Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗВОДНОГО ГИДРОКСИДА ЛИТИЯ

Изобретение относится к технологии получения гидроксида лития, используемого в химической промышленности.

Известен способ получения безводного гидроксида лития (Краткая химическая энциклопедия, т.2, Государственное научное издательство “Советская энциклопедия”, Москва, 1963 г., стр.990), включающий получение моногидрата гидроксида лития, его последующее обезвоживание при температуре более 600°С.

Недостатком способа является высокая температура, что требует сложного аппаратурного оформления и невозможность получения продукта с высоким содержанием основного вещества.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату - прототип, является способ (В.Е.Плющев, Б.Д.Степин. "Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия", издательство "Химия", М., 1970, стр.27), включающий обезвоживание моногидрата лития при температуре выше 600°С, а в вакууме или в атмосфере водорода полное удаление кристаллизационной воды происходит при 400-450°С

Недостатком данного способа обезвоживания является высокая температура процесса, что приводит к значительно более сложной конструкции оборудования и технологии обезвоживания из-за высокой коррозионной способности гидроксида лития при высоких температурах.

Задача изобретения - получение безводного гидроксида лития с массовой долей основного вещества не менее 98% и массовой долей карбонат иона не более 2% при простом аппаратурном оформлении.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе получения безводного гидроксида лития, включающем растворение гидроксида, физико-химическую очистку на ртутном катоде от катионов щелочных металлов, сорбционную очистку от тяжелых металлов, упаривание, фильтрацию и сушку на паровой шнековой сушилке с обогреваемым шнеком-осушителем, согласно изобретению сушку гидроксида лития проводят в три стадии, причем на первой стадии процесс сушки ведут при температуре 130-135°С и разрежением воздуха на входе в сушилку до 10 мм водяного столба в течение 30-33 ч до получения продукта с массовой долей основного вещества 69-73%, на второй стадии процесс сушки ведут при тех же параметрах в течение 22-24 ч до получения массовой доли основного вещества 90-93%, на третьей стадии процесс ведут при тех же параметрах в течение 30-36 ч до получения продукта с массовой долей основного вещества не менее 98%, при этом процесс сушки на всех ее стадиях проводят с непрерывным реверсивным вращением шнека-осушителя.

После каждой стадии сушки сушилка тщательно зачищается от гарнисажа и остатков продукта.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как для получения продукта требуемого качества (массовая доля основного вещества не менее 98% и массовая доля карбонат иона не более 2%) процесс сушки и обезвоживания проводится при температуре 125-135°С (что значительно ниже, чем 400-600°С в известном способе). Важным параметром является выбор оптимального времени нахождения продукта в зоне сушки.

Это достигается проведением процесса сушки и обезвоживания продукта в 3 стадии при температуре на стенках корпуса сушилки и на стенках шнека-осушителя 125-135°С, удалением выделившейся в процессе сушки влаги за счет организации обратного прососа воздуха от выхода шнека-холодильника сушилки до входа в сушилку (в направлении увеличения влагоемкости) при разрежении воздуха на выходе из сушилки до 10 мм водяного столба, а так же реверсивном вращении шнека-осушителя.

Реверсивное вращение шнека-осушителя способствует интенсификации процесса теплоотдачи от стенок корпуса и шнека-осушителя аппарата к продукту за счет его перемешивания, а также позволяет увеличить эффективное время контакта продукта с горячими стенками. Разрежение воздуха до 10 мм водяного столба на входе в сушилку и организация обратного прососа воздуха от выхода шнека-холодильника сушилки через шнек-сушилку позволяют не допустить обратную конденсацию влаги (движение воздуха осуществляется в направлении увеличения влагоемкости), а также дает возможность эффективно удалять влагу из сушилки.

Необходимость трехстадийной сушки объясняется невозможностью за один цикл (одну стадию) получить продукт требуемого качества, так как в процессе сушки и обезвоживания на стенках сушилки образуется гарнисаж из продукта, который значительно ухудшает процесс теплопередачи от стенок к продукту. Кроме того, вследствие более высокой температуры гарнисажа в нем более интенсивно происходит карбонизация продукта. После каждой стадии сушки производится полная выгрузка продукта из сушилки и она тщательно зачищается от гарнисажа.

