DE102009016179B4

DE102009016179B4 - Herstellungsverfahren für Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien, sowie Walz-und Granuliervor richtung zur Herstellung von Lithiumkeramikkügelchen

Info

Publication number: DE102009016179B4
Application number: DE200910016179
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Hoshino; Kimio Hayashi; Mutsumi Mito-shi Nakamura; Tadahiro Mito-shi Nemoto; Katsuyoshi Mito-shi Tatenuma
Original assignee: KAKEN Inc; Kaken Incorporated Ibaraki; Japan Atomic Energy Agency
Current assignee: KAKEN Inc; Kaken Incorporated Ibaraki; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-04-04
Also published as: DE102009016179A1; JP2009249216A; JP5354148B2

Abstract

Herstellungsverfahren von Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien, das Vorgänge umfasst, in denen einzelne mit Lithiumverbindungen vermischte Pulverkörper durch Vermischen feiner H₂TiO₃-, H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- und Al(OH)₃-Teilchen einzeln mit feinen Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, gebildet und jene Mischpulverkörper dann erhitzt werden, und danach wird Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) und Lithiumaluminat (LiAlO₂) als Pulver zur Herstellung von Granulatbasismaterialien gebildet.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pulver, das für die Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien verwendet wird, und eine Walz- und Granuliervorrichtung, die zur Herstellung von Lithiumkeramikkügelchen dient.
[Technischer Hintergrund]
Zurzeit wird das Herstellungsverfahren zur Reproduktion von Kügelchen, bei welchem gebrauchte Lithiumkeramikkügelchen, die aus Kernfusionsreaktoren verbraucht sind, wiederaufbereitet werden, vom Standpunkt der effektiven Nutzung natürlicher Ressourcen und der Reduzierung von Kosten bei jenem Gebrauch entwickelt, um ein Kügelchen zu erhalten, in dem das seltene und teure ⁶Li konzentriert ist. Was konventionellerweise vorgeschlagen wurde, ist ein indirektes Nassverfahren der Art, dass die gebrauchten Lithiumkeramikkügelchen geschmolzen werden können und dann der Lithiumgehalt in der flüssigen Lösung durch ein Carbonsäuresalz-Sedimentationsverfahren gesammelt werden kann. Das indirekte Nassverfahren hat sich noch nicht als eines der Lithiumkeramikkügelchen-Herstellungsverfahren etabliert, da der Schmelzgrad für Lithiumcarbonat hoch und sein Wiederaufbereitungsprozess komplex ist.
JP 11-228130 A (1999) offenbart ein Lithiumkeramikteilchen-Herstellungsverfahren, das einen Beschichtungsvorgangsschritt zum Bilden des Überzugs umfasst, der sich aus dem Metalloxid auf der Oberfläche des Li₂O-Teilchens zusammensetzt, aus dem das Li₂O-Pulver besteht; einem Granulierungsvorgangsschritt zum Bilden von Teilen aus dem Basispulver unter Verwendung des Li₂O-Pulvers mit der Beschichtung, die durch den Beschichtungsvorgangsschritt erhalten wird; und einem Sintervorgangsschritt zum Bilden von Keramikteilchen durch Erwärmen der Teilchen, die in dem Granulierungsvorgangsschritt erhalten wurden.
Das Journal of Nuclear Materials 307–311 (2002), Seiten 823–826, beschreibt Keramikpellets aus Li₄SiO₄, Li₂SiO₃ und LiAlO₂ auch mit einer Lithium-6-Isotopen-Konzentration per se.
Aus dem Artikel ”Advances in Ceramics” (1990), 27 (Fabr. Prop. Ceram. 2), Seiten 77–93, sind Lithium-Keramikpellets aus LiAlO₂, Li₂ZrO)₃ und Li₄SiO₄ auch mit Lithium-6-Isotopen per se bekannt.
Über die Verfahren zur Herstellung von Pulvern zur Herstellung der Lithiumgranulatbasismaterialien sagen diese Druckschriften nichts aus.
