JPH08217438A - 炭酸リチウムの製造方法 - Google Patents

炭酸リチウムの製造方法

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JPH08217438A
JPH08217438A JP4906395A JP4906395A JPH08217438A JP H08217438 A JPH08217438 A JP H08217438A JP 4906395 A JP4906395 A JP 4906395A JP 4906395 A JP4906395 A JP 4906395A JP H08217438 A JPH08217438 A JP H08217438A
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JP
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carbon dioxide
lithium carbonate
dioxide gas
reaction
lithium hydroxide
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JP4906395A
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Hideaki Baba
英明 馬場
Osamu Ugajin
修 宇賀神
Masayoshi Oya
正吉 大矢
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Nippon Chemical Industrial Co Ltd
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Nippon Chemical Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクトな装置を用い、簡易な操作によ
り、高純度で粒子径の揃った炭酸リチウムを製造するた
めの装置を提供する。 【構成】 水酸化リチウム溶液に炭酸ガスを接触させて
炭酸リチウムを製造する方法において、上部に炭酸ガス
吸入孔10を有する通気パイプを兼ねた回転軸7の下端に
複数枚のインペラー9が設置され、該インペラー9の背
面部に相当する回転軸7に複数個の噴出孔11を穿設した
バブリング撹拌手段2を反応槽1に装着した構造の自吸
式撹拌型気液接触装置を用い、前記反応槽1に送液した
水酸化リチウム溶液中に噴出孔11から炭酸ガスを連続的
に噴入して炭酸化反応を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種のリチウム化合
物、セラミックス材料あるいはリチウム二次電池用の原
料として有用な、高純度で粒子径の揃った炭酸リチウム
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、炭酸リチウムは、電子産業や光工
業材料、セラミックス材料、リチウム二次電池などの原
料として需要が増大しており、とくに高純度で均一な粒
子性状のものを効率的に得る製造技術の開発が望まれて
いる。
【0003】炭酸リチウムの製造技術としては、リチウ
ム含有鉱石を焼成し粉砕したのち硫酸を加えて加熱し、
水を加えて硫酸リチウム溶液として抽出する工程と、抽
出した硫酸リチウム溶液にソーダ灰や消石灰を加えて、
鉄、アルミニウムなどの不純物を除去し、該硫酸リチウ
ム溶液を濃縮したのちソーダ灰を加えて硫酸リチウムと
の反応を介して難溶性の炭酸リチウムを沈殿させ、濾過
・洗浄後、乾燥する工程とからなる方法が従来から知ら
れている。しかしながら、この方法は工程が複雑である
うえ、生成する炭酸リチウム中にSO4 、Fe (O
H)3、CaO、Na 2 Oなどの不純物の混入が避けられ
ず、高純度品を得ることができない欠点がある。
【0004】そこで、高純度の炭酸リチウムを得る簡便
な方法として、粗製炭酸リチウムと消石灰を反応させて
得られた水酸化リチウムを溶液化し、該水酸化リチウム
溶液を撹拌しながらパイプを通して炭酸ガスを導入接触
させることにより炭酸リチウムを反応生成させる方法が
開発されている。ところが、通常のガス導入パイプを用
いて炭酸ガスを反応系内に導入しようとすると、水酸化
リチウムの炭酸化段階でガス導入パイプに炭酸リチウム
の結晶が析出付着して次第にパイプ孔を閉塞し、円滑な
連続生成を阻害する現象を生じる。このため、ガス導入
パイプに析出付着した炭酸リチウムの結晶を頻繁に除去
しない限り、効率的な反応生成を行うことができない問
題点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記の
問題点を解消する炭酸リチウムの製造技術について鋭意
研究を重ねた結果、微細な気泡の発生が可能な特殊機構
の自吸式撹拌型気液反応装置を用い、この装置内に水酸
