Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Получение соединений лития




Продуктами переработки литиевых концентратов являются соли лития (карбонат, сульфат, хлорид) и гидроксид. Наи­более распространенный конечный продукт - карбонат лития, который служит исходным материалом для получения других соединений, в частности хлорида лития, из которого произ­водят металлический литий.

В промышленной практике преимущественно применяют три способа разложения литиевых концентратов:

 

Рис.2 Способы разложения литиевых концентратов

Известковый способ применяют также при переработке лепидолитовых концентратов. В отличие от сподумена спекание лепидолита с известью (или мелом) проводят при более низ­кой температуре (900 - 950 °С).

К преимуществам известкового способа относятся его применимость к любым типам литиевых концентратов, возмож­ность прямого получения гидроксида лития, дешевизна реа­гентов, возможность использования отходов (шлаков, содер­жащих силикаты и алюминаты кальция) для производства вя­жущих строительных материалов, а также возможность попут­ного получения солей калия из маточных растворов.

Вместе с тем, способ имеет серьезные недостатки. Он преимущественно применим к богатым литиевым концентратам, однако и в этом случае извлечение в готовый продукт не превышает 70 %, что обусловлено ограниченной растворимос­тью гидроксида лития и способностью шламов после выщела­чивания к схватыванию. Другой недостаток - необходимость выпаривания больших объемов растворов.

Сульфатный способ применяют также для переработки ле­пидолита и циннвальдита, различие лишь в дозировке суль­фата калия в шихте и ниже температура спекания (850 - - 950 °С).

К преимуществам сульфатного способа переработки литие­вого сырья относятся его универсальность и высокая сте­пень вскрытия концентрата. Недостаток - высокий расход сульфата калия. Однако создание более рациональных схем переработки растворов, обеспечивающих высокую степень ре­генерации K2S04, позволит существенно улучшить экономи­ческие показатели процесса.

Сернокислотный метод используется при обработке руд, бедных сподуменом, если содержание в них Li2O не менее 1 %. Фосфатные минералы лития легко разлагаются кислотами, однако по более новым методам их разлагают смесью гипса и извести при 950—1 050 °C с последующей водной обработкой «спеков» и осаждением из растворов карбоната лития.

Все вышеперечисленные методы, кроме щелочного, предусматривают получение готового продукта в виде Li2CO3, используемого непосредственно и служащего источником для синтеза других соединений лития.


 

Производство лития

Металлический литий можно получать 2 способами электролитическим и металлотермическим. В настоящее время электролитический метод является достаточно эффективным и применяется в промышленных масштабах.

Получение лития электролизом

Металлический литий получают электролизом расплавленной смеси хлоридов лития (LiCl) и калия (KCl) при 400—460 °C, в среднем 420 °С (весовое соотношение компонентов близкое к эвтектическому 1:1).

Железные кожуха электролизных ванн футеруются магнезитом, алундом, муллитом, тальковым камнем, графитом и другими материалами, устойчивыми к расплавленному электролиту. Анодом служат графитовые, а катодом — железные стержни, катодное и анодное пространства разделены перегородкой из талькового камня. Графитированный анод и стальные катоды погружены в электролит сверху.

Электролиз проводят в электролите при соотношении LiCl: КС1 = 1:1 (по массе), что близко к составу эв­тектики в системе LiCl - КС1, плавящейся при 361 °С. Это позволяет проводить электролиз при 400 - 460 °С.

На рис.2 показана принципиальная схема электролизера с двумя прикатодными пространствами, отделенными от анод­ного пространства диафрагмами. Стальной кожух ванны футе­руют графитом - наиболее устойчивым материалом по отноше­нию к хлориду лития. Однако и графит медленно взаимодействует с образованием карбида лития Li2C2, разлагающегося в электролите с выделением углерода. Графитовая футеровка и аноды в промышленных ваннах работают около трех меся­цев.

Для получения лития более высокой чистоты применяют металлические злектолизеры с водоохлаждаемыми стенками, на которых образуется гарниссаж из застывших солей, защи­щающий электролит от взаимодействия с металлической стенкой.

Для расплавления электролита можно использовать внеш­ний нагрев, в дальнейшем тепловой режим поддерживается теплом, выделяющимся при прохождении тока через элект­ролит.

Катодами служат пластины из низкоуглеродистой стали, анодами - графитовые стержни. Потенциалы разложения LiCl и КС1 в электролите эвтектического состава при 400 °С равны 3,78 и 3,89 В соответственно, что обусловливает частичное выделение калия на катоде.

