JP2023024418A - 水酸化リチウムおよび炭酸リチウムの生産 - Google Patents
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Abstract
Description
アノード:2Cl-→Cl2+2e-。
カソード:H2O+2e-→H2+2OH-。
H2(g)+Cl2(g)→2HCl(aq)
生成された塩酸は、場合によっては、本明細書に記載される任意の溶液のpHを調整するために使用することができる。
Li2CO3(s)+2HCl(aq)→2LiCl(aq)+CO2(g)+H2O(l)
上記の反応を利用するいくつかの実施形態では、塩酸(HCl)は、本明細書に記載される電気分解から得ることができる。上記の反応のいくつかの実施形態では、二酸化炭素(CO2)は、本明細書に記載される二酸化炭素供給源(すなわち、炭酸リチウムを生産するために使用される二酸化炭素供給源)として再利用するために、(例えば、スクラバーを使用して)捕捉され得る。捕捉されたCO2はまた、それらに限定されないが、炭酸カリウムの生産、または炭酸ナトリウムの生産、あるいは他の用途などの他の目的のために使用することができる。
2Li2CO3(s)+2Cl2(g)→4LiCl(aq)+2CO2(g)+O2(g)。
上記の反応を利用するいくつかの実施形態では、塩素ガス(Cl2)は、本明細書に記載される電気分解から得ることができる。上記の反応のいくつかの実施形態では、電気分解からの水素ガスは、エネルギー供給源として使用することができる。上記の反応のいくつかの実施形態では、二酸化炭素(CO2)は、上記のように収集され得る。ある特定の実施例では、上記の反応は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、Kim,et al.,“Manufacture characteristics of metal oxide-hydroxides for the catalytic decomposition of a sodium hypochlorite solution,”Chemical Engineering Journal,Volumes 200-202,2012,pages 52-58に記載されているような触媒を使用して実施され得る。
LiCl+KOH⇔LiOH+KCl。
K+,Li+||Cl-,OH-+H2O
(1)2KOH(aq)+2CO2(g)→K2CO3(aq)+H2O(aq)。
(2)2NaOH(aq)+2CO2(g)→Na2CO3(aq)+H2O(aq)。
MHCO3(aq)+CH3COOH(l)→CO2(g)+H2O(l)+MCH3COO(aq)。
(1)K2CO3(aq)+2LiCl(aq)→Li2CO3(s)+2KCl(aq)。
(2)Na2CO3(aq)+2LiCl(aq)→Li2CO3(s)+2NaCl(aq)。
塩化リチウム溶液の重量に対して、塩化リチウムの10重量%~50重量%の範囲の塩化リチウム濃度を有する塩化リチウム溶液を、(i)溶液の重量に対して、塩化カリウムの10重量%~40重量%の範囲の濃度を有する水酸化カリウム溶液と、(ii)再循環水酸化カリウム溶液と混合する。得られた混合物を結晶化反応器に添加して、相互塩システムを得る。相互塩システムが、水酸化リチウムの飽和点未満で維持されるように、相互塩システムをモニタする(例えば、図15を参照のこと)。
電気分解セルにて塩化カリウムまたは塩化ナトリウムを処理し、枯渇塩化カリウムまたは塩化ナトリウム溶液、塩素ガス、水素ガス、および水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウム溶液を形成することによって、炭酸カリウムまたは炭酸ナトリウム溶液を得る。
相対溶解度試験は、以下の実験的設定を用いて実施した。
・オーバーヘッド混合器、インペラ、およびバッフルを含む、3リットル(3L)のガラスジャケット付き結晶器の反応器1700(図17に示す、-9.8℃にて)。
・ガラスジャケット付き結晶器の反応器1700に接続された加熱および冷却システム。
・熱電対および温度モニタコントローラ。
・真空フラスコ、Buchner漏斗、および実験室規模の遠心分離器
・LiOHおよびKClの飽和溶液を、95℃を超える温度で、それぞれ12重量%および32重量%の初期目標重量パーセントを用いて調製した。
・飽和溶液をT>95℃で1時間保持し、70℃、40℃、10℃および-10℃に低下させた。
・飽和溶液を各温度で1時間保持し、以下の手順に従ってサンプルを採取した。
・実験室規模の遠心分離器および28μmの濾材(ポリプロピレン生地)を使用して脱水することによって、T>95℃、40℃、および-10℃(初期、中間、および最終)における固体サンプルおよび溶液サンプルを採取した。
・収集した濾液および結晶の質量を記録した。
・次に、上記ステップに従って、70℃および10℃におけるサンプルを採取した。
Claims (20)
- 方法であって、
塩化カリウム溶液を電気分解して、
水酸化カリウム溶液、
枯渇塩化カリウム溶液、
塩素ガス、および
水素ガスを得るステップと、
前記水酸化カリウム溶液を塩化リチウム溶液と反応させて、
水酸化カリウム、
塩化リチウム、
塩化カリウム、
水酸化リチウム、および
水を含む相互塩システムを形成するステップと、
前記相互塩システムから前記塩化カリウムおよび前記水酸化リチウムを沈殿させて、
