(57)【要約】  本発明は、天然および合成の塩水、粘土および鉱物からの浸出物溶液、および再資源製品といった、液体資源からのリチウムの抽出に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体資源から精製リチウム濃縮物を生成するための統合プロセスであって、
ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；
ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；
ｃ）前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；
ｄ）前記イオン交換装置と流体連通する膜セルを設ける工程であって、前記膜セルは、（ｉ）電気化学還元電極を含む第１の区画、（ｉｉ）電気化学酸化電極を含む第２の区画、および（ｉｉｉ）前記第１の区画と前記第２の区画とを分けるイオン伝導膜を備えている、工程；
ｅ）前記リチウム溶出液を前記膜セルに渡す工程；
ｆ）前記膜セル中の前記リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および前記精製リチウム濃縮物を作り出す、工程；および
ｇ）前記酸性化溶液を前記膜セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程
を含む、統合プロセス。
【請求項２】
前記リチウムが豊富なイオン交換材料は前記イオン交換装置中で処理される、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項３】
前記リチウム溶出液は前記イオン交換装置中で作り出される、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項４】
前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置から前記膜セルへと渡される、請求項３に記載の統合プロセス。
【請求項５】
（ｂ）の前に、前記イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料を作り出す、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項６】
（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている前記水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項７】
前記統合プロセスはさらに、前記酸溶液に加えて塩基により、前記リチウムが豊富なイオン交換材料を処理する工程を含む、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項８】
前記塩基はＣａ（ＯＨ）２またはＮａＯＨである、請求項７に記載の統合プロセス。
【請求項９】
前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通される逆浸透装置を設ける工程を含み、該逆浸透装置は透水性膜を備えている、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項１０】
（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液は、前記透水性膜と接している前記逆浸透装置に渡され、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す、請求項９に記載の統合プロセス。
【請求項１１】
前記濃縮リチウム溶出液はさらに、（ｄ）から（ｇ）にさらされる、請求項１０に記載の統合プロセス。
【請求項１２】
前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む、請求項９に記載の統合プロセス。
【請求項１３】
前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている、請求項９または請求項１２に記載の統合プロセス。
【請求項１４】
前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通される熱蒸発装置を設ける工程を含み、該熱蒸発装置は発熱体を備えている、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項１５】
前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している精製装置を備えている、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項１６】
（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液を前記精製装置に渡すことで、精製リチウム濃縮物が作り出される、請求項１５に記載の統合プロセス。
【請求項１７】
前記精製リチウム濃縮物はさらに、（ｄ）から（ｇ）にさらされる、請求項１６に記載の統合プロセス。
【請求項１８】
前記統合プロセスはさらに、前記膜セルと流体連通している晶析装置を設ける工程を含む、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項１９】
前記リチウム溶出液は前記晶析装置へと渡される、請求項１８に記載の統合プロセス。
【請求項２０】
前記リチウム溶出液を前記晶析装置により処理することで、リチウム塩が作り出される、請求項１９に記載の統合プロセス。
【請求項２１】
前記リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、または硝酸リチウムである、請求項２０に記載の統合プロセス。
【請求項２２】
前記リチウム塩は、固体、水溶液、またはスラリー状である、請求項２０に記載の統合プロセス。
【請求項２３】
前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項２４】
前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、Ａｌ（ＯＨ）３、ＬｉＣｌ．ｘＡｌ（ＯＨ）３．ｙＨ２Ｏ、ＳｎＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、ＴｉＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され；ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項２５】
前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項２６】
前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む、請求項２５に記載の統合プロセス。
【請求項２７】
前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む、請求項２５に記載の統合プロセス。
【請求項２８】
前記イオン交換材料は多孔質イオン交換材料である、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項２９】
前記イオン交換材料は多孔質ビーズの形である、請求項２８に記載の統合プロセス。
【請求項３０】
前記イオン交換材料は、粉末またはスラリーの形である、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項３１】
前記酸溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせから成る溶液である、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項３２】
前記イオン伝導膜は、陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜である、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項３３】
前記陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜は、スルホン化テトラフロオルエチレンベースのフッ素ポリマーコポリマー、スルホン化テトラフロオルエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、それらのコポリマーまたは組み合わせを含む、請求項３２に記載の統合プロセス。
【請求項３４】
前記陰イオン伝導膜は、官能化ポリマー構造を含む、請求項３２に記載の統合プロセス。
【請求項３５】
前記ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物を含む、請求項３４に記載の統合プロセス。
【請求項３６】
前記陽イオン伝導膜は、リチウムイオンの移動を可能にするが、陰イオン基の移動を妨げる、請求項３２に記載の統合プロセス。
【請求項３７】
前記イオン伝導膜の厚みは約１μｍ〜約１０００μｍである、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項３８】
前記イオン伝導膜の厚みは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項３９】
前記電極は、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、マグネシウム、二酸化チタン、それらの酸化物、またはそれらの組み合わせで構成される、請求項１に記載の統合プロセス。
【請求項４０】
前記電極はさらに、白金、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、混合金属酸化物、グラフェン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせのコーティングを含む、請求項３９に記載の統合プロセス。
【請求項４１】
液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、
ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；
ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；
ｃ）前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；
ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している化学沈殿装置を設ける工程であって、該化学沈殿装置は、前記精製されたリチウム塩を沈殿させるように前記リチウム溶出液の処理を容易にすることができる、工程；
ｅ）前記イオン交換装置中の前記リチウム溶出液を前記化学沈殿装置に渡す工程；および
ｆ）前記精製されたリチウム塩を作り出すために、前記化学沈殿装置中で前記リチウム溶出液を処理する工程
を含む、統合プロセス。
【請求項４２】
前記精製リチウム塩はＬｉＣｌである、請求項４１に記載の統合プロセス。
【請求項４３】
Ｌｉ２ＣＯ３を作り出すために前記ＬｉＣｌをＮａ２ＣＯ３で処理する工程をさらに含む、請求項４２に記載の統合プロセス。
【請求項４４】
前記化学沈殿装置は、ＨＣｌを含む混合物を蒸留して取り除く、請求項４２に記載の統合プロセス。
【請求項４５】
前記ＨＣｌは（ｃ）へと再利用される、請求項４４に記載の統合プロセス。
【請求項４６】
前記精製リチウム塩はＬｉ２ＳＯ４である、請求項４１に記載の統合プロセス。
【請求項４７】
Ｌｉ２ＣＯ３を作り出すために、前記Ｌｉ２ＳＯ４をＮａ２ＣＯ３で処理する工程をさらに含む、請求項４６に記載の統合プロセス。
【請求項４８】
前記精製リチウム塩を前記化学沈殿装置においてＮａ２ＣＯ３で処理することで、Ｌｉ２ＣＯ３が作り出される、請求項４１に記載の統合プロセス。
【請求項４９】
前記リチウムが豊富なイオン交換材料は前記イオン交換装置中で処理される、請求項４１に記載の統合プロセス。
【請求項５０】
前記リチウム溶出液は前記イオン交換装置中で作り出される、請求項４１に記載の統合プロセス。
【請求項５１】
前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置から前記化学沈殿装置へと渡される、請求項４１に記載の統合プロセス。
【請求項５２】
（ｂ）の前に、前記イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料を作り出す、請求項４１に記載の統合プロセス。
【請求項５３】
（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている前記水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、請求項４１に記載の統合プロセス。
【請求項５４】
リチウム溶出溶液は、アルカリまたはアルカリ金属水酸化物、炭酸塩または重炭酸塩、それらの組み合わせ、またはＮＨ３の添加により精製されることで、塩基性沈殿物として不純物を沈殿させる、請求項４１に記載の統合プロセス。
【請求項５５】
前記アルカリまたはアルカリ金属水酸化物、炭酸塩または重炭酸塩は、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項５４に記載の統合プロセス。
【請求項５６】
前記塩基性沈殿物は、ｐＨ調節のために（ｂ）へ再利用される、請求項５４または５５に記載の統合プロセス。
【請求項５７】
前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む、請求項４１に記載の統合プロセス。
【請求項５８】
前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む、請求項５７に記載の統合プロセス。
【請求項５９】
前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む、請求項５８に記載の統合プロセス。
【請求項６０】
液体資源から精製リチウム濃縮物を生成するための統合システムであって、
ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置であって、前記イオン交換装置により、
（ｉ）前記イオン交換材料は前記液体資源に接触することでリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出すことができ；および
（ｉｉ）前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸性化溶液で処理することができる、イオン交換装置；
ｂ）膜セルであって、（ｉ）電気化学還元電極を含む第１の区画、（ｉｉ）電気化学酸化電極を含む第２の区画、および（ｉｉｉ）前記第１の区画と前記第２の区画とを分けるイオン伝導膜を備えている、膜セル；および
ｃ）前記膜セルから前記イオン交換装置へと前記酸性化溶液を運ぶことが可能な再利用ループを備えており；
前記イオン交換装置、前記膜セル、および再利用システムは、流体連通状態にある、統合システム。
【請求項６１】
前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通される逆浸透装置を備え、該逆浸透装置は透水性膜を備えている、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項６２】
前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む、請求項６１に記載の統合システム。
【請求項６３】
前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている、請求項６１または請求項６２に記載の統合システム。
【請求項６４】
前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通される熱蒸発装置を備え、該熱蒸発装置は発熱体を備えている、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項６５】
前記システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している精製装置を備えている、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項６６】
前記統合システムはさらに、前記膜セルと流体連通している晶析装置を備えている、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項６７】
前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項６８】
前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、Ａｌ（ＯＨ）３、ＬｉＣｌ．ｘＡｌ（ＯＨ）３．ｙＨ２Ｏ、ＳｎＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、ＴｉＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され；ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項６９】
前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項７０】
前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む、請求項６９に記載の統合システム。
【請求項７１】
前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む、請求項７０に記載の統合システム。
【請求項７２】
前記イオン交換材料は多孔質イオン交換材料である、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項７３】
前記イオン交換材料は多孔質ビーズの形である、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項７４】
前記イオン交換材料は粉末の形である、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項７５】
前記酸性化溶液はＨ２ＳＯ４またはＨＣｌの溶液である、請求項６０に記載の統合システム。
【請求項７６】
液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合システムであって、
ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置であって、前記イオン交換材料により、
（ｉ）前記イオン交換材料は前記液体資源に接触することでリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出すことができ；および
（ｉｉ）前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸性化溶液で処理することでリチウム溶出溶液を作り出すことができる、イオン交換装置；
ｂ）酸回収装置であって、酸が前記リチウム溶出溶液から回収され、随意に前記イオン交換装置へと再利用される、酸回収装置；および
ｃ）化学沈殿装置を備えており；
前記イオン交換装置、前記酸回収装置、および前記化学沈殿装置は、流体連通状態にある、統合システム。
【請求項７７】
前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置、前記酸回収装置、および前記化学沈殿装置と流体連通される逆浸透装置を備え、該逆浸透装置は透水性膜を備えている、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項７８】
前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む、請求項７７に記載の統合システム。
【請求項７９】
前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている、請求項７７または請求項７８に記載の統合システム。
【請求項８０】
前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通される熱蒸発装置を備え、該熱蒸発装置は発熱体を備えている、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項８１】
前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している精製装置を備えている、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項８２】
前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項８３】
前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている、請求項７６または８２に記載の統合システム。
【請求項８４】
前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項８５】
前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、Ａｌ（ＯＨ）３、ＬｉＣｌ．ｘＡｌ（ＯＨ）３．ｙＨ２Ｏ、ＳｎＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、ＴｉＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され；ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項８６】
前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項８７】
前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む、請求項８６に記載の統合システム。
【請求項８８】
前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む、請求項８７に記載の統合システム。
【請求項８９】
前記イオン交換材料は多孔質イオン交換材料である、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項９０】
前記イオン交換材料は多孔質ビーズの形である、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項９１】
前記イオン交換材料は粉末の形である、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項９２】
前記溶液はＨ２ＳＯ４またはＨＣｌの溶液である、請求項７６に記載の統合システム。
【請求項９３】
液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、
ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；
ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；
ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；
ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；
ｅ）前記リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；
ｆ）前記電気化学セル中の前記リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；
ｇ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を結晶化する工程；および
ｈ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程
を含む、統合プロセス。
【請求項９４】
前記リチウムが豊富なイオン交換材料は前記イオン交換装置中で処理される、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項９５】
前記リチウム溶出液は前記イオン交換装置中で作り出される、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項９６】
前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置から前記電気化学セルへと渡される、請求項９５に記載の統合プロセス。
【請求項９７】
（ｂ）の前に、前記イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料を作り出す、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項９８】
（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている前記水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項９９】
前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通される逆浸透装置を設ける工程を含み、該逆浸透装置は透水性膜を備えている、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１００】
（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液は、前記透水性膜と接している前記逆浸透装置に渡され、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す、請求項９９に記載の統合プロセス。
【請求項１０１】
前記濃縮リチウム溶出液はさらに、（ｄ）から（ｈ）にさらされる、請求項１００に記載の統合プロセス。
【請求項１０２】
前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む、請求項９９に記載の統合プロセス。
【請求項１０３】
前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている、請求項９９に記載の統合プロセス。
【請求項１０４】
前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通される熱蒸発装置を設ける工程を含み、該熱蒸発装置は発熱体を備えている、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１０５】
前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している精製装置を備えている、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１０６】
（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液を前記精製装置に渡すことで、精製リチウム濃縮物が作り出される、請求項１０５に記載の統合プロセス。
【請求項１０７】
前記精製リチウム濃縮物はさらに、（ｄ）から（ｈ）にさらされる、請求項１０６に記載の統合プロセス。
【請求項１０８】
前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している晶析装置を備えている、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１０９】
（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液を前記晶析装置に渡すことで、リチウム塩が作り出される、請求項１０８に記載の統合プロセス。
【請求項１１０】
前記リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、または硝酸リチウムである、請求項１０９に記載の統合プロセス。
【請求項１１１】
前記リチウム塩は炭酸リチウムである、請求項１０９に記載の統合プロセス。
【請求項１１２】
前記リチウム塩は水酸化リチウムである、請求項１０９に記載の統合プロセス。
【請求項１１３】
前記リチウム塩は、固体、水溶液、またはスラリー状である、請求項１０９に記載の統合プロセス。
【請求項１１４】
前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１１５】
前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、またはＬｉ２ＣｕＰ２Ｏ７から成る群から選択される、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１１６】
前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１１７】
前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む、請求項１１６に記載の統合プロセス。
【請求項１１８】
前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む、請求項１１７に記載の統合プロセス。
【請求項１１９】
前記イオン交換材料は被覆イオン交換粒子を含む、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１２０】
前記イオン交換材料は、粉末またはスラリーの形である、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１２１】
前記酸溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせから成る溶液である、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１２２】
前記イオン伝導膜は、陽イオン伝導膜、陰イオン伝導膜、またはそれらの組み合わせである、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１２３】
前記イオン伝導膜は、スルホン化テトラフロオルエチレンベースのフッ素ポリマーコポリマー、スルホン化テトラフロオルエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、それらのコポリマーまたは組み合わせを含む、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１２４】
前記陰イオン伝導膜は、官能化ポリマー構造を含む、請求項１２２に記載の統合プロセス。
【請求項１２５】
前記官能化ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物を含む、請求項１２４に記載の統合プロセス。
【請求項１２６】
前記陽イオン伝導膜は、リチウムイオンの移動を可能にするが、陰イオン基の移動を妨げる、請求項１２２に記載の統合プロセス。
【請求項１２７】
前記イオン伝導膜の厚みは約１μｍ〜約１０００μｍである、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１２８】
前記イオン伝導膜の厚みは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１２９】
前記電極は、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、マグネシウム、二酸化チタン、それらの酸化物、またはそれらの組み合わせで構成される、請求項９３に記載の統合プロセス。
【請求項１３０】
前記電極はさらに、白金、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、混合金属酸化物、グラフェン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせのコーティングを含む、請求項１２９に記載の統合プロセス。
【請求項１３１】
液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、
ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；
ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；
ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；
ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記リチウム溶出液に添加するように構成される、工程；
ｅ）前記リチウム溶出液を前記晶析装置に渡す工程；
ｆ）リチウム塩および残りの溶出液を沈殿させるために、沈殿剤により前記晶析装置中の前記リチウム溶出液を処理する工程；
ｇ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；
ｈ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；
ｉ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；および
ｊ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程
を含む、統合プロセス。
【請求項１３２】
前記リチウムが豊富なイオン交換材料は前記イオン交換装置中で処理される、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１３３】
前記リチウム溶出液は前記イオン交換装置中で作り出される、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１３４】
（ｂ）の前に、前記イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料を作り出す、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１３５】
（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている前記水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１３６】
前記統合プロセスはさらに、塩基により、前記リチウムが豊富なイオン交換材料を処理する工程を含む、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１３７】
前記塩基はＣａ（ＯＨ）２またはＮａＯＨである、請求項１３６に記載の統合プロセス。
【請求項１３８】
前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記晶析装置と流体連通される逆浸透装置を設ける工程を含み、該逆浸透装置は透水性膜を備えている、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１３９】
（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液は、前記透水性膜と接している前記逆浸透装置に渡され、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す、請求項１３８に記載の統合プロセス。
【請求項１４０】
前記濃縮リチウム溶出液はさらに、（ｄ）から（ｊ）にさらされる、請求項１３９に記載の統合プロセス。
【請求項１４１】
前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１３８に記載の統合プロセス。
【請求項１４２】
前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている、請求項１３８に記載の統合プロセス。
【請求項１４３】
前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記晶析装置と流体連通される熱蒸発装置を設ける工程を含み、該熱蒸発装置は発熱体を備えている、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１４４】
前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している精製装置を備えている、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１４５】
（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液を前記精製装置に渡すことで、精製リチウム濃縮物が作り出される、請求項１４４に記載の統合プロセス。
【請求項１４６】
前記精製リチウム濃縮物はさらに、（ｄ）から（ｊ）にさらされる、請求項１４５に記載の統合プロセス。
【請求項１４７】
前記精製リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、または硝酸リチウムである、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１４８】
前記リチウム塩は炭酸リチウムである、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１４９】
前記リチウム塩は水酸化リチウムである、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１５０】
前記精製リチウム塩は、固体、水溶液、またはスラリー状である、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１５１】
前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１５２】
前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され、ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１５３】
前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１５４】
前記イオン交換材料は被覆イオン交換粒子を含む、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１５５】
前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む、請求項１５４に記載の統合プロセス。
【請求項１５６】
前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む、請求項１５５に記載の統合プロセス。
【請求項１５７】
前記イオン交換材料は、粉末またはスラリーの形である、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１５８】
前記酸溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせから成る溶液である、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１５９】
前記イオン伝導膜は、陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜である、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１６０】
前記陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜は、スルホン化テトラフロオルエチレンベースのフッ素ポリマーコポリマー、スルホン化テトラフロオルエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、それらのコポリマーまたは組み合わせを含む、請求項１５９に記載の統合プロセス。
【請求項１６１】
前記陰イオン伝導膜は、官能化ポリマー構造を含む、請求項１５９に記載の統合プロセス。
【請求項１６２】
前記ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物を含む、請求項１６１に記載の統合プロセス。
【請求項１６３】
前記陽イオン伝導膜は、リチウムイオンの移動を可能にするが、陰イオン基の移動を妨げる、請求項１５９に記載の統合プロセス。
【請求項１６４】
前記イオン伝導膜の厚みは約１μｍ〜約１０００μｍである、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１６５】
前記イオン伝導膜の厚みは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１６６】
前記電極は、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、マグネシウム、二酸化チタン、それらの酸化物、またはそれらの組み合わせで構成される、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１６７】
前記電極はさらに、白金、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、混合金属酸化物、グラフェン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせのコーティングを含む、請求項１６６に記載の統合プロセス。
【請求項１６８】
前記沈殿剤は炭酸塩またはリン酸塩である、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１６９】
前記沈殿剤は炭酸ナトリウムである、請求項１３１に記載の統合プロセス。
【請求項１７０】
液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、
ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；
ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、水酸化ナトリウムを塩水に添加すると、イオン交換材料からプロトンが中和される、工程；
ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；
ｄ）前記イオン交換装置と流体連通されている逆浸透装置を設ける工程であって、前記逆浸透装置は透水性膜を備えている、工程；
ｅ）前記リチウム溶出液を前記イオン交換装置から前記逆浸透装置へと渡す工程であって、それにより前記リチウム溶出液は前記透水性膜と接触し、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過することで、水および濃縮リチウム溶出液を作り出す、工程；
ｆ）前記逆浸透装置と流体連通している熱蒸発装置を設ける工程であって、前記熱蒸発装置は発熱体を備えている、工程；
ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記逆浸透装置から前記熱蒸発装置へと渡す工程であって、それによりさらなる濃縮リチウム溶出液を作り出す、工程；
ｈ）前記熱蒸発装置と流体連通している精製装置を設ける工程；
ｉ）前記さらなる濃縮リチウム溶出液を前記熱蒸発装置から前記精製装置へと渡す工程であって、それにより精製リチウム濃縮物を作り出す、工程；
ｊ）前記精製装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記精製リチウム濃縮物に添加するように構成される、工程；
ｋ）リチウム塩と残りの溶出液を沈殿させるために、前記精製リチウム濃縮物を前記沈殿剤で処理する工程；
ｌ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；
ｍ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；
ｎ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；および
ｏ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程
を含む、統合プロセス。
【請求項１７１】
前記リチウムが豊富なイオン交換材料は前記イオン交換装置中で処理される、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１７２】
前記リチウム溶出液は前記イオン交換装置中で作り出される、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１７３】
（ｂ）の前に、前記イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料を作り出す、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１７４】
（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている前記水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１７５】
前記統合プロセスはさらに、前記酸溶液に加えて塩基により、前記リチウムが豊富なイオン交換材料を処理する工程を含む、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１７６】
前記塩基はＣａ（ＯＨ）２またはＮａＯＨである、請求項１７５に記載の統合プロセス。
【請求項１７７】
前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１７８】
前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１７９】
前記精製リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、または硝酸リチウムである、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１８０】
前記リチウム塩は炭酸リチウムである、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１８１】
前記リチウム塩は水酸化リチウムである、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１８２】
前記精製リチウム塩は、固体、水溶液、またはスラリー状である、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１８３】
前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１８４】
前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１８５】
前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１８６】
前記イオン交換材料は被覆イオン交換粒子を含む、請求項１８５に記載の統合プロセス。
【請求項１８７】
前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む、請求項１８６に記載の統合プロセス。
【請求項１８８】
前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む、請求項１８７に記載の統合プロセス。
【請求項１８９】
前記イオン交換材料は、粉末またはスラリーの形である、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１９０】
前記酸溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせから成る溶液である、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１９１】
前記イオン伝導膜は、陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜である、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１９２】
前記陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜は、スルホン化テトラフロオルエチレンベースのフッ素ポリマーコポリマー、スルホン化テトラフロオルエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、それらのコポリマーまたは組み合わせを含む、請求項１９１に記載の統合プロセス。
【請求項１９３】
前記陰イオン伝導膜は、官能化ポリマー構造を含む、請求項１９１に記載の統合プロセス。
【請求項１９４】
前記ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物を含む、請求項１９３に記載の統合プロセス。
【請求項１９５】
前記陽イオン伝導膜は、リチウムイオンの移動を可能にするが、陰イオン基の移動を妨げる、請求項１９１に記載の統合プロセス。
【請求項１９６】
前記イオン伝導膜の厚みは約１μｍ〜約１０００μｍである、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１９７】
前記イオン伝導膜の厚みは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１９８】
前記電極は、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、マグネシウム、二酸化チタン、それらの酸化物、またはそれらの組み合わせで構成される、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項１９９】
前記電極はさらに、白金、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、混合金属酸化物、グラフェン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせのコーティングを含む、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項２００】
