СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕКСАФТОРФОСФАТА ЛИТИЯ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C01B25/455 

Изобретения относятся к технологии получения гексафторфосфата лития, используемого в качестве ионогенного компонента электролитов литий-ионных химических источников тока.

Известен способ получения гексафторфосфата лития путем взаимодействия фторида лития и пентафторида фосфора во фториде водорода. Полученный после отгонки избытка пентафторида фосфора и фторида водорода гексафторфосфат лития имеет чистоту 92%. Гексафторфосфат лития чистотой более 99.0% получают только после дополнительной трудоемкой операции очистки с помощью ацетонитрила. Недостатком является также невысокий выход продукта - 73% (Патент США 3654330, МПК C 07 F 9/66, опубл. 1972).

Наиболее близким к заявляемому является способ получения гексафторфосфата лития путем взаимодействия фторида лития и пентафторида фосфора во фториде водорода при температуре минус 50^oС при заданном соотношении реагентов с последующим выделением продукта из реакционной смеси при температуре минус 80 - минус 50^oС, фильтрованием и удалением остатков фторида водорода нагреванием при температуре 50-80^oС в вакууме. (Патент РФ 2075435, МПК С 01 В 25/455, опубл. 20.03.97, прототип способа)
Взаимодействие фторида лития и пентафторида фосфора во фториде водорода осуществляют в охлаждаемом реакторе периодического действия, который имеет патрубки подвода реагентов и вывода продукта реакции [там же, прототип реактора]. Выделение полученного продукта фильтрованием и удаление примеси фторида водорода осуществляют в других аппаратах.

Гексафторфосфат лития получают с содержанием основного вещества 99,5-99,7 мас.% с выходом по фториду лития от 93 до 97%.

Задачей изобретений является разработка способа и реактора для его осуществления, обеспечивающих повышение качества продукта и увеличение его выхода.

Поставленную задачу решают тем, что в способе получения гексафторфосфата лития, включающем взаимодействие пентафторида фосфора с фторидом лития в жидком фториде водорода, выделение целевого продукта из реакционной смеси и удаление примеси фторида водорода при нагревании гексафторфосфата лития, удаление примеси фторида водорода осуществляют в атмосфере пентафторида фосфора, подаваемого противотоком гексафторфосфату лития.

Фторид лития предварительно обрабатывают пентафторидом фосфора, после чего направляют на взаимодействие с последним в жидком фториде водорода.

Поставленную задачу решают также тем, что реактор для получения гексафторфосфата лития, содержащий охлаждаемую зону и патрубки подвода пентафторида фосфора, фторида водорода и выгрузки гексафторфосфата лития, имеет нагреваемую зону, сообщенную с охлаждаемой зоной, снабжен питателем фторида лития, осевым шнеком, патрубком подвода пентафторида фосфора в нагреваемую зону противотоком твердой фазе, обратным холодильником фторида водорода, установленным на патрубке вывода из реактора газовой фазы, размещенном между охлаждаемой и нагреваемой зонами.

Питатель фторида лития оснащен шнеком и снабжен патрубком подвода пентафторида фосфора.

На чертеже представлен реактор для получения гексафторфосфата лития.

Реактор представляет собой цилиндрический аппарат, установленный под углом к горизонту, в котором размещены охлаждаемая 1 и нагреваемая 2 зоны. Реактор снабжен питателем 3 фторида лития.

Реактор имеет следующие патрубки подвода реагентов и вывода продуктов реакции:
- патрубок 4 загрузки в охлаждаемую зону жидкого фторида водорода;
- патрубок 6 подвода в питатель 3 пентафторида фосфора;
- патрубок 7 подвода в нагреваемую зону пентафторида фосфора противотоком твердой фазе;
- патрубок 8 выгрузки из реактора целевого продукта;
- патрубок 9 вывода из реактора газовой фазы.

Реактор снабжен осевым шнеком 10 для перемешивания реакционной смеси в охлаждаемой зоне и транспортировки твердой фазы из охлаждаемой зоны в нагреваемую и далее к патрубку 8 выгрузки из реактора целевого продукта. Реактор снабжен обратным холодильником фторида водорода 5, установленным на патрубке 9 вывода из реактора газовой фазы.

Реактор снабжен контуром циркуляции 11 пентафторида фосфора.

Гексафторфосфат лития получают следующим образом.

