CN104411843B - 由金属碳酸盐回收正电性金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由金属碳酸盐回收正电性金属的方法。在该方法中，使氢和卤素燃烧以形成卤化氢。借助气态卤化氢将固体金属碳酸盐转化成金属氯化物。在电解中，金属氯化物分解成金属和卤素。在电解中产生的卤素被从电解中导出以用于燃烧。优选地，通过氢气和卤素燃烧来产生卤化氢，并且在流化床反应器中使金属碳酸盐转化成金属氯化物。优选使用锂作为所述金属。

Description

由金属碳酸盐回收正电性金属的方法
本发明涉及一种由金属碳酸盐提取正电性金属的方法，并且还涉及用来实施所述方法的设备(arrangement)。
自19世纪伊始，因工业化而导致大气中二氧化碳的比例不断增长。二氧化碳是温室气体。京都议定书规定了针对大气中温室气体比例的减排目标以保护气候。这些减排目标应通过各种气候保护措施来实现。首先，必须降低温室气体，特别是二氧化碳的排放。这可以例如通过对发电装置的有效改进来实现。其次，利用二氧化碳作为原料来生产基础化学品或在燃烧中产生能量(例如在CO2中燃烧)是有用的。
WO 2012/038330公开了一种方法，其中将二氧化碳转化成基础化学品。该文中，使用正电性金属使预先已经从废气流中分离出来的二氧化碳燃烧。燃烧形成了基础化学品例如一氧化碳或碳化物，其可例如通过水解被转化成乙炔。之后可使二氧化碳进一步与氢反应以形成甲醇或其他有价产品(Fischer-Tropsch法)。可利用正电性金属在二氧化碳中或者在氮气中燃烧所释放的热能来例如产生蒸汽，以驱动发电机或热分离过程。燃烧之后，金属通常以其最低的能量形式存在，即金属碳酸盐。对于基于可行金属的循环过程来说，必须使金属碳酸盐再循环至金属。目前这是首先通过将金属碳酸盐转化成金属氯化物来实现。这里，将金属碳酸盐溶解在水性的盐酸溶液中。之后，金属碳酸盐与水性盐酸反应以形成金属氯化物。随后加热金属氯化物水溶液以蒸发水并产生无水的金属氯化物。不利的是，水蒸发消耗了大量的能量(http://www.derneueschwan.ch/chemieberatung/question.php？q＝14)。
因此，本发明的目的是提供一种方法和设备，借助于该设备在由金属碳酸盐制备正电性金属的过程中减少了能量消耗，特别是从一开始避免了水合物的形成。
通过权利要求1所述的方法和权利要求12所述的设备，本发明的目的得以实现。
在本发明的用于由金属碳酸盐提取正电性金属的方法中，使固体的金属碳酸盐与卤化氢、优选HCl或HF、特别优选HCl反应，以形成金属卤化物、优选金属氯化物或金属氟化物、特别优选金属氯化物。
出于本发明的目的，正电性金属为在电化学序(相对于E0＝0V的标准氢电极)中电势小于-0.7V，优选小于-1.0V，特别优选小于-2.0V的金属。优选的金属为Li、Mg、Na、K、Ca和Zn，其中更优选Li、Mg、Na、K和Ca，以及甚至更优选Li和Mg，特别优选Li。本发明的用于实施由金属碳酸盐提取正电性金属的方法的设备包括第一反应器(第二装置(apparatus))，其用于将固体金属碳酸盐和气态的、优选无水的卤化氢转化成金属卤化物。
在本发明的方法和设备中，优选使用无水的、气态的卤化氢，优选无水的HCl气体将固体的金属碳酸盐(Me2/nCO3)转化成金属卤化物、优选金属氯化物(MeCln)，其中n为金属的价态(例如Li:n＝1,Mg:n＝2)。
本文中的无水的(anhydrous)意指所述气态的卤化氢优选含少于10体积％的H2O，更优选少于5体积％的H2O，以及特别优选不含水。
以下的反应方程式描述了金属碳酸盐与优选的HCl生成金属氯化物的示例性反应(式1)：
Me2/nCO3(固体)+2HCl(气体)→2/n MeCln+H2O+CO2
优选在第一反应器(第二装置)中进行固体的金属碳酸盐(Me2/nCO3)与气态的卤化氢例如HCl的反应，以生成金属卤化物例如金属氯化物(MeCln)。
