CN109553118A - 一种工业生产无水氢氧化锂球的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，包括脱水烘干、微粉、粉体成球、筛分、干燥等步骤，无水氢氧化锂经过粉体成型工艺将其制备成不掉粉、不呛人的药粒，应用于CO2吸收剂，按煤炭标准MT454‑2008测试所述吸收剂吸收二氧化碳的效率，吸收率达到85％以上。

Description

一种工业生产无水氢氧化锂球的方法
技术领域
本发明属氢氧化锂球的化工生产领域，特别涉及一种工业生产无水氢氧化锂球的方法。
背景技术
工作人员不连续性占据使用且进出其间受限制的空间为封闭空间，由于特殊情况和特殊要求，人员需要进入密闭空间工作。在封闭空间生活工作的情况广泛存在于日常生活和社会发展的各个方面，例如为防止核打击而进行战时隔绝的防国防地下工事，以及载人航天封闭舱室，潜艇等。此外，在特定条件下，因其短时间换气失败或不及时而形成的公共建筑地下储藏室、紧急失火情况下的小型客车内部空间都可以认为是封闭空间，一般情况下，封闭空间内人员呼吸、新陈代谢、机械设备运行都会产生CO2，需要对CO2进行不断清除将其控制在一定浓度以下。
目前密闭空间内二氧化碳的去除方法主要有:碱石灰吸收法、LiOH吸收法、单羟乙胺液体吸附法、固态胺吸附法、碱金属超氧化物吸收法等。
碱石灰吸收法：碱石灰主要是由Ca(OH)2和NaOH或KOH组成的混合物，NaOH或KOH的比重大概是2％-5％。碱石灰吸收CO2的中间反应过程中需要H2O的参与，在生产中，一般会在其中加入一定量的H2O。碱石灰作为CO2吸收剂，是一种比较成熟的民用CO2净化技术，被广泛应用在医疗、面具、密闭空间等领域，其性价比高、容易加工、使用方便。但其吸收CO2性能要比目前各国潜艇广泛使用的LiOH要低得多，如果想要应用在潜艇上，潜艇要拥有足够大的装载空间和载重量。
一乙醇胺和固态胺等再生技术：一乙醇胺吸收技术是一种能长时间连续不断净化CO2的技术，该技术使用一乙醇胺溶液作为CO2吸收剂，一乙醇胺溶液吸收CO2之后，通过加热的方式使其解析出CO2，从而使一乙醇胺溶液再生。此方法需要专门的设备和电力等设施驱动，应用受限，而且吸收剂的性能受循环使用次数影响较大。
过氧化物吸收法：过氧化物与含有CO2和水蒸气的空气接触时，既能吸收空气中的CO2，又能产生O2，利用该技术制作成药板装备于潜艇上，使用时将药板取出装入专用的装置内，靠风机或自然对流驱动舱室空气接触药板，发生反应，完成吸收CO2和产生O2的双重功能。该技术理论上是一种非常理想的应用于密闭舱室的空气再生技术，能够同时完成吸收CO2和释放O2的双重任务，但是在潜艇实际使用中也暴露了一些问题，过氧化物再生药剂在高湿的海洋环境中，吸湿后发生膨胀和糊状现象，导致其有效比表面减少，使其利用效率低。过氧化物具有强氧化性，存储的要求较高，包装破损后遇水会剧烈反应甚至爆炸。
LiOH吸收法：LiOH吸收法采用以LiOH为主要材料的吸收剂来消除CO2，其作用原理是密闭空间内人体呼出的CO2与LiOH反应后生成Li2CO3和H2O，从而达到去除CO2的目的。LiOH型CO2吸收剂以其重量轻、吸收效率高等优点而得到了越来越广泛的应用。无水LiOH作为CO2吸收剂，由于Li分子量只有6.94，LiOH的CO2吸收率很高，理论上对CO2的吸收率为91.7％(质量比)。该反应产生的热量不高，由于LiOH吸水后可以生成LiOH·H2O，在吸收CO2的过程中能吸收掉一部分生成的水，在面具中使用会使出口气体湿度降低，气体到口内容易降温，使佩带起来更加舒服。除此之外，在低温(-10℃)条件下，温度湿度变化大的条件亦能使用，常用于潜艇、载人航天生命系统等密闭空间中CO2的清除。
未成球LiOH微粒在机械碰撞和使用过程中会产生刺激性粉尘，这些粉尘随空气流进入人体呼吸道，会对工作人员造成不适，因此需要各种抑尘方式或者过滤设备解决此问题。市场上的LiOH作为二氧化碳吸收剂，目前还存在以下问题：1、粉尘率高，呛人；2、CO2吸收率一般为质量比60-75％，还未达到最大化；3、普通LiOH微粒机械强度低，容易破损。
本发明为解决上述技术方案中存在的问题，提供一种工艺简单实用，生产成本低，产品质量稳定，收率高且有良好的经济和社会效益的单水氢氧化锂制备球形无水氢氧化锂的方法。
发明内容
