本發(fā)明屬于含鋰資源利用領(lǐng)域，具體涉及一種氯化鋰電轉(zhuǎn)化直接制備碳酸鋰的方法。
背景技術(shù)：
鋰是重要的戰(zhàn)略資源之一，在國防工業(yè)及國家高科技發(fā)展中有重要的戰(zhàn)略意義。碳酸鋰是鋰的一種重要化合物，用于制取各種鋰的化合物、金屬鋰及其同位素。還用于制備化學(xué)反應(yīng)的催化劑。半導(dǎo)體、陶瓷、電視、醫(yī)藥和原子能工業(yè)也有應(yīng)用。分析化學(xué)中用作分析試劑。在鋰離子電池中也有應(yīng)用。在水泥外加劑里作為促凝劑使用。除此之外，碳酸鋰有明顯抑制躁狂癥作用，可以改善精神分裂癥的情感障礙等方面。因此，研究和開發(fā)純度高、工藝簡單、環(huán)境友好的碳酸鋰生產(chǎn)方法具有重要現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的發(fā)展前景。
美國專利us3597340、us4036713、us20110044882和中國專利cn103924258a公開了以鹵水為原料，在隔膜電解槽中制備氫氧化鋰的方法；日本專利jp54043174公開了一種電解硫酸鋰生產(chǎn)氫氧化鋰的方法。中國專利cn103080009a公開了一種由氯化鋰制備碳酸鋰的方法，它是以含氯化鋰溶液的地?zé)猁}水為原料，通過與在隔膜電解槽中電解制備的氫氧化鈉混合發(fā)生反應(yīng)制備碳酸鋰。中國專利cn103449481a公開了一種制備碳酸鋰的方法，是將氨和二氧化碳?xì)怏w(碳酸氣)與含氯化鋰的水溶液混合以進(jìn)行碳酸化反應(yīng)，然后通過固液分離來回收所產(chǎn)生的固體。這些制備碳酸鋰的方法原料比較單一，且反應(yīng)流程長，能耗高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的流程長、能耗高以及原料來源單一的技術(shù)難題，本發(fā)明提供了一種氯化鋰電轉(zhuǎn)化直接制備碳酸鋰的方法，目的是通過氯化鋰溶液電解，同時(shí)通入co2氣體，直接獲得碳酸鋰產(chǎn)品和副產(chǎn)品氫氣及氯氣。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案，本發(fā)明的一種氯化鋰電轉(zhuǎn)化直接制備碳酸鋰的方法，按照以下步驟進(jìn)行：
步驟1：對氯化鋰水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：10℃≤溫度＜100℃，電解的電壓≥2.2v；
所述的電解在電解系統(tǒng)中進(jìn)行，電解系統(tǒng)包括陽離子膜電解槽、供氣裝置和過濾回收利用裝置；
所述的陽離子膜電解槽包括：槽體14、陰極室3、陽極室4、陽離子交換膜5、攪拌器6、直流電源7；
所述的供氣裝置包括二氧化碳儲氣罐1和氣體流量計(jì)2；
所述的過濾回收利用裝置包括過濾裝置8、干燥箱9、第一溶解槽10、第一泵11、第二溶解槽12和第二泵13；所述的電解系統(tǒng)具有攪拌、通氣、過濾和烘干的功能；
其中，槽體14內(nèi)部設(shè)置有陽離子交換膜5，陽離子交換膜5將槽體14分為兩室，其中，與直流電源7的正極連接的為陽極室4，與直流電源7的負(fù)極連接的為陰極室3，在陰極室3內(nèi)設(shè)置有攪拌器6，所述的攪拌器6通過電極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行攪拌；
在陰極室3的下方設(shè)置有過濾裝置8，過濾裝置8設(shè)置有固體出口和液體出口，過濾機(jī)的固體出口與干燥箱9相連接，過濾機(jī)的液體出口與第二溶解槽12相連接，第二溶解槽12通過第二泵13與陰極室3相通；
在陽極室4的下側(cè)設(shè)置開口與第一溶解槽10相連接，第一溶解槽10通過第一泵11與陽極室4相通；
槽體14下部設(shè)置有二氧化碳儲氣罐1，二氧化碳儲氣罐1與氣體流量計(jì)2相連。
所述的步驟1中，所述的氯化鋰水溶液的質(zhì)量濃度為任意值；
步驟2：向陽離子膜電解槽中陰極室3電解液通入高純二氧化碳?xì)怏w，使陽離子膜電解槽陰極室3內(nèi)直接生成碳酸鋰沉淀；
所述的步驟2中，高純二氧化碳?xì)怏w通過電解槽陰極室3底部通氣孔通入。
步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室3進(jìn)行攪拌，陰極室3電解液和碳酸鋰定向流動(dòng)，迅速通過過濾裝置8進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)快速的固液分離，得到碳酸鋰和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室3作為陰極室3電解液；陽極室4溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽極室4；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌或機(jī)械與氣體的耦合攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體14底部沉淀以及促進(jìn)氣泡分散；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)，使碳酸鋰沉淀快速離開電解槽，實(shí)現(xiàn)固液分離，以避免碳酸鋰的反溶。
