EA046337B1 - METHOD FOR PRODUCING HIGH-PURITY LITHIUM HYDROXIDE MONOHYDRATE - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING HIGH-PURITY LITHIUM HYDROXIDE MONOHYDRATE Download PDFInfo
- Publication number
- EA046337B1 EA046337B1 EA202392514 EA046337B1 EA 046337 B1 EA046337 B1 EA 046337B1 EA 202392514 EA202392514 EA 202392514 EA 046337 B1 EA046337 B1 EA 046337B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- solution
- lithium
- anolyte
- stream
- spent
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 31
- GLXDVVHUTZTUQK-UHFFFAOYSA-M lithium hydroxide monohydrate Substances [Li+].O.[OH-] GLXDVVHUTZTUQK-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims description 26
- PQVSTLUFSYVLTO-UHFFFAOYSA-N ethyl n-ethoxycarbonylcarbamate Chemical compound CCOC(=O)NC(=O)OCC PQVSTLUFSYVLTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 10
- 229940040692 lithium hydroxide monohydrate Drugs 0.000 title claims description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 253
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 224
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 106
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 103
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 102
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 71
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 67
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 63
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 63
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 63
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 63
- INHCSSUBVCNVSK-UHFFFAOYSA-L lithium sulfate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]S([O-])(=O)=O INHCSSUBVCNVSK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 61
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 60
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 59
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 57
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 49
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 44
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 39
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 37
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 33
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 32
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- RBTVSNLYYIMMKS-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 3-aminoazetidine-1-carboxylate;hydrochloride Chemical compound Cl.CC(C)(C)OC(=O)N1CC(N)C1 RBTVSNLYYIMMKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 27
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 25
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 25
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 24
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 24
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 24
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 23
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 23
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 23
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 23
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 20
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 20
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 17
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 16
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 15
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 14
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 14
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 13
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 claims description 12
- ZKQDCIXGCQPQNV-UHFFFAOYSA-N Calcium hypochlorite Chemical compound [Ca+2].Cl[O-].Cl[O-] ZKQDCIXGCQPQNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 11
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 10
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 10
- TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogencarbonate Chemical class [K+].OC([O-])=O TYJJADVDDVDEDZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 235000011118 potassium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 10
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 10
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 10
- 239000005708 Sodium hypochlorite Substances 0.000 claims description 9
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims description 9
- 235000015497 potassium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 9
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 8
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 8
- HQRPHMAXFVUBJX-UHFFFAOYSA-M lithium;hydrogen carbonate Chemical class [Li+].OC([O-])=O HQRPHMAXFVUBJX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000005185 salting out Methods 0.000 claims description 8
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 7
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 6
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- VXJIMUZIBHBWBV-UHFFFAOYSA-M lithium;chloride;hydrate Chemical compound [Li+].O.[Cl-] VXJIMUZIBHBWBV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 claims description 5
- 239000010413 mother solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 4
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 4
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 4
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 claims description 4
- -1 hypochlorite ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 4
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910019440 Mg(OH) Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 3
- 229910000028 potassium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011736 potassium bicarbonate Substances 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 2
- WDIHJSXYQDMJHN-UHFFFAOYSA-L barium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ba+2] WDIHJSXYQDMJHN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910001626 barium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WQYVRQLZKVEZGA-UHFFFAOYSA-N hypochlorite Inorganic materials Cl[O-] WQYVRQLZKVEZGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 12
- MIIMAFCRCGZPPB-UHFFFAOYSA-M azanium;lithium;sulfate Chemical group [Li+].[NH4+].[O-]S([O-])(=O)=O MIIMAFCRCGZPPB-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate dihydrate Chemical compound O.O.[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 46
- 229910013596 LiOH—H2O Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 12
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 7
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 7
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 5
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 5
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 4
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M Chlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 2
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 2
- FZRNJOXQNWVMIH-UHFFFAOYSA-N lithium;hydrate Chemical compound [Li].O FZRNJOXQNWVMIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000011403 purification operation Methods 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 2
- 241000577705 Anacis Species 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical class OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N Hydrogen bromide Chemical compound Br CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AVXURJPOCDRRFD-UHFFFAOYSA-N Hydroxylamine Chemical compound ON AVXURJPOCDRRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007325 Li2SO4—H2O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019093 NaOCl Inorganic materials 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CRBDXVOOZKQRFW-UHFFFAOYSA-N [Ru].[Ir]=O Chemical compound [Ru].[Ir]=O CRBDXVOOZKQRFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005262 decarbonization Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- RKGLUDFWIKNKMX-UHFFFAOYSA-L dilithium;sulfate;hydrate Chemical compound [Li+].[Li+].O.[O-]S([O-])(=O)=O RKGLUDFWIKNKMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000010812 mixed waste Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 235000011181 potassium carbonates Nutrition 0.000 description 1
- 159000000001 potassium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 235000011182 sodium carbonates Nutrition 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L sulfite Chemical compound [O-]S([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Description
Область техникиField of technology
Изобретение относится к области химической технологии получения неорганических соединений, а именно к способам получения моногидрата гидроксида лития высокой степени чистоты из материалов, содержащих соли лития.The invention relates to the field of chemical technology for the production of inorganic compounds, namely to methods for producing lithium hydroxide monohydrate of high purity from materials containing lithium salts.
Уровень техникиState of the art
Известен способ получения раствора гидроксида лития из твердых карбонат содержащих литиевых отходов путем их контакта с водой, отстаивания образующейся пульпы, декантации осветленной жидкой фазы с последующей ее фильтрацией и рециркуляцией полученного литийсодержащего раствора через центральную камеру электродиализатора с получением в катодной камере раствора гидроксида лития, в анодной камере раствора смеси кислот, а центральной камере обсоленной жидкости, возращенной на операцию выщелачивания лития из твердых карбонат содержащих литиевых отходов [1].There is a known method for producing a solution of lithium hydroxide from solid carbonate-containing lithium waste by contacting it with water, settling the resulting pulp, decanting the clarified liquid phase, followed by filtration and recycling the resulting lithium-containing solution through the central chamber of the electrodialyzer to obtain a solution of lithium hydroxide in the cathode chamber, in the anodic chamber a solution chamber of a mixture of acids, and a central chamber of saline liquid returned to the operation of leaching lithium from solid carbonate-containing lithium waste [1].
Недостатком данного способа является получение низко концентрированного раствора LiOH (не более 25 кг/м3) и низкая производительность процесса вследствие ведения его при плотности тока не выше 2 А/дм2 (0,2 кА/м2), высокое электрическое сопротивление рециркулирующего раствора Li2CO3 вследствие низкой концентрации Li2CO3 (не более 10 кг/м3) и как следствие высокие удельные энергозатраты на единицу производимого продукта.The disadvantage of this method is the production of a low concentrated LiOH solution (no more than 25 kg/m 3 ) and the low productivity of the process due to its operation at a current density of no higher than 2 A/dm 2 (0.2 kA/m 2 ), high electrical resistance of the recirculating solution Li 2 CO 3 due to the low concentration of Li 2 CO 3 (no more than 10 kg/m 3 ) and, as a consequence, high specific energy consumption per unit of product produced.
Известен способ получения раствора гидроксида лития из материалов, содержащих соединения лития, в частности из отходов литиевых батарей [2], включающих извлечение лития из отходов в виде хорошо растворимого сульфата лития, мембранный электролиз раствора сульфата лития с использованием катионообменной мембраны Nation 350, разделяющей катодное и анодное пространства. Электролиз ведут при плотности постоянного тока 20 А/дм2 и напряжении 5,3 В с постоянным выводом из катодного пространства раствора LiOH (католита), а из анодного пространства обедненного по Li2SO4 анолита, содержащего продукт анодного процесса - серную кислоту. Выводимый поток анолита направляют на операцию выщелачивания лития, нейтрализуя серную кислоту и одновременно укрепляя его по сульфату лития. Укрепленный по Li2SO4 анолит возвращают на операцию электролиза.There is a known method for producing a solution of lithium hydroxide from materials containing lithium compounds, in particular from waste lithium batteries [2], including the extraction of lithium from waste in the form of highly soluble lithium sulfate, membrane electrolysis of a solution of lithium sulfate using a Nation 350 cation exchange membrane separating the cathode and anode space. Electrolysis is carried out at a direct current density of 20 A/dm 2 and a voltage of 5.3 V with a constant output of a LiOH solution (catholyte) from the cathode space, and an anolyte depleted in Li 2 SO 4 containing the product of the anodic process - sulfuric acid - from the anode space. The withdrawn anolyte stream is sent to the lithium leaching operation, neutralizing sulfuric acid and at the same time strengthening it with lithium sulfate. The anolyte strengthened with Li 2 SO 4 is returned to the electrolysis operation.
К недостаткам данного анолита следует отнести его ограниченность получением загрязненного примесями раствора LiOH. Высоко чистый продукт в виде LiOH-H2O с помощью данного способа производить не представляется возможным.The disadvantages of this anolyte include its limitation in producing a LiOH solution contaminated with impurities. It is not possible to produce a highly pure product in the form of LiOH-H 2 O using this method.
Известен способ получения гидроксида лития высокой степени чистоты путем мембранного электролиза водного раствора, содержащего выделенный из природного рассола хлорид лития и карбонат лития в присутствии восстановителя [3]. Выводимый католит упаривают, кристаллизуя LiOH-H2O. После отделения от маточного раствора LiOH-H2O промывают деминерализованной водой, сушат, получая LiOH-H2O высокой степени чистоты. При этом катодный водород используют для получения теплоносителя для производства греющего пара, который используют на операции упаривания католита, а анодный хлор для окисления бромид ионов в элементарный бром при прямом контакте хлора с бромионным природным рассолом.There is a known method for producing lithium hydroxide of high purity by membrane electrolysis of an aqueous solution containing lithium chloride and lithium carbonate isolated from natural brine in the presence of a reducing agent [3]. The removed catholyte is evaporated, crystallizing LiOH-H 2 O. After separation from the mother solution, LiOH-H 2 O is washed with demineralized water and dried, obtaining LiOH-H2O of high purity. In this case, cathode hydrogen is used to obtain a coolant for the production of heating steam, which is used in the catholyte evaporation operation, and anodic chlorine is used to oxidize bromide ions into elemental bromine through direct contact of chlorine with bromionic natural brine.
К недостаткам данного способа следует отнести использование для электрохимической конверсии раствора LiCl низкой концентрации, предварительно выделенного из природного литиеносного рассола с использованием селективного к LiCl сорбента и необходимость применения восстановителя для исключения риска образования в анодном пространстве оксихлоридов при электролизе низко концентрированного раствора LiCl.The disadvantages of this method include the use of a low concentration LiCl solution for electrochemical conversion, previously isolated from a natural lithium-bearing brine using a sorbent selective for LiCl, and the need to use a reducing agent to eliminate the risk of formation of oxychlorides in the anode space during the electrolysis of a low concentrated LiCl solution.
Способ получения моногидрата лития высокой степени чистоты из материалов, содержащих карбонат лития [4] устраняет большинство недостатков вышеописанных способов. Способ основан на воспроизводстве водного раствора хорошо растворимого сульфата лития, подаваемого на подпитку обедняемого по Li2SO4 и обогащаемого по H2SO4 раствора анолита, циркулирующего в анолитном контуре электролизного агрегата. Для этого часть обедненного по литию анолита постоянно вывозят из анолитного контура и приводят в контакт с эквивалентным количеством карбоната лития, превращая анодную серию кислоты в сульфат лития. Данный способ предусматривает также реагентную очистку от примесей Ca, Mg и тяжелых металлов воспроизведенного раствора Li2SO4 карбонатно-щелочным методом с использованием раствора LiOH и CO2 выделяющегося при карбонатной нейтрализации анолита.The method for producing high-purity lithium monohydrate from materials containing lithium carbonate [4] eliminates most of the disadvantages of the above methods. The method is based on the reproduction of an aqueous solution of highly soluble lithium sulfate supplied to feed an anolyte solution depleted in Li 2 SO 4 and enriched in H 2 SO 4 , circulating in the anolyte circuit of the electrolysis unit. To do this, part of the lithium-depleted anolyte is constantly removed from the anolyte circuit and brought into contact with an equivalent amount of lithium carbonate, converting the anodic acid series into lithium sulfate. This method also provides for reagent purification from impurities of Ca, Mg and heavy metals of a reproduced solution of Li 2 SO 4 by the carbonate-alkaline method using a solution of LiOH and CO2 of the anolyte released during carbonate neutralization.
К недостаткам данного способа относится использование на операции мембранного электролиза катионообменных мембран МК-40, обладающих низкой механической и химической устойчивостью. Кроме того, к недостаткам способа следует отнести наличие жидкого отхода производства в воде, раствора карбоната лития, загрязненного карбонатами натрия и калия, а также недостаточную глубину реагентной очистки от примесей раствора Li2SO4, поступающего на подпитку в анолитный контур, что приводит к необходимости периодически проверять кислотную регенерацию мембран, загрязняемых катионами кальция и магния.The disadvantages of this method include the use of MK-40 cation exchange membranes, which have low mechanical and chemical stability, in the membrane electrolysis operation. In addition, the disadvantages of the method include the presence of liquid production waste in water, a solution of lithium carbonate contaminated with sodium and potassium carbonates, as well as an insufficient depth of reagent purification from impurities of the Li 2 SO 4 solution fed to the anolyte circuit, which leads to the need periodically check the acid regeneration of membranes contaminated with calcium and magnesium cations.
Способ получения моногидрата лития из рассолов и установка для его осуществления [5] устраняет данные недостатки предыдущего способа. Раствор LiOH, поступающий на упаривание, кристаллизацию, промывку и сушку LiOH-H2O получают из концентрированного раствора LiCl, прошедшего реагентную очистку карбонатно-щелочным методом и затем ионообменную очистку на ионите Lewatit-208-TP в LiThe method for producing lithium monohydrate from brines and the installation for its implementation [5] eliminates these disadvantages of the previous method. The LiOH solution supplied for evaporation, crystallization, washing and drying LiOH-H 2 O is obtained from a concentrated LiCl solution that has undergone reagent purification using the carbonate-alkaline method and then ion exchange purification on the Lewatit-208-TP ion exchanger in Li
- 1 046337 форме. Способ предусматривает также использование выводимого с операции упаривания потока отработанного католита в виде раствора LiOH, содержащего NaOH и KOH, в качестве реагента для получения продуктивного раствора LiCl с выводом натрия и калия из процесса в виде кристаллов NaCl и KCl. По технической сущности и достигнутым показателям данный способ получения моногидрата лития гидроксида из материала, содержащего соль лития наиболее близок к заявляемому и поэтому он пронят в качестве прототипа.- 1 046337 form. The method also involves using the waste catholyte stream removed from the evaporation operation in the form of a LiOH solution containing NaOH and KOH as a reagent to obtain a productive LiCl solution with the removal of sodium and potassium from the process in the form of NaCl and KCl crystals. In terms of technical essence and achieved performance, this method of producing lithium hydroxide monohydrate from a material containing lithium salt is closest to the claimed one and therefore it is adopted as a prototype.
