可溶性不純物を含まない場合がある。上述のように得られる蒸気は、揮発性酸の蒸留に使用され得ることが想定される。
本明細書に記載されるプロセスに幾つかの利点があることは明らかであろう。
・ 少なくとも１つのアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物を黒鉛と組み合わせると、水酸化ナトリウムのみを使用する従来のアルカリ焼成よりも著しく低い温度で従来のアルカリ焼成ステップを実施することが可能になり、それにより、低温条件での構成材料を使用することに関連するエネルギー節約及び潜在的な資本的支出の削減がもたらされる。
・ また、溶融塊の顕熱及び共融混合物の水との反応熱を回収することにより、熱が回収／保存され、回収された熱が、例えば酸性浸出液の蒸留、黒鉛の予熱、浸出液の再濃縮のような他のプロセスステップで適用されるという形態で、エネルギー節約がもたらされる。
・ 蒸留による酸の回収及びリサイクルは、試薬消費量の削減、及び運用上の支出の低下につながる。
・ 少なくとも１つのアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物を黒鉛と組み合わせると、水酸化ナトリウムのみを使用する従来のアルカリ焼成よりも著しく低い温度で従来のアルカリ焼成ステップを実施することが可能になり、それにより、低温条件での構成材料を使用することに関連するエネルギー節約及び潜在的な資本的支出の削減がもたらされる。
・ また、溶融塊の顕熱及び共融混合物の水との反応熱を回収することにより、熱が回収／保存され、回収された熱が、例えば酸性浸出液の蒸留、黒鉛の予熱、浸出液の再濃縮のような他のプロセスステップで適用されるという形態で、エネルギー節約がもたらされる。
・ 蒸留による酸の回収及びリサイクルは、試薬消費量の削減、及び運用上の支出の低下につながる。
本発明を以下の実施例によってさらに説明する。実施例は、例示のみを目的として提示される。断じて、本発明の範囲または内容を限定するものとして解釈されてはならない。
実施例１
純度９７．８％とアッセイされた黒鉛精鉱（１０ｇ）を、ＫＯＨ（１１．２ｇ）及びＮａＯＨ（８．０ｇ）と混合し、十分な水を加えて混合可能なペーストを形成した。ペーストを開いた坩堝で２５０℃に２時間加熱し、２５０℃で４時間維持した。
純度９７．８％とアッセイされた黒鉛精鉱（１０ｇ）を、ＫＯＨ（１１．２ｇ）及びＮａＯＨ（８．０ｇ）と混合し、十分な水を加えて混合可能なペーストを形成した。ペーストを開いた坩堝で２５０℃に２時間加熱し、２５０℃で４時間維持した。
冷却後、溶融塊を水に溶解し、固形物を３５％ ＨＮＯ３（およそ８Ｍ）（５０ｍＬ）に溶解し、還流下で３時間沸騰させた。固形物を濾過し、洗浄し、乾燥させた。濾過後の黒鉛は、純度９９．９４％とアッセイされた。
実施例２
純度９７．８％とアッセイされた黒鉛精鉱（１０ｇ）を、ＮａＯＨ（５ｇ）、ＫＯＨ（７ｇ）、及び水（１０ｇ）と混合した。生じたペーストを２００℃に２．５時間加熱し、次いで２５０℃に加熱し、その温度で２時間維持した。
純度９７．８％とアッセイされた黒鉛精鉱（１０ｇ）を、ＮａＯＨ（５ｇ）、ＫＯＨ（７ｇ）、及び水（１０ｇ）と混合した。生じたペーストを２００℃に２．５時間加熱し、次いで２５０℃に加熱し、その温度で２時間維持した。
冷却後、溶融塊を室温で１時間にわたって水（およそ１００ｍＬ）で浸出させ、次いで濾過した。濾過後の固形物を８０℃の２０％ ＨＮＯ３（およそ５Ｍ）（１００ｍＬ）で２４時間浸出させた。
固形物を濾過し、水で洗浄し、乾燥させた。濾過後の黒鉛は、純度９９．９７％とアッセイされた。
実施例３
純度９６．８％とアッセイされた黒鉛精鉱（４．０６ｇ）を、ＮａＯＨ（３．９３ｇ）、ＫＯＨ（５．６５ｇ）、及び水（９．８ｇ）と混合した。生じたスラリーを１４０℃に１時間加熱し、次いで１８０℃に加熱し、１８０℃で２時間維持した。
純度９６．８％とアッセイされた黒鉛精鉱（４．０６ｇ）を、ＮａＯＨ（３．９３ｇ）、ＫＯＨ（５．６５ｇ）、及び水（９．８ｇ）と混合した。生じたスラリーを１４０℃に１時間加熱し、次いで１８０℃に加熱し、１８０℃で２時間維持した。
溶融塊を９０℃の水（８０ｍＬ）で２０時間浸出させ、次いで濾過した。固形物を水で洗浄し、９０℃の１６％塩酸（およそ５Ｍ）（８０ｍＬ）で２０時間浸出させた。固形物を濾過によって回収し、水で洗浄し、乾燥させた。濾過後の黒鉛は、純度９９．９４％とアッセイされた。
実施例４
純度９６．９％とアッセイされた黒鉛精鉱（４．０ｇ）を、ＮａＯＨ（４．０ｇ）、ＫＯＨ（５．６ｇ）、及び水（１７ｇ）と混合した。生じたスラリーを約１５０℃に１時間加熱し、次いで２００℃に加熱し、２００℃で２時間維持した。
純度９６．９％とアッセイされた黒鉛精鉱（４．０ｇ）を、ＮａＯＨ（４．０ｇ）、ＫＯＨ（５．６ｇ）、及び水（１７ｇ）と混合した。生じたスラリーを約１５０℃に１時間加熱し、次いで２００℃に加熱し、２００℃で２時間維持した。
溶融塊を９０℃の水（２０ｍＬ）で２４時間浸出させ、次いで濾過した。固形物を水で洗浄し、９０℃の４Ｍ塩酸（８０ｍＬ）で２４時間浸出させた。固形物を濾過によって回収し、水で洗浄し、乾燥させた。濾過後の黒鉛は、純度９９．９６％とアッセイされた。
上記の実施例で言及したすべての純度は、ＸＲＦによってサンプルを分析し、酸化物として表される不純物の測定濃度を全体から差し引くことによって決定された。
本開示の広い全体的範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に多数の変更及び／または修正が行われ得ることが、当業者には理解されよう。従って、本実施形態は、全ての点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。
Claims (9)
- 黒鉛を精製するためのプロセスであって、
ａ）黒鉛と２つ以上のアルカリ金属水酸化物を含む共融混合物との混合物を加熱して、前記黒鉛及び前記共融混合物を含む溶融塊を生成することと、
ｂ）前記溶融塊を水または水溶液で浸出させて、中の水溶性不純物を溶解することと、
ｃ）前記水浸出後の溶融塊を酸性溶液で浸出させて、中の酸可溶性不純物を溶解し、それにより、高純度黒鉛を生成することと
を含む前記プロセス。 - 前記共融混合物が、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムから選択される２つのアルカリ金属水酸化物を含む、請求項１に記載のプロセス。
- 前記共融混合物が、約１０：１～約１：１０、または約３：１～約２：１、または約１：１のモル比を有する２つのアルカリ金属水酸化物を含む、請求項１または請求項２に記載のプロセス。