化リチウム溶液を導入すると同時に炭酸ガスを噴入する
と、操業トラブルを伴うことなく、連続的に高純度で結
晶粒子径の揃った炭酸リチウムを効率よく得ることがで
きることを確認した。
【0006】本発明は、かかる知見に基づいて開発され
たもので、その目的とするところはコンパクトな装置を
用い、簡易な操作により、高純度で、かつ粒子径の揃っ
た炭酸リチウムを効率よく製造するための方法を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による炭酸リチウムの製造方法は、水酸化リ
チウム溶液に炭酸ガスを接触させて炭酸リチウムを製造
する方法において、上部に炭酸ガス吸入孔を有する通気
パイプを兼ねた回転軸の下端に複数枚のインペラーが設
置され、該インペラーの背面部に相当する前記回転軸に
複数個の噴出孔を穿設したバプリング撹拌手段を反応槽
に装着してなる構造の自吸式撹拌型気液接触装置を用
い、前記反応槽に充填した水酸化リチウム溶液中に噴出
孔から炭酸ガスを連続的に噴入して炭酸化反応を行わせ
ることを構成上の特徴とする。
【0008】図1は本発明に使用される自吸式撹拌型気
液接触装置を示した略断面図で、1は反応槽、2は反応
槽1に装着されたバブリング撹拌手段、3は炭酸ガスボ
ンベである。反応槽1には、下端部に水酸化リチウム溶
液の導入管4、反応槽下部側面に反応液排出口5が設置
され、必要に応じて遮断板6が付設される。
【0009】反応槽1に装着されているバブリング撹拌
手段2は、図2(拡大斜視図)に示すように、通気パイ
プを兼ねた回転軸7の頂部に回転駆動モーター8を備
え、下端部に複数枚のインペラー9が設置されており、
反応槽1の系外に位置する回転軸7の上部(回転駆動モ
ーター8の下部)に複数個の炭酸ガス吸入孔10が、ま
たインペラー9の背面部に相当する回転軸7の側面には
複数個の噴出孔11が穿設された構造を有している。こ
のような構造を基本的に有するものであればインペラー
の形状や構造などは図示のものに限定されない。かかる
機構を備える気液接触装置は、例えば特開昭59−16
0516号公報、特開昭59−203693号公報、特
開昭59−203694号公報、特開昭60−1143
31号公報などに開示されているが、本発明に適用する
装置ではガス吸入孔10を囲繞する区画として炭酸ガス
導入部12を設け、ここに炭酸ガスボンベ3から炭酸ガ
スを供給するルートを連結した構造となっている。
【0010】本発明は、上記の気液接触装置を用い、反
応源となる炭酸ガスを炭酸ガスボンベ3から炭酸ガス導
入部12に供給し、炭酸ガス吸入孔10で自吸される炭
酸ガスを噴出孔11を介して反応槽1に送液した水酸化
リチウム溶液中に連続的に噴入して炭酸化を進行させる
プロセス操作で行われる。操作時、回転駆動モーター8
の作動によりインペラー9の回転方向の背面に当たる部
位に負圧が生じ、この作用で炭酸ガス吸入孔10から回
転軸7内に自吸的に吸引された炭酸ガスは噴出孔11か
ら水酸化リチウム溶液の渦流中に噴出される。
【0011】噴出した炭酸ガスは、渦流による撹拌作用
とインペラー9の剪断作用により数ミクロン単位の微細
な炭酸ガスの気泡となって均一に分散し、該炭酸ガス気
泡と接触した水酸化リチウムは2LiOH+CO2 =L
2 CO3 +H2 Oの反応により効率的かつ短時間内に
炭酸化して炭酸リチウムに転化する。
【0012】反応温度は、通常50℃以下、好ましくは
40℃以下に設定し、大気圧の雰囲気下で行われる。な
お、反応温度は溶液のpHや比重でチェックすることが
できる。生成した炭酸リチウムの結晶は、溶液中に分散
した状態で反応液排出口5から連続的に送り出され、回
収される。回収された炭酸リチウム結晶粒子を含む液
は、常法により濾過・乾燥されて製品となる。
【0013】
【作用】本発明によれば、上記構成の自吸式撹拌型気液
接触装置を用いて炭酸ガスを供給すると、インペラー背
面の負圧とインペラーの回転剪断作用により発生するミ
クロン単位の微細な炭酸ガス気泡が反応系内に多量に発
生し、渦流の作用と相俟って水酸化リチウム溶液中に効
率よく分散する。溶液内に分散した炭酸ガス気泡は、反
応槽を上昇する過程で水酸化リチウムと瞬間的に反応
し、粒度分布がシャープで高純度の炭酸リチウムの結晶
粒子となって液中に懸濁する。
【0014】操作中は、常にインペラー背面の負圧とイ
ンペラーの回転剪断による作用が共働し、炭酸化反応の
過程で噴出孔が析出炭酸リチウム結晶で閉塞される現象
は全く起こらず、また通常の撹拌下での反応とは異な
り、導入する炭酸ガスはほぼ理論量に近い量で足りる。
そのうえ、極めてコンパクトな装置により円滑に反応を
進行させることができるから、効率的に高品質の炭酸リ
チウムを製造することが可能となる。
【0015】なお、本発明は炭酸リチウムの製造を対象
としているが、例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、
炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムな
どのアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の炭酸塩を
製造する目的にも応用することができ、同様に高品質の
製品を得ることができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。
【0017】実施例1 図1に示した構造を有する自吸式撹拌型気液接触装置の
反応槽1(幅25cm×奥行20cm×高さ50cm、内容積
25リットル)に濃度2.5重量%の水酸化リチウム水
溶液(pH11.5) を導入管4から3.2リットル/
分の流速で連続的に送液し、バブリング撹拌手段2の回
転駆動モーター8(100V、40Hz、インバーター制
御)を作動させて回転軸7を2500r.p.m で回転させ
た。水酸化リチウム水溶液の送液と同時に、炭酸ガスボ
ンベ3から炭酸ガス導入部12に炭酸ガスを供給し、炭
酸ガス吸入孔10から自吸させて噴出孔11から水酸化
リチウム水溶液中に噴出した。炭酸ガスの噴出速度は、
水酸化リチウム水溶液1リットル当たり12.3リット
ル/分に設定した。
【0018】このようにして連続的に水酸化リチウムと
炭酸ガスを反応させ、反応生成した炭酸リチウムの結晶
粒子を含む液(pH9.5)を反応液排出口5から回収
し、濾過後、乾燥処理を施した。この反応に要した炭酸
ガス消費量は、理論値の1.05倍であった。得られた
炭酸リチウム粉末の平均粒子径(レーザー粒度分析計)
は、12μm であった。製造された炭酸リチウム結晶の
化学組成を表1に、また粒度分布を表2に示した。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】比較例1 1リットルのビーカーに実施例1で用いたと同一の濃度
2.5重量%水酸化リチウム水溶液を600mlを入れ、
通常の回転式撹拌機(スリーワンモータ、回転数250
r.p.m )で撹拌しながら、炭酸ガスをガラス管により導
入して反応させた。使用した炭酸ガス量は、9.5リッ
トル(炭酸ガス消費量は、理論値の1.35倍)であっ
た。反応終了後、炭酸リチウム結晶を含有する液を濾過
・乾燥して炭酸リチウムを得た。得られた炭酸リチウム
粉末の平均粒子径(レーザー粒度分析計)は38μm で
あった。製造された炭酸リチウム結晶の化学組成を表3
に、また粒度分布を表4に示した。
【0022】
【表3】
【0023】
【表4】
【0024】実施例1の表1、2と比較例1の表3、4
を対比考察して判るように、本発明により製造された炭
酸リチウム結晶は従来技術に比べてSiO2 やSO2
どの不純物含有量が少なく、粒度分布がシャープであ
る。
【0025】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えば水酸化リ
チウム溶液と炭酸ガスの接触反応に特定構造の自吸式撹
拌型気液接触装置を用い、炭酸ガスを微細な気泡として
連続的に接触させることにより、粒度分布がシャープで
高純度の炭酸リチウムを製造することができる。また、
操作過程で噴出孔が炭酸リチウム析出結晶で閉塞される
現象は起生せず、導入する炭酸ガスはほぼ理論量に近い
量で足りるうえ、極めてコンパクトな装置により円滑に
反応を進行させることができるから、常に効率的に高品
質の炭酸リチウムを製造することが可能となる。したが
って、とくに高品質が要求される電子産業や光工業材
料、セラミックス材あるいはリチウム二次電池用など用
途に対する炭酸リチウムの製造技術として極めて有用で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用する自吸式撹拌型気液接触装置を
示した略断面図である。
【図2】図1のバブリング撹拌手段を拡大して示した斜
視図である。
【符号の説明】
1 反応槽 2 バブリング撹拌手段 3 炭酸ガスボンベ 4 導入管 5 反応液排出口 6 遮断板 7 回転軸 8 回転駆動モーター 9 インペラー 10 炭酸ガス吸引孔 11 噴出孔 12 炭酸ガス導入部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水酸化リチウム溶液に炭酸ガスを接触さ
    せて炭酸リチウムを製造する方法において、上部に炭酸
    ガス吸入孔を有する通気パイプを兼ねた回転軸の下端に
    複数枚のインペラーが設置され、該インペラーの背面部
    に相当する前記回転軸に複数個の噴出孔を穿設したバブ
    リング撹拌手段を反応槽に装着してなる構造の自吸式撹
    拌型気液接触装置を用い、前記反応槽に送液した水酸化
    リチウム溶液中に噴出孔から炭酸ガスを連続的に噴入し
    て炭酸化反応を行わせることを特徴とする炭酸リチウム
    の製造方法。
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