2023 Fiscal Year Annual Research Report
電池材料再資源化と鉄鋼脱リン効率化に向けた熱力学～リン酸の安定性は制御可能か？
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21K04737
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
長谷川 将克 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (40335203)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | リン酸 / 電池材料 / 再資源化 / 鉄鋼プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リンは鉄鋼の不純物として除去される一方、肥料や電池材料として再資源化が期待されている。鉄鋼精錬スラグは塩基性酸化物-酸性酸化物-FeO系であるが、リチウムイオン電池正極材料LiFePO4も塩基性酸化物Li2O-酸性酸化物P2O5-FeO系と言える。リン酸の分離と安定化の制御を目的に、(1)電池材料リサイクルに向けたリン酸の分離、(2)LiFePO4リサイクルに係る熱力学データベースの構築、(3)精錬スラグ中のリン酸の安定化、(4)リン酸を含有する酸化物相の溶体モデルの構築について取り組んだ。
テーマ1では、LiFePO4に添加物を混合し、加熱生成物を水に溶解してLi回収率を測定した。K2CO3と還元剤を添加して加熱すると、LiFePO4からFeを還元分離できた。生成物の溶解度を考慮し、最終年度はLi回収率を86%まで向上できた。グラファイトに比べカーボンブラックを還元剤に用いると反応速度が上昇した。
テーマ2では、Li回収反応の効率化に必要な熱力学データを測定した。最終年度はLi2O-K2O-P2O5系化合物の水への溶解度とLi2O-P2O5系のP2O5活量を測定した。実験に用いる参照金属としてCu-Ag-P系を提案した。
テーマ3では、Ca2SiO4-Ca3P2O8固溶体中のFeO活量とP2O5活量を測定した。H2/H2O分圧比を制御したガス中で酸化物相と液体Cu-Fe合金を平衡させ、合金成分の濃度から活量を算出した。最終年度は固溶体中のCa2+がFe2+に置換するとP2O5活量が急激に低下することを明らかにし、測定値・文献値の精度についても考察した。
テーマ4では、FeOを含むCa2SiO4-Ca3P2O8固溶体に対する溶体モデルを作成した。最終年度は固溶体中の全成分の活量を算出し、Fe2+置換によるP2O5活量低下はCa3P2O8活量低下に起因することを明らかにした。
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