способ получения пероксида лития

Формула изобретения

Способ получения пероксида лития, включающий взаимодействие гидроксида лития с пероксидом водорода при мольном соотношении гидроксид лития/пероксид водорода (LiOH/H₂O₂ ), равном 1,74÷2, при температуре в зоне синтеза 25-35°С и последующую дегидратацию полученной в результате данного взаимодействия системы, отличающийся тем, что перед дегидратацией осуществляют экспозицию системы при температуре от 25°С до 35°С в течение 2-3 ч, а дегидратацию осуществляют в две стадии, при этом дегидратацию на первой стадии осуществляют путем воздействия излучения сверхвысокой частоты, а вторую стадию дегидратации проводят экспозицией полученной твердой фазы состава Li₂ O₂·H₂O над цеолитом при температуре от 10°С до 25°С.

Описание изобретения к патенту

Известен способ получения пероксида лития [патент РФ № 2322387, МПК С01В 15/043, 2008 г.], заключающийся во взаимодействии гидроксида лития с пероксидом водорода при мольном соотношении гидроксид лития/пероксид водорода (LiOH/Н₂О₂ ), равном 1,74-2, при температуре в зоне синтеза 25-35°С и последующей дегидратации полученной системы, состоящей из продуктов взаимодействия пероксида водорода и гидроксида лития и воды. Дегидратацию системы, полученной при взаимодействии гидроксида лития и пероксида водорода, осуществляют путем воздействия излучения сверхвысокой частоты (СВЧ) без предварительного отделения твердой фазы. Способ получения пероксида лития обеспечивает выход по литию более 99,5% весовых при высоком содержании основного вещества в получаемом продукте (до 98,4% весовых) и минимальном расходе исходных компонентов на единицу конечной продукции.

Однако указанный способ получения пероксида лития имеет весьма существенный недостаток - высокую вероятность возникновения пожароопасной ситуации. Это обусловлено тем, что любое энергетическое поле, возникающее в промышленно выпускаемых СВЧ сушилках, характеризуется достаточно высокой степенью неоднородности. По этой причине возможен локальный нагрев перекисного соединения до температуры разложения, протекающего в автокаталитическом режиме и сопровождающегося выделением атомарного кислорода. Выделяющийся атомарный кислород (один из сильнейших окислителей) способен вызвать так называемый «кислородный пожар», локализовать который до конца разложения источника кислорода (в данном случае пероксида лития) практически невозможно. Так, при получении 1000 г пероксида лития в случае его термического разложения выделится 488 л атомарного кислорода. Возникновение такой ситуации может привести не только к экономическим потерям (выход из строя оборудования), но и представляет значительную опасность для здоровья и жизни обслуживающего персонала.

Задачей изобретения является повышение безопасности процесса.

Технический результат заключается в исключении термического распада пероксида лития и выделения в результате этого процесса атомарного кислорода.

Технический результат достигается тем, что в способе получения пероксида лития, включающем взаимодействие гидроксида лития с пероксидом водорода при мольном соотношении гидроксид лития/пероксид водорода (LiOH/H₂O₂), равном 1,74-2, при температуре в зоне синтеза 25-35°С с последующей дегидратацией полученной в результате данного взаимодействия системы, перед дегидратацией осуществляют экспозицию системы при температуре 25-35°С в течение 2-3 часов, а дегидратацию осуществляют в две стадии. При этом дегидратацию на первой стадии осуществляют путем воздействия излучения сверхвысокой частоты (СВЧ), а вторую стадию дегидратации проводят экспозицией полученного промежуточного аддукта состава Li₂O₂·Н₂О над цеолитом при температуре от 10 до 25°С.

Способ осуществляют следующим образом. В реактор с мешалкой и рубашкой, в которую может подаваться либо теплоноситель, либо хладагент, помещают водный раствор пероксида водорода концентрацией 50-85%. После этого при перемешивании добавляют требуемое количество гидроксида лития таким образом, чтобы температура в зоне реакции находилась в температурном интервале от 25 до 35°С. Мольное соотношение гидроксид лития/пероксид водорода (LiOH/H₂O₂ ) составляет 1,74÷2.

Для достижения равновесного состояния между фазами, что приводит к более полному выделению из жидкой фазы системы твердой фазы состава Li₂O ₂·H₂O, образующейся при смешении в указанном мольном соотношении исходных реагентов в температурном интервале от 25 до 35°С, после смешения исходных компонентов осуществляют экспозицию системы в течение 2-3 часов при температуре 25-35°С. Экспозиция системы более 3 часов приводит к распаду пероксида водорода, содержащегося в жидкой фазе, и вследствие достаточно высокой растворимости пероксида лития в маточном растворе фигуративная точка состава твердой фазы перемещается в область, соответствующую составу Li₂O₂·H₂O₂ ·3H₂O, что приводит к увеличению количества воды, подлежащей удалению на второй стадии дегидратации. Последнее может привести к снижению содержания основного вещества в продукте синтеза. Дегидратацию системы, полученной в результате взаимодействия пероксида водорода и гидроксида лития, осуществляют в две стадии. На первой стадии дегидратацию осуществляют путем воздействия излучения сверхвысокой частоты (СВЧ). При этом удаляются только химически несвязанные молекулы воды, содержащиеся в жидкой фазе. Длительность данной операции рассчитывают исходя из мощности источника энергии (СВЧ излучатель) и количества энергии, необходимой для перевода расчетного количества молекул воды из жидкой фазы в газообразную. Вторую стадию дегидратации - дегидратацию полученного промежуточного аддукта Li₂O₂·H ₂O осуществляют экспозицией над цеолитом в температурном интервале от 10 до 25°С. Выбор данного температурного интервала обусловлен тем, что при этих условиях достигается оптимальное соотношение между скоростью распада моногидрата пероксида лития на пероксид лития и воду и скоростью поглощения последней сорбентом, т.е. химическое равновесие реакции 1

смещается в сторону продуктов реакции и не происходит взаимодействия воды с образующимся пероксидом лития с гидролизом последнего. Процесс ведут до прекращения изменения массы навески.

