Способ регенерации хлорида лития в химическом производстве Российский патент 2017 года по МПК C01D15/04 B01D1/00 B01D3/00 B01D9/02 

Область техники

Изобретение относится к регенерации технологических растворов химического производства и может быть использовано при регенерации хлорида лития.

Уровень техники

Известен способ очистки хлорида лития (патент RU 2232714, МПК C01D 15/04 от 20.07.2004, бюл. №20), включающий получение хлорида лития методом растворения его в деионизованной воде и непрерывную сорбционную очистку, которую проводят со скоростью 1,5-6,0 мл/см²⋅мин при температуре 10÷40°С, где в качестве сорбента используют винилпиридиновый амфолит или аминофосфоновые смолы хелатного типа. Недостатком данного изобретения является то, что аминофосфоновая смола хелатного типа загрязняет очищаемый технологический раствор хлорида лития фосфат-ионами, имеет невысокую обменную емкость, а винилпиридиновый амфолит не выпускается в промышленных объемах.

Известен способ очистки хлорида лития от примесей щелочных и щелочно-земельных металлов по патенту RU 2092449, МПК C02F 1/58, 20.12.1995 г. 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 замещенных эфиров полиэтиленгликоля. При контакте раствора соли лития с экстрагентом в органический раствор переходят примеси натрия, калия, кальция, магния. Основным недостатком изобретения является использование органических соединений, растворителей, которые необходимо утилизировать, что связано с необходимостью решать экологические проблемы, влечет дополнительные затраты и снижает уровень безопасности производства.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является способ очистки раствора хлорида лития от кальция и магния методом упаривания, перекристаллизации и экстракции органическими растворителями (Литий, его химия и технология. Остроушко Ю.И. и др. М., Атомиздат, 1960 г., стр. 164-165). Основным недостатком способа является длительный цикл очистки, трудоемкость и недостаточная степень очистки получаемого хлорида лития.

Ни один из известных способов не позволяет применить хлорид лития в химическом производстве, если он является одним из компонентов многокомпонентной смеси, последовательно разделяемой на составные вещества в процессе регенерации технологических растворов.

Раскрытие изобретения

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является разработка способа регенерации хлорида лития из многокомпонентной смеси.

Техническим результатом заявленного изобретения является получение целевого продукта с чистотой, достаточно высокой для его выведения из производственного цикла. Указанный технический результат достигается тем, что в способе регенерации хлорида лития в химическом производстве, включающем нейтрализацию исходных растворов, ректификацию раствора пластификационной ванны в двух колоннах, вакуумную выпарку смеси кубового остатка второй колонны и осадительной ванны, вакуумную ректификацию кубового остатка вакуум-выпарного аппарата, вакуумную ректификацию отгонного продукта вакуум-выпарного аппарата и третьей колонны с получением растворителя, кристаллизацию концентрированного раствора хлорида лития в диметилацетамиде (ДМАА), выделение кристаллов из раствора, сепарирование кристаллов на центрифугах и растворение кристаллов в растворителе, многократное разбавление водой и выпаривание под вакуумом маточного раствора с получением целевого продукта, с целью повышения качества конечного продукта, многокомпонентные исходные смеси, содержащие от 0 до 60% ДМАА, от 0 до 70% изобутилового спирта (ИБС), а также хлорид лития, хлорид водорода, воду и примеси - остальное до 100%, вначале разделяют на содержащие хлорид лития и не содержащие его, затем разделяют смеси, не содержащие хлорид лития, на содержащие ДМАА и не содержащие его, жидкий поток, состоящий из ИБС и воды выводят из системы, поток концентрированного хлорида лития последовательно направляют на вакуумную ректификацию, кристаллизацию и центрифугирование, где отделяют комплексную соль LiCl⋅ДМАА от маточного раствора, из которого путем многократного разбавления водой и выпаривания под вакуумом получают очищенный хлорид лития.

Для выведения избыточного хлорида лития из производственного цикла поток должен удовлетворять определенным требованиям, таким как:

концентрация хлорида лития в получаемом водном растворе должна быть высокой; остаточное содержание ИБС и ДМАА в получаемом водном растворе хлорида лития должно быть достаточно малым.

Разделительный цикл настоящего изобретения относится к способу, удовлетворяющему вышеуказанным требованиям.