[Zusammenfassung der Erfindung]
Zur Herstellung von Lithiumkügelchen dienen die folgenden Vorgangsschritte; (1) ein Lithiumauflösungssammelvorgang, das heißt, das Auflösen und Sammeln von ⁶Li als seltene natürliche Ressource; (2) ein Entfernungsvorgang zum Entfernen aktivierter Verunreinigungen (hauptsächlich ⁶Co) in der flüssigen Lösung, die durch den Lithiumauflösungs und -sammelvorgang erhalten wurde; (3) ein Qualitätsregelungsvorgang für die gesamte Li-Komponente, ⁶Li, Ti, Si, Zr und Al vor der Herstellung von Lithiumkügelchen; und (4) ein Herstellungsvorgang von Lithiumkügelchen.
Obwohl viele Versuche unternommen wurden, kostengünstige und praktische Massenproduktionstechnologien bei gleichzeitiger Optimierung dieser Vorgänge zu erhalten, ist es sogar bis heute nicht gelungen, solche Technologien zu schaffen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens und einer Herstellungsvorrichtung zur Erzeugung von Pulver für die Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien und Lithiumkeramikkügelchen, die eine kostengünstige und praktische Massenproduktion zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung ist auf Lithiumkeramiken gerichtet, wie etwa Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃ und Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃ und Li₄ZrO₄) und Lithiumaluminat (LiAlO₂), obwohl die Beschreibung nachstehend auf Lithiumtitanat (Li₂TiO₃) stellvertretend für Lithiumkeramiken gerichtet ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren für die Herstellung von Pulver zur Erzeugung von Lithiumgranulatbasismaterialien bereit, gekennzeichnet durch Bilden des Mischpulverkörpers, indem feine H₂TiO₃-Teilchen mit feinen Teilchen, welche LiOH·H₂O enthalten, vermischt werden und indem Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien durch Erhitzen des gemischten Pulverkörpers hergestellt wird.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Herstellungsverfahren für die Herstellung von Pulver zur Erzeugung von Lithiumgranulatbasismaterialien vor, gekennzeichnet durch die Analyse des ⁶Li/⁷Li-Verhältnisses von feinen Teilchen, die LiOH·H₂O enthalten, bevor feine H₂TiO₃-Teilchen mit feinen Teilchen, die LiOH·H₂O enthalten vermischt werden, und anschließendes Bilden des Mischpulverkörpers, indem feine H₂TiO₃-Teilchen mit feinen Teilchen, die ⁶LiOH·H₂O enthalten, vermischt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Herstellungsverfahren für die Herstellung von Pulver zur Erzeugung von Lithiumgranulatbasismaterialien bereit, gekennzeichnet durch die Analyse des Li/Ti-Verhältnisses feiner Teilchen, die LiOH·H₂O enthalten, bevor feine H₂TiO₃-Teilchen mit feinen Teilchen vermischt werden, die LiOH·H₂O enthalten, und anschließendes Einstellen der zu vermischenden Menge von H₂TiO₃.
Die vorliegende Erfindung sieht ebenfalls ein Herstellungsverfahren für die Herstellung von Pulver zur Erzeugung von Lithiumgranulatbasismaterialien als Li(⁶Li)₂TiO₃ vor, gekennzeichnet durch die Analyse des Li/Ti-Verhältnisses des Pulverkörpers und anschließendes Einstellen der zu vermischenden Menge von H₂TiO₃.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Herstellungsverfahren für die Herstellung von Pulver zur Erzeugung von Lithiumgranulatbasismaterialien bereit, gekennzeichnet durch die Herstellung feiner Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, durch Auflösen von gebrauchtem Li₂TiO₃ mit H₂O₂ und Dekontaminieren radioaktiver Komponenten.
In der vorliegenden Erfindung wird das H₂TiO₃-Pulver mit feinen Teilchen vermischt, die LiOH·H₂O enthalten, wie oben beschrieben, welche ein Herstellungsverfahren und eine Herstellungsvorrichtung für die Herstellung von Pulver zur Erzeugung von Lithiumgranulatbasismaterialien bereitstellen können, um eine kostengünstige und praktische Massenproduktion zu ermöglichen, und welche Lithiumkeramikkügelchen durch Bilden vermischter feiner Teilchen vorsehen können.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist ein schematischer Ablauf der Vorgänge in der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Darstellung eines XRD-Messergebnisses, welches zeigt, dass zerkleinerte und vermischte Materialien von 2LiOH·H₂O + H₂TiO₃ bei Normaltemperatur LiTiOx durch die Festphasenreaktion bei Normaltemperatur erzeugen.