所述的步驟3中，所述的濾液濾液加水調(diào)節(jié)原濃度后循環(huán)返回至陰極室3，作為陰極室3電解液，陽極室4電解液抽出后加入氯化鋰調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鋰濃度后，返回至陽極室4，實(shí)現(xiàn)氯化鋰的循環(huán)利用。
步驟4：將碳酸鋰烘干，得到碳酸鋰產(chǎn)品，碳酸鋰產(chǎn)品的純度≥99％。
本發(fā)明的一種氯化鋰電轉(zhuǎn)化直接制備碳酸鋰的方法涉及的主要反應(yīng)如下：
陽極反應(yīng)：2cl--2e-cl2(1)
陰極反應(yīng)：2h2o+2e＝h2+2oh-(2)
總反應(yīng)：2licl+h2o+co2＝li2co3+h2+cl2(3)
查得，25℃時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)生成電勢v1＝-1.3583v、v2＝-0.8277v，則e總＝-2.186v，所以，槽電壓必須高于2.186v。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用電解的方法直接制備碳酸鋰，其優(yōu)勢在于：
(1)本發(fā)明采用電解的方法使氯化鋰直接電轉(zhuǎn)化為碳酸鋰，電解工藝流程短、自動(dòng)化程度高，所得產(chǎn)品純度高，有利于降低生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；
(2)本發(fā)明電解得到的碳酸鋰產(chǎn)品能快速實(shí)現(xiàn)固液分離，避免了碳酸鋰的反溶，有利于提高生產(chǎn)的效率、節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本；
(3)本發(fā)明的方法使用原料簡單、能源清潔，無外排廢物，對環(huán)境友好。
附圖說明
圖1為本發(fā)明電解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
1-二氧化碳儲氣罐；2-氣體流量計(jì)；3-陰極室；4-陽極室；5-陽離子交換膜；6-攪拌器；7-直流電源；8-過濾裝置；9-干燥箱；10-第一溶解槽；11-第一泵；12-第二溶解槽；13-第二泵；14-槽體。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
以下實(shí)施例所采用的電解系統(tǒng)為本發(fā)明說明書附圖1的裝置，該電解系統(tǒng)包括陽離子膜電解槽、供氣裝置和過濾回收利用裝置；
所述的陽離子膜電解槽包括：槽體14、陰極室3、陽極室4、陽離子交換膜5、攪拌器6、直流電源7；
所述的供氣裝置包括二氧化碳儲氣罐1和氣體流量計(jì)2；
所述的過濾回收利用裝置包括過濾裝置8、干燥箱9、第一溶解槽10、第一泵11、第二溶解槽12和第二泵13；所述的電解系統(tǒng)具有攪拌、通氣、過濾和烘干的功能；
其中，槽體14內(nèi)部設(shè)置有陽離子交換膜5，陽離子交換膜5將槽體14分為兩室，其中，與直流電源7的正極連接的為陽極室4，與直流電源7的負(fù)極連接的為陰極室3，在陰極室3內(nèi)設(shè)置有攪拌器6，所述的攪拌器6通過電極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行攪拌；
在陰極室3的下方設(shè)置有過濾裝置8，過濾裝置8設(shè)置有固體出口和液體出口，過濾機(jī)的固體出口與干燥箱9相連接，過濾機(jī)的液體出口與第二溶解槽12相連接，第二溶解槽12通過第二泵13與陰極室3相通；
在陽極室4的下側(cè)設(shè)置開口與第一溶解槽10相連接，第一溶解槽10通過第一泵11與陽極室4相通；
槽體14下部設(shè)置有二氧化碳儲氣罐1，二氧化碳儲氣罐1與氣體流量計(jì)2相連。
實(shí)施例1
步驟1：對氯化鋰水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為20℃，電解的電壓為3v；
所述的步驟1中，所述的氯化鋰水溶液的質(zhì)量濃度為50g/l；
步驟2：向陽離子膜電解槽中陰極室3電解液通入20m3/h二氧化碳?xì)怏w，使陽離子膜電解槽陰極室3內(nèi)直接生成碳酸鋰沉淀；
