Способ получения высокочистого карбоната лития
Владельцы патента RU 2325325:
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (RU)
Изобретение может быть использовано в химической, фармацевтической, металлургической и других отраслях промышленности. Способ получения высокочистого карбоната лития включает бикарбонизацию водного раствора карбоната лития углекислым газом, фильтрацию раствора гидрокарбоната лития, сорбционную очистку его, дебикарбонизацию, отделение карбоната лития, промывку его горячей водой и сушку, при этом процесс дебикарбонизации раствора гидрокарбоната лития проводят с использованием микроволнового излучения. Изобретение позволяет снизить потери продукта в процессе дебикарбонизации, повысить производительность. 1 табл.
Изобретение относится к способу получения высокочистого карбоната лития и может найти использование в химической, фармацевтической, металлургической и других отраслях промышленности.
Известен способ получения высокочистого карбоната лития патент US №6048507, кл. C01D 015/00; С01D 7/00, 2000 г. Суть изобретения заключается в процессе обработки водной пульпы карбоната лития углекислым газом при комнатной температуре и выше при давлении от 1 до 20 атм. Очистка полученного раствора гидрокарбоната лития на ионообменной смоле на основе аминофосфоновой кислоты и дебикарбонизация при температуре от 60-100°С, фильтрация, промывка и сушка полученного осадка карбоната лития.
Недостатком вышеизложенного изобретение является то, что процесс дебикарбонизации проводят нагреванием раствора гидрокарбоната лития от внешнего теплоносителя, это приводит к нагреву внешней стенки и осаждению осадка карбоната лития на стенках реактора, а следовательно, к потере получаемого продукта, возможному его загрязнению от конструкционного материала и к повышенному расходу энергии. Все перечисленные недостатки приводит к удорожанию конечного продукта.
Известен способ и устройство для получения особо чистого карбоната лития патент US 6207126, кл. С22В 26//12; 7/; C01F 5/2/2; 7/; C01D 15//04 от 27.03.2001 г., в котором обработку водной пульпы карбоната лития углекислым газом осуществляют в реакторе с мешалкой или в абсорбционной колонне с магазином решетчатых тарелок или в колонне Scheibel корпорации Glitch Technology, затем осуществляют сорбционную очистку, а процесс дебикарбонизации проводят в емкости с мешалкой, оснащенной нагревателем. Полученный осадок карбоната лития отделяют от маточного раствора, осадок промывают и сушат.
Недостатками данного изобретения, также как и в изобретении по патенту №6048507, являются низкая эффективность протекания химической реакции процесса дебикарбонизации, потеря на стенках получаемого продукта за счет его налипания и возможное его загрязнения от материала реактора и мешалки.
Наиболее близким к предлагаемому способу, прототип, является способ получения особо чистых солей лития и устройство для его осуществления, по патенту RU №2270168 С2, МПК C01D 7/10; 7/12; 15/08; B01J 8/14 от 20.02.2006 г., при котором технический карбонат лития подвергают механоактивации, бикарбонизации, сорбционной очистке, процессы бикарбонизации и дебикарбонизации проводят в вихревом дисперсном слое.
Этому способу присущи недостатки предыдущего. При использовании вихревой камеры процесс дебикарбонизации проводят в накопительной емкости путем нагрева ее стенок от внешнего теплоносителя. Так как карбонат лития имеет обратную зависимость растворимости от температуры, то осадок в первую очередь выпадает на более нагретых стенках емкости в виде труднорастворимого гарнисажа, что приводит к потере продукта и частой остановки оборудования на профилактическую очистку.
Кроме того, процесс нагрева путем теплопередачи через стенку для сосудов больших объемов при промышленном производстве является низкопроизводительным.
Теплопередача через стенку сопровождается высоким градиентом температуры от стенки вглубь раствора гидрокарбоната лития, что создает различные условия образования осадка карбоната лития в объеме сосуда и приводит к разнородности его фракционного состава. Технической задачей настоящего изобретения является снижение потерь продукта в процессе дебикарбонизации, повышение производительности химического процесса, улучшение качества продукции.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе получения высокочистого карбоната лития, включающем бикарбонизацию водной пульпы карбоната лития углекислым газом, фильтрацию раствора гидрокарбоната лития, сорбционную очистку его, дебикарбонизацию, отделение карбоната лития, его промывку горячей водой и сушку, согласно формуле изобретения процесс дебикарбонизации проводят с использованием микроволнового излучения.
Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как в процессе дебикарбонизации с использованием микроволнового излучения обеспечивается объемный нагрев раствора гидрокарбоната лития. Вследствие отсутствия перегрева стенок емкости налипания осадка на них не происходит и осадок карбоната лития без потерь передается на следующую технологическую операцию. Так как процесс микроволнового нагрева по своим свойствам является безынерционным и действует на весь облучаемый объем, то вся энергия микроволнового излучения передается практически мгновенно, а производительность химического процесса существенно повышается. Действие микроволнового излучения во всем объеме способствует формированию множества центров кристаллизации соли и выпадению осадка карбоната лития более однородным по фракционному составу. Использование микроволнового излучения позволяет использовать более дешевое полимерное оборудование.
Способ получения высокочистого карбоната лития осуществляют следующим образом. Технический карбонат лития загружают в реактор и наливают дистиллированную воду. Подачу углекислого газа в реактор осуществляют в объеме согласно химическому уравнению реакции (1).
После завершения процесса бикарбонизации раствор гидрокарбоната лития проходит сорбционную очистку. Очищенный от примесей щелочноземельных, цветных и тяжелых металлов раствор гидрокарбоната лития собирают в полимерную емкость. Процесс дебикарбонизации (2) проводят с использованием микроволнового излучения.