В сравнении с известными техническими решениями предлагаемый способ, в котором из исходного раствора последовательно удаляются низкокипящие и значительная доля высококипящего компонента смеси, после чего на кристаллизацию и центрифугирование подается двухкомпонентная смесь, а маточный раствор после центрифугирования подвергается многократному разбавлению водой и выпариванию под вакуумом, позволяет получать целевой продукт с чистотой, допускающей его выведение из производственного цикла.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема способа регенерации хлорида лития.

Осуществление изобретения

Способ реализуется следующим образом.

Раствор пластификационной ванны из сырьевой емкости 1 подают в нейтрализаторы 2, 3, где подвергают нейтрализации и направляют на ректификационную колонну 4, где происходит удаление ИБС и основной части воды. Кубовый остаток колонны направляют в промежуточную емкость 5, откуда подают в смеситель на смешение с обезвоженным ИБС. Полученная смесь направляется на ректификационную колонну 6 для максимального удаления остаточной воды. Дистиллят колонн 4 и 6 выводят из системы. Кубовый остаток колонны 6 собирают в сборной емкости 7, где смешивают с раствором осадительной ванны. Смесь нейтрализуют в нейтрализаторах 8, 9 и направляют в барометрическую емкость 10, откуда подают в вакуум-выпарной аппарат 11. Кубовый остаток вакуум-выпарного аппарата собирают в барометрической емкости 12, откуда подают на вакуумную колонну 13. Отгонный продукт вакуум-выпарного аппарата собирается в сборной емкости 14, где смешивается с отгонным продуктом колонны 13. Смесь подается на вакуумную ректификацию на колонну 15 для получения регенерированного ДМАА. Кубовый остаток колонны 13 отправляют в кристаллизаторы 16. Полученную суспензию комплексной соли LiCl⋅ДМАА перерабатывают на центрифугах 17. Кристаллы, осажденные на сите центрифуги, выгружаются в реакторы 18, где растворяются в регенерированном ДМАА. Маточный раствор направляется в реакторы 19, где подвергается многократному разбавлению водой и выпариванию под вакуумом. Полученный целевой продукт представляет собой раствор хлорида лития чистоты, достаточно высокой для выведения его из производственного цикла.

Согласно предлагаемому способу, полученный в химическом производстве водно-изобутанольный раствор ДМАА, содержащий 1-30 масс. % ДМАА и 0,01-0,15% хлорида водорода (пластификационная ванна), нейтрализуют водным раствором гидроксида лития и подают на ректификационную колонну 4, работающую при атмосферном давлении. Дистиллят ректификационной колонны 4, представляющий собой водно-изобутанольную смесь, содержащую до 0,15 масс. % ДМАА, отбирают при 87-100°С и удаляют из системы. Кубовый остаток выводят при 105-120°С, смешивают с безводным ИБС в соотношении 1/4-1/2 и подают на ректификационную колонну 6. Ректификационная колонна 6 работает при атмосферном давлении. Дистиллят колонны 6, представляющий собой водно-изобутанольную смесь, содержащую до 0,15 масс. % ДМАА, отбирают при 87-100°С и удаляют из системы. Кубовый остаток выводят при 110-135°С в сборную емкость 7. Водно-изобутанольный раствор ДМАА, содержащий 0-60 масс. % ДМАА и 0,01-0,15% хлорида водорода (осадительная ванна), нейтрализуют водным раствором гидроксида лития, смешивают с кубовым остатком колонны 6 в емкости 7 и направляют после нейтрализации в аппаратах 8,9 в барометрическую емкость 10, откуда подают в вакуум-выпарной аппарат 11. Кубовый остаток вакуум-выпарного аппарата собирают в барометрической емкости 12, откуда подают на вакуумную колонну 13. Колонна 13 работает при давлении внизу и вверху колонны 0,05-0,30 кгс/см² и 0,01-0,10 кгс/см² соответственно. Дистиллят вакуум-выпарного аппарата 11 смешивают с отгонным продуктом колонны 13 и подают в качестве питания на вакуумную колонну 15. Вакуумная колонна 15 работает при давлении внизу и вверху колонны 0,05-0,30 кгс/см² и 0,01-0,10 кгс/см² соответственно. Дистиллят ректификационной колонны 15, представляющий собой водно-изобутанольную смесь, содержащую до 0,15 масс. % ДМАА, отбирают при 30-70°С и удаляют из системы. Боковым выводом между вводом питания в колонну 15 и отбором кубового остатка отводят в парах ДМАА, содержащий до 0,15% воды, 0,15% изобутанола, 0,10% уксусной кислоты. Кубовый остаток колонны 15, представляющий собой ДМАА, загрязненный уксусной кислотой, монометилацетамидом и другими примесями, удаляют из системы. Кубовый остаток колонны 13 отправляют на периодическую кристаллизацию в кристаллизаторы 16. В кристаллизаторах 16 раствор охлаждается в течение 4-15 часов до 10-25°С. Полученную суспензию комплексной соли LiCl⋅ДМАА с содержанием твердой фазы до 35% перерабатывают на центрифугах 17. Кристаллы, осажденные на сите центрифуги, выгружаются в реакторы 18, где растворяются в регенерированном ДМАА. Маточный раствор направляется в реакторы 19, где подвергается многократному разбавлению водой и выпариванию под вакуумом. Полученный целевой продукт представляет собой раствор хлорида лития чистоты, достаточно высокой для выведения его из производственного цикла.

