Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСОБОЧИСТОГО КАРБОНАТА ЛИТИЯ

Изобретение относится к способу получения особочистого карбоната лития и может найти использование в химической, формацевтической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен способ очистки карбоната лития от примесей (патент США №4207297, кл. C 01 D 015/08; C 01 D 015/02, 1980 г.). Суть изобретения заключается в непрерывном интегрированном процессе, обеспечивающем способ получения карбоната лития высокой чистоты с большим средним размером частиц при использовании карбоната лития технического сорта. Процесс состоит из трех этапов: подщелачивание водного раствора технического карбоната лития гидроксидом кальция для получения гидроксида лития и осаждения карбоната кальция; фильтрация - для удаления карбоната кальция, обработка раствора гидроксида лития углекислым газом или карбонатом лития для уменьшения концентрации ионов кальция и обработки раствора гидроксида лития углекислым газом для получения карбоната лития высокой чистоты.

Недостатком вышеуказанного патента является трудоемкость процесса, дополнительное использование гидроксида кальция и получение карбоната лития недостаточно высокой чистоты (OB - 99,3%).

Известен способ получения нитрата и карбоната лития особой чистоты (И.Б.Короткевич, А.С.Солюс, В.Е.Бромштейн, “Химическая промышленность”, №8, 1993). Очистку нитрата лития проводили методом экстрактивной кристаллизации, в процессе которой происходит также и глубокая очистка маточного раствора. Карбонизацией этого раствора получали карбонат лития особой чистоты.

Сущность экстрактивной кристаллизации заключается в том, что в горячий, насыщенный при 50°С раствор очищаемой соли вводят не смешивающийся с ним органический экстрагент. При кристаллизации в присутствии экстрагента равновесие распределения примеси между твердой фазой, маточным раствором и экстрагентом сдвигается в сторону последнего. Сдвиг равновесия происходит за счет предпочтительной экстракции примеси по сравнению с очищаемым веществом; если очищаемое вещество обладает высаливающим действием (как в данном случае), то степень извлечения примесей возрастает на несколько порядков. Таким образом, в процессе экстрактивной кристаллизации осуществляется очистка и кристаллов, и маточного раствора.

Исходным веществом для получения нитрата и карбоната лития являлся технический нитрат лития. При использовании в качестве экстрагента диэтил-дитиокарбамата натрия был получен готовый продукт карбоната лития с содержанием в %: Fe - 5·10^-6, Cu - 1·10^-6, V - 5·10^-6, Co - 1·10^-7, Mn - 5·10^-7, Ni - 2·10^-7, Cr - 1·10^-7. Содержания основного вещества и примеси натрия, кальция в данной статье не приводятся. Недостатком этого способа является сложность его проведения и использование в качестве экстрагента органосодержащей соли натрия, которую необходимо в дальнейшем регенерировать или утилизировать, что влечет за собой дополнительные расходы.

Troost L. в 1857 году показал, что карбонат лития может быть переочищен с помощью процессов бикарбонизации и дебикарбонизации (Troost L., Ann. Chim et pharm., 51, 103, 1857). Walker A.C. и другие в 1927 году исследовали зависимость растворимости карбоната лития от парциального давления над раствором (Walker A.C., Bray U.B., Jonston J., J. of Amer.chem. Soc., 49, 1235, 1927). Музалевская И.В. в диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук исследовала процессы растворения карбоната лития в зависимости от давления, температуры и процесс дебикарбонизации (И.В.Музалевская, Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук “Бикарбонатная переработка как метод получения карбоната лития высокой чистоты из различных технологических продуктов”, М., ВНИИХТ, 1966 г.).

Наиболее близким - прототип - по способу получения особочистого карбоната лития является Американский патент №6048507, кл. C 01 D 015/00; С 01 D 7/00, 2000 г. Суть изобретения заключается в процессах обработки раствора карбоната лития углекислым газом при комнатной температуре и выше при давлении от 1 до 20 атм, очистки полученного раствора бикарбоната лития на ионообменной смоле на основе аминофосфоновой кислоты и дебикарбонизации при температуре от 60-100°С, фильтрации и сушки полученного осадка карбоната лития.

Недостатком вышеизложенного изобретения является использование повышенных давлений на всех стадиях процесса, что заставляет использовать специальное оборудование и приводит к удорожанию конечного продукта.

Задачей изобретения является разработка технологии получения особочистого карбоната лития с наименьшими затратами.

Поставленная задача решается благодаря тому, что способ получения особочистого карбоната лития, включающий бикарбонизацию водного раствора карбоната лития углекислым газом при перемешивании, фильтрацию раствора бикарбоната лития, очистку его на катионообменной смоле, дебикарбонизацию, отделение карбоната лития, его промывку горячей водой и сушку, согласно формуле изобретения, карбонат лития подвергают механоактивации, бикарбонизацию проводят при температуре 5-25°С и давлении до 0,5 атм, при этом процессы бикарбонизации и очистки на катионообменной смоле ведут при одинаковой температуре, очистку раствора бикарбоната лития проводят на синтетических катионообменных смолах на основе пиридиновых соединений, или сульфокислот, или комплексных хелатных соединений.

Задача решается также благодаря тому, что для очистки бикарбоната лития используется синтетическая катионообменная смола на основе винилпиридиновых соединений.