3 ist eine schematische Darstellung eines XRD-Messergebnisses, welches zeigt, dass vermischte Materialien von 2,4LiOH·H₂O + H₂TiO₃ bei Normaltemperatur die vermischte Phase von Li₂TiO₃ und Li₄TiO₄ durch Erhitzen in der Luft bei einer Temperatur von 1000°C erzeugen.
4 ist das Prüfungsergebnis des Lithiumkeramik-Wiederaufbereitungsvorgangs in der Ausführungsform, die mittels Beispiel unter Verwendung von Lithiumtitanat (Li₂TiO₃) als repräsentatives Material von Lithiumkeramik veranschaulicht ist.
5 ist die Konfiguration, welche eine Walz- und Granuliervorrichtung zur Herstellung von Lithiumkeramikkügelchen veranschaulicht.
[Beschreibung von Ausführungsformen]
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
1 zeigt den Vorgangsablauf der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform betrifft insbesondere ein Herstellungsverfahren zur Herstellung von Pulver für Lithiumgranulatbasismaterialien im Komponenteneinstellungsvorgang im Prozessablauf.
In 1 besteht das Herstellungsverfahren für recycelte Li₂TiO₃-Kügelchen in dieser Ausführungsform aus dem Auflösungsvorgang (2) von gebrauchtem Li₂TiO₃ (1), dem Reinigungsvorgang (3), dem Komponenteneinstellungsvorgang (4) und dem Granuliervorgang (5).
Der Auflösungsvorgang (2) soll gebrauchtes Li₂TiO₃-Pulver durch H₂O₂ + H₂O auflösen, um die hoch wirksame Auflösung und Sammlung der Komponente Li zu ermöglichen. Es ist gestattet, H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- oder Al(OH)₃-Pulver anstelle von Li₂TiO₃-Pulver zu verwenden. Obwohl diese Ausführungsform mittels Beispiel unter Verwendung von Li₂TiO₃ beschrieben ist, kann der Vorgang in dieser Ausführungsform gleichermaßen als Vorgang unter Verwendung von H₂SiO₃, H₂ZrO₃ oder Al(OH)₃ angewendet werden.
Der Reinigungsvorgang (3) ist ein Dekontaminierungsvorgang, um ⁶⁰Co (typische radioaktive Verunreinigungen) in der Li₂TiO₃-Lösung mit Holzkohle, die mit 8-Hydroxychinolinol imprägniert ist, zu dekontaminieren, welche die hoch wirksame Dekontamination des Spurenelements von radioaktiven Verunreinigungen in der hochdichten Li-Lösung ermöglicht.
Im Komponenteneinstellungsvorgang (4) wird die gereinigte LiOH-Lösung (11), die durch den Reinigungsvorgang erhalten wurde, durch Dehydrieren und Trocknen (12) verarbeitet, um einen LiOH·H₂O-Kristall zu erzeugen und schließlich werden feine Teilchen (13), die LiOH·H₂O enthalten, durch Zerkleinern des Kristalls gebildet.
Der Vorgangsablauf (A) ist in der obigen Erläuterung beschrieben, in welchem gebrauchtes Li₂TiO₃ (1) durch den Auflösungsvorgang (2) und den Reinigungsvorgang (3) verarbeitet wird, und weiterhin wird die gereinigte LiOH-Lösung (11) durch den Dehydrierungs- und Trocknungsvorgang (12) verarbeitet und schließlich werden die feinen Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, gebildet. Es ist zu bemerken, dass die feinen Teilchen, die LiOH·H₂O (1') einschließen, das als kommerzielles Produkt erhältlich ist, verwendet werden können, ohne den Vorgangsablauf (A) anzuwenden. Dieser alternative Vorgangsablauf ist durch (B) gezeigt.