所述的步驟2中，高純二氧化碳?xì)怏w通過電解槽陰極室3底部通氣孔通入。
步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室3進(jìn)行攪拌，陰極室3電解液和碳酸鋰定向流動(dòng)，迅速通過過濾裝置8進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)快速的固液分離，得到碳酸鋰和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室3作為陰極室3電解液；陽極室4溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽極室4；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體14底部沉淀以及促進(jìn)氣泡分散；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)，使碳酸鋰沉淀快速離開電解槽，實(shí)現(xiàn)固液分離，以避免碳酸鋰的反溶。
所述的步驟3中，所述的濾液加水調(diào)節(jié)至50g/l后循環(huán)返回至陰極室3，作為陰極室3電解液，陽極室4電解液抽出后加入氯化鋰調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鋰濃度50g/l后，返回至陽極室4，實(shí)現(xiàn)氯化鋰的循環(huán)利用。
步驟4：將碳酸鋰烘干，得到碳酸鋰產(chǎn)品。
實(shí)施例2
步驟1：對氯化鋰水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為60℃，電解的電壓為10v；
所述的步驟1中，所述的氯化鋰水溶液的質(zhì)量濃度為100g/l；
步驟2：向陽離子膜電解槽中陰極室3電解液通入30m3/h二氧化碳?xì)怏w，使陽離子膜電解槽陰極室3內(nèi)直接生成碳酸鋰沉淀；
所述的步驟2中，高純二氧化碳?xì)怏w通過電解槽陰極室3底部通氣孔通入。
步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室3進(jìn)行攪拌，陰極室3電解液和碳酸鋰定向流動(dòng)，迅速通過過濾裝置8進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)快速的固液分離，得到碳酸鋰和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室3作為陰極室3電解液；陽極室4溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽極室4；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械與氣體的耦合攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體14底部沉淀以及促進(jìn)氣泡分散；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)，使碳酸鋰沉淀快速離開電解槽，實(shí)現(xiàn)固液分離，以避免碳酸鋰的反溶。
所述的步驟3中，所述的濾液加水調(diào)節(jié)至100g/l后循環(huán)返回至陰極室3，作為陰極室3電解液，陽極室4電解液抽出后加入氯化鋰調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鋰濃度后，返回至陽極室4，實(shí)現(xiàn)氯化鋰的循環(huán)利用。
步驟4：將碳酸鋰烘干，得到碳酸鋰產(chǎn)品。
實(shí)施例3
步驟1：對氯化鋰水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為40℃，電解的電壓為15v；
所述的步驟1中，所述的氯化鋰水溶液的質(zhì)量濃度為200g/l；
步驟2：向陽離子膜電解槽中陰極室3電解液通入50m3/h二氧化碳?xì)怏w，使陽離子膜電解槽陰極室3內(nèi)直接生成碳酸鋰沉淀；
所述的步驟2中，高純二氧化碳?xì)怏w通過電解槽陰極室3底部通氣孔通入。
步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室3進(jìn)行攪拌，陰極室3電解液和碳酸鋰定向流動(dòng)，迅速通過過濾裝置8進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)快速的固液分離，得到碳酸鋰和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室3作為陰極室3電解液；陽極室4溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽極室4；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體14底部沉淀以及促進(jìn)氣泡分散；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)，使碳酸鋰沉淀快速離開電解槽，實(shí)現(xiàn)固液分離，以避免碳酸鋰的反溶。
