(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化リチウムを調製するための方法であって、
二室膜セルを含む第１の電気化学セルにおいて硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換のために、前記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を、二室膜プロセスを含む第１の電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
前記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの消費が３０重量％〜５０重量％に達した時点で、前記第１のリチウム減少水性ストリームを、前記第１の電気化学セルの陽極液室から３室膜セルを含む第２の電気化学セルの中央室へ運ぶように、前記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換を監視するステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するために、前記第１のリチウム減少水性ストリームを、三室膜プロセスを含む第２の電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリーム、硫酸、および第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む、前記方法。
【請求項２】
前記第１の電気膜プロセスが、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスが、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された前記陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記陽イオン交換膜がペルフルオロスルホン酸を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む前記水性ストリームが、前記陽極液室に導入され、前記第１のリチウム減少水性ストリームが前記陽極液室から除去され、前記第１の水酸化リチウム富化水性ストリームが前記陰極液室から除去される、請求項２から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、前記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換が、水酸化物の電流効率が維持されなくなるまで行われ、水酸化物の電流効率が低下した時点で、前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスが停止される、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、前記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換が、前記陽極液室のｐＨが０．４〜１．０の値となるまで進行する、請求項２から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの前記陰極液室において、水酸化リチウムが２Ｍ〜４Ｍの濃度に維持される、請求項３から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む前記水性ストリームが２０℃〜１００℃の温度で前記陽極液室に導入される、請求項２から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電流密度が０．５ｋＡ／ｍ２〜６ｋＡ／ｍ２の値に維持される、請求項２から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電流密度が、３ｋＡ／ｍ２〜５ｋＡ／ｍ２の値に維持される、請求項２から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電圧が、３Ｖ〜８Ｖの値に維持される、請求項２から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の電気化学セルが２００ｍ２〜２０００ｍ２のセル面積を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のリチウム減少水性ストリームの少なくとも一部を前記第１の電気膜プロセスにリサイクルさせるステップをさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のリチウム減少水性ストリームが、前記第２の電気膜プロセスにおいて前記第２の電気化学セルの前記中央室のｐＨが２〜１２の値に達する時点で、前記第１の電気化学セルへリサイクルされる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のリチウム減少水性ストリームが、前記第２の電気膜プロセスにおいて前記第２の電気化学セルの前記中央室のｐＨが８〜１０の値に達する時点で、前記第１の電気化学セルへリサイクルされる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のリチウム減少水性ストリームが、前記第１のリチウム減少水性ストリームのｐＨを０．４〜１．２を超える値に維持するように、前記第１の電気化学セルへリサイクルされる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のリチウム減少水性ストリームが、前記第１のリチウム減少水性ストリームのｐＨを０．６を超える値に維持するように、前記第１の電気化学セルへリサイクルされる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、前記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換が、前記陽極液室のｐＨが０．５〜０．８の値まで低下するまで進行する、請求項２から１８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、２０１３年１０月２３日出願の米国仮特許出願第６１／８９４，６１７号の優先権の有益性を主張する。
【０００２】
本開示は、水酸化リチウムを調製するための方法およびシステムに関する。例えば、本開示は、電気化学プロセスを使用することにより水酸化リチウムを調製するための有効な方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
三室膜電気分解セル（three-compartment membrane electrolysis cell）を使用する水酸化リチウムを調製するための方法が知られている。しかし、三室セルを使用する方法は、例えばより大きな表面積を有するセルを必要とするため、例えばより大きな表面積を有するセルのコストおよび／またはセルに使用される膜のコストにより、例えば水酸化リチウムの製造のコストの増大もたらし得る。より大きな表面を有するセルは、例えば、プラントにおいてより大きなスペースを取り、かつ／またはプラントがより多くのセルを必要とすることにもなる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は以下を提供する。
［１］水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を、二室膜プロセスを含む第１の電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、上記第１のリチウム減少水性ストリームを、三室膜プロセスを含む第２の電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む、上記方法。
［２］上記第１の電気膜プロセスの間、上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換が所定の程度まで進行する、上記［１］に記載の方法。
［３］上記第１の電気膜プロセスが、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスを含む、上記［１］または［２］に記載の方法。
［４］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスが、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される、上記［３］に記載の方法。
［５］上記陽イオン交換膜が過フッ化スルホン酸を含む、上記［４］に記載の方法。
［６］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性ストリームが上記陽極液室に導入され、上記第１のリチウム減少水性ストリームが上記陽極液室から取り除かれ、上記第１の水酸化リチウム富化水性ストリームが上記陰極液室から取り除かれる、上記［４］または［５］に記載の方法。
［７］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換が、水酸化物の電流効率が少なくとも実質的に維持されなくなる結果、低下する状態となるまで進行する、上記［６］に記載の方法。
［８］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換が、上記陽極液室のｐＨが約０．４〜約１．０の値となるまで進行する、上記［６］に記載の方法。
［９］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換が、上記陽極液室のｐＨが約０．５〜約０．７の値となるまで進行する、上記［６］に記載の方法。
［１０］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陰極液室において、水酸化リチウムが少なくとも実質的に約２Ｍ〜約４Ｍの濃度に維持される、上記［６］から［９］のいずれか一項に記載の方法。
［１１］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陰極液室において、水酸化リチウムが少なくとも実質的に約３Ｍの濃度に維持される、上記［６］から［９］のいずれか一項に記載の方法。
［１２］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む上記水性ストリームが約２０℃〜約１００℃の温度で上記陽極液室に導入される、上記［６］から［１１］のいずれか一項に記載の方法。
［１３］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む上記水性ストリームが約８０℃の温度で上記陽極液室に導入される、上記［６］から［１１］のいずれか一項に記載の方法。
［１４］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第１のリチウム減少水性ストリームが約６０℃〜約８５℃の温度で上記陽極液室から取り除かれる、上記［６］から［１３］のいずれか一項に記載の方法。
［１５］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第１のリチウム減少水性ストリームが約６０℃の温度で上記陽極液室から取り除かれる、上記［６］から［１３］のいずれか一項に記載の方法。
［１６］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第１の電気化学セルの温度が少なくとも実質的に約６０℃〜約８５℃の値に維持される、上記［４］から［１５］のいずれか一項に記載の方法。
［１７］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第１の電気化学セルの温度が少なくとも実質的に約８０℃の値に維持される、上記［４］から［１５］のいずれか一項に記載の方法。
［１８］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電流密度が少なくとも実質的に約０．５ｋＡ／ｍ２〜約６ｋＡ／ｍ２の値に維持される、上記［３］から［１７］のいずれか一項に記載の方法。
［１９］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電流密度が少なくとも実質的に約３ｋＡ／ｍ２〜約５ｋＡ／ｍ２の値に維持される、上記［３］から［１７］のいずれか一項に記載の方法。
［２０］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電流密度が少なくとも実質的に約４ｋＡ／ｍ２の値に維持される、上記［３］から［１７］のいずれか一項に記載の方法。
［２１］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電圧が少なくとも実質的に約３Ｖ〜約８Ｖの値に維持される、上記［３］から［２０］のいずれか一項に記載の方法。
［２２］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電圧が少なくとも実質的に約５Ｖ〜約１０Ｖの値に維持される、上記［３］から［２０］のいずれか一項に記載の方法。
［２３］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電圧が少なくとも実質的に約４Ｖ〜約６Ｖの値に維持される、上記［３］から［２０］のいずれか一項に記載の方法。
［２４］上記第１の電気化学セルが約２００ｍ２〜約２０００ｍ２のセル面積を有する、上記［４］から［２３］のいずれか一項に記載の方法。
［２５］上記第１の電気化学セルが約４００ｍ２〜約５００ｍ２のセル面積を有する、上記［４］から［２３］のいずれか一項に記載の方法。
［２６］上記第２の電気膜プロセスが三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスを含む、上記［１］から［２５］のいずれか一項に記載の方法。
［２７］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスが、陰イオン交換膜によって中央室から分離された陽極液室および陽イオン交換膜によって上記中央室から分離された陰極液室を含む、第２の電気化学セルにおいて実施される、上記［２６］に記載の方法。
［２８］上記陽イオン交換膜がスルホン化ポリテトラフルオロエチレンを含む、上記［２７］に記載の方法。
［２９］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第１のリチウム減少水性ストリームが上記中央室に導入され、上記第２のリチウム減少水性ストリームが上記中央室から取り除かれ、上記第２の水酸化リチウム富化水性ストリームが上記陰極液室から取り除かれる、上記［２７］または［２８］に記載の方法。
［３０］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスが、上記陽極液室において硫酸を生成することおよび上記陽極液室から硫酸含有水性ストリームを除去することをさらに含む、上記［２９］に記載の方法。
［３１］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、上記陰イオン交換膜が水素イオン阻止膜である、上記［３０］に記載の方法。
［３２］上記水素イオン阻止膜がフマテックＦＡＢである、上記［３１］に記載の方法。
［３３］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陽極液室において、上記硫酸が少なくとも実質的に約０．１Ｍ〜約２Ｍの濃度に維持される、上記［３０］から［３２］のいずれか一項に記載の方法。
［３４］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陽極液室において、上記硫酸が少なくとも実質的に約０．７Ｍ〜約１．２Ｍ以下の濃度に維持される、上記［３０］から［３２］のいずれか一項に記載の方法。
［３５］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陽極液室において、上記硫酸が少なくとも実質的に約０．８Ｍ以下の濃度に維持される、上記［３０］から［３２］のいずれか一項に記載の方法。
［３６］上記三室膜電気分解プロセスの上記陰極液室において、上記水酸化リチウムが少なくとも実質的に約１Ｍ〜約３Ｍの濃度に維持される、上記［３０］から［３５］のいずれか一項に記載の方法。
［３７］上記三室膜電気分解プロセスの上記陰極液室において、上記水酸化リチウムが少なくとも実質的に約２Ｍの濃度に維持される、上記［３０］から［３５］のいずれか一項に記載の方法。
［３８］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第１のリチウム減少水性ストリームが約４０℃〜約８５℃の温度で上記中央室に導入される、上記［３０］から［３７］のいずれか一項に記載の方法。
［３９］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第１のリチウム減少水性ストリームが約６０℃の温度で上記中央室に導入される、上記［３０］から［３７］のいずれか一項に記載の方法。
［４０］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第２のリチウム減少水性ストリームが約４０℃〜約８０℃の温度で上記陽極液室から取り除かれる、上記［３０］から［３９］のいずれか一項に記載の方法。
［４１］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第２のリチウム減少水性ストリームが約６０℃の温度で上記陽極液室から取り除かれる、上記［３０］から［３９］のいずれか一項に記載の方法。
［４２］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第２の電気化学セルの温度が少なくとも実質的に約５０℃〜約７０℃の値に維持される、上記［３０］から［３９］のいずれか一項に記載の方法。
