(57)【要約】  本開示は、水酸化リチウムを調製するための方法に関する。例えば、そのような方法は、リチウム含有材料を、硫酸リチウムを任意に含む酸性水性組成物と混合して、混合物を得る工程と；混合物を、適切な条件下で焙焼して、焙焼済みリチウム含有材料を得る工程と；焙焼済み材料を、硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を得るのに適した条件下で浸出させる工程と；硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、電気膜プロセスが水素減極アノードを伴う工程と；第２の水性組成物中の酸の濃度を任意に増大させる工程と；硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を、リチウム含有材料と混合するための硫酸リチウムを任意に含む酸性水性組成物として使用して、混合物を得る工程とを含んでいてよい。【選択図】  図８
2018528150.tif 000002
【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、
リチウム含有材料を、硫酸リチウムを任意に含む酸性水性組成物と混合して、混合物を得る工程と、
前記混合物を、適切な条件下で焙焼して、焙焼済みリチウム含有材料を得る工程と、
前記焙焼済み材料を、硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を得るのに適した条件下で浸出させる工程と、
前記硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、前記硫酸リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、前記電気膜プロセスが水素減極アノードを含む工程と、
前記第２の水性組成物中の酸の濃度を任意に増大させる工程と、
前記硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を、前記硫酸リチウムを任意に含む酸性水性組成物として使用して、前記リチウム含有材料と混合し、前記混合物を得る工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記酸が、前記リチウム含有材料中のリチウムの量に対して化学量論的に約１０％〜約１００％過剰に存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸が、前記リチウム含有材料中のリチウムの量に対して化学量論的に約１０％〜約４０％、約２０％〜約４０％、または約５５％〜約６０％過剰に存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記混合物が、約１５０℃〜約４００℃の焙焼温度で焙焼される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記混合物が、約２００℃〜約３００℃の焙焼温度で焙焼される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記混合物が、前記焙焼温度で、約１０分〜約２４時間にわたり焙焼される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記混合物が、前記焙焼温度で、約１５分〜約２時間にわたり焙焼される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記リチウム含有材料が、リチウム含有鉱である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記リチウム含有鉱が、β−リシア輝石またはジャダライトを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記リチウム含有鉱が、β−リシア輝石を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記焙焼済みリチウム含有材料を水で浸出させて、前記硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を得る、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記リチウム含有材料が、浸出可能な金属不純物をさらに含み、前記硫酸リチウムを含む第１の水性組成物が、前記浸出可能な金属不純物の少なくとも一部を前記硫酸リチウムを含む第１の水性組成物から除去するのに適した条件下でさらに処理される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、前記硫酸リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、前記電気膜プロセスが、水素減極アノードを使用して行われる工程と、
前記第２の水性組成物中の酸の濃度を任意に増大させる工程と、
前記硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を、リチウム含有材料と反応させるために使用する工程と
を含む方法。
【請求項１４】
前記方法が、硫酸リチウムを前記第２の水性組成物から回収して、前記硫酸リチウムを前記電気膜プロセスで再使用する工程をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法が、前記第２の水性組成物を、前記リチウム含有材料と反応させるために使用する前に、硫酸リチウムを前記第２の水性組成物から少なくとも部分的に回収して、前記硫酸リチウムを前記電気膜プロセスで再使用する工程をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
水酸化リチウムを調製するための方法であって、
硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、前記硫酸リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、前記電気膜プロセスが、水素減極アノードを使用して行われる工程と、
前記第２の水性組成物中の酸の濃度を任意に増大させる工程と、
硫酸リチウムを前記第２の水性組成物から回収して、それを前記電気膜プロセスで再使用する工程と
を含む方法。
【請求項１７】
前記方法が、前記第２の水性組成物から水を除去することによって、前記第２の水性組成物中の酸の濃度を増大させる工程を含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記酸の濃度を増大させる工程が、前記第２の水性組成物を加熱することによって行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の水性組成物が、約１００℃〜約３００℃の温度に加熱される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の水性組成物が、約１１０℃〜約１３０℃の温度に加熱される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の水性組成物が、約１１５℃〜約１２５℃の温度に加熱される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の水性組成物が、減圧下または真空中で加熱される、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の水性組成物が、大気圧下で加熱される、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記酸の濃度を増大させる工程が、膜脱水プロセス、逆浸透膜プロセス、または酸の添加によって行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の水性組成物から水を除去する工程が、硫酸リチウム一水和物の沈殿を引き起こす、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の水性組成物から水を除去する工程が、硫酸リチウム一水和物の実質的に選択的な沈殿を引き起こす、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の水性組成物から水を除去する工程が、硫酸リチウム一水和物の結晶化を引き起こす、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記方法が、前記第２の水性組成物から水を除去することによって、前記第２の水性組成物中の酸の濃度を増大させ、それによって硫酸リチウムを実質的に選択的に沈殿させる工程を含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
固液分離を行って（例えば、約１５℃〜約１３０℃、または約２５℃〜約１２５℃の温度で）、前記硫酸リチウムを回収し、それによって前記硫酸リチウムおよび酸性組成物を得る工程をさらに含む、請求項２５〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
固液分離を行って（例えば、約１５℃〜約１３０℃、または約２５℃〜約１２５℃の温度で）、前記硫酸リチウムを回収し、それによって、前記硫酸リチウム、およびリチウム含有材料と混合するために使用するのに有効な酸性水溶液を得る工程をさらに含む、請求項２５〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記方法が、前記第２の水性組成物から硫酸リチウムを硫酸リチウム一水和物の形で回収し、前記硫酸リチウムを前記電気膜プロセスで再使用する工程を含む、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記酸がＨ２ＳＯ４である、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
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／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を得る工程と、
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供する工程であって、前記電気膜プロセスが水素減極アノードを含む工程と
を含む方法。
【請求項３４】
前記電気膜プロセスの間、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウム組成物のｐＨが酸性である、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス、３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス、または２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスとの組合せを含む、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記電気膜プロセスが、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスとの組合せを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記電気膜プロセスが、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、前記ｐＨが、約２〜約４の値に少なくとも実質的に維持される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの変換は、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウム組成物の前記ｐＨが約０．１〜約２．０、約０．２〜約１．０、または約０．４〜約１．０の値となるまで行われる、請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
前記電気膜プロセスの間、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウム組成物のｐＨが塩基性である、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス、３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス、または２区画の単極式もしくは複極式電気分解プロセスと３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスとの組合せを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記電気膜プロセスが、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスとの組合せを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
前記電気膜プロセスが、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、前記ｐＨが約１０〜約１２の値または約１０．５〜約１２．５の値に少なくとも実質的に維持される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４７】
前記方法が、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で前記電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と、
請求項４２に記載の方法において、硫酸水素リチウムを含む水性組成物として、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を使用する工程と
を含む、請求項３３〜４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記方法が、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得るのに適した条件下で２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスに供する工程と、
請求項４２に記載の方法において、硫酸水素リチウムを含む水性組成物として、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を使用する工程と
