JPH0368937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特にナトリウム及びカリウムを含有
するリチウムを精製するための装置に関する。

リチウムはアルミニウムと合金化した場合軽量
で大型のプレート及び部品を製造でき、従来の合
金のある種の機械的特性を改良できる点で、リチ
ウムが特に航空工業において魅力的な材料である
ことが知られている。

しかしながら、前記目的のために使用するリチ
ウムは十分な純度を有していなければならず、特
にナトリウム及びカリウムの如きアルカリ金属の
含有量は僅かでなくてはならない。何故ならば、
これらの不純物がアルミニウム合金の機械的特性
を特に低下させる原因となるからである。

化学的又は電気化学的に得られたリチウムは一
般に、原料に由来するナトリウムを含有してお
り、特に電解法で製造されたときにはカリウムも
含有している。何故ならば前記方法は大抵塩化カ
リウムを含有する溶融塩の浴を用いており、前記
化合物が電解時に部分的に解離してリチウムと同
時にカリウムも沈積するからである。

従つて、アルミニウムとの合金を製造する前に
リチウムから該成分を除去するための作業（リチ
ウムの精製）を実施する必要があることが知見さ
れている。

このようなナトリウム及びカリウムといつた不
純物はリチウムとある程度結合し、従来知られて
いるような真空溶解法では除去することができな
いことが知られている。

パスカル（Pascal）の無機化学1966年版、第
２巻、第１部、25ページの論説には、約700℃に
て水素化物を蒸留することによつてカリウムに対
してリチウムを精製することができ、又は約１×
10^-3パスカル（Pascal、Pa＝10μbar）のオーダ
の極めて低い圧力で約450〜450℃にてリチウムを
蒸留することによつてナトリウム及びカリウムの
含量を同時に減少させることができることが記載
されている。

しかしながら、前記方法ではリチウムを完全に
気化させる必要があり、そのため熱エネルギーの
消費がかなり多くなる。更に金属の分離係数が低
いので、十分な純度を得たいならば蒸留をゆつく
り実施しなければならない。従つて生産性は悪く
なり、さらに汚染された形及び揮発の両方による
リチウムの実質的な損失を防ぐことも出来ない。

加えて、蒸留塔の内壁を流体リチウムが流れる
ために、通常ステンレス鋼で製造される設備がか
なりの腐蝕を受け、潜在的な汚染を含む金属が得
られることになる。

本出願人は上記を解消する、従来方法よりも迅
速で、汚染も少なくかつより経済的な方法及び該
方法を実施するための装置を開発し、本発明に至
つた。即ち、特定の温度及び圧力条件を用いると
リチウム中から上記のような不純物元素のみを蒸
発除去し得ることを見出し、そのような条件でリ
チウムを精製することができる本発明の装置を開
発したものである。本発明の装置においてリチウ
ムの精製を行なえば、例えばリチウムの0.5重量
％を蒸発させるだけで極めて純度の高い精製リチ
ウムを得ることができる。

本発明の装置により実施されるリチウムの精製
方法は、不活性雰囲気中で溶融させた精製すべき
リチウムを含む浴を攪拌し、10パスカル以下の圧
力下400〜700℃の温度で不純物を選択的に気化さ
せ、100℃以下の温度で凝縮させることを特徴と
する。

該方法では精製すべきリチウムの塊を酸化を防
ぐべく空気から隔離された状態にて溶融させた
後、最初に入れた容器内のリチウムの自由表面を
常時再生するように浴を攪拌する。前記攪拌は、
攪拌装置の如き任意の機械的手段、あるいは交流
の供給を受け、発生する磁界との相互作用によつ
て攪拌を生じさせるようなプラス力を起こす電気
力を浴中に誘発する電磁コイルの如き電気的手段
を用いて実施される。浴の攪拌と同時に、金属を
400〜700℃の温度に保持するとともに浴の自由表
面における気圧を10パスカル以下に減じて自由表
面での蒸発を生起する。

リチウムによる腐蝕を防ぐように加熱手段を浴
の末端部に配置し、特定温度に保持する。減圧は
例えばベーンポンプと拡散ポンプとの組合わせた
ような適当なポンプ装置を用いて実施される。

使用温度範囲は、温度が高すぎればリチウムの
損失が増大し、一方低すぎれば気化速度が低下す
ることを考慮して設定される。上記温度範囲にお
いて満足な気化を行うためには、圧力が10パスカ
ル以下に保持されなければならない。本発明方法
を実施するのに最適な条件は、温度530〜570℃、
圧力１×10^-1〜１×10^-3パスカルである。

上記条件下で実施される気化は極めて選択的で
あり、リチウムを実質的に気化させることなく専
らナトリウム及びカリウム等の不純物のみを気化
させる。気化を比較的高速度で実施すれば、適度
な生産性を得ることもできる。上記方法の特性に
よつて、腐蝕及び汚染の問題も解消される。

本発明の方法で実施される方法は、気化した不
純物を液体又は固体状態で集めるための凝縮工程
（condensations phase）も包含する。凝縮は100
℃以下の温度、望ましくは50℃以下の温度で実施
される。実際には、気化を促進し所要の生産性と
両立するような速度を保持することが出来る最低
温度にて凝縮を実施することが望ましい。

本発明は、前記方法を実施するための装置に関
する。

本発明の装置は、大気に対して密閉されてお
り、 −溶解した精製すべきリチウム１１を収容し不純
物が選択的に蒸発される容器９を内部に備え、
さらに該リチウムの加熱手段２、攪拌手段３、
供給手段４、回収手段５及びリチウムレベル測
定手段６並びにリチウム温度測定手段７を備え
た上方部１と、 −内表面が蒸発した不純物の凝縮面となる逆円錘
台形部材１７を内部に備え、さらに冷却手段、
凝縮不純物排出バルブ１５及び装置内を減圧す
るためのポンプに連結されるパイプ１６を備え
た下方部１３からなり、 前記逆円錘台形部材の上端外縁部が装置の上
方部と下方部の境界部内壁に密封固定されてお
り、上方部と下方部は逆円錘台形部材の内方部
のみを介して連通してしていることを特徴とす
る。