［４３］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第２の電気化学セルの温度が少なくとも実質的に約６０℃の値に維持される、上記［３０］から［４１］のいずれか一項に記載の方法。
［４４］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電流密度が少なくとも実質的に約０．５ｋＡ／ｍ２〜約５ｋＡ／ｍ２の値に維持される、上記［３０］から［４３］のいずれか一項に記載の方法。
［４５］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電流密度が少なくとも実質的に約１ｋＡ／ｍ２〜約１ｋＡ／ｍ２の値に維持される、上記［３０］から［４３］のいずれか一項に記載の方法。
［４６］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電圧が少なくとも実質的に約５Ｖ〜約９Ｖの値に維持される、上記［３０］から［４５］のいずれか一項に記載の方法。
［４７］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、電圧が少なくとも実質的に約６Ｖ〜約８Ｖの値に維持される、上記［３０］から［４５］のいずれか一項に記載の方法。
［４８］上記第２の電気化学セルが約１０００ｍ２〜約４０００ｍ２のセル面積を有する、上記［３０］から［４７］のいずれか一項に記載の方法。
［４９］上記第２の電気化学セルが約２０００ｍ２〜約３０００ｍ２のセル面積を有する、上記［３０］から［４７］のいずれか一項に記載の方法。
［５０］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスが、上記陽極液室にアンモニアを導入すること、上記陽極液室において硫酸アンモニウムを生成することおよび上記陽極液室から硫酸アンモニウム含有水性ストリームを取り除くことをさらに含む、上記［２９］に記載の方法。
［５１］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、上記陰イオン交換膜が水素イオン阻止膜でない、上記［５０］に記載の方法。
［５２］上記陰イオン交換膜がアストムＡＨＡ膜である、上記［５１］に記載の方法。
［５３］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陽極液室において、上記硫酸アンモニウムが少なくとも実質的に約０．５Ｍ〜約４Ｍの濃度に維持される、上記［５０］から［５２］のいずれか一項に記載の方法。
［５４］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陽極液室において、上記硫酸アンモニウムが少なくとも実質的に約３Ｍの濃度に維持される、上記［５０］から［５２］のいずれか一項に記載の方法。
［５５］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陰極液室において、上記水酸化リチウムが少なくとも実質的に約１Ｍ〜約３Ｍの濃度に維持される、上記［５０］から［５４］のいずれか一項に記載の方法。
［５６］上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陰極液室において、上記水酸化リチウムが少なくとも実質的に約２Ｍの濃度に維持される、上記［５０］から［５４］のいずれか一項に記載の方法。
［５７］上記第２のリチウム減少水性ストリームの少なくとも一部を上記第１の電気膜プロセスにリサイクルさせるステップをさらに含む、上記［１］から［５６］のいずれか一項に記載の方法。
［５８］上記第２のリチウム減少水性ストリームが、上記第２の電気膜プロセスにおいて上記第２の電気化学セルの上記中央室のｐＨが約２〜約１２の値に達する時点で、上記第１の電気膜プロセスへリサイクルされる、上記［６９］に記載の方法。
［５９］上記第２のリチウム減少水性ストリームが、上記第２の電気膜プロセスにおいて上記第２の電気化学セルの上記中央室のｐＨが約３〜約１０の値に達する時点で、上記第１の電気膜プロセスへリサイクルされる、上記［６９］に記載の方法。
［６０］上記陽極液室のｐＨが約０．５〜約０．８の値になるまで、上記リサイクルされた第２のリチウム減少水性ストリームを上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、その後、上記第１のリチウム減少水性ストリームを上記第２の電気膜プロセスに再び供するステップをさらに含む、上記［５９］に記載の方法。
［６１］上記二室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陽極液室および／または上記三室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気膜プロセスの上記中央室のｐＨが少なくとも実質的に維持される、上記［６０］に記載の方法。
［６２］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの電流密度、上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの電流密度、上記第１のリチウム減少水性ストリームの流速および上記第２のリチウム減少水性ストリームの流速のうち少なくとも１つを調整することによって、ｐＨが少なくとも実質的に維持される、上記［６１］に記載の方法。
［６３］上記所定の程度が、上記水性組成物に含まれる上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの約３０％〜約６０％の消費を含む、上記［２］から［６２］のいずれか一項に記載の方法。
［６４］上記所定の程度が、上記水性組成物に含まれる上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの約３５％〜約４５％の消費を含む、上記［２］から［６２］のいずれか一項に記載の方法。
［６５］上記所定の程度が、上記水性組成物に含まれる上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの約３８％〜約４２％の消費を含む、上記［２］から［６２］のいずれか一項に記載の方法。
［６６］上記水性組成物が硫酸リチウムを含み、かつ上記所定の程度が、上記水性組成物に含まれる上記硫酸リチウムの約３０％〜約５０％の消費を含む、上記［２］から［６２］のいずれか一項に記載の方法。
［６７］上記水性組成物が硫酸リチウムを含み、かつ上記所定の程度が、上記水性組成物に含まれる上記硫酸リチウムの約３５％〜約４５％の消費を含む、上記［２］から［６２］のいずれか一項に記載の方法。
［６８］上記水性組成物が硫酸リチウムを含み、かつ上記所定の程度が、上記水性組成物に含まれる上記硫酸リチウムの約３８％〜約４２％の消費を含む、上記［２］から［６２］のいずれか一項に記載の方法。
［６９］水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、上記第１のリチウム減少水性ストリームを、陰イオン交換膜によって中央室から分離された陽極液室および陽イオン交換膜によって上記中央室から分離された陰極液室を含む第２の電気化学セルにおいて実施される三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む、上記方法。
［７０］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気膜プロセスの間、水酸化リチウムを調製するための上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの消費が所定の程度まで進行する、上記［６９］に記載の方法。
［７１］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性ストリームが上記陽極液室に導入され、上記第１のリチウム減少水性ストリームが上記陽極液室から取り除かれ、上記第１の水酸化リチウム富化水性ストリームが上記陰極液室から取り除かれ、かつ
上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、上記第１のリチウム減少水性ストリームが上記中央室に導入され、上記第２のリチウム減少水性ストリームが上記中央室から取り除かれ、上記第２の水酸化リチウム富化水性ストリームが上記陰極液室から取り除かれる、上記［６９］または［７０］に記載の方法。
［７２］上記第２のリチウム減少水性ストリームの少なくとも一部を上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにリサイクルさせるステップをさらに含む、上記［７１］に記載の方法。
［７３］上記第２のリチウム減少水性ストリームが、上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて上記第２の電気化学セルの上記中央室のｐＨが約３〜約１０の値に達する時点で、上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスへリサイクルされる、上記［７２］に記載の方法。
［７４］上記第２のリチウム減少水性ストリームが、上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて上記第２の電気化学セルの上記中央室のｐＨが約５〜約８の値に達する時点で、上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスへリサイクルされる、上記［７３］に記載の方法。
［７５］上記陽極液室のｐＨが約０．５〜約０．８の値になるまで、上記リサイクルされた第２のリチウム減少水性ストリームを上記第１の電気膜プロセスに供し、その後、上記第１のリチウム減少水性ストリームを上記第２の電気膜プロセスに再び供するステップをさらに含む、上記［７４］に記載の方法。
［７６］上記二室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記陽極液室および／または上記三室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気分解プロセスの上記中央室のｐＨが少なくとも実質的に維持される、上記［７５］に記載の方法。
［７７］上記二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの電流密度、上記三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの電流密度、上記第１のリチウム減少水性ストリームの流速および上記第２のリチウム減少水性ストリームの流速のうち少なくとも１つを調整することによって、ｐＨが少なくとも実質的に維持される、上記［７６］に記載の方法。
［７８］上記第２の水酸化リチウム富化水性ストリームの少なくとも一部を上記第１の電気膜プロセスにリサイクルさせるステップをさらに含む、上記［１］から［７７］のいずれか一項に記載の方法。
［７９］連続的方法として動作する、上記［１］から［７８］のいずれか一項に記載の方法。
［８０］準連続的方法として動作する、上記［１］から［７８］のいずれか一項に記載の方法。
［８１］第１の水素含有ストリームを上記第１の電気化学セルの上記陰極液室から除去するステップをさらに含む、上記［４］から［８０］のいずれか一項に記載の方法。
［８２］第２の水素含有ストリームを上記第２の電気化学セルの上記陰極液室から除去するステップをさらに含む、上記［４］から［８１］のいずれか一項に記載の方法。
［８３］第１の酸素含有ストリームを上記第１の電気化学セルの上記陽極液室から除去するステップをさらに含む、上記［４］から［８２］のいずれか一項に記載の方法。
［８４］第２の酸素含有ストリームを上記第２の電気化学セルの上記陽極液室から除去するステップをさらに含む、上記［４］から［８３］のいずれか一項に記載の方法。
［８５］水酸化リチウムを調製するためのシステムであって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るのに有効な第１の電気化学セルであって、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離される陽極液室を規定し、上記陽極液室が少なくとも１つの陽極を含み、第１のリチウム減少水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定され、上記陰極液室が少なくとも１つの陰極を含み、上記第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定される上記第１の電気化学セルと、
上記第１のリチウム減少水性ストリームに含有される上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、上記第１のリチウム減少水性ストリームを三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るのに有効な第２の電気化学セルであって、陰イオン交換膜によって中央室から分離される陽極液室および陽イオン交換膜によって上記中央室から分離される陰極液室を規定し、上記陽極液室が少なくとも１つの陽極を含み、上記第２のリチウム減少水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定され、上記陰極液室が少なくとも１つの陰極を含み、上記第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定される上記第２の電気化学セルと、
上記第１のリチウム減少水性ストリームを上記第１の電気化学セルの上記陽極液室から上記第２の電気化学セルの上記中央室へと運ぶ手段と
を含む、上記システム。
［８６］上記第１のリチウム減少水性ストリームを上記第１の電気化学セルの上記陽極液室から上記第２の電気化学セルの上記中央室へと運ぶ上記手段が、未変換の硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを上記第２の電気化学セルの上記中央室から上記第１の電気化学セルの上記陽極液室へと運ぶのに有効である、上記［８５］に記載のシステム。
［８７］上記第２のリチウム減少水性ストリームを上記第２の電気化学セルの上記陰極液室から上記第２の電気化学セルの上記陰極液室へと運ぶ手段をさらに含む、上記［８５］または［８６］に記載のシステム。
［８８］上記第１の電気化学セルの上記陽極液室が、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性ストリームを受け入れるための少なくとも１つの入口をさらに含む、上記［８５］から［８７］のいずれか一項に記載のシステム。
［８９］上記第１の電気化学セルの上記陽極液室が、上記第１のリチウム減少水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む、上記［８５］から［８８］のいずれか一項に記載のシステム。
［９０］上記第１の電気化学セルの上記陽極液室が、第１の酸素含有ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む、上記［８５］から［８９］のいずれか一項に記載のシステム。
［９１］上記第１の電気化学セルの上記陰極液室が、上記第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む、上記［８５］から［９０］のいずれか一項に記載のシステム。
［９２］上記第１の電気化学セルの上記陰極液室が、上記第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを受け入れるための少なくとも１つの入口をさらに含む、上記［８５］から［９１］のいずれか一項に記載のシステム。
［９３］上記第１の電気化学セルの上記陰極液室が、第１の水素含有ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む、上記［８５］から［９２］のいずれか一項に記載のシステム。
［９４］上記第２の電気化学セルの上記陽極液室が硫酸の調製に有効であり、上記第２の電気化学セルが、硫酸含有水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む、上記［８５］から［９３］のいずれか一項に記載のシステム。
［９５］上記電気化学セルの上記陽極液室が、アンモニアを含むストリームを受け入れるための少なくとも１つの入口をさらに含み、上記第２の電気化学セルの上記陽極液室が硫酸アンモニウムの調製に有効であり、上記第２の電気化学セルが、硫酸アンモニウム含有水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む、上記［８５］から［９４］のいずれか一項に記載のシステム。
［９６］上記第２の電気化学セルの上記陽極液室が、第２の酸素含有ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む、上記［８５］から［９５］のいずれか一項に記載のシステム。
［９７］上記第２の電気化学セルの上記陰極液室が、上記第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む、上記［８５］から［９６］のいずれか一項に記載のシステム。
［９８］上記第２の電気化学セルの上記陰極液室が、第２の酸素含有ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む、上記［８５］から［９７］のいずれか一項に記載のシステム。
［９９］上記第２の電気化学セルの上記中央室が、上記第１のリチウム減少水性ストリームを受け入れるための少なくとも１つの入口をさらに含む、上記［８５］から［９８］のいずれか一項に記載のシステム。
