12.Переработка карбоната лития в гидроксид лития. Технологическая схема.
Товарным продуктом в рассмотренных выше методах переработки литийсодержащего сырья является карбонат лития. Исключение составляет известковый метод. Карбонат лития используется непосредственно и, кроме того, он служит источником получения различных соединений лития, основными из которых являются гидроксид и хлорид.
Получение гидроксида лития. Единственным промышленным способом получения гидроксида лития является каустификация известью в растворе:
Li2CO3 + Ca(OH)2 → 2LiOH + CaCO3 (36)
Приведенные ниже данные по растворимости (20 ºС) ком-понентов реакции 34 (табл. 5) показывают, что равновесие реакции должно быть сдвинуто вправо:
В то же время из данных по растворимости в системе Li2CO3- Ca(OH)2- H2O при 75 ºС следует, что максимальная концентрация LiOH не может быть выше 36 г/л, т.е. можно получать только разбавленные растворы LiOH. Исходным продуктом при каустификации является влажный карбонат лития. Карбонат лития и гидроксид кальция замешивают в реакторе; известь берется в количестве 105 % от теоретического. Реакционная масса нагревается до кипения. Затем пульпу отстаивают и осветленный раствор декантируют. Он содержит 28,5-35,9 г/л LiOH. Шлам (карбонат кальция) подвергают трехстадийной противоточной промывке для доизвлечения лития. Основной раствор упаривают до 166,6 г/л LiOH. Затем температура понижается до 40 ºС. Гидроксид лития выделяется в виде моногидрата LiOH∙H2O, кристаллы которого отделяют от маточного раствора центрифугированием. Для получения чистого соединения первичный продукт перекристаллизовывают. Выход лития в готовый продукт – 85-90 %. Основной недостаток метода – высокие требования к чистоте исходных продуктов. Карбонат лития должен содержать минимальное количество примесей, особенно хлоридов. Известь не должна содержать алюминия, чтобы избежать образования малорастворимого алюмината лития.
13.Способы получения металлического лития (электрохимический способ, вакуум термический способ). Получение лития электролитическим способом
Электролиз проводят в электролите при соотношении LiCl : KCl = 1 : 1 (по массе), что близко к составу эвтектики в системе LiCl – KCl, плавящейся при 361 оС. Это позволяет проводить электролиз при 400 - 460 оС.
На рисунке 4.3 показана принципиальная схема электролизера с двумя прикатодными пространствами, отделенными от анодного пространства диафрагмами. Стальной кожух ванны футеруют графитом – наиболее устойчивым материалом по отношению к хлориду лития.
Р
ис.
4.3 – Схема электролизера для получения
лития
Катодами служат пластины из низкоуглеродистой стали, анодами – графитовые стержни. Потенциалы разложения LiCl и KCl в электролите эвтектического состава при 400 оС равны 3,78 и 3,89 В соответственно, что обусловливает частичное выделение калия на катоде.
Электролиз ведут при 400 - 430 оС при плотности тока на катоде и аноде 2,0 - 5,0 и 0,8 - 1,5 А/см2 соответственно. Выход по току достигает 90-95 %.
Растворимость калия в литии плохая (0,5 – 1,5 %), поэтому он образует новую фазу, окисляется в электролизере до K2O и растворяется в электролите. Выделяющийся на катоде жидкий литий всплывает на поверхность электролита, и его вычерпывают железной сетчатой ложкой по мере накопления. Металл защищен от окисления тонкой пленкой солей, хорошо смачивающих жидкий литий. Примерное содержание примесей в электролитическом литии, %: Na 0,3 - 2,5; K 0,02 - 1,5; Cu, Fe, Ca от 0,001 до 0,4; Si 0,004 - 0,8; Al 0,002 - 0,12; Mg 0,003; Cl 0,01. Полученный литий переплавляют в парафине и хранят в банках с парафином. По ходу электролиза в анодное пространство периодически вводят LiCl, поддерживая в ванне его содержание 55 - 57 % (по массе). Хлор из анодного пространства направляется в абсорбер, орошаемый известковым молоком.
Электролизом, помимо лития, можно получать сплавы лития с другими металлами (кальцием, магнием, тяжелыми металлами). Для этого либо вводят в электролит хлорид соответствующего металла, либо ведут электролиз с растворимым анодом из металла – компонента сплава с литием.