Рис 3. Схема электролизера для получения металлического лития

1 - графитовая футеровка; 2 - диафрагма из железной сетки; 3 - стальные катоды; 4 - жидкий ли­тий; 5 - бункер для загрузки со­лей; 6 - отверстие для вычерпыва­ния жидкого лития; 7 - диафрагма; 8 - графитоиый анод; 9 - стальной кожух ванны; 10 - камера для ра­зогрева ванны; 11 - газовая го­релка

Электролиз ведут при 400 - 430 °С при плотности тока на катоде и аноде 2,0 - 5,0 и 0,8 - 1,5 А/см2 соответст­венно. Выход по току достигает 90 - 93 %.

Выделяющийся на катоде жидкий литий всплывает на поверхность электролита, и его вычерпывают железной сетчатой ложкой по мере накоп­ления. Металл защищен от окисления тонкой пленкой солей, хорошо смачивающих жидкий литий.

По ходу электролиза в анодное пространство периоди­чески вводят LiCl, поддерживая в ванне его содержание 55 - 57 % (по массе). Примерное содержание примесей в электролитическом литии, %:Na 0,3 - 2,5; К 0,02 - 1,5; Си, Fe, Са - от 0,001 до 0,4; Si 0,004 - 0,8; А1 0,002 - 0,12; Mg 0,003; СІ 0,01.

Хлор из анодного пространства направляется в абсорбер, орошаемый известковым молоком.

Электролизом, помимо лития, можно получать сплавы ли­тия с другими металлами (кальцием, магнием, тяжелыми ме­таллами). Для этого либо вводят в электролит хлорид соот­ветствующего металла, либо ведут электролиз с растворимым анодом из металла - компонента сплава с литием.

Литий получается в виде серебристо-белого слоя, плотно приставшего к катоду, выделяющийся на аноде хлор — ценный побочный продукт.

Чистота лития, получаемого электролизом, выше 99 %. Однако черновой металлический литий содержит механические включения и примеси (калий, магний, кальций, алюминий, кремний, железо, но главным образом натрий). Примесь натрия в литии отрицательно влияет на качество сплавов с литием, а также вредна при использовании лития в качестве катализатора в производстве синтетического каучука. Включения удаляются переплавкой, примеси — рафинированием при нагревании в вакууме.

Причем различают два вида рафинирования: отгонкой от чернового лития более легких летучих примесей и дистилляцией лития с последующей конденсацией его отдельно от примесей.

При применении первого способа в результате отгонки от лития при 300 °С содержание натрия удается снизить с 0,5 % до 0,13 %.

Однако более эффективен второй метод рафинирования: литий дистиллируют при 600 °С, а затем конденсируют при 340—420 °С; в результате чего в литии остается всего лишь 0,001 % натрия и несколько снижается содержание калия.

В Советском Союзе промышленный способ получения металлического лития электролизом впервые был осуществлен лишь в 1932—1934 гг. В настоящее время большое внимание уделяется металлотермическим методам

Литий выпускают в виде слитков, гранул, прутков, проволоки.

Получение лития металлотермическим способом

Для получения лития можно использовать недорогие исходные продукты - оксид или алюминаты лития. При металлотермии используется переменный ток, стоимость которого ниже стоимости постоянного тока низкого напряжения. Данное производство является практически безотходным так как, получаемые шлаки можно использовать в производстве электролиза алюминия. Этот способ составляет незначительную часть мирового производства лития. Это связано с низким содержанием лития в исходном сырье (алюминаты лития).

Для увеличения производительности аппаратов восстановления необходимо использовать более богатое по содержанию лития соединение – оксид лития, получаемый путем термической диссоциации карбоната лития.

Рассмотрим технологическую схему по получению металлического лития совмещенным процессом «диссоциация-восстановление»карбоната лития алюминием (Рис.4).

В результате анализа литературных данных при проектировании установки рекомендованы следующие технологические параметры.

1. Диссоциация карбоната лития:

- температура -от 700 до 740°С;

- время синтеза - 3 – 3,5 ч;

- остаточное давление - 15 – 20 Па;

- контрвакуум печного пространства - нет

2. Алюминотермическое восстановление оксида лития: 23

- температура - 940 - 950°С;

- время восстановления - 2 – 2,5 ч;

- остаточное давление - 10 – 15 Па;

- контрвакуум печного пространства - 13,3 кПа;

3. Алюминотермическое восстановление смеси алюминатов лития:

- температура - 1200 - 1250°С;

- время восстановления - 3 – 3,5 ч;

- остаточное давление - 1,3 – 10 Па;

- контрвакуум печного пространства - 10 кПа;

Рис. 4 Технологическая схема получения лития совмещенным процессом

«диссоциация-восстановление» карбоната лития

 

Для получения лития алюминотермическим восстановлением оксида лития в вакууме в качестве аппарата – аналога взята вакуумная шахтная ретортная печь для дистилляции кальция из медно-кальциевого сплава.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...