- 前記共融混合物が、１つまたは複数のアルカリ金属塩をさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のプロセス。
- ステップａ）の前記混合物が、前記混合物から水を実質的に揮発させるのに有効な第１の温度に加熱され、次いで、前記共融混合物を融解して前記黒鉛及び前記共融混合物を含む溶融塊を生成するのに有効な第２の温度に加熱される、請求項１～４のいずれか１項に記載のプロセス。
- ステップｃ）の前記酸が、揮発性酸を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載のプロセス。
- ｄ）ステップｃ）で生成された酸性浸出液の少なくとも一部を蒸留して前記揮発性酸を回収し、前記酸をステップｃ）にリサイクルすることをさらに含む、請求項６に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、ステップｂ）の前に、前記溶融塊を既定量の水と反応させ、それにより、前記溶融塊の顕熱及び前記溶融塊と水との間の反応熱を含む熱エネルギーを回収することをさらに含む、請求項１～７のいずれか１項に記載のプロセス。
- 前記回収された熱エネルギーを利用して、ステップａ）、ｂ）、ｃ）、またはｄ）のうちのいずれか１つまたは複数において加熱流として使用するための蒸気を生成する、請求項８に記載のプロセス。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU2019902980A AU2019902980A0 (en) | 2019-08-16 | A process for purifying graphitic material | |
| AU2019902980 | 2019-08-16 | ||
| PCT/AU2020/050849 WO2021030861A1 (en) | 2019-08-16 | 2020-08-14 | A process for purifying graphitic material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022544670A true JP2022544670A (ja) | 2022-10-20 |
Family
ID=74659481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022509569A Pending JP2022544670A (ja) | 2019-08-16 | 2020-08-14 | 黒鉛材料を精製するためのプロセス |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220281750A1 (ja) |
| EP (1) | EP4013718A4 (ja) |
| JP (1) | JP2022544670A (ja) |
| CN (1) | CN114555523A (ja) |
| AU (1) | AU2020332188A1 (ja) |
| BR (1) | BR112022002864A2 (ja) |
| CA (1) | CA3150916A1 (ja) |
| WO (1) | WO2021030861A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102616209B1 (ko) * | 2023-07-12 | 2023-12-20 | 송우이엠 주식회사 | 흑연 정제 방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102022108848A1 (de) | 2022-04-12 | 2023-10-12 | Dorfner Anzaplan GmbH | Verfahren zur Herstellung von gereinigtem Graphit |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2327196A1 (fr) * | 1975-10-10 | 1977-05-06 | Omnium Minier Ste Nle | Procede de purification du graphite |
| ATE55360T1 (de) * | 1986-03-27 | 1990-08-15 | Voest Alpine Ind Anlagen | Verfahren zur gewinnung von hochreinem graphit aus naturgraphit. |
| CA2399252C (fr) * | 2000-02-25 | 2011-06-21 | Hydro-Quebec | Purification en surface du graphite naturel et effet des impuretes sur le broyage et la distribution granulometrique |
| KR101473951B1 (ko) * | 2013-02-21 | 2014-12-19 | 오원춘 | 흑연의 정제방법 |
| CN103820588B (zh) * | 2014-03-05 | 2015-08-12 | 中钢集团鞍山热能研究院有限公司 | 急冷干式破碎熔融高炉渣显热回收的方法及装置 |
| CN107522197A (zh) * | 2017-09-15 | 2017-12-29 | 福建翔丰华新能源材料有限公司 | 经济的制备高纯度、高石墨化度的微晶石墨的方法 |
| CN108059157A (zh) * | 2018-02-13 | 2018-05-22 | 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司 | 一种隐晶质石墨的提纯方法 |
| CN108358201A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-08-03 | 赵文渊 | 一种石墨提纯方法 |
-
2020
- 2020-08-14 CA CA3150916A patent/CA3150916A1/en active Pending
- 2020-08-14 EP EP20855668.8A patent/EP4013718A4/en active Pending
