碳酸锂氢化提纯实验方案

1、碳酸锂氢化提纯实验方案一、 实验目的11.1探究碳酸锂氢化提纯工艺的可行性。11.2摸索除Ca、Mg、Cl、Na的最优方法。11.3摸索Li2CO3与CO2料配比。11.4探究可加工原料Li2CO3质量范围。11.5摸索最优锂损。11.6摸索生产Li2CO3最优范围。11.7探索最佳反应条件：T、P、t。11.8摸索最优反应设备。1二、 实验原理1三、 实验试剂及仪器53.1实验试剂53.2实验仪器5四、 实验内容54.1探究温度对氢化反应的影响54.2探究CO2速率对氢化反应的影响54.3探究搅拌速度对氢化反应的影响54.4探究反应时间的氢化反应的影响64.5探究固液比对氢化反应的影响64.

2、6探究732树脂对Ca2+、Mg2+金属离子的吸附效果64.7探究717强碱阴离子树脂除Cl-效果64.8热解碳酸氢锂64.9探究生产Li2CO3最优范围7五、 实验表格7六、 实验结果及分析9碳酸锂氢化提纯实验方案一、 实验目的1.1 探究碳酸锂氢化提纯工艺的可行性。1.2 摸索除Ca、Mg、Cl、Na的最优方法。1.3 摸索Li2CO3与CO2料配比。1.4 探究可加工原料Li2CO3质量范围。1.5 摸索最优锂损。1.6 摸索生产Li2CO3最优范围。1.7 探索最佳反应条件：T、P、t。1.8 摸索最优反应设备。二、 实验原理盐湖中含碳酸锂，可将其与去离子水混合制成浆料，然后与二氧化碳

3、反应生产碳酸氢锂，之后将碳酸氢锂用732树脂除Ca2+、Mg2+，然后将其热解可生成碳酸锂，之后将碳酸锂水洗、干燥可得到纯净碳酸锂。最后检测产品的碳酸锂中各组分的含量。主要反应方程式：Li2CO3+H2O+2CO2=2LiHCO32LiHCO3Li2CO3+H2O+2CO2制备碳酸锂工艺流程如下图2-1所示。原料Li2CO3氢化过滤离子交换过滤、洗涤、干燥热解、结晶树脂再生除Cl-产品化学分析去离子水、CO2母液循环化学分析图2-1 制备碳酸锂工艺流程图氢化实验的实验步骤：将原料碳酸锂与去离子水按照一定比例混合搅拌成料浆，向料浆通入高纯度的CO2气体，控制适当的温度、搅拌速度、固液比和CO2气

4、体流速，使Li2CO3与CO2的水溶液充分反应生成LiHCO3溶液。再经过过滤操作出去不溶性杂质，得到澄清的LiHCO3溶液。氢化实验装置如下图2-2所示。图2-2 氢化反应装置分解结晶的实验步骤：利用Li2CO3的溶解度随温度的升高而降低的性质，将离子交换过滤后的氢化溶液在适宜的搅拌速度下恒温水浴加热，在加热条件下，碳酸氢锂分解为Li2CO3、H2O与CO2气体，经过过滤、洗涤、干燥后可得到目标产物。分解结晶装置图如下图2-3所示。图2-3 分解结晶装置图Li+含量的测定：氢化反应过程中Li+含量采用火焰原子吸收光谱法（FAAS）进行测定。先配置以0mg/L、5mg/L、10mg/L、20m

5、g/L、30mg/L、40mg/L的Li+标准溶液，用FAAS测定标准溶液的吸光度，获得标准曲线。把样品稀释到配置的标准浓度梯度范围内，通过浓度与吸光度曲线得出稀释后的样品浓度。732树脂吸附去除率：=C0-Ct/C0100% （2-1）732树脂平衡吸附去除率：=C0-Ce/C0100% （2-2）式中： C0为离子初始浓度，mg/L；Ct为吸附t时刻的离子浓度，mg/L；Ce为吸附平衡时离子浓度，mg/L。Cl-的测定：在微酸溶液中，氯离子会与二价汞离子结合生成难解离的可溶而无色的氯化高汞，当氯离子被完全结合后，过量的汞离子会与指示剂二苯偶氮碳酰肼生成樱红色络合物。可利用此性质检测氯离子的