を含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、電圧が、約４Ｖ〜約５Ｖの値に少なくとも実質的に維持される、請求項１〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、ＬｉＯＨ電流効率が、約６５％〜約８５％の値に少なくとも実質的に維持される、請求項１〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物中のリチウム濃度が、溶液１リットル当たりリチウム約２０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約４０ｇの値、または溶液１リットル当たりリチウム約３０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約３３ｇの値に少なくとも実質的に維持される、請求項１〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中のリチウム濃度が、溶液１リットル当たりリチウム約２０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約４０ｇ、溶液１リットル当たりリチウム約１０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約２０ｇ、溶液１リットル当たりリチウム約５ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約４０ｇ、または溶液１リットル当たりリチウム約１２ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約１８ｇの値に少なくとも実質的に維持される、請求項１〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、前記水酸化リチウムは、約２Ｍ〜約７Ｍ、約２Ｍ〜約４Ｍ、または約２．５Ｍ〜約３．５Ｍの水酸化リチウム濃度に少なくとも実質的に維持されている水溶液中で生成する、請求項１〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、前記水酸化リチウムは、約４０℃〜約１００℃、または約６０℃〜約１００℃の温度に少なくとも実質的に維持されている水溶液中で生成する、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
水酸化リチウムを調製するための方法であって、
リチウム含有材料を、硫酸水素リチウムを含む水性組成物と混合して、混合物を得る工程と、
前記混合物を、適切な条件下で焙焼して、硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を得る工程と、
前記硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を得るのに適した条件下で浸出させる工程と、
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、前記電気膜プロセスが水素減極アノードを含む工程と、
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、前記リチウム含有材料と混合するための前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、前記混合物を得る工程と
を含む方法。
【請求項５６】
前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物中の前記硫酸水素リチウムと、前記リチウム含有材料中のリチウムとのモル比が、約０．５：１〜約４：１である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物中の前記硫酸水素リチウムと、前記リチウム含有材料中のリチウムとのモル比が、約１：１〜約２：１である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物が、硫酸をさらに含む、請求項５５〜５７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５９】
前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物中の前記硫酸と、前記リチウム含有材料中のリチウムとのモル比が、約０．５：１〜約４：１、約１：１〜約２：１、または約１．１：１〜約１．２５：１である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記硫酸が、前記リチウム含有材料中のリチウムの量に対して化学量論的に約３０％〜約１００％過剰に存在する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記硫酸が、前記リチウム含有材料中のリチウムの量に対して化学量論的に約５５％〜約６０％過剰に存在する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記混合物が、約１５０℃〜約４００℃、または約２００℃〜約３５０℃の焙焼温度で焙焼される、請求項５５〜６１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６３】
前記混合物が、前記焙焼温度で、約１０分〜約２４時間にわたり焙焼される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記リチウム含有材料が、リチウム含有鉱である、請求項５５〜６３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６５】
前記リチウム含有鉱が、β−リシア輝石またはジャダライトを含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記リチウム含有鉱が、β−リシア輝石を含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６７】
前記硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を水で浸出させて、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を得る、請求項５５〜６６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６８】
前記リチウム含有材料が、浸出可能な金属不純物をさらに含み、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物が、前記浸出可能な金属不純物の少なくとも一部を前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物から除去するのに適した条件下でさらに処理される、請求項５５〜６７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６９】
前記電気膜プロセスの間、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物のｐＨが酸性である、請求項１〜３２および６８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７０】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス、３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス、または２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスとの組合せを含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７２】
前記電気膜プロセスが、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７３】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスとの組合せを含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７４】
前記電気膜プロセスが、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、前記ｐＨが、約２〜約４の値に少なくとも実質的に維持される、請求項６９に記載の方法。
【請求項７５】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの変換は、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物の前記ｐＨが、約０．１〜約２．０、約０．２〜約１．５、または約０．４〜約１．０の値となるまで行われる、請求項６９に記載の方法。
【請求項７６】
前記電気膜プロセスの間、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物のｐＨが塩基性である、請求項１〜３２および６９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７７】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス、３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス、または２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスとの組合せを含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項７９】
前記電気膜プロセスが、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項８０】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスとの組合せを含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項８１】
前記電気膜プロセスが、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、前記ｐＨが約１０〜約１２の値または約１０．５〜約１２．５の値に少なくとも実質的に維持される、請求項７６に記載の方法。
【請求項８２】
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物が、硫酸リチウムを含む水性組成物である、請求項５５〜８１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８３】
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物中の前記硫酸リチウムと前記硫酸水素リチウムとのモル比が、少なくとも約９：１、少なくとも約１９：１、または少なくとも約９９：１である、請求項５５〜８１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８４】
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中の前記硫酸水素リチウムと前記硫酸リチウムとのモル比が、少なくとも約３：２、少なくとも約９：１、少なくとも約１９：１、または少なくとも約９９：１である、請求項５５〜８３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８５】
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物が、硫酸水素リチウムを含み、前記方法が、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物の一部に、前記硫酸水素リチウムの少なくとも一部を硫酸リチウムに変換するのに適した条件下で塩基を添加する工程をさらに含む、請求項５５〜８４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８６】
前記塩基が水酸化カルシウムを含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、電圧が、約４Ｖ〜約５Ｖの値に少なくとも実質的に維持される、請求項１〜３２および５５〜８６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８８】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、ＬｉＯＨ電流効率が、約３０〜約５０％、約３０〜約４０％、５０％〜約９５％、約５５％〜約９０％、または約６５％〜約８５％の値に少なくとも実質的に維持される、請求項１〜３２および５５〜８６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８９】
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物中のリチウム濃度が、溶液１リットル当たりリチウム約２０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約４０ｇの値に少なくとも実質的に維持される、請求項５５〜８８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９０】
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中のリチウム濃度が、溶液１リットル当たりリチウム約２０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約４０ｇ、溶液１リットル当たりリチウム約１０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約２０ｇ、溶液１リットル当たりリチウム約５ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約４０ｇ、または溶液１リットル当たりリチウム約１２ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約１８ｇの値に少なくとも実質的に維持される、請求項５５〜８９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９１】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、前記水酸化リチウムは、約２Ｍ〜約７Ｍ、約２Ｍ〜約４Ｍ、または約２．５Ｍ〜約３．５Ｍの水酸化リチウム濃度に少なくとも実質的に維持されている水溶液中で生成する、請求項５５〜９０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９２】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、前記水酸化リチウムは、約３．０Ｍの水酸化リチウム濃度に少なくとも実質的に維持されている水溶液中で生成する、請求項５５〜９０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９３】
