(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
6Ｌｉと７Ｌｉとが混在する原料の中から、6Ｌｉを分離する方法であって、Ｌｉイオン伝導性固体電解質に電界を加え、6Ｌｉと７Ｌｉとの前記Ｌｉイオン伝導性固体電解質のイオン伝導度の違いにより、6Ｌｉを正電位側から負電位側へと前記Ｌｉイオン伝導性固体電解質中を移動させ、原料の中から6Ｌｉを分離することを特徴とするリチウム同位体分離方法。
【請求項２】
Ｌｉイオン伝導性固体電解質が、ＬｉＩ、ＬｉＩ−ＣａＩ２、ＬｉＩ−ＣａＯ、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＡｌＦ４、ＬｉＩ−Ａｌ２Ｏ３、ＬｉＦ−Ａｌ２Ｏ３、ＬｉＢｒ−Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ−ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ−ＴｉＯ２、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＣｌ、Ｌｉ６ＮＢｒ３、ＬｉＳＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＧｅＯ４−Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ４ＧｅＯ４−Ｚｎ２ＧｅＯ２、Ｌｉ４ＳｉＯ４−ＬｉＭｏＯ４、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−Ｌｉ４ＺｒＯ４から選ばれた少なくとも１種からなる固体電解質セラミックスであることを特徴とする請求項１に記載のリチウム同位体分離方法。
【請求項３】
Ｌｉイオン伝導性固体電解質がペロブスカイト型、スピネル型、ラムズデライト型のリチウム酸化物であることを特徴とする請求項２に記載のリチウム同位体分離方法。
【請求項４】
Ｌｉイオン伝導性固体電解質が、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＮａＳＣＮ、ＮａＣＦ３ＳＯ３、ＮａＩ、ＫＳＣＮ、ＣｓＳＣＮから選ばれた少なくとも一つのアルカリ金属塩とポリエチレンオキシドとの錯体からなる高分子錯体固体電解質であることを特徴とする請求項１に記載のリチウム同位体分離方法。
【請求項５】
Ｌｉイオン伝導性固体電解質の両面に電極を配置し、電極間に分解電圧以上の電圧をかけることによって、６Ｌｉを固体電解質中で移動させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のリチウム同位体分離方法。
【請求項６】
Ｌｉイオン伝導性固体電解質の片側に、無機リチウム化合物を原料として配置し、この原料をその融点以上に加熱して溶融し、この状態でＬｉイオン伝導性固体電解質に電界を加えることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のリチウム同位体分離方法。
【請求項７】
Ｌｉイオン伝導性固体電解質の導電率が１０−２Ｓ・ｃｍ−１になる温度以上に加熱することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のリチウム同位体分離方法。
【請求項８】
6Ｌｉと７Ｌｉとが混在する原料の中から、6Ｌｉを分離する装置であって、6Ｌｉと７Ｌｉとが混在する原料を収納する原料槽と、この原料槽の少なくとも一部の壁体を形成するよう設けられたＬｉイオン伝導性固体電解質と、このＬｉイオン伝導性固体電解質の前記原料槽の内側と外側に設けられた一対の電極と、この電極に電圧を印加する電源とを備えることを特徴とするリチウム同位体分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水銀を使用するアマルガム法に代わり、環境の調和に配慮し、なお且つ高効率でＬｉ同位体を分離する方法と装置に関する。より具体的には、Ｌｉイオン伝導体としてＬｉイオン伝導性固体電解質を用いた電解法により、６Ｌｉと７Ｌｉとが混在する原料の中から、6Ｌｉを分離し、濃縮するＬｉ同位体分離方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、核融合エネルギー開発は急務であり、とりわけ、Ｌｉを含んだセラミックスである核融合炉用トリチウム増殖材の開発は最重要項目の一つである。