Недостатками способа являются:The disadvantages of this method are:
1) Ограниченность номенклатуры сырьевых источников, из которых возможно получение LiOH-H2O только водными растворами хлорида лития, произведенными из литиеносных природных рассолов;1) Limited range of raw materials from which it is possible to obtain LiOH-H2O only with aqueous solutions of lithium chloride produced from lithium-bearing natural brines;
2) Возможность удаления накапливаемых в католите примесей натрия и калия только в виде NaCl и KCl при наличии в технологическом процессе производства LiOH-H2O передела получения продуктивного литиевого концентрата (литиевого концентрата пригодного для получения LiCl-H2O и LiCl) концентрированием и очисткой от примесей низко концентрированных по LiCl сырьевых источников в виде первичных литиевых концентратов, производимых из литиеносных природных рассолов с использованием селективных к LiCl сорбентов;2) The possibility of removing sodium and potassium impurities accumulated in the catholyte only in the form of NaCl and KCl if there is a stage in the LiOH-H 2 O production process for producing productive lithium concentrate (lithium concentrate suitable for producing LiCl-H 2 O and LiCl) by concentration and purification from impurities of low LiCl concentrated raw material sources in the form of primary lithium concentrates produced from lithium-rich natural brines using LiCl-selective sorbents;
3) Ограниченная номенклатура побочных продуктов, производимых при утилизации анодного хлора;3) Limited range of by-products produced during the disposal of anode chlorine;
4) Отсутствие решений по утилизации катодного водорода.4) Lack of solutions for the utilization of cathode hydrogen.
Указанные недостатки могут быть устранены реализацией следующих технических решений, положенных в основу заявляемого способа:These disadvantages can be eliminated by implementing the following technical solutions that form the basis of the proposed method:
получение раствора LiOH мембранным электролизом водного раствора Li2SO4, водного раствора LiCl или смешанного раствора Li2SO4 и LiCl, производимых из материалов, содержащих соль лития в виде Li2SO4 или LiCl или Li2CO3 или различные смеси этих солей;obtaining a LiOH solution by membrane electrolysis of an aqueous solution of Li 2 SO 4 , an aqueous solution of LiCl or a mixed solution of Li 2 SO 4 and LiCl, produced from materials containing a lithium salt in the form of Li 2 SO 4 or LiCl or Li 2 CO 3 or various mixtures of these salts ;
переработкой выводимого с операции упаривания католита потока, обогащенного натрием и калием (отработанный катонит) в твердофазный карбонат лития и твердофазный гидрокарбонат натрия и калия;processing the stream enriched in sodium and potassium (spent catonite) removed from the catholyte evaporation operation into solid-phase lithium carbonate and solid-phase sodium and potassium bicarbonate;
использование в качестве катода нержавеющей стали, покрытой слоем никеля, исключающее как наводораживание (гидрирование) катода, так и риск коррозии;the use of stainless steel coated with a layer of nickel as a cathode, eliminating both hydrogenation of the cathode and the risk of corrosion;
использование отработанного промывного раствора, образующегося после промывки кристаллов LiOH-H2O качестве щелочного реагента на операциях подготовки водных солей лития к мембранному электролизу;use of the spent washing solution formed after washing LiOH-H 2 O crystals as an alkaline reagent in the operations of preparing aqueous lithium salts for membrane electrolysis;
применением новых решений при утилизации катодного и анодного побочных продуктов мембранного электролиза водных растворов солей лития.application of new solutions for the disposal of cathodic and anodic by-products of membrane electrolysis of aqueous solutions of lithium salts.
Реализация предлагаемых технических решений позволяет расширить номенклатуру сырьевых источников, пригодных для производства моногидрата лития гидроксида, повысить надежность протекания операции мембранного электролиза, расширить номенклатуру производимых побочных продуктов, исключить образование жидких и газообразных отходов производства и, как следование, повысить экологические показатели производства.The implementation of the proposed technical solutions makes it possible to expand the range of raw materials suitable for the production of lithium hydroxide monohydrate, increase the reliability of the membrane electrolysis operation, expand the range of produced by-products, eliminate the formation of liquid and gaseous production waste and, as a consequence, improve the environmental performance of production.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Технический результат достигается тем, что в качестве материла, содержащего соль лития используют сульфат лития или хлорид лития, или карбонат лития или различные смеси этих солей, в процессах мембранного электролиза водных растворов солей лития используют катоды, выполненные из нержавеющей стали, покрытой никелем, а в качестве катионообменных мембраны марок Nafion-348, CTIEM-3, МФ-4СК-100 или мембраны аналоги этих марок.The technical result is achieved by the fact that lithium sulfate or lithium chloride, or lithium carbonate or various mixtures of these salts are used as a material containing lithium salt; in the processes of membrane electrolysis of aqueous solutions of lithium salts, cathodes made of stainless steel coated with nickel are used, and in as cation exchange membranes of the brands Nafion-348, CTIEM-3, MF-4SK-100 or membranes analogues of these brands.
Технический результат достигается тем, что поступающий на операцию упаривания католита отработанный промывной раствор частично используют на операции подготовки к электролизу доведенного до заданной концентрации раствора соли лития в качестве щелочного реагента вначале на стадии реагентной очистки этого раствора соли от примесей и затем в качестве регенерирующего раствора для перевода ионита из H-формы в Li-форму на стадии ионообменной очистки.The technical result is achieved by the fact that the spent washing solution entering the catholyte evaporation operation is partially used in the operation of preparing for electrolysis of a lithium salt solution brought to a given concentration as an alkaline reagent, first at the stage of reagent purification of this salt solution from impurities and then as a regenerating solution for transfer ion exchanger from the H-form to the Li-form at the stage of ion exchange purification.
Технический результат достигается тем, что переработку потока отработанного католита и представляющего собой раствор гидроксида лития с примесью гидроксида натрия и гидроксида калия осуществляют путем смешения с потоком водного раствора, содержащего гидрокарбонаты натрия, калия и лития, образующуюся пульпу, представляющую собой смесь твердой фазы карбоната лития и раствора, содержащего Na2CO3, K2CO3 и Li2CO3, концентрируют, удаляя заданное количество воды, твердую фазу карбоната лития отделяют от жидкой фазы, жидкую фазу карбонизируют путем контакта с углекислым газом, переводя карбонатный раствор в гидрокарбонатную суспензию, представляющую собой смесь твердых фаз гидрокарбоната натрия и гидрокарбоната калия в растворе гидрокарбонатов натрия, калия и лития, образовавшуюся суспензию фильтруют, отделяя твердую фазу гидрокарбонатов натрия и калия от раствора, содержащего гидрокарбонаты натрия, калия и лития, который направляют на смешение с потоком выводимого с операции упаривания отработанного католита, содержащего гидроксиды лития, натрия и калия.The technical result is achieved by the fact that the processing of a stream of spent catholyte, which is a solution of lithium hydroxide with an admixture of sodium hydroxide and potassium hydroxide, is carried out by mixing with a stream of an aqueous solution containing sodium, potassium and lithium bicarbonates, the resulting pulp, which is a mixture of the solid phase of lithium carbonate and a solution containing Na2CO3, K2CO3 and Li2CO3 is concentrated by removing a given amount of water, the solid phase of lithium carbonate is separated from the liquid phase, the liquid phase is carbonated by contact with carbon dioxide, converting the carbonate solution into a hydrocarbonate suspension, which is a mixture of solid phases of sodium bicarbonate and bicarbonate potassium in a solution of sodium, potassium and lithium bicarbonates, the resulting suspension is filtered, separating the solid phase of sodium and potassium bicarbonates from a solution containing sodium, potassium and lithium bicarbonates, which is sent for mixing with the flow of spent catholyte removed from the evaporation operation, containing lithium and sodium hydroxides and potassium.
Технический результат достигается тем, что при использовании в качестве материала, содержащего соль лития сульфата лития в качестве анодов на операции мембранного электролиза используют титан сThe technical result is achieved by the fact that when using lithium sulfate as a material containing lithium salt, titanium with
- 2 046337 покрытием из благородного металла: платины, рутения, иридия, тантала, а из потока циркулирующего анолита, объединяемого по Li2SO4 и обогащаемого по H2SO4 постоянно выводят поток анолита заданного объема с заданной скоростью, выводимый поток анолита приводят в контакт, либо с СаО, либо с Са(ОН)2, либо с СаСО3 до полной нейтрализации H2SO4, образующуюся твердую фазу CaSO4-2H2O отделяют от раствора Li2SO4, раствор Li2SO4 приводят в контакт с заданным массовым количеством исходящей соли Li2SO4, растворяя ее и получая раствор Li2SO4 заданной концентрации, в полученный раствор добавляют заданный объем промывного раствора, после чего раствор карбонизируют углекислым газом, поступающим с операции нейтрализации выводимого потока анолита, до перевода содержащихся в растворе кальция и магния в нерастворимые соединения CaCO3 и Mg(OH)2 3MgCO3·3Н2О, образующуюся суспензию, фильтруют, отделяя осадок от раствора Li2SO4, реагентно очищенный раствор Li2SO4, направляют на ионообменную очистку путем пропускания через слой ионита Lewatit-208-TP в Li-форме или ионит аналог в Li-форме, прошедший ионообменную очистку раствор Li2SO4 используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза, отработанный ионит регенерируют в две ступени: на первой ступени путем обработки 2,0 N раствором серной кислоты, на второй ступени путем обработки 2 N раствором LiOH, приготовленным из отработанного промывного раствора, отработанные регенераты смешивают с потоком отработанного анолита перед его реагент-ной очисткой, являющейся побочным продуктом электролиза катодный водород эжектируют потоком природного газа из катодного газоотделителя электролизного агрегата, полученную смесь газов направляют в парогенератор в качестве топлива для производства греющего пара, используемого в качестве теплоносителя на операциях упаривания растворов и, католита, в частности.- 2 046337 coated with a noble metal: platinum, ruthenium, iridium, tantalum, and from the flow of circulating anolyte, combined in Li 2 SO 4 and enriched in H 2 SO 4 , an anolyte flow of a given volume is constantly removed at a given speed, the withdrawn anolyte flow is brought into contact, either with CaO, or with Ca(OH) 2 , or with CaCO 3 until complete neutralization of H 2 SO 4 , the resulting solid phase CaSO 4 -2H 2 O is separated from the Li 2 SO 4 solution, the Li 2 SO 4 solution is brought into contact with a given mass amount of the outgoing salt Li 2 SO 4 , dissolving it and obtaining a solution of Li 2 SO 4 of a given concentration, a given volume of washing solution is added to the resulting solution, after which the solution is carbonated with carbon dioxide coming from the operation of neutralizing the output anolyte flow, before transfer calcium and magnesium contained in the solution into insoluble compounds CaCO 3 and Mg(OH) 2 3MgCO 3 3H 2 O, the resulting suspension is filtered, separating the precipitate from the Li 2 SO 4 solution, the reagent-purified Li 2 SO 4 solution is sent for ion exchange purification by passing through a layer of Lewatit-208-TP ion exchanger in Li-form or an analogue ion exchanger in Li-form, a solution of Li 2 SO 4 that has undergone ion exchange purification is used as a make-up solution into the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation, the spent ion exchanger is regenerated in two stages : at the first stage by treatment with a 2.0 N solution of sulfuric acid, at the second stage by treatment with a 2 N solution of LiOH prepared from the spent washing solution, the spent regenerates are mixed with the spent anolyte stream before its reagent purification, which is a by-product of electrolysis of cathodic hydrogen ejected with a stream of natural gas from the cathode gas separator of the electrolysis unit, the resulting mixture of gases is sent to a steam generator as fuel for the production of heating steam, used as a coolant in the evaporation operations of solutions and catholyte, in particular.
Технический результат достигается тем, что при использовании в качестве материала, содержащего соль лития, соль сульфата лития постоянно выводимый из циркулирующего потока анолита, обедняемого по Li2SO4 и обогащаемого по H2SO4, заданный объем анолита с заданной объемной скоростью приводят в контакт с воздушно-аммиачной смесью для нейтрализации H2SO4 с получением смешанного раствора Li2SO4 и (NH4)2SO4, который упаривают, высаливая (NH4)2SO4, упаренный раствор с остатком (NH4)2SO4 смешивают с заданным объёмом отработанного промывного раствора, приводя в контакт с потоком воздуха, поступающего с операции контакта потока отработанного щелочного анолита с аммиачно-воздушной смесью для удаления остатка аммиака из раствора Li2SO4, содержащий пары аммиака воздушный поток обогащают аммиаком из источника аммиака и направляют на операцию нейтрализации отработанного потока анолита, освобожденный от аммиака раствор Li2SO4 после заданного укрепления по Li2SO4 путем растворения в нём заданного массового количества исходной соли сульфата лития и реагентной и ионообменной очистки от примесей используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза.The technical result is achieved by the fact that when used as a material containing lithium salt, lithium sulfate salt is constantly removed from the circulating flow of anolyte, depleted in Li 2 SO 4 and enriched in H 2 SO 4 , a given volume of anolyte with a given volumetric velocity is brought into contact with an air-ammonia mixture to neutralize H 2 SO 4 to obtain a mixed solution of Li2SO4 and (NH4) 2SO4, which is evaporated, salting out (NH4) 2SO4, the evaporated solution with the residue (NH 4 ) 2 SO 4 is mixed with a given volume of spent washing solution, bringing into contact with the air stream coming from the operation of contacting the spent alkaline anolyte stream with an ammonia-air mixture to remove the remaining ammonia from the Li2SO4 solution, the air stream containing ammonia vapor is enriched with ammonia from the ammonia source and sent to the operation of neutralizing the waste anolyte stream, freed from ammonia a solution of Li 2 SO 4 after a given strengthening of Li 2 SO 4 by dissolving a given mass amount of the initial lithium sulfate salt in it and reagent and ion exchange purification from impurities is used as a make-up solution in the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation.