前記沈殿剤は炭酸塩またはリン酸塩である、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【請求項２０１】
前記沈殿剤は炭酸ナトリウムである、請求項１７０に記載の統合プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
本出願は、２０１８年２月１７日出願の米国仮出願第６２／６３１，６８８号；および２０１８年１２月１８日出願の米国仮出願第６２／７８１，５１５号の利益を主張するものであり、各出願はその全体を引用することによって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
リチウムは、高エネルギー充電式バッテリーなどの技術製品に必要とされる要素である。天然塩水や合成塩水、および鉱物や再資源製品由来の浸出溶液を含む、様々な液体溶液にリチウムを見出すことができる。
【発明の概要】
【０００３】
リチウムは、無機イオン交換材料に基づくイオン交換プロセスを用いて液体資源から抽出可能である。無機イオン交換材料は、水素を放出しながら液体資源からリチウムイオンを吸収し、次いで、水素イオンを吸収しながら酸の中のリチウムイオンを溶出する。イオン交換プロセスを繰り返して、液体資源からリチウムイオンを抽出し、かつ濃縮リチウムイオン溶液を産出することができる。バッテリー産業などの産業に用いるために、濃縮リチウムイオン溶液を化学品へとさらに処理することができる。
【０００４】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム濃縮物を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通する膜セルを設ける工程であって、前記膜セルは、（ｉ）電気化学還元電極を含む第１の区画、（ｉｉ）電気化学酸化電極を含む第２の区画、および（ｉｉｉ）前記第１の区画と前記第２の区画とを分けるイオン伝導膜を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を前記膜セルに渡す工程；ｆ）前記膜セル中の前記リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および前記精製リチウム濃縮物を作り出す、工程；およびｇ）前記酸性化溶液を前記膜セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０００５】
一実施形態において、前記リチウムが豊富なイオン交換材料は、前記イオン交換装置中で処理される。一実施形態において、前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置中で作り出される。一実施形態において、前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置から前記膜セルへと渡される。
【０００６】
一実施形態において、（ｂ）の前に、前記イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料が作り出される。一実施形態において、（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている前記水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する。一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記酸溶液に加えて塩基により、前記リチウムが豊富なイオン交換材料を処理する工程を含む。一実施形態において、塩基はＣａ（ＯＨ）２またはＮａＯＨである。
【０００７】
一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通される逆浸透装置を設ける工程を含み、該逆浸透装置は透水性膜を備えている。一実施形態において、（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液は、前記透水性膜と接している前記逆浸透装置に渡され、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す。一実施形態において、濃縮リチウム溶出液はさらに、（ｄ）から（ｇ）にさらされる。
【０００８】
一実施形態において、前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている。
【０００９】
一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している熱蒸発装置を設ける工程を含み、該熱蒸発装置は発熱体を備えている。一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している精製装置を設ける工程を含む。一実施形態において、（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液を前記精製装置に渡すことで、精製リチウム濃縮物が作り出される。一実施形態において、前記精製リチウム濃縮物はさらに、（ｄ）から（ｇ）にさらされる。
【００１０】
一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記および膜セルと流体連通している晶析装置を設ける工程を含む。一実施形態において、前記リチウム溶出液は前記晶析装置へと渡される。一実施形態において、前記リチウム溶出液を前記晶析装置で処理することで、リチウム塩が作り出される。
【００１１】
一実施形態において、前記リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、または硝酸リチウムである。一実施形態において、前記リチウム塩は、固体、水溶液、またはスラリー状である。
【００１２】
一実施形態において、前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。
【００１３】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、Ａｌ（ＯＨ）３、ＬｉＣｌ．ｘＡｌ（ＯＨ）３．ｙＨ２Ｏ、ＳｎＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、ＴｉＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され；ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である。
【００１４】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記イオン交換材料は、多孔質イオン交換材料である。一実施形態において、前記イオン交換材料は、多孔質ビーズの形態である。一実施形態において、前記イオン交換材料は、粉末またはスラリー状である。
【００１５】
一実施形態において、前記酸溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせから成る溶液である。
【００１６】
一実施形態において、前記イオン伝導膜は、陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜である。一実施形態において、前記陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜は、スルホン化テトラフロオルエチレンベースのフッ素ポリマーコポリマー、スルホン化テトラフロオルエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、それらのコポリマーまたは組み合わせを含む。一実施形態において、前記陰イオン伝導膜は、官能化ポリマー構造を含む。一実施形態において、前記ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物を含む。
【００１７】
一実施形態において、前記陽イオン伝導膜は、リチウムイオンの移動を可能にするが、陰イオン基の移動を妨げる。一実施形態において、前記イオン伝導膜の厚みは約１μｍ〜約１０００μｍである。一実施形態において、前記イオン伝導膜の厚みは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである。
【００１８】
一実施形態において、前記電極は、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、マグネシウム、二酸化チタン、それらの酸化物、またはそれらの組み合わせで構成される。一実施形態において、前記電極はさらに、白金、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、混合金属酸化物、グラフェン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせのコーティングを含む。
【００１９】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している化学沈殿装置を設ける工程であって、該化学沈殿装置は、前記精製されたリチウム塩を沈殿させるように前記リチウム溶出液の処理を容易にすることができる、工程；ｅ）前記イオン交換装置中の前記リチウム溶出液を前記化学沈殿装置に渡す工程；およびｆ）前記精製されたリチウム塩を作り出すために、前記化学沈殿装置中で前記リチウム溶出液を処理する工程を含む。
【００２０】
一実施形態において、前記精製リチウム塩はＬｉＣｌである。一実施形態において、前記ＬｉＣｌをＮａ２ＣＯ３で処理することでＬｉ２ＣＯ３が作り出される。一実施形態において、前記化学沈殿装置は、ＨＣｌを含む混合物を蒸留して取り除く。一実施形態において、前記ＨＣｌは、（ｃ）へと再利用される。一実施形態において、前記精製リチウム塩はＬｉ２ＳＯ４である。一実施形態において、前記プロセスはさらに、Ｌｉ２ＣＯ３を作り出すために前記Ｌｉ２ＳＯ４をＮａ２ＣＯ３で処理する工程を含む。一実施形態において、前記精製リチウム塩を前記化学沈殿装置中でＮａ２ＣＯ３により処理することで、Ｌｉ２ＣＯ３が作り出される。
【００２１】
一実施形態において、前記リチウムが豊富なイオン交換材料は、前記イオン交換装置中で処理される。一実施形態において、前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置中で作り出される。一実施形態において、前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置から前記化学沈殿装置へと渡される。
【００２２】
一実施形態において、（ｂ）の前に、前記イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料が作り出される。一実施形態において、（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている前記水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する。一実施形態において、前記リチウム溶出溶液は、アルカリまたはアルカリ金属水酸化物、炭酸塩または重炭酸塩、それらの組み合わせ、またはＮＨ３の添加により精製されることで、塩基性沈殿物として不純物を沈殿させる。
【００２３】
一実施形態において、前記アルカリまたはアルカリ金属水酸化物、炭酸塩または重炭酸塩は、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、またはそれらの組み合わせから選択される。一実施形態において、前記塩基性沈殿物は、ｐＨ調節のために（ｂ）へ再利用される。一実施形態において、前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む。一実施形態において、前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【００２４】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム濃縮物を生成するための統合システムであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置であって、前記イオン交換装置により、（ｉ）前記イオン交換材料は前記液体資源に接触することでリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出すことができ；および（ｉｉ）前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸性化溶液で処理することができる、イオン交換装置；ｂ）膜セルであって、（ｉ）電気化学還元電極を含む第１の区画、（ｉｉ）電気化学酸化電極を含む第２の区画、および（ｉｉｉ）前記第１の区画と前記第２の区画とを分けるイオン伝導膜を備えている、膜セル；およびｃ）前記膜セルから前記イオン交換装置へと前記酸性化溶液を運ぶことが可能な再利用ループを備えており；前記イオン交換装置、前記膜セル、および再利用システムは、流体連通状態にある。
【００２５】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通される逆浸透装置を備え、該逆浸透装置は透水性膜を備えている。一実施形態において、前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている。
【００２６】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している熱蒸発装置を備え、該熱蒸発装置は発熱体を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している精製装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記膜セルと流体連通している晶析装置を備えている。
【００２７】
一実施形態において、前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。
【００２８】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、Ａｌ（ＯＨ）３、ＬｉＣｌ．ｘＡｌ（ＯＨ）３．ｙＨ２Ｏ、ＳｎＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、ＴｉＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され；ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である。
【００２９】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記イオン交換材料は、多孔質イオン交換材料である。一実施形態において、前記イオン交換材料は、多孔質ビーズの形態である。一実施形態において、前記イオン交換材料は、粉末状である。一実施形態において、前記酸性化溶液は、Ｈ２ＳＯ４またはＨＣｌの溶液である。
【００３０】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合システムであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置であって、前記イオン交換材料により、前記イオン交換材料は前記液体資源に接触することでリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出すことができ；および前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸性化溶液で処理することでリチウム溶出溶液を作り出すことができる、イオン交換装置；ｂ）酸回収装置であって、酸が前記リチウム溶出溶液から回収され、随意に前記イオン交換装置へと再利用される、酸回収装置；およびｃ）化学沈殿装置を備えており；前記イオン交換装置、前記酸回収装置、および前記化学沈殿装置は、流体連通状態にある。
【００３１】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置、前記酸回収装置、および前記化学沈殿装置と流体連通している逆浸透装置を備え、該逆浸透装置は透水性膜を備えている。一実施形態において、前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている。
【００３２】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している熱蒸発装置を備え、該熱蒸発装置は発熱体を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している精製装置を備えている。
【００３３】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。
【００３４】
一実施形態において、前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。
【００３５】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、Ａｌ（ＯＨ）３、ＬｉＣｌ．ｘＡｌ（ＯＨ）３．ｙＨ２Ｏ、ＳｎＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、ＴｉＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され；ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である。
【００３６】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記イオン交換材料は、多孔質イオン交換材料である。一実施形態において、前記イオン交換材料は、多孔質ビーズの形態である。一実施形態において、前記イオン交換材料は、粉末状である。一実施形態において、前記酸溶液は、Ｈ２ＳＯ４またはＨＣｌの溶液である。
【００３７】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｆ）前記電気化学セル中の前記リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；ｇ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を結晶化する工程；およびｈ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程
を含む。
【００３８】
一実施形態において、前記リチウムが豊富なイオン交換材料は、前記イオン交換装置中で処理される。一実施形態において、前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置中で作り出される。一実施形態において、前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置から前記電気化学セルへと渡される。
【００３９】
一実施形態において、（ｂ）の前に、前記イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料が作り出される。一実施形態において、（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている前記水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する。
【００４０】
一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している逆浸透装置を設ける工程を含み、該逆浸透装置は透水性膜を備えている。一実施形態において、（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液は、前記透水性膜と接している前記逆浸透装置に渡され、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す。一実施形態において、前記濃縮リチウム溶出液はさらに、（ｄ）から（ｈ）にさらされる。
【００４１】
一実施形態において、前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている。
【００４２】
一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している熱蒸発装置を設ける工程を含み、該熱蒸発装置は発熱体を備えている。一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している精製装置を設ける工程を含む。一実施形態において、（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液を前記精製装置に渡すことで、精製リチウム濃縮物が作り出される。一実施形態において、前記精製リチウム濃縮物はさらに、（ｄ）から（ｈ）にさらされる。
【００４３】
一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している晶析装置を設ける工程を含む。一実施形態において、（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液を前記晶析装置に渡すことで、リチウム塩が作り出される。一実施形態において、前記リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、または硝酸リチウムである。一実施形態において、前記リチウム塩は炭酸リチウムである。一実施形態において、前記リチウム塩は水酸化リチウムである。一実施形態において、前記リチウム塩は、固体、水溶液、またはスラリー状である。
【００４４】
一実施形態において、前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。
【００４５】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、またはＬｉ２ＣｕＰ２Ｏ７から成る群から選択される。一実施形態において、前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む。一実施形態において、前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。一実施形態において、前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子である。一実施形態において、前記イオン交換材料は、粉末またはスラリー状である。
【００４６】
一実施形態において、前記酸溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせから成る溶液である。
【００４７】
一実施形態において、前記イオン伝導膜は、陽イオン伝導膜、陰イオン伝導膜、またはそれらの組み合わせである。一実施形態において、前記イオン伝導膜は、スルホン化テトラフロオルエチレンベースのフッ素ポリマーコポリマー、スルホン化テトラフロオルエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、それらのコポリマーまたは組み合わせを含む。一実施形態において、前記陰イオン伝導膜は、官能化ポリマー構造を含む。
【００４８】
一実施形態において、前記官能化ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物を含む。一実施形態において、前記陽イオン伝導膜は、リチウムイオンの移動を可能にするが、陰イオン基の移動を妨げる。一実施形態において、前記イオン伝導膜の厚みは約１μｍ〜約１０００μｍである。一実施形態において、前記イオン伝導膜の厚みは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである。
【００４９】
一実施形態において、前記電極は、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、マグネシウム、二酸化チタン、それらの酸化物、またはそれらの組み合わせで構成される。一実施形態において、前記電極はさらに、白金、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、混合金属酸化物、グラフェン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせのコーティングを含む。
【００５０】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記リチウム溶出液に添加するように構成される、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を前記晶析装置に渡す工程；ｆ）リチウム塩および残りの溶出液を沈殿させるために、沈殿剤により前記晶析装置中の前記リチウム溶出液を処理する工程；ｇ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｈ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｉ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｊ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程を含む。
【００５１】
一実施形態において、前記リチウムが豊富なイオン交換材料は、前記イオン交換装置中で処理される。一実施形態において、前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置中で作り出される。一実施形態において、（ｂ）の前に、前記イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料が作り出される。一実施形態において、（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている前記水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する。
【００５２】
一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記リチウムが豊富なイオン交換材料を塩基で処理する工程を含む。一実施形態において、塩基はＣａ（ＯＨ）２またはＮａＯＨである。
【００５３】
一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記晶析装置と流体連通している逆浸透装置を設ける工程を含み、該逆浸透装置は透水性膜を備えている。一実施形態において、（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液は、前記透水性膜と接している前記逆浸透装置に渡され、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す。一実施形態において、前記濃縮リチウム溶出液はさらに、（ｄ）から（ｊ）にさらされる。
【００５４】
一実施形態において、前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている。
【００５５】
一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記晶析装置と流体連通している熱蒸発装置を設ける工程を含み、該熱蒸発装置は発熱体を備えている。一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している精製装置を設ける工程を含む。一実施形態において、（ｄ）の前に、前記リチウム溶出液を前記精製装置に渡すことで、精製リチウム濃縮物が作り出される。一実施形態において、前記精製リチウム濃縮物はさらに、（ｄ）から（ｊ）にさらされる。
【００５６】
一実施形態において、前記精製リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、または硝酸リチウムである。一実施形態において、前記リチウム塩は炭酸リチウムである。一実施形態において、前記リチウム塩は水酸化リチウムである。一実施形態において、前記精製リチウム塩は、固体、水溶液、またはスラリー状である。
【００５７】
一実施形態において、前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。
【００５８】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され；ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である。
【００５９】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子である。一実施形態において、前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む。一実施形態において、前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。一実施形態において、前記イオン交換材料は、粉末またはスラリー状である。一実施形態において、前記酸溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせから成る溶液である。
【００６０】
一実施形態において、前記イオン伝導膜は、陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜である。一実施形態において、前記陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜は、スルホン化テトラフロオルエチレンベースのフッ素ポリマーコポリマー、スルホン化テトラフロオルエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、それらのコポリマーまたは組み合わせを含む。一実施形態において、前記陰イオン伝導膜は、官能化ポリマー構造を含む。一実施形態において、前記ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物を含む。
【００６１】
一実施形態において、前記陽イオン伝導膜は、リチウムイオンの移動を可能にするが、陰イオン基の移動を妨げる。一実施形態において、前記イオン伝導膜の厚みは約１μｍ〜約１０００μｍである。一実施形態において、前記イオン伝導膜の厚みは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである。
【００６２】
一実施形態において、前記電極は、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、マグネシウム、二酸化チタン、それらの酸化物、またはそれらの組み合わせで構成される。一実施形態において、前記電極はさらに、白金、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、混合金属酸化物、グラフェン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせのコーティングを含む。一実施形態において、前記沈殿剤は炭酸塩またはリン酸塩である。一実施形態において、前記沈殿剤は炭酸ナトリウムである。
【００６３】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、水酸化ナトリウムを塩水に添加すると、イオン交換材料からプロトンが中和される、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通されている逆浸透装置を設ける工程であって、前記逆浸透装置は透水性膜を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を前記イオン交換装置から前記逆浸透装置へと渡す工程であって、それにより前記リチウム溶出液は前記透水性膜と接触し、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過することで、水および濃縮リチウム溶出液を作り出す、工程；ｆ）前記逆浸透装置と流体連通している熱蒸発装置を設ける工程であって、前記熱蒸発装置は発熱体を備えている、工程；ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記逆浸透装置から前記熱蒸発装置へと渡す工程であって、それによりさらなる濃縮リチウム溶出液を作り出す、工程；ｈ）前記熱蒸発装置と流体連通している精製装置を設ける工程；ｉ）前記さらなる濃縮リチウム溶出液を前記熱蒸発装置から前記精製装置へと渡す工程であって、それにより精製リチウム濃縮物を作り出す、工程；ｊ）前記精製装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記精製リチウム濃縮物に添加するように構成される、工程；ｋ）リチウム塩と残りの溶出液を沈殿させるために、前記精製リチウム濃縮物を前記沈殿剤で処理する工程；ｌ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｍ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｎ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｏ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程を含む。
【００６４】
一実施形態において、前記リチウムが豊富なイオン交換材料は、前記イオン交換装置中で処理される。一実施形態において、前記リチウム溶出液は、前記イオン交換装置中で作り出される。一実施形態において、（ｂ）の前に、前記イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料が作り出される。
【００６５】
一実施形態において、（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている前記水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する。一実施形態において、前記統合プロセスはさらに、前記酸溶液に加えて塩基により、前記リチウムが豊富なイオン交換材料を処理する工程を含む。一実施形態において、塩基はＣａ（ＯＨ）２またはＮａＯＨである。
【００６６】
一実施形態において、前記透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、スルホン化、カルボキシル化、リン酸化、またはそれらの組み合わせの代替的な官能基化を伴うポリマー、他のポリマー層、またはそれらの組み合わせを含む。
【００６７】
一実施形態において、前記透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている。一実施形態において、前記精製リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、または硝酸リチウムである。一実施形態において、前記リチウム塩は炭酸リチウムである。一実施形態において、前記リチウム塩は水酸化リチウムである。一実施形態において、前記精製リチウム塩は、固体、水溶液、またはスラリー状である。
【００６８】
一実施形態において、前記液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。
【００６９】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択される。
【００７０】
一実施形態において、前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む。一実施形態において、前記イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子である。一実施形態において、前記被覆イオン交換粒子はポリマーコーティングを含む。一実施形態において、前記被覆イオン交換粒子の前記ポリマーコーティングは、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。一実施形態において、前記イオン交換材料は、粉末またはスラリー状である。
【００７１】
一実施形態において、前記酸溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせから成る溶液である。
【００７２】
一実施形態において、前記イオン伝導膜は、陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜である。一実施形態において、前記陽イオン伝導膜または陰イオン伝導膜は、スルホン化テトラフロオルエチレンベースのフッ素ポリマーコポリマー、スルホン化テトラフロオルエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、それらのコポリマーまたは組み合わせを含む。一実施形態において、前記陰イオン伝導膜は、官能化ポリマー構造を含む。一実施形態において、前記ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物を含む。
【００７３】
一実施形態において、前記陽イオン伝導膜は、リチウムイオンの移動を可能にするが、陰イオン基の移動を妨げる。一実施形態において、前記イオン伝導膜の厚みは約１μｍ〜約１０００μｍである。一実施形態において、前記イオン伝導膜の厚みは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである。一実施形態において、前記電極は、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、マグネシウム、二酸化チタン、それらの酸化物、またはそれらの組み合わせで構成される。
【００７４】
一実施形態において、前記電極はさらに、白金、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、混合金属酸化物、グラフェン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせのコーティングを含む。一実施形態において、前記沈殿剤は炭酸塩またはリン酸塩である。一実施形態において、前記沈殿剤は炭酸ナトリウムである。
【００７５】
引用による組み込み
本明細書で言及される出願公開、特許、および特許出願は全て、あたかも個々の出願公開、特許、または特許出願がそれぞれ引用により組み込まれるように具体的かつ個々に指示されるかのごとく同じ程度にまで、引用により本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
本発明の新規な特徴は、とりわけ添付の特許請求の範囲と共に説明される。本発明の特徴と利点のより良い理解は、本発明の原理が用いられる実施形態を説明する以下の詳細な説明と、以下の添付図面とを参照することによって得られる。
【図１】イオン交換カラム、混合タンク、沈降タンク、および再循環タンクを備えた、再循環バッチシステムを示す。
【図２】イオン交換カラム、混合タンク、および再循環タンクを備えた、再循環バッチシステムを示す。
【図３】塩水回路、水洗洗浄回路、および酸回路を備えた、カラム交換システムを示す。
【図４】塩水回路、水洗洗浄回路、および酸再循環ループを備えた、カラム交換システムを示す。
【図５】イオン交換ビーズを保持するためのタンク、塩基混合タンク、および浸透性区画を備えた、撹拌タンクシステムを示す。
【図６】塩基を注入するためにカラムの長さに沿った複数のポートを伴うイオン交換カラムを備えた、ポート式イオン交換カラムシステムを示す。
【図７】化学沈殿を用いて、ＬｉＣｌを介して塩水からＬｉ２ＣＯ３を作り出すための統合システムを示す。
【図８】化学沈殿を用いて、Ｌｉ２ＳＯ４を介して塩水からＬｉ２ＣＯ３を作り出すための統合システムを示す。
【図９】膜電解を用いて、Ｌｉ２ＳＯ４を介して塩水からＬｉＯＨを作り出すための統合システムを示す。
【図１０】膜電解を用いて、ＬｉＣｌを介して塩水からＬｉＯＨを作り出すための統合システムを示す。
【図１１】蒸発を用いて、Ｌｉ２ＳＯ４を介して塩水からＬｉＣｌを作り出すための統合システムを示す。
【図１２】化学沈殿を用いて、Ｌｉ２ＳＯ４を介して塩水からＬｉ２ＣＯ３を作り出すための統合システムを示す。
【図１３】被覆イオン交換粒子を示す。
【図１４】多孔質イオン交換ビーズを示す。
【図１５】炭酸塩の母液からＨＣｌおよびＮａＯＨを電気透析再生（ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）することで炭酸リチウムを作り出すための統合システムを示す。
【図１６】炭酸塩の母液からＨ２ＳＯ４およびＮａＯＨを電気透析再生することで炭酸リチウムを作り出すための統合システムを示す。
【図１７】炭酸塩の母液からＨＣｌおよびＮａＯＨを電解再生することで炭酸リチウムを作り出すための統合システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
用語「リチウム」、「リチウムイオン」、および「Ｌｉ＋」は、本明細書で互換的に使用されるものであり、特定の但し書きがない限りは同義語である。用語「水素」、「水素イオン」、「プロトン」、および「Ｈ＋」は、本明細書で互換的に使用されるものであり、特定の但し書きがない限りは同義語である。
【００７８】
リチウムは、バッテリーなどの技術製品に必要とされる要素である。天然塩水や合成塩水、および鉱物や再資源製品由来の浸出溶液を含む、様々な液体資源に、リチウムを見出すことができる。リチウムは随意に、無機イオン交換材料に基づくイオン交換プロセスを用いて前記液体資源から抽出可能である。このような無機イオン交換材料は、水素を放出しながら液体資源からリチウムを吸収し、次いで、水素を吸収しながら酸の中のリチウムイオンを溶出する。このイオン交換プロセスを随意に繰り返して、液体資源からリチウムを抽出し、かつ濃縮リチウムイオン溶液を産出することができる。バッテリー産業などの産業に用いるために、濃縮リチウムイオン溶液を随意に化学品へとさらに処理することができる。
【００７９】
イオン交換材料は随意にビーズへと形成され、該ビーズは随意に、リチウム抽出のためにイオン交換カラム、撹拌槽型反応器などの反応器、または反応器システムへと充填される。塩水、酸、および他の溶液の交液流は随意に、イオン交換カラム、反応器、または反応器システムを通ることで塩水からリチウムを抽出し、リチウム濃縮物を作り出す。この濃縮物は酸を用いてカラムから溶出される。塩水がイオン交換カラム、反応器、または反応器システムを通って流れると、イオン交換材料はリチウムを吸収しながら水素を放出する。そこではリチウムと水素は共に陽イオンである。塩水のｐＨが随意に、熱力学的に好ましいリチウム吸収と、それに付随する水素放出を促すのに適切な範囲に維持されなければ、リチウム吸収中の水素放出により塩水は酸性化され、リチウム吸収が制限されてしまう。一実施形態において、液体資源のｐＨは、液体資源へとイオン交換材料から放出される中和プロトンへの塩基の添加を介して、設定値付近で維持される。
【００８０】
塩水ｐＨを調節し、かつイオン交換カラム中のリチウム吸収に適した範囲にｐＨを維持するために、ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＯ、ＫＯＨ、またはＮＨ３などの塩基が随意に、固体、水溶液、または他の形態として塩水に添加される。Ｍｇ、Ｃａ  Ｓｒ、またはＢａなどの二価イオンを含有する塩水では、塩水への塩基の添加により、Ｍｇ（ＯＨ）２またはＣａ（ＯＨ）２などの固体の沈殿が生じる場合があり、これによりイオン交換反応に関する問題が生じるおそれがある。これら沈殿物により、少なくとも３つの問題が生じる。まず、沈殿により溶液から塩基を取り除くことができるが、プロトンを中和し、かつイオン交換カラム中でのリチウム吸収に適切な範囲にｐＨを維持するのに利用可能な塩基は溶液中にほとんど残らない。次に、塩基添加により形成される沈殿物はイオン交換カラムを詰まらせる場合があり、具体的には、イオン交換ビーズの表面や穴、そしてイオン交換ビーズ間の空隙を詰まらせてしまう。この詰まりが、リチウムのビーズへの進入、かつイオン交換材料による吸収を妨げるおそれがあり、さらに、カラム中の大規模な圧力水頭を生じかねない。最後に、カラムの中の沈殿物は酸溶出中に溶けてしまい、それにより、イオン交換システムが作り出したリチウム濃縮物は汚染されてしまう。イオン交換ビーズが塩水からリチウムを吸収するために、塩水に理想的なｐＨ範囲は随意に、５〜７、好ましくは随意に４〜８、そして許容可能なｐＨ範囲は随意に１〜９である。一実施形態において、塩水のｐＨ範囲は随意に、約１〜約１４、約２〜約１３、約３〜約１２、約４〜約１２、約４．５〜約１１、約５〜約１０、約５〜約９、約２〜約５、約２〜約４、約２〜約３、約３〜約８、約３〜約７、約３〜約６、約３〜約５、約３〜約４、約４〜約１０、約４〜約９、約４〜約８、約４〜約７、約４〜約６、約４〜約５、約５〜約６、約５〜約７、約５〜約８、約６〜約７、約６〜約８、または約７〜約８である。
【００８１】
リチウムの抽出、精製、変換のための統合システム
本明細書に記載される本発明の一態様は、化学的入力の効果的な利用を可能にする形態でのリチウムの抽出、精製、および変換のための統合システムである。該統合システムの機能としては、イオン交換システムを用いて液体資源からリチウムイオンを抽出すること、イオン交換システムからリチウム溶出溶液を作り出すこと、リチウム溶出溶液を随意に濃縮および／または精製することで精製リチウム濃縮物を形成すること、および、リチウム溶出溶液または精製リチウム濃縮物を精製溶液または材料へと変換することである。統合システムは、酸試薬および／または塩基試薬用にループを再利用することを含む。
【００８２】
本明細書に記載される本発明の一態様は、化学的入力の効果的な利用を可能にする形態でリチウムの抽出、精製、および変換を行うための統合化学施設である。該統合化学施設の機能としては、イオン交換システムを用いて液体資源からリチウムイオンを抽出すること、イオン交換システムからリチウム溶出溶液を作り出すこと、リチウム溶出溶液を随意に濃縮および／または精製することで精製リチウム濃縮物を形成すること、および、リチウム溶出溶液または精製リチウムリチウム濃縮物を精製溶液または材料へと変換することである。統合化学施設は、酸試薬および／または塩基試薬用にループを再利用することを含む。
【００８３】
本明細書に記載される本発明の一態様は、リチウムリソースからのリチウムイオンの抽出、およびリチウムイオンから精製リチウム化学品への変換を行うための統合システムであり、該統合システムは、ａ）イオン交換材料；ｂ）選択的リチウム吸収用のイオン交換システムであって、該システム中の液体資源のｐＨを上げるためのｐＨ調節機構を備えており、酸を用いてリチウム塩溶液を溶出する、イオン交換システム；ｃ）精製リチウム化学品を形成するためにリチウム塩溶液を処理するための１つ以上の処理システム；およびｄ）酸を再利用するための１つ以上の再利用および／または再生ループを備えている。本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム濃縮物を生成するための統合システムであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置であって、イオン交換装置により、（ｉ）イオン交換材料は液体資源に接触することでリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出すことができ；および（ｉｉ）リチウムが豊富なイオン交換材料を酸性化溶液で処理することができる、イオン交換装置；ｂ）膜セルであって、（ｉ）電気化学還元電極を含む第１の区画、（ｉｉ）電気化学酸化電極を含む第２の区画、および（ｉｉｉ）少なくとも第１の区画と第２の区画とを分けるイオン伝導膜を備えている、膜セル；およびｃ）膜セルからイオン交換装置へと酸性化溶液を運搬可能な再利用ループを備えており、前記イオン交換装置、前記膜セル、および前記再利用システムは流体連通している。
【００８４】
一実施形態において、統合システムはさらに、イオン交換装置および膜セルと流体連通される逆浸透装置を備え、該逆浸透装置は透水性膜を備えている。一実施形態において、透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、または他のポリマー層を含む。一実施形態において、透水性膜は、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、または、スルホン化、カルボキシル化、またはリン酸化などの代替的な官能化を伴う他のポリマー、または他のポリマーの層を含む。一実施形態において、透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている。一実施形態において、統合システムはさらに、イオン交換装置および膜セルと流体連通している熱蒸発装置を備え、該熱蒸発装置は発熱体を備えている。一実施形態において、統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している精製装置を備えている。一実施形態において、統合システムはさらに、膜セルと流体連通している晶析装置を備えている。
【００８５】
一実施形態において、液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。一実施形態において、イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、Ａｌ（ＯＨ）３、ＬｉＣｌ．ｘＡｌ（ＯＨ）３．ｙＨ２Ｏ、ＳｎＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、ＴｉＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され；ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である。
【００８６】