日本はＬｉ資源の全量を海外からの輸入に頼っている。トリチウム増殖材として必須の原料である濃縮６Ｌｉは、その供給量が乏しく、研究用材料としてすらも満足できる濃縮度のものが入手しにくい。しかも、希少原料であるため、非常に高価なのが現状である。
【０００３】
現在、Ｌｉ原料から６Ｌｉを分離抽出する６Ｌｉの製造技術としては、水銀を使用するアマルガム法が採用されている。その理由は、アマルガム法の６Ｌｉの分離効率を示す同位体分離係数が、１．０２〜１．０７と、比較的高いためである。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、前述のアマルガム法は、水銀を大量に使用するため、今後の環境調和型技術の開発への社会的要請を考えると、Ｌｉ資源の国産化を計るための技術としてはふさわしくない。
一方、環境調和型Ｌｉ同位体分離方法の開発研究も多く行われており、例えば、無機系吸着材による分離法等が検討されている。しかし、この無機系吸着材による分離法は、分離係数が高い場合でも１．０１以下と低く、十分な性能が得られていない。
【０００５】
天然に存在するＬｉは、質量７．０１５の７Ｌｉが９２．５８％、質量６．０１５の６Ｌｉが７．４２％程度の比率であり、従来提案されているどのような方法を用いるにしても、一度の分離操作で６Ｌｉを１００％近くまで濃縮することはできない。従って、実用的なＬｉ同位体分離法としては、分離操作を繰り返し行い、濃縮率を高める必要がある。そのため、できるだけ高い同位体分離係数を有する分離法であることが要求される。
【０００６】
なお、同位体分離係数（Ｓ）は、分離前後の原子数比を使って、（７Ｌｉ／６Ｌｉ）分離前／（７Ｌｉ／６Ｌｉ）分離後で定義される。
また、環境調和型であるためには、環境汚染に結びつく水銀などを使用しないこと、化学的に安定な材料であることが必要である。
【０００７】
本発明は、前記従来のＬｉ同位体分離技術における課題に鑑み、環境調和型Ｌｉ同位体分離方法として、水銀等の有害物質を使用することなく、従って環境に対する悪影響が少なく、しかも同位体分離係数が高く、化学的に安定したＬｉ同位体分離方法を提案することを目的とする。
【０００８】
【発明が解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明者らは、Ｌｉイオン伝導体であるＬｉイオン伝導性固体電解質の両端に多孔性電極を焼結し、電極間に直流電圧を印加し、電解により陰極側に６Ｌｉを濃縮する方法を見出した。すなわち、Ｌｉイオン伝導性固体電解質の両面にＬｉイオン伝導性固体電解質の分解電圧以上の直流電圧を印加し、６Ｌｉと７Ｌｉとが混在する原料がある正電位側から６Ｌｉを負電位側に移動させ、６Ｌｉを分離し、濃縮するものである。
【０００９】
より具体的に言うと、本発明によるＬｉ同位体分離方法は、Ｌｉイオン伝導性固体電解質に電界を加え、6Ｌｉと７Ｌｉとの前記Ｌｉイオン伝導性固体電解質のイオン伝導度の違いにより、6Ｌｉを正電位側から負電位側へと前記Ｌｉイオン伝導性固体電解質を移動させ、原料の中から6Ｌｉを分離するものである。
【００１０】
Ｌｉイオン伝導性固体電解質としては、具体的には、ＬｉＩ、ＬｉＩ−ＣａＩ２、ＬｉＩ−ＣａＯ、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＡｌＦ４、ＬｉＩ−Ａｌ２Ｏ３、ＬｉＦ−Ａｌ２Ｏ３、ＬｉＢｒ−Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ−ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ−ＴｉＯ２、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＣｌ、Ｌｉ６ＮＢｒ３、ＬｉＳＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＧｅＯ４−Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ４ＧｅＯ４−Ｚｎ２ＧｅＯ２、Ｌｉ４ＳｉＯ４−ＬｉＭｏＯ４、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−Ｌｉ４ＺｒＯ４から選ばれた少なくとも１種からなる固体電解質セラミックスを使用することができる。この固体電解質セラミックスは、ペロブスカイト型、スピネル型、ラムズデライト型の何れのリチウム酸化物であってもよい。