水酸化リチウム結晶、および
塩化カリウム結晶を形成するステップと、を含む、方法。 - 前記電気分解が、膜電気分解を使用して実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記塩化カリウム結晶を水、かん水、または前記枯渇塩化カリウム溶液に溶解させるステップと、得られた混合物を濾過して、前記塩化カリウム溶液を得るステップと、をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 溶解、濾過、電気分解、反応、沈殿、および溶解ステップを繰り返すことをさらに含む、請求項3に記載の方法。
- 前記電気分解が、塩素-アルカリ電気分解を使用して実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記水素ガスを前記塩素ガスと反応させて、塩酸を生成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記塩化リチウム溶液を、天然由来のかん水から得ることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記塩化リチウム溶液を、鉱石供給源から得ることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記水酸化リチウムが、水酸化リチウム一水和物を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記水酸化リチウム結晶を、精製することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記水酸化リチウム結晶を精製することが、
前記相互塩システムから前記水酸化リチウム結晶を分離することと、
前記水酸化リチウム結晶を水またはかん水に溶解させて、水酸化リチウム溶液を形成することと、
前記水酸化リチウム溶液から不溶性固体を分離することと、
前記水酸化リチウム溶液から水を蒸発させて、前記水酸化リチウム結晶を再結晶させることと、を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記溶解、前記分離、および前記蒸発が、目標純度が達成されるまで繰り返される、請求項11に記載の方法。
- 前記反応および前記沈殿が、同時に、順次、またはそれらの組み合わせで実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記相互塩システムから前記水酸化リチウム結晶、前記水酸化カリウム結晶、またはそれらの組み合わせを分離することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記相互塩システムから前記水酸化リチウム結晶、前記水酸化カリウム結晶、または前記それらの組み合わせを分離することが、濾過、遠心分離、またはそれらの任意の組み合わせを使用して実施される、請求項14に記載の方法。
- 前記相互塩システムから前記塩化カリウムおよび塩化リチウムを沈殿させることが、
冷却段階であって、前記塩化カリウム結晶を選択的に沈殿させる、冷却段階と、
蒸発加熱段階であって、前記水酸化リチウム結晶を選択的に沈殿させる、蒸発加熱段階と、を含む、請求項1に記載の方法。 - 方法であって、
塩化カリウム溶液を電気分解して、
水酸化カリウム溶液、
枯渇塩化カリウム溶液、
塩素ガス、および
水素ガスを得るステップと、
前記水酸化カリウム溶液を塩化リチウム溶液と反応させて、
水酸化カリウム、
塩化リチウム、
塩化カリウム、
水酸化リチウム、および
水を含む相互塩システムを形成するステップと、
前記相互塩システムから前記塩化カリウムおよび水酸化リチウムを沈殿させて、
水酸化リチウム結晶、および
塩化カリウム結晶を形成するステップと、
前記塩化カリウム結晶を水、かん水、または前記枯渇塩化カリウム溶液に溶解させるステップと、得られた混合物を濾過して、前記塩化カリウム溶液を得るステップと、
前記電気分解、反応、沈殿、溶解、および濾過ステップを繰り返すステップと、を含む、方法。 - システムであって、
少なくとも1つの電気分解セルであって、塩化カリウム溶液を電気分解して、
水酸化カリウム溶液、
枯渇塩化カリウム溶液、
塩素ガス、および
水素ガスを得るように構成されている、少なくとも1つの電気分解セルと、
少なくとも1つの反応器であって、前記水酸化カリウム溶液を塩化リチウム溶液と反応させて、
水酸化カリウム、
塩化リチウム、
塩化カリウム、
水酸化リチウム、および
水を含む相互塩システムを形成するように構成されている、少なくとも1つの反応器と、
少なくとも1つの結晶器であって、前記相互塩システムから前記塩化カリウムおよび水酸化リチウムを沈殿させて、
水酸化リチウム結晶、および
塩化カリウム結晶を形成するように構成されている、少なくとも1つの結晶器と、を含む、システム。 - 前記少なくとも1つの分離器および前記少なくとも1つの結晶器が、単一のデバイスであり、前記単一のデバイスが、結晶化反応器である、請求項18に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの分離器および前記少なくとも1つの結晶器が、別個のデバイスである、請求項18に記載のシステム。
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