6、含量。具体方法如下：准确量取1.00-10.00ml的待检测溶液，按体积比1:15的比例加入无水乙醇，加入0.5g/L的溴酚蓝指示剂2滴，用0.5mol/L的NaOH（aq）和0.5mol/L的硝酸（aq）调节溶液颜色由蓝色变为黄色，加入34滴100g/L的二苯偶氮羰酰肼指示剂，用硝酸汞标准溶液滴定，直到溶液颜色刚变为樱红色为终点。计算公式如公式（2-3）。 c=V1-V0cHgNO335.45V1000 （2-3） 式中：c为氯离子浓度，mg/L；cHgNO3为硝酸汞标准液浓度mol/L；V1为滴定时消耗硝酸汞标准液的体积，ml；V0为滴定空白时消耗硝酸汞标准液的体积，ml；V为溶液样品的体

7、积，ml。三、 实验试剂及仪器3.1 实验试剂盐湖、CO2、去离子水、732树脂、717强碱阴离子树脂、LiOHH2O（AR）、HgNO3、0.5mol/L NaOH（aq）、0.5mol/LHNO3（aq）、二苯偶氮碳酰肼、0.5g/L溴酚蓝、无水乙醇。3.2 实验仪器电子天平、pH酸度计、玻璃棒、1000mL烧杯、烘箱、气体质量流量控制器、智能高低温循环水器、数显恒温水浴锅、夹套式三相反应釜或三颈烧瓶、电动搅拌器、火焰原子吸收光谱仪、滤纸、抽滤机。四、 实验内容4.1 探究温度对氢化反应的影响由于碳酸锂的氢化反应为可逆反应，而且碳酸锂的溶解度随温度上升而下降，温度也对CO2气体的溶解度、碳

8、酸氢锂的分解、溶质的扩散、传质、反应速率产生影响，因此要探究温度对氢化反应的影响。将10.0000g原料碳酸锂与400.0000g去离子水（140）放入1000mL烧杯中，搅拌制成浆液，在搅拌速度为200r/min的条件下持续通入CO2气体流量为0.1L/min（标况），反应时间为60min，分别做反应温度为283.15K、288.15K、293.15K、298.15K、303.15K、308.15K一共六组实验，将实验数据记录在表5-1中。做完283.15K308.15K实验后，分析实验数据找出最适反应温度，然后再以此温度为基准做5K，温度梯度1K的十组实验，重复上述实验，将实验数据记录在表

9、5-2中。4.2 探究CO2速率对氢化反应的影响在碳酸锂的氢化反应过程中，气体CO2是一个气液传质过程在给定的温度和搅拌速度条件下，CO2气体流速是影响气液传质速率的重要因素。若增大CO2气体的流速，不但可以提高气液传质的推动力，而且也可以增大气-液相间体积传质系数和加快传质速率，进一步加快氢化反应速率。将10.0000g原料碳酸锂与400.0000g去离子水放入1000mL烧杯中，搅拌制成浆液，在搅拌速度为200r/min的条件下持续通入CO2气体，反应时间为90min，反应温度为293.15K，考察CO2气体的流速为0.1L/min、0.3L/min、0.5L/min、0.7L/min、0

10、.9 L/min、1.1L/min、1.3 L/min、1.5 L/min对反应的影响，实验数据记录在表5-3中。4.3 探究搅拌速度对氢化反应的影响碳酸锂的氢化反应是典型的非催化气-液-固三相反应体系，而搅拌速度对此反应体系具有重要影响。在氢化反应过程中，Li2CO3与CO2的水溶液发生的化学反应，能够瞬间完成，因此，Li2CO3的溶解扩散和CO2的传质吸收决定了该过程的化学反应速率。CO2和Li2CO3在常温下的溶解度均小，因此可以通过增大液体的湍动，来加快碳酸锂固体的溶解及气-液间的传质速率和扩散速率和扩散速率，使体系中的反应物充分混合，促进反应的进行。将10.0000g原料碳酸锂与40

11、0.0000g去离子水放入1000mL烧杯中，搅拌制成浆液，在搅拌速度为200r/min的条件下持续通入CO2气体流速为4.2实验中最优的流速，反应时间为90min，反应温度为293.15K，考察反应搅拌速度分别为150r/min、200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min对氢化反应的影响，实验数据记录在表5-4。4.4 探究反应时间的氢化反应的影响反应时间是衡量反应进行程度的重要指标，研究碳酸锂氢化过程的最佳反应时间能有效指导工业生产，在获得高产率的同时，能减少能耗和节约成本以提高经济效益。将10.0000g原料碳酸锂与400.0000g去离子水