［１００］上記第２の電気化学セルの上記中央室が、上記第２のリチウム減少水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む、上記［８５］から［９９］のいずれか一項に記載のシステム。
［１０１］上記運搬手段がポンプと導管の組み合わせを含む、上記［８５］から［１００］のいずれか一項に記載のシステム。
［１０２］上記第１のリチウム減少水性ストリームを上記第１の電気化学セルから上記第２の電気化学セルへと移動させるための第１の導管をさらに含む、上記［８５］から［１０１］のいずれか一項に記載のシステム。
［１０３］上記第２のリチウム減少水性ストリームを上記第２の電気化学セルから上記第１の電気化学セルへと移動させるための第２の導管をさらに含む、上記［８５］から［１０２］のいずれか一項に記載のシステム。
［１０４］上記第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを上記第２の電気化学セルから上記第１の電気化学セルへと移動させるための第３の導管をさらに含む、上記［８５］から［１０３］のいずれか一項に記載のシステム。
［１０５］上記第１の電気化学セルが、上記陽極液室のｐＨ測定手段をさらに含み、上記システムが、上記陽極液室のｐＨが所定の値を下回る時点で上記第１のリチウム減少水性ストリームを上記第１の電気化学セルから上記第２の電気化学セルへと運ぶよう構成される、上記［８５］から［１０４］のいずれか一項に記載のシステム。
［１０６］上記第２の電気化学セルが、上記中央室のｐＨ測定手段をさらに含み、上記システムが、上記中央室のｐＨが所定の値を上回る時点で、未変換の硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを上記第２の電気化学セルの上記中央室から上記第１の電気化学セルの上記陽極液室へと運ぶよう構成される、上記［８５］から［１０５］のいずれか一項に記載のシステム。
［１０７］上記第１の電気化学セルが、上記第２の電気化学セルの上記陰極液室における水酸化リチウム濃度測定手段をさらに含み、上記システムが、上記第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを上記第２の電気化学セルの上記陰極液室から上記第１の電気化学セルの上記陰極液室へと運ぶよう構成される、上記［８５］から［１０６］のいずれか一項に記載のシステム。
［１０８］連続的方法として動作するよう構成される、上記［８５］から［１０７］のいずれか一項に記載のシステム。
［１０９］準連続的方法として動作するよう構成される、上記［８５］から［１０８］のいずれか一項に記載のシステム。
［１１０］水酸化リチウムを調製するためのシステムであって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを受け入れ、水酸化リチウムへと変換するための二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解セルであって、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離される陽極液室を含み、上記陽極液室が少なくとも１つの陽極および少なくとも１つのｐＨ計を含み、上記陰極液室が少なくとも１つの陰極を含む上記セルと、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを受け入れ、水酸化リチウムへと変換するための三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解セルであって、陰イオン交換膜によって中央室から分離される陽極液室および陽イオン交換膜によって上記中央室から分離される陰極液室を含み、上記中央室が少なくとも１つのｐＨ計を含み、上記陽極液室が少なくとも１つの陽極を含み、上記陰極液室が少なくとも１つの陰極を含む上記セルと、
を含み、
上記第１の電気化学セルの上記陽極液室および上記第２の電気化学セルの上記中央室が、上記陽極液室のｐＨが所定の値を下回る時点で硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを上記第１の電気化学セルの上記陽極液室から上記第２の電気化学セルの上記中央室へと運ぶために、かつ上記第２の電気化学セルの上記中央室のｐＨが所定の値を上回る時点で硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを上記第２の電気化学セルの上記中央室から上記第１の電気化学セルの上記陽極液室へと運ぶために相互に流体流動連通する状態にある、
上記システム。
［１１１］上記第１の電気化学セルの上記陽極液室および上記第２の電気化学セルの上記中央室がポンプおよび導管を手段として相互に流体流動連通する状態にある、上記［１１０］に記載のシステム。
［１１２］上記第２の電気化学セルの上記陰極液室および上記第１の電気化学セルの上記陰極液室がポンプおよび導管を手段として相互に流体流動連通する状態にある、上記［１１０］に記載のシステム。
［１１３］水酸化リチウムを調製するためのシステムであって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るのに有効な第１の電気化学セルであって、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離される陽極液室を規定し、上記陽極液室が少なくとも１つの陽極を含み、第１のリチウム減少水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定され、上記陰極液室が少なくとも１つの陰極を含み、上記第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定される上記第１の電気化学セルと、
上記第１のリチウム減少水性ストリームに含まれる上記硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、上記第１のリチウム減少水性ストリームを電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るのに有効な第２の電気化学セルであって、陰イオン交換膜によって中央室から分離される陽極液室および陽イオン交換膜によって上記中央室から分離される陰極液室を規定し、上記陽極液室が少なくとも１つの陽極を含み、上記第２のリチウム減少水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定され、上記陰極液室が少なくとも１つの陰極を含み、上記第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定される上記第２の電気化学セルと、
上記第１のリチウム減少水性ストリームを上記第１の電気化学セルの上記陽極液室から上記第２の電気化学セルの上記中央室へと運ぶ手段と
を含む、上記システム。
［１１４］水酸化リチウムを調製するためのシステムであって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを受け入れ、水酸化リチウムへと変換するための二室電気膜プロセスセルであって、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離される陽極液室を含み、上記陽極液室が少なくとも１つの陽極および少なくとも１つのｐＨ計を含み、上記陰極液室が少なくとも１つの陰極を含む上記セルと、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを受け入れ、水酸化リチウムへと変換するための三室電気膜プロセスセルであって、陰イオン交換膜によって中央室から分離される陽極液室および陽イオン交換膜によって上記中央室から分離される陰極液室を含み、上記中央室が少なくとも１つのｐＨ計を含み、上記陽極液室が少なくとも１つの陽極を含み、上記陰極液室が少なくとも１つの陰極を含む上記セルと、
を含み、
上記第１の電気化学セルの上記陽極液室および上記第２の電気化学セルの上記中央室が、上記陽極液室のｐＨが所定の値を下回る時点で硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを上記第１の電気化学セルの上記陽極液室から上記第２の電気化学セルの上記中央室へと運ぶために、かつ上記第２の電気化学セルの上記中央室のｐＨが所定の値を上回る時点で硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを上記第２の電気化学セルの上記中央室から上記第１の電気化学セルの上記陽極液室へと運ぶために相互に流体流動連通する状態にある、
上記システム。
［１１５］上記第１の電気膜プロセスが電気分解である、上記［１］に記載の方法。
［１１６］上記第１の電気膜プロセスが電気透析である、上記［１］に記載の方法。
［１１７］上記第２の電気膜プロセスが電気分解である、上記［１］、［１１５］または［１１６］に記載の方法。
［１１８］上記第２の電気膜プロセスが電気透析である、上記［１］、［１１５］または［１１６］に記載の方法。
したがって、本開示の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって、
リチウム化合物を水酸化リチウムに変換するための好適な条件下で、リチウム化合物を含む水性組成物を第１の電気膜プロセス（electromembrane process）に供し、第１のリチウム減少水性ストリーム（lithium-reduced aqueous stream）および第１の水酸化リチウム富化水性ストリーム（lithium hydroxide-enriched aqueous stream）を得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを第２の電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法が提供される。
【０００５】
本開示は、水酸化リチウムの調製方法であって、
リチウム化合物の水酸化リチウムへの変換を所定の程度まで進行させるための好適な条件下で、リチウム化合物を含む水性組成物を第１の電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを第２の電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【０００６】
本開示は、水酸化リチウムの調製方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換のための好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を第１の電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを第２の電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【０００７】
本開示は、水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換を所定の程度まで進行させるための好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を第１の電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを第２の電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【０００８】
本開示は、水酸化リチウムの調製方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換のための好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を、二室膜プロセスを含む第１の電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを、三室膜プロセスを含む第２の電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【０００９】
本開示は、水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換を所定の程度まで進行させるための好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を、二室膜プロセスを含む第１の電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを、三室膜プロセスを含む第２の電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【００１０】
本開示は、水酸化リチウムの調製方法であって、
リチウム化合物の水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、リチウム化合物を含む水性組成物を、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを、陰イオン交換膜によって中央室から分離された陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離された陰極液室を含む第２の電気化学セルにおいて実施される三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【００１１】
本開示は、水酸化リチウムの調製方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを、陰イオン交換膜によって中央室から分離された陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離された陰極液室を含む第２の電気化学セルにおいて実施される三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【００１２】
本開示は、水酸化リチウムの調製方法であって、
リチウム化合物の水酸化リチウムへの変換を所定の程度まで進行させるための好適な条件下で、リチウム化合物を含む水性組成物を、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを、陰イオン交換膜によって中央室から分離された陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離された陰極液室を含む第２の電気化学セルにおいて実施される三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【００１３】
本開示は、水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換を所定の程度まで進行させるための好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを、陰イオン交換膜によって中央室から分離された陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離された陰極液室を含む第２の電気化学セルにおいて実施される三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【００１４】
本開示は、水酸化リチウムを調製するためのシステムであって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るのに有効な第１の電気化学セルであって、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離される陽極液室を規定し、陽極液室は少なくとも１つの陽極を含み、第１のリチウム減少水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定され、陰極液室は少なくとも１つの陰極を含み、第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定される第１の電気化学セルと、
第１のリチウム減少水性ストリームに含有される硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るのに有効な第２の電気化学セルであって、陰イオン交換膜によって中央室から分離される陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離される陰極液室を規定し、陽極液室は少なくとも１つの陽極を含み、第２のリチウム減少水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定され、陰極液室は少なくとも１つの陰極を含み、第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定される第２の電気化学セルと、
第１のリチウム減少水性ストリームを第１の電気化学セルの陽極液室から第２の電気化学セルの中央室へと運ぶ手段と
を含むシステムも含む。
【００１５】
本開示は、水酸化リチウムを調製するためのシステムであって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを受け入れ、水酸化リチウムへと変換するための二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解セルであって、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離される陽極液室を含み、陽極液室は少なくとも１つの陽極および少なくとも１つのｐＨ計を含み、陰極液室は少なくとも１つの陰極を含むセルと、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを受け入れ、水酸化リチウムへと変換するための三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解セルであって、陰イオン交換膜によって中央室から分離される陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離される陰極液室を含み、中央室は少なくとも１つのｐＨ計を含み、陽極液室は少なくとも１つの陽極を含み、陰極液室は少なくとも１つの陰極を含むセルと、
