способ получения гидроокиси лития

Формула изобретения

1. Способ получения гидроокиси лития методом электродиализа в трехкамерном электродиализаторе, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют карбонатсодержащие отходы, которые растворяют, отстаивают, декантируют, фильтруют и полученный раствор рециркулируют через центральную камеру электродиализатора, в катодной камере которого получают гидроокись лития, а раствор из центральной камеры после снижения солесодержания направляют на растворение отходов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что извлечение лития из раствора карбоната лития ведут до содержания карбоната 0,25 0,32 г-экв/л, а накопление гидроокиси лития в катодной камере ведут до концентрации 0,8 1,0 г-экв/л.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве трехкамерного электродиализатора используют ячейку, состоящую из катода, катионитовой мембраны, анионитовой мембраны и анода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения гидроокиси лития из карбонатсодержащих отходов и может быть использовано в технологии щелочных и редких щелочных элементов.

Известен способ получения гидроокиси лития из карбоната лития в двухкамерной ячейке с катионообменной мембраной (см. В. Д. Гребенюк, "Электродиализ", изд. "Техника", К. 1976, с. 140-141). В анодную камеру заливают раствор карбоната лития (рН смеси 8,5), а катодную заполняют разбавленным раствором гидроокиси лития (LiOH).

Существующий способ не позволяет получить чистую гидроокись лития из карбонатсодержащих отходов, т. к. нет вывода анионов из анодной камеры и в процессе работы они будут только накапливаться и постепенно загрязнять гидроокись лития.

Известен способ получения гидроокиси лития методом электродиализа (см. В. Д. Гребенюк, "Электродиализ", изд. "Техника", К. 1976, с. 137) прототип.

Для получения гидроокиси лития используют электродиализатор, разделенный двумя катионообменными мембранами на три камеры. В центральную камеру электродиализного аппарата подают раствор гидроокиси натрия (NaOH), а в электродные камеры заливают раствор сульфата лития (Li₂SO₄). При пропускании постоянного тока ионы натрия переходят в катодную камеру, а ионы лития в центральную.

Недостатком существующего способа является то, что в процессе получения гидроокиси в анодной камере образуется смесь сульфата лития и серной кислоты, т.к. ионы SO₄^2- в анодной камере не расходуются. Известно, что подвижность ионов водорода примерно в 9,3 раза выше, чем у ионов лития (см. Ю.Ю. Лурье, "Справочник по аналитической химии", изд. "Химия", М. 1979, с.348). Это значит, что при равных концентрациях сульфата лития и серной кислоты будет осуществляться преимущественно перенос ионов водорода. В дальнейшем при уменьшении концентрации ионов лития в анодной камере доля ионов водорода в переносе тока будет расти, а ионов лития уменьшаться. Ионы водорода, мигрируя из анодной камеры в центральную, будут нейтрализованы ионами гидроксила. В итоге из центральной камеры в катодную будет осуществляться перенос ионов натрия и лития, подвижности которых соизмеримы (см. Ю.Ю. Лурье, "Справочник по аналитической химии", изд. "Химия", М. 1979, с.348), т.е. будет идти процесс обессоливания раствора в центральной камере.

В катодной камере будет выделяться водород и образовываться щелочно-сульфатный раствор лития и натрия.

Таким образом, в этом способе существуют два процесса, снижающие выход гидроокиси лития: миграция ионов лития из центральной камеры в катодную и миграция ионов водорода из анодной камеры в центральную.

Цель изобретения получение чистой гидроокиси лития с высокой степенью извлечения лития из карбонатсодержащих отходов.

Поставленная цель достигается тем, что раствор карбонатсодержащих отходов рециркулируют через центральную камеру трехкамерного электродиализатора, в катодной камере которого получают гидроокись лития, а раствор из центральной камеры после снижения солесодержания направляют на растворение отходов, при этом извлечение лития из раствора карбоната лития ведет до содержания 0,25-0,32 гэкв/л, а ячейка состоит из катода, катионитовой мембраны, анионитовой мембраны и анода.

