美国锂公司由碳酸锂转化氢氧化锂的工艺研究.pdf

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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。Li2CO3Ca(OH)2CaCO32LiOH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提供超

2、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Li2CO3Ca(OH)2CaCO3LiOH01.540.1720.001312.70201.330.1560.001412.80501.080.121——13.301000.720.0690.001817.50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，尽管在理论上无限稀的溶液

3、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，从经济方面要考虑工艺过程的成本

4、，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，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

5、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Li2CO3260磅，Ca(OH)2275磅，H2O725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)水中重溶并加碳吸如上蒸发结晶母液氢氧化锂1.08磅/加仑过滤离心分离碳、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

6、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:Li2SO4Ba(OH)28H2O2LiOHH2OBaSO46H2O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

7、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残渣二氧化硅，用方程式可以分两步表示: