劉杰（中國船舶重工集團公司第七一八研究所，河北 邯鄲056027）

隨著近些年鋰化合物工業(yè)品的價格逐漸上漲，關(guān)于氣體凈化用LiOH回收再利用的研究迫在眉睫。氫氧化鋰使用后其產(chǎn)物主要為碳酸鋰，可考慮將其制備成工業(yè)級碳酸鋰。同時須通過水洗除雜，因此考慮通過一步氣液反應(yīng)將其制備成工業(yè)級碳酸鋰。但是，到目前為止，未見有關(guān)LiOH 溶液和CO2反應(yīng)工藝的研究，只是報道了有關(guān)CO2氣體轉(zhuǎn)化的基本原理及反應(yīng)動力學(xué)的某些規(guī)律，更多的研究集中在LiOH吸收CO2氣體應(yīng)用研究方面[1-3]。文章將從反應(yīng)物粒徑、氣體流速、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間等幾方面考察其對反應(yīng)產(chǎn)率和效率的影響，為氫氧化鋰藥粒用后轉(zhuǎn)為工業(yè)級碳酸鋰提供相關(guān)技術(shù)支撐。

1實驗部分

1.1 化學(xué)試劑及儀器

CO2氣體，99.5%；無水氫氧化鋰，四川雅化實業(yè)集團股份有限公司；燒杯2L，抽濾瓶，減壓漏斗，定性濾紙（中速），電子天平（0.1g），不銹鋼篩網(wǎng)，恒溫磁力攪拌水浴鍋，抽濾水泵，磁子。

1.2 實驗方法

取1Kg 的蒸餾水置于2L的燒杯中，取40g的無水氫氧化鋰倒入燒杯中，放入磁子，將燒杯放置在恒溫水浴鍋內(nèi)，開啟攪拌和加熱開關(guān)，調(diào)整攪拌速度和溫度。調(diào)節(jié)氣體流量計，打開減壓閥，通入CO2氣體，反應(yīng)一定時間后關(guān)閉二氧化碳?xì)怏w閥門，關(guān)閉攪拌，關(guān)閉加熱和電源開關(guān)。抽濾，烘干，稱量并記錄產(chǎn)品的重量。按照GB/T 11075-2013 規(guī)定進行產(chǎn)品各項指標(biāo)的檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)物粒徑對產(chǎn)率的影響

本論文分別選取了28～45、60～80、80～100、100～120 以及＞120目等5個粒徑范圍內(nèi)的無水氫氧化鋰進行反應(yīng)，反應(yīng)溫度設(shè)定25℃，反應(yīng)時間設(shè)定60min，氣體流速1.5L/min。反應(yīng)后測定溶液的pH值和產(chǎn)物重量，計算產(chǎn)率。

表1 考察氣體流速對產(chǎn)率影響的實驗結(jié)果

表2 考察反應(yīng)溫度及時間對產(chǎn)率影響的實驗結(jié)果

結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物粒徑大小對反應(yīng)速率影響不大，通入CO2氣體后5-15min都出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，60min反應(yīng)都已完全。

2.2 氣體流速對產(chǎn)率的影響

在考察氣體流速對產(chǎn)率的影響時，分別選取了1.0、1.5以及2.0L/min三個流速進行實驗，在前面實驗基礎(chǔ)上，反應(yīng)時間定為40 min，反應(yīng)溫度為25℃，實驗結(jié)果如下表1所示。

分析表1可知，當(dāng)氣體流速較小時，短時間內(nèi)反應(yīng)不完全，產(chǎn)率較低。提高氣體流速，產(chǎn)率增加。但是當(dāng)流速增加到一定程度后，產(chǎn)率增加緩慢，試驗過程中確定2.0L/min 的氣體流速為最佳流速。

2.3 反應(yīng)溫度及時間對產(chǎn)率的影響

在實驗過程中，分別選取了25℃、50℃、80℃及95℃四個溫度進行實驗，氣體流速定為2.0L/min，實驗結(jié)果如下表2所示。

通過分析試驗結(jié)果可知，當(dāng)氣體流速與反應(yīng)時間相同時，升高溫度，產(chǎn)率呈上升趨勢，當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃時，產(chǎn)率達到83%，此時氫氧化鋰的轉(zhuǎn)化率為97%。繼續(xù)升溫，二氧化碳的溶解度降低，反應(yīng)速率減緩，產(chǎn)率基本沒有增加，因此反應(yīng)溫度定為80℃即可。

在反應(yīng)溫度為80℃，氣體流速為2.0L/min 時，考察了反應(yīng)時間對產(chǎn)率的影響。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)30min～40min 時，產(chǎn)物產(chǎn)率最高，此時溶液的pH在10～11，繼續(xù)反應(yīng)，CO2繼續(xù)溶解，與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸會與部分碳酸鋰反應(yīng)，降低產(chǎn)率，因此綜合考慮，選擇反應(yīng)時間為30～40min，反應(yīng)結(jié)束后pH應(yīng)不小于10。

3 結(jié)語

文章分別考察了反應(yīng)物粒徑、氣體流速、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間等工藝條件對氫氧化鋰轉(zhuǎn)化率的影響，確定了最佳反應(yīng)條件：常壓，反應(yīng)時間30-40min，溫度為80℃，二氧化碳?xì)怏w流速2.0L/min。按照此方法應(yīng)用于氣體凈化用LiOH的回收再利用，所制備產(chǎn)物符合工業(yè)級碳酸鋰要求。