Технический результат достигается тем, что при использовании в качестве материала, содержащего соль лития, хлорид лития или моногидрат лития хлорида на операции мембранного электролиза применяют аноды из титана, покрытого оксидом рутения, а из потока циркулирующего анолита, обедняемого по содержанию LiCl постоянно выводят заданный объем анолита с заданной объемной скоростью, выводимый поток анолита приводят в контакт с исходной солью, содержащей хлорид лития, доводя концентрацию LiCl в потоке выводимого анолита до заданного значения, обогащенный по LiCl поток выводимого анолита наряду с реагентной очисткой от примесей катионов металлов очищают от сульфат-ионов путем добавления заданного количества хлорида бария, переводя сульфат ионы в нерастворимый осадок BaSO4, жидкую фазу отделяют от осадков и после ионообменной очистки используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза, выводимые из газоотделителей катодный водород и анодный хлор смешивают и подвергают пламенному сжиганию, образующийся хлористый водород абсорбируют деминерализованной водой производя концентрированную 36%-ную соляную кислоту.The technical result is achieved by the fact that when using as a material containing lithium salt, lithium chloride or lithium chloride monohydrate, anodes made of titanium coated with ruthenium oxide are used in the membrane electrolysis operation, and a specified volume of anolyte is constantly removed from the circulating anolyte flow, depleted in LiCl content at a given volumetric velocity, the withdrawn anolyte stream is brought into contact with the original salt containing lithium chloride, bringing the LiCl concentration in the withdrawn anolyte stream to a given value, the LiCl-enriched stream of the withdrawn anolyte, along with reagent purification from impurities of metal cations, is purified from sulfate ions by adding a given amount of barium chloride, converting sulfate ions into an insoluble precipitate of BaSO 4 , the liquid phase is separated from the precipitates and, after ion-exchange purification, is used as a make-up solution in the circulating anolyte stream for membrane electrolysis operations; the cathode hydrogen and anodic chlorine removed from the gas separators are mixed and subjected to flame combustion, the resulting hydrogen chloride is absorbed into demineralized water, producing concentrated 36% hydrochloric acid.
Технический результат достигается тем, что при использовании в качестве материала, содержащего соль лития, хлорид лития или моногидрат лития хлорида выводимый из газоотделителя анодный хлор абсорбируют водным раствором аммиака производя при мольном отношении NH3:Cl2=8:3 раствор NH4Cl, а при мольном отношении NH3:Cl2=2:3 раствор 6N HCl, производимый раствор NH4Cl упаривают, кристаллизируют NH4Cl, кристаллы сушат, выводимый водород в этом случае утилизируют в теплоноситель для производства греющего пара.The technical result is achieved by the fact that when used as a material containing lithium salt, lithium chloride or lithium chloride monohydrate, the anodic chlorine removed from the gas separator is absorbed by an aqueous solution of ammonia, producing at a molar ratio NH 3 :Cl 2 = 8:3 a solution of NH 4 Cl, and at a molar ratio of NH 3 : Cl 2 = 2:3, a 6N HCl solution, the resulting NH 4 Cl solution is evaporated, NH4Cl is crystallized, the crystals are dried, and the removed hydrogen in this case is utilized in a coolant to produce heating steam.
Технический результат достигается тем, что при использовании в качестве материала, содержащего соль лития, хлорид лития или моногидрат лития хлорида, выводимый из газоотделителя анодный хлор весь абсорбируют раствором NaOH, производя обеззараживающий раствор гипохлорита натрия или 0,5 выводимого объёмного потока хлора абсорбируют раствором NaOH, производя раствор предельно насыщенный по гипохлориту натрия, а другие 0,5 выводимого объемного потока анодного хлора абсорбируют суспензией Са(ОН)2 производя раствор предельно насыщенный по гипохлориду кальция, произведенные растворы смешивают, высаливая нейтральный гипохлорит кальция, который отделяют от маточного раствора и сушат, из полученного маточного раствора осаждают кальций, вначале в виде Са(ОН)2 добавкой заданного количества NaOH, а затем в виде CaCO3 добавкой заданного количества Na2CO3,The technical result is achieved by the fact that when used as a material containing lithium salt, lithium chloride or lithium chloride monohydrate, the anodic chlorine removed from the gas separator is completely absorbed by a NaOH solution, producing a disinfecting solution of sodium hypochlorite or 0.5 of the removed volume flow of chlorine is absorbed by a NaOH solution, producing a solution extremely saturated with sodium hypochlorite, and the other 0.5 of the output volume flow of anodic chlorine is absorbed by a suspension of Ca(OH)2, producing a solution extremely saturated with calcium hypochlorite, the resulting solutions are mixed, salting out neutral calcium hypochlorite, which is separated from the mother liquor and dried, Calcium is precipitated from the resulting mother solution, first in the form of Ca(OH)2 by adding a given amount of NaOH, and then in the form of CaCO3 by adding a given amount of Na2CO3,
- 3 046337 осадок содержащий Са(ОН)2 с примесью CaCO3 отделяют от раствора, содержащего активный хлор виде гипохлорит ионов, раствор делят на две равные порции, одну порцию смешивают с заданным количеством NaOH и напрвляют на хлорирование для получения раствора гипохлорита натрия, другую порцию смешивают с заданным количеством Са(ОН)2 и также направляют на операцию хлорирования для получения раствора гипохлорита кальция, катодный водород утилизируют в теплоноситель для производства греющего пара.- 3 046337 the precipitate containing Ca(OH)2 with an admixture of CaCO3 is separated from a solution containing active chlorine in the form of hypochlorite ions, the solution is divided into two equal portions, one portion is mixed with a given amount of NaOH and sent for chlorination to obtain a sodium hypochlorite solution, the other a portion is mixed with a given amount of Ca(OH) 2 and is also sent to a chlorination operation to obtain a solution of calcium hypochlorite, cathode hydrogen is utilized in a coolant to produce heating steam.
Технический результат достигается тем, что при использовании в качестве материала, содержащего соль лития, карбонат лития соль карбоната лития используют для воспроизводства хорошо растворимых солей лития хлорида или сульфата лития, циркулирующих в виде водных растворов в анолитном контуре электролизного агрегата и обедняющихся по LiCl или Li2SO4 в процессе мембранного электролиза, при этом в случае использования в качестве анолита водного раствора хлорида лития на операции мембранного электролиза используют аноды из титана, покрытые оксидом рутения, при этом по первому варианту выводимые катодный водород и анодный хлор после смешения сжигают с получением высокотемпературных паров хлористого водорода, пары хлористого водорода охлаждают и абсорбируют деминерализованной водой в ступенчато-противоточном режиме с получением потока концентрированной (36%) соляной кислоты с первой по ходу паров HCl ступени абсорбции, поток полученной концентрированной соляной кислоты смешивают с потоком очищенного, с использованием BaCl2 в качестве реагента, от сульфат ионов анолита, выводимого для очистки от сульфат-ионов из потока циркулирующего анолита на операции мембранного электролиза, смешанный поток концентрированной соляной кислоты и очищенного от сульфат ионов анолита приводят в контакт с заданными количествами исходного карбоната лития и деминерализованной воды, получая поток раствора LiCl заданной концентрации, который после очистки от примесей кальция и магния используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза, по второму варианту выводимый анодный хлор абсорбируют деминерализованной водой в присутствии аммиака при мольном отношении NH3:Cl2=2:3 с получением раствора 6N соляной кислоты, который смешивают с потоком очищенного, с использованием BaCl2 в качестве реагента, от сульфат ионов анолита выводимого на очистку от сульфат иона из циркулирующего потока анолита на операции мембранного электролиза, смешанный поток раствора соляной кислоты и очищенного от сульфат ионов анолита приводят в контакт с заданным количеством исходного карбоната лития, получая поток раствора соли LiCl, который после очистки от примесей кальция и магния используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза, а катодный водород используют в качестве топлива для производства греющего пара, по третьему варианту анодный хлор абсорбируют водной пульпой карбоната лития с заданным содержанием Li2CO3 и в присутствии заданного количества восстановителя элементного хлора, вещественный состав которого исключает загрязнение абсорбента побочными катионами и анионами, например аммиака, гидразина, гидроксиламина, карбамида, муравьиной кислоты или восстановителей их аналогов, получая в качестве продукта абсорбции раствор хлорида лития с заданной концентрацией LiCl, который используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза причем водную пульпу для абсорбции анодного хлора готовят из деминерализованной воды, карбоната лития, полученного из отработанного католита, карбоната лития в виде исходной соли Li2CO3, восстановителя и потока очищенного с использованием BaCl2 в качестве реагента, анолита от сульфат ионов, который в свою очередь с заданным объемным расходом выводят из потока циркулирующего анолита на операции мембранного электролиза, а катодный водород используют в качестве топлива для производства греющего пара.The technical result is achieved by the fact that when used as a material containing lithium salt, lithium carbonate, lithium carbonate salt is used to reproduce highly soluble salts of lithium chloride or lithium sulfate, circulating in the form of aqueous solutions in the anolyte circuit of the electrolysis unit and depleted in LiCl or Li 2 SO 4 in the process of membrane electrolysis, while in the case of using an aqueous solution of lithium chloride as an anolyte, titanium anodes coated with ruthenium oxide are used in the membrane electrolysis operation, while in the first option, the removed cathode hydrogen and anodic chlorine are burned after mixing to produce high-temperature vapors hydrogen chloride, hydrogen chloride vapor is cooled and absorbed by demineralized water in a stepwise countercurrent mode to obtain a stream of concentrated (36%) hydrochloric acid from the first absorption stage along the HCl vapor, the stream of the resulting concentrated hydrochloric acid is mixed with the purified stream, using BaCl 2 in as a reagent, from the sulfate ions of the anolyte removed for purification from the sulfate ions from the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation, the mixed stream of concentrated hydrochloric acid and the anolyte purified from sulfate ions is brought into contact with specified amounts of the original lithium carbonate and demineralized water, obtaining a stream a LiCl solution of a given concentration, which, after purification from calcium and magnesium impurities, is used as a make-up solution into the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation; according to the second option, the removed anodic chlorine is absorbed by demineralized water in the presence of ammonia at a molar ratio of NH 3 :Cl2=2:3 to obtain a solution of 6N hydrochloric acid, which is mixed with a stream of purified, using BaCl 2 as a reagent, from the sulfate ions of the anolyte removed for purification from the sulfate ion from the circulating stream of anolyte in the membrane electrolysis operation, a mixed stream of a solution of hydrochloric acid and purified from sulfate ions The anolyte is brought into contact with a given amount of the initial lithium carbonate, producing a stream of LiCl salt solution, which, after purification from calcium and magnesium impurities, is used as a make-up solution in the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation, and cathode hydrogen is used as fuel for the production of heating steam , according to the third option, anodic chlorine is absorbed by an aqueous slurry of lithium carbonate with a given content of Li2CO3 and in the presence of a given amount of an elemental chlorine reducing agent, the material composition of which excludes contamination of the absorbent with side cations and anions, for example, ammonia, hydrazine, hydroxylamine, urea, formic acid or reducing agents of their analogues , obtaining as an absorption product a solution of lithium chloride with a given concentration of LiCl, which is used as a make-up solution in the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation, wherein the aqueous slurry for the absorption of anode chlorine is prepared from demineralized water, lithium carbonate obtained from spent catholyte, lithium carbonate in the form of the initial salt Li 2 CO 3 , a reducing agent and a stream purified using BaCl 2 as a reagent, an anolyte from sulfate ions, which in turn is removed from the circulating anolyte stream at a given volume flow rate in membrane electrolysis operations, and cathode hydrogen is used as fuel for the production of heating steam.
В случае использования в качестве анолита водного раствора сульфата лития на операции мембранного электролиза используют аноды из титана с покрытием из благородных металлов: платины, рутения, иридия, тантала, а выводимый из циркуляционного контура анолита объединенный сульфатом лития и обогащенный серной кислотой поток анолита заданного объема с заданной скоростью приводят в контакт с заданным количеством исходного карбоната лития, получая раствор сульфата лития заданной концентрации, который после очистки от примесей используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий контур анолита.In the case of using an aqueous solution of lithium sulfate as an anolyte in the membrane electrolysis operation, titanium anodes coated with noble metals are used: platinum, ruthenium, iridium, tantalum, and the anolyte flow of a given volume removed from the anolyte circulation circuit is combined with lithium sulfate and enriched with sulfuric acid. at a given speed, they are brought into contact with a given amount of initial lithium carbonate, obtaining a solution of lithium sulfate of a given concentration, which, after purification from impurities, is used as a make-up solution in the circulating anolyte circuit.
Технический результат достигается тем, что при использовании в качестве материала, содержащего соль лития, смеси солей лития сульфата лития и карбоната лития в качестве анодов на операции мембранного электролиза используют титан с покрытием из благородных металлов: платины, рутения, иридия, тантала, а выводимый из циркуляционного контура анолита объединенный сульфатом лития и обогащенный серной кислотой поток анолита заданного объема с заданной скоростью приводят в контакт с заданным количеством исходной смеси солей Li2SO4 и Li2CO3 с получением раствора сульфата лития заданной концентрации с остаточным содержанием H2SO4, полученный раствор Li2SO4 освобождают от присутствия остатка серной кислоты и после очистки от примесей используют в качестве подпитки в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза.The technical result is achieved by the fact that when using as a material containing lithium salt, a mixture of lithium salts, lithium sulfate and lithium carbonate, titanium coated with noble metals is used as anodes in the membrane electrolysis operation: platinum, ruthenium, iridium, tantalum, and removed from of the anolyte circulation circuit, a combined lithium sulfate and sulfuric acid-enriched anolyte flow of a given volume at a given speed is brought into contact with a given amount of the initial mixture of Li 2 SO 4 and Li 2 CO 3 salts to obtain a lithium sulfate solution of a given concentration with a residual content of H 2 SO 4 , the resulting Li 2 SO 4 solution is freed from the presence of sulfuric acid residue and, after purification from impurities, is used as a feed into the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation.