【００１１】
さらに、他のＬｉイオン伝導性固体電解質としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＮａＳＣＮ、ＮａＣＦ３ＳＯ３、ＮａＩ、ＫＳＣＮ、ＣｓＳＣＮから選ばれた少なくとも一つのアルカリ金属塩とポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）との錯体からなる高分子錯体固体電解質をあげることができる。
【００１２】
このようなＬｉイオン伝導性固体電解質の両側に電極を配置し、電極間に分解電圧以上の電圧をかけることによって、６Ｌｉを正電位側から負電位側へとＬｉイオン伝導性固体電解質を移動させる。これにより、負電位側に６Ｌｉが分離されるので、それを濃縮することができる。より具体的には、Ｌｉイオン伝導性固体電解質の片側に、無機リチウム化合物を原料として配置し、この原料をその融点以上に加熱して溶融し、この状態でＬｉイオン伝導性固体電解質に電界を加えることにより、原料中の6ＬｉをＬｉイオン伝導性固体電解質中で移動させることにより、原料から6Ｌｉを分離し、濃縮することができる。この場合、Ｌｉイオン伝導性固体電解質の導電率が１０−２Ｓ・ｃｍ−１になる温度以上に加熱するのが好ましい。これにより、Ｌｉイオン伝導性固体電解質中を移動するＬｉイオン数を多くすることができ、分解電圧を低く抑えることができる。
【００１３】
このようなＬｉ同位体分離装置を実施するための装置は、6Ｌｉと７Ｌｉとが混在する原料を収納する原料槽と、この原料槽の少なくとも一部の壁体を形成するよう設けられたＬｉイオン伝導性固体電解質と、このＬｉイオン伝導性固体電解質の前記原料槽の内側と外側に設けられた一対の電極と、この電極に電圧を印加する電源とを備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
前述したように本発明によるＬｉ同位体分離法はＬｉイオン伝導性固体電解質に分解電圧以上の直流電圧を印加し、陰極側に６Ｌｉを濃縮する。
このような方法で使用するＬｉイオン伝導性固体電解質は化学的安定性が必要であるため、好ましくは無機固体電解質を選択する。このような、無機固体電解質としては、酸化物系および非酸化物系がある。しかしそのうち、単結晶のＬｉ３Ｎ、非晶質のＰ２Ｓ５−Ｌｉ２Ｓ−ＬｉＩなどやハロゲン化スピネルのＬｉ２ＭＣｌ４（Ｍ＝Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ等）に代表される非酸化物系のＬｉイオン伝導性固体電解質は吸湿性が強いなど扱いにくい。
【００１５】
これに対し、酸化物系のＬｉイオン伝導性固体電解質は化学的に安定であり好適である。酸化物系Ｌｉイオン伝導性固体電解質としては、γII−Ｌｉ３ＰＯ４型のＬｉ３＋ｘＰ１−ｘＳｉｘＯ４、ＬｉＸＯ４−Ｌｉ４ＹＯ４（Ｘ＝Ｐ、Ａｓ、Ｖ等、Ｙ＝Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ等）、Ｌｉ１４Ｚｎ（ＧｅＯ４）４、ＬｉＺｒ２（ＰＯ４）３型のＬｉＴｉ２（ＰＯ４）３、Ｌｉ１＋ｘＭｘＴｉ２−ｘ（ＰＯ４）３（Ｍ＝金属元素、ｘ＝係数）、スピネル型のＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ぺロブスカイト型のＬａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３、Ｌａ０．５９Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３、ラムズデライト型のＬｉ２Ｔｉ３Ｏ７、アルミノシリケートのＬｉＡｌＳｉ２Ｏ６、ガラスのＬｉ４ＳｉＯ４−Ｌｉ３ＢＯ３、Ｌｉ２Ｏ−ＴｉＯ２−Ｐ２Ｏ５など多数あり、いずれも使用することができる。その中でも成型しやすく、導電率が高いものが好ましく、Ｌｉ２Ｏ−ＴｉＯ２系酸化物が好適であり、特に、スピネル型Ｌｉ１＋ｘＴｉ２−ｘＯ４、ラムズデライト型Ｌｉ２Ｔｉ３Ｏ７およびペロブスカイト型Ｌａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３が好適である。