本发明提供了一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，以解决上述背景技术中出现的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，包括以下步骤：
S1脱水烘干：将工业级单水氢氧化锂进行烘干，得到无水LiOH；
S2微粉：将无水LiOH粉碎至D50为10-50微米的微粉无水LiOH；
S3粉体成球：微粉无水LiOH进行粉体成球；
S4筛分：将步骤S3中得到的LiOH球体进行筛分，将不符合粒径要求的小颗粒球体继续进行S3步骤造粒成球；
S5干燥：将步骤S4筛分得到的合格的球形氢氧化锂球进行烘干，得到无水氢氧化锂球。
进一步，所述步骤S5干燥之后还包括步骤S6包装，所述步骤S6包装方式为真空包装。
进一步，所述步骤S5干燥与所述步骤S6包装之间还包括步骤球体抛光，所述步骤球体抛光是将步骤5烘干得到的无水氢氧化锂球进行表面抛光，得到表面规整的无水氢氧化锂球。
进一步，所述步骤S1中，烘干温度为160-200℃，烘干时间为1-4小时，烘干过程为真空干燥。
进一步，所述步骤S3粉体成球在圆盘造球机中氮气气氛下进行，所述步骤S3粉体成球过程中控制喷雾加水装置加水量为LiOH粉体质量的8-20％。
进一步，所述步骤S5干燥过程中，干燥温度为160-200℃，干燥时间为1-4小时。
进一步，所述步骤S4筛分是通过方形振动筛完成，所述步骤S5干燥是通过真空干燥机进行干燥，所述步骤S6球体抛光过程中，通过圆球抛光机对球体进行表面抛光。
进一步，所述步骤S2微粉采用氮气源气流粉碎机进行粉碎，所述步骤S6包装采用自动真空包装机进行包装，在隔离式干燥间中进行。
进一步，所述步骤S1得到的无水LiOH中水的物质的量含量≤4％，所述步骤S5干燥得到的无水LiOH中水的物质的量含量≤2％。
进一步，一种无水氢氧化锂球的回收方法，用于回收制备的无水氢氧化锂球，在待回收的氢氧化锂中通入二氧化碳，碳化后完全转化成碳酸锂，再烘干包装得到电池用碳酸锂。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)单水氢氧化锂含有43％的结晶水，烘干过程中结晶水脱离后会溶解氢氧化锂造成严重的黏连板结现象，所以静态烘干方式是不可取的，而且一般干燥的方式中不可避免会与空气接触使氢氧化锂吸收空气中CO2使主含量降低，影响产品品质，使用真空干燥机可以避免烘干过程的板结现象，通过隔绝空气，避免空气中CO2碳化氢氧化锂，整个制备工艺不添加任何有机和无机成分，球形无水氢氧化锂使用后可以实现回收利用。
(2)气流磨可用于超微粉碎，与普通机械式超微粉碎机相比，气流粉碎机可将产品粉碎得很细(粉品细度可达2-40微米)，粒度分布范围更窄，即粒度更均匀，更利于后续的粉体成球过程。将氢氧化锂微粉之后可以大大提高氢氧化锂颗粒的比表面积，提高了CO2的吸收效率，将气源切换为氮气，可以避免微粉时空气碳化氢氧化锂。
(3)无水氢氧化锂直接用于二氧化碳吸附容易，因为本身无水氢氧化锂为粉末状物质，容易产生氢氧化锂粉尘，刺激呼吸道不但呛人，还对环境中人的健康造成危害，因此必须经过粉体成型工艺将其制备成不掉粉、不呛人的药粒，才能广泛应用于CO2吸收剂，采用滚动成球的方法可以规避上述问题，既能保证无水氢氧化锂球体内部空气流通通畅，又能保证成型后有足够的机械强度，不掉粉，不呛人，体现了本发明的实用性。
(4)根据无水氢氧化锂自身的物理和化学性质，由于其溶解度大、粘度大、易粘结、成型快等特性，需采用成球时间短、产量大的连续化成球工艺，采用设备为圆盘造球机，将粉体成球的技术合理应用在无水氢氧化锂成型上，体现了本发明的创造性。
(5)将干燥后的氢氧化锂球进一步进行表面抛光处理，使最终氢氧化锂球表面光洁圆滑，国内外尚未出现制球无水氢氧化锂产品和专利文献，体现了本发明的新颖性，进一步降低氢氧化锂球的粉尘率，大大改善使用产品的空气环境质量，提高了产品的实用性。
(6)随着锂的需求不断增长，锂资源的循环利用有着重大的意义，球形氢氧化锂产品经客户使用后得到主成分为碳酸锂的回收料(主要成分碳酸锂76％，氢氧化锂5％，水分28％)，通过一些简单的加工工艺(粉碎、加水混合、通CO2碳化、离心分离、烘干包装)得到电池级碳酸锂产品，完成锂资源的循环利用。
(7)球形无水氢氧化锂制备过程，烘干、粉碎、造球、包装等主要生产流程都采用了真空或保护气处理，避免了在生产过程中接触水分和二氧化碳被碳化，生产的球形无水氢氧化锂产品主含量和二氧化碳等指标都明显优于市面上普通的无水氢氧化锂产品，按煤炭标准MT454-2008测试所述吸收剂吸收二氧化碳的效率，吸收率为85％以上，对比市面上只有60-75％吸收率的无水氢氧化锂，进一步体现了本发明的先进性。