После отделения полученного осадка, промывки его горячей дистиллированной водой или конденсатом очищенный карбонат лития сушат.
Использование предлагаемого способа позволяет получить высокоэффективный технологический процесс производства высокочистого карбоната лития и на его основе других высокочистых солей лития, а также лития металлического, различных литированных оксидов металлов для литий-ионных аккумуляторов повысить производительность химического процесса, улучшить качество продукции, снизить затраты на проведение технологического процесса.
Пример 1.
Способ получения высокочистого карбоната лития осуществляют следующим образом. Технический карбонат лития в количестве 630 г загружают в установку и наливают дистиллированную воду в количестве 15 л. Подачу углекислого газа в вихревую камеру установки осуществляют в объеме согласно химическому уравнению реакции. После завершения процесса бикарбонизации раствор гидрокарбоната лития через фильтр насосом перекачивают в напорную емкость. Оттуда раствор гидрокарбоната лития пропускают через колонку с сорбентом и очищают от примесей катионов щелочных, щелочноземельных и цветных металлов. После глубокой очистки от примесей раствор гидрокарбоната лития собирают в полимерную емкость и проводят процесс дебикарбонизации в лабораторной установке с микроволновым излучателем, работающим на частоте 2,45 ГГц. При этом удаляемый углекислый газ возвращают в реактор первой установки для бикарбонизации следующей партии карбоната лития. Процесс дебикарбонизации проводят в течение 40 минут.
Образовавшийся очищенный осадок карбоната лития отфильтровывают, промывают 3 л дистиллированной горячей водой при температуре 85-100°С и высушивают в вакуумном шкафу при температуре 270°С. Масса полученного сухого карбоната лития составила 484 г. Теоретический расчет показал следующее:
содержание карбоната лития в маточном растворе после фильтрации - 8 г/л
(растворимость карбоната лития при 100°С - 7,2 г/л);
8 г/л×15 л = 120 г
содержание карбоната лития в промывных водах - 8 г/л;
8 г/л×3 л = 24 г
обязательные потери составили: 144 г
осадок карбоната лития должен быть: 630-144=486 г
потери составили: 486 г-484 г = 2 г или 2:484×100=0,41%.
Выход готового продукта составил 99,6%.
Эти потери можно отнести к потерям на фильтре в процессе фильтрации осадка.
Полученный карбонат лития имеет содержание основного вещества 99,99% и следующие содержания примесей, таблица 1.
Пример 2.
Способ получения высокочистого карбоната лития (по прототипу) осуществляется следующим образом. Технический карбонат лития в количестве 630 г загружают в установку с вихревой камерой и наливают дистиллированную воду в количестве 15 л. Подачу углекислого газа в вихревую камеру установки осуществляют в объеме согласно химическому уравнению реакции. После завершения процесса бикарбонизации раствор гидрокарбоната лития через фильтр насосом перекачивают в напорную емкость. Оттуда раствор гидрокарбоната лития пропускают через колонку с сорбентом и очищают от примесей катионов щелочных, щелочноземельных и цветных металлов. После глубокой очистки от примесей раствор гидрокарбоната лития перекачивают в установку с вихревой камерой, имеющей полимерное покрытие для устранения возможного загрязнения от конструкционного материала, где проводят процесс дебикарбонизации и отгонку выделяющегося углекислого газа. Емкость с раствором гидрокарбоната лития, куда стекает раствор после вихревой камеры, имеет подогрев. Удаляемый углекислый газ возвращают в реактор первой установки для бикарбонизации следующей партии карбоната лития. Процесс дебикарбонизации проводят в течение 3 часов. Образовавшийся очищенный осадок карбоната лития отфильтровывают, промывают 3 л дистиллированной горячей водой при температуре 85-100°С и высушивают в вакуумном шкафу при температуре 270°С. Масса полученного сухого карбоната лития составила 380 г.
С учетом расчетов, приведенных в первом примере, можно сказать, что потери составляют: 630 г-144 г-380=106 г;
в процентном отношении: 106:380×100=27,9%.
выход продукта составляет: 72,1%.
Качество полученного продукта совпадает с результатами анализа по первому эксперименту, так как реактор дебикарбонизатора имеет полимерное покрытие, и загрязнения от конструкционного материала не происходит.
Таким образом, сравнивая результаты двух экспериментов, отличающихся различным проведением процесса дебикарбонизации, можно сказать, что использование СВЧ для процесса дебикарбонизации позволяет повысить выход готового продукта, ускорить проведение технологического процесса дебикарбонизации, а использование полимерного оборудование значительно снижает затраты на конструкционные материалы.
| Таблица 1. | ||
| Элемент | Технический Li2СО3, % | Очищенный Li2CO3, % |
| OB | 99,0(min) | 99,99 |
| Al | 8,4·10-4 | <2,0·10-4 |
| Fe | 8,4·10-4 | <2,0·10-4 |
| Mg | 4,8·10-3 | <2,0·10-4 |
| Si | 1,4·10-2 | <2,0·10-4 |
| К | 2,9·10-3 | <5,0·10-4 |
| Na | 4,6·10-2 | <5,0·10-4 |
| Ca | 1,4·10-2 | <2,0·10-4 |
| Cu | 2,3·10-4 | <1,0·10-4 |
| Pb | <2,0·10-4 | <1,0·10-4 |
| Cr | <2,0·10-4 | <2,0·10-4 |
Способ получения высокочистого карбоната лития, включающий бикарбонизацию водного раствора карбоната лития углекислым газом, фильтрацию раствора гидрокарбоната лития, сорбционную очистку его, дебикарбонизацию, отделение карбоната лития, промывку его горячей водой и сушку, отличающийся тем, что процесс дебикарбонизации раствора гидрокарбоната лития проводят с использованием микроволнового излучения.
