海水からのリチウム回収 - jspf.or.jp ·...
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, , 8% , , 8% 3% 2% 2% 100 , 85, 3% , 26, 1% , 26, 1% 6% , 690, , 230, 3% 24% , 255, 9% 61% 26% , 594, 20% , 335, 12% , 550, 19% 2010 34 2010 １．はじめに １．１ リチウムの資源量と需要 リチウムは，携帯電話やパソコンなどで用いられる二次 電池やガラス原料，アルミニウム軽合金の材料として用い られている．その中でもリチウムイオン電池は，高エネル ギー密度を有することから，電気自動車（EV）やプラグイ ンハイブリッド車（PHV）に搭載されるなど，技術開発の 進展とともに，リチウムの需要が急速に拡大している． リチウム資源は主に，１億年～６５００万年前の大陸移動と 隆起に伴って陸地に形成された塩湖かん水と鉱石の２種類 に大別され，両者を合わせた資源量は，金属リチウム換算 で約３，４００万トンと試算され，その比率は２：１である．ま た，塩湖かん水全体の資源量２，１００万トンのうち，チリ，ボ リビアおよびアルゼンチンの３か国で 80 ％を占め，鉱石資 源量１，２００万トンのうち，米国が47％を占めている（図１）． ２００９年の世界のリチウム生産量は，塩湖かん水および鉱 石合わせて約１２万トン（炭酸リチウム換算（LCE と略記）， 金属リチウムの5.3倍に相当）であり，その生産比率 は，３：２となっている［１］． 塩湖かん水からのリチウムを生産しているビッグ３は， SQM と Chemetall，FMC であり，この３社で世界の 73 ％ を生産している．特に，SQM と Chemetall は，チリ第２州 のアタカマ塩湖のかん水を利用して炭酸リチウムや水酸化 リチウムを生産しており，２社合わせて炭酸リチウムとし て１年間に７万トンに達する． 主なリチウム化合物の用途として，その製品別では炭酸 リチウムが 40 ％，用途別では電池材料として 21 ％を占め ている．世界のリチウム需要は全体で，２００４～２００８年間の 年平均伸び率は５～7 ％であるのに対し，二次電池用のリ チウム需要が２０～22％と著しい伸びを示している．２００９年 のリチウム化合物全体の需要のうち，日本，中国等アジア が世界のリチウム需要の 53 ％を占め，最大の市場となっ ている［１］． 今後の需要予測として，イリノイ工科大学では，ハイブ リッド／電気自動車１台あたり１０ポンド（4.5 kg）の炭酸 リチウムが必要で，２０１５年には２５０万台が生産されると仮 定すると，1.1万トンが必要になると試算している．ま た，SQMとChemetallでは，２０２０年時点でのハイブリッド ／電気自動車用のリチウムイオン電池の需要は，控えめに 見積もって２～３万トン，多めに見積もって 5.5～6.5 万ト ン（ともに LCE）と試算しており，その他の需要と合わせ ると現在開発中のプロジェクトを含めても，２０１７～２０１８年 にはリチウム不足が生じると懸念されている． １．２ 核融合分野でのリチウムの需要 燃料として重水素（D）とトリチウム（T）を用いるDT核 融合炉の設計研究が進められている．燃料として使用され る重水素は，海水中の水素の 0.015 ％程度も含まれており， 地球上の資源量としてはほぼ無尽蔵である．これに対して トリチウムは，天然にはほとんど存在しないため，核融合 炉内で生産しなければならない．炉心の核融合反応により 解説 海水からのリチウム回収 吉 塚 和 治，近 藤 正 聡 １） 北九州市立大学国際環境工学部， １） 東海大学工学部 （原稿受付：２０１１年８月３１日） リチウムイオン電池や合金材料の原料としてリチウムの需要が確実に増加すると予測されている．さらに，核 融合炉では燃料の増殖材としてリチウムが不可欠である．リチウム資源の確保のために，海水やかん水など身の 回りにある未利用資源からのリチウムの回収が注目されている．リチウムの需要と供給の現状や将来の核融合で 用いられる場合の需要予測とともに，海水からリチウムを回収する技術とその実証試験の成果を解説する． Keywords: Lithium, recovery, seawater, nuclear fusion Recovery of Lithium from Seawater YOSHIZUKA Kazuharu and KONDO Masatoshi authors’ e-mail: [email protected], [email protected] J.PlasmaFusionRes.Vol.87,No.12(2011)７９５‐８００ 図１ リチウム資源量と主要国の埋蔵量． !2011 The Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research ７９５
