Способ очистки гидроксида лития-7
Владельцы патента RU 2251525:
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (RU)
Изобретение относится к методам очистки гидроксида лития. Раствор гидроксида лития-7 подвергают подупариванию до помутнения раствора и выпадения в кристалл 0,7-1,0% гидроксида лития-1, затем раствор фильтруют и упаривают до получения пульпы. Фильтрацию раствора после подупаривания проводят последовательно в герметичных фильтрах с тканевым и металлокерамическим фильтрующим слоем со средним размером пор 0,15 мкм при вакуумировании подводящей линии. Технологические операции отделения кристаллов от маточного раствора и их сушки проводят в одном аппарате - центрифуге до получения кристаллов гидроксида лития-7 с содержанием основного вещества 55-56% и весь процесс очистки проводят в герметичном оборудовании в среде инертного газа. Способ обеспечивает очистку гидроксида лития-7 от карбонат-иона до содержания ≤0,5% и от нерастворимых включений, а также позволяет получить продукт с содержанием основного вещества 55-56%, затем продукт может использоваться в качестве пассивирующей добавки в контурах тяжеловодных ядерных реакторов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Предполагаемое изобретение относится к технологии очистки гидроксида лития-7, используемого в ядерной энергетике.
Известен способ очистки гидроксида лития, включающий растворение гидроксида лития, карбонизацию при 20-25°С полученного раствора до образования бикарбоната лития, отделение раствора от шлама, декарбонизацию раствора бикарбоната лития с получением осадка карбоната лития, его отделение и последующий перевод карбоната в гидроксид (Химия редких и рассеянных элементов. М., Высшая школа, 1969 г., т.2, с.42).
Недостатком известного способа является сложность, многостадийность технологического процесса и невысокая степень очистки от анионов и катионов тяжелых металлов.
Известен также способ очистки гидроксида лития путем растворения в дистиллированной воде при 100°С до содержания в растворе 160-170 г/л гидроксида лития. Полученный горячий раствор отделяют от шлама, выпаривают и охлаждают при температуре 40°С с одновременной кристаллизацией моногидрата гидроксида лития. Осадок полученного продукта отделяют от маточного раствора, который направляют для растворения исходного гидроксида лития. (Литий, его химия и технология. Остроушко Ю.И. и др. М.. Атомиздат. 1960 г., с.161-162).
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки гидроксида лития-7, включающий растворение, 3-стадийную сорбционную очистку, упаривание, фильтрацию, отделение маточного раствора от кристаллов гидроксида лития-7 и сушку кристаллов (Патент РФ №2165886, приоритет от 19.10.1999 г. - прототип).
Недостатком данного способа является низкая степень очистки гидроксида лития-7 от карбонат-иона и нерастворимых включений. Содержание карбонат-иона в кристаллах гидроксида лития-7 порядка 1,0-1,5%, а нерастворимых включений 650-800 ppm.
Задача изобретения - повышение степени очистки гидроксида лития-7 от карбонат-иона и нерастворимых включений с получением продукта с содержанием карбонат-иона ≤0,5% и отсутствием нерастворимых включений.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом способе очистки гидроксида лития-7, включающем растворение, 3-стадийную сорбционную очистку, фильтрацию, упаривание, охлаждение, отделение кристаллов гидроксида лития-7 от маточного раствора и сушку кристаллов, согласно изобретению, после сорбционной очистки раствор подвергают предварительной фильтрации, затем предварительному упариванию в герметичном реакторе (автоклаве) в течение 2-4 часов до помутнения раствора и выпадению в кристалл 0,7-1,0% гидроксида лития-7, затем раствор последовательно подвергают повторной фильтрации и упариванию во втором герметичном реакторе в течение 4-6 часов до требуемого соотношения твердой и жидкой фаз, при этом предварительное упаривание, повторную фильтрацию, упаривание, отделение кристаллов и сушку проводят в атмосфере инертного газа. Повторную фильтрацию раствора проводят в герметичных фильтрах с тканевым и металлокерамическим фильтрующим слоем при вакуумировании подводящей линии до абсолютного остаточного давления 0,05-0,15 кгс/см2. Отфильтрованный раствор подвергается упариванию во втором герметичном реакторе (автоклаве) в течение 4-6 часов, а после упаривания пульпа подается на вторичную фильтрацию и сушку на центрифуге и весь процесс ведут в среде инертного газа, например азота. Процесс отделения кристаллов от маточного раствора и сушки кристаллов на центрифуге проводят до получения кристаллов гидроксида лития-7 с содержанием основного вещества 55-56%. Полученный кристалл направляется на упаковку.
Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как перед кристаллизацией гидроксида лития-7 раствор подвергают предварительному упариванию в герметичном реакторе (автоклаве) до его помутнения и выпадения в кристалл 0,7-1,0% гидроксида лития-7, затем раствор последовательно фильтруют в герметичных фильтрах с тканевым и металлокерамическим фильтрующим слоем с использованием вакуума, при этом совместно с выпадением в кристалл 0,7-1,0% гидроксида лития-7 кристаллизуется и карбонат-ион, находящийся в растворе на пределе растворимости в химической форме карбоната лития. Фильтрация в герметичном фильтре с тканевым фильтрующим слоем позволяет отфильтровать раствор от кристаллов гидроксида лития-7, содержащих в значительных количествах карбонат-ион в форме карбоната лития. Последующая фильтрация раствора в герметичном фильтре с металлокерамическим фильтрующим слоем со средним размером пор 0,15 мкм позволяет очистить раствор гидроксида лития-7 от нерастворимых включений.
При выпадении в кристалл менее 0,7% гидроксида лития содержание карбонат-иона в готовом продукте превышает 0,5%, а при выпадении в кристалл более 1% гидроксида лития эффективность очистки от карбонат-иона существенно не улучшается, но увеличивается количество кристаллов, направляемых на вторичную переработку.
Проведение процесса очистки гидроксида лития-7 в среде инертного газа в герметичном оборудовании позволяет исключить контакт раствора с воздухом и предотвратить карбонизацию раствора в процессе очистки.
Проведение технологических операций отделения кристаллов от маточного раствора и их сушки на центрифуге в среде инертного газа позволяет предотвратить контакт кристаллов гидроксида лития-7 с атмосферным воздухом и сократить время фильтрации и сушки по сравнению с прототипом в 8-10 раз.
Таким образом, использование изобретения позволяет получить кристаллы гидроксида лития-7 с содержанием карбонат иона ≤0,5%, отсутствием нерастворимых включений и содержанием основного вещества 55-56%.
Решаемая в настоящем изобретении задача по очистке гидроксида лития-7 от карбонат-иона и нерастворимых включений весьма актуальна, так как гидроксид лития-7 используется в качестве пассивирующей добавки в контурах тяжеловодных ядерных реакторов, наличие нерастворимых включений в которых недопустимо, а высокое содержание карбонат-иона в готовом продукте неприемлемо также и из экономических соображений (изотоп литий-7 в виде карбоната в готовом продукте не оплачивается потребителями).
Пример осуществления способа
Исходный гидроксид лития-7 до очистки по предлагаемому способу содержит 1,0-1,5% карбонат-иона и 650-850 ppm нерастворимых примесей. После растворения гидроксида лития-7 в деионизованной воде до содержания металла ~20 г/л, раствор подвергают непрерывной 3-стадийной сорбционной очистке от ртути и других примесей в колонках, заполненных активированным углем, с линейной скоростью 1,6-0,8 м/ч на первой стадии, 0,8-0,4 м/ч на второй стадии и 0,4-0,2 м/ч на третьей стадии.
Перед подачей раствора на последующие стадии очистки все герметичное оборудование: накопительная емкость, реакторы упарки, фильтры, вакуумная ловушка и центрифуга продувается и заполняется инертным газом - азотом.
После сорбционной очистки раствор сливается в герметичную накопительную емкость, из которой подается на предварительную фильтрацию на нутч-фильтре перед предварительным упариванием. После нутч-фильтра и вакуумной ловушки раствор насосом подается в герметичный реактор предварительного упаривания с мешалкой. Реактор выполнен из нержавеющей стали. В реакторе проводят предварительное упаривание раствора гидроксида лития-7 при температуре 110°С в течение 2-4 часов и давлении пара в змеевике реактора до 2,0 кгс/см2 до помутнения раствора и кристаллизации 0,7-1,0% гидроксида лития-7. Затем раствор последовательно фильтруют в герметичном фильтре с тканевым фильтрующим слоем, состоящим из нескольких слоев хлориновой ткани и ткани Петрянова, и в герметичном фильтре с металлокерамическим фильтрующим слоем со средним размером пор 0,15 мкм с использованием вакуума. Установку фильтрации вакуумируют до абсолютного остаточного давления 0,1 кгс/см2.