Промежуточные параметры сушки (массовая доля основного вещества 69-73% на первой стадии и 90-93% на второй стадии) выбраны из условий максимально возможного эффективного (оптимального) времени нахождения продукта в сушилке, а также и минимально возможного времени его контакта с атмосферным воздухом при высокой температуре. Экспериментально определено, что при превышении указанных промежуточных параметров эффективность дальнейшего процесса обезвоживания существенно снижается из-за образующегося слоя гарнисажа. При наличии гарнисажа процесс обезвоживания замедляется и увеличивается время неэффективной выдержки продукта в зоне сушки, что, в свою очередь, приводит к более высокой карбонизации продукта (то есть, с одной стороны, необходимо увеличить время выдержки продукта в зоне сушки до тех пор, пока скорость процесса обезвоживания не начнет резко падать из-за образования гарнисажа на стенках сушилки, с другой стороны - необходимо исключить нерациональную, неэффективную выдержку продукта в зоне сушки, когда скорость обезвоживания снизилась, а карбонизация продукта за счет контакта с атмосферным воздухом при данной температуре процесса продолжается с постоянной скоростью).

Пример осуществления способа

Исходный гидроксид лития растворяют в деионизованной воде или конденсате до содержания 20 г/л, очищают от катионов щелочных металлов на ртутном катоде, проводят сорбционную очистку от ртути и тяжелых металлов. Затем раствор гидроксида лития упаривают в выпарном аппарате и отфильтровывают на центрифуге кристаллы гидроксида лития от маточного раствора. Маточный раствор возвращают в выпарной аппарат, а кристаллы гидроксида с содержанием основного вещества 54,5% и карбонат иона 0,25% направляют на первую стадию сушки в паровую шнековую сушилку с обогреваемым шнеком-осушителем. Первую стадию сушки проводят в течение 32 часов при температуре на стенках корпуса сушилки 130°С, температуре на стенках шнека-осушителя 132°С, разрежении воздуха на выходе из сушилки около 10 мм водяного столба и реверсивном вращении шнека-осушителя в режиме 10 минут в одном направлении и 10 минут в противоположном направлении. Данный режим вращения шнека выбран исходя из конструктивных особенностей паровой сушилки, при этом продукт перемещается в сушилке из одной ее части в другую без удаления из зоны сушки. Высушенный продукт с массовой долей основного вещества 69% и карбонат иона 0,6% через шнек-холодильник полностью выгружают из сушилки и затаривают в промежуточные контейнеры. Сушилку тщательно зачищают от гарнисажа и остатков продукта.

Затем полученный на первой стадии сушки продукт с массовой долей основного вещества 69% и карбонат иона 0,6% загружают в сушилку и проводят вторую стадию сушки при тех же параметрах работы сушилки. Сушку проводят в течение 24 часов. После второй стадии сушки получают продукт с массовой долей основного вещества 90% и карбонат иона 1,2%. Высушенный продукт вновь выгружают из сушилки и затаривают в промежуточные контейнеры, сушилку тщательно зачищают от гарнисажа и остатков продукта.

После зачистки сушилки продукт с массовой долей основного вещества 90% и карбонат иона 1,2% вновь загружают в сушилку и проводят третью стадию сушки при тех же параметрах работы сушилки. Сушка проводилась в течение 35 ч. После третьей стадии получено 450 кг безводного гидроксида лития с массовой долей основного вещества 98,0% и карбонат иона 1,9%.

На второй и третьей стадиях процесс сушки проводят при непрерывном реверсивном вращении шнека-осушителя аналогично вышеизложенному (см. первую стадию).

Использование предлагаемого способа позволяет на существующем оборудовании получить безводный гидроксид лития с массовой долей основного вещества не менее 98% и карбонат иона не более 2%.

Результаты пяти экспериментов с анализами массовой доли основного вещества и карбонат иона на каждой стадии сушки приведены в таблице.