CN110668474B - 一种利用氯气制备氯化锂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用氯气制备氯化锂的方法，将氯气与氢氧化锂溶液反应得到次氯酸锂溶液后，再依次加入氯化铵、双氧水，经蒸发结晶即得氯化锂。本发明首次提出了氯气制备氯化锂的分步工序，通过理论计算，将反应吉布斯自由能较小、易反应的氯化铵先加入溶液中，将溶液中大部分次氯酸锂转化；随后又加入反应限度高的双氧水二次氯化，既解决了氯化铵制备氯化锂纯度不高的缺陷，又降低了双氧水制备氯化锂用量大、成本高等问题，有着不引人新的杂质，所得氯化锂纯度高等优点。

Description

一种利用氯气制备氯化锂的方法
技术领域
本发明涉及一种氯化锂的制备方法，具体涉及一种利用电解熔融氯化盐制备金属产生的大量纯净氯气制备无水氯化锂的方法，属于化工原材料制备领域。
背景技术
氯化锂作为制备金属锂的原料、金属合金的焊接剂、空调除湿剂、制药工业以及特种水泥原料等，需求量日益增加。其制备方法主要有以下三种：(1)氢氧化锂或碳酸锂转化法，该方法采用氢氧化锂或碳酸锂与盐酸反应生成氯化锂，再经分离、洗涤、浓缩、结晶干燥等工序后得到无水氯化锂产品；其缺点主要是该过程需经多次洗涤、浓缩等工序，能源浪费大；(2)矿石直接转化法，该方法以锂辉石精矿为原料，首先将锂辉石精矿转化硫酸锂，再由硫酸锂制得氢氧化锂或碳酸锂，最后通过方法(1)制备无水氯化锂；缺点主要是工艺流程长，操作工序多，设备投资大，且容易造成锂的损失；(3)从盐湖锂矿中提取生产氯化锂，包括酸化反应、净化除杂、氯化反应、冷冻析钠、浓缩析锂等工艺步骤。
目前绝大部分金属锂生产采用的是电解熔融氯化锂电解工艺，会产生大量纯净的氯气，工业上为了实现氯气循环利用与氯气污染等问题，通常利用氢氧化锂吸收氯气制备氯化锂，如中科院青海湖研究院发表的《氯化锂的应用与生产方法研究进展》一文中指出：氢氧化锂与氯气能够直接氯化制备氯化锂；赣锋锂业发表的《回收电解金属锂氯气生产氯化锂的工艺方法》一文中也指出：利用氢氧化锂回收电解锂过程中氯气制备氯化锂在催化剂的促进下是可行的。但就目前已发表的相关报道而言，氢氧化锂吸收氯气产生的次氯酸锂仍属于行业内难处理的问题，虽然采用催化剂能一定程度上解决次氯酸锂的问题，但加入的催化剂通常为铁盐与镍盐等，过量的催化剂将引入铁、镍等杂质，易造成氯化锂杂质超标，无法进行电解；催化剂加入量较小又无法充分处理次氯酸根，进而导致蒸发结晶生产氯化锂是冒槽，存在一定安全隐患，因此，急需开发一种安全、高效的氯气制备氯化锂工艺。
发明内容
为了解决现有氯气回收及其制备氯化锂工艺存在的不足，本发明的目的是提供一种利用氯气制备氯化锂的方法，首次提出了氯气制备氯化锂的分步工序，通过理论计算，将反应吉布斯自由能较小、易反应的氯化铵先加入溶液中，将溶液中大部分次氯酸锂转化；随后又加入反应限度高的双氧水二次氯化，既解决了氯化铵制备氯化锂纯度不高的缺陷，又降低了双氧水制备氯化锂用量大、成本高等问题，有着不引人新的杂质，所得氯化锂纯度高等优点。
为了实现上述技术目的，本发明提供一种利用氯气制备氯化锂的方法，将氯气与氢氧化锂溶液反应得到次氯酸锂溶液后，再依次加入氯化铵、双氧水，经蒸发结晶即得氯化锂。
优选的，所述氯气为电解熔融氯化锂产生的高温氯气，经冷却至温度≤35℃。
优选的，所述氯气与氢氧化锂溶液中的氢氧化锂的摩尔比为1：2.0～2.4，氢氧化锂溶液的浓度为50～100g/L。
当本发明利用电解熔融氯化锂产生的高温氯气作为原料时，将氯气通入过量的氢氧化锂溶液中，避免了过剩氯气的产生，从而能够实现氯气的零排放，达到环保生产的要求。