を含み、
第１の電気化学セルの陽極液室および第２の電気化学セルの中央室は、陽極液室のｐＨが所定の値を下回る時点で硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを第１の電気化学セルの陽極液室から第２の電気化学セルの中央室へと運ぶために、かつ第２の電気化学セルの中央室のｐＨが所定の値を上回る時点で硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを第２の電気化学セルの中央室から第１の電気化学セルの陽極液室へと運ぶために相互に流体流動連通する状態にある
システムも含む。
【００１６】
本開示は、水酸化リチウムを調製するためのシステムであって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るのに有効な第１の電気化学セルであって、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離される陽極液室を規定し、陽極液室は少なくとも１つの陽極を含み、第１のリチウム減少水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定され、陰極液室は少なくとも１つの陰極を含み、第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定される第１の電気化学セルと、
第１のリチウム減少水性ストリームに含有される硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るのに有効な第２の電気化学セルであって、陰イオン交換膜によって中央室から分離される陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離される陰極液室を規定し、陽極液室は少なくとも１つの陽極を含み、第２のリチウム減少水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定され、陰極液室は少なくとも１つの陰極を含み、第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを受け入れるよう寸法が設定される第２の電気化学セルと、
第１のリチウム減少水性ストリームを第１の電気化学セルの陽極液室から第２の電気化学セルの中央室へと運ぶ手段と
を含むシステムも含む。
【００１７】
本開示は、水酸化リチウムを調製するためのシステムであって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを受け入れ、水酸化リチウムへと変換するための電気膜プロセスセルであって、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離される陽極液室を含み、陽極液室は少なくとも１つの陽極および少なくとも１つのｐＨ計を含み、陰極液室は少なくとも１つの陰極を含むセルと、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを受け入れ、水酸化リチウムへと変換するための電気膜プロセスセルであって、陰イオン交換膜によって中央室から分離される陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離される陰極液室を含み、中央室は少なくとも１つのｐＨ計を含み、陽極液室は少なくとも１つの陽極を含み、陰極液室は少なくとも１つの陰極を含むセルと、
を含み、
第１の電気化学セルの陽極液室および第２の電気化学セルの中央室は、陽極液室のｐＨが所定の値を下回る時点で硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを第１の電気化学セルの陽極液室から第２の電気化学セルの中央室へと運ぶために、かつ第２の電気化学セルの中央室のｐＨが所定の値を上回る時点で硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを第２の電気化学セルの中央室から第１の電気化学セルの陽極液室へと運ぶために相互に流体流動連通する状態にある
システムも含む。
【００１８】
以下の図面では、例示のみを目的として、本開示の様々な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示の一実施形態による方法およびシステムの概略図である。
【図２】本開示の一実施形態による、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含有する水溶液の電気分解を含む方法に使用することができる二室膜セルの概略図である。
【図３Ａ】約８０℃の温度および約３ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図３Ａは、通過電荷量（charge passed）の関数として様々なイオンの供給物濃度および変換率を示すプロットであり、図３Ｂは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率、比率および供給物ｐＨを示すプロットであり、図３Ｃは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図３Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図３Ｂ】約８０℃の温度および約３ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図３Ａは、通過電荷量（charge passed）の関数として様々なイオンの供給物濃度および変換率を示すプロットであり、図３Ｂは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率、比率および供給物ｐＨを示すプロットであり、図３Ｃは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図３Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図３Ｃ】約８０℃の温度および約３ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図３Ａは、通過電荷量（charge passed）の関数として様々なイオンの供給物濃度および変換率を示すプロットであり、図３Ｂは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率、比率および供給物ｐＨを示すプロットであり、図３Ｃは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図３Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図３Ｄ】約８０℃の温度および約３ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図３Ａは、通過電荷量（charge passed）の関数として様々なイオンの供給物濃度および変換率を示すプロットであり、図３Ｂは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率、比率および供給物ｐＨを示すプロットであり、図３Ｃは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図３Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図４Ａ】約８０℃の温度および約４ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図４Ａは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図４Ｂは、通過電荷量の関数として様々なイオンの供給物濃度を示すプロットであり、図４Ｃは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率および比率を示すプロットであり、図４Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図４Ｂ】約８０℃の温度および約４ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図４Ａは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図４Ｂは、通過電荷量の関数として様々なイオンの供給物濃度を示すプロットであり、図４Ｃは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率および比率を示すプロットであり、図４Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図４Ｃ】約８０℃の温度および約４ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図４Ａは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図４Ｂは、通過電荷量の関数として様々なイオンの供給物濃度を示すプロットであり、図４Ｃは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率および比率を示すプロットであり、図４Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図４Ｄ】約８０℃の温度および約４ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図４Ａは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図４Ｂは、通過電荷量の関数として様々なイオンの供給物濃度を示すプロットであり、図４Ｃは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率および比率を示すプロットであり、図４Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図５Ａ】約８０℃の温度および約５ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図５Ａは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図５Ｂは、通過電荷量の関数として様々なイオンの供給物濃度および比率を示すプロットであり、図５Ｃは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率および比率を示すプロットであり、図５Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図５Ｂ】約８０℃の温度および約５ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図５Ａは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図５Ｂは、通過電荷量の関数として様々なイオンの供給物濃度および比率を示すプロットであり、図５Ｃは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率および比率を示すプロットであり、図５Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図５Ｃ】約８０℃の温度および約５ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図５Ａは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図５Ｂは、通過電荷量の関数として様々なイオンの供給物濃度および比率を示すプロットであり、図５Ｃは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率および比率を示すプロットであり、図５Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図５Ｄ】約８０℃の温度および約５ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜を使用して水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図５Ａは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットであり、図５Ｂは、通過電荷量の関数として様々なイオンの供給物濃度および比率を示すプロットであり、図５Ｃは、通過電荷量の関数として電流効率、変換率および比率を示すプロットであり、図５Ｄは、通過電荷量の関数として水酸化物濃度を示すプロットである。
【図６Ａ】約８０℃の温度および約２００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で三室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜およびアストムＡＨＡ陰イオン交換膜を使用して硫酸アンモニウムを副生する水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図６Ａは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における様々なイオンの濃度を示すプロットであり、図６Ｂは、通過電荷量の関数として電流密度、セル電圧および供給物と酸のｐＨを示すプロットであり、図６Ｃは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における電流効率および比率を示すプロットであり、図６Ｄは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットである。
【図６Ｂ】約８０℃の温度および約２００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で三室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜およびアストムＡＨＡ陰イオン交換膜を使用して硫酸アンモニウムを副生する水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図６Ａは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における様々なイオンの濃度を示すプロットであり、図６Ｂは、通過電荷量の関数として電流密度、セル電圧および供給物と酸のｐＨを示すプロットであり、図６Ｃは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における電流効率および比率を示すプロットであり、図６Ｄは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットである。
【図６Ｃ】約８０℃の温度および約２００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で三室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜およびアストムＡＨＡ陰イオン交換膜を使用して硫酸アンモニウムを副生する水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図６Ａは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における様々なイオンの濃度を示すプロットであり、図６Ｂは、通過電荷量の関数として電流密度、セル電圧および供給物と酸のｐＨを示すプロットであり、図６Ｃは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における電流効率および比率を示すプロットであり、図６Ｄは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットである。
【図６Ｄ】約８０℃の温度および約２００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で三室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜およびアストムＡＨＡ陰イオン交換膜を使用して硫酸アンモニウムを副生する水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図６Ａは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における様々なイオンの濃度を示すプロットであり、図６Ｂは、通過電荷量の関数として電流密度、セル電圧および供給物と酸のｐＨを示すプロットであり、図６Ｃは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における電流効率および比率を示すプロットであり、図６Ｄは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットである。
