專利名稱：直接法制取溴化鋰合成過程的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬無機化學(xué)、堿金屬類，涉及鋰的溴化物制備技術(shù)領(lǐng)域。
溴化鋰分子式為LiBr，分子量為86.845，密度(25℃)為3464Kg/m3，熔點547℃，沸點1265℃。無水溴化鋰呈白色立方晶體或粒狀粉末，無毒無嗅，有咸苦味，極易潮解，易溶于水、乙醇和乙醚，可溶于甲醇、丙酮、乙二醇等有機溶劑中。根據(jù)不同的結(jié)晶條件，溴化鋰可與水分別形成一水溴化鋰、二水溴化鋰、三水溴化鋰及其混合物。
溴化鋰是一種高效水蒸汽吸收劑和空氣濕度調(diào)節(jié)劑，50～55%濃度的溴化鋰混合溶液被用作制冷機的吸收劑即致冷劑。在有機化學(xué)中，溴化鋰用作氯化氫的脫除劑，有機纖維(如羊毛、頭發(fā))的膨脹劑。在醫(yī)藥工業(yè)中用作催眠劑和鎮(zhèn)靜劑，也可用于某些高級電池(如鋰電池)的電解質(zhì)和化學(xué)試劑。
溴化鋰的制備根據(jù)“Lithium Products March”(鋰化合物的生產(chǎn)方法)雜志1992年報道，在國外，工業(yè)溴化鋰主要是用中和法，即用HBr酸中和LiOH、Li2CO3來得到。在國內(nèi)，生產(chǎn)LiBr的主要方法仍以上述中和法為主，也有以鐵屑、溴素、碳酸鋰為原料制備溴化鋰的溴化鐵法報導(dǎo)，但上述二法價格昂貴。但近期出現(xiàn)了氧化還原直接合成法，有用尿素作還原劑;有用雙氧水(新疆烏魯木齊鋰鹽研究所)作還原劑;也有用氨及其化合物(中國科學(xué)院青海鹽湖研究所)作還原劑。
中國科學(xué)院青海鹽湖研究所曾于1987年和1991年分別完成了“溴化鋰制備新工藝研究(小試驗研究報告)”和“溴化鋰制備新工藝研究(擴大試驗報告)”，是用碳酸鋰、液溴和氨水為原料制取溴化鋰結(jié)晶固體方法。已建成了擴試裝置。
其化學(xué)反應(yīng)總方程式為
該所合成時首先將碳酸鋰制成懸浮液，加入還原劑，在不斷攪拌情況下按一定速度加入液溴制得，然后過濾分離，反應(yīng)液經(jīng)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、分離、干燥后即得固體結(jié)晶LiBr產(chǎn)品。
從化學(xué)反應(yīng)式(1)中可看出，在溴化鋰合成反應(yīng)過程中，每生成一個摩爾的溴化鋰，便要生成1/2摩爾的CO2和1/6摩爾的氮氣。同時，從反應(yīng)熱力學(xué)計算知，其中間過程的某一化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)平衡常數(shù)K＝e231，幾乎是無窮大。這就是說，該反應(yīng)進行得非常快，非常完全。這樣快的每生成一個摩爾的溴化鋰即相應(yīng)生成約15立升的CO2和N2氣體，因為反應(yīng)進行得非常激烈，反應(yīng)物料的體積增大了許多，往往容易造成溢料，使物料受到損失，或因控制不當(dāng)，引發(fā)出其他危險。也常因溢料使反應(yīng)進行不完全。
本發(fā)明也是用碳酸鋰、液溴和氨、銨鹽還原劑(含NH+4離子的NH4OH、(NH4)2CO3、CO(NH2)2、NH3、NH4HCO3等含氨化合物均可)為原料制取溴化鋰溶液和溴化鋰結(jié)晶固體的方法。
本發(fā)明之目的就是要克服上述存在的缺陷，控制合成反應(yīng)速度和過程。控制該合成反應(yīng)速度方法通常有(1)控制反應(yīng)溫度;(2)控制一種或二種物料的投料速度;(3)將某一物料多次投入。以上三種控制方法雖起到了一定控制作用，但卻延長了反應(yīng)時間。為此，本發(fā)明技術(shù)關(guān)鍵是采取了在同一反應(yīng)容器中將化學(xué)反應(yīng)式(1)分二步完成，即先制取預(yù)合成液，而后由預(yù)合成液再與剩余的原料反應(yīng)得到溴化鋰的合成方法。這樣，整個反應(yīng)既快捷，又平穩(wěn)，且易控制，而且使整個合成反應(yīng)時間幾乎縮短一半。
本發(fā)明的技術(shù)方案是將直接合成反應(yīng)過程分二步進行，即先用經(jīng)計算適量的含銨還原劑NH4OH、(NH4)2CO3、CO(NH4)2、NH3、NH4HCO3等化合物中一種或它們的混合物和液溴在攪拌和常溫下在反應(yīng)器中進行預(yù)反應(yīng)，生成含有NH4Br的預(yù)合成液，然后在攪拌情況下再逐步定量定速加入剩余的原料如Li2CO3等，制成合格的LiBr溶液。
本發(fā)明的工藝流程方框示意圖如

圖1所示。
圖1-中合成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖二所示。
