способ хлорирования гидроксида лития

Формула изобретения

Способ хлорирования гидроксида лития, включающий щелочную абсорбцию хлора из хлоровоздушной смеси раствором гидроксида лития при температуре 50-60°С в пенном слое хлоровоздушной смеси со щелочным реагентом, отличающийся тем, что хлорирование раствора гидроксида лития осуществляют в присутствии железоникелевого катализатора путем четырехступенчатого противоточного контакта, причем хлорирование гидроксида лития на первой и второй ступенях контакта для удаления карбонатных осадков лития осуществляют до кислой среды рН5,5, а в третьей и четвертой ступенях для улавливания хлора создают щелочную среду, периодически, не останавливая процесса газоочистки, изменяют направление подачи раствора и хлоровоздушной смеси и производят отмывку третьей и четвертой ступеней от образовавшихся осадков карбоната лития, а требуемую степень улавливания хлора обеспечивают первая и вторая ступени газоочистки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к способам хлорирования щелочных реагентов и может быть использовано, например, при хлорировании пульпы карбоната лития.

В производстве хлорида лития методом хлорирования гидроксида лития используется противоток раствора литиевой щелочи и хлоровоздушной смеси через циклонно-пенные аппараты. Помимо получения целевого продукта (раствора хлорида лития) осуществляется газоочистка воздуха, отходящего с электролизных ванн, от хлора.

В связи с этим весьма актуальны способы, позволяющие эффективно использовать щелочной реагент для очистки отходящих газов от хлора, предотвратить забивание технологических трубопроводов и оборудования образующимися осадками карбоната лития, увеличить длительность эксплуатации установки.

Технология получения раствора хлорида лития включает в себя хлорирование в присутствии железо-никелевого катализатора гидроксида либо карбоната лития хлоровоздушной смесью, отходящей с электролизных ванн, химочистку полученного раствора хлорида лития, его фильтрацию и упаривание.

Известен способ получения раствора хлорида лития методом хлорирования гидроокиси лития. (Литий, его химия и технология. Остроушко Ю.И. и др. - М.: Атомиздат, 1960 г., стр. 59). При взаимодействии гидроокиси лития с хлором протекает реакция

2LiOH+Cl₂ LiClO+LiCl+Н₂О

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату - прототип, патент 2186729, МКИ С 01 D 15/04, 10.08.02 является способ получения хлорида лития взаимодействием гидроксида лития с хлоровоздушной смесью в присутствии восстановителя на основе аминных или амидных групп путем двухступенчатого противоточного контакта при температуре 50-60° С в пенном слое хлоровоздушной смеси. Вывод образующегося хлорида лития осуществляют с первой ступени контакта в виде потока его водного раствора 150-200 кг/м ³, содержащего остаточное количество щелочного реагента, обеспечивающее требуемую степень улавливания хлора, а подпитку свежего щелочного реагента производят путем подачи его потока на вторую ступень контакта (фиг.1)

К недостаткам данного способа относится то, что при хлорировании щелочи для обеспечения требуемой степени улавливания хлора раствор хлорида лития содержит на выходе из первой ступени остаточное количество щелочи (~ 0,4N LiOH), которое в технологии приходится нейтрализовать соляной кислотой. Кроме того, хлоровоздушная смесь, отходящая с электролизных ванн содержит углекислый газ (содержание углекислого газа в воздухе 0,02-0,04%), который вступает с гидроксидом лития в реакцию с образованием карбоната лития

Выпадение в осадок карбоната лития приводит к забиванию технологических трубопроводов и шаровой насадки абсорберов, поэтому периодически необходимо осуществлять переход на резервные абсорберы и проводить отмывку бывших в работе абсорберов раствором соляной кислоты. При отмывке абсорберов протекает реакция:

Li ₂СО₃+2НСl 2LiCl+СО₂ +H₂O

Таким образом, к недостаткам способа относится: хлорирование литиевой щелочи не осуществляется полностью (остаточная щелочность - 0,4 N), что приводит к дополнительному расходу соляной кислоты; карбонизация литиевой щелочи приводит к забиванию технологических трубопроводов и шаровой насадки абсорберов, что приводит к их остановке и вынужденной промывке раствором соляной кислоты; использование в технологии хлорирования гидроксида лития соляной кислоты приводит к коррозии титановых трубопроводов и титанового оборудования.

Задачей изобретения является полное хлорирование гидроксида лития, исключение забивания карбонатом лития технологических трубопроводов и оборудования и прекращение использования соляной кислоты в технологии хлорирования гидроксида лития.