本文中，例如对于HCl而言，可以在1～100bar、优选小于20bar的压力下进行所述反应。
可以在高于100℃且低于500℃的温度、优选高于150℃且低于400℃的温度、以及特别优选250～350℃的温度下进行所述固体金属碳酸盐与气态的无水卤化氢例如气态的HCl的反应。
作为在金属碳酸盐与卤化氢的反应中所选的温度的结果，反应中所形成的水不会与卤化氢配位(coordinate)。因此，以这种方式获得的金属卤化物可以是几乎干燥的，其具有小于5重量％的残留水含量，优选小于1重量％。由此，有利地避免了高能耗的水蒸发，并且因而由金属碳酸盐制备金属卤化物中的能耗低于现有技术中已知的方法。
由于金属碳酸盐为固体，因此其易于运输，从而在位置方面可以灵活地实施所述反应。金属碳酸盐转化为金属卤化物、例如金属氯化物，优选发生在产生和/或可提供足量的气态卤化氢、例如气态HCl的地方。这例如是金属卤化物电解的地点，此处可足量地提供卤素。
作为金属氯化物的可替代物，还可将金属碳酸盐转化成其它金属卤化物、例如金属氟化物或金属溴化物，尽管金属氟化物和金属氯化物是优选的，并且金属氯化物是特别优选的。
在第一反应器(第二装置)中，可以使反应气体，即反应中形成的卤化氢和水以及CO2，循环和/或从所述装置中排出并还任选地重复使用，正如例如在优选的流化床反应器中的情形。它还可能是包括水和卤化氢的产物，例如(水性的)经浓缩的盐酸，其可在单元内冷凝形成并且可作为产品而获得且被进一步使用。在第一反应器的分配操作(batchoperation)的情形中，甚至可循环CO2直至，在过量的气态卤化氢、例如HCl的情况下，所述分配反应已经结束。
作为金属碳酸盐，优选使用碱金属碳酸盐、例如碳酸锂，或碱土金属碳酸盐、例如碳酸镁或碳酸钙。特别优选使用碳酸锂。此外，还可使用碳酸钠、碳酸钾或者可能的话还有碳酸锌。然而，优选使用碳酸锂和碳酸镁。
在本发明的一项优选的实施方式和进一步的发展中，在第二反应器(第四装置)中制备用于生产金属卤化物所需的任选的无水的、气态的卤化氢，例如气态的HCl，所述第二反应器用于氢气和卤素(例如氯气)的燃烧以形成卤化氢，例如HCl。为此所需的卤素、例如Cl2，可以来源于金属卤化物的电解，而氢气(H2)可例如来源于水的电解，优选使用再生能源进行水的电解。
当第一反应器(第二装置)和第二反应器(第四装置)物理上彼此分离时，可以利用在氢气和卤素(例如氯气)燃烧形成卤化氢例如HCl的过程中、在第二反应器中产生的热量来加热金属碳酸盐的反应以在第一反应器中形成金属氯化物。
作为备选方案，可以通过使用加热装置和/或热量交换器来实现第一反应器的加热。
对于在第二反应器中产生的过量热量来说，其可被任选地用于加热第三装置中的金属氯化物的电解。
在一项优选的实施方式中，将用于制备金属卤化物、例如HCl的第二反应器整合至用于将金属碳酸盐转化成金属卤化物，例如金属氯化物的第一反应器中。这可以例如通过经由任选地独立的喷嘴或在预混合后经由共同喷嘴将氢气和卤素(例如氯气)引入所述第一反应器(第二装置)，并且使其(例如通过点火)在其中反应来实现，尽管该反应优选以在氢气和卤素与金属碳酸盐接触之前就形成卤化氢的方式发生。在这种情况下，在用于将金属碳酸盐转化成金属卤化物的反应器中，由氢气和卤素(例如氯气)原位(in-situ)形成卤化氢，例如HCl气体。这使得在卤化氢(例如HCl)的制备过程中所释放的热量的直接热转移成为可能。
在本发明的一项优选的实施方式和进一步的发展中，在金属碳酸盐的反应中获得的金属卤化物、例如金属氯化物在电解过程中被分解成金属和卤素。优选地，在电解过程中形成的卤素至少部分地被用来制备卤化氢。
以这种方式，回收至少部分的卤素，从而在理想的情况下卤素的整体转化等于零。
此外，有利的是，所述设备包括用于电解金属卤化物(例如金属氯化物)以形成金属和卤素的第三装置，和用于将电解用的第三装置中的卤素传送至制备卤化氢用的第四装置的工具(means)。