Использование электродиализатора для рециркуляции раствора через центральную камеру с получением чистой гидроокиси в катодной камере, отбор из нее и подача обедненного раствора из центральной камеры на растворение отходов является новым и обладает изобретательским уровнем, т.к. гидроокись лития можно получить в предложенном электродиализаторе и только при определенном направлении потоков растворов.

Способ осуществляется следующим образом.

Карбонатсодержащие отходы первоначально растворяют в конденсате. Гидроокись лития, хлор-ионы и сульфат-ионы переходят в раствор. Часть карбоната лития растворяется, часть остается в осадке. Алюминий в виде алюминатов тоже частично растворяется и частично остается в осадке. Образующийся раствор после отстаивания декантируют, фильтруют и направляют в центральную камеру трехкамерного электродиализного аппарата. Электродиализная ячейка представляет собой: катод катионитовая мембрана анионитовая мембрана анод. Под действием постоянного тока будет происходить миграция ионов лития из центральной камеры в катодную. На катоде происходит выделение водорода и в катодной камере получают гидроокись лития, которую используют в технологическом процессе. Карбонат-ионы, сульфат-ионы, хлор-ионы и алюминат-ионы под действием постоянного тока мигрируют через анионитовую мембрану в анодную камеру. В анодной камере циркулирует слабый раствор серной кислоты. На аноде происходит выделение кислорода, углекислого газа, хлора. Таким образом, осуществляется очистка раствора центральной камеры от анионитов. С целью оптимального расхода электроэнергии извлечение лития из раствора, циркулирующего через центральную камеру, ведут до содержания 0,25-0,32 гэкв/л, т.к. электропроводность до этих пределов изменяется незначительно, а раствор гидроокиси лития в катодной камере получают с концентрацией 0,8-1,0 гэкв/л, т.к. выход по току в пределах 0,8-1,0 гэкв/л гидроокиси лития практически не меняется (32-28). Обедненный по солесодержанию раствор из центральной камеры направляют на растворение новых поступающих отходов, и цикл переработки повторяется.

Растворение карбонатсодержащих отходов, отстаивание взвеси, декантация осветленной части раствора и фильтрация его позволяют избежать забивки трубопроводов осадком.

Пример осуществления способа. В 10 л дистиллированной воды добавили 60 г отходов, состав которых: Li₂CO₃ 85,0% LiOH 14,1 Al 0,2 Cl^- 0,1 SO₄^2- 0,2 Н₂О 0,4 Перемешивание взвеси осуществляли воздухом. Раствор отстаивали, декантировали, фильтровали и направляли в центральную камеру лабораторного трехкамерного электродиализатора, ячейка которого состояла из катода, катионитовой мембраны, анионитовой мембраны и анода. Обедненный по солесодержанию раствор из центральной камеры электродиализатора направляли вновь на растворение карбонатсодержащих отходов. К оставшемуся от предыдущего растворения карбонатсодержащему осадку добавляли новую порцию отходов, перемешивали раствор, отстаивали, декантировали, фильтровали и направляли вновь в центральную камеру трехкамерного электродиализатора. Получили гидроокись лития следующего состава: LiOH 0,954N, Al 5,0х10^-3 г/л, SO₄^2- 2,5х10^-3 г/л, Cl^- 2,1х10^-3 г/л.

В процессе эксперимента всего растворили 0,3 кг осадка, получили 5 л гидроокиси (0,8-1,0N). Нерастворимая часть осадка была отфильтрована и растворена в соляной кислоте. Полученный раствор проанализировали на содержание лития.

Баланс лития:

полученная гидроокись лития 25,20 г;

диализат 17,74 г;

нерастворимый осадок 0,57 г;

степень извлечения лития по предлагаемому способу 98,7

Таким образом, предлагаемый способ позволяет достигнуть высокой степени извлечения лития из карбонатсодержащих отходов, высокой степени очистки гидроокиси лития от примесей, содержащихся в отходах, организовать замкнутый технологический цикл и одновременно решить вопрос охраны окружающей среды.