Der Komponenteneinstellungsvorgang (4) in dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass feine Teilchen verwendet werden, die LiOH·H₂O einschließen.
Bei (14) wird das ⁶Li/⁷Li-Verhältnis im Pulver, das LiOH·H₂O (13) einschließt, analysiert. Auf der Grundlage des identifizierten Verhältnisses wird der Pulverkörper <gemischt> (16) durch Vermischen des ⁶LiOH-Pulvers (15) mit Pulver, das LiOH·H₂O (13) einschließt, gebildet.
Trotz des Auflösungsvorgangs und des Reinigungsvorgangs von gebrauchtem Li₂TiO₃ kann beobachtet werden, dass der ⁶Li-Gehalt unter den gesamten Lithiumkomponenten, wie die Komponente in der Lithium(LiOH)-Lösung, die durch Auflösen und Sammeln der Lithiumkomponente und Entfernung der radioaktiven Verunreinigungen erhalten wird, aufgrund einer Tritiumerzeugungsreaktion durch die Neutronenbestrahlung im Zusammenhang mit der Kernspaltungsreaktion erschöpft ist und dass die Titankomponente weniger als ihren erforderlichen Anteil in Beziehung zu dem ausgehenden Lithiumgehalt beträgt, da es sein kann, dass die Titankomponente im Auflösungsvorgang nicht gut gesammelt wurde. Das ⁶Li/⁷Li-Verhältnis und das Li/Ti-Verhältnis werden beide eingestellt, um Li₂TiO₃-Kügelchen wiederherzustellen, die als Tritiumbrüter auf der Grundlage von ⁶Li der seltenen Ressource, welche gesammelt und gereinigt wurde, verwendet werden sollen.
Als Komponenteneinstellungsvorgang kann LiOH·H₂O (Lithiumhydroxid-Monohydrat) erhalten werden, indem der Wassergehalt in der LiOH-Lösung, die durch den Sammel- und Reinigungsvorgang erhalten wurde, verdampft und entfernt wird und danach die restlichen Materialien getrocknet werden. Als nächstes kann LiOH·H₂O zerkleinert und danach mit ⁶Li angereichertes LiOH-Pulver zugegeben werden, während gleichzeitig das ⁶Li/⁷Li-Verhältnis gemessen wird, um das bezeichnete Isotopenverhältnis für Lithium zu erhalten. Zusätzlich kann das Li/Ti-Verhältnis (17) gemessen werden und dann kann H₂TiO₃(Metatitansäure)-Pulver (18) zugegeben und vermischt werden, um den Mangel an der Titankomponente auszugleichen.
Der Komponenteneinstellungsvorgang (4) gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mischpulverkörper (19) von LiOH·H₂O und H₂TiO₃ gebildet wird.
Der Mischkörper von LiOH·H₂O und H₂TiO₃ wird als Pulver gebildet. Dieser Mischpulverkörper kann erhitzt (bei einer Temperatur zwischen 300°C und 500°C kalziniert) werden, und danach wird Pulver (21) zur Erzeugung von Granulatbasismaterialien durch die Reaktion [2LiOH·H₂O + H₂TiO₃ → Li₂TiO₃ + 4H₂O] erhalten. Dieser Erhitzungsvorgang wird bei einer Temperatur von unter 1000°C, bevorzugt zwischen 300°C und 500°C, durchgeführt. Falls dieser Mischkörper in diesem Stadium verfestigt oder ein Teil der feinen Teilchen verfestigt wird, ist es bevorzugt, den verfestigten Mischkörper zu zerkleinern und Pulver zuzubereiten, das in fein zerteilten Teilchen gebildet ist, um Li₂TiO₃-Kügelchen hoher Qualität (was eine homogene Verteilung von Li und Ti und zu bevorzugende Kristallphasen bedeutet) zu erhalten.
Das Pulver zur Herstellung von Granulatbasismaterialien, das durch den vorstehend beschriebenen Komponenteneinstellungsvorgang erhalten wurde, wird zu Rohmaterial für Li₂TiO₃-Granularbasismaterialien, die durch das folgende Walz- und Granulierverfahren hergestellt werden sollen.