一実施形態において、イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む。さらなる態様において、被覆材料はポリマーを含む。一実施形態において、被覆材料は、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【００８７】
さらなる態様において、被覆材料は、コポリマー、ブロックコポリマー、線状ポリマー、分岐ポリマー、架橋ポリマー、熱処理したポリマー、溶液で処理したポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【００８８】
さらなる態様において、被覆材料は、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あらゆるポリアミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリブタジエン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・テトラフロオルエチレンポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、フッ化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロ化エラストマー、クロロトリフルオロエチレンビニリデンフッ化物（ＦＫＭ）、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ）、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレン−ブロック−ポリ（エチレングリコール）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリジビニルベンゼン、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【００８９】
さらなる態様において、被覆材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ））、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド、スルホン化ポリマー、カルボキシル化ポリマー、他のポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【００９０】
一実施形態において、イオン交換材料は、多孔質イオン交換材料である。一実施形態において、イオン交換材料は、多孔質ビーズの形態である。一実施形態において、イオン交換材料は、粉末状である。一実施形態において、酸溶液は、Ｈ２ＳＯ４またはＨＣｌの溶液である。
【００９１】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合システムであって、該統合システムは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置であって、イオン交換材料により、（ｉ）イオン交換材料は液体資源に接触することでリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出すことができ；および（ｉｉ）リチウムが豊富なイオン交換材料を酸性化溶液で処理することで、残留酸を含むリチウム溶出溶液を作り出すことができる、イオン交換装置；ｂ）酸回収装置であって、残留酸がリチウム溶出溶液から回収されることで、回収された酸を前記イオン交換装置へと再利用することができる、酸回収装置；およびｃ）化学沈殿装置を備えている。
【００９２】
一実施形態において、統合システムはさらに、イオン交換装置および化学沈殿装置と流体連通している逆浸透装置を備え、該逆浸透装置は透水性膜を備えている。一実施形態において、透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、または他のポリマー層を含む。一実施形態において、透水性膜は、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、または、スルホン化、カルボキシル化、またはリン酸化などの代替的な官能化を伴う他のポリマー、または他のポリマーの層を含む。一実施形態において、透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている。一実施形態において、統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している熱蒸発装置を備え、該熱蒸発装置は発熱体を備えている。一実施形態において、統合システムはさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している精製装置を備えている。一実施形態において、統合システムはさらに、前記膜セルと流体連通している晶析装置を備えている。一実施形態において、液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。一実施形態において、イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、Ａｌ（ＯＨ）３、ＬｉＣｌ．ｘＡｌ（ＯＨ）３．ｙＨ２Ｏ、ＳｎＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、ＴｉＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され；ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である。一実施形態において、イオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む。さらなる態様において、被覆材料はポリマーを含む。一実施形態において、被覆材料は、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【００９３】
さらなる態様において、被覆材料は、コポリマー、ブロックコポリマー、線状ポリマー、分岐ポリマー、架橋ポリマー、熱処理したポリマー、溶液で処理したポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【００９４】
さらなる態様において、被覆材料は、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あらゆるポリアミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリブタジエン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・テトラフロオルエチレンポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、フッ化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロ化エラストマー、クロロトリフルオロエチレンビニリデンフッ化物（ＦＫＭ）、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ）、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレン−ブロック−ポリ（エチレングリコール）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリジビニルベンゼン、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【００９５】
さらなる態様において、被覆材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ））、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド、スルホン化ポリマー、カルボキシル化ポリマー、他のポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【００９６】
一実施形態において、イオン交換材料は、多孔質イオン交換材料である。一実施形態において、イオン交換材料は、多孔質ビーズの形態である。一実施形態において、イオン交換材料は、粉末状である。一実施形態において、酸溶液は、Ｈ２ＳＯ４またはＨＣｌの溶液である。
【００９７】
本明細書に記載される本発明の一態様は、リチウムの抽出、精製、および変換のための統合システムであって、該統合システムは、ａ）イオン交換材料；ｂ）１つ以上のイオン交換システムであって、イオン交換材料を組み込んでおり、液体資源からリチウムイオンを抽出し、かつリチウムイオンをリチウム溶出液へと溶出するように機能する、１つ以上のイオン交換システム；ｃ）リチウム濃縮物、精製リチウム溶出液、または精製リチウム濃縮物を形成するために、リチウム溶出液の濃縮および／または精製を行うための随意に１つ以上の機構；およびｄ）１つ以上の精製リチウム溶液または化合物を形成するために、リチウム濃縮物、精製リチウム溶出液、または精製リチウム濃縮物の変換を行うための随意に１つ以上の設定を含む。一実施形態において、酸および塩基を含む試薬を再利用かつ再生することで、統合システムの効率を改善する。
【００９８】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器（ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｅｅｄｅｒ）、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置（ｈｅａｔｅｄ  ｇａｓ  ｓｅａｌｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒ）、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【００９９】
一実施形態において、リチウム塩溶液は塩化リチウム溶液であり、酸は塩酸である。一実施形態において、リチウム塩溶液は硫酸リチウム溶液であり、酸は硫酸である。一実施形態において、精製リチウム化学品は炭酸リチウムである。一実施形態において、精製リチウム化学品は水酸化リチウムである。一実施形態において、精製リチウム化学品は塩化リチウムである。一実施形態において、精製リチウム化学品は硫酸リチウムである。一実施形態において、精製リチウム化学品はリン酸リチウムである。一実施形態において、精製リチウム化学品はリチウム金属である。一実施形態において、精製リチウム化学品は固体である。一実施形態において、精製リチウム化学品は水溶液またはスラリー中にある。一実施形態において、酸は塩酸であり、リチウム塩溶液は未反応ＨＣｌを含有する塩化リチウム溶液であり、未反応ＨＣｌは再生され、イオン交換システムへと再利用される。一実施形態において、ＨＣｌは蒸留を介して再生される。一実施形態において、ＨＣｌは膜蒸留を介して再生される。
【０１００】
残りの溶出液を分割するためのシステム
本明細書に記載される本発明の一態様は、リチウムの抽出、精製、および精製形態への変換のためのシステムである。該システムの機能として、イオン交換を用いては液体資源からリチウムイオンを抽出し、リチウム溶出液を作り出し、リチウム溶出液を処理することでリチウム塩と残りの溶出液を沈殿させ、さらに、残りの溶出液を処理することで、リチウム抽出プロセスに戻って再利用可能な酸性化溶液と塩基溶液とを作り出すことができる。
【０１０１】
一実施形態において、前記システムは、選択的なリチウム抽出用のイオン交換システムを備えている。一実施形態において、イオン交換システムにより、酸と塩基を用いてリチウムの放出と吸収を誘導するリチウム溶液が産生される。一実施形態において、前記システムは、リチウム濃縮物を作り出すためのリチウム溶液の濃縮、中和、および精製用のシステムである。一実施形態において、前記システムは、ナトリウム溶液を産生するための炭酸ナトリウムの添加によるリチウム濃縮物からのリチウムの沈殿用のシステムである。一実施形態において、前記システムは、ナトリウム溶液からリチウムイオンを再生する。一実施形態において、前記システムは、酸性化ナトリウム溶液または塩基性化溶液を変換する。
【０１０２】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスである。一例において、液体資源を本明細書に記載されるイオン交換プロセスにさらすと、リチウム溶出液が作り出される。リチウム溶出液は電気分解にさらされると、酸性化溶液およびリチウム塩溶液をもたらすことができる。次いで、リチウム塩溶液を結晶化することで精製リチウム塩を作り出すことができ、酸性化溶液はイオン交換プロセスへと戻って再利用することができる。
【０１０３】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）ｐＨ調節を用いて前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置中にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、前記ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｆ）前記電気化学セル中の前記リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；ｇ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を結晶化する工程；およびｈ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１０４】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１０５】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している逆浸透装置を設ける工程であって、前記逆浸透装置は透水性膜を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を、前記透水性膜と接している前記逆浸透装置に通す工程であって、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す、工程；ｆ）前記逆浸透装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｈ）前記電気化学セル中の前記濃縮リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記濃縮リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；ｉ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を結晶化する工程；およびｊ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１０６】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１０７】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している熱蒸発装置を設ける工程であって、前記熱蒸発装置は発熱体を備えている、工程；ｅ）濃縮リチウム濃縮物を作り出すために前記リチウム溶出液を前記熱蒸発装置に通す工程；ｆ）前記熱蒸発装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｈ）前記電気化学セル中の前記濃縮リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；ｉ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を結晶化する工程；およびｊ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１０８】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１０９】
本明細書に提供される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している精製装置を設ける工程；ｅ）精製リチウム濃縮物を作り出すために前記リチウム溶出液を前記精製装置に渡す工程；ｆ）前記イオン交換装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；ｇ）前記精製リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｈ）前記電気化学セル中の前記精製リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；ｈ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を結晶化する工程；およびｉ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１１０】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１１１】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｆ）前記電気化学セル中の前記リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；ｇ）前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している晶析装置を設ける工程；ｈ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を前記晶析装置へと結晶化する工程；およびｉ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１１２】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１１３】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）ｐＨ調節を用いて前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置中にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、前記ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している逆浸透装置を設ける工程であって、前記逆浸透装置は透水性膜を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を、前記透水性膜と接している前記逆浸透装置に通す工程であって、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す、工程；ｆ）前記イオン交換装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｈ）前記電気化学セル中の前記濃縮リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；ｉ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を結晶化する工程；およびｊ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１１４】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１１５】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）ｐＨ調節を用いて前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置中にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、前記ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している熱蒸発装置を設ける工程であって、前記熱蒸発装置は発熱体を備えている、工程；ｅ）濃縮リチウム濃縮物を作り出すために前記リチウム溶出液を前記熱蒸発装置に通す工程；ｆ）前記イオン交換装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｈ）前記電気化学セル中の前記濃縮リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；ｉ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を結晶化する工程；およびｊ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１１６】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１１７】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）ｐＨ調節を用いて前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置中にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、前記ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している精製装置を設ける工程；ｅ）精製リチウム濃縮物を作り出すために前記リチウム溶出液を前記精製装置に渡す工程；ｆ）前記イオン交換装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；ｇ）前記精製リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｈ）前記電気化学セル中の前記精製リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；ｉ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を結晶化する工程；およびｊ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１１８】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１１９】
本明細書に記載される一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）ｐＨ調節を用いて前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置中にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、前記ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、前記電気化学セルは、（ｉ）電気化学還元電極である第１の電極、（ｉｉ）電気化学酸化電極である第２の電極、および（ｉｉｉ）前記第１の電極と前記第２の電極とを分けるイオン伝導溶液を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｆ）前記電気化学セル中の前記リチウム溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液およびリチウム塩溶液を作り出す、工程；ｇ）前記イオン交換装置および前記電気化学セルと流体連通している晶析装置を設ける工程；ｈ）前記精製リチウム塩を形成するために前記リチウム塩溶液を結晶化する工程；およびｉ）前記酸性化溶液を前記電気化学セルから（ｃ）の前記イオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１２０】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１２１】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスである。一例において、液体資源を本明細書に記載されるイオン交換プロセスにさらすと、リチウム溶出液が作り出される。次いでリチウム溶出液を処理することで、リチウム塩および残りの溶出液を沈殿することができる。次いで、残りの溶出液は電気分解にさらされると、酸性化溶液および塩基性化溶液をもたらすことができる。次いで、酸性化溶液と塩基性化溶液を、前記システムのイオン交換プロセスに戻して再利用することができる。
【０１２２】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記リチウム溶出液に添加するように構成される、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を前記晶析装置に渡す工程；ｆ）リチウム塩および残りの溶出液を沈殿させるために、沈殿剤により前記晶析装置中の前記リチウム溶出液を処理する工程；ｇ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｈ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｉ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｊ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程を含む。
【０１２３】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１２４】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）ｐＨ調節中に前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置中にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、前記ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記リチウム溶出液に添加するように構成される、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を前記晶析装置に渡す工程；ｆ）リチウム塩および残りの溶出液を沈殿させるために、沈殿剤により前記晶析装置中の前記リチウム溶出液を処理する工程；ｇ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｈ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｉ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｊ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程を含む。
【０１２５】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１２６】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置および前記晶析装置と流体連通している逆浸透装置を設ける工程であって、前記逆浸透装置は透水性膜を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を、前記透水性膜と接している前記逆浸透装置に通す工程であって、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す、工程；ｆ）前記逆浸透装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記リチウム溶出液に添加するように構成される、工程；ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記晶析装置に渡す工程；ｈ）リチウム塩および残りの溶出液を沈殿させるために、沈殿剤により前記晶析装置中の前記濃縮リチウム溶出液を処理する工程；ｉ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｊ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｋ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｌ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程。
【０１２７】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１２８】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している熱蒸発装置を設ける工程であって、前記熱蒸発装置は発熱体を備えている、工程；ｅ）濃縮リチウム溶離液を作り出すために前記リチウム溶出液を前記熱蒸発装置に渡す工程；ｆ）前記イオン交換装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記リチウム溶出液に添加するように構成される、工程；ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記晶析装置に渡す工程；ｈ）リチウム塩および残りの溶出液を沈殿させるために、沈殿剤により前記晶析装置中の前記濃縮リチウム溶出液を処理する工程；ｉ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｊ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｋ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｌ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程を含む。
【０１２９】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１３０】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している精製装置を設ける工程；ｅ）精製リチウム濃縮物を作り出すために前記リチウム溶出液を前記イオン交換装置から前記精製装置へと渡す工程；ｆ）前記イオン交換装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記リチウム溶出液に添加するように構成される、工程；ｇ）前記精製リチウム溶出液を前記晶析装置に渡す工程；ｈ）リチウム塩および残りの溶出液を沈殿させるために、沈殿剤により前記晶析装置中の前記精製リチウム溶出液を処理する工程；ｉ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｊ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｋ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｌ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程を含む。
【０１３１】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１３２】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）ｐＨ調節中に前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置中にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、前記ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置および前記晶析装置と流体連通している逆浸透装置を設ける工程であって、前記逆浸透装置は透水性膜を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を、前記透水性膜と接している前記逆浸透装置に通す工程であって、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す、工程；ｆ）前記逆浸透装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記リチウム溶出液に添加するように構成される、工程；ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記晶析装置に渡す工程；ｈ）リチウム塩および残りの溶出液を沈殿させるために、沈殿剤により前記晶析装置中の前記濃縮リチウム溶出液を処理する工程；ｉ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｊ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｋ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｌ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程を含む。
【０１３３】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると、精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される炭酸水素リチウム溶液を作り出す。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１３４】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）ｐＨ調節中に前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置中にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、前記ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している熱蒸発装置を設ける工程であって、前記熱蒸発装置は発熱体を備えている、工程；ｅ）濃縮リチウム溶離液を作り出すために前記リチウム溶出液を前記熱蒸発装置に渡す工程；ｆ）前記イオン交換装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記リチウム溶出液に添加するように構成される、工程；ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記晶析装置に渡す工程；ｈ）リチウム塩および残りの溶出液を沈殿させるために、沈殿剤により前記晶析装置中の前記濃縮リチウム溶出液を処理する工程；ｉ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｊ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｋ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｌ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程を含む。
【０１３５】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１３６】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）ｐＨ調節中に前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置中にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、前記ｐＨ調節は、前記液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通している精製装置を設ける工程；ｅ）精製リチウム濃縮物を作り出すために前記リチウム溶出液を前記イオン交換装置から前記精製装置へと渡す工程；ｆ）前記イオン交換装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記リチウム溶出液に添加するように構成される、工程；ｇ）前記精製リチウム溶出液を前記晶析装置に渡す工程；ｈ）リチウム塩および残りの溶出液を沈殿させるために、沈殿剤により前記晶析装置中の前記精製リチウム溶出液を処理する工程；ｉ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｊ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｋ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｌ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程を含む。
【０１３７】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１３８】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスである。一例において、液体資源を本明細書に記載されるイオン交換プロセスにさらすと、リチウム溶出液が作り出される。次いでリチウムは、少なくとも１回濃縮され、かつ他の選択された金属イオンから精製することができる。精製リチウム濃縮物を処理することで、リチウム塩および残りの溶出液を沈殿することができる。次いで、残りの溶出液を電気分解にさらすことで酸性化溶液および塩基性化溶液が作り出され、これらは後に、イオン交換プロセスに戻って再利用される場合がある。
【０１３９】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を作り出すための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）前記イオン交換装置中の前記イオン交換材料を前記液体資源と接触させる工程であって、前記イオン交換材料の水素イオンは、前記液体資源のリチウムイオンと交換されることで、前記イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、水酸化ナトリウムを塩水に添加すると、イオン交換材料からプロトンが中和される、工程；ｃ）前記イオン交換装置中の前記リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、前記リチウムが豊富なイオン交換材料の前記リチウムイオンは、前記酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）前記イオン交換装置と流体連通されている逆浸透装置を設ける工程であって、前記逆浸透装置は透水性膜を備えている、工程；ｅ）前記リチウム溶出液を前記イオン交換装置から前記逆浸透装置へと渡す工程であって、それにより前記リチウム溶出液は前記透水性膜と接触し、前記リチウム溶出液の水分子は前記透水性膜を通過することで、水および濃縮リチウム溶出液を作り出す、工程；ｆ）前記逆浸透装置と流体連通している熱蒸発装置を設ける工程であって、前記熱蒸発装置は発熱体を備えている、工程；ｇ）前記濃縮リチウム溶出液を前記逆浸透装置から前記熱蒸発装置へと渡す工程であって、それによりさらなる濃縮リチウム溶出液を作り出す、工程；ｈ）前記熱蒸発装置と流体連通している精製装置を設ける工程；ｉ）前記さらなる濃縮リチウム溶出液を前記熱蒸発装置から前記精製装置へと渡す工程であって、それにより精製リチウム濃縮物を作り出す、工程；ｊ）前記精製装置と流体連通している晶析装置を設ける工程であって、該晶析装置は沈殿剤を前記精製リチウム濃縮物に添加するように構成される、工程；ｋ）リチウム塩と残りの溶出液を沈殿させるために、前記精製リチウム濃縮物を前記沈殿剤で処理する工程；ｌ）前記晶析装置と流体連通している電気化学セルを設ける工程であって、該電気化学セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｍ）前記残りの溶出液を前記電気化学セルに渡す工程；ｎ）前記電気化学セル中の前記残りの溶出液を電流にさらす工程であって、前記電流は、前記残りの溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および塩基性化溶液を作り出す、工程；およびｏ）前記酸性化溶液および前記塩基性化溶液を、前記電気化学セルから、（ａ）〜（ｃ）の前記イオン交換装置のいずれか１つに戻して再利用する工程を含む。
【０１４０】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１４１】
本明細書に記載される本発明の一態様は、炭酸リチウムを作り出す方法であって、該方法は、塩基を塩水に添加してプロトンを中和させながらリチウムを吸収し、かつプロトンを放出するために、リチウム選択イオン交換媒体を塩水に接触させる工程、媒体から残りの塩水を取り除くために前記リチウム選択イオン交換媒体を水と接触させる工程、リチウムイオンを放出し、かつリチウム溶液を作り出す間に、プロトンを吸収するために前記リチウム選択イオン交換媒体を酸と接触させる工程、リチウム溶液を精製かつ濃縮する工程、炭酸ナトリウムの添加によりナトリウム溶液を産生することにより炭酸リチウムとしてリチウムを沈殿させる工程、ナトリウム溶液からリチウムを随意に回収する工程、ナトリウム溶液を酸および塩基に変換する工程、リチウム選択イオン交換媒体からリチウムを溶出するために酸を再利用する工程、およびリチウム選択イオン交換媒体から塩水へと放出されたプロトンを中和するために塩基を再利用する工程を含む。一実施形態において、リチウム濃縮物を作り出すためにリチウム溶液の濃縮、中和、および精製のためのシステム、炭酸ナトリウムの添加によりナトリウム溶液を産生することによりリチウム濃縮物からリチウムを沈殿させるためのシステム、随意に、ナトリウム溶液からリチウムを回収するためのシステム、およびナトリウム溶液を酸および塩基へと変換するためのシステムが存在する。
【０１４２】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１４３】
いくつかの実施形態において、リチウム抽出システムを用いてリチウムは塩水から抽出され、リチウム溶液は、イオン交換カラム、撹拌タンク反応器、または他の反応器システムにおいてイオン交換ビーズ、粒子、材料、または他の媒体から溶出され、リチウム溶液を随意に濃縮し、ｐＨ中和し、かつ精製することで、Ｍｇ、Ｃａ  Ｓｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、および／またはＢなどの種が取り除かれ、および、リチウム溶液を炭酸ナトリウムおよび／または水酸化ナトリウムで処理することで、炭酸リチウムが沈殿し、一方で低レベルのＭｇ、Ｃａ、および他の不純物を含むナトリウム溶液が残る。このナトリウム溶液をリチウム抽出システムで処理することで、ナトリウム溶液からリチウムを回収することができる。そうしてナトリウム溶液を酸および塩基に変換することができ、これらをリチウム抽出システム中で試薬として再使用することができる。
【０１４４】
いくつかの実施形態において、硫黄または塩酸を使用して、硫酸リチウムまたは塩化リチウムを作り出すリチウム抽出系からリチウムを溶出する。いくつかの実施形態において、硫酸リチウムまたは塩化リチウムを炭酸ナトリウムと共に試薬として添加すると、炭酸リチウム沈殿物、および硫酸ナトリウムまたは塩化ナトリウムを含む母液が産生される。いくつかの実施形態において、硫酸ナトリウムまたは塩化ナトリウムを含む母液は、電気透析、電気分解、または他の方法を用いて酸および塩基へと変換される。いくつかの実施形態において、水酸化ナトリウム塩基が母液から作り出される。いくつかの実施形態において、母液から作り出された水酸化ナトリウム塩基を使用して、塩水からのリチウム吸収中にプロトンを中和する。いくつかの実施形態において、母液から作り出された水酸化ナトリウム塩基は、統合リチウム抽出システムにおいて、ｐＨ補正、イオン交換、精製、または他の目的のために使用される。いくつかの実施形態において、硫黄または塩酸が母液から作り出される。いくつかの実施形態において、母液から作り出された硫黄または塩酸をリチウム抽出システムに使用して、イオン交換媒体からリチウムを溶出する。いくつかの実施形態において、酸および／または塩基は、リチウム抽出に関連する、または関連しない目的のために、現地で、または現地外で使用される。
【０１４５】
いくつかの実施形態において、リチウム溶液を炭酸ナトリウムで処理することで、炭酸リチウムが沈殿し、残りの炭酸塩の種を含有するナトリウム溶液が産生される。いくつかの実施形態において、それらの炭酸塩の種は、ナトリウム溶液を、ナトリウム溶液のｐＨを下げるリチウム抽出システムに通すことにより二酸化炭素（ｃａｒｂｏｎａｔｅ  ｄｉｏｘｉｄｅ）に変換され、それによって炭酸塩陰イオンが二酸化炭素に変換される。いくつかの実施形態において、炭酸リチウムは、炭酸ナトリウム塩や溶液、または他の炭酸塩や溶液の添加により沈殿される。いくつかの実施形態において、塩酸または硫酸は、塩分解の前に炭酸塩含有リチウム溶液に添加される。いくつかの実施形態において、炭酸塩は、炭酸リチウム沈殿の後、かつ塩分解の前に、ナトリウム溶液から取り除かれる。
【０１４６】
本明細書に記載されるプロセスは、母液の電気分解から利益を得ることができる。一実施形態において、再生された酸および塩基は、リチウム抽出装置に使用される。これにより炭酸リチウムの生産が可能となり、一方で大量の酸溶液および塩基性液を供給する必要がなくなる。また、母液を廃棄する必要もなくなる場合がある。これらによって、本明細書に記載されるプロセスを用いた低コストでのリチウム生産が可能となる。
【０１４７】
一態様において、本開示は、液体資源から水酸化リチウム粉末を作り出すための統合プロセスを提供し、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）イオン交換装置中のイオン交換材料を液体資源と接触させる工程であって、イオン交換材料の水素イオンは、液体資源のリチウムイオンと交換されることで、イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、リチウムが豊富なイオン交換材料のリチウムイオンは、酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）イオン交換装置と流体連通している膜セルを設ける工程であって、膜セルは、（ｉ）電気化学還元電極を含む第１の区画、（ｉｉ）電気化学酸化電極を含む第２の区画、および（ｉｉｉ）第１の区画と第２の区画とを分けるイオン伝導膜を備えている、工程；ｅ）リチウム溶出液を膜セルに渡す工程；ｆ）膜セル中のリチウム溶出液を電流にさらす工程であって、電流は、リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および水酸化リチウム溶液を作り出す、工程；ｇ）水酸化リチウム粉末を形成するために水酸化リチウム溶液を結晶化する工程；およびｈ）酸性化溶液を膜セルから（ｃ）のイオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１４８】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１４９】
一態様において、本開示は、液体資源から水酸化リチウム粉末を作り出すための統合プロセスを提供し、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）イオン交換装置中のイオン交換材料を液体資源と接触させる工程であって、イオン交換材料の水素イオンは、液体資源のリチウムイオンと交換されることで、イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、リチウムが豊富なイオン交換材料のリチウムイオンは、酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）イオン交換装置と流体連通している電解セルを設ける工程であって、該電解セルは、（ｉ）第１の電気化学還元電極および（ｉｉ）第２の電気化学酸化電極を備えている、工程；ｅ）リチウム溶出液を膜セルに渡す工程；ｆ）膜セル中のリチウム溶出液を電流にさらす工程であって、電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および水酸化リチウム溶液を作り出す、工程；ｇ）水酸化リチウム粉末を形成するために水酸化リチウム溶液を結晶化する工程；およびｈ）酸性化溶液を膜セルから（ｃ）のイオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１５０】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１５１】
一態様において、本開示は、液体資源から炭酸リチウム粉末を作り出すための統合プロセスを提供し、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）イオン交換装置中のイオン交換材料を液体資源と接触させる工程であって、イオン交換材料の水素イオンは、液体資源のリチウムイオンと交換されることで、イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、水酸化ナトリウムを塩水に添加すると、イオン交換材料からプロトンが中和される、工程；ｃ）リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、リチウムが豊富なイオン交換材料のリチウムイオンは、酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）リチウム濃縮溶液を作り出すためにリチウム溶出溶液から水を取り除く工程；ｅ）精製リチウム溶液を作り出すためにリチウム濃縮溶液を精製する工程；ｆ）炭酸リチウム生成物を沈殿させ、かつナトリウム副産物溶液を作り出すために、前記精製リチウム溶液を炭酸ナトリウム溶液と反応させる工程；ｇ）ナトリウム副産物溶液を電気化学セルに渡す工程；ｈ）電気化学セル中のナトリウム副産物溶液を電流にさらす工程であって、電流は、ナトリウム副産物溶液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および水酸化ナトリウム溶液を作り出す、工程；ｉ）水酸化ナトリウム溶液を電気化学セルから（ｂ）のイオン交換装置に戻して再利用する工程；およびｊ）酸性化溶液を電気化学セルから（ｃ）のイオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１５２】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１５３】