12、放入1000mL烧杯，搅拌制成浆料，在搅拌速率为200r/min，反应温度289.15K的条件下持续通入气体速率为4.2实验中最优流速的CO2气体充分反应，分别移取反应时间为5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min后的氢化液，用原子吸收光谱（AAS）测定氢化液稀释后的Li+浓度。将实验数据记录在表5-5中，并根据表5-5做出氢化反应过程中Li+浓度和碳酸锂的转化率随时间的变化曲线。4.5 探究固液比对氢化反应的影响固液比的多少直接影响氢化反应过程中的传质及反应速率，在传质过程中，可以通过提高反应物的浓度来增大传质推动力，以达到提高传质速率的目的。然而，提

13、高浆液混合物中的固体浓度，会增加其体积浓度，从而提高液相和固液界面的扩散阻力。在不断搅拌条件下持续通入CO2气体，搅拌速度为200r/min，气体流速为4.2的最优流速，反应时间为60min的条件下，考察原料碳酸锂与水的配比分别为1：40、1：35、1:30、1:25、1:20对氢化反应的影响。分别在不同反应时间点进行取样，用火焰原子吸收光谱仪测定溶液中的Li+浓度变化。观察实验现象并将实验数据记录于表5-6。4.6 探究732树脂对Ca2+、Mg2+金属离子的吸附效果用电子天平称取原料碳酸锂10.0000g，加入三颈烧瓶。按照实验4.5中最优固液比加入去离子水，搅拌成浆液，将电子恒温水浴锅温

14、度保持在实验4.1中最优温度，通入CO2气体速率为实验4.2最优速率，调节搅拌器控制速度在实验4.3中最优搅拌速度，反应时间为实验4.4中最优反应时间，充分反应。将得到的溶液用抽滤机抽滤，除去不溶性杂质，检测滤液中Ca2+、Mg2+的含量，将滤液加入到10.0000g732树脂中，吸附Ca2+、Mg2+金属离子，吸附90min，抽滤机抽滤，得到碳酸氢锂溶液，检测其中Ca2+、Mg2+的含量，观察实验现象并将实验数据记录于表5-7。4.7 探究717强碱阴离子树脂除Cl-效果将实验4.6得到的碳酸氢锂溶液，检测其中Cl-的含量，将其溶液通过10.0000g717离子交换树脂吸附Cl-，吸附时间4

15、0min，抽滤机抽滤，得到碳酸氢锂溶液，检测其中Cl-的含量，观察实验现象并将实验数据记录于表5-8。4.8 热解碳酸氢锂将实验4.7所得的滤液，1000ml烧杯中，置于90数显恒温水浴锅中加热充分搅拌结晶得到Li2CO3沉淀，用抽滤机抽滤，用去离子水反复冲洗沉淀，将冲洗后的沉淀放入恒温干燥箱80恒温干燥20h后取出称重，记录数据，研磨，过筛得到目标产物，称重记录并检测其中的成分，计算锂损。4.9 探究生产Li2CO3最优范围多次重复实验4-64-7，并检测得到碳酸锂的成分，记录数据于表5-9得到可生产Li2CO3最优范围。五、 实验表格表5-1 反应温度对氢化反应的影响1温度/K不同时间碳酸

16、锂氢化的转化率/%5 min10 min20 min30 min40 min50 min60 min283.15288.15293.15298.15303.15308.15表5-2 反应温度对氢化反应的影响2温度/K不同时间碳酸锂氢化的转化率/%5 min10 min20 min30 min40 min50 min60 min表5-3 CO2气体流速对氢化反应的影响CO2流速（L/min）不同时间碳酸锂氢化的转化率/%5min10 min20 min30 min40 min50 min60 min70min80 min90 min0.10.30.50.70.91.11.31.5表5-4 搅拌速度对氢化反应的影响搅拌速度（r/min）不同时间碳酸锂氢化的转化率/%5min10 min20 min30 min40 min50 min60 min70min80 min90 min150200250300350400表5-5 反应时间对氢化反应的影响时间/mincLi+/gL-1Li2CO3转化率/%5102030405060表5-6 固液比对氢化反应的影响固液比不同氢化时间碳酸锂的氢化转化率/%5 min10 min20 min30 min40 min50