In dem obigen Vorgang erzeugtes Pulver zur Herstellung von Granulatbasismaterialien wird weiter durch das Walz- und Granulierverfahren im Granuliervorgang (5) verarbeitet, um zu recycelten Li₂TiO₃-Kügelchen zu werden.
Eine Festphasenreaktion tritt in den vermischten Materialien von LiOH·H₂O und H₂TiO₃ auf, wenn sie bei Normaltemperaturen unter Druck gesetzt und zerkleinert werden. Aus dem Röntgendiffraktions(XRD)-Messergebnis (2) wird beobachtet, dass die vermischten zerkleinerten Materialien von 2LiOH·H₂O und H₂TiO₃ bei Normaltemperaturen in der vermischten Phase bleiben, worin eine Festphasenreaktion bei Normaltemperaturen bewirkt wird. Als Nächstes wird, wenn die vermischten zerkleinerten Materialien von 2LiOH·H₂O und H₂TiO₃ bei Normaltemperaturen bei einer Temperatur von 500°C kalziniert werden, die Kristallphase von Li₂TiO₃ erzeugt, obwohl dessen Kristallisation nicht vollständig hergestellt ist. Wenn weiterhin die vermischten zerkleinerten Materialien von 2LiOH·H₂O und H₂TiO₃ bei einer Temperatur von 1000°C (in der Luft) erhitzt werden, wird die Einkristallphase von Li₂TiO₃ vollständig entwickelt.
Das Li/Ti-Verhältnis kann leicht durch die Festphasenreaktion gesteuert werden. Beispielsweise wird im Fall von 2,4LiOH·H₂O + H₂TiO₃ mit erhöhtem Li-Anteil die vermischte Phase von Li₂TiO₃ und Li₂TiO₄ beobachtet (3). Es kann aus 3 festgestellt werden, dass Li₂TiO₃ erzeugt wird, so dass es Li₄TiO₄ mit einem konstanten Anteil enthält und dass Li_2,4TiO₄ als resultierende Gesamtzusammensetzung erzeugt wird.
In dem Fall, dass H₂TiO₃-Pulver verwendet wird, kann Lithiumtitanat (Li₂TiO₃) hergestellt werden. Andererseits kann in dem Fall, dass H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- oder Al(OH)₃-Pulver, Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄) bzw. Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) bzw. Lithiumaluminat (LiAlO₂) hergestellt werden.
In dieser Ausführungsform wird Pulver zum Herstellen von Lithiumgranulatbasismaterialien durch den Vorgang hergestellt, in dem einzelne mit Lithium vermischte Pulverkörper durch Mischen von feinen H₂TiO₃-, H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- und Al(OH)₃-Teilchen einzeln mit feinen Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, gebildet und dann jene Mischpulverkörper zum Herstellen von Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) und Lithiumaluminat (LiAlO₂) erhitzt werden.
In dieser Ausführungsform wird das ⁶Li/⁷Li-Verhältnis in den feinen Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, analysiert, bevor die feinen Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, und die feinen Teilchen von H₂TiO₃, H₂SiO₃, H₂ZrO₃ und Al(OH)₃ vermischt werden, und danach werden die feinen Teilchen von H₂TiO₃, H₂SiO₃, H₂ZrO₃ und Al(OH)₃ mit den feinen Teilchen, die ⁶LiOH·H₂O einschließen, vermischt, um den Pulverkörper zu bilden.
In dieser Ausführungsform wird jeweils der individuelle Anteil von Ti, Si, Zr und Al zu Li in den feinen Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, analysiert, bevor die feinen Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, und die feinen Teilchen von H₂TiO₃, H₂SiO₃, H₂ZrO₃ und Al(OH)₃ vermischt werden, und danach wird die individuelle Menge der zu vermischenden feinen Teilchen von H₂TiO₃, H₂SiO₃, H₂ZrO₃ und Al(OH)₃ eingestellt.
In dieser Ausführungsform wird beim Mischen der feinen Teilchen von LiOH·H₂O mit den feinen Teilchen von H₂TiO₃, H₂SiO₃, H₂ZrO₃ und Al(OH)₃ der individuelle Anteil von Ti, Si, Zr und Al zu Li durch Einstellen der individuellen Menge feiner Teilchen von H₂TiO₃, H₂SiO₃, H₂ZrO₃ und Al(OH)₃ geändert.