一態様において、本開示は、液体資源からリン酸リチウム粉末を作り出すための統合プロセスを提供し、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）イオン交換装置中のイオン交換材料を液体資源と接触させる工程であって、イオン交換材料の水素イオンは、液体資源のリチウムイオンと交換されることで、イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出し、水酸化ナトリウムを塩水に添加すると、イオン交換材料からプロトンが中和される、工程；ｃ）リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、リチウムが豊富なイオン交換材料のリチウムイオンは、酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）リチウム濃縮溶液を作り出すためにリチウム溶出溶液から水を取り除く工程；ｅ）精製リチウム溶液を作り出すためにリチウム濃縮溶液を精製する工程；ｆ）リン酸リチウム生成物を沈殿させ、かつナトリウム副産物溶液を作り出すために、前記精製リチウム溶液をリン酸塩溶液と反応させる工程；ｇ）ナトリウム副産物溶液を電気化学セルに渡す工程；ｈ）電気化学セル中のナトリウム副産物溶液を電流にさらす工程であって、電流は、ナトリウム副産物溶液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および水酸化ナトリウム溶液を作り出す、工程；ｉ）水酸化ナトリウム溶液を電気化学セルから（ｂ）のイオン交換装置に戻して再利用する工程；およびｊ）酸性化溶液を電気化学セルから（ｃ）のイオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１５４】
一実施形態において、イオン交換装置中のイオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、Ａｌ（ＯＨ）３、ＬｉＣｌ．ｘＡｌ（ＯＨ）３．ｙＨ２Ｏ、ＳｎＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、ＴｉＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから成る群から選択され；ここで、ｘは０．１−１０であり、ｙは０．１−１０である。一実施形態において、イオン交換装置中の前記イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、またはＬｉ２ＣｕＰ２Ｏ７から成る群から選択される。
【０１５５】
一実施形態において、イオン交換装置中のイオン交換材料は、被覆イオン交換粒子、非被覆イオン交換粒子、またはそれらの組み合わせを含む。さらなる態様において、被覆材料はポリマーを含む。一実施形態において、被覆材料は、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【０１５６】
さらなる態様において、被覆材料は、コポリマー、ブロックコポリマー、線状ポリマー、分岐ポリマー、架橋ポリマー、熱処理したポリマー、溶液で処理したポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【０１５７】
さらなる態様において、被覆材料は、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あらゆるポリアミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリブタジエン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・テトラフロオルエチレンポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、フッ化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロ化エラストマー、クロロトリフルオロエチレンビニリデンフッ化物（ＦＫＭ）、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ）、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレン−ブロック−ポリ（エチレングリコール）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリジビニルベンゼン、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【０１５８】
さらなる態様において、被覆材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ））、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド、スルホン化ポリマー、カルボキシル化ポリマー、他のポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【０１５９】
一実施形態において、イオン交換装置中のイオン交換材料は被覆イオン交換粒子を含む。一実施形態において、イオン交換装置中のイオン交換材料は、粉末またはスラリー状である。
【０１６０】
一実施形態において、統合プロセスにおける前記酸溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせから成る溶液である。
【０１６１】
いくつかの実施形態において、炭酸リチウム結晶は、約１００ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約２０ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約５ミクロン未満、約２ミクロン未満、約１ミクロン未満、または約１００ミクロンを超える平均粒径を伴うサイズ範囲へと粉砕される。一実施形態において、水酸化リチウムはペレット状へと処理される。
【０１６２】
電気分解
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム濃縮物を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）イオン交換装置中のイオン交換材料を液体資源と接触させる工程であって、イオン交換材料の水素イオンは、液体資源のリチウムイオンと交換されることで、イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、リチウムが豊富なイオン交換材料のリチウムイオンは、酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）イオン交換装置と流体連通している膜セルを設ける工程であって、膜セルは、（ｉ）電気化学還元電極を含む第１の区画、（ｉｉ）電気化学酸化電極を含む第２の区画、および（ｉｉｉ）少なくとも前記第１の区画と前記第２の区画とを分けるイオン伝導膜を備えている、工程；ｅ）リチウム溶出液を膜セルに渡す工程；ｆ）膜セル中のリチウム溶出液を電流にさらす工程であって、電流は、前記リチウム溶出液の電気分解を引き起こすことで、酸性化溶液および精製リチウム濃縮物を作り出す、工程；およびｇ）前記酸性化溶液を膜セルから（ｃ）のイオン交換装置に戻して再利用する工程を含む。
【０１６３】
一実施形態において、リチウムが豊富なイオン交換材料は、イオン交換装置中で処理される。一実施形態において、リチウム溶出液は、イオン交換装置中で作り出される。一実施形態において、リチウム溶出液は、イオン交換装置から膜セルへと渡される。一実施形態において、（ｂ）の前に、イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料が作り出される。一実施形態において、（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する。一実施形態において、統合プロセスはさらに、酸溶液に加えて塩基により、前記リチウムが豊富なイオン交換材料を処理する工程を含む。一実施形態において、塩基はＣａ（ＯＨ）２またはＮａＯＨである。
【０１６４】
一実施形態において、処理システムの１つは膜電気分解システムである。一実施形態において、膜電気分解システムは、リチウム塩溶液、および、イオン交換システムに戻される酸を作り出す。一実施形態において、膜電気分解システムは、硫酸リチウム溶液を、水酸化リチウム溶液、および、イオン交換システムに戻される硫酸溶液に変換する。一実施形態において、膜電気分解システムは、塩化リチウム溶液を、水酸化リチウム溶液、および、イオン交換システムに戻される塩酸に変換する。一実施形態において、膜電気分解システムは、塩化リチウム溶液を、水酸化リチウム溶液、水素ガス、および塩素ガスに変換し、水素ガスと塩素ガスは塩酸に変換され、これはイオン交換システムに戻される。
【０１６５】
一実施形態において、処理システムの１つは電気化学セルシステムである。一実施形態において、電気化学セルシステムは、リチウム塩溶液、および、イオン交換システムに戻される酸を作り出す。一実施形態において、電気化学セルシステムは、硫酸リチウム溶液を、水酸化リチウム溶液、および、イオン交換システムに戻される硫酸溶液に変換する。一実施形態において、電気化学セルシステムは、塩化リチウム溶液を、水酸化リチウム溶液、および、イオン交換システムに戻される塩酸に変換する。一実施形態において、電気化学セルシステムは、塩化リチウム溶液を、水酸化リチウム溶液、水素ガス、および塩素ガスに変換し、水素ガスと塩素ガスは塩酸に変換され、これはイオン交換システムに戻される。
【０１６６】
一実施形態において、処理システムの１つは電気透析システムである。一実施形態において、電気透析システムは、リチウム塩溶液、および、イオン交換システムに戻される酸を作り出す。一実施形態において、電気透析システムは、硫酸リチウム溶液を、水酸化リチウム溶液、および、イオン交換システムに戻される硫酸溶液に変換する。一実施形態において、電気透析システムは、塩化リチウム溶液を、水酸化リチウム溶液、および、イオン交換システムに戻される塩酸に変換する。一実施形態において、電気透析システムは、塩化リチウム溶液を、水酸化リチウム溶液、水素ガス、および塩素ガスに変換し、水素ガスと塩素ガスは塩酸に変換され、これはイオン交換システムに戻される。
【０１６７】
統合システムの一実施形態において、統合システムは１つ以上の電気分解システムを備えている。一実施形態において、電気分解システムは１つ以上の膜電解セルで構成されている。一実施形態において、電気分解システムは、リチウム塩溶液を変換することで、水酸化リチウム溶液、酸性化溶液、および随意に希釈リチウム塩溶液を形成する。一実施形態において、リチウム塩溶液は、イオン交換システムにより作り出される、随意に濃縮および／または精製されるリチウム溶出溶液であるか、またはそれに由来するものである。一実施形態において、電気分解システムからの酸性化溶液をイオン交換システムに戻すことで、より多くのリチウム溶出溶液が溶出される。
【０１６８】
統合システムの一実施形態において、統合システムは１つ以上の電気分解システムを備えている。一実施形態において、電気分解システムは１つ以上の電気化学セルで構成されている。一実施形態において、電気分解システムは、リチウム塩溶液を変換することで、水酸化リチウム溶液、酸性化溶液、および随意に希釈リチウム塩溶液を形成する。一実施形態において、リチウム塩溶液は、イオン交換システムにより作り出される、随意に濃縮および／または精製されるリチウム溶出溶液であるか、またはそれに由来するものである。一実施形態において、電気分解システムからの酸性化溶液をイオン交換システムに戻すことで、より多くのリチウム溶出溶液が溶出される。
【０１６９】
統合システムの一実施形態において、統合システムは１つ以上の電気分解システムを備えている。一実施形態において、電気分解システムは１つ以上の電気透析セルで構成されている。一実施形態において、電気分解システムは、リチウム塩溶液を変換することで、水酸化リチウム溶液、酸性化溶液、および随意に希釈リチウム塩溶液を形成する。一実施形態において、リチウム塩溶液は、イオン交換システムにより作り出される、随意に濃縮および／または精製されるリチウム溶出溶液であるか、またはそれに由来するものである。一実施形態において、電気分解システムからの酸性化溶液をイオン交換システムに戻すことで、より多くのリチウム溶出溶液が溶出される。
【０１７０】
一実施形態において、リチウム塩溶液は、イオン交換システムからの未反応酸を含んでいる。一実施形態において、イオン交換システムからのリチウム塩溶液中の未反応酸は、電気分解システムを通過し、さらに酸性化されることで、酸性化溶液を形成する。一実施形態において、イオン交換システム由来のリチウム塩溶液は、精製されることで、リチウム塩溶液中の未反応酸を中和することなく不純物を取り除かれ、次いで電気分解システムへと供給される。
【０１７１】
一実施形態において、電気分解システムにより作り出された酸性化溶液は、電気分解システムへと供給されるリチウム塩溶液のリチウムイオンを含有する。一実施形態において、リチウムイオンを含有する酸性化溶液は電気分解システムから出て、イオン交換システムに戻されると、リチウムを溶出し、より多くのリチウム塩溶液を作り出す。
【０１７２】
電気分解システムの一実施形態において、電解セルは電気化学セルである。電気化学セルの一実施形態において、膜は、陽イオン伝導膜および／または陰イオン伝導膜の場合がある。一実施形態において、電気化学セルは、チャンバー間のリチウムイオンの移動を可能にするが、塩化物、硫酸塩、および水酸化物基などの陰イオンの移動を妨げる、陽イオン伝導膜を持つ２区画のセルである。
【０１７３】
電気分解システムの一実施形態において、電解セルは電気透析セルである。電気透析セルの一実施形態において、膜は、陽イオン伝導膜および／または陰イオン伝導膜の場合がある。一実施形態において、電気透析セルは、チャンバー間のリチウムイオンの移動を可能にするが、塩化物、硫酸塩、および水酸化物基などの陰イオンの移動を妨げる、陽イオン伝導膜を持つ２区画のセルである。
【０１７４】
電気分解システムの一実施形態において、電解セルは膜電解セルである。膜電解セルの一実施形態において、膜は、陽イオン伝導膜および／または陰イオン伝導膜の場合がある。一実施形態において、膜電解セルは、チャンバー間のリチウムイオンの移動を可能にするが、塩化物、硫酸塩、および水酸化物基などの陰イオンの移動を妨げる、陽イオン伝導膜を持つ２区画のセルである。
【０１７５】
一実施形態において、膜電解セルは、電気化学還元電極を持つ区画を中央区画から分離する、リチウムイオンの移動を可能にする陽イオン伝導膜、および、電気化学酸化電極を持つ区画を中央区画から分離する、陰イオンの移動を可能にする陰イオン伝導膜を持つ、３区画のセルである。一実施形態において、陽イオン伝導膜は、塩化物、硫酸塩、または水酸化物などの陰イオンの移動を妨げる。一実施形態において、陰イオン伝導膜は、リチウム、ナトリウム、またはプロトンなどの陽イオンの移動を妨げる。
【０１７６】
膜電解セルの一実施形態において、膜は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、スルホン化テトラフルオロエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、コポリマー、他の膜材料、複合体、またはそれらの組み合わせで構成される場合がある。膜電解セルの一実施形態において、陽イオン交換膜は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、スルホン化テトラフルオロエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、コポリマー、異なるポリマー、ポリマーの複合物、またはそれらの組み合わせであり得る、官能化ポリマー構造で構成される。膜電解セルの一実施形態において、陽イオン交換膜のポリマー構造は、スルホン基、カルボン酸基、リン酸基、他の負に帯電した官能基、またはそれらの組み合わせにより官能化される。
【０１７７】
電気化学セルの一実施形態において、膜は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、スルホン化テトラフルオロエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、コポリマー、他の膜材料、複合体、またはそれらの組み合わせで構成される場合がある。電気化学セルの一実施形態において、陽イオン交換膜は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、スルホン化テトラフルオロエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、コポリマー、異なるポリマー、ポリマーの複合物、またはそれらの組み合わせであり得る、官能化ポリマー構造で構成される。電気化学セルの一実施形態において、陽イオン交換膜のポリマー構造は、スルホン基、カルボン酸基、リン酸基、他の負に帯電した官能基、またはそれらの組み合わせにより官能化される。
【０１７８】
電気透析セルの一実施形態において、膜は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、スルホン化テトラフルオロエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、ＭＫ−４０、コポリマー、他の膜材料、複合体、またはそれらの組み合わせで構成される場合がある。電気透析セルの一実施形態において、陽イオン交換膜は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、スルホン化テトラフルオロエチレン、スルホン化フッ素ポリマー、コポリマー、異なるポリマー、ポリマーの複合物、またはそれらの組み合わせであり得る、官能化ポリマー構造で構成される。電気透析セルの一実施形態において、陽イオン交換膜のポリマー構造は、スルホン基、カルボン酸基、リン酸基、他の負に帯電した官能基、またはそれらの組み合わせにより官能化される。
【０１７９】
膜電解セルの一実施形態において、陰イオン交換膜は、官能化ポリマー構造で構成される。ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物で構成される場合がある。膜の一実施形態において、官能基はポリマー骨格の一部である。膜の一実施形態において、官能基は、プラズマ法、放射線グラフト、または他の官能基化反応により添加される。膜の一実施形態において、官能基は、ベンジルトリアルキルアンモニウム、アルキル側鎖第四級アンモニウム基、架橋二アンモニウム基、キヌクリジニウムベースの第四級アンモニウム基、イミダゾリウム基、ピリジニウム基、ペンタメチルグアニジニウム基、アルカリが安定した第四級ホスホニウム基、金属含有陽イオン基、他の陽イオン含有基、またはそれらの組み合わせの場合がある。
【０１８０】
電気化学セルの一実施形態において、陰イオン交換膜は、官能化ポリマー構造で構成される。ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物で構成される場合がある。膜の一実施形態において、官能基はポリマー骨格の一部である。膜の一実施形態において、官能基は、プラズマ法、放射線グラフト、または他の官能基化反応により添加される。膜の一実施形態において、官能基は、ベンジルトリアルキルアンモニウム、アルキル側鎖第四級アンモニウム基、架橋二アンモニウム基、キヌクリジニウムベースの第四級アンモニウム基、イミダゾリウム基、ピリジニウム基、ペンタメチルグアニジニウム基、アルカリが安定した第四級ホスホニウム基、金属含有陽イオン基、他の陽イオン含有基、またはそれらの組み合わせの場合がある。
【０１８１】
電気透析セルの一実施形態において、陰イオン交換膜は、官能化ポリマー構造で構成される。ポリマー構造は、ポリアリーレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレン、パーフルオロ化ポリマー、ポリベンゾイミダゾール、ポリエピクロロヒドリン、不飽和ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルベンジル塩化物、ポリホスファゼン、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、これらポリマーの代替物、他の種類のポリマー、またはそれらの複合物で構成される場合がある。膜の一実施形態において、官能基はポリマー骨格の一部である。膜の一実施形態において、官能基は、プラズマ法、放射線グラフト、または他の官能基化反応により添加される。膜の一実施形態において、官能基は、ベンジルトリアルキルアンモニウム、アルキル側鎖第四級アンモニウム基、架橋二アンモニウム基、キヌクリジニウムベースの第四級アンモニウム基、イミダゾリウム基、ピリジニウム基、ペンタメチルグアニジニウム基、アルカリが安定した第四級ホスホニウム基、金属含有陽イオン基、他の陽イオン含有基、またはそれらの組み合わせの場合がある。
【０１８２】
膜電解セルの一実施形態において、膜の厚みは、１０μｍ未満、５０μｍ未満、２００μｍ未満、４００μｍ未満、または１，０００μｍ未満の場合がある。膜電解セルの一実施形態において、膜の厚みは、１，０００μｍを超える場合がある。膜電解セルの一実施形態において、膜の厚みは、約１μｍ〜約１０００μｍ、約１μｍ〜約８００μｍ、約１μｍ〜約６００μｍ、約１μｍ〜約４００μｍ、約１μｍ〜約２００μｍ、約１μｍ〜約１００μｍ、約１μｍ〜約９０μｍ、約１μｍ〜約８０μｍ、約１μｍ〜約７０μｍ、約１μｍ〜約６０μｍ、約１μｍ〜約５０μｍ、約１μｍ〜約４０μｍ、約１μｍ〜約３０μｍ、約１μｍ〜約２０μｍ、約１μｍ〜約１５μｍ、または約１μｍ〜約１０μｍの場合がある。
【０１８３】
電気化学セルの一実施形態において、膜の厚みは、１０μｍ未満、５０μｍ未満、２００μｍ未満、４００μｍ未満、または１，０００μｍ未満の場合がある。電気化学セルの一実施形態において、膜の厚みは、１，０００μｍを超える場合がある。電気化学セルの一実施形態において、膜の厚みは、約１μｍ〜約１０００μｍ、約１μｍ〜約８００μｍ、約１μｍ〜約６００μｍ、約１μｍ〜約４００μｍ、約１μｍ〜約２００μｍ、約１μｍ〜約１００μｍ、約１μｍ〜約９０μｍ、約１μｍ〜約８０μｍ、約１μｍ〜約７０μｍ、約１μｍ〜約６０μｍ、約１μｍ〜約５０μｍ、約１μｍ〜約４０μｍ、約１μｍ〜約３０μｍ、約１μｍ〜約２０μｍ、約１μｍ〜約１５μｍ、または約１μｍ〜約１０μｍの場合がある。
【０１８４】
電気透析セルの一実施形態において、膜の厚みは、１０μｍ未満、５０μｍ未満、２００μｍ未満、４００μｍ未満、または１，０００μｍ未満の場合がある。電気透析セルの一実施形態において、膜の厚みは、１，０００μｍを超える場合がある。電気透析セルの一実施形態において、膜の厚みは、約１μｍ〜約１０００μｍ、約１μｍ〜約８００μｍ、約１μｍ〜約６００μｍ、約１μｍ〜約４００μｍ、約１μｍ〜約２００μｍ、約１μｍ〜約１００μｍ、約１μｍ〜約９０μｍ、約１μｍ〜約８０μｍ、約１μｍ〜約７０μｍ、約１μｍ〜約６０μｍ、約１μｍ〜約５０μｍ、約１μｍ〜約４０μｍ、約１μｍ〜約３０μｍ、約１μｍ〜約２０μｍ、約１μｍ〜約１５μｍ、または約１μｍ〜約１０μｍの場合がある。
【０１８５】
一実施形態において、電気分解システムは、２区画の電解セル、または３区画の電解セルであり得る、電解セルを含んでいる。
【０１８６】
２区画の電解セルの一実施形態において、セルは、電気化学酸化電極を含む第１の区画を含んでいる。リチウム塩溶液は、第１の区画に進入し、酸性化溶液に変換される。２区画の電解セルの一実施形態において、セルは、電気化学還元電極を含む第２の区画を含んでいる。この第２の区画は、入力として水または希釈ＬｉＯＨ溶液を取り込み、出力としてより濃縮されたＬｉＯＨ溶液を作り出す。一実施形態において、この区画は、陰イオンの輸送を制限する陽イオン伝導膜により分離される。
【０１８７】
３区画の電解セルの一実施形態において、セルは、電気化学酸化電極を含む第１の区画を含んでいる。第１の区画は、入力として水または希釈食塩水を取り込み、出力として酸性化溶液を作り出す。３区画の電解セルの一実施形態において、セルは、電気化学還元電極を含む第２の区画を含んでいる。この第２の区画は、入力として水または希釈ＬｉＯＨ溶液を取り込み、出力としてより濃縮されたＬｉＯＨ溶液を作り出す。３区画の電解セルの一実施形態において、セルは、電極を含まない第３の電極を含んでおり、これは、第１の区画と第２の区画との間に位置し、入力として濃縮リチウム塩溶液を取り込み、出力として希釈リチウム塩溶液を作り出す。一実施形態において、第１および第３の区画は、陽イオンの輸送を制限する陰イオン伝導膜により分離される。一実施形態において、第２および第３の区画は、陰イオンの輸送を制限する陽イオン伝導膜により分離される。
【０１８８】
電解セルの一実施形態において、電極は、チタン、ニオブ、ジルコニウム、タンタル、マグネシウム、二酸化チタン、それらの酸化物、またはそれらの組み合わせで構成される。電解セルの一実施形態において、電極は、白金、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＰｔＯｘ、混合金属酸化物、グラフェン、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせで被覆される場合がある。電解セルの一実施形態において、電極は、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、鋼合金、またはグラファイトで構成される場合がある。
【０１８９】
電気分解システムの一実施形態において、リチウム塩溶液は、ＨＣｌを随意に含むＬｉＣｌ溶液である。電気分解システムの一実施形態において、電気化学酸化電極は塩化物イオンを酸化させることで、塩素ガスを作り出す。
【０１９０】
電気分解システムの一実施形態において、リチウム塩溶液は、Ｈ２ＳＯ４を随意に含むＬｉ２ＳＯ４溶液である。電気分解システムの一実施形態において、電気化学酸化電極は、水、水酸化物、または他の種を酸化させることで、酸素ガスを作り出す。
【０１９１】
電気分解システムの一実施形態において、電気化学還元電極は、水素イオンを還元することで、水素ガスを作り出す。電気分解システムの一実施形態において、電気化学還元電極を含むチャンバーは、ＬｉＯＨ溶液を作り出すか、または溶液のＬｉＯＨ濃度を増大させる。
【０１９２】
電気分解システムの一実施形態において、塩素ガスおよび水素ガスは、燃焼することでＨＣｌバーナーにＨＣｌを作り出す。一実施形態において、ＨＣｌバーナーは、約１００−３００℃で維持されたカラムである。一実施形態において、ＨＣｌバーナーに作り出されたＨＣｌは、熱交換により冷却され、吸収塔において水に吸収されることで、ＨＣｌ溶液を作り出す。一実施形態において、ＨＣｌバーナーから作り出されたＨＣｌ溶液を使用することで、イオン交換システムからリチウムを溶出する。
【０１９３】
一実施形態において、電気分解システムに進入するリチウム塩溶液中のリチウム濃度は、１，０００ｍｇ／Ｌ、５，０００ｍｇ／Ｌ、２０，０００ｍｇ／Ｌ、５０，０００ｍｇ／Ｌ、または２００，０００ｍｇ／Ｌを超える場合がある。
【０１９４】
一実施形態において、電気分解システムから出るＬｉＯＨ溶液中のリチウム濃度は、１，０００ｍｇ／Ｌ、５，０００ｍｇ／Ｌ、２０，０００ｍｇ／Ｌ、５０，０００ｍｇ／Ｌ、または２００，０００ｍｇ／Ｌを超える場合がある。
【０１９５】
一実施形態において、電解セルから出る酸性化溶液のｐＨは、２未満、１未満、または０未満の場合がある。
【０１９６】
いくつかの実施形態において、膜電解セルは、複数の区画を持つ電気透析セルである。いくつかの実施形態において、電気透析セルは、約２、約５、約１０、または約２０よりも多くの区画をもつ場合がある。いくつかの実施形態において、電気透析セルは、Ｌｉ２ＳＯ４溶液をＬｉＯＨ溶液やＨ２ＳＯ４溶液に、そしてＮａ２ＳＯ４溶液をＮａＯＨ溶液やＨ２ＳＯ４の溶液に変換することができる。
【０１９７】
いくつかの実施形態において、１、２、または３つ以上の区画を持つ電気化学セルを使用することで、Ｌｉ２ＳＯ４、ＬｉＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ、Ｋ２ＳＯ４、ＫＣｌ、Ｒｂ２ＳＯ４、ＲｂＣｌ、Ｃｓ２ＳＯ４、ＣｓＣｌ、またはそれらの組み合わせは、酸性および塩基溶液に分割される。いくつかの実施形態において、１、２、または３つ以上の区画を持つ電気化学セルを使用することで、Ｌｉ２ＳＯ４、ＬｉＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ、Ｋ２ＳＯ４、ＫＣｌ、Ｒｂ２ＳＯ４、ＲｂＣｌ、Ｃｓ２ＳＯ４、ＣｓＣｌ、またはそれらの組み合わせは、酸性および塩基溶液に分割され、ここで、酸はイオン交換材料からリチウムを溶出するために使用され、塩基はイオン交換材料から放出されたプロトンを中和するために使用される。
【０１９８】
化学沈殿
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源から精製リチウム塩を生成するための統合プロセスであって、該統合プロセスは、ａ）イオン交換材料を含むイオン交換装置を設ける工程；ｂ）イオン交換装置中のイオン交換材料を液体資源と接触させる工程であって、イオン交換材料の水素イオンは、液体資源のリチウムイオンと交換されることで、イオン交換装置にリチウムが豊富なイオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）リチウムが豊富なイオン交換材料を酸溶液により処理する工程であって、リチウムが豊富なイオン交換材料のリチウムイオンは、酸溶液の水素イオンと交換されることで、リチウム溶出液を作り出す、工程；ｄ）イオン交換装置と流体連通している化学沈殿装置を設ける工程であって、該化学沈殿装置は、精製されたリチウム塩を沈殿させるようにリチウム溶出液の処理を容易にことができる、工程；ｅ）イオン交換装置中のリチウム溶出液を化学沈殿装置に渡す工程；およびｆ）精製リチウム塩を作り出すために、化学沈殿装置中でリチウム溶出液を処理する工程を含む。
【０１９９】
一実施形態において、精製リチウム塩はＬｉＣｌである。一実施形態において、化学沈殿装置は、ＨＣｌおよび水を蒸留して取り除く。一実施形態において、ＨＣｌは、（ｃ）へと再利用される。一実施形態において、精製リチウム塩はＬｉ２ＳＯ４である。一実施形態において、精製リチウム塩を前記化学沈殿装置中でＮａ２ＣＯ３により処理することで、Ｎａ２ＳＯ４とＬｉ２ＣＯ３が作り出される。一実施形態において、リチウムが豊富なイオン交換材料は、前記イオン交換装置中で処理される。
【０２００】
一実施形態において、リチウム溶出液は、イオン交換装置中で作り出される。一実施形態において、リチウム溶出液は、イオン交換装置から化学沈殿装置へと渡される。一実施形態において、（ｂ）の前に、イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、前記イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料が作り出される。一実施形態において、（ｂ）はさらにｐＨ調節を含み、該ｐＨ調節は、液体資源のリチウムイオンと交換されている水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持する。
【０２０１】
一実施形態において、処理システムの１つは、リチウム塩溶液の炭酸リチウムへの化学変換を対象とする。一実施形態において、炭酸ナトリウムをリチウム塩溶液に添加することで、炭酸リチウムが沈殿する。一実施形態において、ＣＯ２を水酸化リチウム溶液に添加することで、炭酸リチウムが沈殿する。一実施形態において、Ｎａ２ＣＯ３の水溶液を塩化リチウム溶液に添加することで、Ｌｉ２ＣＯ３が沈殿する。一実施形態において、Ｎａ２ＣＯ３の水溶液を硫酸リチウム溶液に添加することで、Ｌｉ２ＣＯ３が沈殿する。一実施形態において、Ｎａ２ＣＯ３の水溶液を硫酸リチウム溶液に添加することで、Ｌｉ２ＣＯ３が沈殿し、次いで、残りの硫酸塩溶液から水を取り除くことで、Ｎａ２ＳＯ４が沈殿する。一実施形態において、炭酸リチウムは、二酸化炭素の存在下で炭酸リチウムを溶解し、次いで溶液を加熱して精製炭酸リチウムを沈殿させることにより、精製される。一実施形態において、処理システムは、水酸化リチウムへのリチウム塩溶液の化学変換を対象とする。一実施形態において、二価水酸化物を硫酸リチウム溶液に添加することで、二価硫酸塩が沈殿し、一方で溶液にＬｉＯＨが残る。一実施形態において、Ｃａ（ＯＨ）２を硫酸リチウム溶液に添加することで、ＣａＳＯ４が沈殿し、一方で溶液にＬｉＯＨが残る。
【０２０２】
統合システムの一実施形態において、統合システムは、溶液からリチウムイオンを沈殿させて固形リチウム化合物を形成するための１つ以上の化学沈殿装置を備えている。一実施形態において、化学沈殿装置は、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ３ＰＯ４、またはＬｉＯＨを沈殿させるために使用される。一実施形態において、化学物質を固体、溶液、またはスラリーとして添加することで、化学沈殿を容易にすることができ、これら化学物質は、炭酸塩、水酸化物、塩基、または他の化学物質の場合がある。一実施形態において、Ｎａ２ＣＯ３は、水溶液、固体、またはスラリーとして添加されてもよい。一実施形態において、Ｎａ３ＰＯ４などの他の沈殿剤は、水溶液、固体、またはスラリーとして添加されてもよい。
【０２０３】
一実施形態において、前記統合システムはさらに、前記リチウム溶出溶液にＮａ２ＣＯ３を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させるための炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、前記統合システムはさらに、ＣＯ２の添加によりＬｉ２ＣＯ３を精製するための重炭酸化装置を備えている。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３はＣＯ２ガスと反応すると炭酸水素リチウム溶液を作り出し、炭酸水素リチウム溶液は精製Ｌｉ２ＣＯ３の沈殿前に精製される。一実施形態において、イオン交換媒体を用いて炭酸水素リチウム溶液を精製することで、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、鉄、遷移金属、他の不純物、またはそれらの組み合わせといった不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は連続プロセスにおいて精製される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の精製用の装置として、溶解器、混合器、分散器、気体分散チューブ、冷却器、固体と気体を分離する静水化ウェル、結晶供給器、インラインフィルター、熱交換器、加熱ガス密封晶析装置、二酸化炭素または水溶液用のポンプとライン、固液分離用のフィルターなどの手段、母液流出、二酸化炭素源、シーブトレー、Ｓｃｈｅｉｂｅｌカラム、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０２０４】
化学沈殿装置の一実施形態において、ＬｉＣｌ溶液をＮａ２ＣＯ３で処理することでＬｉ２ＣＯ３が沈殿し、一方でＮａＣｌが溶液に残る。化学沈殿装置の一実施形態において、Ｌｉ２ＳＯ４溶液をＮａ２ＣＯ３で処理することでＬｉ２ＣＯ３が沈殿する。化学沈殿装置の一実施形態において、Ｌｉ２ＳＯ４溶液をＮａ２ＣＯ３の溶液で処理することで、最初にＬｉ２ＣＯ３が沈殿し、その間にＮａ２ＣＯ３の量を制限することでＮａ２ＳＯ４の沈殿が回避され、次いで、別の工程において水を取り除くことでＮａ２ＳＯ４が沈殿する。一実施形態において、Ｎａ２ＣＯ３溶液の添加によるＬｉ２ＣＯ３の沈殿、および水の除去によるＮａ２ＳＯ４の沈殿を含むサイクルに、リチウム含有硫酸塩溶液を繰り返しさらすことができる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は、約５０℃超、約６０℃超、約７０℃超、超約８０℃超、超約８５℃超、約９０℃超、約９５℃超、約１００℃未満、約９５℃未満、約９０℃未満、約８５℃未満、約８０℃未満、約５０℃〜約１００℃、約６０℃〜約１００℃、約７０℃〜約１００℃、約８０℃〜約１００℃、約８５℃〜約１００℃、約９０℃〜約１００℃、約９５℃〜約１００℃、約８０℃〜約９５℃、約８５℃〜約９５℃、約９０℃〜約９５℃、約８０℃〜約９０℃、約８５℃〜約９０℃の温度で沈殿する。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は、高い高度で高温を促す圧力下で沈殿する。いくつかの実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は、約０メートル、約１，０００メートル、約２，０００メートル、約３，０００メートル、または約４，０００メートルを超える高度で沈殿する。いくつかの実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３は、約１．０ａｔｍ、約０．９５ａｔｍ、約０．９ａｔｍ、約０．８５ａｔｍ、または約０．８ａｔｍ未満の圧力で沈殿する。
【０２０５】
一実施形態において、一連の沈殿タンクは、Ｌｉ２ＳＯ４溶液を処理して、別個のタンクにＬｉ２ＣＯ３およびＮａ２ＳＯ４を沈殿させるために使用される。一実施形態において、Ｎａ２ＣＯ３は、Ｌｉ２ＣＯ３の回収を最大にしつつＮａ２ＳＯ４の沈殿を最小限にする量で、Ｌｉ２ＳＯ４溶液に添加することができる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３、ＬｉＯＨ、またはＬｉ３ＰＯ４の種結晶は、沈殿中に添加されると、それらまたは他の種の結晶化を容易にすることができる。
【０２０６】
化学沈殿装置の一実施形態において、リチウム含有溶液をＣＯ２や皮下の化学試薬で処理することでＬｉ２ＣＯ３が沈殿する。化学沈殿装置の一実施形態において、リチウム含有溶液をＣＯ２やＮａＯＨで処理することでＬｉ２ＣＯ３が沈殿する。
【０２０７】
化学沈殿装置の一実施形態において、リチウム溶液をリン酸塩種で処理することでＬｉ３ＰＯ４が沈殿する。化学沈殿装置の一実施形態において、塩化リチウム、硫酸リチウム、または他のリチウム塩の溶液を、リン酸ナトリウム、他のリン酸塩化合物、またはそれらの組み合わせで処理することで、Ｌｉ３ＰＯ４が沈殿する。
【０２０８】
一実施形態において、硫酸リチウム溶液を、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｂａ（ＯＨ）２、またはＳｒ（ＯＨ）２で処理することで、ＣａＳＯ４、ＢａＳＯ４、またはＳｒＳＯ４が沈殿し、一方で溶液はＬｉＯＨを主に含有する溶液へと変換される。一実施形態において、ＣａＳＯ４、ＢａＳＯ４、またはＳｒＳＯ４の沈殿物を焙焼することで、酸化物および／または水酸化物が再生され、結果として生じる硫黄酸化物ガスが捕捉されて再処理されることで、硫酸が形成され、この硫酸を使用することで、イオン交換システムからより多くの硫酸リチウム溶液を溶出することができる。
【０２０９】
一実施形態において、化学沈殿装置に供給されるＬｉ含有溶液中のリチウム濃度は、１，０００ｍｇ／Ｌ、５，０００ｍｇ／Ｌ、２０，０００ｍｇ／Ｌ、５０，０００ｍｇ／Ｌ、または２００，０００ｍｇ／Ｌを超える場合がある。
【０２１０】
一実施形態において、化学沈殿により作り出された化合物の純度は、５０％、９０％、または９９．９％を超える場合がある。
【０２１１】
濃縮と精製
本明細書に記載される本発明の一態様は、構成部分が逆浸透装置であるプロセスである。一実施形態において、逆浸透装置は、リチウム塩溶液から水を取り除くための装置である。一実施形態において、処理システムの１つは、リチウム塩溶液から水を取り除くための蒸発である。一実施形態において、処理システムの１つは、水酸化物、炭酸塩、または他の化学入力を用いた塩基性沈殿物の形成により不純物を取り除くためのものである。一実施形態において、塩基性沈殿物は、ｐＨ調節のためにイオン交換システムへ再利用される。一実施形態において、処理システムの１つは、ポリマーイオン交換樹脂を用いて不純物を取り除くためのものである。一実施形態において、ポリマーイオン交換樹脂は、ＭｇとＣａを吸収し、一方でＮａを放出する。
【０２１２】
一実施形態において、逆浸透装置はイオン交換装置と流体連通している。一実施形態において、逆浸透装置は膜セルと流体連通している。一実施形態において、逆浸透装置は熱蒸発装置と流体連通している。一実施形態において、逆浸透装置は晶析装置と流体連通している。一実施形態では、逆浸透装置は、イオン交換装置、膜セル、熱蒸発装置、または晶析装置のうち少なくとも１つと流体連通している。
【０２１３】
一実施形態において、前記方法はさらに、イオン交換装置および膜セルと流体連通される逆浸透装置を備え、該逆浸透装置は透水性膜を備えている。一実施形態において、（ｄ）の前に、リチウム溶出液は、透水性膜と接している逆浸透装置に渡され、リチウム溶出液の水分子は透水性膜を通過して、水と濃縮リチウム溶出液を作り出す。一実施形態において、濃縮リチウム溶出液はさらに、（ｄ）から（ｇ）にさらされる。一実施形態において、透水性膜は、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、または他のポリマー層を含む。一実施形態において、透水性膜は、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、または、スルホン化、カルボキシル化、またはリン酸化などの代替的な官能化を伴う他のポリマー、または他のポリマーの層を含む。
【０２１４】
一実施形態において、透水性膜はさらに、布製、ポリマー製、複合体、または金属製の支持具を備えている。一実施形態において、前記方法はさらに、前記イオン交換装置および前記膜セルと流体連通している熱蒸発装置を備え、該熱蒸発装置は発熱体を備えている。一実施形態において、前記方法はさらに、イオン交換装置および膜セルと流体連通している精製装置を備えている。一実施形態において、（ｄ）の前に、リチウム溶出液を精製装置に渡すことで、精製リチウム濃縮物が作り出される。一実施形態において、精製リチウム濃縮物はさらに、（ｄ）から（ｇ）にさらされる。一実施形態において、前記方法はさらに、膜セルと流体連通している晶析装置を備えている。一実施形態において、リチウム溶出液は晶析装置へと渡される。一実施形態において、リチウム溶出液を晶析装置で処理することで、リチウム塩が作り出される。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、または硝酸リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、固体、水溶液、またはスラリー状である。
【０２１５】
統合システムの一実施形態において、イオン交換システムから作り出されたリチウム溶出溶液を濃縮することで、水が取り除かれる。一実施形態において、逆浸透システムまたは熱蒸発システムにより、水が取り除かれる。一実施形態において、リチウムは膜システムの残余分において濃縮され、一方で大半の水の溶液が透過物（ｐｅｒｍｅａｔｅ）として取り除かれ、統合システムの他の場所で再利用される。
【０２１６】
一実施形態において、水は、電気脱イオン化、逆浸透、熱蒸発、太陽蒸発、太陽熱蒸発、濃縮太陽蒸発、蒸発池、真空蒸留、多段平衡蒸留、多重効用蒸留、蒸気圧縮蒸留、凍結融解法、電気透析、逆電気透析、膜蒸留、膜脱水系、化学吸着、化学協調、またはそれらの組み合わせを用いて、液体溶液から取り除かれる。一実施形態において、水は、電気脱イオン化、逆浸透、熱蒸発、太陽蒸発、太陽熱蒸発、濃縮太陽蒸発、蒸発池、真空蒸留、多段平衡蒸留、多重効用蒸留、蒸気圧縮蒸留、凍結融解法、電気透析、逆電気透析、膜蒸留、膜脱水系、化学吸着、化学協調、またはそれらの組み合わせを用いて、リチウム溶液、ナトリウム溶液、酸溶液、塩基溶液、または別の食塩水から取り除かれる。一実施形態において、塩は、電気脱イオン化、逆浸透、熱蒸発、太陽蒸発、太陽熱蒸発、濃縮太陽蒸発、蒸発池、真空蒸留、多段平衡蒸留、多重効用蒸留、蒸気圧縮蒸留、凍結融解法、電気透析、逆電気透析、膜蒸留、膜脱水系、化学吸着、化学協調、またはそれらの組み合わせを用いて、液体溶液から取り除かれる。
【０２１７】
統合システムの一実施形態において、イオン交換システムから作り出されたリチウム塩溶液を濃縮することで、水が取り除かれる。
【０２１８】
一実施形態において、リチウム塩溶液は、蒸発により濃縮される。リチウム流は、沸点未満の温度、または沸点温度に加熱されることで、蒸気を作り出す場合がある。蒸気を流れの沸点より高い温度に加熱され、統合システムの他の場所での加熱に使用される場合がある。一実施形態において、蒸気または水蒸気は凝結され、統合プロセスの他の場所での清浄水流として使用される。一実施形態において、太陽蒸発を使用して、リチウム流から水が取り除かれる。一実施形態において、熱交換器を使用して、熱が植物の他の場所に作り出されるリチウム流が暖められる。一実施形態において、リチウム流は、ボイラーにより加熱される。一実施形態において、蒸留の生成物として水はリチウム流から取り除かれる。一実施形態において、蒸発は、絶対圧力の１バール未満、または１バールを超える圧力で生じる。
【０２１９】
一実施形態において、逆浸透システムやナノ濾過システムを用いて、リチウム流が精製および／または濃縮される。一実施形態において、逆浸透またはナノ濾過用の膜として、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニルアミン、ポリピロリジン、ポリフラン、または他のポリマー層が挙げられる。膜として、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリピペラジン−アミド、ポリベンズイミダゾリン、ポリオキサジアゾール、アセチル化セルロース、セルロース、または、スルホン化、カルボキシル化、またはリン酸化などの代替的な官能化を伴う他のポリマー、または他のポリマーの層が挙げられる。膜は、布製、ポリマー製、複合物、または金属製の支持具を備えている場合がある。膜は官能化ポリマーを含む場合がある。一実施形態において、ナノ複合膜は、逆浸透装置またはナノ濾過装置に使用される。一実施形態において、膜は、ゼオライト、金属、複合物、セラミック、または他の無機媒体などの材料で構成される。一実施形態において、膜は等方性または異方性である。一実施形態において、膜は微孔質であり、または膜全体にわたり様々な多孔性を含んでいる。
【０２２０】
一実施形態において、リチウムを濃縮するための装置が平行して使用される。一実施形態において、リチウムを濃縮するための装置が連続して使用される。一実施形態において、リチウムを濃縮するための装置のネットワークは、平行して、かつ連続して使用される。一実施形態において、残余分中の水の拒絶により、供給物に比べて、ナノ濾過装置のリチウムが豊富な透過物が濃縮される。一実施形態において、膜は、プレートとフレーム、管状、巻き付き、または中空繊維の構成で構成されてもよい。一実施形態において、膜は、ケークの構築を最小限にし、かつ高束を維持するために、逆流または直交流により操作される場合がある。一実施形態において、膜は、絶対圧力の１バール未満、５バール未満、２０バール未満、または２０バールを超えて操作される場合がある。一実施形態において、スケール抑制剤、消毒剤、および他のスケール抑制剤は、膜のファウリングを逆転するために膜を介して定期的に洗い流される。
【０２２１】
一実施形態において、ナノ濾過膜または他の膜を用いてリチウム溶出液が精製される。一実施形態において、不純物を残余分へと分離しつつリチウムを透過物へと分離するためのナノ濾過膜を用いて、リチウム溶出溶液が精製される。一実施形態において、多価イオンはナノ濾過膜により保持される場合がある一方、一価イオンは膜を通過する。一実施形態において、残余分中の高濃度の多価イオンは、膜を介して一価イオンの浸透圧を作り出し、透過物中の一価イオンの濃縮を引き起こす。一実施形態において、有機材料または重金属が、ナノ濾過システムの残余分に保持される。
【０２２２】
統合システムの一実施形態において、化学沈殿剤を用いて、イオン交換システムから作り出されたリチウム溶出溶液を精製することで、不純物が取り除かれる。一実施形態において、不純物は、水酸化物含有試薬、炭酸塩含有試薬、重炭酸塩含有試薬、蓚酸塩含有試薬、または他の化学試薬を用いた化学沈殿を介して、取り除かれる。一実施形態において、不純物は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＲｂＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ｂａ（ＯＨ）２、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＣＯ２、または蓚酸塩化合物を用いた化学沈殿を介して、取り除かれる。一実施形態において、不純物は、Ｏ２、ＫＭｎＯ４、Ｈ２Ｏ２、Ｃｌ２、ＮａＯＣｌ、または他の酸化剤を用いた酸化を介して、取り除かれる。一実施形態において、不純物は、下流の結晶化装置から再利用された母液を用いて取り除かれる。一実施形態において、アルミニウム、水酸化物、または他の薬剤などの凝集剤を使用すると、リチウム溶出液から汚染物質が取り除かれる。一実施形態において、浮遊を用いることで、リチウム溶出液から汚染物質または綿状の（ｆｌｏｃｃｅｄ）汚染物質が取り除かれる。一実施形態において、電気化学的に生成されたヒドロキシル基を使用すると、汚染物質が沈殿する。
【０２２３】
不純物を取り除く化学沈殿の一実施形態において、１つ以上の連続する沈殿タンクを使用して、沈殿析出物を定着させ、それを酸性溶出液から取り除く。一実施形態において、整流装置と堰を使用して、沈殿タンク中での混合を制御する。一実施形態において、キャンドルフィルター、限外濾過、マイクロ濾過、ナノ濾過、または逆浸透装置を使用して、酸性溶出液から沈殿物を取り除く。一実施形態において、遠心力を使用して、沈殿物を取り除く。一実施形態において、圧力または他の力を使用して、沈殿した汚染物質または綿状の（ｆｌｏｃｃｓ）孔から捕捉されたリチウム溶出液を取り除く。一実施形態において、電解採取などの電気化学技術を使用して、汚染物質を取り除く。一実施形態において、電気化学的酸化反応を使用して、リチウム溶出液から溶解有機物を鉱化する。
【０２２４】
