СПОСОБ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ СОЕДИНЕНИЙ ЛИТИЯ ОТ КАТИОНОВ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/58 

Изобретение относится к производству солей металлов и может быть использовано в аналитических целях.

Известен способ получения солей лития путем перекристаллизации карбоната лития при повышенной температуре раствора за счет заметной разницы в растворимости карбонатов лития и карбонатов щелочных металлов, увеличивающейся с увеличением температуры раствора.

Этот способ требует большого числа стадий в периодическом процессе. В промышленной практике обычно используют гидроокись или хлорид лития, поэтому требуются дополнительные операции по переводу карбоната лития в гидроокись или хлорид. В результате этих операций получают соли, содержащие значительные количества примесей щелочных (натрий, калий) и щелочноземельных металлов (кальций, барий) [1] Содержание этих примесей составляет 01 0,5%
Наиболее близким к предлагаемому является способ, описанный в работе [2] По этому способу исходным сырьем для получения чистого хлорида лития является природный рассол. Этот рассол концентрируют упариванием до концентрации солей 1,5 кг/л и проводят экстракцию лития изоамиловым спиртом. После реэкстракции водой получают раствор, содержащий 2,5 моль/л LiCl, 0,3 моль/л CaCl₂, 0,15 моль/л MgCl₂. Магний и кальций отделяют от раствора путем осаждения карбонатов при стехиометрической реакции с содой.

Для отделения от натрия проводят операции осаждения карбоната лития и последующего растворения карбоната при насыщении раствора углекислым газом. Водный раствор карбоната лития очищают от оставшихся примесей кальция и магния при их сорбции на синтетических хелатирующих смолах (МС-50, ТР-297, Y-80). Элюацию кальция и магния проводят раствором соляной кислоты. Для полной регенерации смолы требуется 100 колоночных объемов 1 моль/л соляной кислоты.

Очевидно, что предложенный способ также требует большого числа стадий различных операций (экстракция, осаждение, насыщение раствора углекислым газом, сорбция). Регенерация смолы требует большого объема раствора соляной кислоты.

Целью данного изобретения является упрощение способа получения чистой соли лития без ухудшения показателей качества продукта.

Поставленная задача решается тем, что раствор соли лития, контактируют в противотоке с раствором хлорированного дикарболлида кобальта и полиэфира в органическом растворителе, содержащем нитросоединение.

Хлорированный дикарболлид кобальта имеет формулу:
[(C₂B₉H₈Cl₃)₂Co]H,
В качестве полиэфира может быть использован полиэтиленгликоль, краун-эфир, криптанд или смесь замещенных эфиров полиэтиленгликоля.

В качестве растворителей этих соединений используют нитроорганические соединения, например нитробензол, нитротолуол, нитроэтилбензол.

Нитросоединения в случае необходимости разбавляют неполярным растворителем, например хлорбензолом, тетрахлорэтаном, перхлорэтиленом, диизопропилбензолом, декалином, тетралином.

Концентрация металлодикарборллильного соединения в органическом растворителе может находится в диапазоне 0,01 0,6 моль/л. При концентрации менее 0,01 моль/л необходимо использовать сильно разбавленные растворы солей лития, что нетехнологично, а концентрация 0,6 моль/л определяет максимальную растворимость соединения в органическом растворителе. Оптимальная концентрация полиэфира также находится в пределах 10^-2 0,6 моль/л.

Оптимальным режимом pH раствора для извлечения примесей является диапазон 0 11.

Концентрация лития в водном растворе не должна превышать 5 моль/л, так как при большей концентрации резко падают степени извлечения примесей.

При контакте раствора соли лития с экстрагентом в органический раствор переходят примеси натрия, калия, кальция, магния.

Регенерацию экстрагента осуществляют раствором минеральной кислоты. Скорость процессов экстракции и реэкстракции очень высока, что позволяет проводить процесс при максимальной производительности оборудования.

Пример 1. 1 л водного раствора гидроокиси лития (50 г/л), содержащий по 1 г кальция, натрия, калия и магния контактировали в противотоке на 7 ступенях с 1 л раствора хлорированного дикарболлида кобальта (ХДК) H[(C₂B₉H₈Cl₃)₂Co] концентрацией 0,2 моль/л и полиэтиленгликоля ПЭГ-300 концентрацией 0,05 моль/л в нитробензоле. В экстракт перешло более 99% всех примесных катионов и менее 5% лития.

Пример 2. 1 л водного раствора хлорида лития (70 г/л), содержащий по 10 г/л хлоридов натрия, калия и кальция с pH 2 контактировали в противотоке на 5 ступенях с 2 литрами раствора ХДК 0,3 моль/л и смеси замещенных эфиров полиэтиленгликоля (ОП-10) 0,1 моль/л в нитротолуоле. В водном растворе осталось менее 1% примесных катионов, от исходного количества.

Пример 3. Органический раствор (экстрагент) контактировали 1 мин с водным раствором, содержащем литий, натрий и магний. После расслаивания фаз отбирали их аликвоты и определяли степень извлечения катиона металла в органическую фазу по формуле:
E=V_оC_о•100/V_oC_o+V_вC_в,
C_o и C_в концентрация катионов в органической и водной фазе.

Результаты показаны в таблице.

Способ по сравнению с известным резко сокращает количество необходимых операций. Он позволяет очищать от примесей щелочных и щелочноземельных металлов любые растворы солей лития. Тип аниона соли лития оказывает незначительное влияние на показатели процесса очистки.

Наиболее удобно очищать от примесей гидроокись лития, в связи с более высокими степенями извлечения примесей.

подготовка раствора к экстракции заключается только в разбавлении (если используется сильно концентрированный раствор соли лития) и очистке от катионов тяжелых металлов (в случае их присутствия в растворе). Тяжелые металлы извлекаются в экстракт при очистке разбавленных растворов солей лития и остаются в растворе при очистке концентрированных растворов. Однако в этом случае они легко отделяются известными методами (осаждение гидроокисей, сульфидов, катионный обмен и др.).

Извлечение примесей щелочных и щелочноземельных металлов осуществляется непрерывно и с высокой скоростью, процесс легко автоматизируется.

Использование: очистка растворов соединений лития от катионов щелочных и щелочноземельных металлов в производстве солей металлов. Сущность изобретения: соли лития контактируют в противотоке с раствором хлорированного дикарболлида кобальта и полиэфира в нитроорганическом растворителе. Оптимальная концентрация полиэфира составляет 0,01 - 0,6 моль/л, а концентрация лития в водном растворе не превышает 5 моль/л. В качестве растворителей полиэфира используют, например, нитробензол, нитротолуол, нитроэтилбензол. В качестве полиэфира используют полиэтиленгликоль, краун-эфир, криптанд или смесь замешенных эфиров полиэтиленгликоля. При контакте раствора соли лития с экстрагентом в органический раствор переходят примеси натрия, калия, кальция, магния. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ очистки растворов соединений лития от катионов щелочных и щелочноземельных металлов контактированием с экстрагентом, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют раствор хлорированного дикарболлида кобальта формулы [/C₂B₉H₈Cl₃/₂ Co]H и полиэфира или смеси полиэфиров в нитроорганическом растворителе с концентрациями 0,01 0,6 моль/л с последующим выделением катионов щелочных и щелочноземельных металлов из экстракта. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрация лития в водном растворе не превышает 5 моль/л.