优选的，所述氯化铵的加入量与次氯酸锂溶液中的次氯酸锂的摩尔比为0.01～0.04：1，反应时间为10～30min。
优选的，所述双氧水的加入量与次氯酸锂溶液中的次氯酸锂的摩尔比为0.008～0.016：1，反应时间为10～30min，所述双氧水的质量分数为30％。
本方法利用氯化锂电解产生的氯气制备氯化锂，将氯气通入过量的氢氧化锂溶液中，避免了过剩氯气的产生，实现了氯气的回收利用，从而能够实现氯气的零排放，符合绿色生产的要求；在制备氯化锂的过程中，发明人研究发现氯化铵与双氧水均能有效催化次氯酸锂自身分解为氯化锂和氧气，同时均可与次氯酸锂反应，将次氯酸根转化为氯根，通过计算氯化铵与双氧水与次氯酸锂的反应吉布斯自由能，发明人发现，氯化铵与次氯酸锂的吉布斯自由能远低于双氧水与次氯酸锂的吉布斯自由能，即氯化铵会率先与次氯酸锂反应。这一现象在后续的实验中也得到了证实，且在实验中发明人发现，在氯化铵与双氧水共存的条件下，由于双氧水不参与次氯酸的氯化反应，双氧水会在极短的时间分解为水与氧气；发明人在实验中还发现，双氧水对次氯酸锂的转化限度比氯化铵高，因此，为了节约试剂成本与提高转化，本发明提出了一种先加入氯化铵后加入双氧水的分步氯化处理次氯酸锂的工艺，通过氯化铵将次氯酸锂转化为氯化锂，利用双氧水提高氯化锂纯度，既解决了氯化铵制备氯化锂纯度不高的缺陷，又降低了双氧水制备氯化锂用量大、成本高等问题。本发明将氢氧化锂吸收液中次氯酸锂最大限度的转化为氯化锂，其反应方程式如下所示：
Cl2+2LiOH＝LiClO+LiCl+H2O
2LiClO＝2LiCl+O2(g)
3LiClO+2NH4Cl＝3LiCl+N2(g)+3H2O+3HCl
H2O2+LiClO＝LiCl+H2O+O2(g)
通过反应方程式可知，相比于现有次氯酸锂处理工艺，利用氯化铵、双氧水氯化次氯酸锂，不会引入新杂质，且分步催化处理效率高，所得氯化锂纯度高，可不低于99.0％。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
1、本发明利用电解熔融氯化锂产生的高温氯气作为原料时，将氯气通入过量的氢氧化锂溶液中，避免了过剩氯气的产生，实现了氯气的回收利用，从而能够实现氯气的零排放，符合绿色生产的要求；
2、本发明率先对氯化锂制备中氯化效率进行了研究，并首次提出了氯气制备氯化锂的分步工序，通过理论计算，将反应吉布斯自由能较小、易反应的氯化铵先加入溶液中，将溶液中大部分次氯酸锂转化；随后又加入反应限度高的双氧水二次氯化。本发明通过规范了分步过程中氯化铵与双氧水加入的先后顺序，既解决了氯化铵制备氯化锂纯度不高的缺陷，又降低了双氧水制备氯化锂用量大、成本高等问题，与现次氯酸锂处理工艺相比，有着不引人新的杂质，所得氯化锂纯度高等优势。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定于本发明。
实施例1
将电解熔融氯化锂产生的高温氯气，经冷却至温度为20℃，然后按照氯气与LiOH的摩尔比为1：2.0通入50g/L的LiOH溶液中吸收，形成次氯酸锂溶液，随后按次氯酸锂与氯化铵的摩尔比为1：0.01添加氯化铵，反应20min后，再按次氯酸锂与双氧水的摩尔比为1：0.008加入质量分数为30wt％的双氧水反应10min后经蒸发结晶得到无水氯化锂。经分析，无水氯化锂的纯度为99.10％。
实施例2
将电解熔融氯化锂产生的高温氯气，经冷却至温度为25℃，然后按照氯气与LiOH的摩尔比为1：2.2通入100g/L的LiOH溶液中吸收，形成次氯酸锂溶液，随后按次氯酸锂与氯化铵的摩尔比为1：0.02添加氯化铵，反应10min后，再按次氯酸锂与双氧水的摩尔比为1：0.012加入质量分数为30wt％的双氧水，反应30min后经蒸发结晶得到无水氯化锂。经分析，无水氯化锂的纯度为99.25％。