在本发明有利的进一步的发展和实施方式中，使在金属氯化物的电解中形成的金属与CO2燃烧以形成金属碳酸盐。
在优选的实施方式中，金属和CO2的燃烧发生在第一装置中。由于在该燃烧过程中释放的能量，所述金属可被认为是能量储存物(energy store)。当借助于可再生能源来进行金属卤化物的电解时，由此可以以金属的形式用化学方式储存至少部分的可再生能源，还能够依可再生能源的可利用性(availability)实施所述储存，可再生能源的可利用性随季节和日时而变。之后，还可将在第一装置的燃烧过程中产生的能量在没有可用的可再生能源时用于例如发电，从而可以通过金属中储存的能量来控制或按季节或日时补偿被送入电网的可再生能源的电力的量。
金属与CO2的反应产生了热量，其可优选地被用来加热操作工具和/或用于例如通过发电机来发电。
然后，优选借由气态的、任选干燥的和热的卤化氢(例如热的HCl)将在金属与CO2的反应中形成的金属碳酸盐例如碳酸锂转化成金属卤化物，例如氯化锂。
因此，优选存在锂循环过程。
在本发明的另一项优选的实施方式和进一步的发展中，第一反应器(第二装置)为流化床反应器。在流化床反应器中，流体、特别是气体，穿过粉末状的材料。所述气体优选包括热的气态的卤化氢，例如气态的HCl。此时发生固体的流体化(fluidization)。在气态速度的临界值(在临界值处使颗粒向上移动的向上力(upward-directed force)与向下的重力平衡)以上，固态材料几乎相当于动态的液体。将低密度的物体装载于流化床的表面。这意味着反应后的金属卤化物，例如LiCl(2.07g/cm3)积聚在流化床的上部而未反应的金属碳酸盐，例如Li2CO3(2.11g/cm3)积聚在下部。
由于包含金属碳酸盐的固体与包含气态的卤化氢紧密接触，优选在流化床反应器中进行固体金属碳酸盐与气态的卤化氢(例如气态的HCl)的反应。此外，由于大的比表面积可有利地用于热传递，因而在固体颗粒和气体之间的热转移是非常好的。
如上所述，在第四装置中由氢气和卤素可以合成卤化氢，并且随后可将其引入流化床反应器。
在流化床中，可以通过氢气和卤素原位进行卤化氢(例如HCl)的制备，并且金属碳酸盐可同时被转化成金属卤化物。由此在制备卤化氢的过程中产生的热量被直接利用在金属卤化物的制备中。在流化床反应器的上端，气体可被排出，但也可使其在流化床反应器中循环。待排出的气体特别包括二氧化碳和水。可任选地，但非优选地将二氧化碳分离出来，并且可将其用在CO2和金属反应用的第一装置中。然而，这种二氧化碳的循环可导致费用的增加。水可以包含卤化氢，并且以这种方式获得的氢卤酸例如盐酸可优选进一步用作基础化学品。
在第二装置或流化床反应器中卤化氢的原位制备中，优选第二装置或流化床反应器以及第三装置在物理上彼此靠近。因此，从第三装置输送卤素可以在很短的距离上发生。
所述流化床反应器优选具有两个区域，其中在第一区域所引入的卤素(例如氯气)与引入的氢气原位反应以生成卤化氢，例如HCl，其随后可与金属碳酸盐在第二区域反应以形成金属卤化物。
在本发明的另一项有利的实施方式和进一步的发展中，通过电解水来制造氢气。优选以这种方式来制备用于产生卤化氢的氢气。在电解水的过程中形成的氧气可被作为有价产物而排出。
水的电解优选发生在第五装置中。
优选由来自于可再生(renewable/regenerable)能源的过剩电力来提供用于进行金属卤化物的电解以形成金属和卤素以及任选地用于水的电解以形成氧气和氢气的能量。由此，优选使用非碳基的能量载体材料。因此，不会在能量的产生过程中形成二氧化碳，而是仅在正电性金属的燃烧中使用二氧化碳，首先用来形成金属碳酸盐，其次任选地用于由例如金属碳化物和CO形成相对来说高价值的碳产品例如乙炔，其例如在二氧化碳与正电性金属的反应中形成，这对于回收过程是有利的。
本文中可再生的(renewable/regenerable)能量包括来自于借助风力、水力、太阳能发电厂、地热发电厂、潮汐发电厂或类似的发电厂来发电的能量，优选使用来自于这样的发电厂的不能被输入电网的过剩电力。