本発明装置においては、精製を効果的に実施す
るために前記凝縮面は、リチウムの気化面の面積
に少なくとも等しい面積を有する。

本発明装置について、添附の図面を参照し乍ら
更に説明する。

鋼製円筒−円錐形装置は気密性であり、円筒形
上方部１と円錐形下方部１３から形成されてい
る。

上方部は電気抵抗による加熱手段２、本具体例
では交流を流す円形コイルによつて形成される攪
拌手段３、リチウム供給手段４、リチウム回収手
段５、リチウムレベルの測定手段であるプローブ
６、リチウム温度測定手段である熱電対を挿入し
た盲管７、天然ガスを導入するための導入口８を
具備し、該上方部内部には内部を純粋な鉄で被覆
したNSMC鋼容器９が支持体１０によつて上方
部のドームから懸架されて配置されており、前記
容器９には気化面１２を呈するリチウム浴１１が
収容されている。

下方部は、内部を熱交換流体が循環する二重ケ
ーシング１４を有し、下部には不純物を排出する
ためのバルブ１５、側部にはポンプ（図示せず）
と連結するパイプ１６を具備しており、該下方部
内部には、リング１８によつて上端外縁部全体を
装置の上方部と下方部の境界部内壁面に密封固定
された凝縮用逆円錘形部材１７が配置されてい
る。逆円錘台形部材は筒状の部材で、その内表面
が不純物の凝縮面となるものであり、従つて装置
の上方部内部と下方部内部は、前記逆円錘台形部
材の内方部のみを介して連通している。凝縮温度
を制御するための熱電対を内蔵するケース１９が
逆円錘台形部材表面に固定されている。

かかる本発明装置におけるリチウムの精製方法
の実施様態を次に示す。

アルゴン流を８から導入して装置内部の空気を
バルブから排出する。未精製リチウムを供給手段
から容器内に導入し、リチウムのレベルをプロー
ブによつて監視する。電気抵抗により容器を加熱
し、管７に配置した熱電対によつて温度を監視し
てリチウム温度を適当な温度に制御する。ポンプ
を作動させることによつて装置内部を適当な圧力
下に保つ。同時に二重ケーシング１４に冷却流体
を流すことによつて下方部を冷却し、熱電対ケー
ス１９の熱電対によつて凝縮面の温度の監視し、
所望値に保持されるように制御する。

次に攪拌手段を作動させる。不純物は金属浴の
気化面から蒸発し、蒸気は凝縮面で凝縮される。

攪拌時間はリチウムの量、未精製リチウムの成
分及び所望の純度によつて異なる。攪拌終了後、
攪拌手段及びポンプを停止し、精製リチウムを回
収し、不純物は底の弁１５から排出する。

上記排出作業を実施するためには、熱交換流体
の温度を凝縮不純物を溶解するのに充分な温度、
望ましくは100〜200℃とする。

本発明装置におけるリチウム精製の例を説明す
る。

重量にして200ppmのナトリウムと100ppmのカ
リウムを含有する10Kgのリチウムを、凝縮面の表
面積が気化面の表面積な２倍に等しい本発明装置
内で550℃、１×10^-2パスカルの圧力下で６時間
処理した。凝縮面の温度は100℃であつた。5ppm
のナトリウム、2ppmのカリウムを含有するリチ
ウム9.95Kgが回収された。

前記実施例から、本発明装置で実施されるリチ
ウム精製方法が特に航空工業分野で要望されるア
ルミニウム合金の製造を目的とするリチウムの精
製に特に有用であることが知見された。

【図面の簡単な説明】

添附の図面は本発明装置の垂直軸方向断面図で
ある。 １……上方部、２……加熱手段、３……攪拌手
段、４……リチウム供給手段、５……リチウム回
収手段、６……リチウムレベル測定手段、７……
リチウム温度測定手段、９……容器、１１……リ
チウム浴、１２……リチウム気化面、１３……下
方部、１４……冷却手段（二重ケーシング）、１
５……不純物排出弁、１６……ポンプ連結用パイ
プ、１７……逆円錘台形部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 不活性雰囲気中で溶融させた精製すべきリチ
   ウムを含む浴を攪拌し、10パスカル以下の圧力
   下、400〜700℃の温度にて不純物を選択的に気化
   させ、100℃以下の温度で凝縮させることからな
   るリチウムの精製方法を実施するための装置であ
   つて、 大気に対して密閉されており、 −溶解した精製すべきリチウム１１を収容し不純
   物が選択的に蒸発される容器９を内部に備え、
   さらに該リチウムの加熱手段２、攪拌手段３、
   供給手段４、回収手段５及びリチウムレベル測
   定手段６並びにリチウム温度測定手段７を備え
   た上方部１と、 −内表面が蒸発した不純物の凝縮面となる逆円錘
   台形部材１７を内部に備え、さらに冷却手段、
   凝縮不純物排出バルブ１５及び装置内を減圧す
   るためのポンプに連結されるパイプ１６を備え
   た下方部１３からなり、 前記逆円錘台形部材の上端外縁部が装置の上
   方部と下方部の境界部内壁に密封固定されてお
   り、上方部と下方部は逆円錘台形部材の内方部
   のみを介して連通していることを特徴とする前
   記装置。 ２ 凝縮面の面積が容器内のリチウム気化面の面
   積に少なくとも等しいことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の装置。