美国锂公司由碳酸锂转化氢氧化锂的工艺研究

1、.美国锂公司由碳酸锂转化氢氧化锂的工艺研究by.d.s.laider实际上， 由碳酸埋生产氢氧化锂的工艺， 是根据具有悠久历史的钾、 钠的氢氧化物的生产原理进行的。在这里，碳酸锂和消石灰按下列化学反应式，进行反应。li 2 co3 ca(oh )2caco 32lioh哈斯特莱克绘出了这个反应的相图，并且表示出用这种方法获得氢氧化锂的最大浓度为3.5%。这个浓度的溶液也含有 0.08%的碳酸锂，相当于初始碳酸锂浓度为5.52%；如采用比较高的初始碳酸锂浓度进行反应，只能使残渣中的固体碳酸锂浓度增高而已。哈斯特莱克的试验是在一个密封的容器里进行的，以避免溶液吸收二氧化碳。只要碳酸锂和氢氧化钙能够

2、提供超过反应生成物碳酸钙离解出的碳酸根和钙离子，这个反应在理论上是从左向右进行的。下面的表1 给出了有关物质在水中的溶解度。表 1 温度和溶解度的关系溶解度 g/100g 水中温度li 2co3ca (oh ) 2caco 3lioh01.540.1720.001312.70201.330.1560.001412.80501.080.12113.301000.720.0690.001817.50从表中可以看出，碳酸锂和氢氧化钙随温度的增加溶解度减小，而碳酸钙的溶解度随温度的升高而增加。同时，因为同离子效应，氢氧化锂在溶液中的积累，抑制了更多的氢氧化钙和碳酸锂在溶液中的溶解。 所以，尽管在理论上

3、无限稀的溶液中反应能进行完全， 但实际上反应总是进行不完全的。为了观察稀释作用对反应平衡的影响，进行了实验室放大试验，其结果列于下表2：表 2 放大实验结果反应时间（ h）0.250.500.751.001.25*1.502.503.003.75*4.254.75转化率 %46.247.548.548.852.057.5063.264.285.091.5093.4* 为添加 10 加仑水后用 20 加仑水煮至碳酸锂基本转化为氢氧化锂后，再加入 10 加仑水， 结果碳酸锂的转化率增加，反应速度猛增。反应速度减慢以后，再加入10 加仑水后，又出现了类似的结果。这些情况限制了苛化工艺的浓度，另外，

4、从经济方面要考虑工艺过程的成本，特别是蒸发费用限制了锂损失的进一步降低。从实用的观点看，已确实的试验结果是，氢氧化锂适合的工作浓度为3.5g/100ml 。在保证溶液体积蒸发量在合理的范围内，这一浓度完全可以使转化率达到 90%以上。碳酸钙经过滤或沉降后除去，清彻的溶液蒸发至氢氧化锂结晶析出，即单水氢氧化锂。从 表 1 给 出 的 溶 解 度 可 以 看 出 ， 温 度 对 溶 解 度 的 影 响 很 小 。 影 响 范 围 在 100 (17.5glioh/100ml) 和 40 (13.0glioh/100ml) 。冷却饱和溶液到 40以下就没有价值了。.结晶于这个温度 (40 )分离较好

5、，母液立即返回到蒸发工序。因为氢氧化锂容易从空气中吸收co2，需要尽可能进行快速蒸发，以确保在蒸发过程中没有 co2 进入碱液中。苛化反应需要稍过量的ca(oh) 2 就能实现。工艺流程如图1：加入 li 2co 3260 磅， ca(oh) 2275 磅， h 2o725 加仑悬浮液蒸汽加热至沸腾氢氧化锂洗液倾斜沉降分离约 0.1 磅 / 加仑氢氧化锂溶液碳 酸 钙 底0.3 磅/加仑沉降洗涤蒸发至 100，饱和点为 1.39 磅/加仑洗渣碳酸钙， 约 365 磅，返回碳酸锂中和工段冷却至 40，1.08 磅 /加仑离心分离母液氢氧化锂1.08 磅/ 加仑氢氧化锂产品(含少量石灰 )水中重溶

6、并加碳吸如上蒸发结晶1.08 磅/ 加仑过滤母液氢氧化锂离心分离碳、石灰溶液氢氧化锂产品， 理论产量295 磅图 1工艺流程图做了各种不同条件试验， 希望能增加氢氧化埋的直收率， 但主要障碍是碳酸锂和氢氧化钙之间建立的平衡。这个平衡须将渣转入别的工序中去循环。在空气中氢氧化锂容易碳化，溶液中更易碳化，因而污染产品。因此，应该注意选择一个生产氢氧化锂的好方法。有些方.法值得一提。 用氢氧化钡和硫酸锂溶液反应直接制取氢氧化锂是最简单、最直接的方法。 反应式如下 :li 2 so4ba(oh )28h 2 o2liohh 2obaso46h 2 o这个反应能够进行到底。由于氢氧化锂比氢氧化钡的摩尔重

7、量低得多。315 份氢氧化钡才能制备84 份单水氢氧化锂， 氢氧化钡的消耗必须考虑到。 该法氢氧化锂的收率高，反应过程相对比较简单。硫酸锂溶液既能够用稀硫酸和碳酸锂反应制得，更有价值的方法是可以从硫酸法工艺中获得硫酸锂溶液。 硫酸锂不同于其它碱金属硫酸盐，氢氧化钡不形成硫酸锂的复盐。对碳酸锂和二氧化硅在 700烧结并用蒸汽水解生产氢氧化锂的方法进行了研究。这种方法仿照了大规模生产氢氧化钡的工艺。尽管碳酸锂受热不如钾盐和钠盐稳定，但它也需要于1270常压下才能完全分解。这种方法的原理是:用碳酸锂和二氧化硅混合形成硅酸盐来降低其分解温度至700左右。理论上这种硅酸盐用热水水解后，产生氢氧化锂溶液和

8、残渣二氧化硅，用方程式可以分两步表示 :lico 3sio2li 2 sio3co2li 2 sio3h 2o2liohco2这个制造工艺的第一步是完全成功的。但到目前为止， 还没有找到令人满意的加水水解方法。试验结果表明，硅酸锂仅是部份的水解，并且有相当一部分sio2 被生成的氢氧化锂溶解。下列各种两性氧化物可以代替sio2，例如 tio 2、 a1 2o3、zno 和 sb2o3，但只有zno 所显示的优点超过sio 。一些著名的文献中表明，氢氧化锂可以用来稳定sio溶液。22用氢氧化钙苛化碳酸锂的工艺图已给出。最终产品单水氢氧化理lioh h2o 典型值分析如表 3。表 3化学分析结果物质liohco 2cao2fe 2o3na 2o水