In dieser Ausführungsform wird der individuelle Anteil von ⁶Li, Ti, Si, Zr und Al zur Gesamtmenge von Li in dem Pulverkörper analysiert und dann wird Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien mit ⁶Li, das mit Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) und Lithiumaluminat (LiAlO₂) angereichert ist, dadurch hergestellt, dass die individuelle Menge feiner Teilchen von ⁶LiOH·H₂O, H₂TiO₃, H₂SiO₃, H₂ZrO₃ und Al(OH)₃ eingestellt wird.
In dieser Ausführungsform werden feine Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, durch auflösen von gebrauchtem Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) und Lithiumaluminat (LiAlO₂) mit H₂O₂ und durch Dekontaminieren radioaktiver Komponenten hergestellt.
Gemäß dieser Ausführungsform wird anerkannt werden, dass Lithiumkeramikkügelchen als Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) und Lithiumaluminat (LiAlO₂) hergestellt werden können, die durch ein Walz- und Granulierverfahren aus Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien bereitgestellt werden, die durch eines der vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt wurden.
4 veranschaulicht das zusammengefasste Prüfungsergebnis des Lithiumkeramik-Wiederaufbereitungsvorgangs dieser Ausführungsform.
Die vorteilhaften Merkmale in dem vorstehend beschriebenen Lithiumkeramik-Wiederaufbereitungsvorgang kann die Probleme 1 bis 4 lösen, wie in 4 gezeigt. Für das erste Problem ist es, da der Auflösungsvorgang als der Vorgang vorgesehen ist, in dem nur die Li-Komponente korrigiert wird, nicht erforderlich, organische Säure in dem Vorgang zu verwenden. Für das zweite Problem, im Reinigungsvorgang, können radioaktive Verunreinigungen wie etwa ⁶⁰Co in der Li-Lösung bei hohen Temperaturen durch Verwenden eines Absorptionsmittels, das mit einem Chelatbildner (8-Hydroxychinolinol) imprägniert ist, dekontaminiert werden, und da die Lithiumkomponente (einschließlich ⁶Li) und Titankomponente als festes Pulver unter der gut entworfenen Bedingung für eine Niedrigtemperatur-Festphasenreaktion der Lithiumkomponente und Titankomponente zugeführt werden können, kann die Messsteuerung im Komponenteneinstellungsvorgang zum Einstellen des ⁶Li/⁷Li-Verhältnisses und des Li/Ti-Verhältnisses vereinfacht werden, was zu einer vorteilhaften Komponentensteuerung und Zusammensetzungssteuerung für Li-Kügelchen führt. Für den Kügelchengranuliervorgang in der letzten Stufe kann, da ein „Walz- und Granulierverfahren”, das eine kostengünstige Massenproduktion ermöglicht, anstelle des herkömmlichen Sol/Gel-Prozesses eingesetzt wird, ein derartiges Problem wie die Erzeugung einer organischen Abfalllösung gelöst werden.
Gemäß dem Komponenteneinstellungsvorgang (4) in dieser Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, gibt es die folgenden Vorteile:

– Einfachere Messsteuerung
– Niedrigtemperatur-Festphasenreaktion
– Kostengünstige Massenproduktion

5 veranschaulicht die Walz- und Granuliervorrichtung 100 zur Herstellung von Lithiumkeramik-Granulatbasismaterialien. Die Walz- und Granuliervorrichtung 100 ist als Walz- und Granuliervorrichtung, zu der Kalzinierungs- und Erhitzungsfunktionen hinzugefügt sind, konfiguriert.
Die Walz- und Granuliervorrichtung 100 zur Herstellung von Lithiumkeramik-Granulatbasismaterialien besteht aus einem elektrischen Ofen zur Kalzinierung 101, einem Walz- und Granulierteil 102, einem Stromzufuhr- und Steuerungssystem 103, einem Abgasverarbeitungssystem 104, einem Lithiumkeramik-Rohmaterialeingabemechanismus 105, einem Granulatbasisbindemittel-Eingabemechanismus 106, einem Granulatbasismaterial-Sammelmechanismus 107 und einem Verschlussmechanismus 108.
