炭酸リチウム
| 炭酸リチウム | |
|---|---|
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別称 Carbolith, Cibalith-S, Duralith, Eskalith, Lithane, Lithizine, Lithobid, Lithonate, Lithotabs Priadel | |
| 識別情報 | |
| CAS登録番号 | 554-13-2 |
| KEGG | D00801 |
| RTECS番号 | OJ5800000 |
| 特性 | |
| 化学式 | Li2CO3 |
| モル質量 | 73.8909 g/mol |
| 外観 | 白色粉末 |
| 密度 | 2.11 g/cm3 |
| 融点 |
723 ℃ |
| 沸点 |
1310 ℃ |
| 構造 | |
| 結晶構造 | 単斜晶系 |
| 熱化学 | |
| 標準生成熱 ΔfH |
−1215.9 kJ mol−1[1] |
| 標準モルエントロピー S |
90.37 J mol−1K−1 |
| 標準定圧モル比熱, Cp |
99.12 J mol−1K−1 |
| 危険性 | |
| 主な危険性 | 腐食性 |
| Rフレーズ | R22, R36 |
| Sフレーズ | S24 |
| 関連する物質 | |
| その他の陰イオン | 硫酸リチウム 塩化リチウム 水素化リチウム 水酸化リチウム 臭化リチウム フッ化リチウム ヨウ化リチウム |
| その他の陽イオン | 炭酸ナトリウム 炭酸カリウム 炭酸ルビジウム 炭酸セシウム |
| 関連物質 | 炭酸塩 |
| 特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。 | |
性質
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他の無機塩類と同様に炭酸リチウムも多形を持つ。室温では水100mLに対し1.33gしか溶けず、高温では溶解度が低下する。この低溶解性は鉱石の水性抽出物からのリチウムの分離に使われている。水溶液はアルカリ性を示す。外見上の溶解度は二酸化炭素の低圧力下で10倍に増加するが、この効果は準安定状態の炭酸水素塩の形成によるものである。
用途
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炭酸リチウムは工業的に重要な化合物である。二酸化ケイ素や他の材料とともに低溶融剤を形成し、炭酸リチウムに由来するガラス製品は耐熱容器として役立つ。炭酸リチウムから作られたセメントは、より早くタイルを接着される。
リチウムの産出とリチウム化合物原料
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リチウムは鉱石や鹹水を採掘して生産されるが、いずれの場合においても多くの場合で原料から抽出されたリチウムは一旦炭酸リチウムとして産出され、他のリチウム化合物は炭酸リチウムを出発原料として二次的に製造されている。そのためリチウムの産出量などの統計では炭酸リチウム換算︵LCE‥Lithium Carbonate Equivalent︶で表されることが多い[2][3]。
鉱石を原料とする場合には硫酸リチウムとして、鹹水を原料とする場合は塩化リチウムとして濃縮、精製し、いずれの場合においても最終的に炭酸ナトリウムと反応させて炭酸リチウムが得られる[2]。
こうして得られた炭酸リチウムはそのまま、もしくは更に他の化合物に加工されて利用される。例えば水酸化リチウムは水と混ぜてスラリー状にした炭酸リチウムに水酸化カルシウムを加え複分解反応によって水酸化リチウム溶液と炭酸カルシウムの沈殿物とし、そこから炭酸カルシウムを濾別した後に溶液を蒸発させて製造される[2]。
またリチウムイオン二次電池の正極活物質として用いられるコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物は炭酸リチウムと遷移金属酸化物を混合、焼成することによって製造されている[4]。
こうして得られた炭酸リチウムはそのまま、もしくは更に他の化合物に加工されて利用される。例えば水酸化リチウムは水と混ぜてスラリー状にした炭酸リチウムに水酸化カルシウムを加え複分解反応によって水酸化リチウム溶液と炭酸カルシウムの沈殿物とし、そこから炭酸カルシウムを濾別した後に溶液を蒸発させて製造される[2]。
またリチウムイオン二次電池の正極活物質として用いられるコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物は炭酸リチウムと遷移金属酸化物を混合、焼成することによって製造されている[4]。
医学的用途