統合システムの一実施形態において、沈殿した析出物は、高ｐＨを維持するためにイオン交換反応装置システム中でアルカリ性ｐＨ調整剤として使用される。一実施形態において、析出物は再使用前に石灰にされる。
【０２２５】
統合システムの一実施形態において、リチウムとナトリウムの溶液を処理することで、Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ（「グラウバー塩」）、Ｎａ２ＳＯ４、水和Ｎａ２ＳＯ４、またはそれらの組み合わせが沈殿する。一実施形態において、溶液を冷やすと、グラウバー塩、Ｎａ２ＳＯ４、水和Ｎａ２ＳＯ４、またはそれらの組み合わせが沈殿する。一実施形態において、溶液を冷やすと、グラウバー塩、Ｎａ２ＳＯ４、水和Ｎａ２ＳＯ４、またはそれらの組み合わせの固体が沈殿し、結果として生じる溶液は、主にリチウムである陽イオンを含んでいる。一実施形態において、溶液を処理することで、グラウバー塩、Ｎａ２ＳＯ４、水和Ｎａ２ＳＯ４、またはそれらの組み合わせが取り除から、溶液からナトリウムが取り除かれ、その結果、溶液は、ナトリウム含有量が少ない水酸化リチウムへとさらに処理され得る。一実施形態において、溶液を冷やすと、グラウバー塩、Ｎａ２ＳＯ４、水和Ｎａ２ＳＯ４、またはそれらの組み合わせが、約４０℃未満、約２０℃未満、約１０℃未満、約０℃未満、または約−１０℃未満で沈殿する。いくつかの実施形態において、グラウバー塩、Ｎａ２ＳＯ４、水和Ｎａ２ＳＯ４、またはそれらの組み合わせは、酸および塩基へと再び処理される。いくつかの実施形態において、グラウバー塩、Ｎａ２ＳＯ４、水和Ｎａ２ＳＯ４、またはそれらの組み合わせは、水溶液へと再溶解され、かつ酸および塩基へと処理される。いくつかの実施形態において、グラウバー塩、Ｎａ２ＳＯ４、水和Ｎａ２ＳＯ４、またはそれらの組み合わせは、水溶液へと再溶解され、かつ電気化学セルユニットを用いて酸および塩基へと処理される。いくつかの実施形態において、水を溶液から取り除くことで、グラウバー塩、Ｎａ２ＳＯ４、水和Ｎａ２ＳＯ４、またはそれらの組み合わせが沈殿する。
【０２２６】
統合システムの一実施形態において、イオン交換システムから作り出されたリチウム溶出溶液を精製することで、不純物が取り除かれる。一実施形態において、不純物は、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、蓚酸塩、または他の化学試薬を用いた化学沈殿により取り除かれる。一実施形態において、沈殿される不純物として、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、Ａｌ（ＯＨ）３、Ｆｅ（ＯＨ）ｘ、Ｍｎ（ＯＨ）ｘ、他の水酸化物種、他の炭酸塩種、他の重炭酸塩種、または他の蓚酸塩種が挙げられる。一実施形態において、不純物は、アルカリまたはアルカリ金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、蓚酸塩、またはそれらの組み合わせを用いた化学沈殿により取り除かれる。一実施形態において、不純物は、ＮＨ３を用いた化学沈殿により取り除かれる。一実施形態において、不純物は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＲｂＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｓｒ（ＯＨ）２、Ｂａ（ＯＨ）２、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、またはＳｒＣＯ３を用いた化学沈殿を介して、取り除かれる。一実施形態において、不純物は、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、またはそれらの組み合わせを用いた化学沈殿により取り除かれる。一実施形態において、不純物は、ＬｉＯＨまたはＬｉ２ＣＯ３を用いた化学沈殿により取り除かれる。一実施形態において、不純物は、高純度リチウム溶液を得るためにＬｉＯＨまたはＬｉ２ＣＯ３を添加することで取り除かれる。一実施形態において、Ｎａ２ＣＯ３は、炭酸塩を沈殿させるために添加される。一実施形態において、Ｎａ２ＣＯ３は、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、ＭｎＣＯ３、または他の炭酸塩を沈殿させるために添加される。一実施形態において、Ｃａ（ＯＨ）２は、Ｍｇ（ＯＨ）２または他の水酸化物塩を沈殿させために添加される。
【０２２７】
一実施形態において、リチウム溶出溶液は、優先的にリチウムに結合する、または優先的に不純物に結合するために、有機液相による溶媒抽出を用いて精製される。一実施形態において、リチウム溶出溶液は、優先的に一価イオンに結合する、優先的に二価イオンに結合する、または優先的に多価イオンに結合するために、有機液相による溶媒抽出を用いて精製される。一実施形態において、溶媒抽出は、ネオデカン酸またはジ−（２−エチルヘキシル）リン酸を用いて実行される。一実施形態において、リチウム塩溶液またはリチウム酸溶出溶液の流れは、一連の１つ以上のカラム／タンクに送り出されて他の液相の流れに対向して流れ、他の液相は、灯油、またはネオデカン酸を含有する他の溶剤、ジ−（２−エチルヘキシル）リン酸、または、非塩水溶剤相において溶解され、または非塩水溶剤相自体であり得る他の抽出用溶剤であってもよい。一実施形態において、ＭｇおよびＣａは、別個の剥離カラム中で濃縮ＨＣｌまたは別の酸を用いて、溶剤から剥離される。
【０２２８】
一実施形態において、リチウム溶出溶液は、優先的に不純物を吸収するために陽イオン交換樹脂を用いて精製される。一実施形態において、リチウム溶出溶液は、優先的に多価イオンを吸収しつつナトリウムを放出するために陽イオン交換樹脂を用いて精製される。一実施形態において、リチウム溶出溶液は、優先的に多価イオンを吸収しつつ水素を放出するために陽イオン交換樹脂を用いて精製される。一実施形態において、リチウム溶出溶液は、優先的に多価イオンを吸収しつつリチウムを放出するために陽イオン交換樹脂を用いて精製される。一実施形態において、陽イオン交換樹脂は、スルホン化ポリマーまたはカルボキシル化ポリマーでもよい。一実施形態において、陽イオン交換樹脂は、スルホン化ポリスチレンポリマー、スルホン化ポリスチレン−ブタジエンポリマー、またはカルボキシル化ポリアクリル酸ポリマーでもよい。一実施形態において、陽イオン交換樹脂にＮａを充填すると、Ｍｇ、Ｃａ、および他の多価イオンとしてＮａが放出され、吸収される。一実施形態において、陽イオン交換樹脂にＬｉを充填することで、Ｍｇ、Ｃａ、および他の多価イオンが吸収されるとＬｉが放出される。
【０２２９】
一実施形態において、リチウム溶出溶液は、優先的に不純物を吸収するために陰イオン交換樹脂を用いて精製される。
【０２３０】
一実施形態において、イオン交換システムから作り出されたリチウム溶出溶液を精製することで、不純物が取り除かれ、一方でｐＨは低く維持され、それにより、酸性プロトンは後に再利用して、イオン交換システムからリチウムを溶出することができる。
【０２３１】
一実施形態において、優先的にリチウムを吸収するために、無機イオン交換材料を含むイオン交換システムから作り出されたリチウム溶出溶液は、優先的にリチウムを吸収するために無機イオン交換材料を含む別のイオン交換システムを用いることにより、精製される。
【０２３２】
一実施形態において、リチウム塩溶液は、沈殿を補助するために溶液を冷却する、または暖めることにより精製される。
【０２３３】
一実施形態において、リチウム塩溶液は、ＢａＳＯ４として硫酸塩を沈殿させるためにＢａＣｌ２を添加することにより精製される。
【０２３４】
一実施形態において、リチウム塩溶液は、Ｎａ２ＳＯ４などの不純物を沈殿させるために水を取り除くことにより精製される。
【０２３５】
結晶化
本明細書に記載される本発明の一態様は、構成部分が晶析装置であるプロセスである。一実施形態において、晶析装置はイオン交換装置と流体連通している。一実施形態において、晶析装置は膜セルと流体連通している。一実施形態において、晶析装置は熱蒸発装置と流体連通している。一実施形態において、晶析装置は逆浸透装置と流体連通している。一実施形態では、晶析装置は、イオン交換装置、膜セル、熱蒸発装置、または逆浸透装置のうち少なくとも１つと流体連通している。
【０２３６】
一実施形態において、ＬｉＯＨ溶液は、水の除去によりＬｉＯＨ固体を形成するために結晶化される。一実施形態において、ＬｉＣｌ溶液は、水の除去によりＬｉＣｌ固体を形成するために結晶化される。一実施形態において、１つ以上のポリアニオン化合物を焙焼することで、１つ以上の塩基性酸化物および１つ以上の気体が作り出される。一実施形態において、１つ以上の気体は、硫酸中で変換されるＳＯｘを含む。一実施形態において、１つ以上の気体は、Ｌｉ２ＣＯ３を沈殿または精製するために使用されるＣＯ２を含む。一実施形態において、ＣａＣＯ３を焙焼することで、ＣａＯおよびＣＯ２が作り出される。一実施形態において、ＣａＳＯ４を焙焼することで、ＣａＯおよびＨ２ＳＯ４が作り出される。
【０２３７】
統合システムの一実施形態において、晶析装置を使用して、リチウム塩溶液を固形リチウム塩に変換する。晶析装置の一実施形態において、水酸化リチウム溶液は、固形水酸化リチウムを形成するために結晶化される。晶析装置の一実施形態において、沈殿を制御することで、リチウムまたは他の化合物が選択的に沈殿する。晶析装置の一実施形態において、沈殿を制御することで、水酸化リチウムが選択的に沈殿し、一方で水酸化ナトリウムが溶液に残る。一実施形態において、炭酸ナトリウムを、リチウムを含む溶液に添加することで、炭酸リチウムが沈殿する。一実施形態において、炭酸ナトリウム溶液を、リチウムを含む溶液に添加することで、炭酸リチウムが沈殿する。一実施形態において、炭酸ナトリウムのスラリーを、リチウムを含む溶液に添加することで、炭酸リチウムが沈殿する。一実施形態において、炭酸ナトリウムを、炭酸ナトリウムの種結晶が存在する状態でリチウムを含む溶液に添加することで、炭酸リチウムが沈殿する。一実施形態において、遠心分離機、ピーラー式遠心分離機、ペンデュラム式遠心分離機、デカンダ式遠心分離機（ｓｏｌｉｄ  ｂｏｗｌ  ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ）、プッシャー遠心分離機、コニカルプレート遠心分離機、円筒型遠心分離機、ろ布反転型遠心分離機、スライディング放電遠心分離機、画面スクロール遠心分離機、デカンター遠心分離機、またはそれらの組み合わせを用いて、炭酸リチウム結晶が水から分離される。一実施形態において、炭酸リチウム結晶は、メッシュ、フィルター、固液分離装置、またはそれらの組み合わせを用いて分離される。一実施形態において、炭酸リチウム結晶は、乾燥器を用いて乾燥される。一実施形態において、炭酸リチウム結晶は、蒸発器、晶析装置、乾燥器、連続乾燥器、真空乾燥器、またはそれらの組み合わせを用いて乾燥される。一実施形態において、炭酸リチウム結晶は、粉砕機、ミル、ジェットミル、エアーミル（ａｉｒ  ｍｉｌｌ）、分級ミル、空気分級ミル、分級器、またはそれらの組み合わせを用いて粉砕される。一実施形態において、炭酸リチウム結晶は、約１００ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約２０ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約５ミクロン未満、約２ミクロン未満、約１ミクロン未満、または約１００ミクロンを超える平均粒径を伴うサイズ範囲へと粉砕される。一実施形態において、炭酸リチウムはペレット状へと処理される。
【０２３８】
統合システムの一実施形態において、リチウム塩溶液は最初に結晶化され、次いで溶解され、再結晶化されると、不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３を水およびＣＯ２と混合することで、溶解ＬｉＨＣＯ３溶液が形成される。一実施形態において、不純物はＬｉＨＣＯ３溶液から取り除かれる。一実施形態において、不純物は、ポリマーイオン交換樹脂を用いてＬｉＨＣＯ３溶液から取り除かれる。次いで、ＬｉＨＣＯ３溶液を加熱することで、不純物が最小のＬｉ２ＣＯ３が再結晶される。一実施形態において、ＣＯ２は、ＬｉＨＣＯ３溶液から放出され、および再利用のために再び捕捉される。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３を乾燥し、微粉状にすると、超微粉が製造される。
【０２３９】
晶析装置の一実施形態において、液相に残るリチウムは、リチウムが晶析装置に戻る前に、イオン交換システムまたは精製システムに戻される。
【０２４０】
晶析装置の一実施形態において、水は、熱および対流を用いて取り除かれる。一実施形態において、晶析装置は、フラッシュ冷却晶析装置、円筒型流下膜式蒸発器、掻き取り面型晶析装置、オスロ型晶析装置、円筒型強制循環型蒸発器、プレート型強制循環型蒸発器、強制循環晶析装置、表面冷却晶析装置、ドラフト管バッフル晶析装置、プレート型流下膜式蒸発器、またはバッチ真空型晶析装置である。
【０２４１】
統合システムの一実施形態において、晶析装置の前には、沈降濃縮装置、浄化器、加圧ろ過器、遠心分離機、または蒸発器が存在する。
【０２４２】
晶析装置の一実施形態において、晶析装置中の溶液の温度を制御することで、結果として生じる固形リチウム化合物中の不純物が管理される。一実施形態において、水酸化リチウム固体、水酸化リチウム結晶、水酸化リチウム一水和物、水酸化リチウムスラリー、または水酸化リチウムの他の形態を溶解し、再結晶化することで、不純物が取り除かれる。一実施形態において、水酸化リチウム固体、水酸化リチウム結晶、水酸化リチウム一水和物、水酸化リチウムスラリー、または水酸化リチウムの他の形態を溶解し、精製し、再結晶化することで、不純物が取り除かれる。一実施形態において、水酸化リチウム固体、水酸化リチウム結晶、水酸化リチウム一水和物、水酸化リチウムスラリー、または水酸化リチウムの他の形態を溶解し、イオン交換により精製して不純物を吸収させ、再結晶化することで、高純度の水酸化リチウム材料が作り出される。一実施形態において、水酸化リチウム結晶は、蒸発器、晶析装置、乾燥器、連続乾燥器、真空乾燥器、またはそれらの組み合わせを用いて乾燥される。一実施形態において、炭酸リチウム結晶は、約１００ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約２０ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約５ミクロン未満、約２ミクロン未満、約１ミクロン未満、または約１００ミクロンを超える平均粒径を伴うサイズ範囲へと粉砕される。一実施形態において、水酸化リチウムはペレット状へと処理される。
【０２４３】
ＬｉＯＨ−Ｌｉ２ＣＯ３変換
一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３の水溶液またはスラリーを生成し、かつＣａ（ＯＨ）２、Ｓｒ（ＯＨ）２、またはＢａ（ＯＨ）２を添加することにより、Ｌｉ２ＣＯ３はＬｉＯＨへと変換され、それにより、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａは、不溶性のＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、またはＢａＣＯ３の沈殿物を形成し、主にＬｉＯＨの溶液を残す。
【０２４４】
一実施形態において、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｓｒ（ＯＨ）２、またはＢａ（ＯＨ）２を添加することにより、Ｌｉ２ＳＯ４はＬｉＯＨへと変換され、それにより、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａは、不溶性のＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、またはＢａＣＯ３の沈殿物を形成し、主にＬｉＯＨの溶液を残す。
【０２４５】
一実施形態において、ＬｉＯＨの水溶液またはスラリーを生成し、かつＣＯ２と共に溶液またはスラリーを散布することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿させることにより、ＬｉＯＨはＬｉ２ＣＯ３へと変換される。統合システムの一実施形態において、ＬｉＯＨの水溶液またはスラリーを生成し、かつＮａ２ＣＯ３または別の炭酸塩化合物を添加することでＬｉ２ＣＯ３を沈殿することにより、ＬｉＯＨはＬｉ２ＣＯ３へと変換される。一実施形態において、ＣＯ２の存在下でＬｉＯＨの溶液を噴霧乾燥することにより、ＬｉＯＨはＬｉ２ＣＯ３へと変換される。
【０２４６】
一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、リン酸二水素リチウム、または硝酸リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、リン酸水素リチウム、または硝酸リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、または硝酸リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、または硝酸リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、リン酸リチウム、または硝酸リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、硫酸水素リチウム、またはリン酸リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫酸リチウム、または硫酸水素リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウムまたは硫酸リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、または臭化リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、または塩化リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は、炭酸リチウムまたは水酸化リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は炭酸リチウムである。一実施形態において、リチウム塩は水酸化リチウムである。
【０２４７】
一実施形態において、前記精製リチウム塩はＬｉ２ＣＯ３である。一実施形態において、前記精製リチウム塩はＬｉ３ＰＯ４である。いくつかの実施形態において、前記リチウム塩は、Ｌｉ２ＣＯ３またはＬｉ３ＰＯ４であり、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、他の炭酸塩、または他のリン酸塩の添加により沈殿される。いくつかの実施形態において、前記精製リチウム塩は無機塩である。いくつかの実施形態において、前記精製リチウム塩は有機塩である。いくつかの実施形態において、前記リチウム溶出液は、塩化リチウム溶液、硫酸リチウム溶液、または他のリチウム塩溶液であり、かつ、精製されているか、不純物を含む場合がある。
【０２４８】
一実施形態において、炭酸リチウム結晶は、約１００ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約２０ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約５ミクロン未満、約２ミクロン未満、約１ミクロン未満、または約１００ミクロンを超える平均粒径を伴うサイズ範囲へと粉砕される。一実施形態において、水酸化リチウムはペレット状へと処理される。
【０２４９】
装置の操作
統合システムの一実施形態において、ＬｉＯＨ溶液は、ＬｉＯＨ結晶化の前に逆浸透を用いて生成かつ濃縮される。
【０２５０】
統合システムの一実施形態において、塩素アルカリの機構を使用して、ＮａＣｌ水溶液からＨＣｌおよびＮａＯＨが生成される。一実施形態において、ＨＣｌを使用して、選択的リチウム吸収のためにイオン交換システムからリチウムが溶出され、リチウム溶出溶液が作り出される。一実施形態において、塩素アルカリの機構からのＮａＯＨを使用して、選択的リチウム吸収のためにイオン交換システム中の塩水のｐＨが制御される。一実施形態において、ＮａＯＨを使用して、リチウム溶出溶液から不純物が沈殿される。一実施形態において、前記アルカリまたはアルカリ金属水酸化物、炭酸塩、または重炭酸塩は、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、およびそれらの組み合わせから選択される。一実施形態において、前記塩基性沈殿物は、ｐＨ調節のために（ｂ）へ再利用される。
【０２５１】
統合システムの一実施形態において、塩基性の溶液および化合物は、精製、化学沈殿、変換、または膜電気分解の工程において生成され、イオン交換システムでのｐＨ制御または不純物の沈殿など、統合プロセスにおける他の工程のために使用され、または再利用される。一実施形態において、Ｍｇ（ＯＨ）２のスラリーは、リチウム溶出液溶液の精製から生じるものであり、イオン交換プロセスでのｐＨ制御に再利用される。一実施形態において、ＬｉＯＨとＮａＯＨの不純物の溶液は、ＬｉＯＨ結晶化プロセスの副産物として作り出され、この溶液は、Ｍｇ（ＯＨ）２および／または他の不純物の沈殿によるリチウム溶出溶液の精製に再利用される。一実施形態において、ＬｉＯＨからＬｉ２ＣＯ３への変換中に作り出される、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、Ｌｉ２ＣＯ３、および／またはＮａ２ＣＯ３の溶液またはスラリーは、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２、および／または他の不純物の沈殿によるリチウム溶出溶液の精製に再利用される。
【０２５２】
統合システムの一実施形態において、化学試薬は、固体、液体、またはスラリーとして、タンク、処理機（ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）、および反応装置に添加される場合がある。
【０２５３】
統合システムの一実施形態において、Ｃａ（ＯＨ）２の添加を介したＬｉ２ＣＯ３からＬｉＯＨへの変換中に作り出されるＣａＣＯ３を焙焼することで、変換プロセス、イオン交換システムでのｐＨ制御、または他のプロセスに再利用されるＣａＯおよび／またはＣａ（ＯＨ）２が作り出される。イオン交換システムの一実施形態において、リチウム溶出溶液の精製中に作り出されるＣａＣＯ３を焙焼することでＣａＯが作り出され、および、随意に消和させる（ｓｌａｋｅｄ）ことで、精製プロセス、イオン交換システムでのｐＨ制御、または他のプロセスに再利用されるＣａ（ＯＨ）２が作り出される。
【０２５４】
統合システムの一実施形態において、ＣａＳＯ４、ＢａＳＯ４、および／またはＳｒＳＯ４を焙焼することで、ＣａＯ、ＢａＯ、および／またはＳｒＯが生成され、結果として生じるＳＯｘガス種を捕捉することでＨ２ＳＯ４が作り出される。イオン交換システムの一実施形態において、ＣａＳＯ４、ＢａＳＯ４、および／またはＳｒＳＯ４を低圧で焙焼することで、ＳＯｘガス種が生成され、これは、Ｖ２Ｏ５または他の触媒を含む触媒充填反応装置ベッド（ｐａｃｋｅｄ  ｃａｔａｌｙｓｔ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｂｅｄ）を用いてＳＯ３へと変換される。一実施形態において、ＳＯ３ガスは、冷却のために熱交換を通過して、Ｈ２ＳＯ４およびＨ２Ｏと反応することで、Ｈ２ＳＯ４ができる。
【０２５５】
統合システムの一実施形態において、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、または他の炭酸塩を焙焼することで、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、または他の酸化物が作り出される。一実施形態において、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、または他の炭酸塩を焙焼することで作り出されたＣＯ２を使用することで、ＬｉＯＨからＬｉ２ＣＯ３が形成され、精製のためにＬｉ２ＣＯ３がＬｉＨＣＯ３に変換され、または、炭酸塩沈殿物として溶液から不純物が沈殿する。一実施形態において、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、または他の炭酸塩を焙焼することで作り出された酸化物を使用して、リチウム吸収のためにイオン交換システム中でｐＨが制御され；水溶液から不純物が沈殿し；ＣａＳＯ４、ＢａＳＯ４、ＳｒＳＯ４、または他の硫酸塩の種の沈殿により、Ｌｉ２ＳＯ４溶液がＬｉＯＨ溶液に変換され；ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、または他の炭酸塩の種の沈殿により、Ｌｉ２ＣＯ３がＬｉＯＨに変換され；またはＣａ３Ｐ２Ｏ８、Ｍｇ２Ｐ２Ｏ８  Ｓｒ２Ｐ２Ｏ８、または他のリン酸塩の種の沈殿により、Ｌｉ３ＰＯ４がＬｉＯＨに変換される。一実施形態において、大気由来の、または、炭素や炭化水素の燃焼由来のＣＯ２を使用して、Ｌｉ２ＣＯ３が作り出されるか、または精製され、あるいは、ＣａＣＯ３または他の不純物が沈殿する。
【０２５６】
統合システムの一実施形態において、イオン交換システムから生成される、主にＬｉＣｌとＨＣｌから成るリチウム溶出溶液を濃縮し、蒸留することで、水とＨＣｌを回収する。一実施形態において、回収したＨＣｌをイオン交換システムに再利用することで、より多くのリチウム溶出溶液が作り出される。一実施形態において、ＨＣｌは、真空蒸留または膜蒸留を介して蒸留される。一実施形態において、逆浸透システムを使用してリチウム溶出溶液から水が取り除かれ、透過物は希釈ＨＣｌを含有しており、これは、他の酸流れと組み合わせて、リチウム溶出のために随意に再利用することができる。一実施形態において、ＨＣｌと水は、逆浸透と蒸発との組み合わせを用いて、リチウム溶出溶液から取り除かれる。
【０２５７】
統合システムの一実施形態において、イオン交換システムから生成される、主にＬｉＣｌとＨＣｌから成るリチウム溶出溶液を蒸留装置に通過させることで、より濃縮された形態のＨＣｌを回収する。一実施形態において、作り出されたＨＣｌの濃度は、約０．５Ｎ未満のＨＣｌ、約１Ｎ未満のＨＣｌ、約５Ｎ未満のＨＣｌ、または約５Ｎを超えるＨＣｌの場合がある。一実施形態において、作り出されたＨＣｌは、ＬｉＣｌを全く含まないか、約０．５Ｎ未満のＬｉＣｌしか含まないか、または約０．５Ｎを超えるＬｉＣｌを含む場合がある。一実施形態において、回収したＨＣｌをイオン交換システムに直接再利用することで、より多くのリチウム溶出溶液が作り出される。一実施形態において、回収したＨＣｌは、水蒸気により凝結されるか、水またはＬｉＣｌ溶液と接触されることで、液体ＨＣｌ流を作り出す。一実施形態において、ＨＣｌ流は、イオン交換システム中で再利用することができる。一実施形態において、ＨＣｌ蒸気はイオン交換反応装置に直接送られ、その中で蒸気は、中間液体酸流を伴わずに酸またはＬｉＣｌ溶液へと直接吸収される。
【０２５８】
蒸留装置の一実施形態において、蒸留前と同様の濃度、蒸留前の流れに比べて約２倍、約５倍、約２０倍、または約１００倍に濃縮された濃度未満でＬｉＣｌを含む、ＬｉＣｌ水溶液の流れが作り出される。蒸留装置の一実施形態において、約０．１Ｎ未満のＨＣｌ、約１Ｎ未満のＨＣｌ、または約１Ｎを超えるＨＣｌを含む、液状水の流れが作り出される場合がある。蒸留装置の一実施形態において、蒸気の流れが作り出される場合がある。
【０２５９】
蒸留装置の一実施形態において、１つ以上の蒸留カラムが使用される場合がある。一実施形態において、蒸留カラムは、絶対圧力の約０．２５バール未満、約１バール未満、約４バール未満、または約４バールを超える圧力で操作される場合がある。一実施形態において、カラムは同じ圧力で操作される場合がある。一実施形態において、カラムは異なる圧力で操作される場合がある。一実施形態において、蒸留カラムは同じ温度で操作される場合がある。一実施形態において、蒸留カラムは異なる温度で操作される場合がある。
【０２６０】
蒸留装置の一実施形態において、溶存種は、ＨＣｌの蒸気圧を増大させることでＨＣｌの蒸気液体分離を補助することができる。一実施形態において、溶存種は、蒸留装置に進入するＬｉＣｌおよびＨＣｌの溶液の一部であり得る。一実施形態において、溶存種は、ＬｉＣｌおよびＨＣｌの溶液に添加され、蒸留後に溶液から取り除かれる場合がある。一実施形態において、溶存種は再生され、ＬｉＣｌ溶液からの取り除いた後に蒸留装置に再利用される場合がある。一実施形態において、溶存種は別の形態に変換され、リチウム抽出のために統合システムの他の場所に使用される場合がある。一実施形態において、溶存種は、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、またはＫＣｌなどの塩化物である。
【０２６１】
一実施形態において、蒸留装置は、ＨＣｌまたは水の蒸気液体分離を加えるための膜を含む。一実施形態において、蒸留装置は、１つ以上の平衡蒸留装置ドラムを含む場合がある。一実施形態において、酸性溶出液流は蒸留カラムまたは平衡蒸留ドラムに供給され、その中で、温度が増大し、および／または圧力が減少すると、溶液からＨＣｌが蒸発し、次いでこれを吸収塔に供給し、その中でＨＣｌは水または希釈ＨＣｌに吸収され、より濃縮されたＨＣｌ溶液ができる。
【０２６２】
統合システムの一実施形態において、統合システムは、１つの場所または複数の場所にある化学施設で構成される。統合システムの一実施形態において、統合システムは、複数の場所にある化学施設で構成され、リチウム溶出溶液、濃縮リチウム溶出溶液、精製リチウム溶出溶液、精製濃縮リチウム溶出溶液、炭酸リチウム、水酸化リチウム、またはリン酸リチウムなどの、化学物質、溶液、および／または材料は、１つの場所から別の場所へと輸送される場合がある。一実施形態において、炭酸リチウム、水酸化リチウム、リン酸リチウム、または他の化合物は、溶液、スラリー、湿潤粉末、または乾燥粉末として輸送される場合がある。
【０２６３】
統合システムの一実施形態において、生成物は、最小限の処理によりできた溶液、スラリー、湿潤粉末、または乾燥粉末であり得る。統合システムの一実施形態において、生成物は、２０ｗｔ％未満、２ｗｔ％未満、０．２ｗｔ％未満、または０．０２ｗｔ％未満の不純物を有する場合がある。統合システムの一実施形態において、生成物は、２０ｗｔ％を超える不純物を有する場合がある。
【０２６４】
統合システムの一実施形態において、ＬｉＣｌ溶液を蒸発により結晶化することで、ＬｉＣｌ粉末が作り出される。統合システムの一実施形態において、Ｌｉ２ＳＯ４溶液を蒸発により結晶化することで、Ｌｉ２ＳＯ４粉末が作り出される。統合システムの一実施形態において、Ｌｉ２ＳＯ４、ＬｉＣｌ、Ｌｉ３ＰＯ４、または他のリチウム含有粉末を別の場所に運んで、Ｌｉ２ＣＯ３、ＬｉＯＨ、Ｌｉ金属、または他のリチウム含有粉末へとさらに処理することができる。
【０２６５】
一実施形態において、炭酸リチウム結晶は、約１００ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約２０ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約５ミクロン未満、約２ミクロン未満、約１ミクロン未満、または約１００ミクロンを超える平均粒径を伴うサイズ範囲へと粉砕される。一実施形態において、水酸化リチウムはペレット状へと処理される。
【０２６６】
統合システムの一実施形態において、ＬｉＣｌ粉末を処理することで、溶融塩電解細胞を介してＬｉ金属が形成される。溶融塩電解セルの一実施形態において、ＬｉＣｌをＫＣｌと混合することで、電解質が形成される。溶融塩電解セルの一実施形態において、電流をＬｉ含有電解質に流すことで、電気化学還元陰極にリチウム金属が生成される。溶融塩電解セルの一実施形態において、電流をＬｉ含有電解質に流すことで、電気化学酸化陽極に塩素ガスが生成される。溶融塩電解セルの一実施形態において、セルは約４００〜５００℃の温度で維持される。
【０２６７】
統合システムの一実施形態において、リチウム含有粉末を水で洗浄することで、不純物が取り除かれる。一実施形態において、Ｌｉ２ＣＯ３を９５℃で水により洗浄することで、Ｌｉ２ＣＯ３の溶解が最小限の不純物が取り除かれる。一実施形態において、リチウム含有粉末の洗浄に使用される水は、微量の炭酸リチウム、水酸化リチウム、または他のリチウム塩を含んでいる。一実施形態において、リチウム含有粉末の洗浄に使用される水は、リチウム溶出溶液の精製などの他のプロセスに再利用される。
【０２６８】
一実施形態において、統合システムにより作り出されたリチウム化合物の純度は、約５０％、約９０％、約９９．９％、または約９９．９９％を超える場合がある。
【０２６９】
リチウム抽出のためにｐＨを調節するシステム
統合システムの一実施形態において、統合システムは、塩水または他のイオン含有液体資源からのリチウム吸収中でのｐＨ制御を可能とする形態にある、リチウム抽出用のイオン交換反応装置を備えている。この反応装置の機能は、リチウム吸収中に放出される水素を中和し、一方で塩基付加による沈殿に関連する問題を解決することである。
【０２７０】
統合システムの一実施形態において、統合システムは、液体資源からのリチウムイオン抽出用のイオン交換システムを備えており、該イオン交換システムは、ａ）イオン交換材料；およびｂ）システム中の液体資源のｐＨを増大させるためのｐＨ調節機構を備えている。イオン交換材料は、液体資源からリチウムイオンを抽出する。イオン交換材料による液体資源からのリチウムイオンの抽出中に、液体資源のｐＨは随意に減少する。ｐＨ調節機構の使用によりシステム中の液体資源のｐＨを増大させることで、イオン交換材料によるリチウムイオン吸収に適した範囲にｐＨが維持される。一実施形態において、ｐＨ調節機構は、システムのｐＨの測定、および、リチウム抽出に理想的なｐＨ範囲へのシステムのｐＨの調整を含む。一実施形態において、イオン交換材料が塩水からリチウムを吸収するために、塩水に理想的なｐＨ範囲は随意に、５〜７、好ましくは随意に４〜８であり、そして許容可能なｐＨ範囲は随意に１〜９である。一実施形態において、ｐＨ調節機構は、システムのｐＨの測定を含み、システムのｐＨは、６未満、４未満、または２未満であり、システムのｐＨは、１〜９、４〜８、または５〜７に調製される。
【０２７１】
バッチシステムの再循環
イオン交換システムの一実施形態において、イオン交換材料はカラムに充填される。システムの一実施形態において、ｐＨ調節機構は、イオン交換材料を充填したカラムに接続される。システムの一実施形態において、ｐＨ調節機構は１つ以上のタンクを備えている。
【０２７２】
イオン交換システムの一実施形態において、１つ以上のイオン交換カラムに、イオン交換材料の固定床または流動床が充填される。システムの一実施形態において、イオン交換カラムは、出入口のポートを備えた円柱状構築物である。さらなる実施形態において、イオン交換カラムは随意に、出入口のポートを備えた非円柱状構築物である。さらなる実施形態において、イオン交換カラムはタンクである。さらなる実施形態において、イオン交換カラムは随意に、塩水を汲み出すための出入口のポート、および、カラムにイオン交換材料を充填し、かつカラムから材料を取り出すための追加のドアまたはハッチを有している。さらなる実施形態において、イオン交換カラムには随意に、イオン交換材料の喪失、漏れ、または盗用のリスクを減らすための１つ以上のセキュリティデバイスが備わっている。イオン交換材料は、塩水からリチウムを可逆的に吸収し、酸の中にリチウムを放出することができる。一実施形態において、イオン交換材料は、イオン交換材料の溶解または分解を制限するために、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、またはＴｉＯ２などの被覆材料で随意に保護される、粒子で構成されている。一実施形態において、イオン交換材料は粉末の形態でもよい。一実施形態において、イオン交換材料はビーズの形態でもよい。一実施形態において、ビーズは、イオン交換材料に結合する、耐酸性ポリマーなどの構造成分を含んでいる。一実施形態において、ビーズは、塩水、酸、水（ａｑｕｅｏｕｓ）、および他の溶液がビーズへと浸透して、ビーズへと、およびビーズからリチウムと水素を送達し、またはビーズを洗浄するのを容易にする、穴を備えている。一実施形態において、ビーズの穴は、穴のサイズが分布している穴の接続網を形成するように構造化され、かつ、ビーズ形成中にフィルター材料を組み込み、その後に液体または気体にあるフィルター材料を取り除くことにより構造化される。
【０２７３】
イオン交換システムの一実施形態において、システムは再循環バッチシステムであり、これは、塩基を塩水へと混合し、塩基付加後に任意の沈殿を沈降させ、かつイオン交換カラムまたは他のタンクへの再注入前に塩水を貯蔵するために、１つ以上のタンクに接続される、イオン交換カラムを備えている。再循環バッチシステムの一実施形態において、塩水は、１つ以上のタンクに充填され、イオン交換カラムを通って汲み出され、一連のタンクを通って汲み出され、次いで１つのループでイオン交換カラムに戻される。一実施形態において、塩水は随意にこのループを繰り返す。一実施形態において、塩水をイオン交換カラムに通して再循環させることで、材料による随意のリチウム吸収が可能となる。一実施形態において、塩基は、ｐＨがリチウム吸収に適切なレベルで維持されるような方法、およびイオン交換カラム中の塩基関連沈殿物の量が最小化されるような方法で、塩水に添加される。
【０２７４】
一実施形態において、塩水が再循環バッチシステムにより汲み出されると、リチウム吸収中のイオン交換材料からの水素放出により、塩水のｐＨはイオン交換カラムにおいて低下し、固体、水溶液、または他の形態として塩基を添加することにより、塩水のｐＨは上方調整される。一実施形態において、イオン交換システムは、ほぼ完了に近づくまでイオン交換反応を導き、イオン交換カラムに残る塩水のｐＨは、イオン交換カラムに進入する塩水のｐＨに近づく。一実施形態において、添加される塩基の量を随意に制御することで、塩基性沈殿物が形成されないような方法でイオン交換材料により放出される水素が中和される。一実施形態において、過剰な塩基、または一時的に過剰な塩基は随意に、塩基性沈殿物が形成されるような方法で添加される。一実施形態において、塩基性沈殿物は一時的に形成され、次いで、イオン交換カラムから放出される水素により部分的または完全に再溶解される。システムの一実施形態において、塩基は随意に、イオン交換カラムの前、イオン交換カラムの後、１つ以上のタンクの前、または１つ以上のタンクの後に塩水流に添加される。
【０２７５】
再循環バッチシステムの一実施形態において、タンクは混合タンクを備えており、その中で塩基が塩水と混合される。一実施形態において、タンクは沈降タンクを備えており、その中で、Ｍｇ（ＯＨ）２などの沈殿物は随意に、イオン交換カラムへの沈殿物の注入を回避するために、沈降タンクの底部に沈降する。一実施形態において、タンクは貯蔵タンクを備えており、その中で塩水は、イオン交換カラム、混合タンク、沈降タンク、または他のタンクへの再注入前に貯蔵される。一実施形態において、タンクは酸再循環タンクを備えている。一実施形態において、再循環バッチ反応装置中のタンクの一部は随意に、塩基混合タンク、沈降タンク、酸循環タンク、または貯蔵タンクを含んで、目的の組み合わせを果たす。任意の実施形態において、タンクは随意に、同時に２つの機能を果たさない。例えば、タンクは、塩基混合タンクや沈降タンクではない。
【０２７６】
再循環バッチシステムの一実施形態において、塩基は混合タンクに添加され、これは随意に、連続撹拌タンクシステム、静的ミキサーに従う酸性化塩水流と塩基流の合流部、擢型ミキサーに従う酸性化塩水流と塩基流の合流部、タービン攪拌機に従う酸性化塩水流と塩基流の合流部、または、底部で十分に混合され、頂部付近で沈降される垂直カラムの形態にある連続撹拌タンクシステムである。一実施形態において、塩基は、固体または水溶液として随意に添加される。一実施形態において、塩基は、一定速度、または様々な速度で連続して随意に添加される。一実施形態において、塩基は、一定または様々なアリコートやバッチにおいて、個々で随意に添加される。一実施形態において、塩基は、１つ以上のｐＨメーターに従い随意に添加され、該ｐＨメーターは随意に、イオン交換カラムの下流にある、または再循環バッチシステムの他の場所にある塩水をサンプリングする。一実施形態において、フィルターを随意に使用して、沈殿物が混合タンクの残るのを防ぐ。一実施形態において、フィルターは随意に、プラスチックメッシュスクリーン、砂、シリカ、またはアルミナなどの粒状媒体を含む小さな充填カラム、多孔質媒体フィルターを備えた小さな充填カラム、または膜である。
【０２７７】
再循環バッチシステムの一実施形態において、沈降タンクは随意に、底部に流入水、頂部に流出水を含む沈降タンク、または、一端に流入水、他端に流出水を含む沈降タンクである。一実施形態において、仕切られた堰を使用すると、沈殿物は完全に沈降し、次いで塩水が反応装置へと再循環される。一実施形態において、固形塩基沈殿物は、沈降タンクの底部で集められ、ミキサーへと再循環される。一実施形態において、Ｍｇ（ＯＨ）２などの沈殿物は随意に、タンクの底部付近に沈降する。一実施形態において、塩水は沈降タンクの上部から取り除かれ、そこでは、浮遊した沈殿物の量が最小である。一実施形態において、沈殿物は随意に、重力、遠心作用、または他の力などにより沈降する。一実施形態において、フィルターを随意に使用して、沈殿物が沈降タンクに残るのを防ぐ。一実施形態において、フィルターは随意に、プラスチックメッシュスクリーン、砂、シリカ、またはアルミナなどの粒状媒体を含む小さな充填カラム、多孔質媒体フィルターを備えた小さな充填カラム、または膜である。一実施形態において、整流装置を随意に使用して、沈殿物の沈降を確実なものとし、沈殿物が沈降タンクを出てカラムに入るのを防ぐ。
【０２７８】
再循環バッチシステムの一実施形態において、塩基性沈殿物は沈降タンクから随意に集められ、混合タンクなどの場所にて塩水に注入されると、塩水のｐＨが調整される。
【０２７９】
再循環バッチシステムの一実施形態において、１つ以上のイオン交換カラムは、１つ以上のタンクまたは一連のタンクに随意に接続される。再循環バッチシステムの一実施形態において、分配されている一組の混合タンク、沈降タンク、および貯蔵タンクを通じて塩水を再循環させる、複数のイオン交換カラムが随意に存在する。再循環バッチシステムの一実施形態において、複数組の混合タンク、沈降タンク、および貯蔵タンクを通じて塩水を再循環させる、１つのイオン交換カラムが随意に存在する。
【０２８０】
カラム交換システム
統合システムの一実施形態において、統合システムは、イオン交換材料が複数のカラムに充填されるイオン交換システムを備えている。一実施形態において、ｐＨ調節機構は、複数のカラムに接続される複数のタンクを備えており、複数のタンクの各々が即座に複数のカラムのうち１つに接続されている。一実施形態において、複数のカラムに接続される複数のタンクのうち２つ以上が、少なくとも１つの回路を形成する。一実施形態において、複数のカラムに接続される複数のタンクのうち３つ以上が、少なくとも２つの回路を形成する。一実施形態において、複数のカラムに接続される複数のタンクのうち３つ以上が、少なくとも３つの回路を形成する。一実施形態において、少なくとも１つの回路は、液体資源回路である。一実施形態において、少なくとも１つの回路は、水洗洗浄回路である。一実施形態において、少なくとも１つの回路は、酸溶液回路である。一実施形態において、少なくとも２つの回路は、水洗洗浄回路である。
【０２８１】
イオン交換システムの一実施形態において、システムはカラム交換システムであり、そこでは、イオン交換カラムが、塩水回路、酸回路、水洗洗浄回路、および随意に他の回路を形成するように接続されている。塩水回路の一実施形態において、塩水は、塩水回路中の第１カラムを通り、塩水回路中の次のカラムなどへと流れて、それにより、塩水が１つ以上のカラムを通って流れると、リチウムが塩水から取り除かれる。塩水回路の一実施形態において、塩水回路中の各イオン交換カラム、または特定のイオン交換カラムの前後に塩基を塩水に添加することで、イオン交換材料によるリチウム吸収に適切な範囲に塩水のｐＨが維持される。酸回路の一実施形態において、酸は、酸回路中の第１のカラムを通って、酸回路中の次のカラムなどへ流れて、それにより、リチウムが酸によりカラムから溶出し、リチウム溶出液が作り出される。酸回路の一実施形態において、酸は、酸回路中の第１のカラムを通って、随意に酸回路中の次のカラムなどへ流れて、それにより、リチウムが酸によりカラムから溶出し、リチウム溶出液が作り出される。水洗洗浄回路の一実施形態において、水は、水洗洗浄回路中の第１のカラムを通って、随意に水洗洗浄回路中の次のカラムなどへ流れて、それにより、水洗洗浄回路中のカラムの空隙空間、穴空間、またはヘッドスペースにある塩水が、洗い流される。
【０２８２】
カラム交換システムの一実施形態において、イオン交換カラムは、塩水回路と、水洗洗浄回路と、酸回路との間で交換される。一実施形態において、塩水回路中の第１のカラムにリチウムが充填され、次いで、水洗洗浄回路へと交換することで、カラムの空隙空間、穴空間、またはヘッドスペースから塩水が取り除かれる。一実施形態において、水洗洗浄回路中の第１カラムを洗浄することで塩水が取り除かれ、次いで、酸回路と交換され、そこでは、リチウムを酸で溶出することによりリチウム溶出液が形成される。一実施形態において、酸回路中の第１のカラムは酸で溶出され、次いで塩水回路と交換されることで、塩水からリチウムが吸収される。カラム交換システムの一実施形態において、２つの水洗洗浄回路を使用して、塩水回路と酸回路の両方の後にカラムが洗浄される。カラム交換システムの一実施形態において、１つの水洗洗浄回路のみを使用して、塩水回路の後にカラムが洗浄されるが、余剰酸は塩基で中和されるか、塩水回路においてカラムから洗い流される。
【０２８３】
カラム交換システムの一実施形態において、塩水回路中の第１のカラムは、水洗洗浄回路中の最後のカラムとなるように交換される。カラム交換システムの一実施形態において、水洗洗浄回路中の第１のカラムは、酸回路中の最後のカラムとなるように交換される。カラム交換システムの一実施形態において、酸回路中の第１のカラムは、塩水回路中の最後のカラムとなるように交換される。
【０２８４】
カラム交換システムの一実施形態において、塩水回路中の各カラムは、塩基を塩水に混合し、後の塩基付加を行う任意の塩基性沈殿物を随意に沈降させるための１つ以上のタンクまたはジャンクションを備えている。カラム交換システムの一実施形態において、塩水回路中の各カラムは、沈降または濾過を介して塩基性沈殿物などの粒子を取り除くための１つ以上の関連タンクまたはジャンクションを備えている。カラム交換システムの一実施形態において、各カラム、またはカラムの様々な集合体は、イオン交換材料またはビーズから分離する粒子を含むイオン交換材料を捕捉する、固液分離に用いる１つ以上の関連する沈降タンクやフィルターなどの手段を備えている。
【０２８５】
カラム交換システムの一実施形態において、塩水回路のカラムの数は随意に、約３未満、約１０未満、約３０、または約１００未満である。カラム交換システムの一実施形態において、酸回路のカラムの数は随意に、約３未満、約１０未満、約３０、または約１００未満である。カラム交換システムの一実施形態において、水洗洗浄回路のカラムの数は随意に、約３未満、約１０未満、約３０、または約１００未満である。ある実施形態において、塩水回路のカラムの数は、１〜１０である。いくつかの実施形態において、酸回路のカラムの数は、１〜１０である。いくつかの実施形態において、洗浄回路のカラムの数は、１〜１０である。
【０２８６】
カラム交換システムの一実施形態において、随意に１つ以上の塩水回路、１つ以上の酸回路、および１つ以上の水洗洗浄回路が存在する。カラム交換システムの一実施形態において、イオン交換カラムには、カラムの操作を妨害することのない新たなイオン交換材料が随意に供給される。カラム交換システムの一実施形態において、性能が劣化した材料を有するイオン交換カラムは、カラムの操作を妨害することのない新たなイオン交換材料を有するイオン交換カラムと随意に交換される。
【０２８７】
イオン交換システムの一実施形態において、イオン交換材料はイオン交換カラムに充填され、塩水からのリチウム吸収後、酸再循環ループを用いてリチウムはイオン交換カラムから溶出される。酸再循環ループの一実施形態において、酸は、イオン交換カラムを通ってタンクへと流れ、次いでイオン交換カラムを通って再循環されると、リチウム溶出を最適にする。イオン交換システムの一実施形態において、イオン交換材料はイオン交換カラムに充填され、塩水からのリチウム吸収後、酸を貫流させることでリチウムは各イオン交換カラムから溶出される。イオン交換システムの一実施形態において、イオン交換材料はイオン交換カラムに充填され、塩水からのリチウム吸収後、カラム交換回路を用いてリチウムはイオン交換カラムから溶出される。
【０２８８】
イオン交換システムの一実施形態において、再循環バッチシステムを用いて塩水をイオン交換カラムに流すことで、イオン交換カラムはリチウムを充填され、次いでリチウムは、カラム交換システムを用いてカラムから溶出される。イオン交換の一実施形態において、カラム交換システムを用いて塩水をイオン交換カラムに流すことで、イオン交換カラムはリチウムを充填され、次いでリチウムは、再循環バッチシステムを用いてカラムから溶出される。イオン交換の一実施形態において、再循環バッチシステムを用いて塩水をイオン交換カラムに流すことで、イオン交換カラムはリチウムを充填され、次いでリチウムは、再循環バッチシステムを用いてカラムから溶出される。イオン交換の一実施形態において、カラム交換システムを用いて塩水をイオン交換カラムに流すことで、イオン交換カラムはリチウムを充填され、次いでリチウムは、カラム交換システムを用いてカラムから溶出される。
【０２８９】
撹拌タンクシステム
統合システムの一実施形態において、統合システムは、ｐＨ調節機構がタンクであるイオン交換システムを備えており、該タンクは、ａ）１つ以上の区画；およびｂ）１つ以上の区画に液体資源を通すための手段を備えている。一実施形態において、イオン交換材料は少なくとも１つの区画に充填される。一実施形態において、１つ以上の区画に液体資源を通すための手段は、パイプであり、かつ適切に構成されたポンプである。一実施形態において、タンクはさらに、タンク全体に液体資源を循環させるための手段を備えている。一実施形態において、タンク全体に液体資源を循環させるための手段は、混合デバイスである。いくつかの実施形態において、タンクはさらに注入ポートを備えている。
【０２９０】
