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JP2775412B2 - Lithium isotope separating agent - Google Patents
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JP2775412B2 - Lithium isotope separating agent - Google Patents

Lithium isotope separating agent

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JP2775412B2
JP2775412B2 JP7267584A JP26758495A JP2775412B2 JP 2775412 B2 JP2775412 B2 JP 2775412B2 JP 7267584 A JP7267584 A JP 7267584A JP 26758495 A JP26758495 A JP 26758495A JP 2775412 B2 JP2775412 B2 JP 2775412B2
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lithium
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separation
adsorption
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博文 加納
晃成 苑田
洋二 槙田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は新規なリチウム同位体分
離剤に関するものである。更に詳しく言えば本発明はリ
チウム同位体の分離性能に優れた層状のリン酸チタン及
びその加熱処理物からなるリチウム同位体分離剤に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel lithium isotope separating agent. More specifically, the present invention relates to a layered titanium phosphate having excellent lithium isotope separation performance and a lithium isotope separating agent comprising a heat-treated product thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、リチウムは、例えばセラミック
ス、グリース、空調用冷媒、医薬品、電池等の原料とし
て使用されており、また将来は、アルミニウム合金材料
などに用いられる重要な物質として注目されている。こ
れらはいずれも原子量6及び7のリチウム同位体の混合
物がその原料として用いられているが、それぞれ単一の
原子量のものに分離されたリチウムは原子力分野におい
て有用であり、例えば原子量6のリチウムは核融合炉用
の原料として、原子量7のリチウムは、原子力発電にお
ける中性子捕捉剤として注目されている。このため、混
合溶液からのリチウム同位体の相互分離技術の確立が強
く要望されている。
2. Description of the Related Art In recent years, lithium has been used as a raw material for, for example, ceramics, grease, refrigerants for air conditioning, pharmaceuticals, batteries, and the like. In the future, lithium is attracting attention as an important substance used for aluminum alloy materials and the like. . In each of these, a mixture of lithium isotopes having an atomic weight of 6 and 7 is used as a raw material. However, lithium separated into each having a single atomic weight is useful in the field of nuclear power. As a raw material for a nuclear fusion reactor, lithium having an atomic weight of 7 has attracted attention as a neutron scavenger in nuclear power generation. For this reason, there is a strong demand for establishing a technique for mutually separating lithium isotopes from a mixed solution.

【0003】従来、リチウム同位体の分離方法として
は、例えばアマルガム法、溶融塩法、蒸留法、吸着法な
どが知られている。アマルガム法は、リチウムを水銀ア
マルガムとして電解することによって同位体を分離する
方法であるが、水銀を用いることから環境衛生上、大き
な問題がある。溶融塩法はリチウム化合物を加熱して溶
融状態にし、電気泳動を行って同位体を分離する方法で
あるが、加熱に高いエネルギーを要し、また装置が複雑
であるため分離コストが高くつくのを免れないという欠
点がある。蒸留法はリチウム金属やリチウム化合物を蒸
発させ同位体を分離する方法であるが、原材料が高価で
あることや高温にする必要があることから、やはり分離
コストが高くなるという欠点がある。
Conventionally, as a method for separating lithium isotopes, for example, an amalgam method, a molten salt method, a distillation method, an adsorption method and the like are known. The amalgam method is a method in which isotopes are separated by electrolyzing lithium as mercury amalgam. However, since mercury is used, there is a major problem in environmental health. The molten salt method is a method of heating a lithium compound to a molten state and performing electrophoresis to separate isotopes.However, heating requires high energy and the equipment is complicated, so the separation cost is high. There is a drawback that you can not escape. The distillation method is a method of separating isotopes by evaporating lithium metal or a lithium compound, but has the disadvantage that the cost of separation is also high because the raw materials are expensive and high temperatures are required.

【0004】これらの方法に対し、吸着法はイオン交換
反応など溶液から固相への吸着反応を利用して同位体を
分離する方法であり、常温で操作でき、かつ、装置が簡
単であるため、分離方法として適当な方法であるが、同
位体分離を行うためには、分離性能の高い吸着剤を使用
しなければならない。リチウム同位体の分離剤として
は、従来強酸性イオン交換樹脂やゼオライトが知られて
いる。しかしながら、強酸性イオン交換樹脂はLiと
Liとの分離係数が1.002と低いため、リチウム
同位体の完全な分離を行うためには、大量の樹脂を用
い、かつ分離処理を精密に行う必要があるなどの問題を
有しており、一方、ゼオライトは該分離係数が1.00
4〜1.006と比較的高いものの、水溶液中で不安定
であるという欠点を有している。
[0004] In contrast to these methods, the adsorption method is a method of separating isotopes by utilizing an adsorption reaction from a solution to a solid phase such as an ion exchange reaction, which can be operated at room temperature and has a simple apparatus. Although it is a suitable method as a separation method, an adsorbent having high separation performance must be used in order to perform isotope separation. As a lithium isotope separating agent, a strongly acidic ion exchange resin or zeolite is conventionally known. However, the strong acid ion exchange resin is 6 Li
Since the separation coefficient with 7Li is as low as 1.002, there is a problem that it is necessary to use a large amount of resin and perform the separation treatment precisely in order to completely separate the lithium isotope. On the other hand, zeolite has a separation factor of 1.00.
Although relatively high at 4 to 1.006, it has the disadvantage of being unstable in aqueous solution.