Технический результат достигается тем, что при использовании в качестве материала, содержащего соль лития, смесь солей хлорида лития и карбоната лития в качестве анодов на операции мембранного электролиза используют титан с покрытием из оксида рутения, а исходную смесь солей хлорида и карThe technical result is achieved by the fact that when using as a material containing a lithium salt, a mixture of lithium chloride and lithium carbonate salts, titanium coated with ruthenium oxide is used as anodes in the membrane electrolysis operation, and the initial mixture of chloride and carbine salts
- 4 046337 боната лития приводят в контакт с заданным объемом соляной кислоты заданной концентрации и заданным объемным потоком анолита, выводимым из потока циркулирующего анолита, обедненного по LiCl в процессе мембранного электролиза, производя раствор хлорида лития, полученный раствор хлорида лития после очистки от примесей используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза.- 4 046337 lithium bonate is brought into contact with a given volume of hydrochloric acid of a given concentration and a given volumetric flow of anolyte removed from the flow of circulating anolyte depleted in LiCl in the process of membrane electrolysis, producing a solution of lithium chloride, the resulting solution of lithium chloride after purification from impurities is used in as a make-up solution into the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation.
Технический результат достигается тем, что при использовании в качестве материала содержащего соль лития, смеси солей лития сульфата лития и хлорида лития в качестве анодов на операции мембранного электролиза используют титан с покрытием из благородных металлов: платины, рутения, иридия, тантала, а из потока циркулирующего анолита обедняемого по сульфату и хлориду лития и обогащаемому по H2SO4 выводят поток анолита заданного объема и с заданной скоростью, который или приводят в контакт с заданным количеством аммиака в составе аммиачно-воздушной смеси с последующим концентрированием смешанного сульфитного раствора Li2SO4 и (NH4)2SO4 и высаливанием соли (NH4)2SO4 до получения раствора Li2SO4, или приводят в контакт с заданным количеством либо Са(ОН)2, либо CaCO3 до полной нейтрализации H2SO4, и получения раствора Li2SO4, который отделяют от осадка CaSO4-2H2O, полученный тем или иным способом раствор Li2SO4, приводят в контакт с заданным количеством исходной смеси солей Li2SO4 и LiCl, растворяя её и получая смешенный раствор Li2SO4 и LiCl с заданной концентрацией по литию, который после очистки от примесей используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза, выводимый из газоотделителя анодный хлор перерабатывают либо в 36%-ную соляную кислоту, либо в соль Na4Cl, либо в раствор гипохлорита натрия, либо в нейтральный гипохлорит кальция.The technical result is achieved by the fact that when using as a material containing lithium salt, a mixture of lithium salts, lithium sulfate and lithium chloride, titanium coated with noble metals is used as anodes in the membrane electrolysis operation: platinum, ruthenium, iridium, tantalum, and from the circulating flow anolyte depleted in lithium sulfate and chloride and enriched in H 2 SO 4 , an anolyte stream of a given volume and at a given speed is removed, which is either brought into contact with a given amount of ammonia in the ammonia-air mixture, followed by concentration of a mixed sulfite solution of Li 2 SO 4 and (NH 4 ) 2 SO 4 and salting out the salt (NH 4 ) 2 SO 4 to obtain a solution of Li 2 SO 4 , or brought into contact with a given amount of either Ca(OH) 2 or CaCO 3 until the H 2 SO 4 is completely neutralized, and obtaining a Li 2 SO 4 solution, which is separated from the CaSO 4 -2H 2 O precipitate, the Li 2 SO 4 solution obtained in one way or another is brought into contact with a given amount of the initial mixture of Li 2 SO 4 and LiCl salts, dissolving it and obtaining a mixed solution of Li 2 SO 4 and LiCl with a given lithium concentration, which, after purification from impurities, is used as a make-up solution in the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation; the anodic chlorine removed from the gas separator is processed either into 36% hydrochloric acid or Na 4 Cl salt, either into a solution of sodium hypochlorite or neutral calcium hypochlorite.
Технический результат достигается тем, что при использовании в качестве материала, содержащего соль лития, смеси солей из сульфата лития, хлорида лития и карбоната лития в качестве анодов на операции мембранного электролиза используют титан с покрытием из благородных металлов, а из потока циркулирующего анолита обедняемого по Li2SO4 и LiCl и обогащаемому по H2SO4 постоянно выводят заданный объем анолита с заданной объемной скоростью, который вначале приводят в контакт с заданным количеством исходной смеси солей Li2SO4, LiCl и Li2CO3, производя смешанный раствор Li2SO4, LiCl, H2SO4 с заданной концентрацией по литию, полученный смешанный раствор перерабатывают в смешанный раствор Li2SO4 и LiCl, который используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза.The technical result is achieved by the fact that when using as a material containing a lithium salt, a mixture of salts from lithium sulfate, lithium chloride and lithium carbonate, titanium coated with noble metals is used as anodes in the membrane electrolysis operation, and from the circulating anolyte flow depleted in Li 2 SO 4 and LiCl and enriched in H 2 SO 4 constantly remove a given volume of anolyte at a given volumetric velocity, which is first brought into contact with a given amount of the initial mixture of salts Li 2 SO 4 , LiCl and Li 2 CO 3 , producing a mixed solution of Li 2 SO 4 , LiCl, H 2 SO 4 with a given lithium concentration, the resulting mixed solution is processed into a mixed solution of Li 2 SO 4 and LiCl, which is used as a make-up solution in the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation.
Перечень чертежейList of drawings
Фиг. 1. Технологическая схема получения LiOH-H2O из материала, содержащего соль лития в виде соли Li2SO4.Fig. 1. Technological scheme for producing LiOH-H 2 O from a material containing lithium salt in the form of Li 2 SO 4 salt.
Фиг. 2. Технологическая схема получения LiOH-H2O из материала, содержащего соль лития в виде соли LiCl.Fig. 2. Technological scheme for producing LiOH-H 2 O from a material containing lithium salt in the form of LiCl salt.
Фиг. 3. Технологическая схема получения LiOH-H2O из материала, содержащего соль лития в виде соли Li2CO3.Fig. 3. Technological scheme for producing LiOH-H 2 O from a material containing lithium salt in the form of Li2CO3 salt.
Фиг. 4. Технологическая схема получения LiOH-H2O из материала, содержащего соль лития в виде смеси солей Li2SO4 и Li2CO3.Fig. 4. Technological scheme for producing LiOH-H 2 O from a material containing lithium salt in the form of a mixture of Li2SO4 and Li2CO3 salts.
Фиг. 5. Технологическая схема получения LiOH-H2O из материала, содержащего соль лития в виде смеси солей LiCl и Li2CO3.Fig. 5. Technological scheme for producing LiOH-H 2 O from a material containing lithium salt in the form of a mixture of LiCl and Li 2 CO 3 salts.
Фиг. 6. Технологическая схема получения LiOH-H2O из материала, содержащего соль лития в виде смеси солей Li2SO4 и LiCl.Fig. 6. Technological scheme for producing LiOH-H 2 O from a material containing lithium salt in the form of a mixture of Li 2 SO 4 and LiCl salts.
Фиг. 7. Технологическая схема получения LiOH-H2O из материала, содержащего соль лития в виде смеси солей Li2SO4, LiCl и Li2CO3.Fig. 7. Technological scheme for producing LiOH-H 2 O from a material containing lithium salt in the form of a mixture of salts Li2SO4, LiCl and Li2CO3.
Реализация предлагаемого изобретения осуществляется в соответствии с технологическими схемами получения моногидрата лития гидроксида из материалов, содержащих соли лития или их смеси, представленными на фиг. 1-7 и подтверждается приведенными примерами.The implementation of the present invention is carried out in accordance with the technological schemes for producing lithium hydroxide monohydrate from materials containing lithium salts or mixtures thereof, presented in Fig. 1-7 and is confirmed by the examples given.
Принципиальная технологическая схема получения LiOH-H2O из материала, содержащего соль лития в виде соли Li2SO4 представлена на фиг. 1. В основе технологии находится операция мембранного электролиза, с помощью которой осуществляют электрохимическую конверсию раствора Li2SO4 в раствор LiOH. При этом процесс электрохимической конверсии протекает под действием постоянного электрического тока и участии устойчивых в растворах щелочей и кислот катионообменных мембран, разделяющих катодные и анодные пространства электролизных агрегатов через которые постоянно циркулируют соответственно раствор LiOH (католит) и раствор Li2SO4 (анолит). В процессе циркуляции растворов в них протекают электродные процессы при контакте с электродами. При этом на анодах происходит электрохимическое окисление воды с образованием газообразного кислорода и ионов Н+ по реакции:A schematic flow diagram for producing LiOH-H 2 O from a material containing lithium salt in the form of Li 2 SO 4 salt is shown in Fig. 1. The technology is based on the operation of membrane electrolysis, which is used to carry out the electrochemical conversion of a Li 2 SO 4 solution into a LiOH solution. In this case, the process of electrochemical conversion occurs under the influence of a direct electric current and the participation of cation exchange membranes that are stable in solutions of alkalis and acids, separating the cathode and anode spaces of electrolysis units through which a LiOH solution (catholyte) and a Li 2 SO 4 solution (anolyte) are constantly circulating, respectively. During the circulation of solutions, electrode processes occur in them upon contact with the electrodes. In this case, electrochemical oxidation of water occurs at the anodes with the formation of gaseous oxygen and H + ions according to the reaction:
Н2О - 2е 2Н+ + N ОД (1)H 2 O - 2e 2H + + N OD (1)
Соответственно на катодах происходит электрохимическое разложение воды с образованием газообразного водорода и ионов ОН- по реакции:Accordingly, electrochemical decomposition of water occurs at the cathodes with the formation of hydrogen gas and OH ions - according to the reaction:
2Н2О + 2е 2ОН + НД (2)2H 2 O + 2e 2OH + ND (2)
- 5 046337- 5 046337
В общем виде процесс электрохимической конверсии Li2SO4 в LiOH может быть описан следующей реакцией:In general, the process of electrochemical conversion of Li 2 SO 4 to LiOH can be described by the following reaction:
мембранный электролизmembrane electrolysis
L12SO4 + ЗН2О 2 LiOH + Н2 + 1/202 + H2SO4 (3)L12SO4 + ZH 2 O 2 LiOH + H 2 + 1/202 + H2SO4 (3)
Катионообменная мембрана обеспечивает беспрепятственный перенос катионов из анодного пространства в катодное. Перенос же ионов SO4 2- из анодного пространства в катодное и ионов ОН- из катодного пространства исключается благодаря специфическим обстоятельствам катионообменных мембран. Поскольку анолит постоянно обедняется по Li2SO4 и обогащается по H2SO4, а католит постоянно обогащается по LiOH, то в циркулирующий анолит постоянно подпитывают свежим раствором Li2SO4. Оптимальным диапазоном плотности тока является диапазон 2-4 кА/м2 при поддержании концентрации лития в циркулирующем анолите в диапазоне концентраций 20-25 кг/м3. Оптимальна концентрация гидроксида лития в циркулирующем католите находится в диапазоне 50-80кг/м3. В качестве катионообменных мембран могут использоваться мембраны марок Nafion-434, Nafion-438, Nafion-324, CTIEM-3, МФ4СК-100 и другие устойчивые в средах щелочей и кислот мембраны аналоги вышеперечисленных. В качестве катодов целесообразно использовать перфорированные пластины, изготовленные из нержавеющей стали, покрытой никелем, что позволяет исключить как риск гидрирования конструкционного материала катодов катодным водородом, так и риск их коррозии при аварийных остановках и отключении токовой нагрузки. Наиболее долговечными анодами при электролизе сульфатных растворов являются аноды, изготовленные из платинированного титана, кроме того, в качестве анодов могут быть использован титан с иридиево-рутеневым оксидным покрытием. Из циркулирующего католита с производимого мембранным электролизом раствора Li2SO4, постоянно выводят поток католита заданной производительности и направляют на операцию упаривания и кристаллизации LiOH-H2O. Кристаллы LiOH-H2O, как правило, отделяют от маточного раствора упаривания центрифугированием, выделенные кристаллы отмывают от остатка маточного раствора деминерализованной водой, сушат получая продукт LiOH-H2O соответствующий марки ЛГО-1 ГОСТ 8595-83. Маточный раствор, образующийся после упаривания и отделения кристаллов, возвращают на упаривание. Ввиду того, что содержащиеся в качестве примесей в составе поступающие на электролиз соли сульфата лития натрий и калий совместно с литием переходят в состав католита и постепенно накапливаются в составе упариваемого католита до концентраций, уровень которых не позволяет производить продукт, соответствующий требованиям марки ЛГО-1. Поэтому из возвращаемого на операцию упаривания католита щелочного раствора, образующегося после отделения кристаллов LiOH-H2O, постоянно выводят заданный объем и направляют на переработку, обеспечивающую возврат лития в производство. Переработка отработанного католита заключается в отделении лития от примесей щелочных металлов основанном на существенном различии растворимостей соединений Li2CO3, LiHCO3, Na2CO3, NaHCO3, K2CO3, KHCO3. При этом карбонат лития является наименее растворимым соединением, а K2CO3 наиболее растворимым соединением в приведенном ряду. В свою очередь гидрокарбонаты натрия и калия значительно менее растворимые чем их карбонаты, а растворимость гидрокарбонат