Der elektrische Ofen zur Kalzinierung 101, der mit dem Lithiumkeramikmaterial-Eingabemechanismus 105 verknüpft ist, besteht aus dem Elektroofen-Hauptkörper 111, in den Pulver für Lithiumkeramik-Granulatbasismaterialien als Lithiumkeramik-Rohmaterial eingegeben wird, dem Heizgerät 112, das um den Elektroofenkörper herum vorgesehen ist, und dem äußeren Rahmen 113, der außerhalb des Heizgeräts vorgesehen ist.
Das Eingabepulver zur Herstellung von Lithiumkeramik-Granulatbasismaterialien wird durch das Heizgerät 112 erhitzt und seine Wasserkomponente wird entfernt. Somit ist der Elektroofen zur Kalzinierung 101 als Mittel zur Entfernung des Wassergehalts durch Kalzinierung zusammengesetzt, um das Pulver zur Herstellung von Lithiumkeramik-Granulatbasismaterialien zu kalzinieren und seinen Wassergehalt zu entfernen.
Das Pulver zur Herstellung von Lithiumkeramik-Granulatbasismaterialien wird, nachdem es kalziniert und sein Wassergehalt entfernt worden ist, unter Steuerung durch den Verschlussmechanismus 108 zu dem Walz- und Granulierteil 102 transportiert. Das Walz- und Granulierteil 102 weist einen Hauptkörper 114, die am unteren Teil des Körpers 114 vorgesehene Rotorklinge 116 und die Drehwelle 115 zum Drehen der Rotorklinge 116 auf. Der Hauptkörper 114 ist durch den Verschlussmechanismus 108 mit dem Elektroofen zur Kalzinierung 101 verknüpft sowie mit dem Granulatbasisbindemittel-Eingabemechanismus 106 verbunden.
Das transportierte Pulver zur Herstellung von Lithiumkeramik-Granulatbasismaterialien kann mit dem von dem Granulatbasisbindemittel-Eingabemechanismus 106 eingegebenen Bindemittel vermischt und dann von der rotierenden Rotorklinge 116 gewalzt werden, um zu Granulatteilchen geformt zu werden. Auf diese Weise können Lithiumkeramikkügelchen als Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) und Lithiumaluminat (LiAlO₂) hergestellt werden.
Die geformten Lithiumkeramikkügelchen können durch den Granulatbasismaterial-Sammelmechanismus 107 eingesammelt werden. Somit ist das Walz- und Granulierteil als Walz- und Granuliereinrichtung zum Bilden von Lithiumkeramikkügelchen zusammengesetzt.
Der Elektroofen zur Kalzinierung 101 und das Walz- und Granulierteil 102 werden durch das Stromzufuhr- und Steuersystem 103 für Erhitzungs-, Walz- und Eingabesteuervorgänge gesteuert.
Der Elektroofen-Hauptkörper 113 des Elektroofens zur Kalzinierung 101 und der Hauptkörper 114 des Walz- und Granulierteils 102 sind durch die Rohre 121 bzw. 122 mit dem Abgasverarbeitungssystem 104 verbunden und das Abgas wird durch das Abgasverarbeitungssystem 104 verarbeitet und ausgestoßen.
Das Pulver zur Herstellung von Lithiumkeramik-Granulatbasismaterialien, das wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde, wird durch Kalzinierungs-, Erhitzungs- und Wassergehaltentfernungsmittel kalziniert und sein Wassergehalt entfernt, danach wird es gewalzt und granuliert und schließlich können Lithiumkeramikkügelchen als Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) oder Lithiumaluminat (Li-AlO₂) hergestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben, werden gemäß dieser Ausführungsform Kalzinierungs-, Erhitzungs- und Wassergehaltentfernungsmittel zum Kalzinieren des Pulvers zur Herstellung von Lithiumkeramik-Granulatbasismaterialien, die durch irgendeines der vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt werden, und zum Entfernen seines Wassergehalts bereitgestellt, und Walz- und Granuliermittel zum Walzen und Granulieren des Pulvers zur Herstellung von Lithiumkeramik-Granulatbasismaterialien, das durch Kalzinieren, Erhitzen und Entfernen des Wassergehalts verarbeitet wird, werden vorgesehen, und dann können Lithiumkeramikkügelchen als Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) oder Lithiumaluminat (Li-AlO₂) hergestellt werden.