イオン交換システムの一実施形態において、システムは、イオン交換ビーズが充填される透過性のパレット、ケース、ボックス、または他の容器などの透過性ビーズ区画を含有する、塩水タンクで構成されている撹拌タンクシステムであり、塩水はバッチプロセスにおいてタンクを通って撹拌される。撹拌タンクシステムの一実施形態において、塩基は、固体として、または水溶液中で徐々にまたは一度に、タンクに直接添加される。撹拌タンクシステムの一実施形態において、塩水吸収段階が完了した後、透過性ビーズ容器は随意に、酸溶出のために別のタンクに移される。撹拌タンクシステムの一実施形態において、透過性ビーズ区画は、塩水段階の間、および塩水段階の後に、撹拌タンクの底部に位置しており、次いで、塩水を取り除き、かつ、透過性ビーズ区画が最適な体積の酸で覆われるような方法で、撹拌タンクの底部に酸を満たすことでリチウムを溶出する。
【０２９１】
撹拌タンクシステムの一実施形態において、イオン交換ビーズは、プラスチック製の構造支持物を用いて、内部混合デバイスを有するタンクに浮遊させられる。撹拌タンクシステムの一実施形態において、塩水の流れはタンクから取り除かれ、カラムを通過し、その中でイオン交換により作り出される塩水中の水素イオンは、溶液中の、または固体として添加される犠牲塩基を用いて、またはイオン交換樹脂により中和される。ｐＨ補正した流れをシステムに戻し、その中でリチウムの除去を継続できる。撹拌タンクシステムの一実施形態において、ビーズ区画を通過した塩水は、随意にタンクの内部または外部にある管を通ってタンクの反対側に戻される。撹拌タンクシステムの一実施形態において、塩基は随意に、タンクの内部にある塩水、またはタンク外部の塩基付加タンクにある塩水に添加される。
【０２９２】
撹拌タンクシステムの一実施形態において、新たな塩水をシステムに供給することで、バッチモードの代わりに連続撹拌タンクシステムモードでシステムが操作される。再循環バッチシステムの一実施形態において、新たな塩水をシステムに供給することで、バッチモードの代わりに連続撹拌タンクシステムモードでシステムが操作される。
【０２９３】
他のタイプのシステム
統合システムの一実施形態において、統合システムはイオン交換システムを備えており、その中でカラムは複数の注入ポートを備えており、複数の注入ポートは、システム中の液体資源のｐＨを上げるために使用される。
【０２９４】
イオン交換システムの一実施形態において、システムは、イオン交換カラムと混合室とを備えた塩基混合システムであり、ここで塩基は、塩水をカラムに注入する直前に塩水と混合される。
【０２９５】
イオン交換システムの一実施形態において、システムは、カラムを通る塩水流れの方向に沿って間隔をおいた、塩基水溶液の注入用の複数のポートを備える、ポートイオン交換カラムシステムである。塩水がカラムを通って流れるため、ビーズのリチウム吸収速度が最大になるカラムの領域が存在し、この領域は、カラムを通って塩水流の方向に移動する。ポートイオン交換柱システムにおいて、塩基を前記領域付近に注入すると、イオン交換反応により放出されるプロトンが中和される。ビーズにリチウムが染み込み、かつプロトンの放出速度が遅くなったカラムの領域において、塩基の注入を減らし、または終えることで、塩基性沈殿物の形成が回避される。
【０２９６】
イオン交換システムの一実施形態において、システムは、塩水流の反対方向に移動するビーズの移動床を有しており、イオン交換反応が最大速度でカラムに生じるとイオン交換反応から放出されたプロトンが中和される場所に近い領域において、塩基はカラムの１つ以上の固定点にて注入される。イオン交換システムの一実施形態において、塩水に添加される塩基は随意に、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＯ、ＮＨ３、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、ＮａＨＳＯ４、ＫＨＳＯ４、ＮａＯＣｌ、ＫＯＣｌ、ＮａＣｌＯ４、ＫＣｌＯ４、ＮａＨ２ＢＯ４、Ｎａ２ＨＢＯ４、Ｎａ３ＢＯ４、ＫＨ２ＢＯ４、Ｋ２ＨＢＯ４、Ｋ３ＢＯ４、ＭｇＨＢＯ４、ＣａＨＢＯ４、ＮａＨＣＯ３、ＫＨＣＯ３、ＮａＣＯ３、ＫＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｎａ３ＰＯ４、Ｎａ２ＨＰＯ４、ＮａＨ２ＰＯ４、Ｋ３ＰＯ４、Ｋ２ＨＰＯ４、ＫＨ２ＰＯ４、ＣａＨＰＯ４、ＭｇＨＰＯ４、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸マグネシウム、ポリ（ビニルピリジン）、ポリ（ビニルアミン）、ポリアクリロニトリル、他の塩基、またはそれらの組み合わせである。一実施形態において、塩基は随意に、固形形態、水溶液、または水溶液として塩水に添加される。一実施形態において、塩基は随意に、ガス状ＮＨ３などのガス状態で添加される。一実施形態において、塩基は随意に、安定した流れ、可変的な流れ、安定した一定分量、または可変的な一定分量で、塩水に添加される。一実施形態において、塩基は随意に、電気化学セルを用いてＨ２とＣｌ２ガスを取り除くことにより塩水に作成され、これを随意に分離システムの中で組み合わせるとＨＣｌ酸が作成され、システムからのリチウムの溶出や、他の目的のために使用される。
【０２９７】
イオン交換システムの一実施形態において、塩水は、ＮａＯＨ、ＣａＯ、またはＣａ（ＯＨ）２などの固形の犠牲塩基粒子を含有するｐＨ制御カラムを通って流れて、塩水へと溶解され、塩水のｐＨを上げる。イオン交換システムの一実施形態において、塩水は、再生可能な固定されたＯＨ含有イオン交換樹脂を含有するｐＨ制御カラムを通って流れて、水素イオン、または、ＨＣｌに抱合する固定ポリピリジンなどの再生可能な塩基種と反応し、それにより酸性化塩水を中和する。ＯＨ基が不足し、またはＨＣｌが染み込むと、イオン交換樹脂はＮａＯＨなどの塩基により随意に再生される。
【０２９８】
イオン交換システムの一実施形態において、システム中のタンク、パイプ、カラム、および他の構成部分にｐＨメーターを随意に設置することで、ｐＨをモニタリングし、システム全体の様々な場所における塩基付加の速度と量を制御する。
【０２９９】
イオン交換システムの一実施形態において、システム中のカラム、タンク、パイプ、および他の構成部分は随意に、プラスチック、プラスチックライニングを施した金属、または、塩水や酸による腐食に強い他の材料を用いて構築される。
【０３００】
イオン交換システムの一実施形態において、イオン交換カラムを、随意に緩衝液を含有する軽度に酸性の水で随意に洗浄すると、酸溶出の前にカラムから任意の塩基性沈殿物が取り除かれる。
【０３０１】
イオン交換柱にリチウムが染み込むか、ほぼ染み込んだ後、酸を用いてリチウムをイオン交換カラムから洗い流す。カラムの中に１回以上通して酸を流して、リチウムを溶出する。一実施形態において、タンクに接続したイオン交換カラムで構成される再循環バッチシステムを用いて、イオン交換カラムに通して酸を随意に流す。一実施形態において、酸流に使用されるタンクは随意に、塩水流に使用されるのと同じタンクである。さらなる実施形態において、酸流に使用されるタンクは随意に、塩水流に使用されるのとは異なるタンクである。さらなる実施形態において、酸をイオン交換カラムに分配すると、余分なタンクを含まないカラムに行き渡り、直ちに再循環される。一実施形態において、酸流に使用されるタンクを用いることなく、酸付加を随意に行う。
【０３０２】
一実施形態において、リチウムは、水と１つ以上の酸溶液との組み合わせを用いて、イオン交換材料から溶出される。一実施形態では、リチウムは、初期体積の水または酸を使用し、その後に別個にまたは連続して酸を添加することにより、イオン交換材料から溶出される。初期体積の酸は、０．２Ｍ未満、０．５Ｍ未満、１．０Ｍ未満、２．０Ｍ未満、または５．０Ｍ未満など、低濃度の場合がある。後の酸の追加は、０．２Ｍ超、０．５Ｍ超、１．０Ｍ超、２．０Ｍ超、または５．０Ｍ超の、高濃度で行われる場合がある。例えば、初期の酸濃度は０．５Ｍであり、追加の酸は６．０Ｍである場合がある。一実施形態において、水と酸の異なる組み合わせを伴う、この酸溶出は、撹拌タンク反応装置またはイオン交換カラムにおいて随意に実行することができ、それらの何れかは、ネットワークにおいて複数の反応装置やカラムが接続されている、より大きなイオン交換システムの一部の場合がある。
【０３０３】
イオン交換システムの一実施形態において、カラムは随意に、塩水および／または酸の工程の後に水で洗浄され、洗浄により流出した水をｐＨ中和や逆浸透を用いて処理することで、処理水が産出される。
【０３０４】
イオン交換システムの一実施形態において、イオン交換カラムは随意に、円筒形や長方形などの形状で形成される。一実施形態において、イオン交換カラムの形状は随意に、その直径よりも大きい、または小さい高さを持つ円筒形である。一実施形態において、イオン交換カラムの形状は随意に、１０ｃｍ未満、１メートル未満、または１０メートル未満の高さを持つ円筒形である。一実施形態において、イオン交換カラムの形状は随意に、１０ｃｍ未満、１メートル未満、または１０メートル未満の直径を持つ円筒形である。
【０３０５】
イオン交換システムの一実施形態において、システムは随意に、イオン交換カラムを、新たなイオン交換材料を充填した新たなイオン交換カラムと交換することにより、新たなイオン交換材料を再供給される。イオン交換システムの一実施形態において、システムは随意に、カラムからビーズを取り除き、かつ新たな材料をカラムに充填することにより、新たなイオン交換材料を再供給される。イオン交換システムの一実施形態において、新たな材料は随意に、システム中の全カラムへと同時に供給される。イオン交換システムの一実施形態において、新たな材料は随意に、１つ以上のカラムへと一度に供給される。イオン交換システムの一実施形態において、新たな材料は随意に、随意に作動し続ける他のカラムを妨害することなく、１つ以上のカラムに供給される。
【０３０６】
イオン交換システムの一実施形態において、塩水の汲み出しは、随意に約３０分未満、約１時間未満、約２時間未満、約４時間未満、約８時間未満、約２４時間未満、約４８時間未満、または約１週間未満の期間にわたり、イオン交換材料があるリチウム飽和点に近づくまで随意に継続する。イオン交換システムの一実施形態において、塩水の汲み出しは、随意に１週間より長い期間にわたり、イオン交換材料があるリチウム飽和点に近づくまで随意に継続する。イオン交換システムのある実施形態において、塩水の汲み出しは、随意に３０分〜２４時間の期間にわたり、イオン交換材料があるリチウム飽和点に近づくまで随意に継続する。イオン交換システムの一実施形態において、酸の汲み出しは、随意に約５分未満、１５分未満、３０分未満、１時間未満、約２時間未満、約４時間未満、約８時間未満、約２４時間未満、または約４８時間未満の期間にわたり、イオン交換材料がある水素飽和点に近づくまで随意に継続する。イオン交換システムの一実施形態において、塩水の汲み出しは、随意に４８時間より長い期間にわたり、イオン交換材料がある水素飽和点に近づくまで随意に継続する。イオン交換システムのある実施形態において、塩水の汲み出しは、随意に２分〜２時間の期間にわたり、イオン交換材料がある水素飽和点に近づくまで随意に継続する。
【０３０７】
イオン交換材料
統合システムの一実施形態において、統合システムは、イオン交換材料が複数のイオン交換粒子を含むイオン交換システムを備えている。一実施形態において、イオン交換材料中の複数のイオン交換粒子は、非被覆イオン交換粒子、被覆イオン交換粒子、およびそれらの組み合わせから選択される。一実施形態において、イオン交換材料は、多孔質イオン交換材料である。一実施形態において、多孔質イオン交換材料は、多孔質イオン交換材料の表面から複数のイオン交換粒子へと液体が素早く移動するのを可能にする、穴のネットワークを備えている。一実施形態において、イオン交換材料は、多孔質イオン交換ビーズの形態である。
【０３０８】
一実施形態において、液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。一実施形態において、液体資源は、塩酸、硫酸、硝酸、他の酸、またはそれらの組み合わせを用いて、鉱石、粘土、沈殿物、廃棄物、屑、消費後物資、スラリー、または他の材料を浸出することにより作り出される。一実施形態において、液体資源は、約０．１Ｎ超、約１．０Ｎ超、約１０Ｎ超、または約２０Ｎ超の濃度の酸を用いて材料を浸出することにより作り出される一実施形態において、液体資源は、加熱され、石灰化され、酸化され、還元され、または化学的に改質される材料を浸出することにより作り出される。一実施形態において、液体資源は、水、溶剤、または他の液体のみを含む材料を浸出することにより作り出される。
【０３０９】
一実施形態において、前記液体資源は、リチウムが不足、または部分的に不足している、使用済みの塩水からリチウムを取り除くために処理される、塩水である。一実施形態において、使用済みの塩水は、地下注入、地下層への注入、塩水を抽出した場所よりも深い地下層への注入、湖（ｓａｌａｒ）への注入、塩水を抽出した場所とは異なる地下層にある地下層への注入、リザーバーへの注入、水域への汲み出し、湖への汲み出し、蒸発池への流し込み、塩原への流し込み、地面への浸透、またはそれらの組み合わせにより、廃棄される。
【０３１０】
一実施形態において、塩水は、１つの井田から作り出され、別の井田に廃棄される。一実施形態において、塩水は、１つ以上の生産井から作り出され、生の塩水を処理してリチウムを回収する。一実施形態において、塩水を処理してリチウムを回収してから、使用済みの塩水を１つ以上の廃棄井に廃棄する。一実施形態において、生産井は地下層の中心付近にあり、廃棄井は地下層の外周部付近にある。一実施形態において、生産井は地下層の周辺付近にあり、廃棄井は地下層の中心付近にある。一実施形態において、生産井は地下層の上部付近にあり、廃棄井は地下層の底部付近にある。一実施形態において、生産井は地下層の底部付近にあり、廃棄井は地下層の上部付近にある。一実施形態において、廃棄または注入のために、他の廃棄物流を使用済みの塩水と組み合わせることができる。一実施形態において、水、カリウム、ホウ素、ナトリウム、マグネシウム、または他の種は、リチウム回収の前後、および、生産井または廃棄井からの汲み出しの前後に、生の塩水または使用済みの塩水から再生することができる。一実施形態において、井戸は、地面の上または下から水を汲み出すポンプであり得る。イオン交換材料は通常、小さな粒子であり、一体的に微粉を構築している。いくつかの実施形態において、小さな粒子径により、リチウムがイオン交換粒子のコアへと移動する必要がある拡散距離が最短となる。場合によっては、これらの粒子を随意に保護表面被覆で被覆することで、イオン交換材料の溶解が最小限となり、粒子への、および粒子からのリチウムと水素の効率的な移動が可能となる。
【０３１１】
一実施形態において、被覆イオン交換粒子は、イオン交換材料と被覆材料とで構成され、イオン交換材料はＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、ＬｉＦｅＰＯ４、それらの固溶体、または組み合わせを含み、被覆材料はＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、ＭｏＯ２、Ｌｉ２ＴｉＯ３、Ｌｉ２ＺｒＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＡｌＦ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、黒鉛状炭素、非晶質炭素、ダイヤモンド様炭素、またはそれらの組み合わせを含む。被覆イオン交換粒子の平均直径は約１ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約１００ミクロン未満、または約１，０００ミクロン未満であり、被覆の厚みは、約５ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約２，０００ｎｍ、または約４０，０００ｎｍ未満である。水熱合成法、固相反応法、またはマイクロウェーブ法などの方法を用いてイオン交換材料を最初に合成することにより、粒子が作成される。次いで、被覆材料は、化学蒸着法、水熱合成法、ソルボサーマル法、ゾルゲル法、沈殿法、またはマイクロウェーブ法などの方法を用いてイオン交換材料の表面上に堆積する。被覆イオン交換粒子は、塩酸、硫酸、硝酸、またはそれらの組み合わせで調製された酸溶液で処理され、ここで酸溶液の濃度は、約０．１Ｍ超、約１．０Ｍ超、約５Ｍ超、約１０Ｍ超、またはそれらの組み合わせである。酸処理の間、粒子は水素を吸収し、一方でリチウムを放出する。イオン交換材料は、水素が豊富な組成を持つプロトン化状態へと変換される。被覆材料は、イオン交換材料への水素の拡散、およびイオン交換材料からのリチウムの拡散をそれぞれ可能とし、一方でイオン交換材料の溶解を制限する防御壁をもたらす。酸処理の後、プロトン化被覆イオン交換粒子は液体資源で処理され、ここで液体資源は、天然塩水、溶解塩原、濃縮塩水、処理塩水、合成塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、鉱物由来の浸出液、粘土由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。被覆イオン交換粒子はリチウムを吸収し、一方で水素を放出する。その後、リチウム塩溶液が集められる。次いで、有能な被覆イオン交換粒子は、約１０サイクル超、約３０サイクル超、約１００サイクル超、約３００サイクル超、または約１，０００のサイクル超の多数のサイクルにわたり、イオン交換反応を繰り返し実行する。
【０３１２】
さらなる態様において、被覆材料はポリマーを含む。一実施形態において、被覆材料は、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【０３１３】
さらなる態様において、被覆材料は、コポリマー、ブロックコポリマー、線状ポリマー、分岐ポリマー、架橋ポリマー、熱処理したポリマー、溶液で処理したポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【０３１４】
さらなる態様において、被覆材料は、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あらゆるポリアミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリブタジエン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・テトラフロオルエチレンポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、フッ化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロ化エラストマー、クロロトリフルオロエチレンビニリデンフッ化物（ＦＫＭ）、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ）、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレン−ブロック−ポリ（エチレングリコール）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリジビニルベンゼン、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【０３１５】
さらなる態様において、被覆材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ））、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド、スルホン化ポリマー、カルボキシル化ポリマー、他のポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【０３１６】
さらなる態様において、乾燥混合、溶剤中の混合、エマルジョン、押し出し、１つの溶剤の別の溶剤への泡立て、鋳造、加熱、蒸発、真空蒸発、噴霧乾燥、蒸着、化学蒸着、マイクロウェーブ、水熱合成、重合、共重合、架橋、照射、触媒作用、泡沫化、他の堆積方法、またはそれらの組み合わせにより、コーティングはイオン交換粒子に堆積する。さらなる態様において、ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、エタノール、アセトン、他の溶剤、またはそれらの組み合わせを含む溶剤を用いて、コーティングは堆積する。
【０３１７】
固定床にて無機イオン交換粒子を用いたリチウム抽出の主な問題の１つは、詰まりが最小限のカラムに通して塩水と酸を随意に効率よく汲み出すような方法で、粒子を固定床に充填することである。材料はビーズへと随意に形成され、ビーズはカラムへと随意に充填される。このビーズ充填により、ビーズ間に空隙ができ、この空隙によりカラムを介した汲み出しが容易になる。ビーズはイオン交換粒子を適所に保持し、カラム全体での粒子の自由な動きを妨げる。材料をビーズへと形成すると、ビーズに塩水と酸溶液を浸透させる速度は遅くなり、問題となる。遅い速度で酸と塩水の溶液をビーズに対流かつ拡散させると、リチウムの吸収と放出の動態が遅くなる。このような遅い動態により、カラム操作の問題が生じかねない。遅い動態には、カラムを介した遅い汲み出し速度が必要となり得る。遅い動態により、塩水から回収できるリチウムが少なくなり、リチウム溶出での酸の使用が非効率的になりかねない。
【０３１８】
いくつかの実施形態において、イオン交換ビーズは、イオン交換カラムを介して汲み出される溶液のビーズへの輸送を容易にする穴のネットワークを持つ、多孔質イオン交換ビーズである。穴のネットワークを随意に戦略的に制御すると、塩水と酸の溶液に対する迅速で広範囲のアクセスが提供され、ビーズへと浸透し、リチウムと水素がイオン交換粒子に送達される。多孔質イオン交換ビーズの一例を図１４に示す。
【０３１９】
いくつかの実施形態において、イオン交換ビーズは、イオン交換粒子、マトリクス材料、および充填材料を混合することで形成される。これら構成部分を混合すると、ビーズが形成される。次いで、充填材料をビーズから取り除くと、後に穴が残る。速い動態でのリチウムと水素の輸送を可能にする穴構造が後に残るような方法で、充填材料がビーズにて分散される。この方法は随意に、複数のイオン交換材料、複数の高分子材料、および複数の充填材料を必要とする。
【０３２０】
無機イオン交換材料を用いたリチウム抽出に関する別の主な問題は、特に酸におけるリチウム溶出中のほか、液体資源におけるリチウム吸収中での材料の溶解と分解である。イオン交換プロセスからの高濃度のリチウムイオンを含むリチウム溶出溶液を産出するために、酸を使用してリチウムを溶出させ、大抵は、濃縮酸溶液を用いてリチウムを溶出するのが望ましい。しかし、酸溶液、特に濃縮酸溶液は無機イオン交換材料を溶解・分解し、これにより材料の性能と寿命が減る。それゆえ、イオン交換材料を随意に被覆すると、イオン交換材料と、粒子表面を保護する被覆材料とで構成される、リチウム抽出用の被覆イオン交換粒子が形成される。被覆によってイオン交換材料は、酸におけるリチウム溶出、液体資源からのリチウム吸収、およびイオン交換プロセスの他の態様の間に溶解・分解から保護される。このように粒子を被覆することで、イオン交換プロセスでのイオン交換材料の寿命が改善し、より強力な酸の使用によって高濃度のリチウムイオンを持つリチウム溶出溶液の産出が可能となる。被覆イオン交換粒子の一例を図１３に示す。被覆イオン交換粒子は、粉末またはビーズの形態で、リチウム吸収に使用されてもよい。
【０３２１】
本発明において、イオン交換材料は、高いリチウム吸収能力、ナトリウムやマグネシウムなどのイオンに比べて高い液体資源中のリチウムへの選択性、低濃度のリチウムを含有するものを含む液体資源中での強力なリチウム吸収、わずかに過剰な酸を含有するリチウムの容易な溶出、およびイオンの高速拡散のために選択される。被覆材料は随意に、酸の中でのリチウム回収中のほか、様々な液体資源中でのリチウム吸収中に、粒子を溶解および化学分解から保護するために選択される。被覆材料は随意に、粒子と液体資源との間でのリチウムおよび水素の拡散を容易にし、構造支持体への粒子の付着を可能にし、かつ粒子の構造的・機械的分解を抑えるためにも選択される。
【０３２２】
イオン交換材料をイオン交換システムに用いると、リチウムを含有する液体資源はイオン交換システムを介して汲み出され、それにより、イオン交換材料は液体資源からリチウムを吸収し、一方で水素を放出する。材料がリチウムを吸収した後、酸溶液はカラムを介して汲み出され、それにより材料は酸溶液へとリチウムを放出し、一方で水素を吸収する。カラムは随意に並行流モードで操作され、その中で液体資源と酸溶液は、カラムを通って同じ方向へと交互に流れる。または、カラムは随意に対向流モードで操作され、その中で液体資源と酸溶液は、カラムを通って反対方向へと交互に流れる。液体資源流と酸溶液流との間で、カラムは随意に、カラム中のｐＨを調整し、または汚染物質が生じる可能性を排除するなどの目的のために、水などの溶液により処理、または洗浄される。材料は随意に固定床または移動床を形成し、移動床は随意に、逆流して塩水および酸の流れへと移動する。材料は随意に、撹拌、回転、汲み出し、またはそれらの組み合わせにより、撹拌タンク反応装置の中に浮遊させることができる。材料は随意に、移動床により複数のカラム間を移動し、その中で様々なカラムが塩水、酸、水、または他の流れに対して使用される。液体資源がカラムを通って流れる前後、液体のｐＨは随意に、固体、液体、またはスラリーの形態で、Ｃａ（ＯＨ）２、ＮａＯＨ、または他の化学品により調整され、イオン交換反応のほか、使用済みの液体資源の取り扱いや廃棄も容易となる。液体資源がカラムを通って流れる前後、液体資源は随意に、他のイオン交換プロセス、溶媒抽出、蒸発、化学的処理、またはリチウム除去のための沈殿を含む、他のプロセスにさらされて、他の化学種が取り除かれ、または塩水が処理される。
【０３２３】
イオン交換材料が酸で処理されと、リチウム溶液が作り出される。このリチウム溶液をさらに随意に処理すると、リチウム化学品が作り出される。これらリチウム化学品は随意に、工業用途のために供給される。いくつかの実施形態において、イオン交換材料は、酸化物、リン酸塩、オキシフルオリド、フルオロリン酸、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、Ｌｉ２ＭＯ３（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｎ）、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ）、Ｌｉ４ＴｉＯ４、Ｌｉ７Ｔｉ１１Ｏ２４、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ２Ｓｉ３Ｏ７、Ｌｉ２ＣｕＰ２Ｏ７、Ａｌ（ＯＨ）３、ＬｉＣｌ．ｘＡｌ（ＯＨ）３．ｙＨ２Ｏ、ＳｎＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、ＴｉＯ２．ｘＳｂ２Ｏ５．ｙＨ２Ｏ、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから選択される。さらなる態様において、イオン交換材料は、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＳｎＯ３、Ｌｉ２ＭｎＯ３、Ｌｉ２ＴｉＯ３、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２、Ｌｉ１．６Ｍｎ１．６Ｏ４、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせを含む。
【０３２４】
本明細書に記載されるさらなる態様において、被覆材料により、イオン交換材料への、かつイオン交換材料からの拡散が可能になる。特に、被覆材料により、粒子と液体資源との間でのリチウムおよび水素の拡散が容易になり、構造支持体への粒子の付着が可能になり、かつ粒子の構造的機械的分解が抑えられる。本明細書に記載されるさらなる態様において、被覆材料は、炭化物、窒化物、酸化物、リン酸塩、フッ化物、ポリマー、炭素、炭素材、またはそれらの組み合わせを含む。さらなる態様において、被覆材料は、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、フルオロポリマー、クロロポリマー、またはフルオロ−クロロ−ポリマーを含む。さらなる態様において、被覆材料は、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＭｏＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｌｉ２ＴｉＯ３、Ｌｉ２ＺｒＯ３、Ｌｉ２ＭｏＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｌｉ２ＳｉＯ３、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５、Ｌｉ２ＭｎＯ３、ＺｒＳｉＯ４、ＡｌＰＯ４、ＬａＰＯ４、ＺｒＰ２Ｏ７、ＭｏＰ２Ｏ７、Ｍｏ２Ｐ３Ｏ１２、ＢａＳＯ４、ＡｌＦ３、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＮ、ＢＮ、炭素、黒鉛状炭素、非晶質炭素、硬質炭素、ダイヤモンド様炭素、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせを含む。さらなる態様において、被覆材料は、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ｌｉ２ＴｉＯ３、Ｌｉ２ＺｒＯ３、Ｌｉ２ＭｎＯ３、ＺｒＳｉＯ４、またはＬｉＮｂＯ３を含む。
【０３２５】
本明細書に記載されるさらなる態様において、被覆イオン交換粒子の平均直径は、約０．１ミクロン未満、約１ミクロン未満、約１０ミクロン未満、約１００ミクロン未満、または約１，０００ミクロン未満である。さらなる態様において、被覆イオン交換粒子の平均サイズは、約５０ミクロン未満、約１００ミクロン未満、または約２００ミクロン未満である。さらなる態様において、被覆イオン交換粒子は随意に、平均直径が約１０ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約１，０００ｎｍ未満、約１０，０００ｎｍ未満、または約１００，０００ｎｍ未満であるより小さな一次粒子で構成された、二次微粒子である。さらなる態様において、コーティングは随意に、一次イオン交換粒子を被覆する。さらなる態様において、コーティングは随意に、二次イオン交換粒子を被覆する。さらなる態様において、コーティングは随意に、二次イオン交換粒子を被覆する。さらなる態様において、コーティングは随意に、一次イオン交換粒子と二次イオン交換粒子を被覆する。さらなる態様において、一次イオン交換粒子は随意に第１のコーティングを有し、二次イオン交換粒子は随意に、第１の被覆の組成と随意に同じ、類似、または異なる第２のコーティングを有する。
【０３２６】
本明細書に記載されるいくつかの実施形態において、被覆材料の厚みは、約１ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約１０００ｎｍ未満、約１００００ｎｍ未満、または約１０００００ｎｍ未満である。さらなる実施形態において、被覆材料の厚みは、約１ミクロン未満または約１０ミクロン未満である。いくつかの実施形態において、イオン交換粒子には、１０ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、１，０００ｎｍ未満、または１０，０００ｎｍ未満から選択される厚みを持つ被覆材料がある。いくつかの実施形態において、被覆材料の厚みは、０．１ミクロン未満、１ミクロン未満、または１０ミクロン未満から選択される。ある実施形態において、被覆材料の厚みは、約０．１ミクロン〜１０ミクロンである。いくつかの実施形態において、被覆材料の厚みは、約１ミクロン〜１０ミクロンである。
【０３２７】
本明細書に記載されるさらなる態様において、イオン交換材料と被覆材料は１つ以上の濃度勾配を形成し、そこでは粒子の化学組成は、２つ以上の組成間で変動する。さらなる態様において、化学組成は随意に、粒子の様々な領域において連続し、不連続であり、または連続かつ不連続である様式で、イオン交換材料と被覆との間で変動する。さらなる態様において、イオン交換材料と被覆材料は、約１ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約１，０００ｎｍ未満、約１０，０００ｎｍ未満、または約１００，０００ｎｍ未満の厚みにわたり広がる濃度勾配を形成する。さらなる態様において、イオン交換材料と被覆材料は、約１ｎｍ〜約１，０００ｎｍの厚みにわたり広がる濃度勾配を形成する。さらなる態様において、イオン交換材料及び被覆材料との間の分裂期層を形成するために、イオン交換材料は、被覆材料に部分的に反応するかもしれない。
【０３２８】
本明細書に記載されるさらなる態様において、イオン交換材料は、水熱合成法、ソルボサーマル法、ゾルゲル法、固相反応法、溶融塩流束法、イオン交換法、マイクロウェーブ法、ボールミル粉砕法、化学沈殿法、共沈法、蒸着法、またはそれらの組み合わせなどの方法により合成される。さらなる態様において、イオン交換材料は、化学沈殿法、水熱合成法、固相反応法、またはそれらの組み合わせなどの方法により合成される。
【０３２９】
本明細書に記載されるさらなる態様において、被覆材料は、化学蒸着法、原子層堆積法、物理蒸着法、水熱合成法、ソルボサーマル法、ゾルゲル法、固相反応法、溶融塩流束法、イオン交換法、マイクロウェーブ法、化学沈殿法、共沈法、ボールミル粉砕法、粉末混合法、混和法、熱分解法、またはそれらの組み合わせなどの方法により堆積される。さらなる態様において、被覆材料は、ゾルゲル法、化学沈殿法、またはそれらの組み合わせなどの方法により堆積される。さらなる態様において、被覆材料は、随意にバッチタンク反応装置、連続タンク反応装置、バッチ炉、連続炉、管状炉、回転式管状炉、またはそれらの組み合わせである、反応装置に堆積する。
【０３３０】
いくつかの実施形態において、被覆材料は、結晶、アモルファス、完全適用範囲、部分適用範囲、均一性、不均一性、またはそれらの組み合わせから選択される物理的特性により堆積する。
【０３３１】
いくつかの実施形態において、複数の被覆が随意に、同心配置、パッチワーク配置、またはそれらの組み合わせから選択される配置でイオン交換材料に堆積する。
【０３３２】
いくつかの実施形態において、マトリクスは、ポリマー、酸化物、リン酸塩、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、構造支持体は、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトロフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒｏｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、スルホン化ポリテトロフルオロエチレン、ポリスチレン、ポリジビニルベンゼン、ポリブタジエン、スルホン化ポリマー、カルボキシル化ポリマー、Ｎａｆｉｏｎ、それらのコポリマー、およびそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、構造支持体は、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、スルホン化ポリテトロフルオロエチレン、ポリスチレン、ポリジビニルベンゼン、それらのコポリマー、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、構造支持体は、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、それらの固溶体、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、マトリクス材料は、耐熱性、耐酸性、および／または他の化学的耐性のために選択される。
【０３３３】
一実施形態において、被覆材料は、クロロポリマー、フルオロポリマー、クロロ−フルオロポリマー、親水性ポリマー、疎水性ポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。一実施形態において、被覆材料は、コポリマー、ブロックコポリマー、線状ポリマー、分岐ポリマー、架橋ポリマー、熱処理したポリマー、溶液で処理したポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。一実施形態において、被覆材料は、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あらゆるポリアミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリブタジエン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・テトラフロオルエチレンポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、フッ化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロ化エラストマー、クロロトリフルオロエチレンビニリデンフッ化物（ＦＫＭ）、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、パーフルオロスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ）、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレン−ブロック−ポリ（エチレングリコール）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリジビニルベンゼン、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。一実施形態において、被覆材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド、スルホン化ポリマー、カルボキシル化ポリマー、他のポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【０３３４】
さらなる態様において、被覆材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（Ｈａｌａｒ）、ポリ（４−ビニルピリジン−ｃｏ−スチレン）（ＰＶＰＣＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド、スルホン化ポリマー、カルボキシル化ポリマー、他のポリマー、それらのコポリマー、混合物、または組み合わせを含む。
【０３３５】
一実施形態において、乾燥混合、溶剤中の混合、エマルジョン、押し出し、１つの溶剤の別の溶剤への泡立て、鋳造、加熱、蒸発、真空蒸発、噴霧乾燥、蒸着、化学蒸着、マイクロウェーブ、水熱合成、重合、共重合、架橋、照射、触媒作用、泡沫化、他の堆積方法、またはそれらの組み合わせにより、コーティングはイオン交換粒子に堆積する。一実施形態において、ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、エタノール、アセトン、他の溶剤、またはそれらの組み合わせを含む溶剤を用いて、コーティングは堆積する。
【０３３６】
いくつかの実施形態において、多孔質ビーズは、イオン交換粒子、マトリクス材料、および充填材料を一度にまとめて混合することにより形成される。いくつかの実施形態において、多孔質ビーズは、最初にイオン交換粒子とマトリクス材料を混合し、次いでそれを充填材料と混合することにより形成される。いくつかの実施形態において、多孔質ビーズは、最初にイオン交換粒子と充填材料を混合し、次いでそれをマトリクス材料と混合することにより形成される。いくつかの実施形態において、多孔質ビーズは、最初にマトリクス材料と充填材料を混合し、次いでそれをイオン交換粒子と混合することにより形成される。
【０３３７】
いくつかの実施形態において、多孔質ビーズは、イオン交換粒子、マトリクス材料、および／または充填材料を、構成成分のうち１つ以上を溶解する溶剤と共に混合することにより形成される。いくつかの実施形態において、多孔質ビーズは、混合器またはボールミル中でイオン交換粒子、マトリクス材料、および／または充填材料を乾燥粉末として混合することにより形成される。いくつかの実施形態において、多孔質ビーズは、噴霧乾燥器においてイオン交換粒子、マトリクス材料、および／または充填材料を混合することにより形成される。
【０３３８】
いくつかの実施形態において、マトリクス材料は、ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、またはそれらの組み合わせから選択される溶剤を用いて、イオン交換粒子および／または充填材料剤で溶解かつ混合される。いくつかの実施形態において、充填材料は、水、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、またはそれらの組み合わせから選択される溶剤を用いて、イオン交換粒子および／またはマトリクス材料で溶解かつ混合される、塩である。
【０３３９】
いくつかの実施形態において、充填材料は、水、エタノール、イソプロピルアルコール、界面活性剤混合物、酸、塩基、またはそれらの組み合わせから選択される溶液を用いて穴を形成するためにビーズから溶解される、塩である。いくつかの実施形態において、充填材料は、高温でガスを形成するように熱分解する材料であり、それにより、ガスはビーズから離れて穴を形成し、ここでガスは、水蒸気、酸素、窒素、塩素、二酸化炭素、窒素酸化物、有機蒸気、またはそれらの組み合わせから選択される。
【０３４０】
いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは、機械プレス、ペレットプレス、錠剤プレス、丸剤プレス、ロータリープレス、またはそれらの組み合わせを用いて乾燥粉末から形成される。いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは、スラリーを異なる液体溶液へと滴下させることによりスラリー溶剤から形成される。スラリー溶剤は随意に、ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、またはそれらの組み合わせの溶剤を用いて形成される。異なる液体溶液は随意に、それらの水、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、またはそれらの組み合わせを用いて形成される。
【０３４１】
いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは、ほぼ球状であり、その平均直径は、１０μｍ未満、１００μｍ未満、１ｍｍ未満、１ｃｍ未満、または１０ｃｍ未満から選択される。いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは、ほぼ球状であり、その平均直径は、２００μｍ未満、２ｍｍ未満、または２０ｍｍ未満から選択される。ある実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは、ほぼ球状であり、その平均直径は１０μｍ〜２ｍｍである。
【０３４２】
いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは錠剤状であり、その直径は１ｍｍ未満、２ｍｍ未満、４ｍｍ未満、８ｍｍ未満、または２０ｍｍ未満であり、高さは１ｍｍ未満、２ｍｍ未満、４ｍｍ未満、８ｍｍ未満、または２０ｍｍ未満である。ある実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは錠剤状であり、直径は５００μｍ〜１０ｍｍである。
【０３４３】
いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは支持構造に埋め込まれており、支持構造は随意に、膜、渦巻き型膜（ｓｐｉｒａｌ−ｗｏｕｎｄ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）、中空糸膜、またはメッシュである。いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは、ポリマー、セラミック、またはそれらの組み合わせで構成される支持構造に埋め込まれる。いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは、追加の支持構造を含まないイオン交換カラムに直接充填される。
【０３４４】
いくつかの実施形態において、液体資源は、天然塩水、溶解塩原、地熱塩水、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出プロセス由来の液体、合成塩水、鉱石由来の浸出液、鉱物由来の浸出液、粘土由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、リサイクル材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、液体資源は、天然塩水、溶解塩原、濃縮塩水、加工塩水、合成塩水、地熱塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出プロセス由来の液体、鉱物由来の浸出液、粘土由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、リサイクル材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、液体資源は随意に、イオン交換反応装置に進入して浮遊物質、炭化水素、または有機分子を取り除く前に事前処理される。いくつかの実施形態において、液体資源は随意に、そのソースから任意の事前処理を行うことなく、イオン交換反応装置に進入する。
【０３４５】
いくつかの実施形態において、１００，０００ｐｐｍ未満、１０，０００ｐｐｍ未満、１，０００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、またはそれらの組み合わせから選択されるリチウム濃度を持つ液体資源が選択される。いくつかの実施形態において、５，０００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、またはそれらの組み合わせから選択されるリチウム濃度を持つ液体資源が選択される。
【０３４６】
リチウム抽出のためにｐＨを調節する方法
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源からリチウムイオンを抽出する方法であって、該方法は、リチウム溶出溶液を作り出すべく、選択的リチウム吸収のために液体資源をイオン交換システムに通して流す工程；リチウム塩溶液を形成するためにリチウム溶出溶液から得た酸を精製、濃縮、および／または回収する工程；およびリチウム塩溶液を精製リチウム含有化合物または溶液へと変換する工程を含む。
【０３４７】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源からリチウムイオンを抽出する方法であって、該方法は、リチウム溶出溶液を作り出すべく、選択的リチウム吸収のために液体資源をイオン交換システムに通して流す工程；リチウム塩溶液を形成するためにリチウム溶出溶液から得た酸を精製、濃縮、および／または回収する工程；および膜電気分解システムを用いてリチウム塩溶液をＬｉＯＨ溶液へと変換する工程を含む。
【０３４８】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源からリチウムイオンを抽出する方法であって、該方法は、リチウム溶出溶液を作り出すべく、選択的リチウム吸収のために液体資源をイオン交換システムに通して流す工程；リチウム塩溶液を形成するためにリチウム溶出溶液から得た酸を精製、濃縮、および／または回収する工程；および化学沈殿を用いてリチウム塩溶液を固形リチウム化合物へと変換する工程を含む。
【０３４９】
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源からリチウムイオンを抽出する方法であって、該方法は、リチウム溶出溶液を作り出すべく、選択的リチウム吸収のために液体資源をイオン交換システムに通して流す工程；および濃縮リチウム塩溶液または固形リチウム化合物を形成するために溶出溶液から酸と水を取り除く工程を含む。
【０３５０】
一実施形態において、本明細書に記載されるイオン交換装置においてイオン交換材料を処理した後、リチウムが豊富なイオン交換材料が作り出される。一実施形態において、リチウム溶出液は、本明細書に記載されるイオン交換装置中で作り出される。一実施形態において、リチウム溶出液は、本明細書に記載されるイオン交換装置から膜セルへと渡される。一実施形態において、イオン交換装置中のイオン交換材料を酸溶液により処理することで、イオン交換装置中に水素が豊富なイオン交換材料が作り出される。一実施形態において、本明細書に記載されるプロセスはｐＨ調節を含む。ｐＨ調節は、液体資源から得たリチウムイオンと交換されている、水素が豊富なイオン交換材料の水素イオンを支持して平衡状態を維持することができる。
【０３５１】
いくつかの実施形態において、液体資源は、天然塩水、溶解塩原、地熱塩水、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出プロセス由来の液体、合成塩水、鉱石由来の浸出液、鉱物由来の浸出液、粘土由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、リサイクル材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、液体資源は、天然塩水、溶解塩原、濃縮塩水、加工塩水、合成塩水、地熱塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出プロセス由来の液体、鉱物由来の浸出液、粘土由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、リサイクル材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、液体資源は随意に、イオン交換反応装置に進入して浮遊物質、炭化水素、または有機分子を取り除く前に事前処理される。いくつかの実施形態において、液体資源は随意に、そのソースから任意の事前処理を行うことなく、イオン交換反応装置に進入される。
【０３５２】
一実施形態において、液体資源は、天然塩水、溶解塩原、海水、濃縮海水、脱塩流出物、濃縮塩水、加工塩水、油田塩水、イオン交換プロセス由来の液体、溶剤抽出由来の液体、合成塩水、鉱石またはその組み合わせ由来の浸出液、鉱物またはその組み合わせ由来の浸出液、粘土またはその組み合わせ由来の浸出液、再資源製品由来の浸出液、再利用材料由来の浸出液、またはそれらの組み合わせである。