【図７Ａ】約６０℃の温度および約１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で三室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜およびフマテックＦＡＢ陰イオン交換膜を使用して硫酸を副生する水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図７Ａは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における濃度を示すプロットであり、図７Ｂは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室の電流効率および比率を示すプロットであり、図７Ｃは、電流密度、通過電荷量および通過電荷量の関数としての供給物ｐＨを示すプロットであり、図７Ｄは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットである。
【図７Ｂ】約６０℃の温度および約１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で三室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜およびフマテックＦＡＢ陰イオン交換膜を使用して硫酸を副生する水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図７Ａは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における濃度を示すプロットであり、図７Ｂは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室の電流効率および比率を示すプロットであり、図７Ｃは、電流密度、通過電荷量および通過電荷量の関数としての供給物ｐＨを示すプロットであり、図７Ｄは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットである。
【図７Ｃ】約６０℃の温度および約１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で三室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜およびフマテックＦＡＢ陰イオン交換膜を使用して硫酸を副生する水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図７Ａは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における濃度を示すプロットであり、図７Ｂは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室の電流効率および比率を示すプロットであり、図７Ｃは、電流密度、通過電荷量および通過電荷量の関数としての供給物ｐＨを示すプロットであり、図７Ｄは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットである。
【図７Ｄ】約６０℃の温度および約１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で三室膜電気分解セルにおいてＮａｆｉｏｎ３２４陽イオン交換膜およびフマテックＦＡＢ陰イオン交換膜を使用して硫酸を副生する水酸化リチウムを調製するための方法の例に関するプロットを示し、図７Ａは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室における濃度を示すプロットであり、図７Ｂは、通過電荷量の関数として三室膜電気分解セルの様々な室の電流効率および比率を示すプロットであり、図７Ｃは、電流密度、通過電荷量および通過電荷量の関数としての供給物ｐＨを示すプロットであり、図７Ｄは、通過電荷量の関数として電圧および電流密度を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
特に指定のない限り、本セクションおよび他のセクションに記載されている定義および実施形態は、当業者が理解するように、それらが好適である本明細書に記載の本開示のすべての実施形態および態様に適用可能であることを意図する。
【００２１】
本開示に使用されているように、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈からそうでないことが明確に判断される場合を除いて、複数形を含む。例えば、「リチウム化合物」を含む実施形態は、１つのリチウム化合物、または２つ以上の付加的なリチウム化合物を含む一定の態様を示すものと理解されるべきである。
【００２２】
「付加的な」または「第２の」成分、例えば付加的なまたは第２のリチウム化合物を含む実施形態において、本明細書に使用されているような第２の成分は、他の成分または第１の成分と異なる。「第３の」成分は、他の成分、第１の成分および第２の成分と異なり、さらに列挙される成分または「付加的な」成分も同様に異なる。
【００２３】
本開示の範囲を理解するに当たり、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語およびその派生語は、本明細書に使用されているように、言明される特徴、要素、成分、群、整数および／またはステップの存在を指定するが、他の暗黙の特徴、要素、成分、群、整数および／またはステップの存在を排除するわけではない、非限定の用語であることを意図するものである。上記は「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する」という用語およびそれらの派生語など、類似の意味を有する言葉にも当てはまる。「〜からなる」という用語およびその派生語は、本明細書に使用されているように、言明される特徴、要素、成分、群、整数および／またはステップの存在を指定するが、他の暗黙の特徴、要素、成分、群、整数および／またはステップの存在は排除する、限定用語であることを意図する。「本質的に〜からなる」という用語は、本明細書に使用されているように、言明される特徴、要素、成分、群、整数および／またはステップの存在はもとより、特徴、要素、成分、群、整数および／またはステップの基本的特性および新規の特性に重大な影響を及ぼすわけではないものの存在も指定することを意図するものである。
【００２４】
「約」および「おおよそ」など、程度に関する用語は、本明細書に使用されているように、被修飾語における最終的な結果が有意に変化しない程度の合理的な偏差量を意味する。程度に関するこれらの用語は、被修飾語の少なくとも±５％の偏差、またはこの偏差が被修飾語の意味を無効にすることにならなければ少なくとも±１０％の偏差を含むと解釈されるべきである。
【００２５】
「好適な」という用語は、本明細書に使用されているように、特定の条件の選択は実施されることになる特定の操作または動作に依存することになるが、その選択は十分に熟練の当業者の技量の範囲内となることを意味する。本明細書に記載されている方法はすべて、所望の生成物を提供するうえで十分な条件の下で実施されることになる。当業者は、あらゆる反応条件を、該当する場合、例えば反応時間、反応温度、反応圧力、反応物比率、流速、反応物純度、電流密度、電圧、濃度、ｐＨ、酸化還元電位、セル面積、使用される膜の種類、およびリサイクル率を含め、所望の生成物の収率を最適化するために変化させることができ、それを実行することは当業者の技量の範囲内であることを理解することになる。
【００２６】
「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本明細書に使用されているように、本開示の方法またはその一部（例えば電気分解など）の間維持される、あるｐＨの値またはｐＨ範囲を指す場合、方法またはその一部の間の時間の少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８または９９％、そのｐＨの値またはｐＨ範囲を維持することを指す。
【００２７】
「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本明細書に使用されているように、本開示の方法またはその一部（例えば電気分解など）の間維持される、ある濃度の値または濃度範囲を指す場合、方法またはその一部の間の時間の少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８または９９％、その濃度の値または濃度範囲を維持することを指す。
【００２８】
「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本明細書に使用されているように、本開示の方法またはその一部（例えば電気分解など）の間維持される、ある温度の値または温度範囲を指す場合、方法またはその一部の間の時間の少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８または９９％、その温度の値または温度範囲を維持することを指す。
【００２９】
「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本明細書に使用されているように、本開示の方法またはその一部（例えば電気分解など）の間維持される、ある電流密度の値または電流密度範囲を指す場合、方法またはその一部の間の時間の少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８または９９％、その電流密度の値または電流密度範囲を維持することを指す。
【００３０】
「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本明細書に使用されているように、本開示の方法またはその一部（例えば電気分解など）の間維持される、ある電流効率の値または電流効率範囲を指す場合、方法またはその一部の間の時間の少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８または９９％、その電流効率の値または電流効率範囲を維持することを指す。
【００３１】
「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本明細書に使用されているように、本開示の方法またはその一部（例えば電気分解など）の間維持される、ある電圧の値または電圧範囲を指す場合、方法またはその一部の間の時間の少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８または９９％、その電圧の値または電圧範囲を維持することを指す。
【００３２】
「電気膜プロセス」という用語は、本明細書に使用されているように、例えばイオン交換膜および電位差をイオン種に対する駆動力として使用するプロセスを指す。電気膜プロセスは、例えば（膜）電気透析または（膜）電気分解であってもよい。例えば、電気膜プロセスは膜電気分解であってもよい。
【００３３】
本開示の方法の例示的フロー図が図１に示されている。図１に例示されている方法１０は、水酸化リチウムを調製するための方法である。図１を参考に、図１に例示されている方法において、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含む水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を消費させて水酸化リチウムを調製するための好適な条件下で、第１の電気膜プロセス、例えば、二室モノポーラ膜電気分解プロセスなどの二室膜プロセスを含む第１の電気膜プロセスに供し、場合により、ここで、水酸化リチウムを調製するための硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物の消費が所定の程度まで進行する。図１を参考に、二室モノポーラ膜電気分解プロセスなどの二室膜プロセスは、陽イオン交換膜１８などの膜によって陰極液室１６から分離された陽極液室１４を含む第１の電気化学セル１２において実施され得る。
【００３４】
「消費」という用語は、本明細書に使用されているように、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物に関して、水性組成物中に存在する硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物の量の減少を指すことが理解されることになる。例えば、当業者は、図１に示されているような二室モノポーラ膜電気分解プロセスの間、水（Ｈ２Ｏ）を陽極２０において水素イオン（Ｈ＋）と酸素ガス（Ｏ２）に変換することができ、水を陰極２２において水酸化物イオン（ＯＨ−）と水素ガス（Ｈ２）に変換することができ、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含む水性組成物中に当初存在するリチウムイオン（Ｌｉ＋）を、電位差によって、陽極液室１４から陽イオン交換膜１８などの膜を通して、陰極液室１６に入れ込むことができることを、容易に理解することになる。その結果、第１のリチウム減少水性ストリーム２４および第１の水酸化リチウム富化水性ストリーム２６が得られ、これらをそれぞれ、図１に示されているように、第１の電気化学セル１２の陽極液室１４および陰極液室１６から取り除くことができる。Ｌｉ＋イオンは電流を考慮し膜１８を通過して移動することにより、Ｌｉ２ＳＯ４をＬｉＯＨへと変換する。
【００３５】
第１の酸素含有ストリーム２７および第１の水素含有ストリーム２８も得ることができ、これらをそれぞれ、図１に示されているように、第１の電気化学セル１２の陽極液室１４および陰極液室１６から取り除くことができる。あるいは、電気分解反応の生成物として生じる酸素および／または水素ガスも、例えば水溶液中に残留し得、これらをそれぞれ第１の電気化学セル１２の陽極液室１４および陰極液室１６から、それぞれ第１のリチウム減少水性ストリーム２４および第１の水酸化リチウム富化水性ストリーム２６の成分として取り除くことができる。
【００３６】
図１に示されているように、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含む水性ストリーム２９を使用して、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を第１の電気化学セル１２の陽極液室１４に導入することができる。
【００３７】
図１に示されているように、第１のリチウム減少水性ストリーム２４をその後、水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第２の電気膜プロセス、例えば、三室膜電気分解プロセスなどの三室膜プロセスを含む第２の電気膜プロセスに供することができる。図１に示されているように、三室膜電気分解プロセスなどの三室膜プロセスは、陰イオン交換膜３６などの膜によって中央室３４から分離された陽極液室３２と、陽イオン交換膜４０などの膜によって中央室３４から分離された陰極液室３８とを含む、第２の電気化学セル３０において実施され得る。
【００３８】
例えば、当業者は、図１に示されているような三室モノポーラ膜電気分解プロセスの間、水（Ｈ２Ｏ）を陽極４２において水素イオン（Ｈ＋）と酸素ガス（Ｏ２）に変換することができ、水を陰極４４において水酸化物イオン（ＯＨ−）と水素ガス（Ｈ２）に変換することができ、第１のリチウム減少水性ストリーム２４中に当初存在するリチウムイオン（Ｌｉ＋）を、電位差によって、中央室３４から陽イオン交換膜４０などの膜を通して陰極液室３８に入れ込むことができ、また第１のリチウム減少水性ストリーム２４中に当初存在する硫酸イオン（ＳＯ４２−）を、電位差によって、中央室３４から陰イオン交換膜３６などの膜を通して陽極液室３２に入れ込むことができることを、容易に理解することになる。その結果、第２のリチウム減少水性ストリーム４６および第２の水酸化リチウム富化水性ストリーム４８が得られ、これらをそれぞれ、図１に示されているように、第２の電気化学セル３０の中央室３４および陰極液室３８から取り除くことができる。事実、第２のリチウム減少水性ストリーム４６を陽極液室１４に運ぶことができる一方、第２の水酸化リチウム富化水性ストリーム４８を陰極液室１６に運ぶことができる。
【００３９】
図１に示されているように、三室モノポーラ膜電気分解プロセスの間、第１のリチウム減少水性ストリームを第２の電気化学セル３０の中央室３４に導入することができ、第２のリチウム減少水性ストリーム４６を第２の電気化学セル３０の中央室３４から取り除くことができ、第２の水酸化リチウム富化水性ストリーム４８を第２の電気化学セル３０の陰極液室３８から取り除くことができる。
【００４０】
本開示の方法において、三室モノポーラ膜電気分解プロセスは、陽極液室３２で硫酸を生成することをさらに含み得る。したがって、図１に示されているように、硫酸含有水性ストリームであるストリーム５０を第２の電気化学セル３０の陽極液室３２から取り除くことができる。
【００４１】
あるいは、三室モノポーラ膜電気分解プロセスは、例えばストリーム５２経由で第２の電気化学セル３０の陽極液室３２へアンモニアを導入すること、および第２の電気化学セル３０の陽極液室３２で硫酸アンモニウムを生成することをさらに含み得る。したがって、図１に示されているように、硫酸アンモニウム含有水性ストリームであるストリーム５０を第２の電気化学セル３０の陽極液室３２から取り除くことができる。
【００４２】
第２の酸素含有ストリーム５４および第２の水素含有ストリーム５６も得ることができ、これらをそれぞれ、図１に示されているように、第２の電気化学セル３０の陽極液室３２および陰極液室３８から取り除くことができる。あるいは、電気分解反応の生成物として生じる酸素および／または水素ガスも、例えば水溶液中に残留し得、これらをそれぞれ第２の電気化学セル３０の陽極液室３２および陰極液室３８から、それぞれストリーム５０および第２の水酸化リチウム富化水性ストリーム４８の成分として取り除くことができる。
【００４３】