лития, наоборот, значительно выше растворимости карбоната лития. На начальной стадии переработки готовят смешанный гидрокарбонатный раствор, насыщенный по KHCO3, NaHCO3 и LiHCO3 поток которого смешивают с потоком перерабатываемого отработанного католита. В результате смешения потоков происходят следующие реакции с переводом в осадок плохо растворимого карбоната лития и превращением гидрокарбонатов калия и натрия в карбонаты, растворимость которых существенно выше растворимости соответствующих гидрокарбонатов:The cation exchange membrane ensures the unimpeded transfer of cations from the anode space to the cathode space. The transfer of SO 4 2- ions from the anode space to the cathode and OH - ions from the cathode space is excluded due to the specific circumstances of cation-exchange membranes. Since the anolyte is constantly depleted in Li2SO4 and enriched in H2SO4, and the catholyte is constantly enriched in LiOH, the circulating anolyte is constantly fed with a fresh solution of Li2SO4. The optimal range of current density is the range of 2-4 kA/m 2 while maintaining the lithium concentration in the circulating anolyte in the concentration range of 20-25 kg/m 3 . The optimal concentration of lithium hydroxide in the circulating catholyte is in the range of 50-80 kg/m 3 . Membranes of the brands Nafion-434, Nafion-438, Nafion-324, CTIEM-3, MF4SK-100 and other analogues of the above that are stable in alkali and acid environments can be used as cation exchange membranes. As cathodes, it is advisable to use perforated plates made of stainless steel coated with nickel, which eliminates both the risk of hydrogenation of the structural material of the cathodes with cathode hydrogen, and the risk of their corrosion during emergency stops and disconnection of the current load. The most durable anodes for electrolysis of sulfate solutions are anodes made of platinized titanium; in addition, titanium with an iridium-ruthenium oxide coating can be used as anodes. From the circulating catholyte from the Li2SO 4 solution produced by membrane electrolysis, a stream of catholyte of a given productivity is constantly removed and sent to the operation of evaporation and crystallization of LiOH-H 2 O. LiOH-H 2 O crystals are usually separated from the mother evaporation solution by centrifugation, the separated crystals are washed from the remainder of the mother liquor with demineralized water, dried to obtain the product LiOH-H 2 O corresponding to the LGO-1 grade GOST 8595-83. The mother liquor formed after evaporation and separation of the crystals is returned for evaporation. Due to the fact that the sodium and potassium salts of lithium sulfate supplied to electrolysis, contained as impurities in the composition, together with lithium pass into the composition of the catholyte and gradually accumulate in the composition of the evaporated catholyte to concentrations, the level of which does not allow the production of a product that meets the requirements of the LGO-1 brand. Therefore, from the alkaline solution returned to the catholyte evaporation operation, formed after the separation of LiOH-H 2 O crystals, a given volume is constantly removed and sent for processing, ensuring the return of lithium to production. Processing of spent catholyte involves the separation of lithium from alkali metal impurities based on the significant difference in solubility of the compounds Li 2 CO 3 , LiHCO 3 , Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , K 2 CO 3 , KHCO 3 . In this case, lithium carbonate is the least soluble compound, and K 2 CO 3 the most soluble compound in the given series. In turn, sodium and potassium bicarbonates are much less soluble than their carbonates, and the solubility of lithium bicarbonate, on the contrary, is much higher than the solubility of lithium carbonate. At the initial stage of processing, a mixed hydrocarbonate solution is prepared, saturated in KHCO 3 , NaHCO 3 and LiHCO 3 , the stream of which is mixed with the stream of the processed spent catholyte. As a result of mixing the flows, the following reactions occur with the transfer of poorly soluble lithium carbonate into a precipitate and the conversion of potassium and sodium bicarbonates into carbonates, the solubility of which is significantly higher than the solubility of the corresponding bicarbonates:
2LiOH(P)(Na,K) + 2КНСОз(Р) -Мл2СОз(т) + К2СОз(Р)(4)2LiOH( P) (Na,K) + 2KHCO3 (P) -Ml 2 CO3 (t ) + K 2 CO3 (P) (4)
2LiOH(p)(Na,K) + 2NaHCO3(P) -Мл2СОз(т) + На2СОз(Р)(5)2LiOH (p) (Na,K) + 2NaHCO 3 ( P ) -Ml 2 CO3 (t ) + Per 2 CO3 (P) (5)
2LiOH(p)(Na,K) + 2LiHCO3(P) -Мл2СОз(т) J + и2СОз(Р)(6)2LiOH (p) (Na,K) + 2LiHCO3 (P) -Ml 2 CO3 (t ) J + and 2 CO3 (P ) (6)
Операцию смешивания совмещают с операцией удаления избыточной воды, поступающей с потоком отработанного католита. Удаление воды ведут путем прямого контакта образующейся суспензии с заданным потоком, нагретого до температуры выше 100°С. В результате контакта нагретого воздуха с суспензией происходит испарение воды из суспензии при одновременном охлаждении воздуха до температуры мокрого термометра. В свою очередь удаление воды из суспензии приводит к повышению степени перехода Li2CO3 в твердую фазу. Одновременно жидкая фаза обогащается натрием и калием, вносимыми отработанным католитом. Образующуюся твердую фазу Li2CO3 отделяют от карбонатного раствора центрифугированием и направляют на операцию нейтрализации отработанного анолита, а полученный карбонатный раствор переводят в гидрокарбонатный раствор путем обработки углекислым газом по реакциям:The mixing operation is combined with the operation of removing excess water coming with the waste catholyte flow. Water is removed by direct contact of the resulting suspension with a given flow, heated to a temperature above 100°C. As a result of contact of heated air with the suspension, water evaporates from the suspension while simultaneously cooling the air to the wet-bulb temperature. In turn, removing water from the suspension leads to an increase in the degree of transition of Li 2 CO 3 into the solid phase. At the same time, the liquid phase is enriched with sodium and potassium introduced by the spent catholyte. The resulting solid phase Li 2 CO 3 is separated from the carbonate solution by centrifugation and sent to the operation of neutralizing the spent anolyte, and the resulting carbonate solution is transferred to a hydrocarbonate solution by treatment with carbon dioxide according to the reactions:
К2СОз(Р) + СО2(Г) + Н2О(Ж) —> 2КНСОз(Р, Т)K 2 COz ( R ) + CO 2 ( G ) + H 2 O ( F ) -> 2 KHSOz ( R , T )
Na2CO3(P) + СО2(Г) + Н2О(Ж) —* 2NaHCO3(P, Т)Na 2 CO3 ( P ) + CO 2 ( G ) + H 2 O ( L ) —* 2NaHCO3 ( P , T )
Li2CO(P) + СО2(Г) + Н2О(Ж) —> 2Ь1НСОз(Р) (Ό (8) (9)Li 2 CO ( P ) + CO 2 ( G ) + H 2 O ( L ) -> 2b1HCO3 ( P ) (Ό (8) (9)
- 6 046337- 6 046337
Ввиду перенасыщенности растворов NaHCO3 и KHCO3 вследствие обогащения их натрием и калием, введенных в составе отработанного католита, часть гидрокарбонатов натрия и калия перейдут в твердую фазу, в то время как образующийся из растворенного Li2CO3 гидрокарбонат лития ввиду его более высокой растворимости чем Li2CO3 в твердую фазу не перейдет ни при каких обстоятельствах. Образующуюся твердую фазу гидрокарбонатов натрия и калия отделяют от гидрокарбонатного раствора фильтрацией. Гидрокарбонатный раствор направляют на смешение с очередной партией отработанного католита.Due to the oversaturation of NaHCO 3 and KHCO3 solutions due to their enrichment with sodium and potassium introduced in the composition of the spent catholyte, part of the sodium and potassium bicarbonates will pass into the solid phase, while lithium bicarbonate formed from dissolved Li2CO 3 due to its higher solubility than Li2CO3 into the solid phase will not pass the phase under any circumstances. The resulting solid phase of sodium and potassium bicarbonates is separated from the hydrocarbonate solution by filtration. The hydrocarbonate solution is sent for mixing with the next batch of spent catholyte.
Поскольку в процессе мембранного электролиза происходит обеднение циркуляционного анолита по Li2SO4 и обогащение по H2SO4 заданный поток анолита постоянно выводят из потока циркулирующего анолита, который вначале приводит в контакт с карбонатом лития, полученным при переработке отработанного католита нейтрализуя часть серной кислоты по реакции:Since in the process of membrane electrolysis the circulating anolyte is depleted in Li 2 SO 4 and enriched in H2SO4, a given anolyte flow is constantly removed from the circulating anolyte flow, which first comes into contact with lithium carbonate obtained during the processing of spent catholyte, neutralizing part of the sulfuric acid according to the reaction:
H2SO4(p) + 1л2СОз(Т) —> Li2SO4(P) + СО2(Г) + Н2О(Ж) (10)H 2 SO 4 (p) + 1l 2 SO3 ( T ) -> Li 2 SO 4 ( P ) + CO 2 ( G ) + H 2 O ( L ) (10)
В процессе нейтрализации кислоты карбонатом лития отработанный анолит частично укрепляется по Li2SO4. Далее возможны два варианта подготовки нейтрализованного анолита к электролизу. По первому варианту (вариант А) раствор отработанного анолита после нейтрализации карбонатом лития приводят в контакт с оксидом кальция или гидроксидом кальция, или карбонатом кальция или их смесью, переводя серную кислоту в твердую фазу CaSO4-2H2O по реакциям:In the process of neutralizing the acid with lithium carbonate, the spent anolyte is partially strengthened by Li 2 SO 4 . Next, there are two possible options for preparing the neutralized anolyte for electrolysis. According to the first option (option A), a solution of spent anolyte after neutralization with lithium carbonate is brought into contact with calcium oxide or calcium hydroxide, or calcium carbonate or a mixture thereof, converting sulfuric acid into the solid phase CaSO 4 -2H 2 O according to the reactions:
H2SO4(P) + СаО(Т) + Н2О(Ж) CaSO4 2Н2О(т)(И)H 2 SO 4 (P) + CaO (T ) + H 2 O ( L ) CaSO 4 2H 2 O (t) (I)
H2SO4(P) + Са(ОН)2(г) -+ CaSO4 2Н2О(т)(12)H 2 SO 4 (P) + Ca (OH) 2 (g) -+ CaSO 4 2 H 2 O (t) (12)
H2SO4(P) + СаСОз(т) + Н2О(Ж) CaSO4 2Н2О(т) + СО2(г)(13)H 2 SO 4 (P) + CaCO3 (t) + H 2 O (L ) CaSO 4 2H 2 O (t) + CO 2 (g) (13)
После отделения от осадка полностью освобожденный от серной кислоты отработанный анолит, представляющий собой раствор Li2SO4 приводят в контакт с заданным массовым количеством исходной соли Li2SO4 после растворения которой раствор приобретет заданный уровень содержания в нем Li2SO4. Далее полученный раствор Li2SO4 в случае необходимости реагентно очищают от кальция и магния. Операция реагентной очистки необходима если уровень содержания кальция и магния в исходной соли Li2SO4 достаточно высокий. В качестве реагентов используют заданную часть отработанного промывного раствора (раствор LiOH 120кг/м3 содержащей NaOH и KOH суммарно на уровне 0,1 кг/м3) и углекислый газ. Процесс очистки описывается следующими уравнениями химических реакций:After separation from the sediment, the spent anolyte, completely freed from sulfuric acid, which is a Li2SO4 solution, is brought into contact with a given mass amount of the original Li2SO4 salt, after dissolving which the solution will acquire a given level of Li2SO4 content in it. Next, the resulting Li 2 SO 4 solution, if necessary, is reagently purified from calcium and magnesium. A reagent purification operation is necessary if the level of calcium and magnesium in the original Li 2 SO 4 salt is sufficiently high. The reagents used are a given portion of the spent washing solution (LiOH solution 120 kg/m 3 containing NaOH and KOH in total at the level of 0.1 kg/m 3 ) and carbon dioxide. The cleaning process is described by the following chemical reaction equations:
Саф) + 2LiOH(p) + СО2(г) —» СаСОз(т)], + 2Li(P)+ + Н2О(Ж) (14)Saf) + 2LiOH(p) + CO 2 (g) - "CaCO3(t)], + 2Li( P ) + + H 2 O( L ) (14)
4Mg(P) 2+ + 8LiOH(P) + 3 СО2(Г) -+ Mg(OH)2 3MgCO3 3 Н2О(т) J + 8Li(p) + (15)4Mg( P) 2+ + 8LiOH (P ) + 3 CO 2(G ) -+ Mg(OH) 2 3MgCO 3 3 H 2 O (t) J + 8Li (p) + (15)
Как правило, реагентная очистка позволяет довести остальное суммарное содержание кальция и магния в расчетном растворе до уровня 10-15 г/м3. После отделения осадков раствор Li2SO4 отправляют на ионообменную очистку, используя для этих целей ионит Lewatit 208 ТР в Li-форме или его анолите также в Li-форме. Процесс ионообменной очистки описывается следующими уравнениями реакций:As a rule, reagent purification makes it possible to bring the remaining total content of calcium and magnesium in the design solution to a level of 10-15 g/m 3 . After separating the precipitates, the Li 2 SO 4 solution is sent for ion exchange purification, using for these purposes the Lewatit 208 TR ion exchanger in Li-form or its anolyte, also in Li-form. The ion exchange purification process is described by the following reaction equations:
Стадия сорбции:Sorption stage:
^Li (Mg2+)Ca(P)2+ + Lew —> Lew = Ca2+(Mg2+)(T) + 2Li(P)(16)^Li (Mg 2+ )Ca(P) 2+ + Lew —> Lew = Ca 2+ (Mg 2+ )(T) + 2Li( P )(16)
Li(T)Li( T )
Стадия регенерации:Regeneration stage:
ΗΗ
Lew = Ca(Mg)(T) + H2SO4(P) —► Lew + Ca2+(Mg2+)(P)(17)Lew = Ca(Mg)( T ) + H 2 SO 4 ( P ) —► Lew + Ca 2+ (Mg 2+ )( P )(17)
H(p)H(p)
Стадия перевода из Н-формы в Li- формуStage of conversion from H-form to Li-form
НLiНLi
Lew + LiOH(p) —> Lew + Н2О(Ж)(18)Lew + LiOH(p) —> Lew + H 2 O( L ) (18)
H(r)Li(H(r)Li(
Ионообменная очистка позволяет довести остаточную суммарную концентрацию кальция и мания в растворе Li2SO4 до уровня, не превышающего 0,1 г/м3 и данный раствор, используют в качестве подпитывающего раствора в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза.Ion exchange purification makes it possible to bring the residual total concentration of calcium and manium in the Li 2 SO 4 solution to a level not exceeding 0.1 g/m 3 and this solution is used as a feed solution in the circulating anolyte stream in the membrane electrolysis operation.
По другому варианту (вариант Б) выводимый поток отработанного анолита вначале частично нейтрализуют карбонатом лития, полученным на стадии переработки отработанного католита, затем аммиаком в процессе прямого контакта частично нейтрализованного отработанного анолита с воздушно аммиачной смесью, превращая оставшуюся серную кислоту в сульфат аммония по реакции:According to another option (option B), the exhaust stream of spent anolyte is first partially neutralized with lithium carbonate obtained at the stage of processing the spent catholyte, then with ammonia in the process of direct contact of the partially neutralized spent anolyte with an air-ammonia mixture, converting the remaining sulfuric acid into ammonium sulfate according to the reaction:
- 7 046337- 7 046337
ΝΗ3(γ) + H2SO4(p) —> (NH4)2SO4(p) (19)ΝΗ3(γ) + H 2 SO 4 (p) —> (NH 4 ) 2 SO 4 (p) (19)
Полученный путем полной нейтрализации отработанного анолита смешанный раствор Li2SO4 и (NH4)2SO4 упаривают, высаливая (NH4)2SO4 из смешанного раствора. Сульфат аммония после отмывки от маточного рассола и сушки является реализуемым на рынке товарным удобрением. В свою очередь полученный из отработанного анолита раствор Li2SO4 с остаточным содержанием (NH4)2SO4 подщелачивают, используя для этих целей часть отработанного промывного раствора, образующегося на операции промывки кристаллов LiOH-H2O.The mixed solution of Li 2 SO 4 and (NH4)2SO4 obtained by complete neutralization of the spent anolyte is evaporated, salting out (NH4)2SO4 from the mixed solution. Ammonium sulfate, after washing from the mother brine and drying, is a commercial fertilizer sold on the market. In turn, the Li 2 SO 4 solution with a residual content of (NH4)2SO4 obtained from the spent anolyte is alkalized, using for these purposes part of the spent washing solution formed during the washing operation of LiOH-H2O crystals.
После подщелачивания раствор деаммонизируют путем аэрации потоком атмосферного воздуха. Процесс деаммонизации описывается следующим уравнением химической реакции:After alkalization, the solution is deammoniated by aeration with a stream of atmospheric air. The deammonization process is described by the following chemical reaction equation:
(NH4)2SO4(p) + 2LiOH(P) —> 2ΝΗ3(Γ) + Li2SO4(P) + 2H2O (20)(NH 4 ) 2 SO 4 (p) + 2LiOH( P ) —> 2ΝΗ3( Γ ) + Li 2 SO 4 ( P ) + 2H 2 O (20)
Содержащий пары аммиака воздушный поток обогащают заданным количеством аммиака и направляют на нейтрализацию очередной порции отработанного и частично нейтрализованного анолита.The air flow containing ammonia vapor is enriched with a given amount of ammonia and sent to neutralize the next portion of spent and partially neutralized anolyte.
Раствор Li2SO4, прошедший стадию деаммонизации направляют на доукрепление растворением заданного массового количества исходной соли Li2SO4 и после реагентной и ионообменной очистки используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий поток анолита.The Li 2 SO 4 solution that has passed the deammonization stage is sent for additional strengthening by dissolving a given mass amount of the initial Li 2 SO 4 salt and, after reagent and ion exchange purification, is used as a make-up solution in the circulating anolyte stream.
Побочный продукт мембранного электролиза катодный водород эжектируют из катодного газоотделителя потоком природного газа. Образующуюся газовую смесь направляют в качестве топлива на производство греющего пара. Греющий пар используют на операциях упаривания. Образующийся на операциях упаривания конденсат сокового пара используют в качестве деминерализованной воды на операциях промывки кристаллов получаемых при упаривании растворов.A by-product of membrane electrolysis, cathode hydrogen, is ejected from the cathode gas separator by a stream of natural gas. The resulting gas mixture is sent as fuel to produce heating steam. Heating steam is used in evaporation operations. The juice steam condensate formed during evaporation operations is used as demineralized water during the operations of washing the crystals of the solutions obtained during evaporation.
Принципиальная технологическая схема получения LiOH-H2O из материала содержащего соль лития в виде соли LiCl или LiOH-H2O представлена на фиг. 2. В рассматриваемом случае в основе технологии находится операция мембранного электролиза с помощью которой осуществляют электрохимическую конверсию раствора LiCl в раствор LiOH. При этом катодный процесс, протекающий в условиях мембранного электролиза раствора LiCl аналогичен катодному процессу, протекающему в условиях мембранного электролиза раствора Li2SO4. В свою очередь анодный процесс в условиях мембранного электролиза раствора LiCl имеет существенное отличие поскольку сопровождается электрохимическим окислением хлорид ионов с образованием газообразного хлора по реакции:A basic technological scheme for producing LiOH-H2O from a material containing lithium salt in the form of LiCl or LiOH-H2O salt is shown in Fig. 2. In the case under consideration, the technology is based on the operation of membrane electrolysis, which is used to carry out the electrochemical conversion of a LiCl solution into a LiOH solution. In this case, the cathodic process occurring under the conditions of membrane electrolysis of a LiCl solution is similar to the cathodic process occurring under the conditions of membrane electrolysis of a Li2SO4 solution. In turn, the anodic process under the conditions of membrane electrolysis of a LiCl solution has a significant difference since it is accompanied by the electrochemical oxidation of chloride ions with the formation of chlorine gas according to the reaction:
СГ - е N С12 (21)SG - e N C1 2 (21)
Кислоты в этом случае не образуется и в процессе электролиза происходит только обеднение анолита по LiCl.In this case, no acid is formed and during the electrolysis process only the anolyte is depleted in LiCl.
В общем виде процесс электрохимической конверсии раствора соли LiCl в раствор LiOH может быть описан следующей суммарной реакцией:In general, the process of electrochemical conversion of a LiCl salt solution into a LiOH solution can be described by the following overall reaction:
мембранный электролизmembrane electrolysis
LiCl + 2 Н2О 2LiOH + H2 + Cl2 (22)LiCl + 2 H 2 O 2LiOH + H 2 + Cl 2 (22)
В условиях мембранного электролиза раствора соли LiCl используются те же самые катоды и катионообменные мембраны, что и в условиях электролиза раствора соли Li2SO4. Основные параметры процесса мембранного электролиза растворимых солей практически совпадают. Однако дорогостоящих анодов из платинированного типа или титана с покрытиями из других благородных металлов, обычно применяемых при электролизе литиевого сульфатного раствора, при электролизе литиевого хлористого раствора могут успешно применяться титановые аноды, покрытые оксидом рутения (аноды ОРТА) при условии подкисления хлоридного анолита до pH=2. Подкисление хлоридного анолита также позволяет отключить риск образования хлоратов в циркулирующем анолите. Схема вывода и переработки католита в товарный LiOH-H2O при электрохимической конверсии сульфатного и хлоридного растворов лития полностью совпадают. Выводы и подготовки к электролизу отработанного (обедненного по LiCl) анолита аналогично схеме и подготовки сульфатного анолита за исключением того, что подготовка отработанного хлоридного анолита не требует операции нейтрализации и укрепление отработанного анолита до заданной концентрации по литию осуществляют растворение заданного количества исходной соли LiCl. Поскольку в циркулирующем потоке анолита могут накапливаться сульфат ионы, вводимые в виде примесей в составе используемого исходного хлорида лития реагентная очистка укрепленного по LiCl отработанного анолита предусматривает наряду с очисткой от кальция и магния очистку от сульфат-ионов путем их перевода нерастворимую соль BaSO4 с использованием в качестве осадительного реагента BaCl2. На операции ионообменной очистки укрепленного по LiCl раствора хлорида лития стадию кислотной регенерации проводят раствором 2N соляной кислоты.Under the conditions of membrane electrolysis of a LiCl salt solution, the same cathodes and cation exchange membranes are used as under the conditions of electrolysis of a Li 2 SO 4 salt solution. The main parameters of the process of membrane electrolysis of soluble salts are almost the same. However, while expensive anodes made of platinized type or titanium coated with other noble metals, usually used in the electrolysis of lithium sulfate solution, titanium anodes coated with ruthenium oxide (ORTA anodes) can be successfully used in the electrolysis of lithium chloride solution, provided the anolyte chloride is acidified to pH = 2 . Acidification of the chloride anolyte also eliminates the risk of chlorate formation in the circulating anolyte. The scheme for the extraction and processing of catholyte into commercial LiOH-H 2 O during the electrochemical conversion of lithium sulfate and chloride solutions is completely the same. Conclusions and preparation for electrolysis of spent (LiCl-depleted) anolyte is similar to the scheme and preparation of sulfate anolyte, except that the preparation of spent chloride anolyte does not require a neutralization operation and the strengthening of the spent anolyte to a given lithium concentration involves dissolving a given amount of the original LiCl salt. Since sulfate ions can accumulate in the circulating anolyte flow, introduced as impurities in the composition of the initial lithium chloride used, the reagent purification of LiCl-strengthened spent anolyte involves, along with purification from calcium and magnesium, purification from sulfate ions by converting them into the insoluble salt BaSO 4 using as a precipitating reagent BaCl 2 . In the ion exchange purification operation of a LiCl-strengthened lithium chloride solution, the acid regeneration stage is carried out with a 2N hydrochloric acid solution.
Утилизацию являющихся побочными продуктами мембранного электролиза водорода (катодный газ) и хлора (анодный газ) может быть многовариантна. По варианту А выводимые из газоотделителя водород и хлор смешивают и проводят высокотемпературное сжигание с получением газообразного хлористого водорода по реакции:The utilization of hydrogen (cathode gas) and chlorine (anode gas), which are by-products of membrane electrolysis, can be multivariate. According to option A, hydrogen and chlorine removed from the gas separator are mixed and high-temperature combustion is carried out to produce gaseous hydrogen chloride according to the reaction:
- 8 046337- 8 046337
T=1200°CT=1200°C
Н2(1) + С12(г) 2НС1(1) (23)H 2(1 ) + C1 2 (g) 2HC1 (1 ) (23)
Образующийся поток высокотемпературного хлористого водорода подвергают форсированному охлаждению и направляют на противоточную ступенчатую абсорбцию с использованием в качестве исходного абсорбента деминерализованную воду, в качестве которой может быть применен побочный продукт операций упаривания - конденсат сокового пара. Вариант Б предполагает использовать катодный водород в качестве топлива для производства греющего пара, применяемого на операциях упаривания растворов. Хлор поданному варианту может быть утилизирован либо в соль NH4Cl путем упаривания раствора NH4Cl, полученного водной абсорбцией газовой смеси NH3 и Cl2 при мольном отношении NH3:Cl2=8:3 по реакции:The resulting stream of high-temperature hydrogen chloride is subjected to forced cooling and sent to countercurrent stepwise absorption using demineralized water as the initial absorbent, which can be used as a by-product of evaporation operations - juice steam condensate. Option B involves using cathode hydrogen as fuel for the production of heating steam used in solution evaporation operations. In this embodiment, chlorine can be utilized either into NH4Cl salt by evaporation of an NH4Cl solution obtained by aqueous absorption of a gas mixture of NH3 and Cl 2 at a molar ratio of NH3:Cl2 = 8:3 according to the reaction:
ΝΗ3(γ) + 3 С12(г) 6 NH4C1(P) + Ν2(γ), (24) либо в 6N раствор HCl, полученный водной абсорбцией газовой смеси NH3 и Cl2 при мольном отношении NH3:Cl2=2:3 по реакции:ΝΗ 3( γ) + 3 С1 2(g) 6 NH 4 C1( P ) + Ν 2(γ) , (24) or in a 6N HCl solution obtained by aqueous absorption of a gas mixture of NH3 and Cl 2 at the molar ratio NH3:Cl2 =2:3 by reaction:
либо в раствор гипохлорита натрия (дезинфицирующий и обеззараживающий раствор) путем абсорбции хлора водным раствором NaOH по реакции:or into a sodium hypochlorite solution (disinfecting and disinfecting solution) by absorbing chlorine with an aqueous solution of NaOH according to the reaction:
либо в нейтральный гипохлорит кальция сушкой данной соли Ся(ОС1)2 выделенный в результате обменной реакции между предельно насыщенным по NaOCl раствором гипохлорита натрия, полученным путем абсорбции половины анодного хлора концентрированным раствором NaOH по реакции:or into neutral calcium hypochlorite by drying the given salt Sca(OC1) 2 , isolated as a result of an exchange reaction between a solution of sodium hypochlorite extremely saturated in NaOCl, obtained by absorbing half of the anodic chlorine with a concentrated solution of NaOH according to the reaction:
С12(г) + NaOH(p)—> NaOCI(p) + aNaCI(i)^+(1-a)NaCI(i>) + Н2О(Ж) (27) и предельно насыщенным по Са(0О)2 полученным абсорбцией половины анодного хлора пульпой гидроксида кальция по реакции:C1 2(g) + NaOH(p)—> NaOCI(p) + aNaCI(i)^+(1-a)NaCI(i>) + H 2 O( L ) (27) and extremely saturated with Ca(0O ) 2 obtained by absorbing half of the anodic chlorine into a calcium hydroxide pulp according to the reaction:
Из содержащего активный хлор маточного раствора, полученного в результате проведения обменной реакции и содержащий в своем составе ионы Са2+, Na+, Cl-, OCl- осаждают основное количество кальция, введением в раствор заданного количества NaOH, по реакции:From a mother solution containing active chlorine, obtained as a result of an exchange reaction and containing Ca 2+ , Na + , Cl - , OCl - ions, the main amount of calcium is precipitated by introducing a given amount of NaOH into the solution, according to the reaction:
Остаточное количество кальция из раствора удаляют добавкой заданного количества Na2CO3 по реакции:The residual amount of calcium from the solution is removed by adding a given amount of Na 2 CO 3 according to the reaction:
Полученный осадок Са(ОН)2 с примесью CaCO3 направляют на операцию хлорирования пульпы Са(ОН)2. Раствор, образующийся после осаждения кальция и содержащий активный хлор равными долями, возвращают на операцию хлорирования раствора NaOH и пульпы Са(ОН)2.The resulting precipitate of Ca(OH) 2 with an admixture of CaCO 3 is sent to the operation of chlorination of the Ca(OH) 2 pulp. The solution formed after the precipitation of calcium and containing active chlorine in equal parts is returned to the operation of chlorination of the NaOH solution and the Ca(OH) 2 pulp.