【0005】また、有機クリプタンド樹脂を用いるリチ
ウム同位体の分離方法についても報告されているが、こ
の方法においては、樹脂の製造コストが高くつく上、分
離効率が十分ではないという欠点がある。
A method for separating lithium isotopes using an organic cryptand resin has also been reported. However, this method has disadvantages in that the production cost of the resin is high and the separation efficiency is not sufficient.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】化学交換法によるリチ
ウム同位体の分離においては、分離効率が高く、かつ水
溶液中で安定な分離剤が必要である。この問題が解決で
きれば効率的かつ経済的なリチウム同位体分離プロセス
を構築することができる。
In the separation of lithium isotopes by a chemical exchange method, a separating agent having high separation efficiency and being stable in an aqueous solution is required. If this problem can be solved, an efficient and economical lithium isotope separation process can be constructed.

【0007】本発明は、このような要件を満足しうるリ
チウム同位体分離剤を提供することを目的としてなされ
たものである。
The object of the present invention is to provide a lithium isotope separating agent satisfying such requirements.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、層状リン酸チ
タン1水和物またはその加熱処理物がリチウム同位体に
対して高い分離効率を示すことを見いだし、この知見に
基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、本発明
は効率的かつ経済的にリチウム同位体を分離するための
分離剤を提供するものである。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, the layered titanium phosphate monohydrate or its heat-treated product has a high content of lithium isotope. The present inventors have found that the present invention exhibits a separation efficiency, and have completed the present invention based on this finding. That is, the present invention provides a separating agent for efficiently and economically separating lithium isotopes.

【0009】本発明分離剤である層状のリン酸チタン
水和物は、無定形のリン酸チタンを10M以上のリン酸
溶液中で2〜3日還流して合成される。化学式はTi
(HPO・HOで表され、層間隔は7.6オン
グストロームである。該物質は、層間にイオン交換基を
持ち、溶液中のイオンを吸着することができる。また、
該物質を400℃に加熱処理すると水和水が失われ、層
間隔が7.4オングストロームまで小さくなる。更に高
温に加熱するとα型TiPに変化する。これら加
熱試料もまたイオン吸着性能を示すが、イオンに対する
選択性は非加熱試料とは異なる。特に400℃加熱処理
試料はナトリウムイオンに対し高い選択性を有すること
が特徴となっている。
Layered titanium phosphate 1 as the separating agent of the present invention
Hydrates are synthesized by refluxing amorphous titanium phosphate in a 10 M or more phosphoric acid solution for 2-3 days. The chemical formula is Ti
It is represented by (HPO 4 ) 2 .H 2 O, and the layer interval is 7.6 Å. The substance has an ion-exchange group between layers and can adsorb ions in a solution. Also,
Heat treatment of the material to 400 ° C. results in the loss of water of hydration, reducing the layer spacing to 7.4 angstroms. Further heating to a high temperature changes to α-type TiP 2 O 7 . These heated samples also exhibit ion adsorption performance, but selectivity for ions is different from unheated samples. In particular, the sample heated at 400 ° C. is characterized by having high selectivity for sodium ions.

【0010】層状リン酸チタン1水和物及び加熱処理物
はリチウム選択吸着性はないものの、リチウムが吸着す
る際の脱水和のエネルギーがLiとLiで異なるこ
とや吸着エネルギーがLiとLiで異なることを利
用して高効率でリチウム同位体を分離することができ
る。これらの試料は、通常粉末状のものであるが、それ
をそのままリチウム同位体分離剤として用いてもよい
し、粉末を造粒し、粒状体として用いてもよく、あるい
は繊維状または膜状に成形してもよい。
[0010] Although the layered titanium phosphate monohydrate and heat treatment product is a lithium selective adsorptivity is not a different or adsorption energy is 6 Li energy of dehydration is at 6 Li and 7 Li when lithium is adsorbed by utilizing the fact that different 7 Li can be separated lithium isotopes with high efficiency. These samples are usually in the form of a powder, but may be used as it is as a lithium isotope separating agent, or may be granulated and used as a granular material, or may be used as a fibrous or film-like material. It may be molded.