Полученный продукт с чистотой до 95% передается для использования в производстве алюминия и соединений лития. Выход хлорида лития (эффективность регенерации) составляет до 70%.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ регенерации хлорида лития в химическом производстве включает нейтрализацию растворов пластификационной и осадительной ванн водным раствором гидроксида лития. Многокомпонентные исходные смеси содержат от 0 до 60% диметилацетамида (ДМАА), от 0 до 70% изобутилового спирта (ИБС), хлорид лития, хлорид водорода, воду и примеси - остальное до 100%. Указанные смеси разделяют на содержащие хлорид лития и не содержащие его. Смеси, не содержащие хлорид лития, разделяют на содержащие ДМАА и не содержащие его. Жидкий поток, состоящий из ИБС и воды, выводят из системы. При этом проводят ректификацию раствора пластификационной ванны в двух колоннах и вакуумную выпарку смеси кубового остатка второй колонны и осадительной ванны. Осуществляют вакуумную ректификацию кубового остатка вакуум-выпарного аппарата, вакуумную ректификацию отгонного продукта вакуум-выпарного аппарата и третьей колонны с получением диметилацетамида (ДМАА). Концентрированный раствор хлорида лития кристаллизуют в диметилацетамиде. Поток концентрированного хлорида лития последовательно направляют на вакуумную ректификацию, кристаллизацию и центрифугирование. Отделяют комплексную соль хлорид лития - диметилацетамид от маточного раствора. Из маточного раствора путем многократного разбавления водой и выпаривания под вакуумом получают очищенный хлорид лития. Изобретение позволяет получать хлорид лития с чистотой до 95% и высоким выходом. 1 ил.

Способ регенерации хлорида лития в химическом производстве, включающий нейтрализацию растворов пластификационной и осадительной ванн водным раствором гидроксида лития, ректификацию раствора пластификационной ванны в двух колоннах, вакуумную выпарку смеси кубового остатка второй колонны и осадительной ванны, вакуумную ректификацию кубового остатка вакуум-выпарного аппарата, вакуумную ректификацию отгонного продукта вакуум-выпарного аппарата и третьей колонны с получением диметилацетамида (ДМАА), кристаллизацию концентрированного раствора хлорида лития в диметилацетамиде, выделение кристаллов из раствора, сепарирование кристаллов на центрифугах и растворение кристаллов в диметилацетамиде, многократное разбавление водой и выпаривание под вакуумом маточного раствора с получением целевого продукта, при этом многокомпонентные исходные смеси, содержащие от 0 до 60% ДМАА, от 0 до 70% изобутилового спирта (ИБС), а также хлорид лития, хлорид водорода, воду и примеси - остальное до 100% разделяют на содержащие хлорид лития и не содержащие его, затем разделяют смеси, не содержащие хлорид лития, на содержащие ДМАА и не содержащие его, жидкий поток, состоящий из ИБС и воды, выводят из системы, поток концентрированного хлорида лития последовательно направляют на вакуумную ректификацию, кристаллизацию и центрифугирование, где отделяют комплексную соль хлорид лития - диметилацетамид от маточного раствора, из которого путем многократного разбавления водой и выпаривания под вакуумом получают очищенный хлорид лития.