前記電気膜プロセスが、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含み、前記２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、前記水酸化リチウムは、約６０℃〜約１００℃の温度に少なくとも実質的に維持されている水溶液中で生成する、請求項９１または９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記方法が、前記リチウム含有材料を、前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物と混合して、前記混合物を得る工程と、
前記混合物を、適切な条件下で焙焼して、前記硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を得る工程と、
前記硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を得るのに適した条件下で浸出させる工程と、
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を精製する工程と、
前記精製された硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で前記電気膜プロセスに供して、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、前記電気膜プロセスが水素減極アノードを含む工程と、
前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、前記リチウム含有材料と混合し、前記混合物を得る工程と
を含む、請求項５５〜９３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９５】
前記焙焼工程および前記浸出工程が、単一装置で行われる、請求項１〜９４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９６】
前記焙焼工程が第１の装置で行われ、前記浸出工程が第２の装置で行われる、請求項１〜９４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９７】
前記方法が、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、約３０〜約６０％の変換率で前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムに部分変換するのに適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、前記リチウム含有材料と混合し、前記混合物を得る工程とを含む、請求項１〜９６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９８】
前記方法が、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、約４０〜約６０％の変換率で前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムに部分変換するのに適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、前記リチウム含有材料と混合し、前記混合物を得る工程とを含む、請求項１〜９６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９９】
前記方法が、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、約４５〜約５５％の変換率で前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムに部分変換するのに適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、前記リチウム含有材料と混合し、前記混合物を得る工程とを含む、請求項１〜９６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１００】
前記方法が、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、約４０〜約５０％の変換率で前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムに部分変換するのに適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と、前記硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、前記リチウム含有材料と混合し、前記混合物を得る工程とを含む、請求項１〜９６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０１】
前記方法が、前記硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、約３０〜約６０％の変換率で前記硫酸リチウムから水酸化リチウムに部分変換するのに適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と、前記硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、前記リチウム含有材料と混合し、前記混合物を得る工程とを含む、請求項１〜９６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０２】
前記方法が、前記硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、約４０〜約６０％の変換率で前記硫酸リチウムから水酸化リチウムに部分変換するのに適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と、前記硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、前記リチウム含有材料と混合し、前記混合物を得る工程とを含む、請求項１〜９６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０３】
前記方法が、前記硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、約４５〜約５５％の変換率で前記硫酸リチウムから水酸化リチウムに部分変換するのに適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と、前記硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、前記リチウム含有材料と混合し、前記混合物を得る工程とを含む、請求項１〜９６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０４】
前記方法が、前記硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、約４０〜約５０％の変換率で前記硫酸リチウムから水酸化リチウムに部分変換するのに適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と、前記硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、前記硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、前記リチウム含有材料と混合し、前記混合物を得る工程とを含む、請求項１〜９６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０５】
前記電気膜プロセスが、２区画の膜電気分解プロセスで行われる、請求項１〜１０４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０６】
前記電気膜プロセスが、電気分解プロセスである、請求項１〜１０４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０７】
前記電気膜プロセスが、電気透析プロセスである、請求項１〜１０４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０８】
前記電気膜プロセスが、水素をカソードで発生させ、前記水素を回収して前記水素減極アノードに供給する工程を含む、請求項１〜１０７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０９】
前記電気膜プロセスが、水素をカソードで発生させ、前記水素をリサイクルして前記水素減極アノードに供給する工程を含む、請求項１〜１０７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１５年８月２７日に出願された米国仮出願第６２／２１０，９７７号明細書の優先権の利益を主張する。
【０００２】
本開示は、リチウム含有材料からリチウムを抽出するための方法に関する。
【０００３】
酸焙焼済みリチウム含有材料を浸出させる工程を含む、リチウム含有材料からリチウムを抽出するための方法は、公知である。例えば、そのような方法では、リチウム含有材料が硫酸などの酸の存在下で焙焼されることにより、酸焙焼済みリチウム含有材料が得られ、次いでそこからリチウムを抽出することができる。
【０００４】
本開示の態様によれば、リチウムをリチウム含有材料から抽出するための方法であって、硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を、リチウム化合物を含む水性組成物を得るのに適した条件下、浸出させる工程を含む方法が提供される。
【０００５】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって：
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む、第１の水性組成物を得る工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供する工程であって、電気膜プロセスが、ガス拡散アノードおよび／または水素減極アノードを含む工程と
を含む方法が提供される。
【０００６】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって：
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む、第１の水性組成物を得る工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供する工程であって、電気膜プロセスが、ガス拡散アノードおよび／または水素減極アノードを伴う工程と
を含む方法が提供される。
【０００７】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって：
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む、第１の水性組成物を得る工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供する工程であって、電気膜プロセスが、ガス拡散アノードおよび／または水素減極アノードの存在下で行われる工程と
を含む方法が提供される。
【０００８】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって：
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む、第１の水性組成物を得る工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供する工程であって、電気膜プロセスが、ガス拡散アノードおよび／または水素減極アノードを使用して行われる工程と
を含む方法が提供される。
【０００９】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって：
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む、第１の水性組成物を得る工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下、電気膜プロセスに供する工程であって、電気膜プロセスが、ガス拡散アノードおよび／または水素減極アノードを含む膜セルで行われる工程と
を含む方法が提供される。
【００１０】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって：
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む、第１の水性組成物を得る工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、電気膜プロセスが、ガス拡散アノードおよび／または水素減極アノードを含む工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、本開示による方法において、硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用する工程と
を含む方法が提供される。
【００１１】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって：
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む、第１の水性組成物を得る工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、電気膜プロセスが、ガス拡散アノードおよび／または減極アノードを使用して行われる工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、本開示による方法において、硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用する工程と
を含む方法が提供される。
【００１２】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって：
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む、第１の水性組成物を得る工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、電気膜プロセスが、ガス拡散アノードおよび／または水素減極アノードを含む膜セルで行われる工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、本開示による方法において、硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用する工程と
を含む方法が提供される。
【００１３】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって；
リチウム含有材料を、硫酸水素リチウムを含む水性組成物と混合し、それによって混合物を得る工程と；
混合物を、適切な条件下で焙焼して、硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を得る工程と；
硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を得るのに適した条件下で浸出させる工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、電気膜プロセスが、ガス拡散アノードおよび／または減極アノードを含む工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、リチウム含有材料と混合するための硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、混合物を得る工程と
を含む方法が提供される。
【００１４】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって；
リチウム含有材料を、硫酸水素リチウムを含む水性組成物と混合して、混合物を得る工程と；
混合物を、適切な条件下で焙焼して、硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を得る工程と；
硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を得るのに適した条件下で浸出させる工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、電気膜プロセスが、ガス拡散アノードおよび／または減極アノードを使用して行われる工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、リチウム含有材料と混合するための硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、混合物を得るステップと
を含む方法が提供される。
【００１５】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって；
リチウム含有材料を、硫酸水素リチウムを含む水性組成物と混合して、混合物を得るステップと；
混合物を、適切な条件下で焙焼して、硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を得る工程と；
硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を得るのに適した条件下で浸出させる工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程であって、電気膜プロセスが、水素減極アノードを含む膜セルで行われる工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、リチウム含有材料と混合するための硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、混合物を得る工程と
を含む方法が提供される。
【００１６】
本開示の方法を使用することによって、硫酸を硫酸水素リチウムで置き換えることが可能であることが見出された。例えば、酸試薬、即ち硫酸を使用することに関連したコストを削減することが、可能であることも見出された。事実、ある状況下では、リチウム含有材料からリチウムが抽出されるように、電気膜プロセス（例えば、硫酸リチウムから水酸化リチウムへの部分変換）で得られた硫酸水素リチウムをリサイクルすることが可能であった。本開示の方法を使用することによって、リチウム含有材料を処理しかつ／または硫酸リチウムを第２の水性組成物から回収しかつそれを電気膜プロセスで再使用するのに使用することができる、酸性組成物の形で、硫酸を容易に回収することが可能であることが見出された。例えば、そのような方法を使用することによって、硫酸リチウム一水和物（Ｌｉ２ＳＯ４・Ｈ２Ｏ）を、実質的に選択的に沈殿させ、したがって容易に回収し再使用することができる。
【００１７】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって：
硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と；
第２の水性組成物中の酸の濃度を任意に増大させる工程と；
リチウム含有材料と反応させるために、硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を使用する工程と
を含む方法が提供される。
【００１８】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって；
リチウム含有材料を、硫酸リチウムを任意に含む酸性水性組成物と混合して、混合物を得る工程と；
混合物を、適切な条件下で焙焼して、焙焼済みリチウム含有材料を得る工程と；
焙焼済み材料を、硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を得るのに適した条件下で浸出させる工程と；
硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と；
第２の水性組成物中の酸の濃度を任意に増大させる工程と；
硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を、リチウム含有材料と混合するための硫酸リチウムを任意に含む酸性水性組成物として使用して、混合物を得る工程と
を含む方法が提供される。
【００１９】
本開示の別の態様によれば、水酸化リチウムを調製するための方法であって：
硫酸リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と；
第２の水性組成物中の酸の濃度を任意に増大させる工程と；
硫酸リチウムを第２の水性組成物から回収し、それを電気膜プロセスで再使用する工程と
を含む方法が提供される。
【００２０】
本開示の方法を使用することによって、リチウム含有材料を処理しかつ／または硫酸リチウムを第２の水性組成物から回収しかつそれを電気膜プロセスで再使用するために使用することができる、酸性組成物の形で、硫酸を容易に回収することが可能であることが見出された。例えば、そのような方法を使用することによって、硫酸リチウム一水和物（Ｌｉ２ＳＯ４・Ｈ２Ｏ）を、実質的に選択的に沈殿させ、したがって容易に回収し再使用することができる。
【００２１】
本開示の別の態様によれば、硫酸リチウムを含む電気膜プロセス水性組成物を処理するための方法であって、硫酸リチウム一水和物を実質的に選択的に沈殿させるのに適した条件下、電気膜プロセス水性組成物から水を除去する工程を含む方法が提供される。
【００２２】
本開示の別の態様によれば、アルカリ含有材料からアルカリを抽出するための方法であって、アルカリ硫酸水素塩焙焼済みアルカリ含有材料を、アルカリ化合物を含む水性組成物を得るのに適した条件下で浸出させる工程を含む方法が提供される。
【００２３】
以下の図面では、単なる例として、開示の様々な実施形態を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本開示の実施形態による方法の概略図である。
【図２】アルカリ水酸化物の生成に用いられた電荷の関数として、累積電流効率をプロットした図である。
【図３】アルカリ水酸化物の生成に用いられた電荷の関数として、累積電流効率をプロットした図である。
【図４】本開示の別の実施形態による方法の概略図である。
【図５】分離工程から回収された沈殿結晶のＸＲＤ解析を示す図である。
【図６】分離工程から回収された沈殿結晶のＸＲＤ解析を示す図である。
【図７】質量ベースで、大気圧下で除去された水の関数として、分離工程での硫酸リチウム回収効率をプロットした図である。
【図８】水素減極アノード（ＨＤＡ）を含む、本開示の一実施形態による電気膜プロセスを実施するためのデバイスの概略図である。
【図９】図８に示されるセル構成を有するおよびＨＤＡアノードを含むデバイスで得られた結果と、標準のＤＳＡ−Ｏ２アノードで得られた結果とを比較することによって得られた、電気膜プロセスの比較結果を示すプロットである。
【図１０】別のセル構成（Ｈ２が最上部に進入する）（図８に示されるもの以外）を有するおよびＨＤＡアノードを含むデバイスで得られた結果と、標準のＤＳＡ−Ｏ２アノードで得られた結果と比較することによって得られた、電気膜プロセスの比較結果を示すグラフである。
【図１１】別のセル構成（Ｈ２がアノードの背面から流れる）（図８に示されるもの以外）を有するおよびＨＤＡアノードを含むデバイスで得られた結果と、標準のＤＳＡ−Ｏ２アノードで得られた結果と比較することによって得られた、電気膜プロセスの比較結果を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
他に指示しない限り、本明細書に記述される定義および例は、当業者に理解され得るように、それらが適している本明細書に記述される本開示の全ての実施形態および態様に、適用可能であることが意図される。
【００２６】
本開示で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、内容がその他の事項を明示していない限り、複数表現を含む。例えば、「リチウム含有材料（a lithium-containing material）」を含む実施形態は、１種のリチウム含有材料、または２種以上の追加のリチウム含有材料を含む、ある態様を提示すると理解されるべきである。
【００２７】
追加のまたは第２のリチウム含有材料など、「追加の」または「第２の」成分を含む実施形態では、本明細書で使用される第２の成分は、その他の成分または第１の成分とは異なる。「第３の」成分は、その他の、第１の、および第２の成分とは異なり、さらに数え上げられるまたは「追加の」成分は同様に異なる。
【００２８】
本開示の範囲を理解するに際し、本明細書で使用される「含む（comprising）」という用語およびその派生語は、記述される特徴、要素、成分、群、整数、および／または工程の存在を特定するがその他の記述されていない特徴、要素、成分、群、整数、および／または工程の存在を除外しない、非限定的用語であることが意図される。前述の内容は、「含む（including）」、「有する（having）」という用語、およびそれらの派生語など、同様の意味を有する単語にも適用される。本明細書で使用される「〜からなる（consisting）」という用語およびその派生語は、記述される特徴、要素、成分、群、整数、および／または工程の存在を特定するがその他の記述されていない特徴、要素、成分、群、整数、および／または工程の存在を除外する、限定的用語であることが意図される。本明細書で使用される「〜から本質的になる（consisting essentially of〜）」という用語は、記述される特徴、要素、成分、群、整数、および／または工程の存在を特定することが意図され、ならびに特徴、要素、成分、群、整数、および／または工程の基本的なおよび新規な（１つまたは複数の）特性に著しい影響を及ぼさないものである。
【００２９】
本明細書で使用される、「約（about）」および「およそ（approximately）」などの程度を表す用語は、最終結果が著しく変化しないような、修飾される用語の妥当な量の偏差を意味する。これらの程度の用語は、この偏差が、修飾する単語の意味を否定しないと考えられる場合、修飾された用語の少なくとも±５％または少なくとも±１０％の偏差を含むとして解釈されるべきである。
【００３０】
本明細書で使用される「適した（適切な）」という用語は、特定の状態の選択が、行われることになる特定の取扱いまたは操作に依存し得るが、その選択は十分に当業者のスキルの範囲内にあると考えられることを意味する。本明細書に記述される全ての方法は、所望の生成物を得るのに十分な条件下で実行される。当業者なら、適用可能な場合には例えば反応時間、反応温度、反応圧力、反応物比、流量、反応物純度、電流密度、電圧、（１つまたは複数の）電極（１つまたは複数の）材料、濃度、ｐＨ、酸化還元電位、セル面積、使用される膜のタイプ、およびリサイクル速度を含めた全ての反応条件を変化させて、所望の生成物の収量を最適化することができ、そのようにすることは当業者の範囲内であることが理解されよう。
【００３１】
本明細書で使用される「電気膜プロセス」という用語は、例えば、（１つまたは複数の）イオン交換膜と、イオン種に関する駆動力としての電位差を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）電気分解とすることができる。例えば、電気膜プロセスは、膜電気分解とすることができる。
【００３２】
本明細書で使用される「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本開示の方法またはその一部（例えば、電気膜プロセス）の間に維持されるｐＨの値またはｐＨ範囲を指す場合、この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％にわたり、そのｐＨの値またはｐＨ範囲を維持することを指す。
【００３３】
本明細書で使用される「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本開示の方法またはその一部（例えば、電気膜プロセス）の間に維持される電圧の値または電圧範囲を指す場合、この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％にわたり、その電圧の値または電圧範囲を維持することを指す。
【００３４】
本明細書で使用される「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本開示の方法またはその一部（例えば、電気膜プロセス）の間に維持される電流効率の値または電流効率範囲を指す場合、この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％にわたり、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。
【００３５】
本明細書で使用される「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本開示のプロセスまたはその一部（例えば、電気膜プロセス）の間に維持される濃度の値または濃度範囲を指す場合、このプロセス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％にわたり、その濃度の値または濃度範囲を維持することを指す。
【００３６】
本明細書で使用される「少なくとも実質的に維持される」という表現は、本開示の方法またはその一部（例えば、電気膜プロセス）の間に維持される温度の値または温度範囲を指す場合、この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％にわたり、その温度の値または温度範囲を維持することを指す。
【００３７】