本发明的设备具有选自由用于二氧化碳反应的第一装置、用于制备金属卤化物的第二装置、用于电解金属卤化物的第三装置、用于制备卤化氢的第四装置和用于电解水的第五装置组成的装置组中的至少一种装置。
金属例如锂、金属碳酸盐例如碳酸锂、和金属卤化物例如氯化锂以固体形式存在。因此，这些组分易于例如借助船上的集装箱来运输。
因此，所述装置还可被至少部分地设置在不同的位置，特别是彼此相距一定的距离，即彼此相距若干公里，优选超过100公里。
本发明的设备还优选具有用于输送在本发明的方法中所使用或形成的材料的装置；所述设备特别优选具有以下输送工具中的至少一种：
第一工具，其用于将金属碳酸盐例如碳酸锂(Li2CO3)从用于CO2反应的第一装置输送至用于制备金属卤化物的第二装置；
第二工具，其用于将金属卤化物例如氯化锂从用于制备金属卤化物的第二装置输送至用于电解金属卤化物的第三装置；
第三工具，其用于将金属例如锂从用于电解金属卤化物的第三装置输送至用于CO2反应的第一装置；
第四工具，其用于将卤化氢例如HCl从用于制备卤化氢的第四装置输送至用于制备金属卤化物的第二装置；
第五工具，其用于将氢气(H2)输送至用于制备卤化氢的第四装置或输送至用于制备金属卤化物的第二装置或流化床反应器；
第六工具，其用于将卤素例如氯气(Cl2)从用于电解金属卤化物的第三装置输送至用于制备卤化氢的第四装置或输送至用于制备金属卤化物的第二装置或流化床反应器；
第七工具，其用于输送来自于用于制备金属卤化物的第二装置或流化床反应器的水(H2O)和/或浓缩的盐酸；
第八工具，其用于将二氧化碳(CO2)从用于制备金属卤化物的第二装置或流化床反应器输送至用于CO2反应的第一装置，然而，在第一装置中还可以以其它的方式提供二氧化碳，例如来自其它发电厂，如燃烧电厂(combustion plants)或发电站。在具体的实施方式中，在第一装置中过量使用二氧化碳，从而还可形成其它产物，例如金属碳化物和CO；
第九工具，其用于输送来自用于电解水的第五装置的氧气(O2)；
第十工具，其用于将水(H2O)输送至用于电解水的第五装置。
合适的输送工具对于本领域技术人员来说是已知的，可以例如使用任何运输工具，如配置有合适的集装箱的船或货物列车作为运输手段。本领域技术人员了解适用于运输各种材料的集装箱的设计，并且会采用相关的用途的集装箱。
作为备选方案，输送工具可以是具有至少一条管道或传送带的管道系统和/或传送带系统，即通过输送工具连接的装置彼此流动连接，并且可确保连续的材料流。适用于各种材料的管道系统或传送带系统对于本领域技术人员来说是已知的，并且本领域技术人员会针对各种情况选择合适的材料。
本发明的设备可具有管道系统、传送带和其它运输工具的任意组合。
此外，第四和第五装置优选具有用于输入能量的工具。
第一装置优选具有用于输出废热的第一装置。
第四装置优选具有用于输出废热的第二装置和/或任选的用于输出废热的第三装置，其中用于输出废热的第二装置向第二装置提供废热，即提供用于制备金属卤化物的废热，并且用于输出废热的第三装置向第三装置提供废热，即向金属卤化物的电解提供废热。
下文参照附图、借助实施例进一步说明本发明，但不是以限制性的方式。
图1示出了本发明的用于由碳酸锂制备作为示例性金属的锂的示例性设备的示意图，所述设备具有用于制备作为示例金属卤化物的氯化锂的第二装置(反应器)7和用于电解锂的第三装置8。
图2示出了用于使用流化床反应器100由碳酸锂制备作为示例金属的锂并且在流化床反应器100中原位制备作为示例性卤化氢的HCl的可替代的示例性设备的示意图。
图1示意性示出了用于由碳酸锂制备锂的示例性设备。用于实施本发明的示例性方法的设备包括用于CO2的反应的第一装置4、用于制备氯化锂的第二装置7、用于电解氯化锂的第三装置8和用于制备热的HCl气体的第四装置(反应器)9。