Принципиальная технологическая схема получения LiOH-H2O из материала, содержащего соль лития в виде соли LiCO3, представлена на фиг. 3. Как следует из представленной схемы применение для получения LiOH-H2O соли LiCO3 сводится к использованию данной соли в качестве реагента для воспроизводства на операции мембранного электролиза обедняемого по литию анолита, циркулирующего либо виде раствора Li2SO4 (вариант А), либо в виде раствора LiCl (варианты Б, В). При этом по варианту А укрепление отработанного анолита по литию осуществляют одновременно с полной нейтрализацией серной кислоты путем его смешивания с заданным количеством исходной соли карбоната лития, включая карбонат лития, полученный при переработке отработанного упариваемого католита, катодный водород по этому варианту используют в качестве компонента топочного газа для производства греющего пара. В случае организации производства по варианту Б, катодный водород и анодный хлор используют для получения концентрированной соляной кислоты путем сжигания их смеси и водной абсорбции хлористого водорода (реакция 23). Производимую кислоту смешивают с потоком анолита, очищенного от сульфат ионов, который в свою очередь с заданным объемным расходом выводят из потока циркулирующего анолита, обогащенного сульфат ионами в процессе электролиза. Смешанный раствор концентрированной соляной кислоты и очищенного от сульфат ионов анолита приводят в контакт с заданным количеством исходной соли Li2CO3 и деминерализованную воду, производя раствор LiCl заданной концентрации, который после очистки от кальция и магния используют в качестве подпитывающего раствора LiCl в циркулирующий поток анолита на операции мембранного электролиза. По варианту Б анодный хлор в смеси с аммиаком при мольном отношении NH3:Cl2=2:3 абсорбируют деминерализованной водой, производя 6N раствор соляной кислоты (реакция 25). Произведенный раствор HCl смешивают с потоком анолита, очищенного от сульфат ионов, который в свою очередь с заданным объемным расходом выводят из потока циркулирующего анолита, обогащаемого сульфат ионами в процессе электролиза. Смешанный раствор соляной кислоты и очищенного от сульфат ионов анолита приводят в контакт с заданным количеством исходной соли Li2CO3, производя раствор LiCl заданной концентрации, который после очистки от кальция и магния используют в качестве подпиточного раствора в циркулирующий анолит наA schematic flow diagram for producing LiOH-H 2 O from a material containing lithium salt in the form of LiCO 3 salt is shown in Fig. 3. As follows from the presented scheme, the use of LiCO 3 salt for the production of LiOH-H 2 O comes down to the use of this salt as a reagent for the reproduction of a lithium-depleted anolyte in the membrane electrolysis operation, either circulating or in the form of a solution of Li 2 SO 4 (option A), or in the form of a LiCl solution (options B, C). In this case, according to option A, the strengthening of the spent anolyte for lithium is carried out simultaneously with the complete neutralization of sulfuric acid by mixing it with a given amount of the original lithium carbonate salt, including lithium carbonate obtained by processing the spent evaporated catholyte; cathode hydrogen in this option is used as a component of the flue gas for the production of heating steam. In the case of organizing production according to option B, cathodic hydrogen and anodic chlorine are used to produce concentrated hydrochloric acid by burning their mixture and aqueous absorption of hydrogen chloride (reaction 23). The produced acid is mixed with a stream of anolyte purified from sulfate ions, which in turn is removed at a given volumetric flow rate from the stream of circulating anolyte enriched with sulfate ions during the electrolysis process. A mixed solution of concentrated hydrochloric acid and anolyte purified from sulfate ions is brought into contact with a given amount of the original salt Li2CO3 and demineralized water, producing a LiCl solution of a given concentration, which, after purification from calcium and magnesium, is used as a feed solution of LiCl into the circulating anolyte stream in the membrane operation electrolysis. According to option B, anode chlorine mixed with ammonia at a molar ratio of NH 3 :Cl 2 = 2:3 is absorbed by demineralized water, producing a 6N solution of hydrochloric acid (reaction 25). The produced HCl solution is mixed with a stream of anolyte purified from sulfate ions, which in turn is removed at a given volumetric flow rate from the stream of circulating anolyte enriched with sulfate ions during the electrolysis process. A mixed solution of hydrochloric acid and anolyte purified from sulfate ions is brought into contact with a given amount of the original salt Li 2 CO3, producing a LiCl solution of a given concentration, which, after purification from calcium and magnesium, is used as a make-up solution in the circulating anolyte at
- 9 046337 операции мембранного электролиза, катодный водород по этому варианту используют в качестве топлива для производства греющего пара. По варианту В в присутствии заданного количества восстанавливается вещественный состав которого исключает загрязнение абсорбента, например, аммиак, гидразин, гидромиламин, карбамид, муравьиную кислоту, производя при этом раствор LiCl по реакции:- 9 046337 membrane electrolysis operations, cathode hydrogen in this embodiment is used as fuel for the production of heating steam. According to option B, in the presence of a given amount, the material composition of which eliminates contamination of the absorbent, for example, ammonia, hydrazine, hydromylamine, urea, formic acid, is restored, producing a LiCl solution according to the reaction:
Водную пульпу для абсорбции анодного хлора готовят из деминерализованной воды, карбоната лития, полученного из отработанного упариваемого католита лития в виде исходной соли Li2CO3, соответствующего восстановителя и потока анолита, очищенного от сульфат ионов, который в свою очередь с заданным объемным расходом выводят из потока циркулирующего анолита, обогащенного сульфат ионами в процессе электролиза. Катодный водород по данному варианту используют в качестве топлива для производства греющего пара.The aqueous slurry for the absorption of anodic chlorine is prepared from demineralized water, lithium carbonate obtained from spent evaporated lithium catholyte in the form of the original salt Li2CO 3 , an appropriate reducing agent and an anolyte stream purified from sulfate ions, which in turn is removed from the circulating stream at a given volumetric flow rate anolyte enriched with sulfate ions during electrolysis. In this embodiment, cathode hydrogen is used as fuel for the production of heating steam.
Принципиальная технологическая схема получения LiOH-H2O из материала, содержащего соль лития в виде смеси Li2SO4 и Li2CO3 представлена на фиг. 4. Данная технологическая схема практически повторяет технологическую схему, представленную на фиг. 1. Отличие заключается в том, что укрепление (обогащение по литию) отработанного анолита до заданной концентрации в нем лития производят растворением заданного количества исходной смешанной соли Li2SO4 и Li2CO3 до проведения технологической операции полной нейтрализации серной кислоты. В остальном технологические схемы идентичны.A basic technological scheme for producing LiOH-H2O from a material containing lithium salt in the form of a mixture of Li 2 SO 4 and Li 2 CO 3 is shown in Fig. 4. This technological scheme practically repeats the technological scheme presented in Fig. 1. The difference is that the strengthening (lithium enrichment) of the spent anolyte to a given concentration of lithium in it is carried out by dissolving a given amount of the initial mixed salt Li 2 SO 4 and Li 2 CO 3 before the technological operation of complete neutralization of sulfuric acid. Otherwise, the technological schemes are identical.
Принципиальная технологическая схема получения LiOH-H2O из материалов, содержащего соль лития в виде смеси LiCl и Li2CO3 представлена фиг. 5. Данная технологическая схема практически повторяет технологическую схему представленную на фиг. 2. Отличие заключается в том, что укрепление отработанного (обогащенного по литию) анолита осуществляют смешением с концентрированным раствором LiCl, полученным путем декарбонизации соляной кислотой исходной смешанной соли LiCl и Li2CO3 и карбоната, полученного в результате переработки отработанного упариваемого католита. В остальном технологические схемы идентичны.A schematic flow diagram for the production of LiOH-H 2 O from materials containing lithium salt in the form of a mixture of LiCl and Li 2 CO 3 is shown in Fig. 5. This technological scheme practically repeats the technological scheme presented in Fig. 2. The difference is that the strengthening of the spent (enriched in lithium) anolyte is carried out by mixing with a concentrated solution of LiCl obtained by decarbonization with hydrochloric acid of the original mixed salt of LiCl and Li 2 CO 3 and the carbonate obtained by processing the spent evaporated catholyte. Otherwise, the technological schemes are identical.
Принципиальная технологическая схема получения LiOH-H2O из материалов, содержащих соль лития в виде смеси Li2SO4 и LiCl представлена на фиг. 6. Отличительной особенностью данной технологии является то, что в анодном процессе одновременно участвуют две хорошо растворимые соли лития хлорид лития и сульфат лития на анодах одновременно протекают реакции (1) и (21) с образованием в анодном пространстве одновременно H2SO4, Cl2 и O2. В связи с этим надежность протекания процесса мембранного электролиза смешанной соли обеспечивают аноды, выполненные из платинированного титана. Катодный процесс при этом остается неизменным, протекая ровно так как и при мембранном электролизе растворов хорошо растворимых солей Li2SO4 и LiCl.A basic technological scheme for producing LiOH-H 2 O from materials containing lithium salt in the form of a mixture of Li 2 SO 4 and LiCl is shown in Fig. 6. A distinctive feature of this technology is that two highly soluble lithium salts simultaneously participate in the anodic process: lithium chloride and lithium sulfate; reactions (1) and (21) simultaneously occur on the anodes with the formation of H 2 SO 4 and Cl 2 in the anode space simultaneously and O2 . In this regard, the reliability of the mixed salt membrane electrolysis process is ensured by anodes made of platinized titanium. The cathodic process remains unchanged, proceeding exactly as during membrane electrolysis of solutions of highly soluble salts Li 2 SO 4 and LiCl.
Получение LiOH-H2O на основе электрохимической конверсии смешанных растворов Li2SO4 и LiCl не требует проведения специальной операции очистки анолита от сульфат ионов. В остальном технология, описываемая фиг. 6 является комбинацией технологических операций в составе технологических схем на фиг. 1 и фиг. 2.The production of LiOH-H 2 O based on the electrochemical conversion of mixed solutions of Li 2 SO 4 and LiCl does not require a special operation to purify the anolyte from sulfate ions. Otherwise, the technology described in Fig. 6 is a combination of process steps included in the process flow diagrams of FIG. 1 and fig. 2.
Принципиальная технологическая схема получения LiOH-H2O из материалов, содержащих соль лития в виде смеси Li2SO4, LiCl и Li2CO3 представлена на фиг. 7. Данная технологическая схема отличается от технологической схемы переработки смешанной соли Li2SO4 и LiCl (фиг. 6) только тем, что технологическую операцию укрепления отработанного анолита осуществляют перед технологической операцией нейтрализации серной кислоты. В остальном схемы идентичны.A basic technological scheme for producing LiOH-H 2 O from materials containing lithium salt in the form of a mixture of Li 2 SO 4 , LiCl and Li 2 CO 3 is shown in Fig. 7. This technological scheme differs from the technological scheme for processing the mixed salt Li 2 SO 4 and LiCl (Fig. 6) only in that the technological operation of strengthening the spent anolyte is carried out before the technological operation of neutralizing sulfuric acid. Otherwise the schemes are identical.
Пример 1.Example 1.
На лабораторной установке, включающей блок мембранного электролиза, блок переработки католита в LiOH-H2O, блок подготовки и очистки подпиточного раствора соли лития для подпитки в циркулирующий анолит, блок переработки отработанного упаренного католита, блок утилизации анодного газа проводили сравнительные испытания технологических процессов получения LiOH-H2O из различных солей лития: сульфата лития, хлорида лития, смеси сульфата и хлорида лития. В основе технологических процессов, воспроизводимых на лабораторной установке, была технологическая схема, представленная на фиг. 1, 2. При этом нейтрализацию сульфатного анолита производили в варианте использования для этой цели гашеной извести, укрепление хлоридного анолита производили карбонатом лития, предварительно растворенным в соляной кислоте, а анодный хлор утилизировали в нейтральный гипохлорит кальция. Для проведения испытаний использовали следующие соли лития: технический моногидрат сульфата лития (состав представлен в табл. 1) и хлорид лития ТУ2152-017-07622236-2015 (состав представлен в табл. 2).On a laboratory installation, including a membrane electrolysis unit, a unit for processing catholyte into LiOH-H 2 O, a unit for preparing and purifying the lithium salt feed solution for feeding into the circulating anolyte, a unit for processing spent evaporated catholyte, and an anode gas recovery unit, comparative tests of technological processes for producing LiOH were carried out -H 2 O from various lithium salts: lithium sulfate, lithium chloride, a mixture of lithium sulfate and lithium chloride. The technological processes reproduced in the laboratory installation were based on the technological diagram presented in Fig. 1, 2. In this case, the neutralization of the sulfate anolyte was carried out using slaked lime for this purpose, the strengthening of the chloride anolyte was carried out with lithium carbonate, previously dissolved in hydrochloric acid, and the anodic chlorine was utilized in neutral calcium hypochlorite. The following lithium salts were used for testing: technical lithium sulfate monohydrate (composition is presented in Table 1) and lithium chloride TU2152-017-07622236-2015 (composition is presented in Table 2).
- 10 046337- 10 046337
Таблица 1Table 1
Состав технического Li2SO4-H2OComposition of technical Li2SO4-H2O
Таблица 2table 2
Состав технического LiCl-H2O_______Composition of technical LiCl-H2O_______
Гидроксид кальция, используемый для нейтрализации серной кислоты и утилизации анодного хлора в нейтральный гипохлорит кальция получали путем осаждения (осадитель - NaOH) из раствора CaCl2, производимого растворением гидратированной технической соли CaCl2·6Н2О.Calcium hydroxide, used to neutralize sulfuric acid and utilize anode chlorine into neutral calcium hypochlorite, was obtained by precipitation (precipitant - NaOH) from a CaCl 2 solution produced by dissolving the hydrated technical salt CaCl 2 6H 2 O.
Основные сравнительные параметры и показатели технологий получения LiOH-H2O из различных солей лития по заданному способу представлены в табл. 3. Составы получаемых при этом образцов LiOH-H2O представлены в табл. 4.The main comparative parameters and indicators of technologies for producing LiOH-H 2 O from various lithium salts using a given method are presented in table. 3. The compositions of the resulting LiOH-H2O samples are presented in Table. 4.
