美国锂公司由碳酸锂转化氢氧化锂的工艺研究

美国锂公司由碳酸锂转化氢氧化锂的工艺研究
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实际上，由碳酸埋生产氢氧化锂的工艺，是根据具有悠久历史的钾、钠的氢氧化物的生产原理进行的。

在这里，碳酸锂和消石灰按下列化学反应式，进行反应。

LiOH CaCO OH Ca CO Li 2)(3232+=+
哈斯特莱克绘出了这个反应的相图，并且表示出用这种方法获得氢氧化锂的最大浓度为3.5%。

这个浓度的溶液也含有0.08%的碳酸锂，相当于初始碳酸锂浓度为5.52%；如采用比较高的初始碳酸锂浓度进行反应，只能使残渣中的固体碳酸锂浓度增高而已。

哈斯特莱克的试验是在一个密封的容器里进行的，以避免溶液吸收二氧化碳。

只要碳酸锂和氢氧化钙能够提供超过反应生成物碳酸钙离解出的碳酸根和钙离子，这个反应在理论上是从左向右进行的。

下面的表1给出了有关物质在水中的溶解度。

表1 温度和溶解度的关系
从表中可以看出，碳酸锂和氢氧化钙随温度的增加溶解度减小，而碳酸钙的溶解度随温度的升高而增加。

同时，因为同离子效应，氢氧化锂在溶液中的积累，抑制了更多的氢氧化钙和碳酸锂在溶液中的溶解。

所以，尽管在理论上无限稀的溶液中反应能进行完全，但实际上反应总是进行不完全的。

为了观察稀释作用对反应平衡的影响，进行了实验室放大试验，其结果列于下表2：
表2 放大实验结果
*为添加10加仑水后
用20加仑水煮至碳酸锂基本转化为氢氧化锂后，再加入10加仑水，结果碳酸锂的转化率增加，反应速度猛增。

反应速度减慢以后，再加入10加仑水后，又出现了类似的结果。

这些情况限制了苛化工艺的浓度，另外，从经济方面要考虑工艺过程的成本，特别是蒸发费用限制了锂损失的进一步降低。

从实用的观点看，已确实的试验结果是，氢氧化锂适合的工作浓度为3.5g/100ml 。

在保证溶液体积蒸发量在合理的范围内，这一浓度完全可以使转化率达到90%以上。

碳酸钙经过滤或沉降后除去，清彻的溶液蒸发至氢氧化锂结晶析出，即单水氢氧化锂。

从表1给出的溶解度可以看出，温度对溶解度的影响很小。

影响范围在100℃(17.5gLiOH/100mL)和40℃(13.0gLiOH/100mL)。

冷却饱和溶液到40℃以下就没有价值了。

结晶于这个温度(40℃)分离较好，母液立即返回到蒸发工序。

因为氢氧化锂容易从空气中吸收CO2，需要尽可能进行快速蒸发，以确保在蒸发过程中没有CO2进入碱液中。

苛化反应需要稍过量的Ca(OH)2就能实现。

工艺流程如图1：
图1 工艺流程图
做了各种不同条件试验，希望能增加氢氧化埋的直收率，但主要障碍是碳酸锂和氢氧化钙之间建立的平衡。

这个平衡须将渣转入别的工序中去循环。

在空气中氢氧化锂容易碳化，溶液中更易碳化，因而污染产品。

因此，应该注意选择一个生产氢氧化锂的好方法。

有些方
法值得一提。

用氢氧化钡和硫酸锂溶液反应直接制取氢氧化锂是最简单、最直接的方法。

反应式如下:
O H BaSO O H LiOH O H OH Ba SO Li 2422242628)(++⋅=⋅+
这个反应能够进行到底。

由于氢氧化锂比氢氧化钡的摩尔重量低得多。

315份氢氧化钡才能制备84份单水氢氧化锂，氢氧化钡的消耗必须考虑到。

该法氢氧化锂的收率高，反应过程相对比较简单。

硫酸锂溶液既能够用稀硫酸和碳酸锂反应制得，更有价值的方法是可以从硫酸法工艺中获得硫酸锂溶液。

硫酸锂不同于其它碱金属硫酸盐，氢氧化钡不形成硫酸锂的复盐。

对碳酸锂和二氧化硅在700℃烧结并用蒸汽水解生产氢氧化锂的方法进行了研究。

这种方法仿照了大规模生产氢氧化钡的工艺。

尽管碳酸锂受热不如钾盐和钠盐稳定，但它也需要于1270℃常压下才能完全分解。

这种方法的原理是:用碳酸锂和二氧化硅混合形成硅酸盐来降低其分解温度至700℃左右。

理论上这种硅酸盐用热水水解后，产生氢氧化锂溶液和残渣二氧化硅，用方程式可以分两步表示:
23223CO SiO Li SiO LiCO +−→−+ 22322CO LiOH O H SiO Li +↔+
这个制造工艺的第一步是完全成功的。

但到目前为止，还没有找到令人满意的加水水解
方法。

试验结果表明，硅酸锂仅是部份的水解，并且有相当一部分SiO 2被生成的氢氧化锂溶解。

下列各种两性氧化物可以代替SiO 2，例如TiO 2、A12O 3、ZnO 和Sb 2O 3，但只有ZnO 所显示的优点超过SiO 2。

一些著名的文献中表明，氢氧化锂可以用来稳定SiO 2溶液。

用氢氧化钙苛化碳酸锂的工艺图已给出。

最终产品单水氢氧化理LiOH ·H 2O 典型值分析如表3。

表3 化学分析结果
肖明顺译自Lectures ，monoGraPHS And RePorts (美)1987 廖新军 校 该文虽于1987年发表，但对当前我国锂工业的发展有参考价值。