Задача решается также благодаря тому, что для очистки бикарбоната лития используется синтетическая катионообменная смола на основе сульфокислот.

Задача решается также благодаря тому, что для очистки бикарбоната лития используется синтетическая катионообменная смола на основе комплексных хелатных соединений.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как проведение механоактивации позволяет разрушить кристалл карбоната лития и ускорить процесс бикарбонизации, проведение процесса бикарбонизации при температуре 5-25°С позволяет повысить растворимость карбоната лития и получить раствор бикарбоната лития большей концетрации. Проведение процессов бикарбонизации при давлении до 0,5 атм позволяет использовать обычное оборудование, не предназначенное для работы под давлением, что упрощает и удешевляет процесс. Очистка на синтетических катионообменных смолах на основе пиридиновых соединений, или сульфокислот, или комплексных хелатных соединений позволяет провести очистку большего числа примесей, расширить ряд используемых смол и использовать отечественные материалы наряду с зарубежными, что позволяет удешевить процесс. Поддержание одинаковой температуры в процессах бикарбонизации и при очистке на катионообменной смоле позволяет избежать газообразования в слое смолы и качественно вести процесс очистки.

Способ получения особочистого карбоната лития осуществляется следующим образом. В емкость, имеющую охладительную систему, загружают технический карбонат лития, предварительно прошедшего механоактивацию, в расчете 40-70 г/л и наливают дистиллированную воду. Охлаждение поддерживают в интервале температур 5-25°С, перемешивание в турбулентном режиме и подачу углекислого газа при давлении до 0,5 атм. После завершения процесса бикарбонизации методом декантации через фильтр сливают раствор бикарбоната лития и пропускают его через колонку, имеющей охладительную рубашку, с винилпиридиновой катионообменной смолой - ВПК (допускается и катионообменная смола марки Purolite S-940 или Lewatit TP 208), в Li⁺-форме. После очистки от примесей щелочноземельных, цветных и тяжелых металлов, раствор бикарбоната лития дебикарбонизируют при температуре 75-100°C с принудительньм удалением углекислого газа и возврата его в начало процесса. Образовавшийся осадок карбоната лития отделяют от маточного раствора, промывают дистиллированной горячей Т=85-100°С водой и сушат.

Для получения соли более высокого качества предложенный технологический цикл повторяют.

Использование предлагаемой технологии для получения особочистого карбоната позволяет получать высокочистые соли и металлический литий достаточно простым способом и с низкими энергозатратами.

Пример 1

Навеску карбоната лития массой 240 г подвергают механоактивации, засыпают в реактор карбонизатора и наливают 6 л дистиллированной воды. Проводят процесс бикарбонизации при температуре 10°С и давлении до 0,5 атм, при перемешивании в турбулентном режиме. После полного растворения навески раствор бикарбоната лития отфильтровывают и проводят процесс дебикарбонизации при Т=75°С с перемешиванием 500-700 об/мин. Получившийся осадок карбоната лития отфильтровывают и промывают горячей дистиллированной водой при температуре 85°С, высушивают в вакуумном шкафу при температре 270°С. Данные анализа очищенного карбоната лития по предложенному способу приведены в таблице 1.

В результате эксперимента произошла очистка от примеси натрия в 100 раз, калия в 20 раз, кремния в 10 раз относительно исходного содержания. Примеси кальция, алюминия, железа и магния остались на исходном уровне.

Пример 2

Навеску карбоната лития массой 300 г подвергают механоактивации, засыпают в реактор карбонизатора и наливают 6 л дистиллированной воды. Проводят процесс бикарбонизации при температуре 10°С и давлении до 0,5 атм, при перемешивании в турбулентном режиме. После полного растворения навески раствор отфильтровывают и проводят процесс дебикарбонизации при Т=100°С с перемешиванием 500-700 об/мин. Получившийся осадок карбоната лития отделяют и промывают горячей дистиллированной водой при температуре 85°С, высушивают в вакуумном шкафу при температре 270°С. Данные анализа очищенного карбоната лития приведены в таблице 2.

В результате эксперимента произошла очистка от примеси натрия в 100, кремния в 50, магния в 10, калия в 20 и кальция в 5 раз относительно исходного содержания. Примеси алюминия, железа остались на исходном уровне.

Пример 3

Навеску карбоната лития массой 360 г подвергают механоактивации, засыпают в реактор карбонизатора и наливают 6 л дистиллированной воды. Проводят процесс бикарбонизации при температуре 5°С и давлении до 0,5 атм, при перемешивании в турбулентном режиме. После растворения навески раствор бикарбоната лития отфильтровывают и пропускают через колонку с катионитом в Li⁺-форме, проводят процесс дебикарбонизации при Т=95°C с перемешиванием 500-700 об/мин. Получившийся осадок карбоната лития отфильтровывают и промывают горячей дистиллированной водой при температуре 85°С, высушивают в вакуумном шкафу при температре 270°С. Данные анализа очищенного карбоната лития приведены в таблице 3.

Таким образом, в результате эксперимента качество карбоната лития по основному веществу улучшилось, а содержание примесей уменьшилось в 10-100 раз. Следовательно, по предлагаемому способу очистки возможно получить карбонат лития высокого качества - 99,99% и выше.