Таблица 3 Сравнительные показатели технологических процессов получения LiOH-H2O из различных солей лития _______________________________по заявленному способу_______________________________Table 3 Comparative indicators of technological processes for obtaining LiOH-H 2 O from various lithium salts _______________________________ according to the stated method______________________________
- 11 046337- 11 046337
Таблица 4Table 4
Составы образцов LiOH-H2O получаемых из различных солей лития заявляемым способомCompositions of LiOH-H2O samples obtained from various lithium salts using the claimed method
Как следует из полученных результатов заявляемый способ позволяет производить высококачественный продукт LiOH-H2O, соответствующий марки ЛГО-1 ГОСТ 8595-83 из испытанных солей лития. При этом электрохимические показатели операций конверсии мембранным электролизом, полученных из хорошо растворимых солей лития растворов этих солей в раствор LiOH имеют практически схожие показатели.As follows from the results obtained, the inventive method makes it possible to produce a high-quality product LiOH-H2O, corresponding to the LGO-1 grade GOST 8595-83 from tested lithium salts. At the same time, the electrochemical indicators of conversion operations by membrane electrolysis obtained from highly soluble lithium salts and solutions of these salts into a LiOH solution have almost similar indicators.
Проведенные испытания также показали, что при утилизации анодного хлора по предлагаемому в заявленном способе варианту, описывающему переработку анодного хлора в нейтральный гипохлорит кальция, содержание активного хлора в произведенных образцах продукта составляет 62-63 мас.% при содержании не растворимых в воде примесей, не превышающих показатель 4,3%. Степень утилизации анодного хлора составляет 99,7%.The tests also showed that when recycling anode chlorine according to the option proposed in the claimed method, which describes the processing of anode chlorine into neutral calcium hypochlorite, the content of active chlorine in the produced product samples is 62-63 wt.% with a content of water-insoluble impurities not exceeding the figure is 4.3%. The degree of utilization of anode chlorine is 99.7%.
В свою очередь испытания показали, что нейтрализация серной кислоты в отработанных сернокислотных анолитах должна производиться добавкой стехиометрического количества Са(ОН)2 при условии проведения данной операции в две стадии для полной нейтрализации H2SO4 в анолите без необходимости введения избытка Са(ОН)2.In turn, tests have shown that the neutralization of sulfuric acid in spent sulfuric acid anolytes should be carried out by adding a stoichiometric amount of Ca(OH) 2 , provided that this operation is carried out in two stages to completely neutralize H 2 SO 4 in the anolyte without the need to introduce excess Ca(OH) 2 .
При этом на первой стадии присутствует контакт исходного отработанного анолита с отработанным осадком второй стадии, представляющим собой смесь CaSO4·2Н2О и Са(ОН)2 с гарантированным превращением всего свободного Са(ОН)2 в CaSO4·2Н2О и выводом образующегося осадка CaSO4·2Н2О фильтрацией. Фильтрат, содержащий непрореагировавший остаток H2SO4 приводят в контакт с Са(ОН)2, взятом в стехиометрическом отношении к H2SO4, содержащейся в исходном отработанном анолите, поступающим на первую стадию нейтрализации. В процессе контакта фаз на второй стадии образуется смешанный осадок CaSO4·2Н2О и Са(ОН)2 и обеспечивается полная нейтрализация серной кислоты. Контакт анолита с Са(ОН)2 осуществляют в условиях интенсивного перемешивания.In this case, at the first stage there is contact of the initial spent anolyte with the spent sludge of the second stage, which is a mixture of CaSO 4 2H 2 O and Ca(OH) 2 with a guaranteed conversion of all free Ca(OH) 2 into CaSO 4 2H 2 O and withdrawal the resulting precipitate CaSO 4 ·2H 2 O by filtration. The filtrate containing the unreacted H2SO4 residue is brought into contact with Ca(OH) 2 taken in a stoichiometric ratio to the H2SO4 contained in the original spent anolyte entering the first stage of neutralization. During phase contact at the second stage, a mixed precipitate of CaSO 4 ·2H 2 O and Ca(OH) 2 is formed and complete neutralization of sulfuric acid is ensured. The contact of the anolyte with Ca(OH) 2 is carried out under conditions of intense stirring.
Пример 2.Example 2.
На лабораторном стенде, включающим три мембранных электролизера проводили испытания катионообменных мембран Nafion-438, CTIEM-3 и МФ-4СК-100 на предмет их пригодности для электрохимической конверсии растворов Li2SO4 и LiCl в раствор LiOH. Полный период испытаний составлял 219 рабочих часов. В качестве анодов испытывались: при электролизе растворов LiCl, титан, покрытый оксидом рутения (ОРТА), при электролизе растворов Li2SO4 платинированный титан. Полученные результаты представлены в табл. 5.On a laboratory bench, including three membrane electrolyzers, cation exchange membranes Nafion-438, CTIEM-3 and MF-4SK-100 were tested for their suitability for the electrochemical conversion of Li 2 SO 4 and LiCl solutions into a LiOH solution. The total test period was 219 working hours. The anodes tested were: during the electrolysis of LiCl solutions, titanium coated with ruthenium oxide (ORTA), and during the electrolysis of Li 2 SO 4 solutions, platinized titanium. The results obtained are presented in table. 5.
- 12 046337- 12 046337
Таблица 5Table 5
Результаты испытания различных катионообменных мембран применительно к электрохимической кон___________________версии растворов Li2SO4 и LiCl в раствор LiOH___________________Results of testing various cation exchange membranes in relation to the electrochemical conversion of solutions of Li 2 SO 4 and LiCl into a solution of LiOH___________________
Как следует из полученных результатов, все мембраны, подвергнутые испытаниям пригодны для мембранного электролиза сульфатных и хлоридных литиевых растворов с получением католита в виде раствора LiOH. При этом такие показатели мембранного электролиза как напряжение на электрохимической ячейке и выход по току LiOH для испытываемых мембран практически соизмеримы, испытания также показали, что электролиз растворов LiCl для получения раствора LiOH менее энергозатратен, так как напряжение на ячейках мембранных электролизеров при электролизе сульфатного раствора всегда выше, чем при электролизе хлоридного раствора. Установленный факт объясняется более высокой электропроводностью растворов Li2SO4 в сравнении с растворами LiCl.As follows from the results obtained, all membranes tested are suitable for membrane electrolysis of lithium sulfate and chloride solutions to produce catholyte in the form of a LiOH solution. At the same time, such indicators of membrane electrolysis as the voltage on the electrochemical cell and the current output of LiOH for the tested membranes are practically comparable; tests also showed that the electrolysis of LiCl solutions to obtain a LiOH solution is less energy-consuming, since the voltage on the cells of membrane electrolyzers during the electrolysis of a sulfate solution is always higher than during electrolysis of a chloride solution. This established fact is explained by the higher electrical conductivity of Li 2 SO 4 solutions in comparison with LiCl solutions.
На основании полученных данных можно утверждать, что для конверсии растворов Li2SO4 и LiCl могут применяться и другие катионообменные мембраны - аналоги испытанных, химически устойчивые в данных средах.Based on the data obtained, it can be argued that for the conversion of Li 2 SO 4 and LiCl solutions, other cation exchange membranes can be used - analogues of the tested ones, chemically stable in these environments.
Пример 3.Example 3.
На лабораторной установке, выполненной в соответствии с технологической схемой, представленной на фиг. 3 проводили испытания технологии получения LiOH-H2O из карбоната лития путем его использования для воспроизводства LiCl и Li2SO4, поступающих на подпитку в циркулирующий контур анолитов операций мембранного электролиза растворов LiCl и Li2SO4 из выводимых с операции электролиза обедненных по LiCl и Li2SO4 отработанных электролитов. При этом воспроизводство подпиточного раствора Li2SO4 осуществляли прямым контактом заданного количества Li2CO3 с отработанным анолитом на стадии нейтрализации отработанного сульфатного анолита. Воспроизводство подпиточного раствора LiCl проводили по двум вариантам. По первому варианту анодный хлор абсорбировали в составе смеси с аммиаком (мольное отношение NH3:Cl2=2:3) деминерализованной водой с получением раствора соляной кислоты заданной концентрации, который приводили в контакт с заданным количеством Li2CO3, полученный раствор смешивали с отработанным анолитом предварительно нейтрализованным до pH=7 карбонатом лития, получая укрепленный по LiCl раствор хлорида лития, подпитываемый в циркулирующий анолит наоперации мембранного электролиза. По второму варианту анодный хлор абсорбировали пульпой карбоната лития с заданным содержанием Li2CO3 в присутствии заданного количества восстановителя карбамида, получая раствор LiCl заданной концентрации, который смешивали с отработанным анолитом предварительно прошедший нейтрализацию до pH=7 карбонатом лития, получая укрепленный по LiCl раствор хлорида лития, подпитываемый в циркулирующий анолит. В качестве исходного карбоната использовали технический карбонат лития производства SQM (Чили) состав которого представлен в табл. 6.In a laboratory installation made in accordance with the technological diagram presented in Fig. 3 tested the technology for producing LiOH-H 2 O from lithium carbonate by using it to reproduce LiCl and Li 2 SO 4 supplied to the circulating anolyte circuit of membrane electrolysis operations of LiCl and Li 2 SO 4 solutions from LiCl-depleted solutions removed from the electrolysis operation and Li 2 SO 4 spent electrolytes. In this case, the reproduction of the Li 2 SO 4 make-up solution was carried out by direct contact of a given amount of Li 2 CO 3 with the spent anolyte at the stage of neutralization of the spent sulfate anolyte. Reproduction of the LiCl make-up solution was carried out using two options. According to the first option, anodic chlorine was absorbed as part of a mixture with ammonia (molar ratio NH3:Cl2 = 2:3) by demineralized water to obtain a solution of hydrochloric acid of a given concentration, which was brought into contact with a given amount of Li2CO3, the resulting solution was mixed with spent anolyte, previously neutralized to pH=7 with lithium carbonate, producing a LiCl-strengthened solution of lithium chloride, fed into the circulating anolyte during the membrane electrolysis operation. According to the second option, anodic chlorine was absorbed by a lithium carbonate pulp with a given content of Li 2 CO 3 in the presence of a given amount of urea reducing agent, obtaining a LiCl solution of a given concentration, which was mixed with a spent anolyte, previously neutralized to pH = 7 with lithium carbonate, obtaining a LiCl-fortified chloride solution lithium, fed into the circulating anolyte. Technical lithium carbonate produced by SQM (Chile) was used as the starting carbonate, the composition of which is presented in table. 6.
- 13 046337- 13 046337
Таблица 6Table 6
Состав используемого технического карбоната литияComposition of technical lithium carbonate used
Доводку укрепленных и очищенных солевых растворов лития, производимых из отработанных потоков анолитов, до заданных значений концентрации Li2SO4 и LiCl в подпиточных растворах производили упариванием. Основные показатели проведенных испытаний представлены в табл. 7. Составы производимых при этом образцов LiOH-H2O представлены в таблице 8. Как следует из полученных результатов, однозначно следует, что из технического карбоната лития по предлагаемому способу получают LiOH-H2O в виде продукта высокой степени чистоты, соответствующий ЛГО-1.The strengthened and purified lithium salt solutions produced from waste anolyte streams were brought to the specified concentrations of Li2SO4 and LiCl in the make-up solutions by evaporation. The main indicators of the tests performed are presented in table. 7. The compositions of the LiOH-H2O samples produced in this case are presented in Table 8. As follows from the results obtained, it clearly follows that LiOH-H2O is obtained from technical lithium carbonate using the proposed method in the form of a high-purity product corresponding to LGO-1.
Таблица 7Table 7
Основные показатели получения LiOH-H2O из Li2CO3 через мембранный электролиз хорошо растворимых солей литияMain indicators of obtaining LiOH-H2O from Li2CO 3 through membrane electrolysis of highly soluble lithium salts
Таблица 8Table 8
Составы образцов LiOH-H2O, полученных из Li2CO3 через мембранный электролиз хорошо растворимых солей литияCompositions of LiOH-H2O samples obtained from Li2CO 3 through membrane electrolysis of highly soluble lithium salts
При этом выход конверсионной щелочи (раствора LiOH) в твердый продукт (LiOH-H2O) существенно зависит от содержания натрия и калия в исходном карбонате лития.In this case, the yield of conversion alkali (LiOH solution) into the solid product (LiOH-H2O) significantly depends on the sodium and potassium content in the original lithium carbonate.
Пример 4.Example 4.
На лабораторном стенде представляющим собой узел утилизации сульфат ионов, находящихся в соли H2SO4, проводили испытания варианта утилизации путем превращения содержащейся в отработанном сульфатном анолите серной кислоты в соль (NH4)2SO4 при контакте отработанного анолита с аммиаком и высаливанием соли (NH4)2SO4 из смешанного отработанного раствора Li2SO4 и (NH4)2SO4 при егоOn a laboratory bench, which is a unit for recycling sulfate ions contained in the H2SO4 salt, a utilization option was tested by converting the sulfuric acid contained in the spent sulfate anolyte into salt (NH 4 )2SO 4 upon contact of the spent anolyte with ammonia and salting out the salt (NH 4 ) 2 SO 4 from a mixed waste solution of Li 2 SO 4 and (NH 4 ) 2 SO 4 at its
--
Claims (14)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021108817 | 2021-03-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA046337B1 true EA046337B1 (en) | 2024-03-01 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7083875B2 (en) | Method for Producing Lithium Hydroxide Monohydrate from Boiled Water | |
JP5269186B2 (en) | Method for producing high purity lithium hydroxide and hydrochloric acid | |
US4069117A (en) | Process for removing and recovering acidic gases from gaseous mixtures containing them | |
WO2012129510A1 (en) | Sulfate-based electrolysis processing with flexible feed control, and use to capture carbon dioxide | |
WO2014078908A1 (en) | Process for recovering lithium from a brine with reagent regeneration and low cost process for purifying lithium | |
RU2751710C2 (en) | Method for producing high-purity lithium hydroxide monohydrate from materials containing lithium carbonate or lithium chloride | |
CA3108086A1 (en) | Processing of lithium containing brines | |
RU2769609C2 (en) | Method for obtaining lithium hydroxide monohydrate of high purity from materials containing lithium salts | |
EA046337B1 (en) | METHOD FOR PRODUCING HIGH-PURITY LITHIUM HYDROXIDE MONOHYDRATE | |
Ryabtsev et al. | Production of lithium hydroxide monohydrate from natural brine | |
EA041441B1 (en) | METHOD FOR OBTAINING LITHIUM HYDROXIDE MONOHYDRATE FROM BRINES | |
WO2023038541A1 (en) | Method of obtaining bromide salts |