DE964676C - Verfahren zur Herstellung von reinen waessrigen Lithiumhydroxydloesungen nach dem Amalgamverfahren - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 29. MAI 1957

O 4593 IVa/izl

Die Erfindung betrifft die Herstellung von wäßrigem Lithiumhydroxyd durch Elektrolyse einer wäßrigen Lithiumchloridlösung in einer Quecksilberkathodenzelle. Diese Elektrolyse führt zur Bildung von gasförmigem Chlor, das als Nebenprodukt gewonnen wird, undLitniumamalgam. Das Amalgam wird mit Wasser umgesetzt, so daß wäßrige Lithiumhydroxvdlösung entsteht. Das vom Lithium befreite Quecksilber wird zur Quecksilberzelle zurückgeführt, um zur Elektrolyse weiterer Lithiumchloridsole zu dienen.

Lithiumchlorid ist gewöhnlich mit Erdalkali und/oder anderen Alkalimetallchloriden, wie Natrium- und Kaliumchlorid, verunreinigt. Es wurde gefunden, daß bei der Zersetzung von Lithiumamalgam, das als Verunreinigungen Erdalkalimetalle und/oder auch andere Alkalimetalle enthält, in zwei oder mehreren Stufen in der ersten

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Stufe eine wäßrige Lithiumhydroxydlösung mit geringerem Gehalt an Verunreinigungen erhalten wird. Die im Amalgam vorhandene Menge Lithium, die in der ersten Stufe zersetzt wird, kann je nach der Menge des reinen wäßrigen Lithiumhydroxyde, die hergestellt werden soll, und des für dieses Produkt gewünschten Reinheitsgrades stark schwanken, liegt aber gewöhnlich im Bereich von 50 bis 90 Gewichtsprozent.
Die Zeichnungen dienen zum besseren Verständnis der Erfindung. Dabei zeigt

Fig. ι einen Grundriß der verwendeten Quecksilberzelle und Zersetzungsanlage, Fig. 2 einen Zellenlängsschnitt im wesentlichen längs der Linie A-A und

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch die Zersetzungsanlage im wesentlichen längs der Linie B-B.

Gemäß Fig. 1, 2 und 3 wurde die Elektrolyse in einer Zelle durchgeführt, die mit einem Stahlboden ι und isolierten Wänden versehen war. Die Elektrolysierkammer war 63,5 cm lang, 12,7 cm breit und 10,16 cm hoch, und die Graphitanode 2 war über zwei Anodenhalter 3 und Bügeln 4 an dem gummiausgekleideten Stahldeckel S aufgehängt, wodurch eine Verstellung der Anode während des Verfahrens ermöglicht wurde. Die Elektrolysiervorrichtung war mit einer Kammer 6 zur Abtrennung der Sole und mit einer Kammer 7 zum Waschen des Amalgams mit destilliertem Wasser, das durch Leitung 8 eingeführt wurde, versehen. Das Waschwasser verließ die Kammer 7 durch die Leitung 9.

Die gereinigte Lithiumchloridsole wurde der Elektrolysiervorrichtung durch Leitung 10 mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 ecm je Minute bei einem p_H-Wert von etwa 3 bis 5, einer Temperatur von etwa 50 bis 6o° und einem spezifischen Gewicht von etwa 1,28 (44,4 Gewichtsprozent Lithiumchlorid) zugeführt. Die Sole verließ die Zelle durch Leitung 11 mit einer Temperatur von etwa 65 bis 70⁰ und einer Konzentration von etwa 42 Gewichtsprozent Lithiumchlorid. Das Chlorgas wurde durch Leitung 12 abgesaugt. Die Amalgamzersetzung erfolgte in einer waagerechten Zersetzungsanlage 13, in die das Amalgam aus der Kammer 7 unter der Teilungswand 14 hindurch geleitet wurde. Die Zersetzung des Amalgams erfolgte unter Verwendung mehrerer Zersetzungegitter 15, die aus 0,635 cm starken Graphitstäben 16 bestanden, die zwischen Stahlschienen 17 im Abstand von etwa 0,159^cin angeordnet waren. Diese Gitter hatten eine Länge von 17,78 cm (parallel zum Fluß des Amalgams) und eine Breite von 7,62 cm (quer zum Fluß des Amalgams). Das in der Zersetzungsvorrichtung befindliche Amalgam wurde in einer Höhe von 0,635 cm gehalten und reichte bis zu 0,159cm an.die Graphitstäbe. Die Gitter wurden in einer Höhe von etwa 2,54 cm von der gebildeten Lithiumhydroxydlösung bedeckt. Die Berührung des Amalgams mit dem Gitter wurde verhindert, weil die Bildung festen Ätzalkalis den Zersetzungsvorgang möglicherweise zum Stehen bringen würde. Alle Oberflächen, die nicht amalgamieren und durch das Quecksilber abgedeckt wurden, sammelten Schichten fester Stoffe an, die den Quecksilberfluß zum Stillstehen brachten. Deshalb wird Lithiumamalgam vorteilhaft in waagerecht stehenden Trögen zersetzt, in welchen die festen Stoffe leichter, entfernt werden können.