【００１６】
これらのＬｉイオン伝導性固体電解質は通常の方法で原料粉末が製造でき、公知の方法で成型、焼結して所望の形状とすることができる。
成型したＬｉイオン伝導性固体電解質の両面に焼結する電極は、化学的に安定で、濃縮されたＬｉイオンが侵入しやすいＰｔやＡｕなどの多孔性電極が望ましい。焼結したＬｉイオン伝導性固体電解質の両面にＰｔやＡｕのペーストを塗布し、これを焼き付けることにより、多孔性のＰｔやＡｕの膜からなる電極を形成する。或いは、ＰｔやＡｕのメッシュをＬｉイオン伝導性固体電解質の両面に貼り付け、これを電極とする。
【００１７】
図１に示すように、前記のように両面に電極を焼結したＬｉイオン伝導性固体電解質の陽極側に７Ｌｉと６Ｌｉとが混在する原料（ＬｉＨＳＯ４）を満たす。そして、Ｌｉイオン伝導性固体電解質の両面の陽極と陰極の分解電圧以上の直流電圧を印加すると、先に述べたように、７Ｌｉと６Ｌｉとでは質量が約１７％異なっているために、Ｌｉイオン伝導性固体電解質中での７Ｌｉイオンと６Ｌｉイオンの移動速度に差が生じ、６Ｌｉイオンの方が７Ｌｉイオンより速く陰極側に移動する。したがって、一定時間後には陰極側に６Ｌｉが濃縮される。
【００１８】
この工程において、Ｌｉイオン伝導性固体電解質の両面の電極に印加する電圧がその分解電圧以下では、Ｌｉイオン伝導性固体電解質中のＬｉイオンの移動が始まると同時に陽極側でＬｉイオンの不足が生じ、電流が流れにくくなり、Ｌｉイオンの移動が起こらなくなる。このため、Ｌｉ原料の供給あるいはＬｉイオン伝導性固体電解質の分解電圧以上の電圧を印加することが必要である。
【００１９】
また、一般にＬｉイオン伝導性固体電解質の導電率は高温ほど高くなり、Ｌｉイオンの移動は起こりやすくなる。あまり低温では導電率が低く、移動するＬｉイオン数が少なかったり、分解電圧が高くなり過ぎ好ましくない。そのため、Ｌｉイオン伝導性固体電解質の導電率が約１０−２Ｓ・ｃｍ−１になる温度でＬｉイオンを移動させることが好ましい。
【００２０】
図２は、前記のようにリチウム同位体分離方法を実施するためのリチウム同位体分離装置の例を示す。
同図に示すように、原料であるＬｉＨＳＯ４を収納し、加熱溶融する原料槽が設けられており、この原料槽には図示してない加熱手段が設けられ、原料であるＬｉＨＳＯ４を溶融する。原料槽の底には、金属Ｌｉが沈降する。
【００２１】
例えば、金属Ｌｉの融点は１８０℃、ＬｉＨＳＯ４の融点は１２０℃、ＬｉＨ２ＰＯ４の融点は１２０℃、ＬｉＣｌＯ３の融点は１２８℃、ＬｉＦの融点は８４８℃、ＬｉＣｌの融点は６０５℃、ＬｉＢｒの融点は５５０℃、ＬｉＩの融点は４４６℃、ＬｉＩ・３Ｈ２Ｏの融点は７３℃である。原料槽では、これらの原料の融点以上の温度に加熱し、原料を溶融状態とする。
【００２２】
原料槽の底壁を形成するように、両面にＰｔメッシュ電極を貼ったＬｉイオン伝導性固体電解質が設けられ、Ｐｔメッシュ電極には、原料槽側が正、その下の濃縮槽側が負となるような電圧が印加される。
これにより、Ｌｉイオン伝導性固体電解質の陽極側から陰極側に６Ｌｉが移動され、濃縮された６ＬｉがＬｉイオン伝導性固体電解質の陰極側の下に設けられた容器状の濃縮槽に析出する。この濃縮槽の上部であって、Ｌｉイオン伝導性固体電解質の下にはホッパが設けられ、析出した６Ｌｉは、このホッパで集められて濃縮槽の底部に溜まる。
【００２３】
濃縮槽の内部は常に排気され、負圧に維持されると共に、Ｌｉイオン伝導性固体電解質の陰極面には、カバーガスとしてＡｒが吹き付けられる。さらに、ホッパの内部には、キャリアガスとしてのＡｒガスと共にＨ２Ｏガスが送り込まれる。濃縮槽の内部であって、ホッパの外部には、キャリアガスとしてのＡｒガスと共にＣＯ２ガスが送り込まれる。濃縮された６ＬｉはＣＯ２ガスと反応し、Ｌｉ２ＣＯ３として回収される。
【００２４】
この装置における原料中の６Ｌｉからその凝縮回収に至る反応式は次の通りである。但し、（１）の陽極での反応は不明確で、推測である。原料としては、ＬｉＨＳＯ４の他、金属Ｌｉ、ＬｉＦ、ＬｉＨ２ＳＯ４等が使用される。