附图说明
图1为制备球形无水氢氧化锂的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的及优点更加清晰易懂，现结合实施例对本发明做进一步解释说明，应当指出的是，在此列出的所有实施例仅仅是说明性的，并不意味着对本发明范围进行限定。
实施例1
将100Kg工业级单水氢氧化锂在160度真空烘干2小时，得到LiOH主含量97.3％的无水LiOH。无水LiOH通过氮气气流粉碎机粉碎至中粒径D50为10微米的微粉无水LiOH。微粉无水LiOH经气流输送至圆盘造球机氮气保护下进行粉体成球，控制喷雾加水装置加水量为8％，将球体输送到方形振动筛中，得到粒径2-3mm的无水氢氧化锂球体，将不符合粒径要求的小颗粒球体输送至圆盘造球机继续造粒成球。将合格的球形氢氧化锂湿料真空干燥机进行烘干，烘干温度160度，烘干时间3小时，得到LiOH主含量99％的球形无水氢氧化锂。烘干后球体使用圆球抛光机进行表面抛光，然后产品采用定制的自动真空包装机进行包装，最终得到43公斤无水氢氧化锂球体产品。按煤炭标准MT454-2008测试所得到的吸收剂吸收二氧化碳的效率，吸收率为89％。
实施例2：
将80Kg工业级单水氢氧化锂在170度真空烘干1小时，得到LiOH主含量97.5％的无水LiOH。无水LiOH通过氮气气流粉碎机粉碎至中粒径D50为20微米的微粉无水LiOH。微粉无水LiOH经气流输送至圆盘造球机氮气保护下进行粉体成球，控制喷雾加水装置加水量为10％，将球体输送到方形振动筛中，得到粒径1-2mm的无水氢氧化锂球体，将不符合粒径要求的小颗粒球体输送至圆盘造球机继续造粒成球。将合格的球形氢氧化锂湿料真空干燥机进行烘干，烘干温度170度，烘干时间4小时，得到LiOH主含量99.2％的球形无水氢氧化锂。烘干后球体使用圆球抛光机进行表面抛光，然后采用定制的自动真空包装机进行包装，最终得到34公斤无水氢氧化锂球体产品。按煤炭标准MT454-2008测试所得到的吸收剂吸收二氧化碳的效率，吸收率为88.7％。
实施例3：
将90Kg工业级单水氢氧化锂在180度真空烘干4小时，得到LiOH主含量97.1％的无水LiOH。无水LiOH通过氮气气流粉碎机粉碎至中粒径D50为30微米的微粉无水LiOH。微粉无水LiOH经气流输送至圆盘造球机氮气保护下进行粉体成球，控制喷雾加水装置加水量为13％，将球体输送到方形振动筛中，得到粒径3-4mm的无水氢氧化锂球体，将不符合粒径要求的小颗粒球体输送至圆盘造球机继续造粒成球。将合格的球形氢氧化锂湿料真空干燥机进行烘干，烘干温度180度，烘干时间1小时，得到LiOH主含量99.1％的球形无水氢氧化锂。烘干后球体使用圆球抛光机进行表面抛光，然后产品采用定制的自动真空包装机进行包装，最终得到39公斤无水氢氧化锂球体产品。按煤炭标准MT454-2008测试所得到的吸收剂吸收二氧化碳的效率，吸收率为89.3％。
实施例4
将120Kg工业级单水氢氧化锂在190度真空烘干2小时，得到LiOH主含量96.9％的无水LiOH。无水LiOH通过氮气气流粉碎机粉碎至中粒径D50为10微米的微粉无水LiOH。微粉无水LiOH经气流输送至圆盘造球机氮气保护下进行粉体成球，控制喷雾加水装置加水量为16％，将球体输送到方形振动筛中，得到粒径2-3mm的无水氢氧化锂球体，将不符合粒径要求的小颗粒球体输送至圆盘造球机继续造粒成球。将合格的球形氢氧化锂湿料真空干燥机进行烘干，烘干温度190度，烘干时间3小时，得到LiOH主含量99.2％的球形无水氢氧化锂。烘干后球体使用圆球抛光机进行表面抛光，然后产品采用定制的自动真空包装机进行包装，最终得到52公斤无水氢氧化锂球体产品，按煤炭标准MT454-2008测试所得到的吸收剂吸收二氧化碳的效率，吸收率为90.2％，使用后可以实现回收利用，使用后的球形氢氧化锂通过进一步通二氧化碳碳化完全转化成碳酸锂，再烘干包装得到电池级碳酸锂，用于电池的生产。
实施例5：