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3%
2%2%
100
, 85, 3%
, 26,1% , 26,
1%
6%, 690,
, 230,
3%
24%
, 255, 9%
61%26%, 594,
20%
, 335, 12%
, 550, 19%
201034
2010
EV
PHV
80
47
LCE
5.3
SQM ChemetallFMC 73
SQM Chemetall
40 21
7
22
53
4.5 kg
1.1
SQM Chemetall
5.56.5
LCE
DTDT
0.015
Keywords:Lithium, recovery, seawater, nuclear fusion
Recovery of Lithium from Seawater
YOSHIZUKA Kazuharu and KONDO Masatoshi authors e-mail: [email protected], [email protected]
J. Plasma Fusion Res. Vol.87, No.12 (2011)
2011 The Japan Society of PlasmaScience and Nuclear Fusion Research
DT
17.6 MeV2.821012 J
1 GW
MA
2D + 1
3T 24He + 0
1n + 17.6 MeV
g1109365246060M
2.821012A = 55729
1 GW 55.7 kg
FFHR2m2 3 GW
ARIES-CS 2.436 GW
150 kg
36Li + 0
1n 13T + 2
4He + 4.8 MeV
37Li + 0
1n + 13T + 2
4He2.5 MeV
7LiT
6.941/3.016
350 kg
Be
Tritium breeding ratio: TBR
TBR 1.1 385 kg
6Li
7.4%, 7Li92.66Li
km2
70
3.8 km km3
96.5
3.3 g/L0.03 ng/L
10780 mg/L1280 mg/L
mg/L mg/L
Cl 19,360 Rb 0.12
Na 10,780 P 0.062
S 2,710 I 0.058
Mg 1,280 Ba 0.016
Ca 417 Mo 0.011
K 399 U 0.0032
Br 67 V 0.002
C 26 As 0.0017
N 8.27 Ni 0.00047
Sr 7.8 Zn 0.00039
B 4.5 Cs 0.00031
Si 3.1 Cr 0.00026
O 2.8 Sb 0.00024
F 1.3 Kr 0.00023
Ar 0.48 Fe 0.00016
Li 0.17 Au 0.03106
Journal of Plasma and Fusion Research Vol.87, No.12 December 2011
[mg/kg]10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107
10-1
100
101
102
103
104
105
MgBr
Sr
Li
Rb
I
Mo
U V
Ni
Zn
Cs
CrCu
Fe
Ge
Ag
Co
Ga
Pt
Pd
Au
In
Al
Pb
Sn
Mn
W
Nb
Ta
Sb
Ti
BeZr
Re
B SeTe
Bi
Hf[/k
g]
A+
A+A+
1 2 3
0.17 mg/L
0.73
LiMn2O4Li2TiO3
LiSbO3LiNbO3
20
1 g 20 mg
1/2 1/8
1 g
40 mg
Mn3O4 LiOH
Commentary Recovery of Lithium from Seawater K. Yoshizuka and M. Kondo
1 mm 1 mm 1 mm
20 m 20 m 20 m
pH=8.1
1 mm
12 mm
10 mg/g
Journal of Plasma and Fusion Research Vol.87, No.12 December 2011
60 kg
816 m3
1 m3
0.4 m3
600 m3
792 g
792 g
24 192 g
31
1.6 wt
kW
m3/s
wt% wt%
LiCl 24.3 8,100 0.003
NaCl 24.5 0.3 78.1
KCl 17.8 5.1 3.5
MgCl2 2.3 0.2 14.3
CaCl2 21.6 6.6 3.26
MnCl2 4.7 n.q.
SrCl2 6.0 150 0.04
Commentary Recovery of Lithium from Seawater K. Yoshizuka and M. Kondo
0.17 mg/L
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Journal of Plasma and Fusion Research Vol.87, No.12 December 2011