本開示の方法に関する例示的な流れ図を、図１に示す。この図に具体化された方法１０は、水酸化リチウムを調製するためのものである。図１を参照すると、そこに具体化される方法では、β−リシア輝石のようなリチウム含有鉱などのリチウム含有材料１２を、硫酸水素リチウムおよび／または硫酸リチウムを含む水性組成物と混合して、混合物が得られるようにすることができる。次いで酸焙焼および浸出工程１４では、混合物を、硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料および／または焙焼済みリチウム含有材料を得るのに適した条件下で焙焼してよく、次いでこの材料を、硫酸リチウムを含む第１の水性組成物のような、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物１６を得るのに適した条件下で浸出させてよい。次いで硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物１６を精製１８して、例えば、第１の水性組成物中に浸出させた金属不純物または非金属不純物（例えば、Ｓｉおよびその誘導体）の少なくとも一部を除去してよく、次いで硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウム２２への少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセス２０（例えば、２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス、３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス、または２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスとの組合せ−例えば、そのようなプロセスは、ＨＤＡアノードを使用することによって実施することができる）に供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物２４を得ることができる。次いで硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物２４を、硫酸水素リチウムを含む水性組成物として、β−リシア輝石のようなリチウム含有鉱などのリチウム含有材料１２と混合するために使用することにより、混合物を得ることができる。図１からわかるように、いくらかの過剰なＨ２ＳＯ４を添加することができる。例えば、Ｈ２ＳＯ４を第２の組成物に添加することができる。例えば、Ｈ２ＳＯ４は、酸および硫酸水素リチウムの供給源として第２の組成物を使用する場合、酸焙焼を実施する直前に添加することができる。
【００３８】
例えば、電気膜プロセス２０は、参照によりその内容が組み込まれている「Processes for preparing lithium hydroxide（水酸化リチウムを調製するためのプロセス）」という名称のＰＣＴ出願  国際公開第２０１３／１５９１９４号パンフレットの図１７または図２３に示される、膜電気分解セルを使用することによって実施することができる。
【００３９】
例えば、電気膜プロセス２０は、参照によりその内容が組み込まれている「Processes and systems for preparing lithium hydroxide（水酸化リチウムを調製するためのプロセスおよびシステム）」という名称のＰＣＴ出願  国際公開第２０１５／０５８２８８号パンフレットの図２に示される、膜電気分解セルを使用することによって実施することができる。
【００４０】
例えば、精製１８は、その内容が参照に組み込まれる「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１３／１５９１９４号パンフレットに、記載されるように実施することができる。
【００４１】
本開示の方法に関する、別の例示的な流れ図を、図４に示す。そこに具体化された方法１１０は、水酸化リチウムを調製するためのものであり、図１に具体化された方法１０に類似している。図４の方法におけるいくつかの工程（１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、および１２４）は、図１の方法で見出される工程（１２、１４、１６、１８、２０、２２、および２４）に類似している。第１の組成物（１６対１１６参照）および第２の組成物（２４対１２４参照）の内容は、任意に僅かに変えることができる。例えば工程１１６では、得られる第１の組成物は、硫酸リチウムおよび任意に硫酸水素リチウムを含む。さらに、工程１２４で得られる第２の組成物は、硫酸リチウムおよび任意に硫酸水素リチウムを含む。第１および第２の組成物の内容の特殊性と、図１の方法と同等ではない工程１２６、１２８、および１３０とを除き、これらの２つの方法は全く同様である。分離工程１２６に関し、そのような工程は、第２の組成物を酸焙焼工程１１４で単に再使用することに代わる代替例であることが見出された（工程１２４と１１４との間の点線を参照）。分離工程１２６では、より濃縮された酸性組成物１３０を得るために、水を除去する。硫酸を含むようなより濃縮された酸性組成物は、１１４の酸性焙焼工程を実施するのに効率的であることが見出された。当業者なら、水を第２の組成物から除去するために、工程１２６で様々なプロセスを使用できることが理解されよう。例えば、第２の組成物を加熱してよく、第２の組成物を、膜またはカラムを経た脱水プロセスに通してよい。第２の組成物は、硫酸リチウムの沈殿を促し、次いで固／液分離を実施し、それによって硫酸リチウム１２８を回収するために、冷却してもよい。第２の組成物には、硫酸リチウム１２８の沈殿を促すように硫酸リチウムを播いてもよい。したがって、工程１２６、１２８、および１３０を実現する、様々な可能性ある方法がある。図４からわかるように、いくらか過剰なＨ２ＳＯ４を添加してよい。例えば、Ｈ２ＳＯ４は、分離工程２６を実施する直前または後に添加することができる。例えば、Ｈ２ＳＯ４は、酸の供給源として酸性組成物１３０を使用する場合、酸焙焼１１４を実施する直前に添加することができる。
【００４２】
例えば、第２の組成物は、そこから水を除去するために、約１００℃〜約１３５℃、または約１００℃〜約１２５℃の温度で、分離工程１２６で加熱することができる。それは大気圧の下でまたは真空中で実施することができる蒸留プロセスによって、実施することができる。そのようなプロセスの間、硫酸を濃縮し、最終的には酸性焙焼１１４で使用することができる酸性組成物１３０を得ることが可能であることが観察された。さらに、第２の組成物を加熱している間、硫酸リチウム一水和物（Ｌｉ２ＳＯ４・Ｈ２Ｏ）の実質的に選択的な沈殿が生じたことが観察された。温度を約１２５または１３０℃よりも低く維持する場合、無水硫酸リチウムの形成が回避されることもわかった。次いで固／液分離を実施し、沈殿した硫酸リチウムを、例えば（Ｌｉ２ＳＯ４・Ｈ２Ｏ）として工程１２８で回収することができる。後者は、無水硫酸リチウムよりも結晶質であることが見出された。事実、一水和物は、結晶が針状の形状でありかつ水および／または酸を保持する傾向が少ないので、回収するのが容易である。固体が硫酸リチウム一水和物である場合、固液分離工程を実施するのが著しく容易であった（硫酸リチウム無水物と比較して）。したがって回収された硫酸リチウムは、電気膜プロセス１２０で再使用することができる。
【００４３】
以下に提示する実施例は、非限定的なものであり、本開示の方法をより良く具体化するのに使用される。
【００４４】
本開示は、リチウム含有材料からリチウムを抽出するための方法であって、硫酸水素リチウム焙焼リチウム含有材料を、リチウム化合物を含む水性組成物を得るのに適した条件下、浸出させる工程を含む方法を、含む。
【００４５】
例えば方法は、本開示の方法によるリチウム含有材料からリチウムを抽出する方法によって、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を得る工程を含むことができる。
【００４６】
例えば、硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料は：
リチウム含有材料を、硫酸水素リチウムを含む水性組成物と混合して、混合物を得る工程と；
混合物を、適切な条件下で焙焼して、硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を得る工程と
を含む方法によって、調製することができる。
【００４７】
硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料は、例えば、リチウム含有材料を焙焼するための公知の手段を使用して調製することができる。硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を得るのに適した条件の選択は、当業者が自らの共通の一般知識に照らしてかつ本開示を参照することによって行うことができる。例えば、リチウム含有材料を酸で焙焼する工程を含むプロセスは、その内容が参照により組み込まれる「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１３／１５９１９４号パンフレットに開示されている。
【００４８】
焙焼済みリチウム含有材料は、例えば、リチウム含有材料を焙焼するための公知の手段を使用して調製することができる。焙焼済みリチウム含有材料を得るのに適した条件の選択は、当業者が自らの共通の一般知識に照らしてかつ本開示を参照することによって、行うことができる。例えば、リチウム含有材料を酸で焙焼する工程を含むプロセスは、その内容が参照により組み込まれる「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１３／１５９１９４号パンフレットに開示されている。
【００４９】
例えば、硫酸水素リチウムを含む水性組成物中の硫酸水素リチウムと、リチウム含有材料中のリチウムとのモル比は、約０．１：１〜約１０：１、約０．１：１〜約４：１、約０．２：１〜約４：１、約０．５：１〜約４：１；約１：１〜約２：１、または約１：１とすることができる。
【００５０】
例えば、硫酸リチウムを含む水性組成物中の硫酸リチウムと、リチウム含有材料中のリチウムとのモル比は、約０．１：１〜約１０：１、約０．１：１〜約４：１、約０．２：１〜約４：１、約０．５：１〜約４：１；約１：１〜約２：１、または約１：１とすることができる。
【００５１】
例えば、硫酸水素リチウムを含む水性組成物は、例えば硫酸などの酸をさらに含んでいてよい。
【００５２】
例えば、硫酸リチウムを含む水性組成物は、例えば硫酸などの酸をさらに含んでいてよい。
【００５３】
例えば、酸は、硫酸であってよい。
【００５４】
例えば、硫酸水素リチウムを含む水性組成物中の酸と、リチウム含有材料中のリチウムとのモル比は、約０．５：１〜約４：１、約１：１〜約２：１、または約１．１：１〜約１．２５：１であってよい。
【００５５】
例えば、硫酸リチウムを含む水性組成物中の酸と、リチウム含有材料中のリチウムとのモル比は、約０．５：１〜約４：１、約１：１〜約２：１、または約１．１：１〜約１．２５：１であってよい。
【００５６】
例えば酸は、リチウム含有材料中のリチウムの量に対し、化学量論的に約１％〜約１００％過剰に存在していてよい。
【００５７】
例えば酸は、リチウム含有材料中のリチウムの量に対し、化学量論的に約３０％〜約１００％過剰に存在していてよい。
【００５８】
例えば酸は、リチウム含有材料中のリチウムの量に対し、化学量論的に約２０％〜約５０％過剰に存在していてよい。
【００５９】
例えば酸は、リチウム含有材料中のリチウムの量に対し、化学量論的に約１０％〜約５０％過剰に存在していてよい。
【００６０】
例えば酸は、リチウム含有材料中のリチウムの量に対し、化学量論的に約２０％〜約４５％過剰に存在していてよい。
【００６１】
例えば酸は、リチウム含有材料中のリチウムの量に対し、化学量論的に約１０％〜約３０％過剰に存在していてよい。
【００６２】
例えば酸は、リチウム含有材料中のリチウムの量に対し、化学量論的に約５５％〜約６０％過剰に存在していてよい。
【００６３】
例えば、第１の水性組成物は、カリウムおよび／またはナトリウムを含んでいてよい。
【００６４】
例えば、第２の水性組成物は、カリウムおよび／またはナトリウムを含んでいてよい。
【００６５】
例えば、第２の水性組成物は、ＨＳＯ４−イオンよりも少ないＬｉ＋イオンを含んでいてよい。
【００６６】
例えば、第２の水性組成物は、遊離Ｈ２ＳＯ４を含んでいてよい。
【００６７】
例えば、第２の水性組成物は、電気膜プロセスの間に発生した遊離Ｈ２ＳＯ４を含んでいてよい。
【００６８】
例えば、第２の組成物は、硫酸水素リチウムおよび硫酸を含んでいてよい。
【００６９】
例えば、第２の組成物は、硫酸リチウムおよび硫酸を含んでいてよい。
【００７０】
例えば、第２の組成物は、硫酸水素リチウム、硫酸リチウム、および硫酸を含んでいてよい。
【００７１】
例えば、第２の組成物は、硫酸を含んでいてよい。
【００７２】
例えば、混合物は、約１５０℃〜約４００℃の焙焼温度で焙焼し得る。例えば、混合物は、約２００℃〜約３５０℃、約２００℃〜約３２５℃、約２００℃〜約３００℃、約２５０℃〜約３５０℃、または約２５０℃〜約３００℃の焙焼温度で焙焼し得る。例えば混合物は、約２５０℃または約３００℃の焙焼温度で焙焼し得る。
【００７３】
例えば、混合物は、約１分〜約２４時間にわたり、焙焼温度で焙焼し得る。例えば混合物は、約１分〜約２時間にわたり、焙焼温度で焙焼し得る。例えば混合物は、約１５分〜約２時間にわたり、焙焼温度で焙焼し得る。例えば混合物は、約３０分にわたり焙焼温度で焙焼し得る。
【００７４】
例えば、硫酸リチウム一水和物を、第２の組成物から実質的に選択的に沈殿させかつ／または実質的に選択的に形成することができる。
【００７５】
例えば、硫酸リチウム無水物を、第２の組成物から実質的に選択的に沈殿させかつ／または実質的に選択的に形成することができる。
【００７６】
例えば、方法は、硫酸リチウムを第２の水性組成物から回収し、硫酸リチウムを電気膜プロセスで再使用するステップをさらに含んでいてよい。
【００７７】
例えば、方法は、リチウム含有材料と反応させるために第２の水性組成物を使用する前に、第２の水性組成物から硫酸リチウムを少なくとも部分的に回収し、硫酸リチウムを電気膜プロセスで再使用する工程をさらに含んでいてよい。
【００７８】
例えば、方法は、第２の水性組成物から水を除去することによって第２の水性組成物中の酸の濃度を増大させる工程を含んでいてよい。
【００７９】
例えば、酸の濃度を増大させる工程は、第２の水性組成物を加熱することによって行うことができる。
【００８０】
例えば、酸の濃度を増大させる工程は、水性組成物を加熱することによって行うことができる。
【００８１】
例えば、第２の水性組成物中の酸の濃度を増大させる工程は、より濃縮された酸またはより高い濃度を有する酸を添加することによって行われ得る。
【００８２】
例えば、第２の水性組成物中の酸の濃度を増大させる工程は、より濃縮された酸またはより高い濃度を有する酸を添加することによって行われ得る。
【００８３】
例えば、酸性組成物中の酸の濃度を増大させる工程は、より濃縮された酸またはより高い濃度を有する酸を添加することによって行われ得る。
【００８４】
例えば、第２の水性組成物は、約１００℃〜約１３５℃、約１００℃〜約３００℃、約１００℃〜約２５０℃、約２００℃〜約２５０℃、約１０５℃〜約１３０℃、約１１０℃〜約１３０℃、約１１５℃〜約１２５℃、約１００℃〜約１２５℃の温度に加熱してよい。
【００８５】
