СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРИДА ЛИТИЯ Российский патент 1998 года по МПК C01D3/02 

Изобретение относится к области получения соединений лития, который может быть использован как компонент ядерного горючего в реакторах на расплавленных солях.

В настоящее время фторид лития как у нас так и за рубежом производится гидрометаллургическим методом, который заключается в обработке карбоната лития плавиковой кислотой с последующим обезвоживанием и прокалкой полученного продукта. (Плющев В.Е. Химия и технология соединений лития, рубидия, цезия. М.: Химия, 1970).

Li₂CO₃+2HF_akv-2LiF+H₂O+CO₂
Для этого способа, как и для всех водных методов, характерны применения очень дорогостоящих конструкционных материалов, значительных избытков реагентов, длительность процессов, трудность автоматизации и громоздкость аппаратурного оформления, большие производственные площади, значительные материальные потоки и расход промышленной воды, продукт сильно загрязнен различными примесями и непригоден в качестве компонента теплоносителей в ядерных реакторах.

В лабораторном масштабе фторид лития получают осаждением из растворов солей лития с помощью фторидов калия, натрия, аммония. (Остроушко Ю.И. Литий, его химия и технология. М.: Атомиздат. 1960).

Li⁺ + MeF _→ LiF + Me⁺
Метод получения фторида лития непосредственно из материала сподумена сплавлением его с кремнефторидом натрия. (Руденко Н.Г., Скобеев И.К., Шарапова А. В. Научные труды, 1961), также не используются в промышленном масштабе из-за трудности при переработке сплава с целью отделения фторида лития от других компонентов, т.к. требуется перевод фторида лития в водорастворимую форму, что не позволяет использовать преимущества этого способа. Безводные методы позволяют существенно улучшить качество получаемого продукта, значительно сократить технологический цикл, в несколько раз уменьшить занимаемые производственные помещения и количество аппаратуры, снизить потери продукта, автоматизировать процесс. Известен метод получения фторида лития обработкой карбоната лития фторуглеродами при температуре 600-800^oC (Olstowski F. Патент США N 2958576, 1960) - прототип.

Предложенный способ получения фторида лития заключается в том, что кислородосодержащие соединения лития обрабатывают газообразным фтористым водородом в количестве 110-115% от стехиометрии в течение 3-4 ч при 300-350^oC. В качестве кислородосодержащих соединений лития используется оксид, гидрооксид и карбонат лития.

Использование газообразного фтористого водорода вместо фторуглеродов существенно снижает температуру ведения процесса, что в свою очередь влияет на возможность использования менее дорогостоящих конструкционных материалов для изготовления аппаратуры, снижает себестоимость конечного продукта и всего продукта в целом, а также сокращает продолжительность ведения процесса, причем расход фторагента также невысок и составляет от стехиометрического 110-115%.

Пример
В качестве исходных соединений для получения фторида лития использовались кислородосодержащие соединения лития. Процесс фторирования описывается следующими уравнениями:
Li₂O+2HF-2LiF+H₂O
Li₂CO₃+2HF-2LiF+H₂O+CO₂
LiOH+HF-LiF+H₂O
Процесс получения фторида лития осуществлялся в 2-трубчатом горизонтальном аппарате, имеющем два шнека для принудительного перемешивания и транспортировки твердого продукта. Время пребывания продукта в реакционной зоне аппарата можно менять в зависимости от скорости вращения шнеков от 1,2-3,8 об/мин. Производительность такого аппарата по загрузке составила 1 кг/ч. Подача газообразного фтороводорода осуществлялась противотоком и движению продукта и фтористый водород подавался в тот момент времени6 когда не происходило вращения шнеков, а следовательно, и перемещения продукта в реакторе. По истечении 15-20 мин подача газообразного фторводорода прекращалась и 5-10 мин осуществлялось перемешивание и перемещение продукта при помощи вращения шнеков.

Необходимость выбора такого характера фторирования объясняется тем, что при одновременной подаче фторводорода и движении продукта в реакторе происходит пылеунос. В предложенном способе он почти отсутствует, т.е. не превышает 0,1%.

Согласно химическому и рентгенофазовому анализу продукты реакции представляют собой практически 100% фторид лития. Анализы на спектральные примеси и др. измерения образцов фторида лития, полученные газовым методом не обнаружили отклонений от ТУ на эти соединения. Полученный фторид лития имел следующие примеси:
Mo - 1,5•10^-3; Zr - 3,4•10^-3; Cu - 2•10^-4; Cr - 6,5•10^-4; Fe - 3•10^-3; Ni - 2,5•10^-3; Na - 8•10^-3; P - нет; A - нет
и имел 100% степень фторирования. Потери продукта составили 0,1%.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что при взаимодействии безводного фтористого водорода с кислородсодержищими соединениями лития легко образуется фторид лития (см. табл.), причем применение газообразного фтористого водорода в отличие от фторуглеродов в качестве фторагента для соединений лития позволило значительно снизить температуру ведения процесса, а также длительность процесса, что в свою очередь дало возможность применить более дешевые конструкционные материалы для ведения процесса, снизить загрязненность фторида лития продуктами коррозии, повысить степень превращения конечного продукта, что влияет на количественный выход продукта, а также снизить себестоимость процесса, в целом чистота полученного фторида лития позволяет использовать его в топливных композициях для ядерного топлива.

Использование: изобретение относится к способу получения фторида лития, являющегося компонентом ядерного горючего в реакторах на расплавленных солях. Сущность изобретения: получение фторида лития путем фторироваия газообразным фтористым водородом в количестве 110-115% от стехиометрии в течение 3-4 ч при температуре 300-350^oC. В качестве соединений лития, которые подвергают фторированию, используют оксид, гидроксид и карбонат лития. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения фторида лития путем обработки кислородсодержащих соединений лития фторирующим агентом, отличающийся тем, что в качестве фторирующего агента используют газообразный фтористый водород в количестве 110 115% от стехиометрии, а обработку осуществляют в течение 3 4 ч при 300 - 350^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащих соединений лития используют оксид, гидроксид и карбонат лития.