通过用于输送来自于第三装置8的锂的工具3向用于CO2的反应的第一装置4提供锂，以及通过用于输送二氧化碳、优选来自于第二装置7的二氧化碳的工具13向用于CO2的反应的第一装置4提供二氧化碳。然而，还可以以另一种方式向第一装置4给料二氧化碳，以便借助过量的二氧化碳(未示出)由所形成的金属碳化物和CO形成其它相对高价值的碳产品，例如乙炔。在用于CO2的反应的第一装置4中的锂和二氧化碳的反应形成了碳酸锂，其具有比锂更低的能量含量。通过用于从第一装置4中输出废热21的第一装置输出在锂与CO2的反应中产生的第一废热，并优选将其用于加热操作材料或用于通过发电机来发电。将所形成的碳酸锂转化成锂并由此加以回收以便优选地最终输送回第一装置4。由此优选存在锂循环过程，其中锂可充当能量储存物。
首先通过用于输送碳酸锂的第一工具1将碳酸锂输送至用于制备氯化锂的第二装置7。
由于碳酸锂1以固体的形式存在并且因而易于输送，因此用于输送碳酸锂的第一输送工具可以是例如任意的输送工具，如配备有合适的集装箱的船或货物列车，并且借助于船和货物列车集装箱将碳酸锂输送至第二装置7。作为备选方案，用于输送碳酸锂的第一工具1可以例如是具有至少一个管道或传送带的管道系统和/或传送带系统，即第一装置4与第二装置7流动连接(flow connection)。此外，通过用于输送HCl气体的第四工具5将来自用于制备HCl的第四装置9的HCl输送至第二装置7。作为备选方案，通过用于输送HCl气体的第四工具5将例如作为副产物/废物的在其它制备过程中形成的HCl输送至第二装置7。在第二装置7中，优选于至少300℃的温度下碳酸锂与气态的、无水的HCl反应形成氯化锂、水和二氧化碳(根据化学式1的反应方程式，其中Me＝Li，反应焓＝-96kJ/mol)。通过用于输送水和/或浓缩盐酸的第七工具12和用于输送二氧化碳的第八工具13将水和/或浓缩盐酸以及二氧化碳从第二装置7排出。优选通过用于输送二氧化碳的第八工具13将至少部分的所形成的二氧化碳输送回用于CO2的反应的第一装置4。作为备选方案，如果彼此间隔地设置第二装置7和第一装置4，那么就不将来自于第二装置7的二氧化碳循环至第一装置4，而是将其储存并在另一个过程中进一步使用。可任选地使在碳酸锂和HCl的反应中形成的水与过量的HCl结合以形成水性盐酸。由于仅形成少量的水并且HCl过量，因此所述盐酸是浓缩的。所述浓缩的盐酸可被进一步用作基础化学品。
通过本发明的方法或通过本发明的设备由反应得到的氯化锂以几乎干燥的固体形式获得，并通过用于输送氯化锂的第二工具2被输送至用于电解氯化锂的第三装置8。在第三装置8中，以电解的方式将氯化锂转化成锂和氯气。为此，装置8具有用于供给能量的装置15。电解所需的电能优选来源于可再生能源。通过用于输送锂的第三工具3将在电解过程中形成的锂输送回第一装置4，从而形成了“锂”循环。通过用于输送氯气的第六工具11将在电解氯化锂的过程中形成的氯气输送至用于制备HCl的第四装置9。通过用于输送氢气的第五工具6也向第四装置9提供氢气。氢气可来自于任意的来源；例如，它可由电解水获得。在根据图2的实施方式中对用于电解水的合适装置进行了描述，其也可相应地应用于根据图1的实施方式中。
在第四装置9中，氢气与氯气反应形成HCl。该反应是放热的(反应焓＝-92.31kJ/mol)。优选通过用于输出废热的第二装置20将所产生的第二废热输送至第二装置7并于此处在由碳酸锂制备氯化锂中加以利用。此外，可任选地通过用于输出废热的第三装置20a将废热输送至第三装置8并于此处用于例如驱动发电机。通过用于输送HCl的第四工具5将在第四装置9中的氢气与氯气的反应中形成的HCl气体输送至第二装置7。
图2示意性示出了使用流化床反应器100由碳酸锂制备锂并且在流化床反应器100中原位制备HCl的可替代设备。
图2所示的实施例与图1所示的实施例的不同之处在于：在根据图2的实施例中，将用于制备氯化锂的第二装置7和用于制备HCl的第四装置9整合在一个反应器中，其中将该反应器配置成流化床反应器100。此外，如图2所示的实施方式的设备具有用于电解水的第五装置10。
否则，图2中的设备包括用于二氧化碳的反应的第一装置4和用于电解锂的第三装置8.