Отфильтрованный раствор через вакуумные ловушки подается во второй герметичный реактор (автоклав) - реактор упарки с мешалкой. Реактор выполнен из нержавеющей стали. В реакторе производят упаривание раствора гидроксида лития-7 при температуре 110°С и давлении пара в змеевике реактора 2,0 кгс/см2 в течение 4-6 часов до соотношения твердого к жидкому 1:1. После выдержки в течение 4-6 часов проводят охлаждение реактора упарки до температуры 35°С. В качестве охладителя используют воду с температурой 20°С.
Охлажденную пульпу подают на центрифугу для отделения кристаллов от маточного раствора и их сушки. Технологические операции: отделение кристаллов от маточного раствора и их сушку на центрифуге проводят до получения кристаллов гидроксида лития-7 с содержанием основного вещества 55-56%, затем полученные кристаллы направляют на упаковку, а маточный раствор возвращается в реактор упарки.
Процесс очистки раствора гидроксида лития-7, а также технологические операции отделения кристаллов от маточного раствора и их сушки с использованием центрифуги проводятся в герметичном оборудовании в среде инертного газа - азота, что позволяет предотвратить контакт с атмосферным воздухом и тем самым предотвращает карбонизацию продукта в процессе очистки и сушки..
Использование предлагаемого способа очистки гидроксида лития-7 позволяет очистить его от карбонат-иона до содержания ≤0,5% и от нерастворимых включений (достичь их отсутствия), получить продукт с содержанием основного вещества 55-56%, а также увеличить производительность заявляемого способа по сравнению с прототипом в 5-8 раз.
Результаты анализов полученного гидроксида лития-7 приведены в таблице.
| Таблица | |||||
| № п/п | Исходный гидроксид лития-7 | Гидроксид лития-7, полученный по предлагаемому способу | |||
| Массовая доля карбонат иона. % | Содержание нерастворимых включений, ppm | Основное вещество, % | Массовая доля карбонат иона, % | Содержание нерастворимых включений, ppm | |
| 1 | 1,05 | 650 | 55,0 | 0,30 | He обнаружено |
| 2 | 1,20 | 700 | 55,5 | 0,41 | Не обнаружено |
| 3 | 1,25 | 720 | 56,0 | 0,35 | Не обнаружено |
| 4 | 1,40 | 750 | 55,8 | 0,50 | Не обнаружено |
| 5 | 1,50 | 800 | 55,9 | 0,46 | Не обнаружено |
| 6 | 1,50 | 780 | 55,3 | 0,38 | Не обнаружено |
1. Способ очистки гидроксида лития-7, включающий растворение, трехстадийную сорбционную очистку, фильтрацию, упаривание, охлаждение, отделение кристаллов от маточного раствора и сушку, отличающийся тем, что после сорбционной очистки раствор подвергают предварительной фильтрации, затем предварительному упариванию в герметичном реакторе в течении 2-4 ч до помутнения раствора и кристаллизации 0,7-1,0% гидроксида лития-7, после чего раствор подвергают повторной фильтрации и упариванию во втором герметичном реакторе в течение 4-6 ч до требуемого соотношения твердой и жидкой фаз, при этом предварительное упаривание, повторную фильтрацию, упаривание, отделение кристаллов и сушку проводят в атмосфере инертного газа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтрацию раствора после предварительного упаривания проводят последовательно в герметичных фильтрах с тканевым и металлокерамическим фильтрующим слоем со средним размером пор 0,15 мкм при вакуумировании подводящей линии.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что технологические операции отделения кристаллов от маточного раствора и сушки кристаллов проводят в одном аппарате - центрифуге до получения кристаллов гидроксида лития-7 с содержанием основного вещества 55-56%.
