JP5950160B2 - 酸化リチウムの製造方法 - Google Patents
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- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D15/00—Lithium compounds
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Description
本発明は、酸化リチウムの製造方法に関するものである。
酸化リチウムは、白色の粉末であり、核融合炉のトリチウム増殖材や二酸化炭素の吸着剤として用いられている。また、過酸化リチウム、水酸化リチウムおよび硫化リチウム等のリチウム化合物の原料としても用いられる。
酸化リチウムは、水酸化リチウム、過酸化リチウムおよび炭酸リチウムを原料として製造する方法が知られている。中でも、炭酸リチウムから製造する方法は、原料が安全かつ安定であり、安価で資源が豊富にあることから、もっとも有力な方法である。
炭酸リチウムから酸化リチウムを得る方法は、炭酸リチウムを減圧下、約７００℃に加熱する方法が知られている（特許文献１〜４、非特許文献１、２参照）。しかしながら、約７００℃という過酷な条件で、１．０×１０−２Ｔｏｒｒ以下といった高真空状態を保つことができる装置は、大型化が困難で、生産スケールを上げることができず生産性が悪かった。すなわち、高真空状態を必要とせず、常圧〜加圧下で反応させることができる方法が求められていた。
Ｔ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ｅｔ．ａｌ．， Ｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ，８ （１９８９）３９９−４０５
Ａ．Ｎ．Ｔｉｍｏｓｈｅｖｓｈｉｉ，ｅｔ．ａｌ．， Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，２００８，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．３，ｐｐ．４１４−４２１．
本発明の目的は、機密性の高い特殊な設備を用いることなく、炭酸リチウムから、酸化リチウムを、製造する方法を提供することにある。
上記目的を達成するに当たり、鋭意検討の結果、発明者らは、炭酸リチウムを、水素の存在下加熱することで、常圧で反応が進行し、機密性の高い特殊な設備を必要とすることなく、酸化リチウムが得られることを見出した。
本発明の酸化リチウムの製造方法は、機密性の高い特殊な設備を用いることなく実施することができる。従来の方法のように、高真空を保つ必要がないため装置の大型化が容易である。
また、水素を共存させることにより、不純物の生成が抑制され、高純度の酸化リチウムが得られる。加えて、水素を共存させることにより、反応速度が速くなる。短時間で反応が終了するため生産性が高くなる。また、低い温度で反応させることができ、エネルギーを節約することができる。また、装置の耐熱性を下げることができ、安価な装置で製造することができる。
本発明の酸化リチウムの製造方法を用いて得られた酸化リチウムは、核融合炉のトリチウム増殖材、二酸化炭素吸着剤、さらには過酸化リチウム、水酸化リチウム、硫化リチウムおよび炭酸リチウム等のリチウム化合物の原料としても好適に用いることができる。
以下に、本発明の酸化リチウムの製造方法について詳細に記載する。
本発明の酸化リチウムの製造方法では、水素の存在下、炭酸リチウムを加熱する。
本発明で用いられる水素は、例えば、水の電解、硫化水素の熱分解、メタン、ナフサ、メタノール、ジメチルエーテルおよび炭化水素などを原料にして、触媒上で水蒸気と反応させる水蒸気改質法、一酸化炭素と水を反応させ、生じた水素と二酸化炭素から、ガーボトール法により二酸化炭素を除去する水性ガスシフト反応等の方法で得たものを用いることができる。水素は、ボンベから反応装置へ供給しても良いし、硫化水素を熱分解させ反応系内で発生させても良い。反応系内で発生させた発生期状態の水素を用いると、反応が速やかに進行し、かつ不純物の生成が抑制され好ましい。
本発明で使用する水素の純度は、８０％以上が好ましく、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上である。水素の純度が８０％以上であれば、十分に反応が完結し、得られる酸化リチウムに含まれる不純物が少なくなり好ましい。
本発明において、炭酸リチウムに接触させる水素の分圧は、０．１％以上が好ましく、より好ましくは、０．５％以上であり、更に好ましくは１．０％以上である。０．１％以上であれば常圧〜加圧下で反応が進行し、好ましい。
水素は、適切な分圧になるように不活性ガスと混合し供給しても良い。
不活性ガスには、窒素やヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等の希ガスが好適に用いられる。中でも窒素が、コストの面で好ましい。
水素を不活性ガスと混合して供給する場合、不活性ガス中に含まれる水素の分圧としては、０．１％以上好ましく。より好ましくは０．５％以上、さらに好ましくは１％以上である。０．１％以上であれば常圧〜加圧下で反応が進行し、好ましい。