ＬｉＨＳＯ４→陽極→７Ｌｉ(+)＋６Ｌｉ(+)＋ＨＳＯ４(-)          …（１）
７Ｌｉ(+)＋６Ｌｉ(+)→陰極→濃縮された６Ｌｉ(金属)            …（２）
濃縮された２６Ｌｉ＋Ｈ２Ｏ→Ｌｉ２Ｏ＋Ｈ２                       …（３）
Ｌｉ２Ｏ＋ＣＯ２→Ｌｉ２ＣＯ３                                 …（４）
【００２５】
このようなＬｉイオン伝導性固体電解質を用いたＬｉ同位体分離法では、陰極側に平均で１．０３〜１．２以上の同位体分離係数で６Ｌｉを濃縮でき、この値は水銀を用いるアマルガム法と同等あるいは高い値である。
【００２６】
【実施例】
次に、本発明を実施例について、具体的な数値をあげて説明する。
（実施例１）
テトライソプロポキシチタン０．１５４ｍｏｌのエタノール溶液と、酢酸リチウム０．５３７ｍｏｌおよび酢酸ランタン０．０８４４ｍｏｌの水溶液を混合し、攪拌しながらゲル化させた。その後、ロータリーエバポレーターにより、５０℃の温度で１２時間かけて減圧下で溶媒を除去して前駆体粉末を得た。大気中雰囲気に維持された焼成炉に前記前駆体粉末を導入し、１時間に１００℃の焼温速度で１１００℃まで加熱し、１１００℃で１２時間保持し、その後常温に戻してぺロブスカイト型のＬａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３粉末を得た。
【００２７】
この粉末をエタノールを用いてボールミルにより１０時間湿式粉砕し、平均粒径を１μｍ以下としたものを５００ｍｇ秤量し、成型圧力約３００ＭＰａの一軸加圧してディスク状に成型した。これを大気中において１１７５℃の温度で２４時間焼結し、直径１１．５ｍｍ、厚さ０．９７ｍｍ、相対密度９１．３％のぺロブスカイト型のＬａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３製のディスク状のＬｉイオン伝導性固体電解質を得た。
【００２８】
このディスク状のＬｉイオン伝導性固体電解質の両面にＰｔペーストを塗布し、これを９００℃の温度で焼き付け、多孔質電極を形成した。
このＬｉイオン伝導性固体電解質の複素インピーダンスを測定し、その分解電圧を測定し、その結果分解条件を、分解温度１００℃、分解電圧５．０Ｖとした。
【００２９】
このディスク状のＬｉイオン伝導性固体電解質を、図２に示す装置の原料槽の底面及び濃縮槽の天面を形成するよう装着した。そして、前述のようにして、原料から６Ｌｉを分離し、濃縮し、所定時間後、陰極側の電極部から硝酸によりＬｉを溶解した。ＩＣＰ−ＭＳ分析により、この時のＬｉ同位体分離係数Ｓを算出した。
その結果として、分解時間とＬｉ同位体分離係数の関係を図３に示す。同図から明らか通り、１．０３〜１．０４程度のＬｉ同位体分離係数が得られていることがわかる。
【００３０】
（実施例２）
テトライソプロポキシチタン０．５００ｍｏｌのエタノール溶液と、酢酸リチウム０．４００ｍｏｌの水溶液を混合し、攪拌しながらゲル化させた。その後、ロータリーエバポレーターで５０℃で１２時間かけて減圧下で溶媒を除去し、前駆体粉末を得た。これを、大気中雰囲気の焼成炉において１時間に１００℃の焼温速度で７００℃まで加熱し、７００℃で５時間保持して、スピネル型のＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２粉末を得た。
【００３１】
この粉末をボールミルによりエタノールを用いて１０時間湿式粉砕し、平均粒径を１μｍ以下としたものを４００ｍｇ秤量し、成型圧力約３００ＭＰａの一軸加圧してディスク状に成型した。これを大気中雰囲気の焼成炉において９００℃の温度で１０時間焼結し、直径１１．８ｍｍ、厚さ１．０８ｍｍ、相対密度８７．５％のスピネル型のＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２のディスク状のＬｉイオン伝導性固体電解質を得た。
【００３２】
このディスク状のＬｉイオン伝導性固体電解質の両面にＰｔペーストを塗布し、これを９００℃で焼き付け、多孔質電極を形成した。
このＬｉイオン伝導性固体電解質の複素インピーダンスを測定し、その分解電圧を測定し、その結果分解条件を、分解温度６５０℃、分解電圧２．５Ｖとした。
【００３３】