Решение данной задачи достигается тем, что хлорирование гидроксида лития, включающего щелочную абсорбцию хлора из хлорвоздушной смеси раствором гидроксида лития при температуре 50-60° С в пенном слое хлорвоздушной смеси со щелочным реагентом, согласно формулы изобретения, хлорирование раствора гидроксида лития осуществляют в присутствии железо-никелевого катализатора путем четырехступенчатого противоточного контакта, причем хлорирование гидроксида лития на первой и второй ступенях контакта для удаления карбонатных осадков лития осуществляют до кислой среды (рН 5,5), а в третьей и четвертой ступенях щелочная среда обеспечивает требуемую степень улавливания хлора, периодически, не останавливая процесса газоочистки, изменяют направление подачи раствора и хлоровоздушной смеси и производят отмывку третьей и четвертой ступеней от образовавшихся осадков карбоната лития, а требуемую степень улавливания хлора обеспечивают первая и вторая ступени газоочистки.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как полное хлорирование гидроксида лития до рН 5,5 позволяет обходиться в технологии без соляной кислоты, необходимой для нейтрализации остаточной щелочности в растворе хлорида лития. При рН 5,5 происходит переход находящегося в растворе гидрокарбоната лития в хлорид лития по реакции

Li₂СО₃ +НСl=LiHCO₃+LiCl

LiHCO₃+НСl=LiCl+СO ₂ +Н₂О

Присутствие железо-никелевого катализатора позволяет разрушать образующийся гипохлорит лития до хлорида лития

2LiOH+Cl₂=LiCl+LiClO+H ₂O

LiClO ^{катлизатор Fe-Ni} LiCl+O

Четырехступенчатая очистка от хлора воздуха, отходящего с электролизных ванн, обеспечивает требуемую степень улавливания хлора, а осуществление обратной подачи как хлоровоздушной смеси, так и раствора гидроксида лития, исключает возможность забивания осадком карбоната лития технологических трубопроводов и оборудования, необходимость остановки оборудования и промывки его раствором соляной кислоты.

Способ осуществляется следующим образом (см. Фиг.2):

Режим работы установки непрерывный циркуляционно-противоточный. Хлоро-воздушная смесь подается последовательно на абсорберы №1, №2, №3 и №4. При этом работают вентиляторы №11 и №10, шибера №5, №13, №15 и №8 открыты, а шибера №7, №12, №6 и №14 закрыты. Подача раствора гидроксида лития осуществляется последовательно через абсорберы №4, №3, №2 и №1 противотоком хлоровоздушной смеси. При этом открыты вентили №17 и №18, а вентили №16 и №19 закрыты. Хлорирование литиевой щелочи в абсорберах №1 и №2 ведут до кислой среды (рН 5,5). В них происходит перевод образовавшегося осадка карбоната лития в хорошо растворимые хлорид и гипохлорит лития по реакциям

Cl₂+Н₂O НСl+НСlO

Li₂СО₃+НСl+НСlO LiCl+LiClO+СО₂ +Н₂O

Абсорберы №3 и №4 имеют щелочную среду и обеспечивают санитарную очистку от хлора. Постепенно технологические трубопроводы и шаровая насадка абсорберов №3 и №4 забиваются осадками карбоната лития. Так как в абсорберах №1 и №2 поддерживается кислая среда (рН 5,5), то технологические трубопроводы и шаровая насадка абсорберов №1 и №2 чисты. Периодически, не останавливая процесса газоочистки, изменяют направление подачи раствора гидроксида лития и хлоро-воздушной смеси. В этом случае хлоро воздушная смесь подается последовательно на абсорберы №3, №4, №1 и №2. При этом работают вентиляторы №11 и №9, шибера №6, №14, №12 и №7 открыты, а шибера №15, №8, №13 и №5 закрыты. Подача раствора гидроксида лития осуществляется последовательно через абсорберы №2, №1, №4 и №3 противотоком хлоровоздушной смеси. При этом открыты вентили №19 и №16, а вентили №18 и №17 закрыты. Хлорирование литиевой щелочи в абсорберах №3 и №4 ведут до кислой среды (рН 5,5), одновременно осуществляется отмывка трубопроводов и шаровой насадки от осадков карбоната лития. Абсорберы №1 и №2 имеют щелочную среду и обеспечивают санитарную очистку от хлора. При забивании осадками карбоната лития абсорберов №1 и №2 вновь осуществляется изменение направления подачи хлоровоздушной смеси и раствора гидроксида лития.