【0011】このような層状リン酸チタンあるいはその
加熱処理物からなるリチウム同位体分離剤を用いてリチ
ウム同位体を分離するには、リチウム同位体を含有する
混合溶液中に、該分離剤を加え、リチウムの吸着処理を
行う工程を繰り返し行えばよい。自然に安定に存在する
LiとLiのうち、該分離剤により強く吸着される
Liは段階的に固相中に移行し、一方溶液中のLi
の割合は段階的に高くなり、、相互分離が完成する。
In order to separate a lithium isotope using a lithium isotope separating agent comprising such a layered titanium phosphate or a heat-treated product thereof, the separating agent is added to a mixed solution containing the lithium isotope. And the step of performing the lithium adsorption treatment may be repeated. Naturally stable
Of 6 Li and 7 Li, strongly adsorbed by the separating agent
6 Li gradually migrates into the solid phase, while 7 Li in solution
Is gradually increased, and the mutual separation is completed.

【0012】一般的には粒状に成形した該分離剤を充填
したクロマトグラフィー用カラムを作成して分離を行う
方法が用いられる。すなわち、該カラム中にリチウム同
位体を含有する混合溶液を一定量流すことによってリチ
ウム吸着帯を形成し、次いで溶離液を該カラムの上部よ
り流し続けることによってリチウム吸着帯を移動させて
同位体の分離を行う。この際、溶離液としては通常、中
性ないし酸性の水溶液が用いられる。この方法により、
該分離剤により強く吸着するLiを後端側により弱く
吸着するLiを前端側に濃縮させることができる。こ
のような吸着−溶離による同位体の分離処理は、繊維状
あるいは膜状の分離剤を用いて行うこともできる。
In general, there is used a method of preparing a chromatography column filled with the separating agent formed into a granular form and performing separation. That is, a lithium adsorption band is formed by flowing a fixed amount of a mixed solution containing a lithium isotope into the column, and then the lithium adsorption band is moved by continuously flowing an eluent from the upper portion of the column to move the lithium adsorption band, thereby forming an isotope. Perform separation. At this time, a neutral or acidic aqueous solution is usually used as the eluent. In this way,
The 7 Li to adsorb weakly by rear side 6 Li to strongly adsorbed by the separating agent can be concentrated on the front end side. Such an isotope separation treatment by adsorption-elution can also be performed using a fibrous or membrane-like separating agent.

【0013】[0013]

【発明の効果】本発明のリチウム同位体分離剤を用いる
ことによって、リチウム同位体を含有する混合溶液から
LiとLiの分離を高効率にかつ経済的に行うこと
ができる。
By using the lithium isotope separating agent of the present invention, a mixed solution containing a lithium isotope can be obtained.
6 Li and 7 Li can be separated efficiently and economically.

【0014】[0014]

【実施例】次に、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらの例によってなんら限定される
ものではない。
Next, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0015】実施例1 層間隔7.64オングストロームの層状リン酸チタン
水和物0.14gを水酸化リチウムと塩化リチウムの混
合溶液(濃度はそれぞれ0.07Mと0.03M)8m
L中に浸漬し、25℃で1週間振とうした。振とう後の
リチウム吸着量は25.7mg/gであり、溶液中のリ
チウムの62%が吸着した。原液及び吸着後の上澄み液
中のLi/Li同位体モル比を表面電離型質量分析
装置で測定したところ、それぞれ12.53及び12.
63であった。
[0015] Example 1 layer spacing 7.64 Å layered titanium phosphate 1
0.14 g of hydrate is mixed with lithium hydroxide and lithium chloride (concentrations are 0.07M and 0.03M, respectively).
L and shaken at 25 ° C. for 1 week. The lithium adsorption after shaking was 25.7 mg / g, and 62% of the lithium in the solution was adsorbed. It was the stock solution and 7 Li / 6 Li isotopic molar ratio in the supernatant after the adsorption was measured by thermal ionization mass spectrometer, respectively 12.53 and 12.
63.

【0016】このことから、本発明の分離剤はイオン交
換樹脂やゼオライトに比べて、高い同位体分離性能を有
することは明らかである。
From the above, it is clear that the separating agent of the present invention has higher isotope separation performance than ion exchange resins and zeolites.