Поскольку дегидратацию на втором этапе ведут в температурном интервале от 10 до 25°, полностью исключен термический распад образующегося пероксида лития и выделение атомарного кислорода. Термический распад пероксида лития начинается при температуре 315°С [Роде Т.В., Добрынина Т.А., Гольд ер Г.А. Физико-химическое изучение перекиси лития. // Известия АН СССР. ОХН. 1955. № 4. С.611].

Исключение воздействия на образующийся в ходе синтеза пероксид лития поля сверхвысокой частоты (СВЧ) автоматически исключает вероятность термического автокаталитического разложения пероксида лития, сопровождающегося выделением атомарного кислорода, способного при контакте с любыми горючими веществами (органическими соединениями, металлами и др.) вызвать «кислородный пожар», локализовать который до конца разложения источника кислорода (в данном случае пероксида лития) практически невозможно. Кроме того, термическое разложение пероксида лития снижает содержание целевого вещества и продукта синтеза.

Для интенсификации на первом этапе дегидратации удаления паров воды из зоны сушки возможен обдув образцов током предварительно осушенного инертного газа.

Пример 1.

К 10 мл 50% водного раствора пероксида водорода добавляют при постоянном перемешивании 8,46 г гидроксида лития так, чтобы температура в зоне реакции не превышала 25°С. Мольное соотношение LiOH/H₂ O₂=2. После добавления всего LiOH полученную смесь выдерживают в реакторе при температуре 25°С в течение 2 часов. После этого полученную суспензию помещают в специальной емкости в СВЧ сушилку. Дегидратацию осуществляют до полного удаления химически несвязанных молекул воды, содержащихся в жидкой фазе. Затем полученный моногидрат пероксида лития помещают в герметичную емкость, заполненную цеолитом и выдерживают при температуре 10°С до постоянства массы навески. Конечный продукт содержит 98,4% пероксида лития. Выход по литию составляет 99,6%.

Пример 2.

К 11,5 мл 50% водного раствора пероксида водорода добавляют при постоянном перемешивании 8,46 г гидроксида лития так, чтобы температура в зоне реакции не превышала 35°С. Мольное соотношение LiOH/H₂O₂=1,74. После добавления всего LiOH полученную смесь выдерживают в реакторе при температуре 35°С в течение 2,5 часа. После этого полученную суспензию помещают в специальной емкости в СВЧ сушилку. Дегидратацию осуществляют до полного удаления химически несвязанных молекул воды, содержащихся в жидкой фазе. Затем полученный моногидрат пероксида лития помещают в герметичную емкость, заполненную цеолитом, и выдерживают при температуре 20°С до постоянства массы навески. Конечный продукт содержит 98,6% пероксида лития. Выход по литию составляет 99,7%.

Пример 3.

К 10 мл 50% водного раствора пероксида водорода добавляют при постоянном перемешивании 7,83 г гидроксида лития так, чтобы температура в зоне реакции не превышала 30°С. Мольное соотношение LiOH/H ₂O₂=1,85. После добавления всего LiOH полученную смесь выдерживают в реакторе при температуре 30°С в течение 2,5 часа. После этого полученную суспензию помещают в специальной емкости в СВЧ сушилку. Дегидратацию осуществляют до полного удаления химически несвязанных молекул воды, содержащихся в жидкой фазе. Затем полученный моногидрат пероксида лития помещают в герметичную емкость, заполненную цеолитом, и выдерживают при температуре 15°С до постоянства массы навески. Конечный продукт содержит 98,7% пероксида лития. Выход по литию составляет 99,7%.

Пример 4.

К 5,2 мл 85% водного раствора пероксида водорода добавляют при постоянном перемешивании 7,8 г гидроксида лития (LiOH) так, чтобы температура в зоне реакции не превышала 30°С. Мольное соотношение LiOH/H₂O₂ =1,85. После добавления всего LiOH полученную смесь выдерживают в реакторе при температуре 30°С в течение 3 часов. После этого полученную суспензию помещают в специальной емкости в СВЧ сушилку. Дегидратацию осуществляют до полного удаления химически несвязанных молекул воды, содержащихся в жидкой фазе. Затем полученный моногидрат пероксида лития помещают в герметичную емкость, заполненную цеолитом, и выдерживают при температуре 25°С до постоянства массы навески. Конечный продукт содержит 99,0% пероксида лития. Выход по литию составляет 99,8%.

Предложенный способ позволяет исключить вероятность возникновения пожароопасной ситуации за счет термического разложения пероксида лития и контакта выделяющегося при этом атомарного кислорода с горючими веществами и получать пероксид лития с содержанием основного вещества до 99,0% с выходом по литию более 99,6% (технологические потери составляют менее 0,5%).