способ получения моногидрата гидроксида лития

Формула изобретения

Способ получения моногидрата гидроксида лития, включающий каустификацию карбоната лития известковым молоком с получением раствора гидроксида лития и нерастворимого карбоната кальция, отделение раствора гидроксида лития от карбоната кальция, упаривание раствора гидроксида лития, кристаллизацию чернового моногидрата гидроксида лития из упаренного раствора, отделение чернового моногидрата гидроксида лития от маточного раствора, отличающийся тем, что раствор гидроксида лития со стадии каустификации упаривают на 85÷90 об.%, маточный раствор после кристаллизации чернового моногидрата гидроксида лития упаривают и из него кристаллизуют технический моногидрат гидроксида лития, технический моногидрат гидроксида лития отделяют от его маточного раствора, который упаривают в замкнутом цикле совместно с маточным раствором со стадии кристаллизации чернового моногидрата гидроксида лития.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности к получению моногидрата гидроксида лития из карбоната лития.

Известен способ получения моногидрата гидроксида лития (LiOH·Н₂О) действием гидроксида бария на раствор сульфата лития [Остроушко Ю.И., Бучихин П.И., Алексеева В.В. и др. Литий, его химия и технология. - М.: Атомиздат, 1960. - С.159], принятый за аналог. Взаимодействие сульфата лития с гидроксидом бария протекает в соответствии с уравнением реакции:

Недостатками способа-аналога являются большой расход дорогостоящего реагента - гидроксида бария, и трудности отмывки гидроксида лития от объемистого осадка сульфата бария.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ получения моногидрата гидроксида лития, основанный на каустификации карбоната лития известью [Остроушко Ю.И., Бучихин П.И., Алексеева В.В. и др. Литий, его химия и технология. - М.: Атомиздат, 1960. - С.159-163], принятый за прототип. Взаимодействие карбоната лития с гидроксидом кальция протекает в соответствии с уравнением реакции:

Согласно способу-прототипу Li₂ CO₃ и известковое молоко тщательно перемешивают и нагревают до кипения. Полученный в результате каустификации раствор гидроксида лития отделяют от нерастворимого карбоната кальция противоточной декантацией. Декантированный раствор гидроксида лития загрязнен гидроксидом кальция, т.к. указанное соединение имеет заметную растворимость в воде. Затем декантированный раствор упаривают, повышая содержание гидроксида лития в растворе с ~32 г/л до ~167 г/л. Далее из упаренного раствора кристаллизуют черновой моногидрат гидроксида лития, который загрязнен гидроксидом кальция. Для кристаллизации чернового моногидрата гидроксида лития упаренный раствор гидроксида лития охлаждают со 100°С до температуры 40°С, при которой растворимость моногидрата гидроксида лития снижается до ~129 г/л по LiOH [Остроушко Ю.И., Бучихин П.И., Алексеева В.В. и др. Литий, его химия и технология. - М.: Атомиздат, 1960. - С.46]. Кристаллизовавшийся из упаренного раствора черновой моногидрат гидроксида лития отделяют центрифугированием от маточного раствора.

Недостатками способа-прототипа является загрязненность получаемого с его использованием моногидрата гидроксида лития кальцием, что требует проведения многостадийной и дорогостоящей очистки больших объемов моногидрата гидроксида лития методом его перекристаллизации. Перекристаллизация включает растворение моногидрата гидроксида лития в воде и/или маточном растворе от предыдущей перекристаллизации моногидрата гидроксида лития при 100°С до получения раствора гидроксида лития концентрацией ~167 г/л. Для обесцвечивания в раствор добавляют небольшое количество газовой сажи, отделяемую затем вместе с гидроксидом кальция от раствора гидроксида лития. Очищенный от кальция раствор гидроксида лития охлаждают, после чего кристаллизовавшийся из него технический моногидрат гидроксида лития отделяют от маточного раствора.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа получения моногидрата гидроксида лития, обеспечивающего снижение объема чернового моногидрата гидроксида лития, требующего перекристаллизации, и сокращение на этой основе затрат на перекристаллизацию.

Сущность заявляемого способа получения моногидрата гидроксида лития заключается в том, что в отличие от известного способа-прототипа, включающего каустификацию карбоната лития известковым молоком с получением раствора гидроксида лития и нерастворимого карбоната кальция, отделение раствора гидроксида лития от карбоната кальция, упаривание раствора гидроксида лития, кристаллизацию чернового моногидрата гидроксида лития из упаренного раствора, отделение чернового моногидрата гидроксида лития от маточного раствора, отличающийся тем, что раствор гидроксида лития со стадии каустификации упаривают на 85÷90 об.%, а маточный раствор после кристаллизации чернового моногидрата гидроксида лития упаривают, из упаренного маточного раствора кристаллизуют технический моногидрат гидроксида лития, технический моногидрат гидроксида лития отделяют от его маточного раствора, который упаривают в замкнутом цикле совместно с маточным раствором со стадии кристаллизации чернового моногидрата гидроксида лития.