实施例3
将电解熔融氯化锂产生的高温氯气，经冷却至温度为35℃，然后按照氯气与LiOH的摩尔比为1：2.4通入75g/L的LiOH溶液中吸收，形成次氯酸锂溶液，随后按次氯酸锂与氯化铵的摩尔比为1：0.04添加氯化铵，反应30min后，再按次氯酸锂与双氧水的摩尔比为1：0.016加入质量分数为30wt％的双氧水，反应20min后经蒸发结晶、固液分离得到无水氯化锂。经分析，无水氯化锂的纯度为99.09％。
对比例1
将电解熔融氯化锂产生的高温氯气，经冷却至温度为25℃，然后按照氯气与LiOH的摩尔比为1：2.0通入100g/L的LiOH溶液中吸收，形成次氯酸锂溶液，随后按次氯酸锂与氯化铵的摩尔比为1：0.02添加氯化铵，反应30min后，蒸发结晶得到无水氯化锂。经分析，无水氯化锂的纯度为69.25％。
对比例2
将电解熔融氯化锂产生的高温氯气，经冷却至温度为25℃，然后按照氯气与LiOH的摩尔比为1：2.4通入50g/L的LiOH溶液中吸收，形成次氯酸锂溶液，随后按次氯酸锂与双氧水的摩尔比为1：0.01加入质量分数为30wt％的双氧水反应30min后经蒸发结晶得到无水氯化锂。经分析，无水氯化锂的纯度为79.25％。
对比例3
将电解熔融氯化锂产生的高温氯气，经冷却至温度为25℃，然后按照氯气与LiOH的摩尔比为1：2.4通入75g/L的LiOH溶液中吸收，形成次氯酸锂溶液，随后按次氯酸锂、氯化铵和双氧水的摩尔比为1：0.04：0.01，同时添加双氧水质量分数为30wt％，反应时间30min后经蒸发结晶得到无水氯化锂。经分析，无水氯化锂的纯度为89.09％。
对比例4
将电解熔融氯化锂产生的高温氯气，经冷却至温度为25℃，然后按照氯气与LiOH的摩尔比为1：2.4通入100g/L的LiOH溶液中吸收，形成次氯酸锂溶液，随后按次氯酸锂与双氧水的摩尔比为1：0.016加入质量分数为30wt％的双氧水反应10min后，再按次氯酸锂与氯化铵的摩尔比为1：0.02添加氯化铵反应30min后，经蒸发结晶得到无水氯化锂。经分析，无水氯化锂的纯度为90.09％。

Claims (6)

1.一种利用氯气制备氯化锂的方法，其特征在于：将氯气与氢氧化锂溶液反应得到次氯酸锂溶液后，先加入氯化铵，将溶液中大部分次氯酸锂转化为氯化锂，再加入双氧水，转化后，经蒸发结晶即得氯化锂；
所述氯化铵的加入量与次氯酸锂溶液中的次氯酸锂的摩尔比为0.01～0.04：1，所述双氧水的加入量与次氯酸锂溶液中的次氯酸锂的摩尔比为0.008～0.016：1。
2.根据权利要求1所述的一种利用氯气制备氯化锂的方法，其特征在于：所述氯气为电解熔融氯化锂产生的高温氯气，经冷却至温度≤35℃。
3.根据权利要求1所述的一种利用氯气制备氯化锂的方法，其特征在于：所述氯气与氢氧化锂溶液中的氢氧化锂的摩尔比为1：2.0～2.4，氢氧化锂溶液的浓度为50～100g/L。
4.根据权利要求1所述的一种利用氯气制备氯化锂的方法，其特征在于：所述氯化铵与次氯酸锂溶液的反应时间为10～30min。
5.根据权利要求1所述的一种利用氯气制备氯化锂的方法，其特征在于：所述双氧水与次氯酸锂溶液的反应时间为10～30min，所述双氧水的质量分数为30％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种利用氯气制备氯化锂的方法，其特征在于：所述氯化锂的纯度不低于99.0％。
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