本発明で用いられる炭酸リチウムは、例えば、鉱石からの回収、かん水からの回収から得たものを用いることができる。鉱石からの回収は、まず、鉱石を相変換炉（ロータリーキルン）で１１００℃程度に加熱し、その後硫酸を用いて硫酸リチウム溶液にし、中和等で不純物を除去し、最終的に炭酸ナトリウムを用いて炭酸リチウムを得る方法である。一方で、かん水からの回収は、かん水を天日蒸発濃縮し、濃縮した塩化リチウムに酸化カルシウム等を加えてマグネシウムを含む不純物等を除去し、炭酸ナトリウムを加えて、炭酸リチウムを得る。かん水からの回収によって得たものは、コストの面で好ましい。
本発明で用いる炭酸リチウムの純度は、９８％以上が好ましく、より好ましくは９９％以上、更に好ましくは９９．５％以上である。９８％以上であれば、得られる酸化リチウムの純度が高くなり好ましい。
炭酸リチウムの粒度は、例えば、０．１μｍ〜１ｍｍが好ましく、より好ましくは、１μｍ〜１００μｍである。粒度が０．１μｍ以上であれば、表面積が大きいため反応速度が大きく好ましい。また、１ｍｍ以下であれば、雰囲気ガスと随伴し、装置外に飛散することなく好ましい。
反応温度は、４００℃〜７２５℃が好ましい。より好ましくは４５０〜７００℃である。さらに好ましくは５００℃〜６７５℃である。温度が４００℃以上であれば、十分に反応が進行し、７２５℃以下であれば、原料の炭酸リチウムが融解し、表面積が減り反応が十分進行しなくなることがなく好ましい。
本発明の酸化リチウムの製造方法では、０．０５ＭＰａから１０ＭＰａが好ましく、より好ましくは０．０７ＭＰａから１ＭＰａである。
本発明において、反応装置の形態は、例えば固定床、移動床および流動床を用いることができる。
固定床は、原料の炭酸リチウムを反応装置に充填し、原料ガスを連続的に供給し反応させる装置である。固定床には、軸方向流式、ラジアルフロー式、パラレルフロー式などが用いられる。固定床反応器の伝熱方式としては、断熱式、多段断熱式、自己熱交換式、多管熱交換式が好適に用いられる。
移動床は、立型移動床、十字流式、ロータリーキルン、多段炉および移動グレート型が用いられる。
流動床は、気泡流動床、循環流動床および噴流床が用いられる。
中でも、移動床および流動床を用いると、反応速度が速く、酸化リチウムが凝集せず粉末で得られるため取扱い易く、また、連続的に反応させることができ好ましい。
得られた炭酸リチウムの粒子を均一化させる目的で、破砕処理を行っても良い。破砕処理に用いる装置は、一般的な装置を用いることができる。具体的には、ビーズミル、ボールミル、高速回転式ミル、ジェットミル等である。破砕処理によって得られる粒子の粒度は、０．１μｍ〜１ｍｍが好ましく、より好ましくは、１μｍ〜１００μｍである。
以下、実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
内径２１ｍｍ、長さ５００ｍｍの石英ガラス管の中央部に、直径２ｍｍの孔を9箇所あけた目皿を取り付けた反応器に、ガラスウールを詰め、炭酸リチウム（純度９９．９９％、高純度炭酸リチウム ＰＬＣ−４Ｎ、パシフィックリチウム株式会社製）を１．０１ｇ充填した。反応器の上部と下部には、ガスの供給管・排気管が取り付けられており、また、熱電対が目皿付近まで到達するように保護管が取り付けられている。反応器下部のガス供給管から、３％水素含有窒素ガス(ジャパンファインプロダクツ株式会社製)を２００ｍｌ／ｍｉｎ導入し、外部加熱により７００℃まで加熱した。７００℃になったことを確認した後、雰囲気ガスを流しながら常圧にて４２時間反応を行った。
内径２１ｍｍ、長さ５００ｍｍの石英ガラス管の中央部に、直径２ｍｍの孔を9箇所あけた目皿を取り付けた反応器に、ガラスウールを詰め、炭酸リチウム（純度９９．９９％、高純度炭酸リチウム ＰＬＣ−４Ｎ、パシフィックリチウム株式会社製）を１．０１ｇ充填した。反応器の上部と下部には、ガスの供給管・排気管が取り付けられており、また、熱電対が目皿付近まで到達するように保護管が取り付けられている。反応器下部のガス供給管から、３％水素含有窒素ガス(ジャパンファインプロダクツ株式会社製)を２００ｍｌ／ｍｉｎ導入し、外部加熱により７００℃まで加熱した。７００℃になったことを確認した後、雰囲気ガスを流しながら常圧にて４２時間反応を行った。
反応終了後、室温まで冷却することで、白色粉末状の酸化リチウム０．４０ｇを得た。Ｘ線回折を測定したところ、酸化リチウムのピークのみが得られ、生成物が酸化リチウムであることを確認した。得られた酸化リチウムの転化率は９８％であった。転化率は、生成物の重量を測定し、以下の計算式から求めた。
酸化リチウムへの転化率の推移を図１に示した。
（比較例１）
実施例１において、雰囲気ガスを３％水素含有窒素から窒素に変更した以外は、実施例１と同様に実験を行った。２４時間反応を行ったが、転化率は１２％で実施例１と比較して極めて反応速度が遅かった。転化率の推移を図１に示した。
実施例１において、雰囲気ガスを３％水素含有窒素から窒素に変更した以外は、実施例１と同様に実験を行った。２４時間反応を行ったが、転化率は１２％で実施例１と比較して極めて反応速度が遅かった。転化率の推移を図１に示した。
Claims (3)
- 水素の存在下、炭酸リチウムを加熱する酸化リチウムの製造方法。
- 加熱温度が４００〜７２５℃である請求項１に記載の酸化リチウムの製造方法。
- ０．０５ＭＰａから１０ＭＰａで反応させる請求項１または２に記載の酸化リチウムの製造方法
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| JP2014047117A (ja) | 2014-03-17 |
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