Решение поставленной задачи и достижение соответствующих технических результатов обеспечивается тем, что в процессе кристаллизации чернового моногидрата гидроксида лития совместно с ним кристаллизуется основное количество примеси кальция. За счет этого в заявляемом способе получают очищенный от кальция маточный раствор со стадии кристаллизации чернового моногидрата гидроксида лития. Упаривание данного маточного раствора и последующее его охлаждение обеспечивают кристаллизацию из упаренного раствора технического моногидрата гидроксида лития с низким содержанием кальция и поэтому не требующего перекристаллизации. В технический моногидрат гидроксида лития в заявляемом способе извлекают 65÷70 мас.% лития, находящегося в растворе со стадии каустификации. В заявляемом способе выполняют перекристаллизацию лишь чернового моногидрата гидроксида лития, в который извлекается всего 30÷35 мас.% лития, находящегося в растворе со стадии каустификации. Таким образом, в заявляемом способе объемом чернового моногидрата гидроксида лития, требующего перекристаллизации, в 3 раза ниже, чем в способе-прототипе. За счет этого в заявляемом способе затраты на перекристаллизацию чернового моногидрата гидроксида лития в 3 раза ниже, чем в способе-прототипе. Получение чернового моногидрата гидроксида лития по заявляемому способу при степени упаривания раствора со стадии каустификации менее 85 об.% не обеспечивает достаточно полной очистки указанного раствора от кальция и ведет в дальнейшем к получению загрязненного кальцием технического моногидрата гидроксида лития. Если в заявляемом способе степень упаривания раствора со стадии каустификации составляет более 90 об.%, экономически неоправданно снижается выход лития в технический моногидрат гидроксида лития с одновременным увеличением выхода лития в загрязненный кальцием черновой моногидрат гидроксида лития, что ведет к росту затрат на перекристаллизацию чернового моногидрата гидроксида лития.

Пример осуществления способа.

Для реализации заявляемого способа технический карбонат лития подвергают каустификации известковым молоком с получением раствора гидроксида лития в соответствии со способом-прототипом. С этой целью карбонат лития обрабатывают известковым молоком, взятом в количестве 105 мас.% от теоретически необходимого по уравнению реакции (2), в течение 1 часа, при непрерывном перемешивании получаемой пульпы, температуре 100°С, с поддержанием начального объема добавлением дистиллированной воды. Затем пульпу каустификации фильтруют с получением отвального карбоната кальция и раствора гидроксида лития. Дальнейшую переработку указанного раствора гидроксида лития выполняют как по заявляемому способу, так и по способу-прототипу.

Для реализации заявляемого способа полученный после каустификации раствор гидроксида лития, взятый в количестве 10 г по литию и содержащий 0,25 г кальция, упаривают с различными степенями упаривания. Упаренный раствор охлаждают со 100°С до 40°С для кристаллизации чернового моногидрата гидроксида лития. Полученный черновой моногидрат гидроксида лития отфильтровывают от маточного раствора, который упаривают для кристаллизации технического моногидрата гидроксида лития. Упаривание ведут до полного удаления жидкой фазы из образующейся пульпы технического моногидрата гидроксида лития.

В таблице приведены результаты осуществления заявляемого способа и, для сравнения, способа-прототипа.

№ примера	Способ осуществления	Степень упаривания раствора со стадии каустификации, об.%	Выход Li из раствора со стадии каустификации в черновой моногидрат гидроксида лития	Выход Са из раствора со стадии каустификации в черновой моногидрат гидроксида лития	Выход Li из раствора со стадии каустификации в технический моногидрат гидроксида лития	Выход Са из раствора со стадии каустификации в технический моногидрат гидроксида лития	Содержание Са в моногидрате гидроксида лития, мас.%
г	%	г	%	г	%	г	%	черновой	технический
1	Заявляемый способ	80	2,3	23	0,137	55	7,7	77	0,113	45	1,0	0,24
2	82	2,6	26	0,200	80	7,4	74	0,050	20	1,2	0,11
3	85	3,0	30	0,237	95	7,0	70	0,013	5	1,2	0,03
4	90	3,5	35	0,247	99	6,5	65	0,003	1	1,2	меньше 0,01
5	93	3,9	39	0,247	99	6,1	61	0,003	1	1,0	меньше 0,01
6	95	4,4	44	0,247	99	5,6	56	0,003	1	0,9	меньше 0,01
7	Способ-прототип	до полного удаления жидкой фазы	10,0	100	0,250	100	-	-	-	-	0,4	-

В примерах 1-7 исходная загрузка раствора гидроксида лития со стадии каустификации составляет 10 г по Li и 0,25 г по Са. При перекристаллизации черновых моногидратов гидроксида лития, полученных по заявляемому способу (примеры 3 и 4) и по способу прототипу (пример 7), получены технические моногидраты гидроксида лития с содержанием кальция 0,03 мас.%

При реализации заявляемого способа (табл.1, примеры 3 и 4) из раствора гидроксида лития со стадии каустификации карбоната лития в черновой моногидрат гидроксида лития (содержащий 1,2 мас.% кальция) извлечено лишь 30÷35% лития; остальные 65÷70% лития извлечены в технический моногидрат гидроксида лития (содержащий не более 0,03 мас.% кальция). Вместе с тем, при переработке раствора гидроксида лития со стадии каустификации карбоната лития по способу-прототипу (табл.1, пример 7), литий на 100% извлечен из данного раствора в черновой моногидрат гидроксида лития (содержащий 0,4 мас.% кальция), т.к. способ-прототип не предусматривает получения технического моногидрата гидроксида лития. Перекристаллизация черновых моногидратов гидроксида лития, полученных как по заявляемому способу, так и по способу-прототипу, обеспечивает получение технического моногидрата гидроксида лития с содержанием кальция 0,03 мас.% (табл.1, примечание 2).

Таким образом, заявляемый способ получения моногидрата гидроксида лития, в сравнении со способом-прототипом, характеризуют втрое меньший объем чернового моногидрата гидроксида лития, который требуется перекристаллизовывать, и соответственно более низкие затраты на перекристаллизацию. Кроме того, заявляемый способ пригоден для непосредственного получения большого объема технического моногидрата гидроксида лития с низким содержанием кальция, тогда как способ-прототип пригоден для получения исключительно чернового моногидрата гидроксида лития с высоким содержанием кальция, что требует проводить его дорогостоящую очистку методом перекристаллизации.