Claims

Herstellungsverfahren von Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien, das Vorgänge umfasst, in denen einzelne mit Lithiumverbindungen vermischte Pulverkörper durch Vermischen feiner H₂TiO₃-, H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- und Al(OH)₃-Teilchen einzeln mit feinen Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, gebildet und jene Mischpulverkörper dann erhitzt werden, und danach wird Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) und Lithiumaluminat (LiAlO₂) als Pulver zur Herstellung von Granulatbasismaterialien gebildet.
Herstellungsverfahren von Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien nach Anspruch 1, wobei ein ⁶Li/⁷Li-Verhältnis in feinen Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, analysiert wird, bevor feine Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, und feine H₂TiO₃-, H₂SO₃-, H₂ZrO₃- und Al(OH)₃-Teilchen vermischt und dann die Pulverkörper dadurch vermischt werden, dass feine H₂TiO₃-, H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- und Al(OH)₃-Teilchen mit den feinen Teilchen, die ⁶LiOH·H₂O einschließen, vermischt werden.
Herstellungsverfahren von Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien nach Anspruch 1 oder 2, wobei der individuelle Anteil von Ti, Si, Zr und Al zu Li in feinen Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, jeweils analysiert wird, bevor feine Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, und feine H₂TiO₃-, H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- und Al(OH)₃-Teilchen vermischt werden und danach die individuelle Menge zu vermischender feiner H₂TiO₃-, H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- und Al(OH)₃-Teilchen eingestellt wird.
Herstellungsverfahren von Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien nach Anspruch 3, wobei, wenn das feine Teilchen von LiOH·H₂O mit feinen H₂TiO₃-, H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- und Al(OH)₃-Teilchen vermischt wird, der individuelle Anteil von Ti, Si, Zr und Al zu Li durch Einstellen der individuellen Menge feiner H₂TiO₃-, H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- und Al(OH)₃-Teilchen geändert wird.
Herstellungsverfahren von Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien nach Anspruch 2, wobei der individuelle Anteil von ⁶Li, Ti, Si, Zr und Al zur Gesamtmenge von Li in den Pulverkörper analysiert wird und danach Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien mit ⁶Li, das mit Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) und Lithiumaluminat (LiAlO₂) angereichert ist, dadurch hergestellt wird, dass die individuelle Menge feiner ⁶LiOH·H₂O-, H₂TiO₃-, H₂SiO₃-, H₂ZrO₃- und Al(OH)₃-Teilchen eingestellt wird.
Herstellungsverfahren von Pulver zur Herstellung von Lithiumgranulatbasismaterialien nach Anspruch 1, wobei feine Teilchen, die LiOH·H₂O einschließen, hergestellt werden, indem gebrauchtes Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) und Lithiumaluminat (LiAlO₂) mit H₂O₂ gelöst und radioaktive Komponenten dekontaminiert werden.
Walz- und Granuliervorrichtung zur Herstellung von Lithiumkeramikkügelchen, die als Lithiumtitanat (Li₂TiO₃), Lithiumsilicat (Li₂SiO₃, Li₄SiO₄), Lithiumzirconat (Li₂ZrO₃, Li₄ZrO₄) oder Lithiumaluminat (LiAlO₂) hergestellt werden, mit: einer Kalzinierungs-, Erhitzungs- und Wassergehaltentfer nungseinrichtung (101; 112; 111) zum Kalzinieren und Erhitzen von Pulver für Lithiumgranulatbasismaterialien, das nach einem der Herstellungsverfahren in den Ansprüchen 1 bis 6 hergestellt wird; und einer Walz- und Granuliereinrichtung (102) zum Walzen und Granulieren von Pulver für Lithiumgranulatbasismaterialien, die kalziniert und erhitzt wurden und deren Wassergehalt entfernt wurde.