在圖1-中，在合成裝置中，用2步法制得合格的35%左右濃度的LiBr溶液送入第一過濾裝置，將剩余Li2CO3、泥沙等固體雜質(zhì)過濾掉后，溶液送入第一濃縮裝置濃縮到50%左右LiBr溶液，然后溶液送入凈化裝置，清除溶液中NH+4雜質(zhì)等，然后進入第二過濾裝置，除去Ca+、Mg+、Ba+等離子，制得含LiBr濃度在50%左右的合格溶液。此溶液可以以液態(tài)LiBr產(chǎn)品灌裝出售(如作致冷劑)。也可以進一步進入第二濃縮裝置、結(jié)晶分離裝置制得合格的LiBr結(jié)晶固體產(chǎn)品，如二水溴化鋰晶體。
圖1中合成裝置具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖二所示，在圖2中1-加料漏斗;2-攪拌裝置;3-容器(如燒杯);4-溫度計;5-合成液。
本發(fā)明注意到(1)該化學(xué)反應(yīng)是在固、液、氣三相共存的情況下進行的;(2)由于反應(yīng)速度快、動力大，化學(xué)反應(yīng)基本無誘導(dǎo)期，可在常溫或更低溫度下迅速反應(yīng);(3)反應(yīng)過程中隨著料液粘度的增加，反應(yīng)生成的CO2、N2氣體造泡作用非常強烈;(4)反應(yīng)容器的有效容積利用系數(shù)很低;(5)如何使合成反應(yīng)進行得既迅速又平穩(wěn)，且易操作，同時要產(chǎn)品得率高，原材料轉(zhuǎn)化率高，是合成過程中氧化還原的控制關(guān)鍵。鑒于用冷卻水降溫的方法控制反應(yīng)速度能耗大，不靈敏;用定量加液溴、加還原劑的辦法控制反應(yīng)速度，雖靈敏，但反應(yīng)時間相對延長了許多，且需要計量精確，若稍有失誤，反應(yīng)便無法控制，反應(yīng)料液猛增，便會造成溢料或其他危險。因此，本發(fā)明放棄了常規(guī)的控制方法，而是把決定合成反應(yīng)速度的某個中間反應(yīng)提前單獨進行，即在同一反應(yīng)容器3中第一步先定量經(jīng)漏斗1加入工業(yè)液溴或工業(yè)氨水和含氨的化合物作還原劑，攪拌生成NH4Br預(yù)合成液，再第二步利用上述預(yù)合成液與剩余的原料如工業(yè)Li2CO3反應(yīng)，即在攪拌裝置2攪拌下，定量定速加入Li2CO3粉末繼續(xù)反應(yīng)得到合格的35%左右濃度的LiBr溶液。送入下一步第一過濾裝置過濾除雜，從而實現(xiàn)了反應(yīng)速度快，且平穩(wěn)，易控制，而且反應(yīng)時間比用常規(guī)的控制方法縮短了一半。
實施例采用本發(fā)明合成反應(yīng)二步法和用國內(nèi)某研究所用合成反應(yīng)法二種方法，分別量取工業(yè)液溴212毫升、工業(yè)氨水208毫升和工業(yè)碳酸鋰308克，進行合成反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果用本發(fā)明方法控制，只花60分鐘而用國內(nèi)某研究所用的合成反應(yīng)方法控制，花了120～150分鐘。
本發(fā)明特點1、能耗低，將合成過程能耗降至原來50%左右。
2、工藝過程速度快、平穩(wěn)，易控制，所用時間僅為原來一半。
3、在不增加任何投資情況下，可提高合成能力近一倍。
4、不增加操作程序。
5、經(jīng)濟合理，不增加任何投資。
本發(fā)明適用于用NH4OH、(NH4)2CO3、CO(NH4)2、NH3、NH4HCO3等含銨化合物及它們的混合物和溴素及碳酸鋰直接氧化還原制取溴化鋰過程控制。
權(quán)利要求
1.一種直接法制取溴化鋰合成過程的控制方法，其特征在于溴化鋰合成過程分二步進行，首先將定量含銨的還原劑和液溴在常溫下攪拌進行反應(yīng)，生成含有溴化銨的預(yù)合成液，然后在攪拌情況下，加入定量碳酸鋰固體粉末制成合格的溴化鋰溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于含銨的還原劑是氨、氨水、碳酸銨、碳酸氫銨、尿素中的一種或者它們的混合物的液體。
全文摘要
一種直接法制取溴化鋰合成過程的控制方法，涉及鋰的溴化物制備技術(shù)領(lǐng)域。對于用液溴、碳酸鋰和含銨的還原劑直接氧化還原合成制溴化鋰時，采用二步法合成，即首先用定量的含銨，還原劑和液溴進行預(yù)反應(yīng)，然后，在攪拌情況下逐步加入剩余原料制成合格的溴化鋰溶液。采用本發(fā)明，可縮短反應(yīng)時間降低能耗，提高生產(chǎn)能力，適用于用NH
文檔編號C01D15/04GK1108616SQ94111269
公開日1995年9月20日 申請日期1994年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月16日
發(fā)明者李心寬, 鄭向陽, 陳宇山, 張定華 申請人:南京化學(xué)工業(yè)(集團)公司建筑安裝工程公司