編集詳細は「リチウム塩」を参照
炭酸リチウムは双極性障害の治療に使われる。リチウムイオンは脳の細胞への情報伝達を増幅する化学反応に干渉する[5]。
用法・用量
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1日400〜600mgより開始する。以後3日ないし1週間毎に、1日通常1,200mgまでの治療量に漸増する。改善がみられたならば症状を観察しながら、維持量1日通常200〜800mgに漸減する。
溶融炭酸塩型燃料電池
編集詳細は「溶融炭酸塩型燃料電池」を参照
溶融炭酸塩型燃料電池の電解質として炭酸リチウムと炭酸カリウムをモル比で68:32に混合した物が一般に用いられる。この混合物を溶融させて液体とすることで電解質として機能させるという特性から高温で動作させることになるため、発電効率が高く貴金属触媒が不要になる等の利点がある[6]。一方で高温で溶融させた炭酸塩の腐食性の高さから材質の劣化による短寿命が問題となり[7]、材質の耐食性を上げる方法の他にカソードが電解質に腐食されないように電解質の成分をリチウム/カリウム系からリチウム/ナトリウム系に変更したり、電解質と直接接触するシール部分やセパレータ部分の腐食を防ぐために電解質へ炭酸カルシウムを添加したりするなど、様々な長寿命化技術が検討されている[8]。
アルミニウム製錬
編集詳細は「ホール・エルー法」を参照
アルミニウムの精錬には溶融塩電解法であるホール・エルー法が用いられているが大量の電力を消費するためエネルギー効率の向上が課題となっている。原料の酸化アルミニウムの融点を下げるためにヘキサフルオロアルミン酸ナトリウムおよび三フッ化アルミニウムが融剤として添加されているが、そこに炭酸リチウムを加えるとフッ化リチウムが形成され、その導電性の高さによって電解浴の抵抗が低減され必要な電解電圧が下がるためエネルギー効率が向上する[9][10][11]。
花火
編集出典
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(一)^ D.D. Wagman, W.H. Evans, V.B. Parker, R.H. Schumm, I. Halow, S.M. Bailey, K.L. Churney, R.I. Nuttal, K.L. Churney and R.I. Nuttal, The NBS tables of chemical thermodynamics properties, J. Phys. Chem. Ref. Data 11 Suppl. 2 (1982).
(二)^ abc大久保聡﹁リチウム生産技術概略 ―現状および今後の動向―﹂﹃金属資源レポート﹄第48巻、石油天然ガス・金属鉱物資源機構、2019年3月。
(三)^ 小林 正夫﹁レアメタルの製造と利用 リチウム﹂﹃エネルギー・資源﹄第6巻第5号、エネルギー・資源学会、1985年、491-492頁。
(四)^ 菅野 了次﹁リチウム二次電池材料の結晶構造と材料特性﹂﹃日本結晶学会誌﹄第40巻第4号、日本結晶学会、1998年、265-267頁、doi:10.5940/jcrsj.40.262。
(五)^ Medical use
(六)^ 児玉皓雄﹁溶融炭酸塩型燃料電池とその開発状況﹂﹃エネルギー・資源﹄第6巻第2号、エネルギー・資源学会、1985年、185-190頁。
(七)^ 藤田 洋司, 西村 隆, 佐々木 明﹁Li/Na系電解質を用いた溶融炭酸塩型燃料電池の劣化率低減策の検討﹂﹃電気学会論文誌Ｂ︵電力・エネルギー部門誌︶﹄第120巻第4号、電気化学会、2000年、615頁、doi:10.1541/ieejpes1990.120.4_615。
(八)^ 宮崎 義憲﹁燃料電池の最新技術 2.溶融炭酸塩形燃料電池の長寿命化技術﹂﹃電気化学および工業物理化学﹄第66巻第2号、電気化学会、1998年、128-133頁、doi:10.5796/kogyobutsurikagaku.66.128。
(九)^ Wietelmann, U.; Bauer, R. J. (2003). "Lithium and Lithium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH: Weinheim.
(十)^ 村上 智矢﹁アルミニウムの製錬﹂﹃まてりあ﹄第58巻第10号、日本金属学会、2019年、553-556頁、doi:10.2320/materia.58.553。
(11)^ 高橋 正雄﹁アルミニウム溶融塩電解の発展と将来﹂﹃軽金属﹄第37巻第1号、軽金属学会、1987年、3-12頁、doi:10.2464/jilm.37.3。
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