Переработка карбоната лития на гидроксид и хлорид

Товарным продуктом в рассмотренных выше методах переработки литийсодержащего сырья является карбонат лития. Исключение составляет известковый метод. Карбонат лития используется непосредственно и, кроме того, он служит источником получения различных соединений лития, основными из которых являются гидроксид и хлорид.

Получение гидроксида лития. Единственным промышленным способом получения гидроксида лития является каустификация известью в растворе:

Li₂CO₃ + Ca(OH)₂ → 2LiOH + CaCO₃ (36)

Приведенные ниже данные по растворимости (20 ºС) ком-понентов реакции 34 (табл. 5) показывают, что равновесие реакции должно быть сдвинуто вправо:

Таблица 5

Соединение	Li2CO3	Ca(OH)2	LiOH	CaCO3
Растворимость, г/100г H2O	0,13	0,165	12,8	1,3 ∙ 10-3

В то же время из данных по растворимости в системе Li₂CO₃ - Ca(OH)₂ - H₂O при 75 ºС следует, что максимальная концентрация LiOH не может быть выше 36 г/л, т.е. можно получать только разбавленные растворы LiOH. Исходным продуктом при каустификации является влажный карбонат лития. Карбонат лития и гидроксид кальция замешивают в реакторе; известь берется в количестве 105 % от теоретического. Реакционная масса нагревается до кипения. Затем пульпу отстаивают и осветленный раствор декантируют. Он содержит 28,5-35,9 г/л LiOH. Шлам (карбонат кальция) подвергают трехстадийной противоточной промывке для доизвлечения лития. Основной раствор упаривают до 166,6 г/л LiOH. Затем температура понижается до 40 ºС. Гидроксид лития выделяется в виде моногидрата LiOH∙H₂O, кристаллы которого отделяют от маточного раствора центрифугированием. Для получения чистого соединения первичный продукт перекристаллизовывают. Выход лития в готовый продукт – 85-90 %. Основной недостаток метода – высокие требования к чистоте исходных продуктов. Карбонат лития должен содержать минимальное количество примесей, особенно хлоридов. Известь не должна содержать алюминия, чтобы избежать образования малорастворимого алюмината лития.

Получение хлорида лития. Промышленный способ получения хлорида лития основан на растворении карбоната или гидроксида лития в соляной кислоте, причем обычно используют карбонат:

Li₂CO₃ + HCl → 2LiCl + H₂O + CO₂ (37)

LiOH + HCl → LiCl + H₂O (38)

Технические карбонат и гидроксид лития содержат значительное количество примесей, которые необходимо предварительно удалять. Карбонат лития обычно очищают, переводя его в хорошо растворимый гидрокарбонат с последующей декарбонизацией и выделением Li₂CO₃. После очистки карбоната лития, содержащего 0,87 г/л SO₄^2- и 0,5 % щелочных металлов, получают продукт, содержащий следы серы и 0,03-0,07 % щелочных металлов. Для очистки гидроксида используют перекристаллизацию или осаждение Li₂CO₃ карбонизацией раствора. Принципиальная схема получения хлорида лития из карбоната представлена на рис. 16.

Рис. 16. Принципиальная схема получения хлорида лития

Процесс получения хлорида лития связан с двумя трудностями – упариванием растворов и обезвоживанием соли. Хлорид лития и его растворы обладают высокой коррозионной способностью, а безводная соль – большой гигроскопичностью. Хлорид лития при нагревании разрушает почти все металлы, кроме платины и тантала, поэтому для упаривания растворов LiCl применяется аппаратура из спецсплавов, а для обезвоживания - керамическая.

Для получения хлорида лития используют влажный карбонат, который обрабатывают 30 %-ной HCl. Полученный раствор содержит ~360 г/л LiCl (плотность 1,18-1,19 г/см³). Для растворения дают небольшой избыток кислоты и после перемешивания осаждают сульфат-ионы хлоридом бария. Затем раствор нейтрализуют карбонатом лития и добавляют LiOH для получения 0,01 н раствора по LiOH. Раствор кипятят для выделения Ca, Ba, Mg, Fe и других примесей в виде гидроксидов, карбонатов или основных карбонатов.

После фильтрования получают 40 %-ный раствор LiCl, часть которого находит непосредственное применение, а большая часть перерабатывается на безводную соль, Безводный хлорид лития получают в последовательно со-единенных выпарной башне и сушильном барабане. Содержание примесей в хлориде лития приводится ниже (табл. 6):

Таблица 6

NaCl + KCl	0,5
CaCl2	0,15
BaCl2	0,01
SO42-	0,01
Fe2O3	0,006
H2O	1,0
Нерастворимый остаток	0,015