当業者は、ストリーム５８、ストリーム６０およびストリーム６２など他のストリームを使用して、例えば他の試薬および／または溶媒を第１の電気化学セル１２の陰極液室１６、第２の電気化学セル３０の陰極液室３８および／または第２の電気化学セル３０の陽極液室６２に導入することができることを理解することになる。例えば、そのようなストリームを使用して、例えばｐＨの維持または変更などを目的に酸（例えばＨ２ＳＯ４）および／もしくは塩基（例えばＬｉＯＨ）を添加すること、ならびに／または例えば方法１０の電気化学セル１２、３０の室における濃度の維持または変更などを目的に水を添加することができる。当業者はまた、そのような試薬および／または溶媒を、図１に示されている電気化学セル１２、３０の様々な室に、図１に示されているか否かを問わず、他のストリームの成分として導入することにより、電気化学セル１２、３０のある室における試薬（Ｌｉ２ＳＯ４、ＬｉＨＳＯ４、ＬｉＯＨ、ＮＨ３、ＮＨ４ＨＳＯ４、（ＮＨ４）２ＳＯ４など）のｐＨおよび／または濃度などのパラメーターを維持または変更することができることも理解することになる。
【００４４】
図１に示されているように、本開示の方法は、第２のリチウム減少水性ストリーム４６の少なくとも一部を第１の電気膜プロセスにリサイクルさせるステップをさらに含み得る。例えば、図１に示されているように、第２のリチウム減少水性ストリーム４６を第１の電気化学セル１２の陽極液室１４に導入することができる。例えば、第２のリチウム減少水性ストリーム４６の少なくとも一部を第２の電気化学セル３０から第１の電気化学セル１２に、ポンプを手段とする好適な導管経由で移動させることができる。
【００４５】
図１に示されているように、本開示の方法は、第２の水酸化リチウム富化水性ストリーム４８の少なくとも一部を第１の電気膜プロセスにリサイクルさせるステップもさらに含み得る。例えば、図１に示されているように、第２の水酸化リチウム富化水性ストリーム４８の少なくとも一部を第１の電気化学セル１２の陰極液室１６に、ストリーム５８の成分として導入することができる。当業者は、第２の水酸化リチウム富化水性ストリーム４８の少なくとも一部を第１の電気化学セル１２の陰極液室１６に導入するための、代替的手段もあり得ることを理解することになる。例えば、第２の水酸化リチウム富化水性ストリーム４８の少なくとも一部を、別のストリームとして陰極液室１６に導入することができる。例えば、第２の水酸化リチウム富化水性ストリーム４８の少なくとも一部を第２の電気化学セル３０から第１の電気化学セル１２に、ポンプを手段とする好適な導管経由で運ぶことができる。
【００４６】
例えば、セル１２でのＬｉ２ＳＯ４および／またはＬｉＨＳＯ４の電気分解が、Ｌｉ２ＳＯ４および／またはＬｉＨＳＯ４の消費に関して所定の程度に達した時点（例えば電流効率の低下が観察された時点）、または陽極液室１４の陽極のｐＨ（例えばｐＨ計を使用して測定されたｐＨ）が所定の値より低くなった時点で、陽極液室１４の内容物（ストリーム２４）をセル３０の中央室３４に運ぶことができる。したがって、セル１２では、陽極液室１４のｐＨが低下する傾向を有し得、反応の効率が低下する時点または効率的でなくなった時点でストリーム２４が室３４に移送され、室３４は電気分解の効率が低下するかまたは効率的でなくなる一定の水準に達するまでｐＨが上昇する傾向を有し得ることが観察された。そのような場合、ストリーム４６を、ｐＨが低下することになる室１４に運ぶことができる。室１４と３４との間でのＬｉ２ＳＯ４および／またはＬｉＨＳＯ４の移送における運搬手段は、同じでも別々でもよい。そのような手段は、導管にポンプを組み合わせたものであってもよい。当業者は、本開示の方法において、開始溶液（または供給溶液）（例えばＬｉ２ＳＯ４および／またはＬｉＨＳＯ４の水溶液）のｐＨに応じて、開始溶液を最初に二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスセルにおいて（例えばｐＨが中性または塩基性の場合）処理し、次いで三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスセルにおいて処理することができることを、理解することになる。あるいは、（例えばｐＨが中性または酸性の場合）開始溶液を最初に三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスセルにおいて処理し、次いで二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスセルにおいて処理することができる。
ＬｉＯＨが室３８で一定の濃度に達した時点で、ストリーム４８を室１６に運び込み、室１６でＬｉＯＨをさらに濃縮することができる。
【００４７】
本開示の方法を、例えばバッチ方法として動作させることができる。あるいは、本開示の方法を、準連続的方法または連続的方法として動作させることができる。
【００４８】
当業者は、本開示の方法に関する１つまたは複数のパラメーター、例えばｐＨ、温度、電流密度、電圧、電流効率および濃度などを、ただしこれらに限らず、例えば当技術分野で既知の手段により監視できることを理解することになる。本開示の方法における特定のパラメーターの監視に好適な手段は、当業者により選択され得る。当業者はそのようなパラメーターを、例えば共通の一般知識に照らし、本開示を参考にしながら、維持および／または変更することもできる。
【００４９】
以下に示す実施例は非制限的であり、本開示の方法をより適切に例示するために使用される。
【００５０】
本開示は、水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を、二室膜プロセスを含む第１の電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを、三室膜プロセスを含む第２の電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法を含む。
【００５１】
例えば、第１の電気膜プロセスの間、水酸化リチウムを調製するための硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの消費が所定の程度まで進行し得る。
【００５２】
したがって、本開示は、水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物の水酸化リチウムへの変換を所定の程度まで進行させるための好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含む水性組成物を第１の電気膜プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを第２の電気膜プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【００５３】
例えば、リチウム化合物は、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、硫酸リチウム（Ｌｉ２ＳＯ４）、重硫酸リチウム（ＬｉＨＳＯ４）、重炭酸リチウム（ＬｉＨＣＯ３）、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、酢酸リチウム（ＬｉＣ２Ｈ３Ｏ２）、ステアリン酸リチウムおよび／またはクエン酸リチウムを含むか、本質的にこれらからなるか、またはこれらからなり得る。例えば、リチウム化合物は硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含むか、本質的にこれらからなるか、またはこれらからなり得る。
【００５４】
例えば、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む組成物はＨ２ＳＯ４も含み得る。
【００５５】
例えば、本開示の方法では、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物の水酸化リチウムへの変換を所定の程度まで進行させるための好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含む水性組成物が第１の電気膜プロセスに供される。本開示の特定の方法に好適な所定の範囲は、当業者により選択され得る。例えば、水酸化リチウムを調整するための硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物の消費に好適な条件下で、１つまたは複数の競合する副反応が所定の程度まで進行するまで、例えば水酸化リチウムの調製が効率的でなくなる程度まで、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含む水性組成物が第１の電気膜プロセスに供される。例えば、第１の電気膜プロセスが、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスである場合、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物の水酸化リチウムへの変換は、水酸化物の電流効率が効率的でなくなるまで、例えば水酸化物の電流効率が少なくとも実質的に維持されなくなる結果、低下する状態となるまで、進行し得る。例えば、第１の電気膜プロセスが、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスである場合、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物の水酸化リチウムへの変換は、陽極液室のｐＨの値が約０．３〜約１．４、約０．４〜約１．２、約０．４〜約１．２、約０．５〜約０．８、約０．５〜約０．７または約０．６となるまで進行し得る。
【００５６】
例えば、第１の電気膜プロセスが、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスである場合、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物の水酸化リチウムへの変換は、水性組成物に含まれる特定の量の硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムが消費されるまで進行し得る。
【００５７】
例えば、所定の程度は、水性組成物に含まれる硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの合計量を基準に、水性組成物に含まれる硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの約３０重量％〜約６０重量％の消費または約３０重量％〜約５０重量％の消費を含み得る。例えば、所定の程度は、水性組成物に含まれる硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの約３５重量％〜約４５重量％の消費を含み得る。例えば、所定の程度は、水性組成物に含まれる硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの約３８重量％〜約４２重量％の消費を含み得る。例えば、水性組成物は硫酸リチウムを含んでいてもよく、所定の程度は水性組成物に含まれる硫酸リチウムの約３０％〜約５０％の消費を含み得る。例えば、水性組成物は硫酸リチウムを含んでいてもよく、所定の程度は水性組成物に含まれる硫酸リチウムの約３５％〜約４５％の消費を含み得る。例えば、水性組成物は硫酸リチウムを含んでいてもよく、所定の程度は水性組成物に含まれる硫酸リチウムの約３８％〜約４２％の消費を含み得る。
【００５８】
例えば、第１の電気膜プロセスは三室膜電気分解プロセス、例えば三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスを含むか、本質的に三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスからなるか、または三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスからなり得る。
【００５９】
例えば、第１の電気膜プロセスは二室膜電気分解プロセス、例えば二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスを含むか、本質的に二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスでからなるか、または二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスからなり得る。
【００６０】
例えば、第１の電気膜プロセスは三室膜電気分解プロセス、例えば三室バイポーラ膜電気分解プロセスを含むか、本質的に三室バイポーラ膜電気分解プロセスからなるか、または三室バイポーラ膜電気分解プロセスからなり得る。
【００６１】
例えば、第１の電気膜プロセスは二室膜電気分解プロセス、例えば二室バイポーラ膜電気分解プロセスを含むか、本質的に二室バイポーラ膜電気分解プロセスからなるか、または二室バイポーラ膜電気分解プロセスからなり得る。
【００６２】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスなどの二室膜電気分解プロセスは、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施され得る。
【００６３】
例えば、陽イオン交換膜は、Ｎａｆｉｏｎ（商標）３２４などのペルフルオロスルホン酸（または過フッ化スルホン酸）型陽イオン交換膜または他の、フマテックＦＫＢまたはアストムＣＭＢ陽イオン交換膜など、苛性濃縮に使用される膜を含むか、本質的にこれらの膜からなるか、またはこれらの膜からなり得る。本開示の特定の方法に好適な陽イオン交換膜は、当業者により選択され得る。
【００６４】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスなどの二室膜電気分解プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含む水性ストリームを陽極液室に導入することができ、第１のリチウム減少水性ストリームを陽極液室から取り除くことができ、第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを陰極液室から取り除くことができる。
【００６５】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの陰極液室において、水酸化リチウムを少なくとも実質的に約２Ｍ〜約４Ｍ、約２．５Ｍ〜約３．５Ｍ、約２．８Ｍ〜約３．２Ｍまたは約３Ｍの濃度に維持することができる。
【００６６】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含む水性ストリームを陰極液室に約１０℃〜約１００℃、約１０℃〜約１００℃、約１０℃〜約９０℃、約２０℃〜約８５℃または約８０℃の温度で導入することができる。
【００６７】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、第１のリチウム減少水性ストリームを陽極液室から約２０℃〜約１００℃、約２０℃〜約８５℃、約２０℃〜約８５℃、約６０℃〜約８５℃、約７０℃〜約８５℃または約８０℃の温度で取り除くことができる。
【００６８】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、第１の電気化学セルの温度を少なくとも実質的に約６０℃〜約１１０℃、約６０℃〜約１００℃、約６０℃〜約９０℃、約６０℃〜約８５℃、約５０℃〜約７０℃、約５５℃〜約６５℃、約７５℃〜約８５℃または約８０℃の値に維持することができる。
【００６９】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスでは、電流密度を少なくとも実質的に約０．１ｋＡ／ｍ２〜約８０００ｋＡ／ｍ２、０．５ｋＡ／ｍ２〜約６ｋＡ／ｍ２、約１ｋＡ／ｍ２〜約６ｋＡ／ｍ２、約２ｋＡ／ｍ２〜約６ｋＡ／ｍ２または約３ｋＡ／ｍ２〜約５ｋＡ／ｍ２の値に維持することができる。例えば、電流密度を少なくとも実質的に、約３ｋＡ／ｍ２、約４ｋＡ／ｍ２および約５ｋＡ／ｍ２から選択される値に維持することができる。例えば、電流密度を少なくとも実質的に約４ｋＡ／ｍ２の値に維持することができる。
【００７０】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスでは、電圧を少なくとも実質的に約３Ｖ〜約８Ｖ、約５Ｖ〜約１０Ｖ、約４Ｖ〜約６Ｖ、約４Ｖ〜約５Ｖまたは約４．５Ｖの値に維持することができる。
【００７１】
例えば、第１の電気化学セルは約１００ｍ２〜約２０００ｍ２、約１００ｍ２〜約１０００ｍ２、約４００ｍ２〜約５００ｍ２または約４３０ｍ２の表面積を有し得る。
【００７２】
例えば、第２の電気膜プロセスは二室膜電気分解プロセス、例えば二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスを含むか、本質的に二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスからなるか、または二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスからなり得る。
【００７３】
例えば、第２の電気膜プロセスは三室膜電気分解プロセス、例えば三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスを含むか、本質的に三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスからなるか、または三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスからなり得る。
【００７４】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスなどの三室膜電気分解プロセスは、陰イオン交換膜によって中央室から分離された陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離された陰極液室を含む、第２の電気化学セルにおいて実施され得る。
【００７５】
例えば、陽イオン交換膜は、Ｎａｆｉｏｎ（商標）３２４などペルフルオロスルホン酸型陽イオン交換膜または他の、フマテックＦＫＢまたはアストムＣＭＢ陽イオン交換膜など、苛性濃縮に使用される膜を含むか、本質的にこれらの膜からなるか、またはこれらの膜からなり得る。本開示の特定の方法に好適な陽イオン交換膜は、当業者により選択され得る。