В охлаждаемую зону 1 реактора через патрубок 4 загружают заданное количество жидкого фторида водорода, туда же из питателя 3 подают фторид лития. Пентафторид фосфора подают в реактор из узла питания пентафторидом фосфора (не показан) через патрубок 7. Пентафторид фосфора движется противотоком твердой фазе по нагреваемой зоне и поступает далее в охлаждаемую зону. Температуру охлаждаемой зоны поддерживают в пределах от минус 50^oС до плюс 10^oС.

Фторид лития перед его взаимодействием с пентафторидом фосфора в жидком фториде водорода может быть дополнительно обработан (без использования растворителя) в питателе 3 пентафторидом фосфора, подаваемым в питатель через патрубок 6. При этом с пентафторидом фосфора реагирует около 10% фторида лития, образуя гексафторфосфат лития, что позволяет уменьшить тепловыделение в реакторе.

В результате взаимодействия в жидком фториде водорода фторида лития и пентафторида фосфора в охлаждаемой зоне получают гексафторфосфат лития.

Гексафторфосфат лития шнеком 10 извлекают из раствора и транспортируют из охлаждаемой 1 в нагреваемую 2 зону и далее к патрубку 8.

Температуру нагреваемой зоны поддерживают в пределах от 50 до 100^oС. В нагреваемую зону через патрубок 7 непрерывно подают пентафторид фосфора противотоком твердой фазе. Нагреванием гексафторфосфата лития в противотоке пентафторида фосфора из гексафторфосфата лития удаляют остатки фторида водорода. Кроме того, нагревание гексафторфосфата лития в противотоке пентафторида фосфора снижает содержание примеси фторида лития в целевом продукте по сравнению с прототипом.

Газовую фазу из реактора выводят через обратный холодильник 5, установленный на патрубке 9, при этом в обратном холодильнике пентафторид фосфора освобождают от примеси фторида водорода, после чего возвращают в реактор посредством контура циркуляции.

Целевой продукт выгружают из реактора через патрубок 8. В результате получают целевой продукт - гексафторфосфат лития с содержанием основного вещества >99,9 мас.%, пригодный для использования в литий-ионных химических источниках тока, выход его по фториду лития составляет ≈100%.

Изобретение относится к технологии получения гексафторфоcфата лития, используемого в качестве ионогенного компонента электролитов литий-ионных химических источников тока. Сущность изобретения заключается в способе получения гексафторфосфата лития, который включает взаимодействие пентафторида фосфора с фторидом лития в жидком фториде водорода, выделение целевого продукта из реакционной смеси и удаление примеси фторида водорода при нагревании гексафторфосфата лития в атмосфере пентафторида фосфора, подаваемого противотоком гексафторфосфату лития, а также в реакторе для получения гексафторфосфата лития, который содержит патрубки подвода фторида водорода и выгрузки гексафторфосфата лития, реактор имеет охлаждаемую зону и нагреваемую зону, сообщенную с охлаждаемой зоной, снабжен питателем фторида лития, осевым шнеком, патрубком подвода пентафторида фосфора в нагреваемую зону противотоком твердой фазе, обратным холодильником фторида водорода, установленным на патрубке вывода из реактора газовой фазы, размещенном между охлаждаемой и нагреваемой зонами. В результате получают целевой продукт - гексафторфосфат лития с содержанием основного вещества >99,9 мас.%, пригодный для использования в литий-ионных химических источниках тока, выход его по фториду лития составляет ≈100%. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения гексафторфосфата лития, включающий взаимодействие пентафторида фосфора с фторидом лития в жидком фториде водорода, выделение целевого продукта из реакционной смеси и удаление примеси фторида водорода при нагревании гексафторфосфата лития, отличающийся тем, что удаление примеси фторида водорода осуществляют в атмосфере пентафторида фосфора, подаваемого противотоком гексафторфосфату лития. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фторид лития предварительно обрабатывают пентафторидом фосфора, после чего направляют на взаимодействие с последним в жидком фториде водорода. 3. Реактор для получения гексафторфосфата лития, содержащий охлаждаемую зону и патрубки подвода пентафторида фосфора, фторида водорода и выгрузки гексафторфосфата лития, отличающийся тем, что реактор имеет нагреваемую зону, сообщенную с охлаждаемой зоной, снабжен питателем фторида лития, осевым шнеком, патрубком подвода пентафторида фосфора в нагреваемую зону противотоком твердой фазе, обратным холодильником фторида водорода, установленным на патрубке вывода из реактора газовой фазы, размещенном между охлаждаемой и нагреваемой зонами. 4. Реактор по п. 3, отличающийся тем, что питатель фторида лития оснащен шнеком и патрубком подачи пентафторида фосфора.