例えば、酸性組成物は、約１００℃〜約１３５℃、約１００℃〜約３００℃、約１００℃〜約２５０℃、約２００℃〜約２５０℃、約１０５℃〜約１３０℃、約１１０℃〜約１３０℃、約１１５℃〜約１２５℃、約１００℃〜約１２５℃の温度に加熱してよい。
【００８６】
例えば、電気膜プロセス水性組成物を上述した温度に加熱することによって、水を除去することができる。
【００８７】
例えば、第２の水性組成物は、大気圧下で加熱され得る。
【００８８】
例えば、水性組成物は、大気圧下で加熱され得る。
【００８９】
例えば、酸の濃度を増大させる工程は、膜脱水プロセスによって行うことができる。
【００９０】
例えば、酸の濃度を増大させる工程は、逆浸透膜プロセスによって行うことができる。
【００９１】
例えば、水性組成物から水を除去することにより、硫酸リチウム一水和物の沈殿を引き起こすことができる。
【００９２】
例えば、水性組成物から水を除去する工程は、硫酸リチウム一水和物の実質的に選択的な沈殿を引き起こすことができる。
【００９３】
例えば、水性組成物から水を除去する工程は、硫酸リチウム一水和物の結晶化を引き起こすことができる。
【００９４】
例えば、方法は、水性組成物から水を除去することによって水性組成物中の酸の濃度を増大させ、それによって硫酸リチウムを実質的に選択的に沈殿させる工程を含んでいてよい。
【００９５】
例えば、第２の水性組成物から水を除去することにより、硫酸リチウム一水和物の沈殿を引き起こすことができる。
【００９６】
例えば、第２の水性組成物から水を除去する工程は、硫酸リチウム一水和物の実質的に選択的な沈殿を引き起こすことができる。
【００９７】
例えば、第２の水性組成物から水を除去する工程は、硫酸リチウム一水和物の結晶化を引き起こすことができる。
【００９８】
例えば、方法は、第２の水性組成物から水を除去することによって第２の水性組成物中の酸の濃度を増大させ、それによって硫酸リチウムを実質的に選択的に沈殿させる工程を含んでいてよい。
【００９９】
例えば、方法は、固液分離を行って硫酸リチウムを回収し、それによって硫酸リチウムおよび酸性組成物を得る工程をさらに含むことができる。
【０１００】
例えば、固液分離は、約５℃〜約１５０℃、約１５℃〜約１３０℃、約２０℃〜約１２５℃、約２５℃〜約１２５℃、約２０℃〜約７５℃、約２０℃〜約５０℃、または約５０℃〜約１００℃の温度で実施することができる。
【０１０１】
例えば、方法は、固液分離を行って硫酸リチウムを回収し、それによって、硫酸リチウム、およびリチウム含有材料と混合するために使用するのに有効な酸性水溶液を得る工程をさらに含んでいてよい。
【０１０２】
例えば、プロセスは、硫酸リチウムを硫酸リチウム一水和物の形で第２の水性組成物から回収し、硫酸リチウムを電気膜プロセスに再使用する工程を含む。
【０１０３】
例えば、酸は、Ｈ２ＳＯ４であってよい。
【０１０４】
例えば、方法は、固液分離を行って硫酸リチウムを回収し、それによって、硫酸リチウム、およびリチウム含有材料と混合するために使用するのに有効な酸性水溶液を得る工程を含んでいてよい。
【０１０５】
例えば、方法は、得られた硫酸リチウムを電気膜プロセスで再使用する工程をさらに含んでいてよい。
【０１０６】
例えば、第２の組成物は、酸濃度を増大させるためにさらに処理されてよい。例えば、そのような処理は、脱水膜プロセス、逆浸透膜プロセス、加熱、または酸濃度を増大させるための任意の公知の適切な方法によって行うことができる。例えば酸性組成物は、少なくとも７５、少なくとも８０、少なくとも８５、少なくとも９０、または少なくとも９５％の水を除去するように、処理されてよい。
【０１０７】
例えば酸性組成物は、酸濃度を増大させるためにさらに処理されてよい。例えばそのような処理は、脱水膜プロセス、逆浸透膜プロセス、加熱、または酸濃度を増大させるための任意の公知の適切な方法によって行うことができる。例えば酸性組成物は、少なくとも７５、少なくとも８０、少なくとも８５、少なくとも９０、または少なくとも９５％の水を除去するように、処理されてよい。
【０１０８】
例えば、第２の組成物が得られたら、サイクルを終了しかつもう一度酸焙焼を行う前に、いくらかの新鮮なＨ２ＳＯ４を添加してもよい。
【０１０９】
例えば、第２の組成物が得られたら、サイクルを終了しかつもう一度酸焙焼を行う前に、いくらかの新鮮な濃Ｈ２ＳＯ４を添加してもよい。例えば、そのような濃Ｈ２ＳＯ４は、約９０％〜約９８％、約９３％〜約９８％、または約９５％〜約９８％とし得る。
【０１１０】
例えば、第２の組成物中に含有される水の少なくとも７０重量％が除去されてよく、硫酸リチウムの約３０〜約８０重量％が、第２の組成物から結晶化によって除去されてよい。
【０１１１】
リチウム含有材料は、変更することができ、適切なリチウム含有材料の選択は、当業者が行うことができる。例えばリチウム含有材料は、リチウム含有鉱、リチウム含有化合物、またはリサイクルされた工業用リチウム含有物であってよい。
【０１１２】
例えば、リチウム含有鉱は、α−リシア輝石、β−リシア輝石、レピドライト、ペグマタイト、ペタライト、ユークリプタイト、アンブリゴナイト、ヘクトライト、スメクタイト、ジャダライト、クレイ、またはこれらの混合物を含んでいてよく、それらから本質的になるものであってよく、またはそれらからなるものであってよい。例えば、リチウム含有鉱は、β−リシア輝石またはジャダライトを含んでいてよく、それらから本質的になるものであってよく、またはそれらからなるものであってよい。例えば、リチウム含有鉱は、β−リシア輝石を含んでいてよく、それから本質的になるものであってよく、またはそれからなるものであってよい。
【０１１３】
例えば、リチウム含有化合物は、塩化リチウム、硫酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、フッ化リチウム、ステアリン酸リチウム、クエン酸リチウム、またはこれらの混合物を含んでいてよく、それらから本質的になるものであってよく、またはそれらからなるものであってよい。
【０１１４】
例えば、リサイクルされた工業用リチウム含有物は、リチウム含有バッテリー、その他のリチウム製品、またはそれらの派生品とすることができる。
【０１１５】
リチウム化合物を含む水性組成物を得る条件は、変更してもよく、適切な条件の選択は、当業者が自らの共通の一般知識に照らしてかつ本開示を参照しながら行うことができる。例えば、酸焙焼済みリチウム含有材料を浸出させる工程を含むプロセスは、その内容が参照により組み込まれる「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１３／１５９１９４号パンフレットに開示されている。
【０１１６】
例えば、本開示の方法において、硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を水で浸出させて、リチウム化合物を含む水性組成物を得ることができる。
【０１１７】
例えば、焙焼し浸出させる工程は、単一装置で行うことができる。例えば、焙焼工程を第１の装置で行い、浸出工程を第２の装置で行ってよい。当業者なら、焙焼用に第１の装置を使用しかつ浸出用に第２の装置を使用することにより、例えば、リチウム化合物を含む水性組成物の濃度の有用な制御をもたらし得ることが理解されよう。リチウム含有材料と、硫酸水素リチウムを含む水性組成物との混合は、第１の装置でまたは別の装置で行ってよい。
【０１１８】
当業者なら、本開示のリチウム含有材料からリチウムを抽出するための方法において、例えばリチウム化合物を含む水性組成物を得るのに適した条件下で浸出され得る不純物を、リチウム含有材料中に見出し得ることが理解されよう。したがって、リチウム含有材料からリチウムを抽出するための方法は、方法からそのように得られたリチウム化合物を含む水性組成物の精製を、さらに含むことができる。適切な精製条件の選択は、当業者が自らの共通の一般知識に照らしてかつ本開示を参照しながら行うことができる。例えば、リチウム化合物を含む水性組成物の精製を含むプロセスは、その内容が参照により組み込まれる「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１３／１５９１９４号パンフレットに開示されている。
【０１１９】
例えば、本開示のリチウム含有材料からリチウムを抽出するための方法において、リチウム含有材料は、浸出可能な金属または非金属不純物をさらに含む可能性があり、リチウム化合物を含む水性組成物は、浸出可能な金属不純物の少なくとも一部を、リチウム化合物を含む水性組成物から除去するのに適した条件下で、さらに処理されてよい。本明細書で使用される「浸出可能な金属不純物」という用語は、リチウム含有材料中に存在し、かつ本開示の方法でリチウム化合物を含む水性組成物を得るのに適した条件下でリチウムと共に同時浸出することができる、リチウム以外の金属を指す。
【０１２０】
本明細書で使用される「浸出可能な非金属不純物」という用語は、リチウム含有材料中に存在し、かつ本開示の方法でリチウム化合物を含む水性組成物を得るのに適した条件下でリチウムと共に同時浸出され得る、非金属化合物を指す。
【０１２１】
例えば、浸出可能な金属不純物は、Ａｌ３＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｃｒ２＋、Ｃｒ３＋、Ｃｒ６＋、Ｍｎ２＋、およびこれらの混合物から選択される金属イオンをさらに含む水性組成物が得られるように、例えば、リチウム化合物を含む水性組成物を得るのに適した条件下でリチウムと共に同時浸出することができる、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム、クロム、亜鉛、マンガン、またはこれらの混合物を含んでいてよい。
【０１２２】
例えば、「浸出可能な非金属不純物」という用語は、ケイ素または二酸化ケイ素などの半金属を含み得る。
【０１２３】
例えば、リチウム化合物を含む水性組成物は、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む水性組成物であってよい。例えば、リチウム化合物を含む水性組成物は、硫酸リチウムを含む水性組成物であってよい。
【０１２４】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む水性組成物中の、硫酸リチウムと硫酸水素リチウムとのモル比は、少なくとも約９：１であってよい。
【０１２５】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む水性組成物中の、硫酸リチウムと硫酸水素リチウムとのモル比は、少なくとも約１９：１であってよい。
【０１２６】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む水性組成物中の、硫酸リチウムと硫酸水素リチウムとのモル比は、少なくとも約９９：１であってよい。
【０１２７】
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：
本開示の方法によるリチウム含有材料からリチウムを抽出するための方法によって、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を得る工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換に適した条件下で電気膜プロセスに供する工程と
を含む方法をさらに含む。
【０１２８】
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの少なくとも部分的な変換のための条件は、変化させてもよく、適切な条件の選択は、当業者が自らの共通の一般知識に照らしてかつ本開示を参照しながら行うことができる。例えば、リチウム化合物を含む組成物を電気膜プロセスに供する工程を含む、水酸化リチウムを調製するための方法は、参照によりそのそれぞれの内容が組み込まれる「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１４／１３８９３３号パンフレット；「水酸化リチウムを調製するための方法およびシステム（Processes and systems for preparing lithium hydroxide）」という名称の、２０１４年１０月２３日に出願された国際特許出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＣＡ２０１４／０００７６９号パンフレット；および「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１３／１５９１９４号パンフレットに開示されている。
【０１２９】
例えば、電気膜プロセス間、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウム組成物のｐＨは、酸性であってよい。適切な酸性条件の選択は、当業者が自らの共通の一般知識に照らしてかつ本開示を参照しながら行うことができる。例えば、リチウム化合物を含む組成物を酸性条件下で電気膜プロセスに供する工程を含む、水酸化リチウムを調製するための方法は、参照によりそのそれぞれの内容が組み込まれる「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１４／１３８９３３号パンフレット、および「水酸化リチウムを調製するための方法およびシステム（Processes and systems for preparing lithium hydroxide）」という名称の、２０１４年１０月２３日に出願された国際特許出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＣＡ２０１４／０００７６９号パンフレットに開示されている。
【０１３０】
例えば、電気膜プロセスは、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、ｐＨを、約２〜約４の値に少なくとも実質的に維持してよい。
【０１３１】
例えば、電気膜プロセスは、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、ｐＨを、約２または約１の値に少なくとも実質的に維持してよい。
【０１３２】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの変換は、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウム組成物のｐＨが約０．１〜約２．０、約０．２〜約１．５、または約０．４〜約１．０の値となるまで行ってよい。
【０１３３】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムへの変換は、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウム組成物のｐＨが約０．５〜約０．７の値となるまで行ってよい。
【０１３４】
例えば、電気膜プロセスの間、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウム組成物のｐＨは、塩基性であってよい。適切な塩基性条件の選択は、当業者が自らの共通の一般知識に照らしてかつ本開示を参照しながら、行うことができる。例えば、リチウム化合物を含む組成物を、塩基性条件下で電気膜プロセスに供する工程を含む、水酸化リチウムを調製するための方法は、参照によりその内容が組み込まれる「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１３／１５９１９４号パンフレットに開示されている。