Um ein Produkt von hoher Reinheit zu gewinnen, wurde die Zersetzungsvorrichtung durch eine Trennwand 18 in zwei Kammern geteilt. Destilliertes Wasser wurde durch Leitung 19 in die erste Kammer eingeführt, aus der Lithiumhydroxydlösung durch Leitung 20 abgeleitet wurde, Ebenso wurde destilliertes Wasser durch Leitung 21 in die zweite Kammer eingeleitet und wäßriges Lithiumhydroxyd durch Leitung 22 aus der zweiten Kammer abgeleitet. In der ersten Kammer wurden 80 Gewichtsprozent des in dem die Zelle verlassenden Amalgam enthaltenen Lithiums und in der zweiten Kammer im wesentlichen das restliche Lithium zersetzt. Der Unterschied zwischen den beiden Produkten bestand darin, daß das Hauptprodukt wasserklar war, während das Nebenprodukt durch eine weiße Suspension stark getrübt war. Diese weiße Suspension, nämlich Magnesium- und Calciumhydroxyd, ballte sich beim Stehen zusammen und konnte entfernt werden. Die Temperatür in der Zersetzungsvorrichtung betrug im Mittel etwa 70⁰. Um eine vollständige Zersetzung in der zweiten Zersetzungsvorrichtung zu gewährleisten, wurde durch eine elektrische Heizvorrichtung 23 am Boden der zweiten Zersetzungsvorrichtung zusätzlich Wärme zugeführt.

Der Quecksilberumlauf in der Zelle und der Zersetzungsvorrichtung wurde durch eine Quecksilberpumpe 24, die sich an dem einen Ende der Zelle, in das die Sole eingeführt wurde, befand, aufrechterhalten. Diese Pumpe diente dazu, das Quecksilber aus dem Schacht 25 mit einer Geschwindigkeit von etwa 6,804 kg je Minute zum Quecksilbereinlaß 26 der Zelle zu heben. Das in die Zelle zurückkehrende Quecksilber enthielt bei normalem Betrieb ο bis 0,0018 Gewichtsprozent Lithium. Um an der Pumpe eine Bildung, von festem Ätzalkali und schwammigem QuecksiIL-er zu verhindern, wurde diese mit Wasser überflutet, das durch Leitung 27 ein- und durch Leitung 28 abfloß. Das in die erste Zersetzungsvorrichtuag eintretende Amalgam enthielt durchschnittlich etwa 0,02 Gewichtsprozent Lithium, das in die zweite Zersetzungsvorrichtung eintretende etwa 0,005 Gewichtsprozent.

Die Tabelle enthält typische Betriebsdaten für ein während sieben aufeinanderfolgenden Tagen durchgeführtes Verfahren, während welcher Zeit die Zelle und die Zersetzungsvorrichtung Lithiumhydroxyd in Form des Monohydrats mit einer Geschwindigkeit von etwa 11,34 kg je Tag erzeugten. Falls die Gewinnung von Lithiumhydroxyd in fester Form gewünscht wird, kann die aus der Zersetzungsvorrichtung austretende wäßrige Liihiumhydroxydlösung nach in der Technik bekannten Verfahren eingedampft werden.

Strom der Elektrolysezelle

in Ampere 300,0 300,0

Spannung in Volt 4,89 4,77

Einströmende Sole

p_H-Wert 5,90 4,41

Temperatur, ° C 52,7 51,5

Spezifisches Gewicht ... 1,243 1*245

Li Cl-Konzentration,

Gewichtsprozent 40,5 41,0

Strömungsgeschwindigkeit, ccm/Min. 199,0 199,0

Abfließende Sole

Temperatur, ⁰C 52,0 51,5

Li-Gehalt des abfließenden Amalgams, Gewichtsprozent 0,0173 0,0228

Li-Gehalt des mittleren
Amalgams, Gewichtsprozent 0,00645 0,0097

Li-Gehalt des Endamalgams, Gewichtsprozent 0,00416 0,00435

Hauptprodukt

Temperatur, ⁰C 56,8 56,6

Spezifisches Gewicht ... 1,094 1,090

Li O H-Konzentration,

Gewichtsprozent 10,2 9,8

Nebenprodukt

Temperatur, ⁰C 53,6 53,6

Spezifisches Gewicht ... 1,091 1,081

Li O H-Konzentration, .

Gewichtsprozent 9,8 8,8

Bei den gemäß den in der Tabelle angegebenen Bedingungen durchgeführten Verfahren werden etwa 80 Gewichtsprozent des in dem die Zelle verlassenden Amalgam enthaltenen Lithiums in der ersten Kammer zersetzt, wodurch als Hauptprodukt eine reine-4,48 n-LiOH-Lösung erhalten wurde. Das restliche Lithium wurde im wesentlichen in der zweiten Kammer zersetzt, wodurch als Nebenprodukt eine 3,96 n-LiOH-Lösung erzeugt wurde. Das Hauptprodukt enthält, umgerechnet auf wasserfreie Substanz, 26 Teile Kalium auf 1 Million Teile Lithium und 0,03 % Natrium, während das Nebenprodukt 210 Teile Kalium auf 1 Million Teile Lithium und 0,44% Natrium enthielt.

Claims (2)

1. PaTENTANSPHÜCHE:

   ι. Verfahren zur Herstellung von reinen wäßrigen Lithiumhydroxydlösungen durch Elektrolyse von Erdalkali- und/oder andere Alkalisalze als Verunreinigungen enthaltender wäßriger LithiumcMaridilösung nach dem Amalgamverfahren und Zersetzung des Amalgams mittels Wassers, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzung des Amalgams in zwei oder mehreren Stufen erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je nach dem Verunreinigungsgrad 50 bis 90 Gewichtsprozent des im Amalgam enthaltenen Lithiums in der ersten Stufe zersetzt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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