通过用于输送来自于第三装置8的锂的工具3向用于CO2的反应的第一装置4提供锂，以及通过用于输送二氧化碳、优选来自于第二装置7的二氧化碳的工具13向用于CO2的反应的第一装置4提供二氧化碳。此外，还可以从其它的来源输送二氧化碳，从而二氧化碳过量(未示出)。通过在用于CO2的反应的第一装置4中锂和二氧化碳的反应形成了碳酸锂，其具有比锂更低的能量。通过用于从第一装置4中输出废热21的第一装置排出锂与CO2的反应中产生的第一废热，并优选将其用于工业应用，例如用于加热操作材料或用于发电。将所形成的碳酸锂转化成锂并由此回收以便最终优选再次返回第一装置4。因此，优选存在锂循环过程。
首先通过用于输送碳酸锂的第一工具1将碳酸锂输送至用于制备氯化锂的流化床反应器100。
由于碳酸锂1以固体的形式存在并且因而易于输送，因此用于输送碳酸锂的第一工具1可以是任意的输送工具，例如配备有合适的集装箱的船或货物列车，并且借助于船和货物列车集装箱将碳酸锂输送至流化床反应器100。流化床反应器100优选位于第三装置8中发生锂电解的位置。作为备选方案，用于输送碳酸锂的第一工具1可以例如是具有至少一个管道或传送带的管道系统和/或传送带系统，即第一装置4与流化床反应器100流动连接。
流化床反应器100可距离第一装置4超过500km。此外，将氢气和氯气送料至所述流化床反应器。通过用于输送氢气的第五工具6输送氢气，以及通过用于输送氯气的第六工具11输送氯气。氯气来自用于电解氯化锂的第三装置8。氢气来自用于电解水的第五装置10。
在第五装置10中，通过电解将水转化成氢气和氧气。为此，第五装置10具有用于输送水的工具12a，以及还有用于输入能量的工具15。电解所需的电能优选来自于可再生能源。
在电解过程中形成的氧气作为有价值的材料获得，并通过用于输送氧气的第九工具14从第五装置10中排出或排放到空气中。由氯气和氢气原位制备HCl气体以及原位形成的HCl和碳酸锂形成氯化锂的反应同时发生在流化床反应器100中。因此，在HCl的制备中产生的热量被直接用于碳酸锂至氯化锂的转化。在流化床反应器100中，将固体碳酸锂和氯化锂与气态的HCl混合以使所述反应不受质量传递的限制(mass-transfer-limited)。由于流化床反应器100中至少300℃的高温，水不会与氯化氢配位(coordinate)，从而获得了干燥的氯化锂。
通过用于输送水和/或浓缩盐酸的第七工具12和用于输送二氧化碳的第八工具13将水和/或浓缩盐酸以及二氧化碳排出流化床反应器100。任选地，通过用于输送二氧化碳的第八工具13将所形成的的二氧化碳中的至少一部分输送回用于CO2的反应的第一装置4。作为可替代的方案，如果彼此间隔设置流化床反应器100和第一装置4，那么就不使来自于流化床反应器100的二氧化碳循环至第一装置4，而是将其传送或任选地储存并在另一个过程中进一步使用。可任选地使在碳酸锂和HCl的反应中形成的水与过量的HCl结合以形成水性盐酸。所述浓缩的盐酸可被进一步用作基础化学品。