- 2020-08-14 WO PCT/AU2020/050849 patent/WO2021030861A1/en unknown
- 2020-08-14 CN CN202080072637.5A patent/CN114555523A/zh active Pending
- 2020-08-14 US US17/635,261 patent/US20220281750A1/en active Pending
- 2020-08-14 AU AU2020332188A patent/AU2020332188A1/en not_active Abandoned
- 2020-08-14 JP JP2022509569A patent/JP2022544670A/ja active Pending
- 2020-08-14 BR BR112022002864A patent/BR112022002864A2/pt not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102616209B1 (ko) * | 2023-07-12 | 2023-12-20 | 송우이엠 주식회사 | 흑연 정제 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4013718A1 (en) | 2022-06-22 |
| EP4013718A4 (en) | 2023-12-20 |
| CN114555523A (zh) | 2022-05-27 |
| CA3150916A1 (en) | 2021-02-25 |
| BR112022002864A2 (pt) | 2022-05-17 |
| US20220281750A1 (en) | 2022-09-08 |
| AU2020332188A1 (en) | 2022-03-17 |
| WO2021030861A1 (en) | 2021-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jandová et al. | Processing of zinnwaldite waste to obtain Li2CO3 | |
| US10883157B2 (en) | Process for extracting and recovering lithium values from lithium bearing materials | |
| Yan et al. | Extraction of valuable metals from lepidolite | |
| KR102090348B1 (ko) | 희토류 추출을 위한 시스템 및 방법 | |
| HU231461B1 (hu) | Eljárás nikkel-kobalt-mangán oldatban lévő vas és alumínium újrahasznosítására | |
| CN108330298B (zh) | 一种从多金属云母矿石中提取铷、铯、锂、钾的方法 | |
| JP2022510998A (ja) | リチウム化学物質及び金属リチウムの製造 | |
| Song et al. | Separation and recovery of lithium from Li3PO4 leaching liquor using solvent extraction with saponified D2EHPA | |
| Jandova et al. | Recovery of lithium from waste materials | |
| JP2022544670A (ja) | 黒鉛材料を精製するためのプロセス | |
| CA2644092A1 (en) | Extraction of lithium from lithium bearing minerals by caustic leaching | |
| CN114105171A (zh) | 一种锂云母资源化综合利用的方法及制备的氢氧化锂 | |
| CN109437255A (zh) | 一种从锂矿石中提取锂盐的方法 | |
| WO2023275345A2 (en) | Processes for the recovery and reuse of sulphate reagents from leach liquors derived from lithium micas | |
| CN105948104A (zh) | 一种利用锡阳极泥氧压碱浸制备锡酸钠的方法 | |
| CN111592017A (zh) | 一种锂辉石压浸制备电池级氯化锂的方法 | |
| CN103757198A (zh) | 从卡林型金矿中提取高纯度黄铁矿及毒砂的方法 | |
| WO2024084233A1 (en) | Production of battery grade chemicals | |
| US2533246A (en) | Production of lithium chloride from spodumene | |
| CN108063295A (zh) | 从火法回收锂电池产生的炉渣中提取锂的方法 | |
| US20120263637A1 (en) | System and Method For Recovering Boron Values From Plant Tailings | |
| CN105907943A (zh) | 锂矿石氯化剂无机碱焙烧有机溶剂溶出法提取锂工艺 | |
| WO1989008723A1 (en) | Recovery of lithium from a lithium bearing silicate ore | |
| WO2004106564A2 (en) | Method for recovering at least one metallic element like cesium from ore | |
| CA2749907A1 (en) | Process for recovering metals in the form of metal chlorides or mixed metal chlorides from slag waste materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230602 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240522 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240702 |