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チタン酸リチウムを回収及び再使用する方法

国内特許コード P06A008969
整理番号 6385
掲載日 2006年6月8日
出願番号 特願2004-266813
公開番号 特開2006-021984
登録番号 特許第4695368号
出願日 平成16年9月14日(2004.9.14)
公開日 平成18年1月26日(2006.1.26)
登録日 平成23年3月4日(2011.3.4)
優先権データ
  • B02004A000428 (2004.7.9) IT
発明者
  • 土谷 邦彦
  • 河村 弘
  • エス・カサディオ
  • チ・アルヴァニ
出願人
  • 独立行政法人 日本原子力研究開発機構
発明の名称 チタン酸リチウムを回収及び再使用する方法
発明の概要

【課題】
リチウムの回収技術は、Li+イオンが溶解する濃縮された溶液にするために、強酸(例えば、硝酸(HNO3))でリチウムを分解するが、強酸溶液は、不溶解性の残留物を取り除くための濾過、リチウムの先駆体を準備するための処理等を必要とする。
【解決手段】
単斜晶相のセラミックであるチタン酸リチウム(Li2TiO3)を過酸水素(H2O2)水で溶解させ、水溶性の2配位子もしくは3配位子のキレート試薬を加えることにより、この溶液を安定化処理した後にリチウムの同位体比を調整し、濃縮した後に乾燥及び加熱することにより、Li2TiO3をセラミックスの製造に適した微粉末として回収する。
【選択図】 図2

従来技術、競合技術の概要


(1)チタン酸リチウム
メタ-チタン酸リチウムは、化学式Li2TiO3、分子量:109.76、室温で安定な単斜晶系構造((-Li2TiO3)、密度:3.43g/cm3を有する酸化物である。これは、圧縮や気孔率の程度により、ある見かけ密度(密度ρの%、すなわちX線回折で測定された理論密度TDの%)を有する焼結体として使用される。また、Li2TiO3は複合材料として使用したり、各種システムや装置に組み込むことができる。



(2)核融合炉での使用
このセラミックス材料のリサイクルの問題点は、原子力環境下で使用することである。水素同位体であるトリチウム(Tもしくは3H)及び重水素(Dもしくは2H)は、He、中性子(n)及び17.6MeVのエネルギーを生成する式(1)に示すような核融合反応を生じる。



T + D → 4He (+3.5 MeV) + n (+14.1 MeV) (1)
トリチウムは自然には存在しないため、核変換によって人工的に生成する必要がある。最も効率的な核変換は、式(2)(4He = α粒子 + 2電子)で示されるような6Li(n,α)T反応である。



n + 6Li → 4He (+2.1 MeV) + T(+2.7 MeV) (2)
天然リチウム中の同位体6Liは全リチウムの7.5%である。このため、式(2)のプロセスを産業的に利用するためには、6Liを濃縮したリチウムを得ることが必要である。例えば、将来の核融合炉では、20~70%まで6Liを濃縮したリチウムセラミックス(Li2O、Li4SiO4、Li2TiO3)が使用される。「トリチウム増殖」は、式(1)の核融合反応で生じる中性子を利用することによる式(2)のトリチウム生成のことを示している。そのため、稼動している炉の中では式(2)は起こり続け、「増殖材」中のリチウムは消耗する。この消耗の比率は、元のリチウムの%として与えられ、「Li燃焼度(BU)」と言われている。BUが特定レベルになったとき、「増殖材」は交換しなければならない。6Liを70%濃縮したチタン酸リチウムに関しては、予想される最大BUは20%である。そのため、その機能を終えるとき、「増殖材」はまだ6Liを50%含んでいる。同位体を濃縮することは大変コストが高いため、排出する「増殖材」のリチウムを回収すること、6Liの同位体目標値(Li2TiO3では70%)に修正すること、そして、それらを必要な形状、密度、構造、結晶及び純度(目標仕様)に再製造することは大変興味深いことである。

産業上の利用分野


本発明は、チタン酸リチウムの回収リサイクルと再使用プロセスに関するものである。特に、本発明は、セラミックであるチタン酸リチウム(Li2TiO3)を、過酸水素水で溶解させ、水溶性の2配位子もしくは3配位子のキレート試薬を加えることにより、この溶液を安定化し、6Li濃縮したLi2TiO3を添加し同位体を調整した後、この溶液を濃縮、乾燥及び加熱することにより、単斜晶系のLi2TiO3セラミックスの製造に適した微粉末とすることである。

特許請求の範囲 【請求項1】
単斜晶相のセラミックであるチタン酸リチウム(Li2TiO3)を過酸化水素水に溶解させて、可溶性のペルオキソ錯体を形成させ、
当該溶液に、2配位子もしくは3配位子のキレート試薬を添加して、当該溶液を安定化させ、当該溶液中のリチウムの同位体比を調整し、濃縮した後に乾燥及び加熱することにより、Li2TiO3をセラミックスの製造に適した微粉末として回収することからなる、チタン酸リチウムを回収及び再使用する方法。

【請求項2】
前記2配位子もしくは3配位子のキレート試薬は、クエン酸である、請求項1に記載の方法。

【請求項3】
前記濃縮は、ゾル-ゲル技術の製造のための先駆体として使うために適した値に濃縮することを特徴とする請求項1記載の方法。

【請求項4】
前記濃縮した溶液を乾燥、加熱することにより、成型及び焼結によりLi2TiO3の新しいセラミック成型体を製造するために適した微小粒径を持つチタン酸リチウムを得ることを特徴とする請求項1記載の方法。
産業区分
  • 無機化合物
  • 窯業
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004266813thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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