通过本发明的方法或通过本发明的设备由反应得到的氯化锂以几乎干燥固体的形式获得，并通过用于输送氯化锂的第二工具2被输送至用于电解氯化锂的第三装置8。在第三装置8中，通过电解将氯化锂转化成锂和氯气。为此，装置8具有用于输入能量的装置15。电解所需的电能优选来自可再生能源。通过用于输送锂的第三工具3将在电解过程中形成的锂输送回第一装置4，从而形成了“锂”循环。通过用于输送氯气的第六工具将电解氯化锂的过程中形成的氯气从第三装置8输送至用于原位制备HCl的流化床反应器100。因此，优选设置流化床反应器100与第三装置8彼此靠近。
锂、碳酸锂和氯化锂以固体的形式存在。因此这些组分易于运输，例如通过船上的集装箱。由此，可以将所述反应器和装置设置在不同的位置。
作为备选方案，输送至流化床反应器100的氢气还可来自于其它来源而不是通过电解水获得。
在另一项可替代的实施方式中，可以修改图1所示的设备，使得不将HCl而是将氢气和氯输送至用于制备氯化锂的第二装置，对应于图2的实施方式中的配置，并在第二装置中原位形成HCl气体。
在另一项可替代的实施方式中，可以修改图1所示的设备，使得由流化床反应器100替换第二装置2并且在流化床反应器100中进行碳酸锂和HCl的反应。

Claims (13)

1.由以其最低的能量形式存在的金属碳酸盐提取正电性金属的方法，其中所述方法包括以下步骤：
(a)使固体金属碳酸盐与气态的卤化氢反应以形成干燥的金属卤化物和二氧化碳；
(b)对步骤(a)中所形成的干燥的金属卤化物进行电解以获得正电性金属和卤素；
(c)使一部分在步骤(b)中形成的正电性金属与在步骤(a)中形成的二氧化碳反应以形成另外的固体金属碳酸盐；和
(d)使用步骤(b)中所形成的卤素来制备另外的应用于步骤(a)的气态的卤化氢，其中使另外的气态的卤化氢与在步骤(c)中形成的另外的固体金属碳酸盐反应以形成另外的应用于步骤(b)的干燥的金属卤化物，
其中在步骤(c)和步骤(d)的过程中产生的热量加热步骤(a)中的反应。
2.如权利要求1所述方法，其中使用碱金属碳酸盐作为金属碳酸盐。
3.如权利要求2所述方法，其中使用锂作为碱金属。
4.如权利要求1所述方法，其中使用碱土金属碳酸盐作为金属碳酸盐。
5.如权利要求4所述方法，其中使用镁或钙作为碱土金属。
6.如权利要求1～5中任一项所述方法，其中通过燃烧氢气和卤素来制备所述气态的卤化氢。
7.如权利要求6所述方法，其中在燃烧氢气和卤素的过程中产生的热量加热所述反应。
8.如权利要求1～5中任一项所述方法，其中于至少大于100℃的温度下进行所述反应。
9.如权利要求1～5中任一项所述方法，其中使用氯作为卤素。
10.如权利要求1～5中任一项所述方法，其中通过电解水来制造用于制备卤化氢的氢气。
11.如权利要求10所述方法，其中将来自于可再生能源的过剩电力用于电解和/或电解水。
12.用于实施如前述权利要求中任一项所述的方法的设备，其包括：
第二装置(7)，其用于固体金属碳酸盐与气态的卤化氢反应以形成金属卤化物；
第四装置，其用于通过氢气和卤素的燃烧来制备卤化氢；
第三装置(8)，其用于电解金属卤化物以形成金属和卤素；以及
工具(11)，其用于将来自所述用于电解的第三装置(8)的卤素输送至用于制备卤化氢的第四装置，
其中所述第二装置(7)为流化床反应器(100)。
13.如权利要求12所述的设备，其中将所述第四装置(9)整合入所述第二装置(7)。
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