【０１３５】
例えば、電気膜プロセスは、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、供給組成物のｐＨを、少なくとも約１０〜約１２の値にしてよい。
【０１３６】
例えば、電気膜プロセスは、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、ｐＨを、約１０〜約１２の値に少なくとも実質的に維持してよい。
【０１３７】
例えば、電気膜プロセスは、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、ｐＨを、約１０．５〜約１２．５の値に少なくとも実質的に維持してよい。
【０１３８】
例えば、電気膜プロセスは、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、ｐＨを、約１１〜約１２の値に少なくとも実質的に維持してよい。
【０１３９】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス；３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセス；または２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスとの組合せを含んでいてよい。例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよい。例えば電気膜プロセスは、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよい。例えば電気膜プロセスは、２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスとの組合せを含むことができる。適切な電気膜プロセスの選択は、当業者が自らの共通の一般知識に照らしてかつ本開示を参照しながら行うことができる。
【０１４０】
例えば、リチウム化合物を含む組成物を、３区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスに供する工程を含む、水酸化リチウムを調製するための方法は、参照によりそのそれぞれの内容が組み込まれる「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１４／１３８９３３号パンフレット、および「水酸化リチウムを調製するための方法（Processes for preparing lithium hydroxide）」という名称のＰＣＴ出願国際公開第２０１３／１５９１９４号パンフレットに開示されている。
【０１４１】
例えば、リチウム化合物を含む組成物を、２区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスと３区画の単極式もしくは複極式膜電気分解プロセスとの組合せに供する工程を含む、水酸化リチウムを調製するための方法は、参照によりその内容が組み込まれる「水酸化リチウムを調製するための方法およびシステム（Processes and systems for preparing lithium hydroxide）」という名称の、２０１４年１０月２３日に出願された国際特許出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＣＡ２０１４／０００７６９号パンフレットに開示されている。
【０１４２】
したがって、本出願は、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／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、適切な条件下で２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスなどの電気膜プロセスに供し、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と；
硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、本出願の硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を調製するための方法における硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用する工程と
をさらに含む方法も含む。
【０１４３】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中の、硫酸水素リチウムと硫酸リチウムとのモル比は、少なくとも約３：２にであってよい。
【０１４４】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中の、硫酸水素リチウムと硫酸リチウムとのモル比は、少なくとも約９：１であってよい。
【０１４５】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中の、硫酸水素リチウムと硫酸リチウムとのモル比は、少なくとも約１９：１であってよい。
【０１４６】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中の、硫酸水素リチウムと硫酸リチウムとのモル比は、少なくとも約９９：１であってよい。
【０１４７】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中の、硫酸水素リチウムと硫酸リチウムとのモル比は、約３：２〜約９９：１であってよい。
【０１４８】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中の、硫酸水素リチウムと硫酸リチウムとのモル比は、約３：２〜約１９：１であってよい。
【０１４９】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物は、硫酸水素リチウムを含んでいてよく、方法は、硫酸水素リチウムの少なくとも一部を硫酸リチウムに変換するのに適した条件下、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物の一部に塩基を添加する工程をさらに含んでいてよい。当業者であれば、本開示の方法の循環から、硫酸水素リチウムおよび任意に硫酸リチウムを含む第２の水性組成物の一部をブリーディングする工程と、塩基を添加して硫酸水素リチウムの少なくとも一部を硫酸リチウムに変換する工程は、例えば、過剰な硫酸水素リチウムがこの方法で存在する場合には、ストックを再平衡させることが理解されよう。硫酸水素リチウムの少なくとも一部を硫酸リチウムに変換するのに適した条件の選択は、当業者が行うことができる。例えば、塩基は、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、および／または炭酸カルシウムを含んでいてよい。
【０１５０】
例えば、本開示の方法では、硫酸カルシウムを得ることもできる。例えば、硫酸水素リチウムを、硫酸カルシウム沈殿物に変換することができ、この沈殿物は、濾過を用いて最終的には精製することができる。
【０１５１】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、電圧は、約４Ｖ〜約５Ｖ、約３Ｖ〜約６Ｖ、約２Ｖ〜約８Ｖ、約２．５Ｖ〜約４Ｖの値に少なくとも実質的に維持されてよい。
【０１５２】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、電圧は、約４．５Ｖの値に少なくとも実質的に維持されてよい。
【０１５３】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、２区画の単極式または双極式膜電気分解プロセスの間、ＬｉＯＨ電流効率は、約３０〜約５０％、約３０〜約４０％、５０％〜約９５％、約５５％〜約９０％、または約６５％〜約８５％の値に少なくとも実質的に維持されてよい。
【０１５４】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、ＬｉＯＨ電流効率は、約７５％の値に少なくとも実質的に維持されてよい。
【０１５５】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物中のリチウム濃度は、溶液１リットル当たりリチウム約２０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約４０ｇ、溶液１リットル当たりリチウム約１０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約２０ｇ、溶液１リットル当たりリチウム約５ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約４０ｇ、または溶液１リットル当たりリチウム約１２ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約１８ｇの値に少なくとも実質的に維持され得る。
【０１５６】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物中のリチウム濃度は、溶液１リットル当たりリチウム約３０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約３３ｇの値に少なくとも実質的に維持され得る。
【０１５７】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中のリチウム濃度は、溶液１リットル当たりリチウム約１０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約２０ｇ、または溶液１リットル当たりリチウム約２０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約４０ｇの値に少なくとも実質的に維持され得る。
【０１５８】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物中のリチウム濃度は、溶液１リットル当たりリチウム約３０ｇ〜溶液１リットル当たりリチウム約３３ｇの値に少なくとも実質的に維持され得る。
【０１５９】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、水酸化リチウムは、約２Ｍ〜約７Ｍ、約２Ｍ〜約４Ｍ、約１．５Ｍ〜約４．５Ｍ、約１．５Ｍ〜約７．５Ｍ、または約２．５Ｍ〜約３．５Ｍの水酸化リチウム濃度に少なくとも実質的に維持されている水溶液中に生成し得る。
【０１６０】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、水酸化リチウムは、約３．０Ｍの水酸化リチウム濃度に少なくとも実質的に維持されている水溶液中に生成し得る。
【０１６１】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、水酸化リチウムは、約４０℃〜約１００℃、または約６０℃〜約１００℃、または約７５℃〜約９５℃の温度に少なくとも実質的に維持されている水溶液中に生成し得る。
【０１６２】
例えば、電気膜プロセスは、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスを含んでいてよく、２区画の単極式または複極式膜電気分解プロセスの間、水酸化リチウムは、約８０℃の温度に少なくとも実質的に維持されている水溶液中に生成し得る。
【０１６３】
本開示の方法は、例えばバッチ法として操作することができる。あるいは、本開示の方法は、半連続法または連続法として操作することができる。
【０１６４】
例えば、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、適切な条件下で２区画の単極式または複極膜電気分解プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得ることができ；次いで硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、例えば、本出願の硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を調製するための方法において使用することができ；次いでそのように調製された硫酸水素リチウム焙焼済みリチウム含有材料を、例えば、本出願のリチウム含有材料からリチウムを抽出するための方法において使用して、電気膜プロセスに供することができる硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第３の水性組成物を得ることができ；（以下同様）その結果、例えば半連続法または連続法として操作されるようになる。
【０１６５】
例えば、方法は、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物を、約３０〜約７０％、約３０〜約６０％、約４０〜約５５％、約４５〜約５５％、約４０〜約５０％、または約４５〜約６０％の変換率で、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムから水酸化リチウムに部分変換するのに適した条件下で電気膜プロセスに供して、硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を得る工程と；硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物を、リチウム含有材料と混合するための硫酸水素リチウムを含む水性組成物として使用して、混合物を得る工程とを含んでいてよい。
【０１６６】
そのような理論に拘泥するものではないが、出願人は、硫酸水素リチウムが、例えば本開示の組成物中に存在する場合、電気膜プロセスの間に緩衝剤として動作し得、それによって水酸化リチウムの調製を助けることができると考える。例えば、そのような緩衝剤は、水酸化リチウムを調製する際に電流効率を増大させる。
【０１６７】
第２の組成物から水を濃縮しかつ／または除去したとき（電気膜プロセス後）、硫酸リチウムを（硫酸リチウム一水和物の形で）実質的に選択的に沈殿させることが可能であり、硫酸リチウムの少なくとも一部を酸（硫酸）から分離することも可能であることが観察された。あるいは、硫酸リチウム無水物を実質的に選択的に沈殿させることが可能である。
【０１６８】
当業者なら、ｐＨ、温度、電流密度、電圧、電流効率、および濃度などであるがこれらに限定されない本開示の方法の１つまたは複数のパラメーターを、例えば当技術分野で公知の手段によってモニターできることが理解されよう。本開示の方法で特定のパラメーターをモニターするのに適した手段の選択は、当業者が行うことができる。そのようなパラメーターは、当業者が自らの共通の一般知識に照らしてかつ本開示を参照しながら、維持されかつ／または変化させることもできる。
【実施例】
【０１６９】
実施例１：硫酸水素ナトリウム焙焼試験