【００７６】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスなどの三室膜電気分解プロセスの間、第１のリチウム減少水性ストリームを中央室に導入することができ、第２のリチウム減少水性ストリームを中央室から取り除くことができ、第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを陰極液室から取り除くことができる。
【００７７】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスなどの三室膜電気分解プロセスは、陽極液室において硫酸などの酸を生成すること、および陽極液室からの硫酸含有水性ストリームなどの酸含有水性ストリームを取り除くことをさらに含み得る。
【００７８】
本開示の特定の方法に好適な陰イオン交換膜は、当業者により選択され得る。例えば当業者は、水素イオン阻止膜が例えば、硫酸などの酸を副生する方法において有用となり得ることを理解することになる。例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、陰イオン交換膜は水素イオン阻止膜であってもよい。例えば、水素イオン阻止膜は、フマテックＦＡＢ、アストムＡＣＭまたはアサヒＡＡＶなどの陰イオン交換膜であってもよい。
【００７９】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの陽極液室において、硫酸などの酸を少なくとも実質的に約０．１Ｍ〜約２Ｍの濃度に維持することができる。例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの陽極液室において、硫酸を少なくとも実質的に約０．５Ｍ〜約１．５Ｍ、約０．７Ｍ〜約１．２Ｍ、または約０．８Ｍの濃度に維持することができる。
【００８０】
例えば、三室膜電気分解プロセスの陰極液室において、水酸化リチウムを少なくとも実質的に約１Ｍ〜約５．０Ｍ、約１Ｍ〜約４．０Ｍ、約１．５Ｍ〜約２．５Ｍ、約１．８Ｍ〜約２．２Ｍ、または約２Ｍの濃度に維持することができる。
【００８１】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、第１のリチウム減少水性ストリームを中央室に約２０℃〜約８５℃、約４０℃〜約８５℃、約４０℃〜約７５℃、約５０℃〜約７０℃、約５０℃〜約６５℃または約６０℃の温度で導入することができる。
【００８２】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、第２のリチウム減少水性ストリームを陽極液室から約２０℃〜約８０℃、約３０℃〜約７０℃、約４０℃〜約８０℃または約６０℃の温度で取り除くことができる。
【００８３】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、第２の電気化学セルの温度を少なくとも実質的に約３０℃〜約９０℃、約４０℃〜約８５℃、約５０℃〜約８０℃、約５０℃〜約７０℃、約５０℃〜約６５℃、約５０℃〜約７０℃、約５５℃〜約６５℃、または約６０℃の値に維持することができる。
【００８４】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスでは、電流密度を少なくとも実質的に約０．５ｋＡ／ｍ２〜約５ｋＡ／ｍ２、約１ｋＡ／ｍ２〜約２ｋＡ／ｍ２、約３ｋＡ／ｍ２〜約５ｋＡ／ｍ２、約４ｋＡ／ｍ２または約１．５ｋＡ／ｍ２の値に維持することができる。
【００８５】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスでは、電圧を少なくとも実質的に約５Ｖ〜約９Ｖ、約６Ｖ〜約８Ｖ、約６．５Ｖ〜約７．５Ｖまたは約７Ｖの値に維持することができる。
【００８６】
例えば、第２の電気化学セルは約１０００ｍ２〜約４０００ｍ２、約２０００ｍ２〜約３０００ｍ２または約２７００ｍ２のセル面積を有し得る。
【００８７】
あるいは、例えば、本開示の方法において、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスは、陽極液室にアンモニアを導入すること、陽極液室において硫酸アンモニウムなどのアンモニウム化合物を生成すること、および硫酸アンモニウム含有水性ストリームなどのアンモニウム化合物含有水性ストリームを陽極液室から取り除くことをさらに含み得る。
【００８８】
本開示の特定の方法に好適な陰イオン交換膜は、当業者により選択され得る。例えば、当業者は、硫酸などの酸を副生しない方法において、水素イオン阻止膜でない陰イオン交換膜が水素イオン阻止膜に比べ、例えばより高い温度に耐えることができる、および／またはより抵抗性が低いという点で有用となり得ることを理解することになる。例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにおいて、陰イオン交換膜は水素イオン阻止膜であってはならない。例えば、陰イオン交換膜はアストムＡＨＡ陰イオン交換膜またはフマテックＦＡＰなどであってもよい。
【００８９】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの陽極液室において、硫酸アンモニウムなどのアンモニウム化合物を少なくとも実質的に約０．５Ｍ〜約５Ｍ、約１Ｍ〜約４Ｍまたは約３Ｍの濃度に維持することができる。
【００９０】
例えば、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの陰極液室において、水酸化リチウムを少なくとも実質的に約１Ｍ〜約４．０Ｍ、約１．５Ｍ〜約２．５Ｍまたは約２Ｍの濃度に維持することができる。
【００９１】
例えば、本開示の方法は、第２のリチウム減少水性ストリームの少なくとも一部を第１の電気膜プロセスにリサイクルさせるステップをさらに含み得る。例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解セルを再使用して、より高濃度の水酸化リチウムを得ることができる。当業者は、水酸化リチウムを調製するための連続的方法も有用となり得ることも理解することになる。
【００９２】
例えば、第２の電気膜プロセスにおいて、第２の電気化学セルの中央室のｐＨが約２〜約１２、約３〜約１０、約４〜約９、約５〜約８または約８の値に達する時点で、第１のリチウム減少水性ストリームのｐＨを約０．４〜約１．２、約０．５〜約０．８、約０．５〜約０．７または約０．６を超える値に制御するため、第２のリチウム減少水性ストリームを第１の電気膜プロセスにリサイクルすることができる。
【００９３】
例えば、方法は、陽極液室のｐＨが約０．４〜約１．２、約０．５〜約０．８、約０．５〜約０．７または約０．６の値になるまで、リサイクルされた第２のリチウム減少水性ストリームを第１の電気膜プロセスに供し、その後、第１のリチウム減少水性ストリームを第２の電気膜プロセスに再び供するステップをさらに含み得る。
【００９４】
例えば、二室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気分解プロセスの陽極液室および／または三室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気膜プロセスの中央室のｐＨを、少なくとも実質的に維持することができる。例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの電流密度、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの電流密度、第１のリチウム減少水性ストリームの流速および第２のリチウム減少水性ストリームの流速のうち少なくとも１つを調整することによって、ｐＨを少なくとも実質的に維持することができる。
【００９５】
本開示は、水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換に好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性組成物を、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを、陰イオン交換膜によって中央室から分離された陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離された陰極液室を含む第２の電気化学セルにおいて実施される三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【００９６】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムの水酸化リチウムへの変換が所定の程度まで進行し得る。
【００９７】
したがって、本開示は、水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物の水酸化リチウムへの変換を所定の程度まで進行させるための好適な条件下で、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含む水性組成物を、陽イオン交換膜によって陰極液室から分離された陽極液室を含む第１の電気化学セルにおいて実施される二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第１のリチウム減少水性ストリームおよび第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと、
水酸化リチウムの少なくともさらなる部分を調製するための好適な条件下で、第１のリチウム減少水性ストリームを、陰イオン交換膜によって中央室から分離された陽極液室および陽イオン交換膜によって中央室から分離された陰極液室を含む第２の電気化学セルにおいて実施される三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスに供し、第２のリチウム減少水性ストリームおよび第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを得るステップと
を含む方法も含む。
【００９８】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気膜プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムなどのリチウム化合物を含む水性ストリームを陽極液室に導入することができ、第１のリチウム減少水性ストリームを陽極液室から取り除くことができ、第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを陰極液室から取り除くことができ、かつ三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気膜プロセスの間、第１のリチウム減少水性ストリームを中央室に導入することができ、第２のリチウム減少水性ストリームを中央室から取り除くことができ、第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを陰極液室から取り除くことができる。
【００９９】
例えば、方法は、第２のリチウム減少水性ストリームの少なくとも一部を二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスにリサイクルさせるステップをさらに含み得る。
【０１００】
当業者は、方法を適宜、本明細書で論じられている実施例を使用して変えてもよいことを理解することになる。
【０１０１】
例えば、本開示の方法の少なくとも一部を、バッチ方法として動作させることができる。あるいは、例えば、方法を、連続的方法または準連続的方法として動作させることができる。例えば、当業者は、二室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気分解プロセス、および／もしくは三室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気分解プロセスの電流密度、ならびに／またはこれらのプロセスの間を流れるストリームの流速を、例えば本明細書に記載されているように調整することによって、二室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気分解プロセスの陽極液室および／または三室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気分解プロセスの中央室のｐＨを少なくとも実質的に維持することができることを理解することになる。
【０１０２】
例えば、二室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気分解プロセスの陽極液室および／または三室モノポーラもしくはバイポーラ膜電気分解プロセスの中央室のｐＨを、少なくとも実質的に維持することができる。
【０１０３】
例えば、二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの電流密度、三室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスの電流密度、第１のリチウム減少水性ストリームの流速および第２のリチウム減少水性ストリームの流速のうち少なくとも１つを調整することによって、ｐＨを少なくとも実質的に維持することができる。
【０１０４】
ｐＨの測定および／または監視に好適な手段は、当業者により選択され得る。好適な電流密度および／または好適な流速は、当業者により選択され得る。
【０１０５】
本開示の方法は、例えば、第２の水酸化リチウム富化水性ストリームの少なくとも一部を第１の電気膜プロセスにリサイクルさせるステップもさらに含み得る。
【０１０６】
例えば、方法は、第１の水素含有ストリームを第１の電気化学セルの陰極液室から取り除くステップをさらに含み得る。例えば、方法は、第２の水素含有ストリームを第２の電気化学セルの陰極液室から取り除くステップをさらに含み得る。例えば、方法は、第１の酸素含有ストリームを第１の電気化学セルの陽極液室から取り除くステップをさらに含み得る。例えば、方法は、第２の酸素含有ストリームを第２の電気化学セルの陽極液室から取り除くステップをさらに含み得る。
【０１０７】
例えば、第１のリチウム減少水性ストリームを第１の電気化学セルの陽極液室から第２の電気化学セルの中央室へと運ぶ手段は、未変換の硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを第２の電気化学セルの中央室から第１の電気化学セルの陽極液室へと運ぶのに有効となり得る。
【０１０８】
例えば、本開示のシステムは、第２のリチウム減少水性ストリームを第２の電気化学セルの陰極液室から第２の電気化学セルの陰極液室へと運ぶ手段をさらに含み得る。
【０１０９】
例えば、第１の電気化学セルの陽極液室は、硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを含む水性ストリームを受け入れるための少なくとも１つの入口をさらに含み得る。
【０１１０】
例えば、第１の電気化学セルの陽極液室は、第１のリチウム減少水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含み得る。
【０１１１】
例えば、第１の電気化学セルの陽極液室は、第１の酸素含有ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含み得る。
【０１１２】
例えば、第１の電気化学セルの陰極液室は、第１の水酸化リチウム富化水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含み得る。
【０１１３】
例えば、第１の電気化学セルの陰極液室は、第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを受け入れるための少なくとも１つの入口をさらに含み得る。
【０１１４】
例えば、第１の電気化学セルの陰極液室は、第１の水素含有ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含み得る。
【０１１５】
例えば、第２の電気化学セルの陽極液室は硫酸の調製に有効となり得、第２の電気化学セルは、硫酸含有水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む。
【０１１６】
例えば、電気化学セルの陽極液室は、アンモニアを含むストリームを受け入れるための少なくとも１つの入口をさらに含み得、第２の電気化学セルの陰極液室は硫酸アンモニウムの調製に有効であり、第２の電気化学セルは、硫酸アンモニウム含有水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含む。
【０１１７】
例えば、第２の電気化学セルの陽極液室は、第２の酸素含有ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含み得る。
【０１１８】
例えば、第２の電気化学セルの陰極液室は、第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含み得る。
【０１１９】
例えば、第２の電気化学セルの陰極液室は、第２の水素含有ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含み得る。
【０１２０】
例えば、第２の電気化学セルの中央室は、第１のリチウム減少水性ストリームを受け入れるための少なくとも１つの入口をさらに含み得る。
【０１２１】
例えば、第２の電気化学セルの中央室は、第２のリチウム減少水性ストリームを吐出するための少なくとも１つの出口をさらに含み得る。
【０１２２】
例えば、運搬手段はポンプと導管の組み合わせを含む。
【０１２３】