将150Kg工业级单水氢氧化锂在200度真空烘干3小时，得到LiOH主含量97.3％的无水LiOH。无水LiOH通过氮气气流粉碎机粉碎至中粒径D50为10微米的微粉无水LiOH。微粉无水LiOH经气流输送至圆盘造球机氮气保护下进行粉体成球，控制喷雾加水装置加水量为20％，将球体输送到方形振动筛中，得到粒径4-5mm的无水氢氧化锂球体，将不符合粒径要求的小颗粒球体输送至圆盘造球机继续造粒成球。将合格的球形氢氧化锂湿料真空干燥机进行烘干，烘干温度200度，烘干时间2小时，得到LiOH主含量99％的球形无水氢氧化锂。烘干后球体使用圆球抛光机进行表面抛光，然后产品采用定制的自动真空包装机进行包装，最终得到65公斤无水氢氧化锂球体产品。按煤炭标准MT454-2008测试所得到的吸收剂吸收二氧化碳的效率，吸收率为88.5％，使用后可以实现回收利用，使用后的球形氢氧化锂通过进一步通二氧化碳碳化完全转化成碳酸锂，再烘干包装得到电池级碳酸锂，用于电池的生产。
上述实施例1-5实施过程关键点控制条件统计结果下表所示所示：
上述实施例1-5产品的成分分析结果如下表所示：(物质的量比例)
可以分析看出，上述实施例1-5产品生产过程中控制条件有所改变，但生产出的产品性质比较稳定，总的来说机械强度较高，分布在13N左右，LiOH主含量较高，大于99％，水和二氧化碳的综合含量小于1％，相比较于现有LiOH微粒有很大优势，更有利于用于二氧化碳吸收的使用。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1脱水烘干：将工业级单水氢氧化锂进行烘干，得到无水LiOH；
S2微粉：将无水LiOH粉碎至D50为10-50微米的微粉无水LiOH；
S3粉体成球：微粉无水LiOH进行粉体成球；
S4筛分：将步骤S3中得到的LiOH球体进行筛分，将不符合粒径要求的小颗粒球体继续进行S3步骤造粒成球；
S5干燥：将步骤S4筛分得到的合格的球形氢氧化锂球进行烘干，得到无水氢氧化锂球。
2.根据权利要求1所述的一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，其特征在于：所述步骤S5干燥之后还包括步骤S6包装，所述步骤S6包装方式为真空包装。
3.根据权利要求2所述的一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，其特征在于：所述步骤S5干燥与所述步骤S6包装之间还包括步骤球体抛光，所述步骤球体抛光是将步骤5烘干得到的无水氢氧化锂球进行表面抛光，得到表面规整的无水氢氧化锂球。
4.根据权利要求1所述的一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，其特征在于：所述步骤S1中，烘干温度为160-200℃，烘干时间为1-4小时，烘干过程为真空干燥。
5.根据权利要求1所述的一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，其特征在于：所述步骤S3粉体成球在圆盘造球机中氮气气氛下进行，所述步骤S3粉体成球过程中控制喷雾加水装置加水量为LiOH粉体质量的8-20％。
6.根据权利要求1所述的一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，其特征在于：所述步骤S5干燥过程中，干燥温度为160-200℃，干燥时间为1-4小时。
7.根据权利要求2所述的一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，其特征在于：所述步骤S4筛分是通过方形振动筛完成，所述步骤S5干燥是通过真空干燥机进行干燥，所述步骤S6球体抛光过程中，通过圆球抛光机对球体进行表面抛光。
8.根据权利要求2所述的一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，其特征在于：所述步骤S2微粉采用氮气源气流粉碎机进行粉碎，所述步骤S6包装采用自动真空包装机进行包装，在隔离式干燥间中进行。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种工业生产无水氢氧化锂球的方法，其特征在于：所述步骤S1得到的无水LiOH中水的物质的量含量≤4％，所述步骤S5干燥得到的无水LiOH中水的物质的量含量≤2％。
10.一种无水氢氧化锂球的回收方法，用于回收权利要求1-9任一项所制备的无水氢氧化锂球，其特征在于：在待回收的氢氧化锂中通入二氧化碳，碳化后完全转化成碳酸锂，再烘干包装得到电池用碳酸锂。
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