７つのβ−リシア輝石硫酸水素塩焙焼試験と、１つの標準酸焙焼試験を行った。試験の目的には、リシア輝石相転移が１０５０℃でのベーク中に生じることを確実にし；硫酸水素塩焙焼結果と比較するために試験データを収集し；かつ硫酸水素塩ベーク試験結果に対する温度および／またはＮａＨＳＯ４濃度の影響を研究することが含まれた。
【０１７０】
硫酸化用の反応パルプを、β−リシア輝石と、β−リシア輝石中のリチウムの量に対する化学量論的要件よりも３０、５０、または１００％過剰な所望の硫酸塩剤とを混合することによって、調製した。
【０１７１】
次いで酸性混合物を、マッフル炉内で、標準条件下、炉内温度２５０℃または３００℃で、目標温度で３０分のベーク時間、合計１．５〜２時間のベーク時間を使用してベークした。次いで焙焼済みβ−リシア輝石を、水浸出に供して、Ｌｉ変換の程度を決定した。様々なパラメーターを使用した試験に関する、硫酸水素塩および酸焙焼試験結果を、表１にまとめる。
【０１７２】
【表１】
2018528150.tif 000003
【０１７３】
表１では、試薬として添加されたアルカリと、β−リシア輝石から抽出されかつ硫酸リチウムおよび硫酸ナトリウム混合物に変換されるリチウムとを、より良く識別するための試薬として、硫酸水素ナトリウムを使用した。
【０１７４】
表１に報告された硫酸水素塩の水浸出試験および酸焙焼試験は、硫酸および硫酸水素ナトリウム溶液の混合物を、焙焼プロセスにおける硫酸塩試薬として使用した場合、９７．４％の最高Ｌｉ抽出％が、硫酸水素塩焙焼試験Ｔ７で実現されたことを示した。
【０１７５】
硫酸水素塩焙焼試験Ｔ６における９４．３％のＬｉ抽出は、１００％の化学量論的過剰状態で単独硫酸塩試薬として硫酸水素塩を使用することにより実現された。
【０１７６】
実施例２：硫酸水素リチウム／硫酸水素ナトリウム焙焼試験
研究は、実施例１で記述された手順を使用して、ＬｉＨＳＯ４、ＮａＨＳＯ４、およびＨ２ＳＯ４の混合物を硫酸塩試薬として使用して実施した。次いで酸性混合物を、マッフル炉内で、標準条件下、７０℃の溶液、２５０℃〜３００℃の炉内温度を使用して、目標温度で３０〜６０分のベーク時間、合計で１．５〜２．５時間のベーク時間でベークした。次いで焙焼済みβ−リシア輝石を、水浸出に供して、Ｌｉ変換の程度を決定した。様々なパラメーターを使用した試験に関する、硫酸水素塩試験結果を、表２にまとめる。
【０１７７】
【表２】
2018528150.tif 000004
【０１７８】
表２の抽出値は、水浸出残渣および初期供給物中のＬｉ含量に対して計算される。上記結果から、Ｌｉ抽出は、使用した酸の量と共に増大したことが明らかである。表２では、アルファ−リシア輝石鉱抽出から得られた典型的なベータ−リシア輝石濃縮物からのアルカリ抽出中に得られると考えられる第１の組成物をシミュレートするために、硫酸水素ナトリウムを、１５％の質量比で硫酸水素リチウムに添加した。
【０１７９】
実施例３：第１の組成物からアルカリ水酸化物への生成試験の、累積電流効率対電荷通過変換率
いくつかの試験が行われており、それらは、ＬｉＯＨを生成するための２区画膜電気分解セルの使用に関するＰＣＴ／ＣＡ２０１４／０００７６９号パンフレット（その全体が参照により本明細書に組み込まれる。）に記載されている。ＰＣＴ／ＣＡ２０１４／０００７６９号パンフレットで図３Ａ〜Ｄ；図４Ａ〜Ｄ；および図５Ａ〜Ｄに示されている試験は累積されており、それを本開示の図２に示す。したがって、本開示の図２および図３に示される試験のパラメーターは、ＰＣＴ／ＣＡ２０１４／０００７６９号パンフレットで行われた試験と同一である。本開示の図２では、４ｋＡ／ｍ２に関する結果は、３ｋＡ／ｍ２および５ｋＡ／ｍ２に関して得られた結果と比べた場合、予測された（電流効率に関して）よりも低いことがわかる。４ｋＡ／ｍ２に関するこれらの結果は、おそらくは試験中の技術的な不具合に起因する。しかし本開示の図３からわかるように（図２の場合と同じパラメーターで行われた別の試験）、４ｋＡ／ｍ２に関する結果は、３ｋＡ／ｍ２および５ｋＡ／ｍ２の場合と一致するようである。本開示の図２および図３に示されるこれらの結果に基づいて、本開示の一実施形態は、硫酸リチウムから水酸化リチウムへの変換を、約３０〜約６０％、約４０〜約６０％、約４０〜約５０％、約４０〜約５５％、または約４５〜約５５％の変換率で実施し、次いでリチウム含有材料と混合するために、硫酸水素リチウムを含む水性組成物として硫酸水素リチウムを含む残りの組成物（第２の水性組成物）を使用し、焙焼されることになる混合物を得ることとすることができる。
【０１８０】
実施例４：電気化学的に発生させた硫酸水素カチオンによる硫酸水素リチウム／硫酸水素ナトリウム焙焼試験
研究は、実施例１で記述した手順を使用して、硫酸塩試薬としてＬｉＨＳＯ４、ＮａＨＳＯ４、およびＨ２ＳＯ４の混合物を使用して実施した。次いで酸性混合物を、マッフル炉内で、標準条件下、２５０℃の炉内温度を使用して、目標温度で３０分のベーク時間、および合計で１．５〜２．７５時間のベーク時間でベークした。次いで焙焼済みβ−リシア輝石を水浸出に供して、Ｌｉ変換の程度を決定した。様々なパラメーターを使用した試験に関する、硫酸水素塩試験結果を、表３にまとめる。
【０１８１】
【表３】
2018528150.tif 000005
【０１８２】
表３の抽出値は、水浸出残渣および初期供給物中のＬｉ含量に対して計算される。上記結果から、実施例２で得られたＬｉ抽出結果と比較すると、電気化学的に発生した硫酸は、必要とされる硫酸の過剰率を比例的に低減させることが明らかである。
【０１８３】
実施例５：プロセス溶液からの水および硫酸リチウムの除去
電気膜プロセスから得られると考えられる第２の組成物をシミュレートする様々な酸性混合物をベースにした、焙焼試験キャンペーンに続き、リチウム含有材料と混合する前に前述の組成物から可能な限り多くの水を除去するために、さらなる試験を行った。
【０１８４】
混合物を加熱する場合、蒸発によって、水を選択的に除去する。そこから水が除去される混合物が、約１１８℃の沸騰温度に到達すると、沈殿物が形成されることが観察された。図５および図６は、このプロセスから回収された、沈殿した結晶のＸＲＤ解析である。図５は、試験０７Ａから回収された沈殿物の解析から得られる。図５は、沈殿物が約１２５℃〜１３０℃よりも低い温度で形成された場合、その化学組成は本質的に硫酸リチウム一水和物であることを示す。したがって、硫酸リチウム一水和物は、実質的に選択的に沈殿しかつ／または実質的に選択的に形成される。図６は、試験０４から回収された沈殿物の解析から得られる。沈殿が少なくとも約１２５℃〜１３０℃の温度で行われた場合、沈殿物の少なくとも一部は脱水され、それによって硫酸リチウム無水物が形成されることを示す。そのような加熱の継続は、硫酸リチウム無水物の実質的な沈殿および／または形成をもたらすことができる。
【０１８５】
水溶液中の実質的に純粋な硫酸リチウムの、予測される挙動に反して、濃縮された酸性混合物が冷却された場合、硫酸リチウム一水和物の回収は劇的に増大することも観察された。２つの独立した実験室で発生したデータを提示する、表５および表６に示されるように、例えば溶液が冷却される温度に応じて、硫酸リチウムの約３５％〜約８０％を硫酸リチウム一水和物として分離することができる。図７は、表５のデータに基づき、質量ベースで、大気圧下で除去された水の関数として、分離工程での硫酸リチウム回収効率を示す。この図から、および表５の最終沸騰温度から、硫酸リチウムのほとんどが、その一水和物の形で１３０℃よりも低い温度で沈殿することが明らかである。
【０１８６】
酸性硫酸リチウム水溶液に関する非常に少ない文献からは予想されることのないこの現象は、本開示の文脈において操作上の利点を示すことがわかる。事実、電気膜プロセスに直接リサイクルすることができ、これはリチウム含有材料から得られる主流への、この非常に高い純度のまたは実質的に純粋な原材料の添加から、利益が得られるものである。
【０１８７】
これらの試験から、試験０７Ａから得られた第２の組成物（組成物Ａ）は、リチウム含有材料の焙焼に関して試験されるべきことが決定された。
【０１８８】
この組成物に基づき、より多くの水を除去するために第２の蒸発工程を試験した（０７Ｂ）。試験０７Ａは、約２００℃の沸騰温度に到達するまでさらに蒸発させた（組成物Ｂ）。
【０１８９】
【表４】
2018528150.tif 000006
【０１９０】
【表５】
2018528150.tif 000007
【０１９１】
当業者なら、種々の温度での硫酸リチウムの回収に伴うエネルギーコストに関し、除去される水、電気膜プロセスでリサイクルされるリチウム、および下流の焙焼プロセスの効率の間にトレードオフがあることが理解されよう。例えば、ある条件下では、加熱に関するコストが著しく高くなる可能性があり、したがって、可能な限り多くの熱を回収することができるようにするために、濾過をより高い温度で有利に実施することになる。しかし、エネルギーコストが許容されると、より高いパーセンテージの硫酸リチウムを沈殿させるために、より低い温度で固液温度を実施することが可能になる。
【０１９２】
実施例６：処理済み副生成物による焙焼試験
研究は、実施例１で記述された手順を使用して、硫酸塩試薬として実施例５で決定された組成物Ａおよび組成物Ｂを使用して実施した。次いで酸性混合物を、マッフル炉内で、標準条件下、２５０℃の炉内温度を使用して、目標温度で３０分のベーク時間でベークした。次いで焙焼済みβ−リシア輝石を水浸出に供して、Ｌｉ変換の程度を決定した。様々な組成物および化学量論的過剰率を使用した試験に関し、焙焼試験結果を表７にまとめる。
【０１９３】
【表６】
2018528150.tif 000008
【０１９４】
表７の抽出値は、水浸出残渣および初期供給物中のＬｉ含量に対して計算される。
【０１９５】
上記結果から、実施例２および４で得られたＬｉ抽出結果と比較すると、組成物Ａは、類似の性能を示すがそれと共に実施例５で述べたように硫酸リチウムを電気膜プロセスに直接リサイクルするという利益を有することが明らかである。
【０１９６】
上記結果から、実施例２および４で得られたＬｉ抽出結果と比較すると、組成物Ｂは、より良好な性能を示すがそれと共に実施例５で述べたように硫酸リチウムを電気膜プロセスに直接リサイクルするという利益を有することが明らかである。
【０１９７】
実施例６：水素減極アノード（ＨＤＡ）で行われた試験
図９は、両方のタイプのアノード間の電圧差も含め、ＤＳＡ−Ｏ２アノードおよびＨＤＡアノードのセル電圧を様々な電流密度で時間の関数として示すプロットである。開回路電圧（ＯＣＶ）および２００ｍＡ／ｃｍ２で、電圧差は１Ｖに近い。差は、電流密度が増大するにつれて減少し、これはおそらくは、ＨＤＡセル構成のＭＥＡアセンブリの最適ではない設計による追加の抵抗性電圧の損失に起因する（そのような理論に拘泥するものではないが）。
【０１９８】
熱力学的半電池電位の差は、必要とされるセル電圧に１．２３Ｖの節約をもたらし得る（より大きい節約は、２つの反応の異なる動態により実現され得る−より大きい節約は、水素酸化反応でのより低い動態過電圧に起因して実現され得ると言うこともできる）。さらに、カソードで生成される水素は、元のアノードにリサイクルすることができ、水素減極アノード（ＨＤＡ）の組込みにより、ＤＳＡ−Ｏ２アノードの使用が除外される。
ＤＳＡ−Ｏ２アノード反応：
２Ｈ２Ｏ（ｌ）    Ｏ２（ｇ）＋４Ｈ＋（ａｑ）＋４ｅ−      Ｅ０＝１．２３Ｖ
ＨＤＡアノード反応：
Ｈ２（ｇ）    ２Ｈ＋（ａｑ）＋２ｅ−      Ｅ０＝０．００Ｖ
【０１９９】
これらのシステムに関する典型的な配置構成を図８に示すが、水素ガスが、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の後方第３の区画に供給され、水素酸化が白金の表面に生じ、プロトンが膜を経て（ＭＥＡの一部として）硫酸リチウム電解質中に拡散する。このシステムは、ＳＳカソード／２  Ｍ  ＬｉＯＨ／Ｎ３２４／Ｌｉ２ＳＯ４／ＭＥＡ／Ｈ２／Ｐｔ集電体を有していた。
【０２００】
ＤＳＡ−Ｏ２配置構成は、参照によりその内容が組み込まれている「Processes and systems for preparing lithium hydroxide（水酸化リチウムを調製するためのプロセスおよびシステム）」という名称のＰＣＴ出願  国際公開第２０１５／０５８２８８号パンフレットの図２に示される、膜電気分解セルに類似していた。
【０２０１】
図１０は、ＨＤＡアノードとの比較も含め、様々な電流密度で時間の関数として、Ｈ２流を供給した状態のセル構成に関するＤＳＡ−Ｏ２アノードおよびＰｔメッシュアノードのセル電圧を示すプロットである。Ｈ２バブリングの供給がある、およびない状態でのＰｔメッシュは、ＤＳＡ−Ｏ２と同じ電圧を有していた。他の試験および実験は、そのような構成で実施されることになる。
【０２０２】
図１１は、ＨＤＡアノードとの比較も含め、様々な電流密度で時間の関数として、アノードの背面からのＨ２流がある状態でのセル構成に関するＤＳＡ−Ｏ２アノードおよびＰｔアノードのセル電圧を示すプロットである。Ｐｔアノードは、ＤＳＡ−Ｏ２と同じ電圧を有していた。他の試験および実験は、そのような構成で実施されることになる。
【０２０３】
全ての刊行物、特許、および特許出願は、個々の刊行物、特許、または特許出願のそれぞれが、参照によりその全体が特別にかつ個別に組み込まれることが示されるかのように同程度まで、その全体を参照により本明細書に組み込む。本開示における用語が、参照により本明細書に組み込まれる文書で異なって定義されることが見出された場合、本明細書に提示された定義が、その用語に関する定義としての役割をするものとする。
【符号の説明】
【０２０４】
１０  方法
１２  リチウム含有材料
１４  酸焙焼および浸出工程
１６  硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第１の水性組成物
１８  精製
２０  電気膜プロセス
２２  水酸化リチウム
２４  硫酸リチウムおよび／または硫酸水素リチウムを含む第２の水性組成物
１１０  方法
１１２  リチウム含有材料
１１４  酸焙焼および浸出工程
１１６  硫酸リチウムを含む第１の水性組成物
１１８  精製
１２０  電気膜プロセス
１２２  水酸化リチウム
１２４  硫酸リチウムを含む第２の水性組成物
１２６  分離工程
１２８  硫酸リチウム
１３０  酸性組成物
【図１】
2018528150.tif 000009
【図２】
2018528150.tif 000010
【図３】
2018528150.tif 000011
【図４】
2018528150.tif 000012
【図５】
2018528150.tif 000013
【図６】
2018528150.tif 000014
【図７】
2018528150.tif 000015
【図８】
2018528150.tif 000016
【図９】
2018528150.tif 000017
【図１０】
2018528150.tif 000018
【図１１】
2018528150.tif 000019
【国際調査報告】
2018528150.tif 000020
2018528150.tif 000021
2018528150.tif 000022
2018528150.tif 000023
2018528150.tif 000024
2018528150.tif 000025
2018528150.tif 000026