【０３５３】
いくつかの実施形態において、１００，０００ｐｐｍ未満、１０，０００ｐｐｍ未満、１，０００ｐｐｍ未満、１００ｐｐｍ未満、１０ｐｐｍ未満、またはそれらの組み合わせから選択されるリチウム濃度を持つ液体資源が選択される。いくつかの実施形態において、５，０００ｐｐｍ未満、５００ｐｐｍ未満、５０ｐｐｍ未満、またはそれらの組み合わせから選択されるリチウム濃度を持つ液体資源が選択される。
【０３５４】
いくつかの実施形態において、イオン交換反応装置からリチウムを回収するのに使用される酸は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズからリチウムを回収するのに使用される酸は、塩酸、硫酸、硝酸、またはそれらの組み合わせから選択される。
【０３５５】
一実施形態において、酸溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、臭化水素酸、塩素酸、過塩素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、またはそれらの組み合わせを含む。
【０３５６】
いくつかの実施形態において、イオン交換システムからリチウムを回収するのに使用される酸の濃度は、０．１Ｍ未満、１．０Ｍ未満、５Ｍ未満、１０Ｍ未満、またはそれらの組み合わせから選択される。いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズからリチウムを回収するのに使用される酸の濃度は、１０Ｍを超えている。
【０３５７】
いくつかの実施形態において、イオン交換ビーズは、イオン交換反応を繰り返し実行し、一方で、１０より多く、３０より多く、１００より多く、３００より多く、または１，０００より多くから選択されるサイクルの回数にわたって、適切なリチウム吸収能を維持する。いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズは、５０より多く、１００より多く、または２００より多くから選択されるサイクルの回数にわたって、イオン交換反応を繰り返し実行する。いくつかの実施形態において、適切なリチウム吸収能は、９５％超、９０％超、８０％超、６０％超、または２０％超から選択される初期の吸収能のパーセンテージとして随意に規定される。いくつかの実施形態において、適切なリチウム吸収能は、２０％未満などの初期の吸収能のパーセンテージとして随意に規定される。
【０３５８】
いくつかの実施形態において、イオン交換反応装置から産出されるリチウム溶出溶液は、溶媒抽出、イオン交換、化学沈殿、電気透析、電解採取、電気分解、直接太陽エネルギーによる蒸発、濃縮太陽エネルギーによる蒸発、濃縮太陽エネルギーで加熱した熱媒体による蒸発、地熱塩水からの熱による蒸発、燃焼からの熱による蒸発、ｐＨ中和、またはそれらの組み合わせから選択される方法を用いて、リチウム原料へとさらに処理される。いくつかの実施形態において、イオン交換反応装置から産出されるリチウム溶出溶液は、逆浸透または膜技術を用いて濃縮される。
【０３５９】
いくつかの実施形態において、イオン交換反応装置から産出されるリチウム溶出溶液は、塩化リチウム、炭酸リチウム、水酸化リチウム、リチウム金属、リチウム金属酸化物、リン酸リチウム金属、硫酸リチウム、またはそれらの組み合わせから選択されるリチウム化学品へとさらに処理される。いくつかの実施形態において、多孔質イオン交換ビーズから産出されるリチウム溶出溶液は、固体、液体、水和形態、または無水形態であるリチウム化学品へとさらに処理される。
【０３６０】
いくつかの実施形態において、イオン交換反応装置を用いて作り出されるリチウム化学品は、リチウムバッテリー、金属合金、ガラス、グリース、またはそれらの組み合わせから選択される工業用途に使用される。いくつかの実施形態において、被覆イオン交換粒子を用いて作り出されるリチウム化学品は、リチウムバッテリー、リチウムイオンバッテリー、リチウム‐硫黄バッテリー、リチウム固体電池、およびそれらの組み合わせから選択される用途に使用される。
【０３６１】
いくつかの実施形態において、イオン交換材料は、副格子がリチウムにより完全または部分的に占有されているリチウム化状態で合成される。いくつかの実施形態において、イオン交換材料は、副格子が水素により完全または部分的に占有されているプロトン化状態で合成される。
【０３６２】
いくつかの実施形態において、イオン交換材料は、液体資源からリチウムイオンを抽出する。イオン交換材料による液体資源からのリチウムイオンの抽出中に、液体資源のｐＨは随意に減少する。ｐＨ調節機構の使用によりシステム中の液体資源のｐＨを増大させることで、イオン交換材料によるリチウムイオン吸収に適した範囲にｐＨが維持される。一実施形態において、ｐＨ調節機構は、システムのｐＨの測定、および、リチウム抽出に理想的なｐＨ範囲へのシステムのｐＨの調整を含む。一実施形態において、イオン交換材料が塩水からリチウムを吸収するために、塩水に理想的なｐＨ範囲は随意に、５〜７、好ましくは随意に４〜８であり、そして許容可能なｐＨ範囲は随意に２〜９である。一実施形態において、ｐＨ調節機構は、システムのｐＨの測定を含み、システムのｐＨは、約５未満、約４未満、または約２未満であり、システムのｐＨは、２〜９、４〜８、または５〜７に調製される。
【０３６３】
リチウム抽出のためにｐＨを調節するプロセス
本明細書に記載される本発明の一態様は、液体資源からリチウムイオンをするプロセスであって、該プロセスは、ａ）イオン交換材料を液体資源と接触させる工程；ｂ）イオン交換材料との接触前、イオン交換材料との接触中、イオン交換材料との接触後、またはそれらの組み合わせにおいて、液体資源のｐＨを上げる工程；ｃ）リチウム溶出液溶液を作り出すために酸を用いてイオン交換材料からリチウムを溶出する工程；ｄ）溶出に再利用されるリチウム溶出溶液から未使用の酸を回収する工程；およびｅ）リチウム溶出溶液を、精製した溶液、化合物、またはそれらの組み合わせへと濃縮、精製、および変換する工程を含む。
【０３６４】
本明細書に記載される本発明の一態様は、イオン交換材料がイオン交換システムへと充填されるプロセスである。一実施形態において、前記プロセスはさらに、ａ）リチウム含有溶液を作り出すために１つ以上のイオン交換システムへと液体資源を流す工程；ｂ）リチウム含有溶液を濃縮および／または精製するための１つ以上の装置にイオン交換システムを接続する工程；およびｃ）リチウム含有溶液を水酸化リチウム溶液に変換するために、濃縮および／または精製用の装置から膜電気分解装置へとリチウム含有溶液を通す工程を含む。一実施形態において、前記プロセスはさらに、リチウム溶出に再利用されるリチウム含有溶液から酸を回収および／または再生する工程を含む。
【０３６５】
本明細書に記載される本発明の一態様は、イオン交換材料がイオン交換システムへと充填されるプロセスである。一実施形態において、前記プロセスはさらに、ａ）リチウム含有溶液を作り出すために１つ以上のイオン交換システムへと液体資源を流す工程；ｂ）リチウム含有溶液を濃縮および／または精製するための１つ以上の装置にイオン交換システムを接続する工程；およびｃ）リチウム含有溶液を固形リチウム化合物に変換するために、濃縮および／または精製用の装置から化学沈殿装置へとリチウム含有溶液を通す工程を含む。一実施形態において、前記プロセスはさらに、リチウム溶出に再利用されるリチウム含有溶液から酸を回収および／または再生する工程を含む。
【０３６６】
本明細書に記載される本発明の一態様は、イオン交換材料が反応装置へと充填されるプロセスである。一実施形態において、前記プロセスはさらに、ａ）液体資源を１つ以上の液体資源タンクに充填する工程；ｂ）反応装置を１つ以上の液体資源タンクに接続する工程；およびｃ）液体資源を１つ以上の液体資源タンクから反応装置に通す工程であって、液体資源の通貨は少なくとも１回行われる、工程を含む。一実施形態において、前記プロセスはさらに、１つ以上のｐＨ上昇タンクにおいて液体資源のｐＨを上げる工程を含む。一実施形態において、前記プロセスはさらに、１つ以上の沈降タンクにおいて沈殿物を沈降させる工程を含む。一実施形態において、前記プロセスはさらに、カラムを通って液体資源を循環させること前または後に、１つ以上の貯蔵タンクに液体資源を貯蔵する工程を含む。
【０３６７】
本明細書に記載される本発明の一態様は、以下をさらに含むプロセスである：ａ）液体資源を１つ以上の液体資源タンクに充填する工程；ｂ）カラムを１つ以上の液体資源タンクに接続する工程；ｃ）液体資源を１つ以上の液体資源タンクからカラムに通す工程であって、液体資源の通貨は少なくとも１回行われる、工程；ｄ）１つ以上のｐＨ上昇タンクにおいて（ｃ）から生じる液体のｐＨを上げる工程；ｅ）１つ以上の沈降タンクにおいて（ｄ）から生じる液体の沈殿物を沈降させる工程；およびｆ）１つ以上の貯蔵タンクに（ｅ）から生じる液体を貯蔵する工程。
【０３６８】
本明細書に記載される本発明の一態様は、イオン交換材料が複数のカラムへと充填されるプロセスである。一実施形態において、複数のタンクは複数のカラムに接続されており、複数のタンクの各々が即座に複数のカラムのうち１つに接続されている。一実施形態において、複数のカラムのうち２つ以上が、少なくとも１つの回路を形成する。一実施形態において、少なくとも１つの回路は、液体資源回路、水洗洗浄回路、および酸溶液回路から選択される。一実施形態において、液体資源のｐＨは、液体資源回路において複数のカラムに接続された複数のタンクにおいて上げられる。一実施形態において、液体資源回路は、複数のタンクに接続される複数のカラムを備え、複数のタンクの各々が即座に複数のカラムのうち１つに接続されている。
【０３６９】
本明細書に記載される本発明の一態様は、ａ）液体資源回路において液体資源を複数のカラムに通す工程；ｂ）酸溶液回路において酸溶液を複数のカラムに１回以上通す工程；およびｃ）水洗洗浄回路において水を複数のカラムに通す工程をさらに含む、プロセスである。一実施形態において、前記プロセスはさらに、液体資源回路と、水洗洗浄回路と、酸溶液回路との間で複数のカラムを交換する工程を含み、それにより、ａ）液体資源回路の複数のカラムのうち少なくとも１つが、水洗洗浄回路の複数のカラムのうち少なくとも１つ、および／または酸溶液回路の複数のカラムのうち少なくとも１つとなり；ｂ）水洗洗浄回路の複数のカラムのうち少なくとも１つが、酸溶液回路の複数のカラムのうち少なくとも１つ、および／または液体資源回路の複数のカラムのうち少なくとも１つとなり；および／またはｃ）酸溶液回路の複数のカラムのうち少なくとも１つが、液体資源回路の複数のカラムのうち少なくとも１つ、および／または水洗洗浄回路の複数のカラムのうち少なくとも１つとなる。
【０３７０】
本明細書に記載される本発明の一態様は、イオン交換材料がタンク中の１つ以上の区画へと充填されるプロセスである。一実施形態において、前記プロセスはさらに、液体資源をタンク中の１つ以上の区画に通す工程を含む。いくつかの実施形態において、タンクは注入ポートを備えている。一実施形態において、前記プロセスはさらに、イオン交換材料との接触前、イオン交換材料との接触中、イオン交換材料との接触後、およびそれらの組み合わせにおいて、液体資源のｐＨを上げるために注入ポートを使用する工程を含む。
【０３７１】
本明細書に記載される本発明の一態様は、カラムが複数の注入ポートを備えているプロセスである。一実施形態において、前記プロセスはさらに、イオン交換材料との接触前、イオン交換材料との接触中、イオン交換材料との接触後、およびそれらの組み合わせにおいて、液体資源のｐＨを上げるために複数の注入ポートを使用する工程を含む。
【０３７２】
一実施形態において、イオン交換材料は、複数のイオン交換粒子を含んでいる。一実施形態において、イオン交換材料中の複数のイオン交換粒子は、非被覆イオン交換粒子イオン交換粒子、被覆イオン交換粒子、およびそれらの組み合わせから選択される。一実施形態において、イオン交換材料は、多孔質イオン交換材料である。一実施形態において、多孔質イオン交換材料は、多孔質イオン交換材料の表面から複数のイオン交換粒子へと液体が素早く移動するのを可能にする、穴のネットワークを備えている。一実施形態において、イオン交換材料は、多孔質イオン交換ビーズの形態である。
【０３７３】
一実施形態において、イオン交換材料は、液体資源からリチウムイオンを抽出する。イオン交換材料による液体資源からのリチウムイオンの抽出中に、液体資源のｐＨは随意に減少する。システム中の液体資源のｐＨを上げることで、イオン交換材料によるリチウムイオン吸収に適した範囲にｐＨが維持される。一実施形態において、ｐＨの上昇は、システムのｐＨの測定、および、リチウム抽出に理想的なｐＨ範囲へのシステムのｐＨの調整を含む。一実施形態において、イオン交換材料が塩水からリチウムを吸収するために、塩水に理想的なｐＨ範囲は随意に、６〜９、好ましくは随意に４〜９であり、そして許容可能なｐＨ範囲は随意に２〜９である。一実施形態において、ｐＨの上昇は、システムのｐＨの測定を含み、システムのｐＨは、６未満、４未満、または２未満であり、システムのｐＨは、２〜９、４〜８、または５〜７に調製される。
【０３７４】
一実施形態において、リチウムイオン交換前に塩水から溶存種を取り除くための事前処理システムが使用される。このシステムは、リチウムイオン交換材料による溶存種の吸収を制限することができる。事前処理システムは、遷移金属、他の金属、有機金属複合体、または他の種を取り除くために使用することができる。一実施形態において、事前処理は、活性炭などの特定の種を取り除くための、吸着技術または吸収技術である。一実施形態において、事前処理は、ある種を酸化または還元する電解技術である。一実施形態において、事前処理は、ｐＨまたは酸化還元電位（ＯＲＰ）を変化させるために化学試薬の添加を必要とする。一実施形態において、種は固体沈殿により取り除かれる。一実施形態において、種は気体または液体として取り除かれる。
【０３７５】
一実施形態において、リチウムイオン交換前に塩水から鉄、マンガン、ニッケル、バナジウム、および他の遷移金属を取り除くための事前処理システムが使用される。一実施形態において、ＮａＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２、ＫＯＨ、他の塩基、またはそれらの組み合わせであり得る塩基を用いて、塩水からの遷移金属を沈殿させるために、ｐＨ調節が使用される。一実施形態において、塩基を連続添加して、回収および使用のために遷移金属が選択的に分離される。一実施形態において、遷移金属を取り除いてｐＨを下げた後、酸が塩水に添加される。
【０３７６】
一実施形態において、遷移金属は、塩素ガス、オゾンガス、異性重亜硫酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、空気、それらの組み合わせ、または他の酸化体を含む酸化プロセスを用いて、塩水から取り除かれる。一実施形態において、酸化のプロセスはｐＨ補正と組み合わせて使用される。一実施形態において、酸化体が添加されると、塩水のＯＲＰがモニタリングされ、および酸化の程度が制御される。
【０３７７】
一実施形態において、撹拌タンク反応装置に遷移金属を沈殿させるために、酸化ガスが塩水と接触される。一実施形態において、酸化ガスはカラムにおいて塩水と接触される。一実施形態において、酸化はバッチにおいて行われ、別の実施形態において、酸化が連続して行われる。一実施形態において、酸化ガスは、酸化反応装置の溶出時に再捕捉され、塩水と再度接触される。一実施形態において、塩水において酸化ガスを均一に分配し、かつ気泡の大きさを制御するために、整流装置、プレート、またはバイオボールを備えたカラムが使用される。一実施形態において、酸化反応装置を出る酸化ガスは、新たな塩水を含む酸化反応装置において再利用され、これにより対向流様式で配置される。いくつかの実施形態において、酸化ガスは、オゾン、塩素、酸素、硫黄酸化物、窒素酸化物、それらの組み合わせ、または別の酸化ガスであってもよい。
【０３７８】
溶出液精製システムの一実施形態において、溶出液のｐＨを上げるために、ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＫＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、またはＫ２ＣＯ３が使用される。精製システムの一実施形態において、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、およびＶなどの多価イオンを沈殿させるために、ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＫＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、またはＫ２ＣＯ３が使用される。一実施形態において、ｐＨを上げ、かつ同時に多価イオンを沈殿させるために、塩基の組み合わせが使用される。一実施形態において、溶液の温度を上昇させて、多価イオンの沈殿速度を速くする。一実施形態において、水を添加して、多価イオンの沈殿速度を速くする。一実施形態において、精製後の溶出液中のＬｉ濃度は、約１０，０００〜約２５，０００ｍｇ／Ｌである。一実施形態において、溶出液中のＬｉ濃度は約１０，０００ｍｇ／Ｌ未満である。一実施形態において、溶出液中のＬｉ濃度は約２５，０００ｍｇ／Ｌを超える。
【０３７９】
本明細書に記載される別の態様は、液体資源からリチウムイオンを抽出する方法であって、該方法は、ａ）リチウム化イオン交換材料を作り出すために、液体資源を、タンクを備えたシステムへと流す工程であって、前記タンクはさらに、（ｉ）１つ以上の区画、（ｉｉ）イオン交換材料、（ｉｉｉ）混合デバイス、および（ｉｖ）システム中の液体資源のｐＨを変更するためのｐＨ調節機構を備えている、工程；およびｂ）水素が豊富なイオン交換材料、およびリチウムイオンを含む塩溶液を作り出すために、（ａ）から生じたリチウム化イオン交換材料を酸溶液で処理する工程を含む。
【０３８０】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料を水溶液で洗浄する工程を含む。いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、水素が豊富なイオン交換材料を水溶液で洗浄する工程を含む。いくつかの実施形態において、水溶液は水である。
【０３８１】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料を洗浄システムへと流す工程を含む。いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料を含む懸濁液を移す工程を含む。いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料を洗浄システムへと流す工程、およびリチウム化イオン交換材料を溶液で洗浄する工程を含む。いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料を洗浄システムへと流す工程、およびリチウム化イオン交換材料を、水を含む溶液で洗浄する工程を含む。いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料を洗浄システムへと流す工程、およびリチウム化イオン交換材料を水溶液で洗浄する工程を含む。いくつかの実施形態において、リチウム化イオン交換材料は水溶液で洗浄される。
【０３８２】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料を剥離システムへと流す工程を含む。いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料を剥離システムへと流す工程、およびリチウム化イオン交換材料を剥離する工程を含む。いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料を剥離システムへと流す工程、およびリチウム化イオン交換材料から揮発性構成成分を剥離する工程を含む。いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料を剥離システムへと流す工程、およびリチウム化イオン交換材料から、水を含む揮発性構成成分を剥離する工程を含む。
【０３８３】
いくつかの実施形態において、ｐＨ調節機構は、ｐＨ測定デバイス、および塩基をタンクに添加するための入口を備えている。いくつかの実施形態において、ｐＨ測定デバイスはｐＨ計である。いくつかの実施形態において、入口はパイプである。いくつかの実施形態において、入口は注入ポートである。
【０３８４】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ａ）の間に、ｐＨ調節機構を用いて液体資源のｐＨ変化を測定する工程を含む。いくつかの実施形態において、ｐＨ変化が測定されると、塩基を添加してリチウム吸収を維持する。いくつかの実施形態において、ｐＨが約２〜約９のｐＨより下に変化すると、塩基を添加してリチウム吸収を維持する。いくつかの実施形態において、ｐＨが約２、約３、約４、約５、約６、約７、約８、または約９のｐＨより下に変化すると、塩基を添加してリチウム吸収を維持する。いくつかの実施形態において、ｐＨが約２〜約４、約３〜約５、約４〜約６、約５〜約７、約６〜約８、または約７〜約９のｐＨより下に変化すると、塩基を添加してリチウム吸収を維持する。いくつの実施形態において、塩基を液体資源に添加すると、液体資源のｐＨは約２〜約３、約３〜約４、約４〜約５、約５〜約６、約６〜約７、約７〜約８、または約８〜約９の範囲に維持される。いくつかの実施形態において、塩基を液体資源に添加すると、液体資源のｐＨは約４〜約５、約５〜約６、約６〜約７、または約７〜約８の範囲に維持される。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨは、リチウム吸収を容易にするほど高く、かつ液体資源からの金属の沈殿を回避するほど低い、標的範囲に維持される。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨは、Ｍｇの沈殿を回避するためにｐＨ約８より下に維持される。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨは、金属の沈殿を回避するために、ｐＨ約２より下、約３より下、約４より下、約５より下、約６より下、約７より下、約８より下、または約９より下に維持される。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨは、イオン交換材料からのプロトンの放出により標的ｐＨ範囲から低下し、ｐＨ調節機構は、標的ｐＨ範囲に戻るよう液体資源のｐＨを調整することができる。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨは、液体資源がシステムに進入する前に標的ｐＨ範囲より上に調整され、次いで、イオン交換材料から放出されたプロトンは、システムのｐＨを標的範囲に下げることができる。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨは、ある範囲で制御され、その範囲は経時的に変化する場合がある。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨは、ある範囲で制御され、次いで液体資源のｐＨは低下される場合がある。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨは、ある範囲で制御され、次いで液体資源のｐＨは、低下してコロイドまたは固体を可溶化させる場合がある。いくつかの実施形態において、塩基を液体資源に添加して、ｐＨを測定することなくプロトンを中和することができる。いくつかの実施形態において、塩基を液体資源に添加して、塩基の体積と質量をモニタリングしながらプロトンを中和することができる。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨは、イオン交換材料によるリチウム吸収をモニタリングするために測定される場合がある。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨは、イオン交換材料から液体資源を分離する時間を判断するためにモニタリングされる場合がある。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨの変化速度は、リチウム吸収速度をモニタリングするために測定される場合がある。いくつかの実施形態において、液体資源のｐＨの変化速度は、イオン交換材料から液体資源を分離する時間を判断するために測定される場合がある。
【０３８５】
いくつかの実施形態において、タンクはさらに多孔質隔壁を備えている。いくつかの実施形態において、多孔質隔壁は多孔質ポリマー隔壁である。いくつかの実施形態において、多孔質隔壁はメッシュまたは膜である。いくつかの実施形態において、多孔質隔壁はメッシュまたはポリマー膜である。いくつかの実施形態において、多孔質隔壁は、メッシュ、膜、または他の多孔質構造で構成される複数の層を有している。いくつかの実施形態において、多孔質隔壁は、構造支持体を設ける１つ以上の粗いメッシュ、および濾過を行う１つ以上の細かなメッシュまたは膜を有している。いくつかの実施形態において、多孔質隔壁は、ポリエーテルエーテルケトンメッシュ、ポリプロピレンメッシュ、ポリエチレンメッシュ、ポリスルホンメッシュ、ポリエステルメッシュ、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレンメッシュ、エチレン・テトラフロオルエチレンポリマーメッシュ、ステンレス鋼メッシュ、ポリマーで被覆されたステンレス鋼メッシュ、セラミックで被覆されたステンレス鋼メッシュ、またはそれらの組み合わせを含む。
【０３８６】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ａ）の後に、リチウム化イオン交換材料を作り出してから液体資源を多孔質隔壁に通して排出する工程を含む。
【０３８７】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の後に、水素が豊富なイオン交換材料を作り出してから、リチウムイオンを含む塩溶液を多孔質隔壁に通して排出する工程を含む。
【０３８８】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ａ）に続いて、水素が豊富なイオン交換材料、およびリチウムイオンを含む塩溶液を作り出すために、タンクを備えた別のシステムにイオン交換材料を流す工程を含み、他のシステムのタンクはさらに、（ｉ）１つ以上の区画および（ｉｉ）混合デバイスを備えている。
【０３８９】
いくつかの実施形態において、システムは複数のタンクを備えており、複数のタンクの各々は、（ｉ）１つ以上の区画、（ｉｉ）イオン交換材料、（ｉｉｉ）混合デバイス、および（ｉｖ）システムのｐＨを変更するためのｐＨ調節機構を備えている。
【０３９０】
本明細書に記載される一態様は、液体資源からリチウムイオンを抽出する方法であって、該方法は、ａ）タンクを備えた第１のシステムへと液体資源を流す工程であって、前記第１のシステムのタンクはさらに、リチウム化イオン交換材料を作り出すために、（ｉ）１つ以上の区画、（ｉｉ）イオン交換材料、（ｉｉｉ）混合デバイス、および（ｉｖ）第１のシステム中の液体資源のｐＨを変更するためのｐＨ調節機構を備えている、工程；ｂ）タンクを備えた第２のシステムに（ａ）のリチウム化イオン交換材料を流す工程であって、前記第２のシステムのタンクは、（ｉ）１つ以上の区画および（ｉｉ）混合デバイスを備えている、工程；およびｃ）水素が豊富なイオン交換材料、およびリチウムイオンを含む塩溶液を作り出すために、（ｂ）から生じたリチウム化イオン交換材料を酸溶液で処理する工程を含む。
【０３９１】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ａ）に続いて、リチウム化イオン交換材料を水溶液で洗浄する工程を含む。
【０３９２】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｂ）の前に、流体状のリチウム化イオン交換材料を形成するために水溶液をリチウム化イオン交換材料に添加する工程を含む。
【０３９３】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｃ）の前に、水素が豊富なイオン交換材料を水溶液で洗浄する工程を含む。いくつかの実施形態において、水溶液は水である。
【０３９４】
いくつかの実施形態において、ｐＨ調節機構は、ｐＨ測定デバイス、および塩基を添加するための入口を備えている。いくつかの実施形態において、ｐＨ測定デバイスはｐＨ計である。いくつかの実施形態において、入口はパイプである。いくつかの実施形態において、入口は注入ポートである。
【０３９５】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ａ）の間に、ｐＨ調節機構を用いて液体資源のｐＨ変化を測定する工程を含む。いくつかの実施形態において、ｐＨが変化すると、塩基を添加してリチウム吸収を維持する。
【０３９６】
本明細書に記載される一態様は、液体資源からリチウムイオンを抽出する方法であって、該方法は、ａ）リチウム化イオン交換材料を作り出すために複数のタンクを備えた第１のシステムに液体資源を流す工程であって、第１のシステム中の複数のタンクの各々は、第１のシステム中の複数のタンクの１つおきと流体連通しており、第１のシステム中の複数のタンクの各々はさらに、（ｉ）１つ以上の区画、（ｉｉ）イオン交換材料、（ｉｉｉ）混合デバイス、および（ｉｖ）第１のシステム中の複数のタンクの各々のｐＨを変更するためのｐＨ調節機構を備えている、工程；ｂ）複数のタンクを備えた第２のシステムにリチウム化イオン交換材料を流す工程であって、第２のシステム中の複数のタンクの各々は、第２のシステム中の複数のタンクの１つおきと流体連通しており、第２のシステム中の複数のタンクの各々は、（ｉ）１つ以上の区画および（ｉｉ）混合デバイスを備えている、工程；およびｃ）水素が豊富なイオン交換材料、およびリチウムイオンを含む塩溶液を作り出すために、（ｂ）から得たリチウム化イオン交換材料を、第２のシステム中の複数のタンクのうち少なくとも１つにおいて酸溶液で処理する工程を含む。
【０３９７】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ｃ）に続いて、水素が豊富なイオン交換材料を、第２のシステム中の複数のタンクのうち少なくとも１つにおいて水溶液で洗浄する工程を含む。
【０３９８】
いくつかの実施形態において、前記方法はバッチモードで操作される。いくつかの実施形態において、前記方法は連続モードで操作される。いくつかの実施形態において、前記方法は連続モードおよびバッチモードで操作される。いくつかの実施形態において、前記方法は、連続モード、バッチモード、半連続モード、またはそれらの組み合わせで操作される。
【０３９９】
いくつかの実施形態において、ｐＨ調節機構は、ｐＨ測定デバイス、および塩基を添加するための入口を備えている。いくつかの実施形態において、ｐＨ測定デバイスはｐＨ計である。いくつかの実施形態において、入口はパイプである。いくつかの実施形態において、入口は注入ポートである。
【０４００】
いくつかの実施形態において、前記方法はさらに、（ａ）の間に、ｐＨ調節機構を用いて液体資源のｐＨ変化を測定する工程を含む。いくつかの実施形態において、ｐＨが変化すると、塩基を添加してリチウム吸収を維持する。
【０４０１】
本明細書に記載される一態様は、液体資源からリチウムイオンを抽出する方法であって、該方法は、ａ）リチウム化イオン交換材料を作り出すために、タンクを備えた第１のシステムに液体資源を流す工程であって、前記タンクはさらに、（ｉ）１つ以上の区画、（ｉｉ）イオン交換材料、および（ｉｉｉ）混合デバイスを備えている、工程；ｂ）タンクを備えた第２のシステムに（ａ）から得たリチウム化イオン交換材料を流す工程であって、前記タンクはさらに、（ｉ）１つ以上の区画、（ｉｉ）酸溶液、および（ｉｉｉ）混合デバイスを備えている、工程；およびｃ）水素が豊富なイオン交換材料、およびリチウムイオンを含む塩溶液を作り出すために、リチウム化イオン交換材料を剥離する工程を含む。
【０４０２】
いくつかの実施形態において、（ｂ）の前に、リチウム化イオン交換材料は洗浄される。いくつかの実施形態において、リチウム化イオン交換材料は水溶液で洗浄される。
【０４０３】
本明細書に記載される一態様は、液体資源からリチウムイオンを抽出する方法であって、該方法は、ａ）イオン交換材料、１つ以上の区画を備えたタンク、および混合デバイスを含む、システムを設ける工程であって、（ｉ）イオン交換材料は酸化物ベースであり、水素イオンをリチウムイオンと交換し、および（ｉｉ）混合デバイスは、１つ以上の区画を含むタンクの周りで液体資源を移動させることができる、工程；ｂ）液体資源を（ａ）のシステムに流す工程であって、それにより液体資源はイオン交換材料と接触し、イオン交換材料は、液体資源において水素イオンをリチウムイオンと交換して、リチウム化イオン交換材料を作り出す、工程；ｃ）（ｂ）のシステムから液体資源を取り除く工程；ｄ）酸溶液を（ｃ）のシステムに流す工程であって、それにより酸溶液はリチウム化イオン交換材料と接触し、リチウム化イオン交換材料は、酸溶液においてリチウムイオンを水素イオンと交換して、イオン交換材料、およびリチウムイオンを含む塩溶液をリチウム化イオン交換材料から作り出す、工程；およびｅ）さらに処理するために、リチウムイオンを含む塩溶液を集める工程を含む。
【０４０４】
いくつかの実施形態において、リチウムイオンを含む塩溶液は、結晶化を受ける。
【実施例】
【０４０５】
実施例１：被覆イオン交換粒子を用いたリチウム抽出
被覆イオン交換粒子を用いて、リチウムを塩水から抽出する。塩水は、５０，０００ｐｐｍのＮａおよび１，０００ｐｐｍのＬｉを含有する水溶液である。被覆イオン交換粒子は、イオン交換材料および被覆材料で構成されている。イオン交換材料はＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２であり、被覆材料はＺｒＯ２である。粒子は、活性材料９８ｗｔ．％、および被覆材料２ｗｔ．％で構成される。粒子の平均径は１．０ミクロンであり、コーティングの厚みは約２ｎｍである。
【０４０６】
最初にＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２を合成し、次いでＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２の表面にコーティングを堆積させることで、粒子を作成する。粒子をＨＣｌ酸で処理して、溶液中にＬｉＣｌを産生する。酸処理の間、粒子は水素を吸収し、一方でリチウムを放出する。Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２の活性物質を、水素が豊富な組成を持つプロトン化状態へと変換する。ＺｒＯ２の被覆により、活性材料への水素の拡散、および活性材料からのリチウムの拡散がそれぞれ可能となり、一方で活性材料からのマンガンと酸素の溶解を制限する防御壁がもたらされる。要素分析のために溶液を集め、リチウム収率を測定する。
【０４０７】
酸処理の後、プロトン化粒子を塩水で処理し、ここで粒子はリチウムを吸収し、一方で水素を放出する。プロトン化状態から、リチウムが豊富な組成を持つリチウム化状態へと粒子を変換する。要素分析のために溶液を集め、リチウム吸収を測定する。
【０４０８】
次いで、リチウム化材料を再び酸で処理し、前述のような溶液中にリチウムを産生する。プロトン化とリチウム化のサイクルを繰り返して、塩水からリチウムを抽出し、ＬｉＣｌ溶液を産生する。酸における活性材料の溶解と分解は、防御壁をもたらす被覆により制限される。撹拌後、酸溶液の要素分析により活性材料の溶解を測定する。
【０４０９】
実施例２：被覆イオン交換粒子を含むビーズを充填したイオン交換カラムを用いたリチウム抽出
被覆イオン交換粒子を含有するビーズを充填したイオン交換カラムを用いて、リチウムを塩水から抽出する。塩水は、約５００ｐｐｍのＬｉ、５０，０００ｐｐｍのＮａ、および、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、硫酸塩を含む他の化学種を含む、天然の塩水である。ビーズは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）マトリクス１０ｗｔ．％、および被覆イオン交換粒子９０ｗｔ．％で構成されている。被覆イオン交換粒子は、活性材料および保護表面コーティングで構成されている。活性材料はＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２であり、コーティングはＺｒＯ２である。粒子は、活性材料９８ｗｔ．％、およびコーティング２ｗｔ．％で構成される。粒子の平均径は１．０ミクロンであり、被覆の厚みは約２ｎｍである。
【０４１０】
最初にＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２を合成し、次いでＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２の表面にコーティングを堆積させることで、粒子を作成する。Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）にＰＶＤＦを溶解することでビーズを作成し、溶液を形成する。次いで、溶液を被覆イオン交換粒子と混合し、スラリーを形成する。スラリーを脱イオン水に垂らして、ビーズを形成する。ビーズの平均直径は２ｍｍ、孔隙率は３５％である。
【０４１１】
イオン交換カラムは、長さ２メートル、直径５０ｃｍである。カラムにビーズを充填する。１Ｍ  ＨＣｌをカラムの底部へと汲み出して、カラムの頂部からＬｉＣｌ溶液を溶出する。粒子は水素を吸収し、一方でリチウム放出して、ＬｉＣｌを産生する。Ｌｉ４Ｍｎ５Ｏ１２の活性物質を、水素が豊富な組成Ｌｉ４ｘＨｘＭｎ５Ｏ１２を持つプロトン化状態へと変換する。ｐＨ測定と要素分析を用いて、カラムからのリチウム回収をモニタリングする。リチウム回収後、カラムを水で洗い流す。
【０４１２】
酸処理の後、カラムを介して塩水を下方に汲み出す。粒子はリチウムを吸収し、一方で水素を放出する。プロトン化材料を、リチウムが豊富な組成Ｌｉ４−ｘＨｘＭｎ５Ｏ１２を持つリチウム化状態へ変換する。ｐＨ測定と要素分析を用いて、カラム中のイオン交換ビーズによるリチウム吸収をモニタリングする。ＮａＯＨを用いて、カラムから出る塩水のｐＨを中性に調整し、次いで塩水リザーバーへと再注入する。リチウム吸収後、カラムを水で洗い流す。
【０４１３】
前述の酸と塩水を交互に汲み出す工程を繰り返すことで、カラムを操作する。このカラム操作の機能は、塩水からリチウムを抽出し、かつＬｉＣｌ溶出溶液を作り出すものである。カラム操作中、表面被覆によりイオン交換粒子を溶解と分解から保護する。表面コーティングは防御壁を設けている。
【０４１４】
カラム操作から産生されるＬｉＣｌ溶液を、Ｌｉ２ＣＯ３、ＬｉＯＨ、およびＬｉ金属を含むリチウム原料へと処理する。このリチウム原料は、バッテリー、合金、および他の製品での使用のために販売されている。
【０４１５】
実施例３：混合タンク、沈降タンク、および再循環タンクを伴う再循環バッチシステムを用いたリチウム抽出
再循環バッチシステム（図１）を用いてリチウムを塩水から抽出する。前記システムは、イオン交換カラム（１０１）、塩基用の混合タンク（１０２）、塩基性沈殿物用の沈降タンク（１０３）、塩水再循環タンク（１０４）、および酸再循環タンク（１０５）を備えている。塩水は、約１００ｐｐｍのＬｉ、４０，０００ｐｐｍのＮａ、３０，０００ｐｐｍのＣａ、および３，０００ｐｐｍのＭＧを含む、天然の塩化物水溶液である。イオン交換カラムに、多孔質イオン交換ビーズの充填床を充填する（図１４）。多孔質イオン交換ビーズは、イオン交換粒子およびポリマーマトリクスで構成されている。イオン交換粒子は、ＺｒＯ２コーティングを持つＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２コアで構成された、被覆イオン交換粒子である（図１３）。粒子は、平均径３．０ミクロンのほぼ球状であり、被覆の厚みは約４．０ｎｍである。ポリマーマトリクスはポリビニリデンジフルオリドで構成されている。多孔質ビーズは多孔質ネットワークを含有しており、孔径の拡散が制御されることで、ビーズ表面からビーズ内部に、そしてイオン交換粒子へと拡散チャネルがもたらされる。ビーズには、平均直径２．０ｍｍの形状の分布がある。
【０４１６】
イオン交換カラムは、高さ５０ｃｍ、直径１．３ｃｍである。１．０Ｍ  ＨＣｌ酸２００ｍＬを、酸再循環タンクへ充填する。毎分１０ｍＬの流量で、イオン交換カラムにより酸を汲み出す。酸溶液はイオン交換柱を通って流れ、そこでは、酸由来のプロトンがイオン交換ビーズに進入し、リチウムと交換される。これにより、リチウムはビーズから放出され、酸溶液に進入する。酸溶液は、酸再循環タンクへ戻り、６時間にわたりカラムを通って再循環される。この６時間後、酸溶液を塩化リチウム溶液に変換すると、ある程度のＨＣｌが残った。ＨＣｌがある程度残った塩化リチウム溶液をシステムから取り除き、さらに処理することで炭酸リチウム粉末を作り出す。
【０４１７】
水５００ｍＬを、再循環タンクへ充填する。毎分２０ｍＬの流量で水をイオン交換カラムにより汲み出して、カラムから残りの酸を洗浄する。水はイオン交換カラムを通り、次いで酸再循環タンクへ戻り、イオン交換カラムを通って再循環される。２時間の水洗洗浄後、水を酸再循環タンクから取り除き、水のｐＨを中和し、水を捨てる。
【０４１８】
塩水１０リットルを塩水再循環タンクへ充填する。毎分４０ｍＬの流量で、イオン交換カラムにより塩水を汲み出す。塩水はカラムを通り、イオン交換ビーズは塩水からリチウムを吸収し、一方でプロトンを放出する。酸性化された塩水をイオン交換カラムから混合タンクへと流して、その中でＮａＯＨ塩基水溶液を塩基水溶液タンク（１０６）から注入して、塩水のｐＨを約７．５に調整する。混合タンクの中で塩基を塩水と混合する。塩水を混合タンクから沈降タンクに流し、その中でＭｇ（ＯＨ）２沈殿物を随意に底部に沈降させる。Ｍｇ（ＯＨ）２沈殿物は、スラリー水溶液を形成するものであり、沈降タンクの底部から汲み出されて、混合タンクへと再注入される。混合タンクに出入りする塩水のｐＨをモニタリングし、混合タンクへの塩基注入の速度を制御する。塩水は沈降タンクから出て、塩水再循環タンクへ進入する。次いで塩水をイオン交換柱に戻して再循環させる。３６時間後、イオン交換ビーズによるリチウム吸収の速度は遅くなり、システムによる汲み出しを終えて、使用済みの塩水をシステムから流して捨てる。次いで、前述のように水５００ｍＬでシステムを再び洗浄する。前述のようにシステムを酸で溶出して、リチウム溶出液を回収する。
【０４１９】
これらシステム操作を繰り返して、塩水からリチウムを抽出し、かつ炭酸リチウムまたは他のリチウム化学品の生産のために塩化リチウム溶出液を産出する。
【０４２０】
実施例４：混合タンクおよび再循環タンクを伴う再循環バッチシステムを用いるリチウム抽出
再循環バッチシステム（図２）を用いてリチウムを塩水から抽出する。前記システムは、イオン交換カラム（２０１）、塩基用の混合タンク（２０２）、塩水再循環タンク（２０３）、および酸再循環タンク（２０４）を備えている。塩水は、約１００ｐｐｍのＬｉ、４０，０００ｐｐｍのＮａ、３０，０００ｐｐｍのＣａ、および３，０００ｐｐｍのＭＧを含む、天然の塩化物水溶液である。イオン交換カラムに、多孔質イオン交換ビーズの充填床を充填する。多孔質イオン交換ビーズは、イオン交換粒子およびポリマーマトリクスで構成されている。イオン交換粒子は、ＺｒＯ２コーティングを持つＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２コアで構成された、被覆イオン交換粒子である。粒子は、平均径３．０ミクロンのほぼ球状であり、被覆の厚みは約４．０ｎｍである。ポリマーマトリクスはポリビニリデンジフルオリドで構成されている。多孔質ビーズは多孔質ネットワークを含有しており、孔径の拡散が制御されることで、ビーズ表面からビーズ内部に、そしてイオン交換粒子へと拡散チャネルがもたらされる。ビーズには、平均直径２．０ｍｍの形状の分布がある。
【０４２１】
イオン交換カラムは、高さ５０ｃｍ、直径１．３ｃｍである。１．０Ｍ  ＨＣｌ酸２００ｍＬを、酸再循環タンクへ充填する。毎分１０ｍＬの流量で、イオン交換カラムにより酸を汲み出す。酸溶液はイオン交換柱を通って流れ、そこでは、酸由来のプロトンがイオン交換ビーズに進入し、リチウムと交換される。これにより、リチウムはビーズから放出され、酸溶液に進入する。酸溶液は酸再循環タンクへ戻り、６時間にわたりカラムを通って再循環される。この６時間後、酸溶液を塩化リチウム溶液に変換すると、ある程度のＨＣｌが残った。ＨＣｌがある程度残った塩化リチウム溶液をシステムから取り除き、さらに処理することで炭酸リチウム粉末を作り出す。
【０４２２】
水５００ｍＬを、再循環タンクへ充填する。毎分２０ｍＬの流量で水をイオン交換カラムにより汲み出して、カラムから残りの酸を水洗する。水はイオン交換カラムを通り、次いで酸再循環タンクへ戻り、イオン交換カラムを通って再循環される。２時間の水洗洗浄後、水を酸再循環タンクから取り除き、水のｐＨを中和し、水を捨てる。
【０４２３】
塩水１０リットルを塩水再循環タンクへ充填する。毎分４０ｍＬの流量で、イオン交換カラムにより水を汲み出す。塩水はカラムを通り、イオン交換ビーズは塩水からリチウムを吸収し、一方でプロトンを放出する。酸性化された塩水をイオン交換カラムから混合タンクへと流して、その中でＮａＯＨ塩基水溶液を塩基水溶液タンク（２０５）から注入して、塩水のｐＨを約７．０に調整し、一方で任意の塩基性沈殿物の形成を制限する。混合タンクの中で塩基を塩水と混合する。混合タンクに出入りする塩水のｐＨをモニタリングし、混合タンクへの塩基注入の速度を制御する。塩水は混合タンクから出て、塩水再循環タンクへ進入する。次いで塩水をイオン交換柱に戻して再循環させる。３６時間後、イオン交換ビーズによるリチウム吸収の速度は遅くなり、システムによる汲み出しを終えて、使用済みの塩水をシステムから流して捨てる。次いで、前述のように水５００ｍＬでシステムを再び洗浄する。前述のようにシステムを酸で溶出して、リチウム溶出液を回収する。
【０４２４】
これらシステム操作を繰り返して、塩水からリチウムを抽出し、かつ炭酸リチウムまたは他のリチウム化学品の生産のために塩化リチウム溶出液を産出する。
【０４２５】
実施例５：塩水回路、酸回路、および水洗洗浄回路を伴うカラム交換システムを用いるリチウム抽出
６つのイオン交換カラムを含むカラム交換システム（図３）を用いてリチウムを塩水から抽出し、イオン交換カラムは、塩水回路、水洗洗浄回路、および酸回路へと分割される。塩水は、約５０ｐｐｍのＬｉ、４０，０００ｐｐｍのＮａ、３０，０００ｐｐｍのＣａ、および３，０００ｐｐｍのＭＧを含む、天然の塩化物水溶液である。イオン交換カラムに、多孔質イオン交換ビーズの充填床を充填する。多孔質イオン交換ビーズは、イオン交換粒子およびポリマーマトリクスで構成されている。イオン交換粒子は、ＺｒＯ２コーティングを持つＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２コアで構成された、被覆イオン交換粒子である。粒子は、平均径３．０ミクロンのほぼ球状であり、被覆の厚みは約４．０ｎｍである。ポリマーマトリクスはポリビニリデンジフルオリドで構成されている。多孔質ビーズは多孔質ネットワークを含有しており、孔径の拡散が制御されることで、ビーズ表面からビーズ内部に、そしてイオン交換粒子へと拡散チャネルがもたらされる。ビーズには、平均直径２．０ｍｍの形状の分布がある。
【０４２６】
６つのイオン交換カラムの各々は、高さ１５０ｃｍ、直径７５ｃｍである（３０３、３０５、３０７、３１１、３１４、３１６）。各イオン交換カラムには関連する混合タンクがあり、その中で塩基を塩水と混合してから、塩水をカラム（３０２、３０４、３０６、３１０、３１３、３１５）へ注入する。カラムのうち３つ（３０３、３０５、３０７）は、関連する混合タンク（３０２、３０４、３０６）と共に連結され、塩水回路を形成する。塩水は、塩水管（３０１）から流れて第１の混合タンク（３０２）、第１のイオン交換カラム（３０３）、第２の混合タンク（３０４）、第２のイオン交換カラム（３０５）、第３の混合タンク（３０６）、第３のイオン交換カラム（３０７）を通って、処理管（３０８）へと向かう。塩水回路（３０３、３０５、３０７）中の混合タンクでは、ＮａＯＨの塩基水溶液を添加して、塩水のｐＨを７．５に上げる。塩水回路中の各混合タンクの前後に塩水のｐＨをモニタリングし、塩基水溶液の添加の速度を制御する。塩水回路中の第１の混合タンク（３０２）において、塩水はｐＨ６．５で塩水管から混合タンクに進入し、比較的微量の塩基が添加される。塩水回路（３０４、３０６）中の他の混合タンクにおいて、塩水はｐＨ３．５で先のイオン交換カラムの出口から混合タンクに進入し、比較的大量の塩基を添加すると、先のイオン交換カラムにより放出されられるプロトンが中和される。
【０４２７】
水洗洗浄回路は、水管（３０９）から、リチウムが染み込んだイオン交換カラム（３１１）を通って水を汲み出すことを必要とし、次いで水を処理管へ汲み出す。この水洗洗浄回路によりカラムから残りの塩水が取り除かれると、不純物が最小限の酸溶出が調製される。
【０４２８】
酸回路は２つのイオン交換カラムを備えており、それらを硫酸１．０Ｍで溶出すると、硫酸リチウム溶出液が産出される。酸溶液は、酸貯蔵タンク（３１２）から、酸回路の第１のイオン交換カラム（３１４）に向かい、次いで酸回路の第２のイオン交換カラム（３１６）へと流れる。酸回路に関連付けられる混合タンクは動いていない（３１３、３１５）。酸は酸回路を通って流れる間、イオン交換ビーズはプロトンを吸収し、一方でリチウムを放出して、硫酸リチウム溶液を形成する。結果として生じる硫酸リチウム溶出液はチウム溶出液管（３１７）へと流れ、次いで変換施設に運ばれて、バッテリーに使用可能な水酸化リチウムへと処理される。
【０４２９】
塩水回路、水洗洗浄回路、および酸の回路の流量を交換事象のために調和し、これは、値の切り替えによりシステムを通る流れを再配向することを特徴とする。交換事象の間、塩水回路の第１のカラムを水洗洗浄回路に交換し、水洗洗浄回路のカラムを酸回路に交換し、酸回路の第１のカラムを塩水回路に交換する。
【０４３０】
塩水が塩水回路を通って流れると、リチウムはイオン交換カラムのイオン交換ビーズへと吸収される。塩水回路の第１のイオン交換カラムには先ずリチウムが染み込み、次いで第１のカラムを水洗洗浄回路に交換する。酸溶液が酸回路を通って流れると、リチウムがイオン交換カラムのイオン交換ビーズから放出される。酸回路の第１のイオン交換カラムには先ずプロトンが染み込み、次いで第１のカラムを塩水回路の端部に交換する。イオン交換カラムにおける塩水回路の端部に残る酸を塩水で洗い流し、ｐＨを中和してから捨てた。