【0017】実施例2 層状リン酸チタン1水和物を400℃で4時間加熱処理
し、層間隔7.43オングストロームの試料を調製し
た。この試料0.14gを水酸化リチウムと塩化リチウ
ムの混合溶液(濃度はそれぞれ0.07Mと0.03
M)8mL中に浸漬し、25℃で1週間振とうした。振
とう後のリチウム吸着量は25.0mg/gであり、溶
液中のリチウムの59%が吸着した。原液及び吸着後の
上澄み液中のLi/Li同位体モル比を表面電離型
質量分析装置で測定したところ、それぞれ12.53及
び12.65であった。
Example 2 Layered titanium phosphate monohydrate was heated at 400 ° C. for 4 hours to prepare a sample having a layer interval of 7.43 Å. 0.14 g of this sample was mixed with a mixed solution of lithium hydroxide and lithium chloride (concentrations of 0.07 M and 0.03 M, respectively).
M) Immersion in 8 mL and shaking at 25 ° C. for 1 week. The lithium adsorption after shaking was 25.0 mg / g, and 59% of the lithium in the solution was adsorbed. Was the stock solution and 7 Li / 6 Li isotopic molar ratio in the supernatant after the adsorption was measured by thermal ionization mass spectrometer, it was respectively 12.53 and 12.65.

【0018】このことから、本発明の分離剤はイオン交
換樹脂やゼオライトに比べて、高い同位体分離性能を有
することは明らかである。
From the above, it is apparent that the separating agent of the present invention has higher isotope separation performance than ion exchange resins and zeolites.

【0019】比較例1 層間隔7.53オングストロームの層状リン酸ジルコニ
ウム0.14gを水酸化リチウムと塩化リチウムの混合
溶液(濃度はそれぞれ0.07Mと0.03M)8mL
中に浸漬し、25℃で1週間振とうした。振とう後のリ
チウム吸着量は28.5mg/gであり、溶液中のリチ
ウムの68%が吸着した。原液及び吸着後の上澄み液中
Li/Li同位体モル比を表面電離型質量分析装
置で測定したところ、それぞれ12.53及び12.5
5であった。分離係数Sを式
Comparative Example 1 0.14 g of layered zirconium phosphate having a layer spacing of 7.53 Å was mixed with 8 mL of a mixed solution of lithium hydroxide and lithium chloride (concentrations of 0.07 M and 0.03 M, respectively).
And shaken at 25 ° C. for 1 week. The lithium adsorption after shaking was 28.5 mg / g, and 68% of the lithium in the solution was adsorbed. It was the stock solution and 7 Li / 6 Li isotopic molar ratio in the supernatant after the adsorption was measured by thermal ionization mass spectrometer, respectively 12.53 and 12.5
It was 5. Separation coefficient S is calculated by the formula

【数1】[ただし、は吸着実験後の溶液中の同位体比、
αは原液中の同位体比、Cは吸着実験後の溶液のリチ
ウム濃度、Cは原液のリチウム濃度である]に従って
計算したところ1.002であった。
Where isotope ratio in the solution after the adsorption experiment,
α 0 is the isotope ratio in the stock solution, C is the lithium concentration of the solution after the adsorption experiment, and C 0 is the lithium concentration of the stock solution].

【0016】このことから、本発明の分離剤は同じ層状
構造を有しながら層状リン酸チタンやその加熱処理物に
比べて、同位体分離性能をほとんど示さないことは明ら
かである。
From the above, it is apparent that the separating agent of the present invention has almost the same isotope separation performance as the layered titanium phosphate or its heat-treated product while having the same layered structure.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 苑田 晃成 香川県高松市林町2217番14号 工業技術 院四国工業技術研究所内 (72)発明者 槙田 洋二 香川県高松市林町2217番14号 工業技術 院四国工業技術研究所内 (56)参考文献 中華人民共和国特許公報特許出願公開 1090217(CN,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 59/26 - 59/30 WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Akinari Sonoda 2217-14 Hayashi-cho, Takamatsu-shi, Kagawa Pref. Institute of Industrial Technology, Shikoku Institute of Industrial Technology (56) References Patent Publication of the People's Republic of China Patent Application Publication 1090217 (CN, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B01D 59/26-59 / 30 WPI (DIALOG)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 層状リン酸チタン1水和物またはその加
熱処理物からなるリチウム同位体分離剤
1. A lithium isotope separating agent comprising lamellar titanium phosphate monohydrate or a heat-treated product thereof.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1090217A (en) 1993-01-18 1994-08-03 中国科学院青海盐湖研究所 Method with separating Li isotope with titanium hydrogen diphosphate

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CN1090217A (en) 1993-01-18 1994-08-03 中国科学院青海盐湖研究所 Method with separating Li isotope with titanium hydrogen diphosphate

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