所述的步驟3中，所述的濾液加水調(diào)節(jié)至200g/l后循環(huán)返回至陰極室3，作為陰極室3電解液，陽極室4電解液抽出后加入氯化鋰調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鋰濃度后，返回至陽極室4，實(shí)現(xiàn)氯化鋰的循環(huán)利用。
步驟4：將碳酸鋰烘干，得到碳酸鋰產(chǎn)品。
實(shí)施例4
步驟1：對氯化鋰水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為50℃，電解的電壓為20v；
所述的步驟1中，所述的氯化鋰水溶液的質(zhì)量濃度為300g/l；
步驟2：向陽離子膜電解槽中陰極室3電解液通入70m3/h二氧化碳?xì)怏w，使陽離子膜電解槽陰極室3內(nèi)直接生成碳酸鋰沉淀；
所述的步驟2中，高純二氧化碳?xì)怏w通過電解槽陰極室3底部通氣孔通入。
步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室3進(jìn)行攪拌，陰極室3電解液和碳酸鋰定向流動(dòng)，迅速通過過濾裝置8進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)快速的固液分離，得到碳酸鋰和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室3作為陰極室3電解液；陽極室4溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽極室4；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械與氣體的耦合攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體14底部沉淀以及促進(jìn)氣泡分散；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)，使碳酸鋰沉淀快速離開電解槽，實(shí)現(xiàn)固液分離，以避免碳酸鋰的反溶。
所述的步驟3中，所述的濾液加水調(diào)節(jié)至300g/l后循環(huán)返回至陰極室3，作為陰極室3電解液，陽極室4電解液抽出后加入氯化鋰調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鋰濃度后，返回至陽極室4，實(shí)現(xiàn)氯化鋰的循環(huán)利用。
步驟4：將碳酸鋰烘干，得到碳酸鋰產(chǎn)品。
實(shí)施例5
步驟1：對氯化鋰水溶液進(jìn)行電解，電解的工藝參數(shù)為：溫度為90℃，電解的電壓為20v；
所述的步驟1中，所述的氯化鋰水溶液的質(zhì)量濃度為400g/l；
步驟2：向陽離子膜電解槽中陰極室3電解液通入90m3/h二氧化碳?xì)怏w，使陽離子膜電解槽陰極室3內(nèi)直接生成碳酸鋰沉淀；
所述的步驟2中，高純二氧化碳?xì)怏w通過電解槽陰極室3底部通氣孔通入。
步驟3：對陽離子膜電解槽的陰極室3進(jìn)行攪拌，陰極室3電解液和碳酸鋰定向流動(dòng)，迅速通過過濾裝置8進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)快速的固液分離，得到碳酸鋰和濾液，濾液循環(huán)返回至陰極室3作為陰極室3電解液；陽極室4溶液連續(xù)抽出，經(jīng)調(diào)節(jié)濃度后返回陽極室4；收集陽極氣體獲得副產(chǎn)品氯氣，收集陰極氣體獲得副產(chǎn)品氫氣；
所述的步驟3中，所述的攪拌為機(jī)械攪拌，所述攪拌的作用在于抑制槽體14底部沉淀以及促進(jìn)氣泡分散；
所述的步驟3中，所述的定向流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)，使碳酸鋰沉淀快速離開電解槽，實(shí)現(xiàn)固液分離，以避免碳酸鋰的反溶。
所述的步驟3中，所述的濾液加水調(diào)節(jié)至400g/l后循環(huán)返回至陰極室3，作為陰極室3電解液，陽極室4電解液抽出后加入氯化鋰調(diào)整濃度至初始反應(yīng)氯化鋰濃度后，返回至陽極室4，實(shí)現(xiàn)氯化鋰的循環(huán)利用。
步驟4：將碳酸鋰烘干，得到碳酸鋰產(chǎn)品。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。