このディスク状のＬｉイオン伝導性固体電解質を、図２に示す装置の原料槽の底面及び濃縮槽の天面を形成するよう装着した。そして、前述のようにして、原料から６Ｌｉを分離し、濃縮し、所定時間後、陰極側の電極部から硝酸によりＬｉを溶解した。ＩＣＰ−ＭＳ分析により、この時のＬｉ同位体分離係数Ｓを算出した。
その結果として、分解時間とＬｉ同位体分離係数の関係を図４に示す。同図から明らか通り、１．０３程度のＬｉ同位体分離係数が得られていることがわかる。
【００３４】
（実施例３）
テトライソプロポキシチタン０．３００ｍｏｌのエタノール溶液と、酢酸リチウム０．２００ｍｏｌの水溶液を混合し、攪拌しながらゲル化させた。その後、ロータリーエバポレーターで５０℃の温度で１２時間かけて減圧下で溶媒を除去し、前駆体粉末を得た。これを、大気中雰囲気の焼成炉において１時間に１００℃の焼温速度で９００℃まで加熱し、９００℃で５時間保持し、ラムズデライト型のＬｉ２Ｔｉ３Ｏ７粉末を得た。
【００３５】
この粉末をボールミルによりエタノールを用いて１０時間湿式粉砕し、平均粒径を１μｍ以下としたものを４００ｍｇ秤量し、成型圧力約３００ＭＰａの一軸加圧し、ディスク状に成型した。
この成形体を大気中雰囲気の焼成炉おいて１１００℃の温度で１０時間焼成し、直径１２．０ｍｍ、厚さ１．０３ｍｍ、相対密度８６．３％のラムズデライト型のＬｉ２Ｔｉ３Ｏ７のディスク状のＬｉイオン伝導性固体電解質を得た。
【００３６】
このディスク状のＬｉイオン伝導性固体電解質の両面にＰｔペーストを塗布し、これを９００℃で焼き付け、多孔質電極を形成した。
このＬｉイオン伝導性固体電解質の複素インピーダンスを測定し、その分解電圧を測定し、分解条件を、分解温度４２７℃、分解電圧３．５Ｖとした。
【００３７】
このディスク状のＬｉイオン伝導性固体電解質を、図２に示す装置の原料槽の底面及び濃縮槽の天面を形成するよう装着した。そして、前述のようにして、原料から６Ｌｉを分離し、濃縮し、所定時間後、陰極側の電極部から硝酸によりＬｉを溶解した。ＩＣＰ−ＭＳ分析により、この時のＬｉ同位体分離係数Ｓを算出した。
その結果として、分解時間とＬｉ同位体分離係数の関係を図５に示す。同図から明らか通り、１．０６程度のＬｉ同位体分離係数が得られていることがわかった。そして、このＬｉ同位体分離係数は、時間の経過に従って上昇し、繰り返し試験の結果、１．２を越える値に達した。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、Ｌｉイオン伝導性固体電解質により、水銀を用いるアマルガム法と同程度あるいはそれ以上の同位体分離係数でＬｉ同位体が分離できる。しかも、水銀を用いないため、環境調和型Ｌｉ同位体分離濃縮システムを構築することができる。すなわち、Ｌｉイオン伝導性固体電解質をＬｉポンプとして使用し、溶融塩から６Ｌｉの分離、濃縮が可能であり、目的に合致したＬｉ同位体分離方法と装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のリチウム同位体分離方法の原理を示す概念図である。
【図２】  本発明の一実施形態によるリチウム同位体分離方法とこれを実施するためのリチウム同位体分離装置の例を示す概念図である。
【図３】  同実施形態によるリチウム同位体分離方法と装置において、Ｌｉイオン伝導性固体電解質としてぺロブスカイト型Ｌａ０．５５Ｌｉ０．３５ＴｉＯ３を用いた実施例における電解時間とＬｉ同位体分離係数との関係を示すグラフである。
【図４】  同実施形態によるリチウム同位体分離方法と装置において、Ｌｉイオン伝導性固体電解質としてスピネル型Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を用いた実施例における電解時間とＬｉ同位体分離係数との関係を示すグラフである。
【図５】  同実施形態によるリチウム同位体分離方法と装置において、Ｌｉイオン伝導性固体電解質としてラムズデライト型Ｌｉ２Ｔｉ３Ｏ７を用いた実施例における電解時間とＬｉ同位体分離係数との関係を示すグラフである。
【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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