例えば、システムは、第１のリチウム減少水性ストリームを第１の電気化学セルから第２の電気化学セルに移動させるための第１の導管をさらに含み得る。
【０１２４】
例えば、システムは、第２のリチウム減少水性ストリームを第２の電気化学セルから第１の電気化学セルに移動させるための第２の導管をさらに含み得る。
【０１２５】
例えば、システムは、第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを第２の電気化学セルから第１の電気化学セルに移動させるための第３の導管をさらに含み得る。
【０１２６】
例えば、第１の電気化学セルは、陽極液室のｐＨ測定手段をさらに含み得、システムは陽極液室のｐＨが所定の値を下回る時点で第１のリチウム減少水性ストリームを第１の電気化学セルから第２の電気化学セルへと運ぶよう構成される。
【０１２７】
例えば、第２の電気化学セルは、中央室のｐＨ測定手段をさらに含み得、システムは中央室のｐＨが所定の値を上回る時点で、未変換の硫酸リチウムおよび／または重硫酸リチウムを第２の電気化学セルの中央室から第１の電気化学セルの陽極液室へと運ぶよう構成される。
【０１２８】
例えば、第１の電気化学セルは、第２の電気化学セルの陰極液室における水酸化リチウム濃度測定手段をさらに含み得、システムは第２の水酸化リチウム富化水性ストリームを第２の電気化学セルの陰極液室から第１の電気化学セルの陰極液室へと運ぶよう構成される。
【０１２９】
例えば、システムは連続的方法として動作するよう構成され得る。
【０１３０】
例えば、システムは準連続的方法として動作するよう構成され得る。
【０１３１】
例えば、第１の電気化学セルの陽極液室および第２の電気化学セルの中央室を、ポンプおよび導管を手段として相互に流体流動連通する状態にすることができる。
【０１３２】
例えば、第２の電気化学セルの陰極液室および第１の電気化学セルの陰極液室を、ポンプおよび導管を手段として相互に流体流動連通する状態にすることができる。
【実施例】
【０１３３】
一定の既知の方法は、例えば三室セルの使用を組み込んでいるが、それは図２に示されている二室構成だと、陽極反応が酸素と水素イオンを生じる結果、陽極溶液のｐＨが低下してしまうからである。二室セルを使用する場合の陽イオンの完全除去は、非効率的となる可能性があり、それは陽イオン膜を通る電荷移動について、水素イオンがリチウムイオン輸送と競合するからである。それでもなお、硫酸リチウムなどのリチウム化合物の重硫酸リチウムへの部分変換は、二室膜電気分解セルを使用すれば可能なはずである。
【０１３４】
重硫酸塩は１．９のｐＫａを有し、したがって硫酸塩は硫酸リチウム水溶液のｐＨを中和する結果、水素イオン濃度は硫酸塩から重硫酸塩への最大で半分の変換（すなわち２５％の変換）時に約０．０１Ｍとなる。この濃度では、Ｎａｆｉｏｎ３２４（Ｎ３２４）膜における水素イオンに起因する非効率は無視してよい程度となる。
【０１３５】
過去の研究において、重硫酸塩へと完全変換（すなわち５０％変換）された溶液のｐＨは約０．９である、または水素イオン濃度は０．１Ｍ超であることを示している。この場合、水素イオンはリチウムイオンより移動性が高いことから、Ｎ３２４膜を通る水素イオン輸送は有意になると考えられ、その結果、例えば水酸化リチウム生成のための電流効率が低下し得る。結果的に、硫酸リチウムの完全変換が不可能となり、本開示に要約されている試験作業では効率を変換の関数として判定することに焦点を当てた。
【０１３６】
本開示の方法では、二室膜電気分解プロセスを使用して水溶液中の硫酸リチウムを部分的に変換（より多くのリチウムを水酸化リチウムへと変換するため）した後、溶液を三室膜電気分解プロセスへと送ることができる。本明細書では、供給溶液のｐＨが低めの状態におけるプロセスの動作を研究できるよう、二室作業で生じた溶液を両方のプロセスで処理する試験についても報告する。
【０１３７】
全般的な実験の詳細
ＤＳＡ−０２陰極、ステンレス鋼製（ＳＳ３１６）陰極およびＮａｆｉｏｎ３２４膜を装備したＩＣＩ  ＦＭ−０１型実験用電気分解セル（６４ｃｍ２、ＩＣＩ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、英国製）において、二室実験を実施した。過去の研究で使用された、同様の装備を三室膜電気分解セルに施したＥｌｅｃｔｒｏｃｅｌｌ  ＭＰセル（１００ｃｍ２）において、三室作業を実施し、実験設定における他の態様は、他の出願（ＵＳ６１／６３６，８６９、ＵＳ６１／７５５，１５１、ＵＳ６１／７８８，２９２、ＰＣＴ／ＣＡ２０１３／０００３９８）に既に記載されているものと同じであった。
［実施例１］
【０１３８】
二室膜電気分解セルの試行
硫酸リチウムを含む水溶液を供給溶液とする二室構成を使用して、試験を実施した。これらの試験の主な目的は、電流効率を変換（重硫酸塩／硫酸塩）の関数として評価することであったことから、約２ＭのＬｉＯＨを陰極液室に入れた状態で試験を実施した。これは過去の研究で生じた濃度、約３Ｍより低い。しかし、約３Ｍの濃度だと、水酸化物濃度が少し変動するだけでも、水酸化リチウムの電流効率が大幅に低下し得る。対象的に、約２Ｍの濃度だと、水酸化物濃度が少し変動する程度では水酸化リチウムの電流効率に大した影響はないため、効率の変化の原因を概して供給物からの水素イオン輸送に帰することができる。
【０１３９】
様々な試験を、二室セルを使用して電流密度を変えながら実施した。図３〜５は表１に要約されている実験に関するプロットであり、図３Ａ〜３Ｄは実験番号８５６−９６に関し、図４Ａ〜４Ｄは実験番号８５６−９９に関し、図５Ａ〜５Ｄは実験番号８７９−１に関する。以下、二室セルを使用した実験の結果およびこれらの実験における方法の態様について論ずる。
【０１４０】
各試験の進行に伴い、例えば図３Ａに示されているように、リチウムイオンおよびナトリウムイオンが供給物から除去された。水が供給物から除去されるにつれ、硫酸イオン濃度は約１．７〜最大約２．３Ｍの範囲に集中し、これは供給物からのリチウムイオン輸送と共に、供給物中の硫酸イオンに対するリチウムイオンの比率を、電気分解開始当初の約２強から変化させ、終盤には約１未満となる。この試験では、変換の約５０％超少々を実施した結果、最終の陽極溶液は亜硫酸リチウムおよび少量の硫酸のみを含有する状態となった。
【０１４１】
試験の途中で周期的に二室から試料を採取し、電流効率を評価した。図３Ｂは、陰極液中での水酸化物生成のための累積電流効率と、供給物からの陽イオン損失を示す図である。示されているように、電流効率は変換率約３５％で採取された試料から変換率約４５％で採取された試料にかけて、低下し始める、累積電流効率の変化は小さいように見えるが、増分電流効率の変化（図示せず）がかなり大きい。この変化は、供給物ｐＨの測定値が約０．６に達する時点で発生すると見られる。
【０１４２】
電流密度を高くした試験も同様の傾向であった。表１では、電流密度を約３ｋＡ／ｍ２（実験番号８５６−９６）、約４ｋＡ／ｍ２（実験番号８５６−９９）および約５ｋＡ／ｍ２（実験番号８７９−１）に設定して実施した３通りの試験の結果を示している。これらの試験における水酸化物の電流効率は、試験開始当初では約８０％に近かった。電流効率が低下し始める時点は、より高い電流密度を使用して実施した試験において、若干遅く発生すると見られる（すなわち変換率が高い）。
【０１４３】
【表１】
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【０１４４】
４ｋＡ／ｍ２の電流密度を使用した試験の電圧プロファイルが図４Ａに示されている。大部分の試験において、電圧は開始時に高く、試験の進行に伴って低下した。図４Ａでは、水酸化物濃度が約１．９Ｍから試験過程全体にわたり約２．４Ｍにまで上昇し、これにより陰極液室での電圧低下が減少した。
【０１４５】
ＩＣＩ  ＦＭ−０１型セルは、新品の状態で電極と膜との隙間が７ｍｍであった。隙間を約２ｍｍまで狭めることができる、より大型の市販セルでは、水酸化リチウムを含む約３Ｍの水溶液である陰極溶液を使用する場合、全体のセル電圧が約４．５〜５Ｖの範囲になると推定される。したがって、約４ｋＡ／ｍ２の電流密度で二室膜電気分解プロセスを実行する場合の電力消費は約７ｋＷｈ／ｋｇとなる（３Ｍの溶液中のＬｉＯＨ）。これは、硫酸アンモニウムを副生する三室セルの場合に要求されると観察された電力に相当するが、例外として、方法は約１．５ｋＡ／ｍ２の電流密度に限り実行された。
【０１４６】
二室セルを、１時間当たり約３トンのＬｉＯＨを生産するプラントで硫酸リチウムの約４０％の変換に活用したと想定すると、約４００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度での稼働時におけるセル面積は約４３０ｍ２となる。残る約６０％の硫酸リチウムをその後、本明細書に論じられているように、三室セルによって処理することができる。セル面積推定について、三室作業に関する論考に続いて詳しく論ずる。
［実施例２］
【０１４７】
変換後の硫酸リチウム／重硫酸リチウムを使用しての三室膜電気分解セルの試行
二室作業は、硫酸リチウム溶液から変換率約４０％まで水酸化リチウムを生成する場合に有用である。処理溶液の利用可能量が少なかったため、試験条件を適切に規定できるよう、合成的に作られた重硫酸／硫酸リチウム溶液を使用して、初期試験を２回実施した。二室作業からの最終溶液を再混合し、これに水酸化リチウムを多少添加することによって調整し、約４２％の変換溶液とした。水酸化物濃度の影響の可能性を排除するため、水酸化リチウムの濃度を約２Ｍまで落とした。
【０１４８】
Ａ：Ｎ３２４／ＡＨＡ三室セルによる硫酸アンモニウム生成
過去の研究（ＵＳ６１／６３６，８６９、ＵＳ６１／７５５，１５１、ＵＳ６１／７８８，２９２、ＰＣＴ／ＣＡ２０１３／０００３９８）で使用された三室セルを本研究の試験作業向けに再使用し、ＮａｆｉｏｎＮ３２４陽イオン交換膜およびアストムＡＨＡ陰イオン交換膜を収めた。図６Ａ〜Ｄは、この実験に関するプロットである。硫酸アンモニウムを副生する三室セルを使用しての実験結果と、この方法の態様について、本セクションで論ずる。
【０１４９】
約１．６４ＭのＬｉＨＳＯ４および約０．２ＭのＬｉ２ＳＯ４を含有する開始溶液（すなわち約８５％の重硫酸塩）をセル内で、約２００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度において処理し、硫酸リチウムを除去してリチウム／ナトリウム水酸化物を陰極液に、硫酸アンモニウムを陽極液に生じさせた（ｐＨ制御下でアンモニアを供給物に添加した）。水は供給物から輸送されたが、図６Ａに示されているように、実質的に濃度を維持できるよう、陽極液と陰極液に水を追加した。この実験の結果、供給物から硫酸が約９３％除去された。
【０１５０】
図６Ｂに示されているように、試験中、供給物のｐＨ（開始時は約０．６）は硫酸が除去されるにつれ、実験終盤に約２を少し超えた程度であったリチウムよりも効率的に上昇した。相応に、供給物中の重硫酸塩含有率は実験全体を通じて低下し、溶液の大部分が硫酸塩として存在する状態となった。セル電圧は、実験終盤近くで供給物が枯渇し始める時点まで、ほぼ一定の約７Ｖであった。
【０１５１】
様々な室における電流効率測定結果が図６Ｃに示されており、この図はより効率的な硫酸塩除去を実証するものである。水酸化物生成効率は約７２％であった一方、硫酸塩除去は約１１４％であった。硫酸塩除去が１００％より高い原因は、「硫酸塩」が硫酸塩（ＳＯ４２−）として膜を通って輸送される一方、これらのｐＨでは一部が重硫酸塩（ＨＳＯ４−）として輸送されなければならないという、計算上の想定にある。
【０１５２】
Ｂ：Ｎ３２４／ＦＡＢ三室セルによる硫酸生成
三室電気化学セルを、アストムＡＨＡ膜に代えて新品のフマテックＦＡＢ膜を装着して再構築し、陽極液中で硫酸を生じさせる同様の試験を実施した。図７Ａ〜Ｄは、この実験に関するプロットである。硫酸を副生する三室セルを使用しての実験結果と、この方法の態様について、本セクションで論ずる。
【０１５３】
この実験では、図７Ａに示されているように、硫酸強度を約０．８Ｍ未満に維持するよう、より多くの水を陽極液に添加した。同様の傾向が、電流効率（図７Ｂ）および供給物ｐＨ（図７Ｃ）に見受けられた。この場合、セクションＡの実施例２で論じた実験に比べ、低めの電流密度（約１００ｍＡ／ｃｍ２）を使用したことから、硫酸塩除去率は約７３％に留まり、実験全体にわたり変換率も低かった。
【０１５４】
この試験では電流密度が前回の試験の半分であったものの、同等のセル電圧が得られた。理論による制限を望まない一方、これはほとんどが、ＦＡＢ膜の高い抵抗性による結果であった。
【０１５５】
これらの試験における水酸化物電流効率は、過去の研究（ＵＳ６１／６３６，８６９、ＵＳ６１／７５５，１５１、ＵＳ６１／７８８，２９２、ＰＣＴ／ＣＡ２０１３／０００３９８）に比べ、約１０％〜１５％低かった。セルを分解したところ、Ｎ３２４膜の断裂が観察された。この断裂はガスケット部分に生じており、問題の原因にはならなかったはずである。理論による制限を望まない一方、この断裂は、再構築を複数回行ったことによる（高温での）プラスチック製フレームのわずかな変形が原因で形成されたものと考えられる。新品のＮ３２４膜を使用して実験を再開したところ、電流効率が若干向上した。重硫酸／硫酸リチウム溶液をより高いｐＨの硫酸リチウム溶液に差し替えて最終実験を実施した結果、電流効率が正常に近い状態にまで向上した。理論による制限を望まない一方、より低い供給物ｐＨは、三室での生成に影響を及ぼすと見られる。供給物ｐＨが上昇しても電流効率は顕著に上昇せず、これは予想通りであった。
【０１５６】
理論による制限を望まない一方、供給物中のカルシウムも、例えばクロールアルカリ産業で知られているように、効率損失の原因となり得る。
【０１５７】
このように、二室および三室の膜電気分解セルの組み合わせを組み込む方法は、硫酸リチウムから水酸化リチウムへの変換に有用である。二室セルは、約４０％までの変換率で水酸化物を調製する場合に効率的である。本試験では、約１０〜１５％の範囲での水酸化物生成における電流効率低下が、得られた溶液を三室セルで処理した場合に発生することも分かった。硫酸アンモニウムまたは硫酸のいずれかを副生する方法は、水酸化物形成に関して同様の挙動を示すことが観察された。
【０１５８】
約４０％のリチウムを二室セルで処理すると、１時間当たり３トンのＬｉＯＨの生成に必要な合計セル面積が有意に減少する。この方法では、二室セルをより高い約４００ｍＡ／ｃｍ２の電力密度で動作させると、電力コストが同等となる。当業者は、より低い電力密度を使用すると電力が少なく済む一方、セル面積を増やす必要が生じることを、理解することになる。
【０１５９】
【表２】
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【０１６０】
本システムに対する有益性が得られ、これは例えば二室セルで活用される高い電力密度によるものである。しかし、当業者は、これらの電力密度ではＤＳＡ−Ｏ２陽極の寿命が短くなることを理解することになる。
【０１６１】
本研究の方法において得られる水酸化物生成のための電力効率を低くすると、三室プロセスの場合にセル面積が若干増加することになる。しかし、この非効率においては、二室システムから、三室セルを稼働させる別のシステムへ溶液を供給するという、連続的溶液処理を想定する。あるいは、両方の種類のセルを同じ溶液から離れて稼働させることができるため、この方法は要求されるｐＨを問わず実行することができ、また溶液のｐＨを、例えばセル別に処理割合を変えることによって増減することができる。例えば、ｐＨを下げる必要がある場合、二室セルの電流密度を引き上げ、かつ／または三室セルの電流密度を引き下げるとよい。フマテックＦＡＢ膜で硫酸を生成する場合、例えばＦＡＢ膜の導電性を維持し、水素イオン輸送を最小限に抑えるため、ｐＨを１．５前後に制御することになる。
【０１６２】
アストムＡＨＡで硫酸アンモニウムを生成する場合、過去の研究において報告された争点の１つは、苛性電流効率が硫酸塩除去より大幅に低くなる時点で供給物ｐＨの上昇を阻止することであった。本方法で使用される二室セルは、かなり低めのｐＨでの全体的な供給物ｐＨの維持に使用することができる。
【０１６３】
２通りの方法（すなわち二室プロセスおよび三室プロセス）を組み合わせると、より多量の水が供給物から除去されることから供給溶液の利用効率を高めることもでき、より連続的な動作も可能となり得る。
【０１６４】
本開示は、特定の実施例に関して記述されている。この記述は本開示の範囲を制限するのではなく、本開示の理解に役立てることを意図するものである。当業者にとっては、本明細書に記載されているような開示範囲から逸脱することなく様々な修正を本開示に加えることができ、そのような修正も本書の対象となることを意図するものであることが、明らかとなる。
【０１６５】
このように、本開示の方法およびシステムは、高い電流効率の使用および必要とする合計セル面積が小さいことによって、Ｌｉ２ＳＯ４および／またはＬｉＨＳＯ４からＬｉＯＨへの低コストでの変換に有効である。二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスと二室モノポーラまたはバイポーラ膜電気分解プロセスを組み合わせることにより、そのような電力効率向上が可能となり、電流および空間の面での経済性に繋がることが分かった。
【０１６６】
刊行物、特許および特許出願はすべて、その全体が参照によって、仮に個々の刊行物、特許または特許出願はその全体が参照によって組み込まれるように特異的かつ個別に記載されたと想定した場合と同じ範囲で、本明細書に組み込まれる。本開示において、ある用語の定義が、参照によって本明細書に組み込まれる文書での定義と異なると認められる場合、本明細書に記載の定義がその用語の定義の役割を果たすことになる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
0006368374.tif 000021
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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