【０４３１】
交換事象の後、塩水回路は、３つのイオン交換カラム（３２０、３２２、３２４）、および塩基付加用の３つの混合タンク（３１９、３２１、３２３）で構成される。酸回路は、２つのイオン交換カラム（３３１、３３３）で構成される。酸回路に関連付けられる混合タンクは動いていない（３３０、３３２）。水洗洗浄回路は、１つのイオン交換カラム（３２８）で構成される。交換事象の後、バルブを用いて、塩水管（３１８）、水管（３２６）、酸タンク（３２９）、処理管（３２５）、およびリチウム溶出液管（３２４）を新たな回路に交換する。
【０４３２】
この実施例の変形例において、塩水回路は随意に、各カラムに対して関連する塩基混合タンクを伴う、５０以上のイオン交換カラムで構成される。この多数のイオン交換カラムと混合タンクにより、リチウム濃度が５０ｐｐｍを超える塩水からリチウムを多く回収することができ、その間に塩水のｐＨは４−８の範囲に維持される。そのような多数のイオン交換カラムの例示は困難であるため、説明と例示を容易にするために、カラムが３つしかない塩水回路をこの実施例で使用する。
【０４３３】
実施例６：塩水回路、酸再循環ループ、および水洗洗浄回路を伴うカラム交換システムを用いるリチウム抽出
５つのイオン交換カラムを含むカラム交換システム（図４）を用いてリチウムを塩水から抽出し、イオン交換カラムは、塩水回路、水洗洗浄回路、および酸再循環ループへと分割される。塩水は、約５０ｐｐｍのＬｉ、４０，０００ｐｐｍのＮａ、３０，０００ｐｐｍのＣａ、および３，０００ｐｐｍのＭＧを含む、天然の塩化物水溶液である。イオン交換カラムに、多孔質イオン交換ビーズの充填床を充填する。多孔質イオン交換ビーズは、イオン交換粒子およびポリマーマトリクスで構成されている。イオン交換粒子は、ＺｒＯ２コーティングを持つＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２コアで構成された、被覆イオン交換粒子である。粒子は、平均径３．０ミクロンのほぼ球状であり、被覆の厚みは約４．０ｎｍである。ポリマーマトリクスはポリビニリデンジフルオリドで構成されている。多孔質ビーズは多孔質ネットワークを含有しており、孔径の拡散が制御されることで、ビーズ表面からビーズ内部に、そしてイオン交換粒子へと拡散チャネルがもたらされる。ビーズには、平均直径２．０ｍｍの形状の分布がある。
【０４３４】
５つのイオン交換カラムの各々は、高さ１５０ｃｍ、直径７５ｃｍである（４０３、４０５、４０７、４１１、４１４）。各イオン交換カラムには関連する混合タンクがあり、その中で塩基を塩水と混合してから、塩水をカラム（４０２、４０４、４０６、４１０、４１３）へ注入する。カラムのうち３つ（４０３、４０５、４０７）は、関連する混合タンク（４０２、４０４、４０６）と共に連結され、塩水回路を形成する。塩水は、塩水管（４０１）から流れて第１の混合タンク（４０２）、第１のイオン交換カラム（４０３）、第２の混合タンク（４０４）、第２のイオン交換カラム（４０５）、第３の混合タンク（４０６）、第３のイオン交換カラム（４０７）を通って、処理管（４０８）へと向かう。塩水回路（４０３、４０５、４０７）中の混合タンクでは、ＮａＯＨの塩基水溶液を添加して、塩水のｐＨを７．５に上げる。塩水回路中の各混合タンクの前後に塩水のｐＨをモニタリングし、塩基水溶液の添加の速度を制御する。塩水回路中の第１の混合タンク（４０２）において、塩水はｐＨ６．５で塩水管から混合タンクに進入し、比較的微量の塩基が添加される。塩水回路（４０４、４０６）中の他の混合タンクにおいて、塩水はｐＨ３．５で先のイオン交換カラムの出口から混合タンクに進入し、比較的大量の塩基を添加すると、先のイオン交換カラムにより放出されられるプロトンが中和される。
【０４３５】
水洗洗浄回路は、水管（４０９）から、リチウムが染み込んだイオン交換カラムを通って水を汲み出すことを必要とし、次いで水を処理管へ汲み出す。この水洗洗浄回路によりカラムから残りの塩水が取り除かれると、不純物が最小限の酸溶出が調製される。
【０４３６】
酸再循環ループは、１つのイオン交換カラム（４１４）および酸再循環タンク（４１２）を備えている。タンクには１．０Ｍ  ＨＣｌ酸が充填されており、これはイオン交換カラムへと汲み出されて、タンクに戻り、カラムを通って再循環される。酸溶液がカラムを通って流れると、イオン交換ビーズはプロトンを吸収し、一方でリチウムを放出する。経時的に、酸溶液は塩化リチウム溶出液へと変換される。イオン交換カラムに関連付けられる混合タンクは動いていない（４１３）。次いで、結果として生じる塩化リチウム溶出液のｐＨを中和し、逆浸透により濃縮し、研磨することで、微量の二価イオンを取り除き、炭酸化により処理することで、バッテリーに使用可能な炭酸リチウム粉末を産出する。
【０４３７】
塩水回路、水洗洗浄回路、および酸再循環ループの流量を交換事象のために調和し、これは、値の切り替えによりシステムを通る流れを再配向することを特徴とする。交換事象の間、塩水回路の第１のカラムを水洗洗浄回路に交換し、水洗洗浄回路のカラムを酸再循環ループに交換し、酸再循環ループのカラムを塩水回路に交換する。
【０４３８】
塩水が塩水回路を通って流れると、リチウムはイオン交換カラムのイオン交換ビーズへと吸収される。塩水回路の第１のイオン交換カラムには先ずリチウムが染み込み、次いで第１のカラムを水洗洗浄回路に交換する。酸再循環ループのイオン交換カラムには先ずプロトンが染み込み、次いで第のカラムを塩水回路の端部に交換する。イオン交換カラムにおける塩水回路の端部に残る酸を塩水で洗い流し、ｐＨを中和してから捨てた。
【０４３９】
交換事象の後、バルブを用いて、塩水管（４０１）、水管（４０９）、酸タンク（４１２）、および処理管（４０８）を新たな回路に交換する。
【０４４０】
この実施例の変形例において、塩水回路は随意に、各カラムに対して関連する塩基混合タンクを伴う、５０以上のイオン交換カラムで構成される。この多数のイオン交換カラムと混合タンクにより、リチウム濃度が５０ｐｐｍを超える塩水からリチウムを多く回収することができ、その間に塩水のｐＨは４−８の範囲に維持される。そのような多数のイオン交換カラムの例示は困難であるため、説明と例示を容易にするために、カラムが３つしかない塩水回路をこの実施例で使用する。
【０４４１】
実施例７：撹拌タンクシステムを用いるリチウム抽出
撹拌タンクシステム（図５）を用いてリチウムを塩水から抽出する。前記システムは、タンク（５０１）、塩基付加用の混合タンク（５０２）、塩水再循環管（５０３）、タンク内部でイオン交換ビーズを支持するための浸透性区画（５０４）、および酸再循環管（５０５）を備えている。塩水は、約１００ｐｐｍのＬｉ、４０，０００ｐｐｍのＮａ、３０，０００ｐｐｍのＣａ、および３，０００ｐｐｍのＭＧを含む、天然の塩化物水溶液である。イオン交換カラムに、多孔質イオン交換ビーズの充填床を充填する。多孔質イオン交換ビーズは、イオン交換粒子およびポリマーマトリクスで構成されている。イオン交換粒子は、ＺｒＯ２コーティングを持つＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２コアで構成された、被覆イオン交換粒子である。粒子は、平均径３．０ミクロンのほぼ球状であり、被覆の厚みは約４．０ｎｍである。ポリマーマトリクスはポリビニリデンジフルオリドで構成されている。多孔質ビーズは多孔質ネットワークを含有しており、孔径の拡散が制御されることで、ビーズ表面からビーズ内部に、そしてイオン交換粒子へと拡散チャネルがもたらされる。ビーズには、平均直径２．０ｍｍの形状の分布がある。
【０４４２】
タンクは、高さ３．５メートル、直径の２．５メートルである（５０１）。イオン交換ビーズを支持するための浸透性区画は、タンク内部のタンクの底部付近に取り付けられる。区画が十分な低さでタンクに取り付けられると、ビーズからのリチウムの溶出に必要な最小量の酸により区画が沈むことになる。ビーズを含む区画は、リチウム化状態のビーズを含むタンクに充填される。次いで、１．０Ｍ  ＨＣｌ酸をタンクへ充填し、酸循環管（５０５）に通して再循環した。この酸溶液はプロトンをビーズに送達し、一方でビーズからリチウムを吸収する。酸溶液は、区画上の点にあるタンクから汲み出されて酸循環パイプを通り、タンクの底部へと再注入される。次いで、酸溶液は区画全体に行き渡り、その中で溶液はイオン交換ビーズに接触して、ビーズからリチウムを溶出する。リチウム溶出が遅くなると、結果として生じるリチウム濃縮物をシステムから取り除き、中和、逆浸透による濃縮、炭酸化、および再結晶によりバッテリーに使用可能な炭酸リチウム生成物へと処理する。
【０４４３】
水をタンクへ充填し、酸再循環管を通って再循環させて、残りの酸を洗い流す。
【０４４４】
塩水をタンクに充填し、タンクの頂部から塩基混合タンク（５０２）へと汲み出す。次いで、塩水は塩水循環パイプを通って流れ、区画の下のタンクの底部へと再注入される。塩水はタンクを通って上に流れ、区画全体に行き渡る。塩水はイオン交換ビーズと接触し、ビーズは塩水からリチウムを吸収し、一方でプロトンを放出する。酸性化された塩水は、区画の上を流れて、塩基混合タンクへ送り込まれる。塩基混合タンクにおいて、塩基ＮａＯＨ水溶液を添加して、ビーズにより放出されるプロトンを中和し、塩水のｐＨを６−８の範囲に維持する。次いで、中和された塩水は塩水再循環管を通って流れ、さらなるリチウム吸収のためにタンクに戻って再循環される。リチウム吸収が遅くなると、使用済みの塩水をタンクから取り除く。次いで、前述のようにタンクを水で再び洗浄する。酸工程を繰り返して、塩化リチウム溶出液を産出する。このサイクルを繰り返してリチウム溶出液を産出し、これをバッテリーに使用可能な炭酸リチウムへと処理する。
【０４４５】
実施例８：ポート（Ｐｏｒｔｅｄ）イオン交換カラムシステムを用いるリチウム抽出
複数の塩基注入ポート（６０４）を備えたカラム（６０２）を含む、ポートイオン交換カラムシステム（図６）を用いて、リチウムを塩水から抽出する。塩水は、約１００ｐｐｍのＬｉ、４０，０００ｐｐｍのＮａ、３０，０００ｐｐｍのＣａ、および３，０００ｐｐｍのＭＧを含む、天然の塩化物水溶液である。イオン交換カラムに、多孔質イオンビーズの充填床を充填する。多孔質イオン交換ビーズは、イオン交換粒子およびポリマーマトリクスで構成されている。イオン交換粒子は、ＺｒＯ２コーティングを持つＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２コアで構成された、被覆イオン交換粒子である。粒子は、平均径３．０ミクロンのほぼ球状であり、被覆の厚みは約４．０ｎｍである。ポリマーマトリクスはポリビニリデンジフルオリドで構成されている。多孔質ビーズは多孔質ネットワークを含有しており、孔径の拡散が制御されることで、ビーズ表面からビーズ内部に、そしてイオン交換粒子へと拡散チャネルがもたらされる。ビーズには、平均直径２．０ｍｍの形状の分布がある。
【０４４６】
イオン交換ビーズをポートイオン交換カラムシステムに充填する。１．０Ｍ  ＨＣｌ酸をシステムに通して流すと、塩化リチウム溶出液が溶出される。次いで、システムを酸で洗浄して、残りの酸を取り除く。塩水管（６０１）からシステムの底部へ塩水を流す。塩水をカラムに通して流すと、ビーズは塩水からリチウムを吸収し、プロトンを塩水へと放出し、塩水を酸性化する。塩水のｐＨを４−８の範囲に維持するために、ＮａＯＨの塩基水溶液を塩基注入ポートへ注入する。塩水が先ずカラムに進入し、カラムの底部付近にある新しいビーズに接触すると、カラムの底部付近でイオン交換反応が最も早く生じ、そうして最初に塩基は、より速い速度でカラムの底部にあるポートを通って注入される。カラムの底部付近にあるビーズが染み込むと、イオン交換の速度が最も高いカラムの領域をカラムの上方に動かす。次いで、カラムの高い場所にある塩水にて放出されるプロトンを中和するために、塩基をカラムの高い場所に注入し、カラムの底部付近の塩基注入は遅くなり、最終的に終了する。カラムの底部での塩基注入が終了すると、カラムにおけるＭｇ（ＯＨ）２および他の塩基性沈殿物の沈殿が回避され、その領域では、プロトンは、塩基を中和するのに十分な速度でこれ以上放出されない。塩水がカラムを通って上方へ移動すると、ｐＨは４−８の範囲に維持され、一方でビーズはリチウムを吸収し、プロトンを放出して、塩基性沈殿物の形成が制限される。カラムの至る所にあるビーズがリチウムに飽和され、またはほぼ飽和されると、カラムを水で洗浄し、リチウムを硫酸で溶出して、硫酸リチウム溶出液を形成する。次いで、リチウム溶出液を水酸化リチウム生成物へと処理する。
【０４４７】
実施例９：ＬｉＣｌを介して塩水からＬｉ２ＣＯ３を作り出すための統合システム
統合システム（図７）からＬｉ２ＣＯ３粉末を産生する。前記システムは、選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（７０１）、逆浸透システム（７０２）、蒸留システム（７０３）、精製システム（７０４）、炭酸化システム（７０５）、および酸再利用システム（７０６）を備えている
【０４４８】
選択的リチウム吸収のためのイオン交換システムは、イオン交換材料およびイオン交換反応装置機構を備えている。イオン交換材料は、材料の溶解と分解を防ぐために１０ｗｔ％のＳｉＯ２コーティングを備えた、典型的に直径２０〜５０ミクロンであるＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２粒子を含む。イオン交換反応装置機構は、イオン交換材料を含む７つで一組の撹拌タンク反応装置を備えており、このタンクは、塩水回路、水洗洗浄回路、および酸溶出回路へと分割される。塩水回路は、最後の塩水タンクに行き着くまでに塩水が第１のタンクから次のタンクへと流れるように直列で接続された４つの撹拌タンク反応装置で構成されており、塩水が塩水回路を通って流れると、タンク中のイオン交換材料は塩水からリチウムを吸収して、水素を放出する。Ｃａ（ＯＨ）２塩基をスラリー水溶液として、塩基回路のタンクに添加して、ｐＨを４〜６に維持する。水洗洗浄回路は、水が第１の水タンクから第２の水タンクへ流れるように直列で接続された２つの撹拌タンク反応装置で構成されており、水が水洗洗浄回路を通って流れると、水はイオン交換材料から残りの塩水や他の不純物を取り除く。酸回路は１つの撹拌タンク反応装置で構成されており、酸回路中のイオン交換材料はリチウムを放出し、一方で水素を吸収する。タンク配管接続を回路間で切り替えることで、塩水回路の第１のタンクは水洗洗浄回路の最後のタンクとなり、水洗洗浄回路の第１のタンクは酸溶出回路の最後のタンクとなり、酸溶出回路の第１のタンクは塩水回路の最後のタンクとなる。塩水は、１８０ｍｇ／ＬのＬｉ、７０，０００ｍｇ／ＬのＮａ、２０，０００ｍｇ／ＬのＣａ、および３，０００ｍｇ／ＬのＭｇを含む。ＨＣｌ酸を酸タンクに添加して、塩化リチウム溶液を溶出する。酸回路を出る溶液は、約６，０００ｍｇ／ＬのＬｉを含有し、かつ、合計約１，０００ｍｇ／ＬのＮａ、Ｍｇ、Ｃａなどの不純物を含有する、リチウム溶出溶液である。
【０４４９】
逆浸透システムを使用して、リチウム溶出溶液から水を取り除く。逆浸透システムからの透過物は、微量のＨＣｌを含む水である。残余分は、リチウム濃度が約４０，０００ｍｇ／Ｌの濃縮リチウム溶液を含んでいる。
【０４５０】
蒸留システムを使用して、残りのＨＣｌをリチウム溶出溶液から取り除く。蒸留システムによりリチウム溶出溶液を加熱してＨＣｌ蒸気を生成し、吸収カラムを使用して水溶液においてＨＣｌを再び捕捉する。
【０４５１】
酸再利用システム（７０６）は、逆浸透システムからの透過物と組み合わせて蒸留システムからＨＣｌ溶液を使用して、ＨＣｌ酸水溶液を生成し、これを選択的リチウム吸収のためにイオン交換システムでの酸溶出に再び使用する。
【０４５２】
精製システムを使用して、水酸化ナトリウムおよび炭酸ナトリウムの添加を介して二価および多価の不純物を取り除く。水酸化ナトリウムを添加し、Ｍｇ（ＯＨ）２および他の不純物を沈殿させる。炭酸ナトリウムを添加し、ＣａＣＯ３および他の不純物を沈殿させる。
【０４５３】
炭酸化システムを使用して、Ｎａ２ＣＯ３の添加を介して濃縮精製リチウム塩溶液からＬｉ２ＣＯ３固体を沈殿させる。Ｌｉ２ＣＯ３固体を分離し、再結晶プロセスにより精製する。ここで、Ｌｉ２ＣＯ３をＣＯ２の存在下で水の中で再溶解してＬｉＨＣＯ３を形成し、次いで、溶液の加熱によりＬｉ２ＣＯ３を再結晶化することでＣＯ２を放出する。ＣＯ２を捕捉して再利用する。最終のＬｉ２ＣＯ３生成物の純度は９９％を超えている。
【０４５４】
実施例１０：Ｌｉ２ＳＯ４を介して塩水からＬｉ２ＣＯ３を作り出すための統合システム
統合システム（図８）からＬｉ２ＣＯ３粉末を産生する。前記システムは、選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（８０１）、蒸発システム（８０２）、中和・精製システム（８０３）、炭酸化システム（８０４）、および塩基再利用システム（８０５）を備えている。
【０４５５】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システムは、イオン交換材料およびイオン交換反応装置機構を備えている。イオン交換材料は、材料の溶解と分解を防ぐためにＺｒＯ２コーティング３ｗｔ％を備えた、典型的に直径２５〜３５ミクロンであるＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２粒子を含む。イオン交換反応装置機構は、イオン交換材料を含む、２０個で一組の撹拌タンク反応装置を含む。塩水、水、および酸の工程のサイクルを通じて、各タンクを操作する。塩水工程の間、イオン交換材料を塩水と混合し、Ｃａ（ＯＨ）２塩基を、塩水回路のタンクに水ベースのスラリーとして添加して、ｐＨを４〜６に維持する。水工程の間、イオン交換材料を水で洗浄し、残りの塩水を取り除く。酸工程の間、イオン交換材料を酸で処理して材料からリチウムイオンを溶出し、一方で材料は水素イオンを吸収する。塩水は、３００ｍｇ／ＬのＬｉ、５０，０００ｍｇ／ＬのＮａ、３０，０００ｍｇ／ＬのＣａ、および１０，０００ｍｇ／ＬのＭｇを含む。酸は０．７５Ｍ  Ｈ２ＳＯ４である。酸回路を出る溶液は、６，０００ｍｇ／ＬのＬｉを含有し、かつ、合計約１，２００ｍｇ／ＬのＮａ、Ｍｇ、Ｃａなどの不純物を含有する、硫酸陰イオンに基づくリチウム溶出溶液である。
【０４５６】
蒸発システムに熱を加えてリチウム溶出溶液から水を取り除き、リチウムの濃度を上げる。濃縮リチウム溶液はＬｉ約１２，０００ｍｇ／Ｌを含む。リチウム濃度が上がると、不純物の除去が容易になる。
【０４５７】
中和・精製システムはＮａＯＨを使用して、リチウム溶出溶液中の酸を中和する。追加のＮａＯＨを添加し、Ｍｇ（ＯＨ）２および他の不純物を沈殿させる。Ｎａ２ＣＯ３を添加し、ＣａＣＯ３および他の不純物を沈殿させる。
【０４５８】
炭酸化システムにより、硫酸リチウム溶液からＬｉ２ＣＯ３を作り出す。Ｎａ２ＣＯ３の水溶液を硫酸リチウム溶液に９５℃で添加することにより、第１の工程においてＬｉ２ＣＯ３を沈殿させる。第１の工程で添加されるＮａ２ＣＯ３の量を制限して、Ｌｉ２ＣＯ３沈殿中のＮａ２ＳＯ４の沈殿を回避する。第１の沈殿工程において、リチウム回収は約８５％である。残りの溶液を濃縮してＮａ２ＳＯ４と追加の水を沈殿させ、Ｎａ２ＣＯ３水溶液を添加して、より多くのＬｉ２ＣＯ３を沈殿させながら、Ｎａ２ＳＯ４の沈殿を回避する。濾過によりＬｉ２ＣＯ３固体を分離し、ＬｉＨＣＯ３の形成によりＣＯ２の存在下で再溶解し、再結晶化して、純度が９９％を超えるＬｉ２ＣＯ３粉末を算出する。
【０４５９】
塩基再利用システムは、精製システムから濾過装置を通ってＭｇ（ＯＨ）２沈殿物を集め、塩基性材料を使用してイオン交換システム中のｐＨを制御し、選択的リチウム吸収を行う。塩水からのリチウム吸収中、Ｍｇ（ＯＨ）２材料のスラリー水溶液を撹拌タンク反応装置に添加して、塩水のｐＨを４〜７に維持する。
【０４６０】
実施例１１：Ｌｉ２ＳＯ４を介して塩水からＬｉＯＨを作り出すための統合システム
統合システム（図９）からＬｉＯＨ粉末を産生する。前記システムは、選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（９０１）、不純物除去用の樹脂イオン交換システム（９０２）、逆浸透システム（９０３）、膜電解システム（９０４）、結晶化システム（９０５）、および酸再利用システム（９０６）を備えている。
【０４６１】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システムは、イオン交換材料およびイオン交換反応装置機構を備えている。イオン交換材料は、材料の溶解と分解を防ぐためにＳｉＯ２コーティング５ｗｔ％を備えた、典型的に直径１５〜４５ミクロンであるＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２粒子を含む。イオン交換反応装置機構は、６つで一組の再循環バッチリアクターを備えている。循環バッチリアクターはそれぞれタンクを備えており、そこにはタンクの底部付近にあるタンク断面に及ぶ区画が備わっている。区画はイオン交換材料を含んでおり、タンクへと充填される。区画はイオン交換材料を含んでいるが、液体溶液の流れを通すことができる。バッチリアクターはそれぞれ塩水で満ちており、塩水は、前記区画上にあるタンク頂部から、前記区画の下にあるタンク底部へと汲み出される。この塩水循環は、塩水を区画に通してイオン交換材料と接触させ、それによりイオン交換材料が塩水からリチウムを吸収し、一方で水素を放出できるように機能する。ＮａＯＨ塩基の水溶液を反応装置に添加して、材料から放出されたプロトンを中和し、塩水のｐＨを５〜７の範囲に維持して、リチウム吸収プロセスを容易にする。６時間後、塩水をタンクから排出し、水を用いてタンクからの残りの塩水を洗浄する。逆浸透を用いて、洗浄に用いた水を精製し、再利用する。酸をタンクに添加して、イオン交換材料からリチウムを溶出し、リチウム溶出液溶液を作り出す。塩水は、８０ｍｇ／ＬのＬｉ、６０，０００ｍｇ／ＬのＮａ、４０，０００ｍｇ／ＬのＣａ、および５，０００ｍｇ／ＬのＭｇを含む。酸は、濃度範囲０．５〜２．０Ｎの硫酸水溶液である。リチウム溶出溶液は、３，５００ｍｇ／ＬのＬｉ、および、合計約３００ｍｇ／ＬのＮａ、Ｍｇ、Ｃａなどの不純物を含有している。
【０４６２】
不純物を取り除くための樹脂イオン交換システムは、スルホン化ポリスチレンベースのポリマービーズを含んでいる。リチウム溶出溶液を一連のカラムにおいてビーズに通して濾過すると、ビーズは溶液からＭｇ、Ｃａ、Ｍｎ、および他の多価イオンを取り除き、一方でＮａを放出する。
【０４６３】
逆浸透システムを使用して、精製リチウム溶出溶液から水を取り除く。逆浸透システムからの透過物は水であり、これを酸再利用システムに供給する。残余分は、リチウム濃度が約２５，０００ｍｇ／Ｌ、ｐＨが約０〜１の濃縮硫酸リチウム溶液を含んでいる。
【０４６４】
膜電気分解システムは、入力として精製濃縮硫酸リチウム溶液、希釈ＬｉＯＨ溶液、および電流を取る。膜電気分解システムは、陽イオン伝導膜により分割された２つの区画電解セルに基づいてある。膜電気分解システムは、Ｌｉ２ＳＯ４とＬｉＯＨ水溶液の構成成分がわずかなＨ２ＳＯ４を含む酸性化溶液を作り出す。
【０４６５】
蒸発により水を取り除くことで、結晶化システムは、ＬｉＯＨ溶液をＬｉＯＨ粉末へと変換する。この蒸発と結晶化は、強制循環型蒸発缶において行われる。ＬｉＯＨ粉末の純度は、蒸発プロセス中に高濃度のＮａＯＨとＫＯＨを含有する液体を取り除くことによって制御される。
【０４６６】
酸再利用システムにより、膜電気分解システムから酸性化溶液を集め、逆浸透システムから水を集めて、イオン交換システム中での溶出用の酸溶液を作り出し、選択的リチウム吸収を行う。
【０４６７】
実施例１２：ＬｉＣｌを介して塩水からＬｉＯＨを作り出すための統合システム
ＬｉＯＨ粉末を統合システム（図１０）から作り出す。前記統合システムは、選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（１００１）、逆浸透システム（１００２）、ＨＣｌ蒸留システム（１００３）、精製システム（１００４）、膜電気分解システム（１００５）、ＨＣｌバーナー（１００６）、晶析装置（１００７）、および酸再利用システム（１００８）を備えている。
【０４６８】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システムは、イオン交換材料およびイオン交換反応装置機構を備えている。イオン交換材料はＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２粒子を含んでいる。イオン交換反応装置機構は、イオン交換材料を含む７つで一組の撹拌タンク反応装置を備えており、このタンクは、塩水回路、水洗洗浄回路、および酸溶出回路へと分割される。塩水回路は、最後の塩水タンクに行き着くまでに塩水が第１のタンクから次のタンクへと流れるように直列で接続された４つの撹拌タンク反応装置で構成されており、塩水が塩水回路を通って流れると、タンク中のイオン交換材料は塩水からリチウムを吸収して、水素を放出する。Ｃａ（ＯＨ）２塩基をスラリー水溶液として、塩基回路のタンクに添加して、ｐＨを４〜６に維持する。水洗洗浄回路は、水が第１の水タンクから第２の水タンクへ流れるように直列で接続された２つの撹拌タンク反応装置で構成されており、水が水洗洗浄回路を通って流れると、水はイオン交換材料から残りの塩水や他の不純物を取り除く。酸回路は１つの撹拌タンク反応装置で構成されており、酸回路中のイオン交換材料はリチウムを放出し、一方で水素を吸収する。タンク配管接続を回路間で切り替えることで、塩水回路の第１のタンクは水洗洗浄回路の最後のタンクとなり、水洗洗浄回路の第１のタンクは酸溶出回路の最後のタンクとなり、酸溶出回路の第１のタンクは塩水回路の最後のタンクとなる。塩水は、１５０ｍｇ／ＬのＬｉ、６０，０００ｍｇ／ＬのＮａ、３０，０００ｍｇ／ＬのＣａ、および２，０００ｍｇ／ＬのＭｇを含む。ＨＣｌ酸を酸タンクに添加して、塩化リチウム溶液を溶出する。酸回路を出る溶液は、約４，０００ｍｇ／ＬのＬｉを含有し、かつ、合計約１，０００ｍｇ／ＬのＮａ、Ｍｇ、Ｃａなどの不純物を含有する、リチウム溶出溶液である。
【０４６９】
逆浸透システムを使用して、リチウム溶出溶液から水を取り除く。逆浸透システムからの透過物は、微量のＨＣｌを含む水である。残余分は、リチウム濃度が約７０，０００ｍｇ／Ｌの濃縮リチウム溶液を含んでいる。
【０４７０】
蒸留システムを使用して、残りのＨＣｌをリチウム溶出溶液から取り除く。蒸留システムによりリチウム溶出溶液を加熱してＨＣｌ蒸気を生成し、吸収カラムを使用して水溶液においてＨＣｌを再び捕捉する。
【０４７１】
精製システムを使用して、水酸化ナトリウムおよび炭酸ナトリウムの添加を介して二価および多価の不純物を取り除く。水酸化ナトリウムを添加し、Ｍｇ（ＯＨ）２および他の不純物を沈殿させる。炭酸ナトリウムを添加し、ＣａＣＯ３および他の不純物を沈殿させる。次いで溶液を、多価イオンに結合しつつナトリウムを放出するイオン交換樹脂を含有する、一連のカラムに通す。
【０４７２】
膜電気分解システムは、入力として精製濃縮塩化リチウム溶液、希釈ＬｉＯＨ溶液、および電流を取る。膜電気分解システムは、陽イオン伝導膜により分割された２つの区画電解セルに基づいてある。膜電気分解システムは、電気化学酸化電極にてＣｌ２ガスを作り出し、電気化学還元電極にてＨ２ガスを作り出す。電気化学還元電極を含有する区画により、ＬｉＯＨ水溶液を作り出す。電気化学酸化電極を含有する区画により、ＬｉＣｌの希釈溶液を作り出し、これを酸溶出溶液に再利用する。
【０４７３】
酸再利用システムにより、蒸留システムから、および逆浸透システムの透過物と組み合わせてＨＣｌバーナーからＨＣｌを使用し、ＬｉＣｌ溶液を膜電気分解システムから希釈して希釈ＬｉＣｌを含有するＨＣｌ酸水溶液を生成し、これを再利用して、イオン交換システム中のイオン交換材料からリチウム溶出溶液を溶出して、選択的リチウム吸収を行う。
【０４７４】
実施例１３：塩水からＬｉＣｌを作り出すための統合システム
Ｌｉ２ＣＯ３粉末を統合システム（図１１）から作り出す。前記統合システムは、選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（１１０１）、逆浸透システム（１１０２）、ＨＣｌ蒸留システム（１１０３）、精製システム（１１０４）、結晶化システム（１１０５）、および酸再利用システムを備えている。
【０４７５】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システムは、イオン交換材料およびイオン交換反応装置機構を備えている。イオン交換材料は、典型的には直径１５−４５ミクロンであるＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２粒子を含む。イオン交換反応装置機構は、６つで一組の再循環バッチリアクターを備えている。循環バッチリアクターはそれぞれタンクを備えており、そこにはタンクの底部付近にあるタンク断面に及ぶ区画が備わっている。区画はイオン交換材料を含んでおり、タンクへと充填される。区画はイオン交換材料を含んでいるが、液体溶液の流れを通すことができる。バッチリアクターはそれぞれ塩水で満ちており、塩水は、前記区画上にあるタンク頂部から、前記区画の下にあるタンク底部へと汲み出される。この塩水循環は、塩水を区画に通してイオン交換材料と接触させ、それによりイオン交換材料が塩水からリチウムを吸収し、一方で水素を放出できるように機能する。Ｃａ（ＯＨ）２塩基のスラリー水溶液を反応装置に添加して、材料から放出されたプロトンを中和し、塩水のｐＨを５〜７の範囲に維持して、リチウム吸収プロセスを容易にする。６時間後、塩水をタンクから排出し、水を用いてタンクからの残りの塩水を洗浄する。酸をタンクに添加して、イオン交換材料からリチウムを溶出し、リチウム溶出液溶液を作り出す。塩水は、５００ｍｇ／ＬのＬｉ、７０，０００ｍｇ／ＬのＮａ、１０，０００ｍｇ／ＬのＣａ、および２，０００ｍｇ／ＬのＭｇを含む。酸は、濃度範囲０．５〜２．０Ｎの塩酸水溶液である。リチウム溶出溶液は、４，５００ｍｇ／ＬのＬｉ、および、合計約３００ｍｇ／ＬのＮａ、Ｍｇ、Ｃａなどの不純物を含有している。
【０４７６】
逆浸透システムを使用して、リチウム溶出溶液から水を取り除く。逆浸透システムからの透過物は、微量のＨＣｌを含む水である。残余分は、リチウム濃度が約１００，０００ｍｇ／Ｌの濃縮リチウム溶液を含んでいる。
【０４７７】
蒸留システムを使用して、残りのＨＣｌをリチウム溶出溶液から取り除く。蒸留システムによりリチウム溶出溶液を加熱してＨＣｌ蒸気を生成し、吸収カラムを使用して水溶液においてＨＣｌを再び捕捉する。
【０４７８】
精製システムを使用して、水酸化ナトリウムおよび炭酸ナトリウムの添加を介して二価および多価の不純物を取り除く。水酸化リチウムを添加し、Ｍｇ（ＯＨ）２および他の不純物を沈殿させる。炭酸リチウムを添加し、ＣａＣＯ３および他の不純物を沈殿させる。
【０４７９】
結晶化システムによりドラフト管バッフル晶析装置を用いて、濃縮精製塩化リチウム溶液から水を取り除き、かつＬｉＣｌ固体を沈殿させる。固体を乾燥させ、粉砕し、放送し、輸送する。
【０４８０】
酸性再利用システムにより、蒸留システムからＨＣｌを集め、ＨＣｌを逆浸透システムの水を含んだ水と組み合わせてＨＣｌ水溶液を作り出し、選択的リチウム吸収用のイオン交換システムからリチウム溶出溶液を溶出する。
【０４８１】
実施例１４：Ｌｉ２ＳＯ４およびＣａＳＯ４を介して塩水からＬｉＯＨを作り出すための統合システム
ＬｉＯＨ粉末を統合システム（図１２）から作り出す。前記統合システムは、選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（１２０１）、逆浸透システム（１２０２）、化学沈殿システム（１２０３）、精製システム（１２０４）、結晶化システム（１２０５）、焙焼システム（１２０６）、石灰再利用システム（１２０７）、および酸再利用システム（１２０８）を備えている。
【０４８２】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システムは、イオン交換材料およびイオン交換反応装置機構を備えている。イオン交換材料は、材料の溶解と分解を防ぐためにＳｉＯ２コーティング８ｗｔ％を備えた、典型的に直径２５〜４５ミクロンであるＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２粒子を含む。イオン交換反応装置機構は、イオン交換材料を含む７つで一組の撹拌タンク反応装置を備えており、このタンクは、塩水回路、水洗洗浄回路、および酸溶出回路へと分割される。塩水回路は、最後の塩水タンクに行き着くまでに塩水が第１のタンクから次のタンクへと流れるように直列で接続された４つの撹拌タンク反応装置で構成されており、塩水が塩水回路を通って流れると、タンク中のイオン交換材料は塩水からリチウムを吸収して、水素を放出する。Ｃａ（ＯＨ）２塩基をスラリー水溶液として、塩基回路のタンクに添加して、ｐＨを４〜６に維持する。水洗洗浄回路は、水が第１の水タンクから第２の水タンクへ流れるように直列で接続された２つの撹拌タンク反応装置で構成されており、水が水洗洗浄回路を通って流れると、水はイオン交換材料から残りの塩水や他の不純物を取り除く。酸回路は１つの撹拌タンク反応装置で構成されており、酸回路中のイオン交換材料はリチウムを放出し、一方で水素を吸収する。タンク配管接続を回路間で切り替えることで、塩水回路の第１のタンクは水洗洗浄回路の最後のタンクとなり、水洗洗浄回路の第１のタンクは酸溶出回路の最後のタンクとなり、酸溶出回路の第１のタンクは塩水回路の最後のタンクとなる。塩水は、１５０ｍｇ／ＬのＬｉ、６０，０００ｍｇ／ＬのＮａ、３０，０００ｍｇ／ＬのＣａ、および５，０００ｍｇ／ＬのＭｇを含む。酸は、濃度範囲０．５〜２．０Ｎの硫酸水溶液である。リチウム溶出溶液は、４，０００ｍｇ／ＬのＬｉ、および、合計約１，２００ｍｇ／ＬのＮａ、Ｍｇ、Ｃａなどの不純物を含有している。
【０４８３】
逆浸透システムを使用して、リチウム溶出溶液から水を取り除く。逆浸透システムからの透過物は水であり、これを酸再利用システムに供給する。残余分は、リチウム濃度が約２５，０００ｍｇ／Ｌ、ｐＨが約０〜１の濃縮硫酸リチウム溶液を含んでいる。
【０４８４】
化学沈殿システムにより濃縮硫酸リチウム溶液をＣａ（ＯＨ）２と組み合わせ、溶液を中和し、ＣａＳＯ４を沈殿させる。硫酸リチウム溶液を水酸化リチウム溶液へと変換する。
【０４８５】
精製システムにより水酸化リチウム溶液を処理し、不純物を取り除く。Ｎａ２ＣＯ３を添加し、ＣａＣＯ３を沈殿させる。濾過によりＣａＣＯ３固体を取り除く。
【０４８６】
蒸発により水を取り除くことで、結晶化システムは、ＬｉＯＨ溶液をＬｉＯＨ粉末へと変換する。この蒸発と結晶化は、強制循環型蒸発缶において行われる。ＬｉＯＨ粉末の純度は、蒸発プロセス中に高濃度のＮａＯＨとＫＯＨを含有する液体を取り除くことによって制御される。
【０４８７】
焙焼システムにより、化学沈殿システムからＣａＳＯ４を加熱してＣａＯを再生させ、これを高温の水との反応によりＣａ（ＯＨ）２へと変換する。この焙焼システムは熱と低圧力を用いることで、固体からＳＯｘ種を発生させる。ＳＯｘガスを焙焼中に放出し、このガスを処理して硫酸を形成する。
【０４８８】
石灰再利用システムにより、焙焼システムからＣａ（ＯＨ）２を集め、化学沈殿システムへの添加に適したＣａ（ＯＨ）２スラリーを形成する。
【０４８９】
酸再利用システムにより、焙焼システムから硫酸を集め、硫酸を逆浸透システムからの水と組み合わせて、イオン交換システム中での溶出用の酸溶液を作り出し、選択的リチウム吸収を行う。
【０４９０】
実施例１５：炭酸塩母液からのＨＣｌおよびＮａＯＨの電気透析再生により炭酸リチウムを作り出すための統合システム
Ｌｉ２ＣＯ３粉末を統合システム（図１５）から作り出す。統合システムは、選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（１５０１）、逆浸透システム（１５０２）、蒸発濃縮器システム（１５０３）、中和・精製システム（１５０４）、炭酸化システム（１５０５）、選択的リチウム吸収用の二次的イオン交換システム（１５０６）、炭酸化母液から酸と塩基を再生するための電気透析システム（１５０７）、酸再利用システム（１５０８）、および水酸化物再利用システム（１５０９）を備えている。
【０４９１】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（１５０１）は、イオン交換媒体およびイオン交換反応装置機構を備えている。イオン交換媒体は、約１００ミクロンの媒体を備えたポリマーマトリクスに埋め込まれたＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２粒子を含む。イオン交換反応装置機構は、イオン交換媒体を含有する１００台で一組の撹拌タンク反応装置を備えており、撹拌を用いて、塩水、水、酸という交互の流れに媒体を接触させる。媒体が塩水に接触すると、媒体は塩水からリチウムを吸収し、プロトンを放出する。水酸化ナトリウムを塩水に添加して、塩水のｐＨを約４〜７の範囲に維持する。リチウムの８５％を塩水から回収し、媒体に吸収させた後、塩水をタンクから取り除き、タンクを水で洗浄して残りの塩水を取り除く。次いで、酸を使用して、プロトンを吸収し、かつリチウムイオンを放出するイオン交換媒体でリチウムを溶出して、リチウム溶出溶液を作り出す。塩水は、２００ｍｇ／ＬのＬｉ、１００，０００ｍｇ／ＬのＮａ、３，０００ｍｇ／ＬのＣａ、および２，０００ｍｇ／ＬのＭｇを含む。酸は、１．０Ｎの塩酸水溶液である。リチウム溶出溶液は、Ｌｉ５，０００ｍｇ／Ｌ、およびＮａ、Ｍｇ、およびＣａを含む不純物を含んでいる。
【０４９２】
逆浸透システム（１５０２）を使用して、リチウム溶出溶液から水を取り除く。逆浸透システムからの透過物は水であり、これは統合システムにおいて再利用される。残余分は、リチウム濃度が約１５，０００ｍｇ／Ｌの濃縮塩化リチウム溶液を含んでいる。
【０４９３】
蒸発濃縮器システム（１５０３）を使用して、リチウム溶出溶液からより多くの水を取り除き、この水は統合システムにおいて再利用される。蒸発濃縮器は、リチウム濃度が約２５，０００ｍｇ／Ｌの、さらに濃縮された塩化リチウム溶液をもたらす。
【０４９４】
中和・精製システム（１５０４）は、さらに濃縮された塩化リチウム溶液をＮａＯＨおよびＮａ２ＣＯ３と組み合わせることで、溶液を中和し、ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、および他の沈殿物などの水酸化物や炭酸塩固体として、多価のカチオンを沈殿させる。中和・精製システムはさらに、イオン交換樹脂を使用して、溶液から微量のＭｇ、Ｃａ、Ｂ、および他の不純物を取り除く。中和・精製システムの生成物は、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫを含む、濃縮一価塩化物溶液である。
【０４９５】
炭酸化システム（１５０５）を使用して、濃縮一価塩化物溶液中のリチウムを炭酸リチウムに変換し、これを沈殿させ、炭酸リチウムとしてシステムから取り除く。炭酸リチウム流の一部を、水酸化カルシウムの添加により水酸化リチウムへと変換する。炭酸化システムの他の生成物は、Ｎａ、Ｋ、および残りのＬｉを含有する塩化物溶液を含む、炭酸塩母液である。選択的リチウム吸収用の二次的イオン交換システム（１５０６）を使用して、炭酸塩母液から残りのＬｉを取り除き、ＮａおよびＫ塩化物溶液の大半を残す。
【０４９６】
入力として電気および炭酸塩母液を用いて、電極を伴う膜セルを含む電気透析システム（１５０７）を使用すると、炭酸塩母液が塩基流と酸流とに変換される。電気透析システムの１つの生成物は、塩酸溶液を含む酸再利用流（１５０８）である。電気透析システムの１つの生成物は、水酸化物溶液を含む塩基再利用流（１５０９）である。
【０４９７】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システムでのリチウム吸収中に、塩基再利用流を塩水への塩基付加に使用して、イオン交換媒体から放出されるプロトンを中和して、ｐＨを約４〜７の範囲に調整する。選択的リチウム吸収用のイオン交換システム、および選択的リチウム吸収用の二次的イオン交換システムに、酸を使用して、イオン交換媒体、および他の目的のためにリチウムを溶出する。また、酸再利用流を使用して、精製回路に使用される陽イオン交換式のイオン交換樹脂を再生する。
【０４９８】
実施例１６：炭酸塩母液からのＨ２ＳＯ４およびＮａＯＨの電気透析再生により炭酸リチウムを作り出すための統合システム
Ｌｉ２ＣＯ３粉末を統合システム（図１６）から作り出す。統合システムは、選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（１６０１）、逆浸透システム（１６０２）、蒸発濃縮器システム（１６０３）、中和・精製システム（１６０４）、炭酸化システム（１６０５）、選択的リチウム吸収用の二次的イオン交換システム（１６０６）、炭酸化母液から酸と塩基を再生するための電気透析システム（１６０７）、酸再利用システム（１６０８）、および水酸化物再利用システム（１６０９）を備えている。
【０４９９】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（１６０１）は、イオン交換媒体およびイオン交換反応装置機構を備えている。イオン交換媒体は、粒子の溶解と分解を防ぐために保護コーティングを備えたＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２粒子を含んでいる。イオン交換反応装置機構は、イオン交換媒体を含有する５０台で一組の撹拌タンク反応装置を備えており、撹拌を用いて、塩水、水、酸という交互の流れに媒体を接触させる。媒体が塩水に接触すると、媒体は塩水からリチウムを吸収し、プロトンを放出する。水酸化ナトリウムを塩水に添加して、塩水のｐＨを約４〜７の範囲に維持する。リチウムの８５％を塩水から回収し、媒体に吸収させた後、塩水をタンクから取り除き、タンクを水で洗浄して残りの塩水を取り除く。次いで、酸を使用して、プロトンを吸収し、かつリチウムイオンを放出するイオン交換媒体でリチウムを溶出して、リチウム溶出溶液を作り出す。塩水は、２００ｍｇ／ＬのＬｉ、１００，０００ｍｇ／ＬのＮａ、３，０００ｍｇ／ＬのＣａ、および２，０００ｍｇ／ＬのＭｇを含む。酸は、１．０Ｎの硫酸水溶液である。リチウム溶出溶液は、５，０００ｍｇ／ＬのＬｉ、およびＮａ、Ｍｇ、およびＣａを含む不純物を含んでいる。
【０５００】
逆浸透システム（１６０２）を使用して、リチウム溶出溶液から水を取り除く。逆浸透システムからの透過物は水であり、これは統合システムにおいて再利用される。残余分は、リチウム濃度が約１５，０００ｍｇ／Ｌの濃縮硫酸リチウム溶液を含んでいる。
【０５０１】
蒸発濃縮器システム（１６０３）を使用して、リチウム溶出溶液からより多くの水を取り除き、この水は統合システムにおいて再利用される。蒸発濃縮器は、リチウム濃度が約２５，０００ｍｇ／Ｌの、さらに濃縮された硫酸リチウム溶液をもたらす。
【０５０２】
中和・精製システム（１６０４）は、さらに濃縮された塩化リチウム溶液をＮａＯＨおよびＮａ２ＣＯ３と組み合わせることで、溶液を中和し、ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、および他の沈殿物などの水酸化物や炭酸塩固体として、多価のカチオンを沈殿させる。中和・精製システムはさらに、イオン交換樹脂を使用して、溶液から微量のＭｇ、Ｃａ、Ｂ、および他の不純物を取り除く。中和・精製システムの生成物は、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫを含む、濃縮一価塩化物溶液である。
【０５０３】
炭酸化システム（１６０５）を使用して、濃縮一価硫酸塩溶液中のリチウムを炭酸リチウムに変換し、これを沈殿させ、炭酸リチウムとしてシステムから取り除く。炭酸リチウム流の一部を、水酸化カルシウムの添加により水酸化リチウムへと変換する。炭酸化システムの他の生成物は、Ｎａ、Ｋ、および残りのＬｉを含有する硫酸塩溶液を含む、炭酸塩母液である。選択的リチウム吸収用の二次的イオン交換システム（１６０６）を使用して、炭酸塩母液から残りのＬｉを取り除き、ＮａおよびＫ硫酸塩溶液の大半を残す。
【０５０４】
入力として電気および炭酸塩母液を用いて、電極を伴う膜セルを含む電気透析システム（１６０７）を使用すると、炭酸塩母液が塩基流と酸流とに変換される。電気透析システムの１つの生成物は、塩酸溶液を含む酸再利用流（１６０８）である。電気透析システムの１つの生成物は、水酸化物溶液を含む塩基再利用流（１６０９）である。
【０５０５】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システムでのリチウム吸収中に、塩基再利用流を塩水への塩基付加に使用して、イオン交換媒体から放出されるプロトンを中和して、ｐＨを約４〜７の範囲に調整する。選択的リチウム吸収用のイオン交換システム、および選択的リチウム吸収用の二次的イオン交換システムに、酸を使用して、イオン交換媒体、および他の目的のためにリチウムを溶出する。また、酸再利用流を使用して、精製回路に使用される陽イオン交換式のイオン交換樹脂を再生する。
【０５０６】
実施例１７：炭酸塩母液からのＨＣｌとＮａＯＨとの電気分解再生により炭酸リチウムを作り出すための統合システム
Ｌｉ２ＣＯ３粉末を統合システム（図１７）から作り出す。統合システムは、選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（１７０１）、逆浸透システム（１７０２）、蒸発濃縮器システム（１７０３）、中和・精製システム（１７０４）、炭酸化システム（１７０５）、炭酸化母液から酸と塩基を再生するための電気分解システム（１７０６）、ＨＣｌバーナー（１７０７）、酸再利用システム（１７０８）、および水酸化物再利用システム（１７０９）を備えている。
【０５０７】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システム（１７０１）は、イオン交換媒体およびイオン交換反応装置機構を備えている。イオン交換媒体は、約１００ミクロンの媒体を備えたポリマーマトリクスに埋め込まれたＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２粒子を含む。イオン交換反応装置機構は、イオン交換媒体を含有する１００台で一組の撹拌タンク反応装置を備えており、撹拌を用いて、塩水、水、酸という交互の流れに媒体を接触させる。媒体が塩水に接触すると、媒体は塩水からリチウムを吸収し、プロトンを放出する。水酸化ナトリウムを塩水に添加して、塩水のｐＨを約４〜７の範囲に維持する。リチウムの８５％を塩水から回収し、媒体に吸収させた後、塩水をタンクから取り除き、タンクを水で洗浄して残りの塩水を取り除く。次いで、酸を使用して、プロトンを吸収し、かつリチウムイオンを放出するイオン交換媒体でリチウムを溶出して、リチウム溶出溶液を作り出す。塩水は、２００ｍｇ／ＬのＬｉ、１００，０００ｍｇ／ＬのＮａ、３，０００ｍｇ／ＬのＣａ、および２，０００ｍｇ／ＬのＭｇを含む。酸は、１．０Ｎの塩酸水溶液である。リチウム溶出溶液は、５，０００ｍｇ／ＬのＬｉ、およびＮａ、Ｍｇ、およびＣａを含む不純物を含んでいる。
【０５０８】
逆浸透システム（１７０２）を使用して、リチウム溶出溶液から水を取り除く。逆浸透システムからの透過物は水であり、これは統合システムにおいて再利用される。残余分は、リチウム濃度が約１５，０００ｍｇ／Ｌの濃縮塩化リチウム溶液を含んでいる。
【０５０９】
蒸発濃縮器システム（１７０３）を使用して、リチウム溶出溶液からより多くの水を取り除き、この水は統合システムにおいて再利用される。蒸発濃縮器は、リチウム濃度が約２５，０００ｍｇ／Ｌの、さらに濃縮された塩化リチウム溶液をもたらす。
【０５１０】
中和・精製システム（１７０４）は、さらに濃縮された塩化リチウム溶液をＮａＯＨおよびＮａ２ＣＯ３と組み合わせることで、溶液を中和し、ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、および他の沈殿物などの水酸化物や炭酸塩固体として、多価のカチオンを沈殿させる。化学沈殿システムの生成物は、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫを含む、濃縮一価塩化物溶液である。
【０５１１】
炭酸化システム（１７０５）を使用して、濃縮一価塩化物溶液中のリチウムを炭酸リチウムに変換し、これを沈殿させ、炭酸リチウムとしてシステムから取り除く。炭酸リチウム流の一部を、水酸化カルシウムの添加により水酸化リチウムへと変換する。炭酸化システムの他の生成物は、Ｎａ、Ｋ、および残りのＬｉを含有する塩化物溶液を含む、炭酸塩母液である。
【０５１２】
電気分解システム（１７０６）は、入力として、炭酸塩母液、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ、ＫＣｌの溶液、および電流を取得する。膜電気分解システムは、電気化学酸化電極にてＣｌ２ガスを作り出し、電気化学還元電極にてＨ２ガスを作り出す。水酸化アルカリ溶液も作り出され、これは水酸化物再利用システム（１７０９）に供給される。
【０５１３】
ＨＣｌバーナー（１７０７）は、入力として、水と組み合わせた電気分解からＣｌ２およびＨ２の流れを取得して、塩酸溶液を作り出し、これを酸再利用システム（１７０８）に供給する。
【０５１４】
選択的リチウム吸収用のイオン交換システムでのリチウム吸収中に、塩基再利用流を塩水への塩基付加に使用して、イオン交換媒体から放出されるプロトンを中和して、ｐＨを約４〜７の範囲に調整する。塩基再利用流は、リチウム溶出溶液の中和と精製にも使用される。選択的リチウム吸収用のイオン交換システム、および選択的リチウム吸収用の二次的イオン交換システムに、酸を使用して、イオン交換媒体、および他の目的のためにリチウムを溶出する。また、酸再利用流を使用して、精製回路に使用される陽イオン交換式のイオン交換樹脂を再生する。
【０５１５】
本発明の好ましい実施形態が本明細書中で示され、かつ記載されてきたが、このような実施形態はほんの一例として提供されるものであることは、当業者に明白である。多数の変形、変更、および置き換えは、本発明から逸脱することなく、当業者によって現在想到されるものである。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代案が、本発明の実施において随意に利用されるかもしれないことを理解されたい。以下の特許請求の範囲は本発明の範囲を定義するものであり、この特許請求の範囲およびその同等物の範囲内の方法と構造は、それにより包含されることが、意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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