RS65401B1 - Izdvajanje litijuma iz blagih rastvora boraksa - Google Patents

Description

OPIS

Oblast pronalska

Pronalazak se odnosi na metod razvijen u pravcu izdvajanja litijuma iz razređenih rastvora boraksa.

Metoda koja je predmet pronalaska obuhvata proizvodnju izvora litijuma koji se nalazi u razre đenim rastvorima boraksa u obliku litijumovih jedinjenja. Prilikom izdvajanja litijuma, boraks dekahidrat koji se nalazi u sastavu razređenog rastvora odstranjuje se iz sredine slabog rastvora.

Litijum zbog visoke energetske snage, male mase i drugih ekoloških svojstava i performansi ima široku upotrebu kako kod prenosivih elektronskih uređaja u sekundarnom baterijskom sektoru (koji se mogu puniti), tako i kod vozila kao snabdevač snagom.

Iako nije jedna od glavnih komponenti u proizvodnji stakla, minerali litijuma koji se koriste u izradi amalgama u sektoru stakla i keramike povećavaju fluidnost, a takođe obezbeđuju mogućnost rada na nižim temperaturama pečenja. Litijum u odnosu na ekvivalentne materijale daje ve ću fluidnost. Upotrebom litijuma proizvođači stakla u proizvodnji menzura i flaša dobijaju proizvode izdržljive i visokootporne na udar.

Kada se litijum koristi u proizvodnji aluminijuma, smanjuje se šteta koju fluor nanosi okolini. Osim toga, usled smanjenja viskoziteta i toplote, produžava se vek sita od platine koja se koriste u proizvodnji.

Jedinjenja litijuma su, osim toga, sastojci koji se često koriste u čitavom svetu u proizvodnji ulja i maziva; za vreme proizvodnje organometalnih jedinjenja; u lečenju mentalnih problema, posebno kod „manično-depresivnih psihoza“, „bipolarnih poremećaja ličnosti“.

Stanje tehnike

Koncentrati minerala litijuma i jedinjenja litijuma dobijena iz salamura (prete žno litijum-karbonat (Li2CO3) i litijum-hidroksid (LiOH) koriste se kao sirovina u različitim industrijskim sektorima. Proizvodnja litijum-karbonata vrši se zajedno sa drugim proizvodima iz slane vode (salamura). Proizvodni postupak iz salamura je i lakši i jeftiniji u odnosu na rudarske postupke (stene i minerali). Iz tog razloga, proizvodnja koja se vrši iz salamura ima prilično veliki udeo u proizvodnji jedinjenja litijuma u svetu. Gotovo celokupna proizvodnja litijuma iz salamura obezbeđuje se iz slanih voda u granicama Bolivije, Argentine i Čilea, poznatim kao „litijumski trougao“.

U proizvodnji u Čileu, salamura koja sadrži litijum se ispumpava iz bunara na dubini od 30 m, pretvara u paru energijom sunca i povećava koncentracija jona. Potom se obezbeđuje da se jon sulfata slegne kao gips. Nakon što se obezbedi da se magnezijum, kalijum i natrijum natalože kao hlorid, metodom zgušnjavanja i centrifuge dobija se salamura koja sadrži mnogo koncentrovaniji litijum. Na taj način se sadržaj litijuma u salamuri povećava između 4 i 6%, a u njoj se kao nečistoća nalaze bor i magnezijum. Pre nego što se izazove sleganje Li2CO3 ,bor se odstranjuje. A magnezijum se izdvaja iz procesa postupkom taloženja u dve faze koji se vrši krečom i prahom sode.

Uvođenjem salamure u čistijem stanju u reakciju sa zasićenim rastvorom sode u prahu (Na2CO3) taloži se Li2CO3. Iako je srazmera magnezijum/litijum u jezeru u Čileu 6,4, proces je veoma ekonomičan jer se vaporizacija lako obezbeđuje budući da je sadržaj litijuma vrlo visok a oblast suva. Takođe, tokom vađenja litijuma iz salamure, izdvojene soli bora kasnije podležu reakciji sa sumpornom kiselinom i dobija se borna kiselina (H3BO3).

U međunarodnom dokumentu o patentu broj WO2013036983A1 koji se nalazi u postojećoj tehnici govori se o koncentrovanoj litijumskoj slanoj vodi koja se može koristiti za klasu baterije, farmaceutsku i druge primene visokog stepena čistoće, kao i o metodi razvijenoj za pripremu litijum-karbonata. U datom dokumentu o patentu, slane vode koje sadrže litijum su najpre na suncu pretvorene u paru (solar evaporation) i postale koncentrovane. Potom se dodavanjem Na2CO3izazvalo taloženje nečistog litijum karbonata. Nečisti litijum karbonat je na temperaturi između -15°C i 40 °C pod pritiskom od 0,7-20 atm ponovo uveden u reakciju sa CO2i pretvorio u Li HCO3visoke rastvorljivosti. U narednoj fazi, nerastvorene nečistoće izdvojene su filtracijom. Da bi se odstranile preostale rastvorene ne čistoće bora i drugih metala (Ca, Mg, Fe) korišćenje su smole. Na kraju litijum bikarbonat je pretvoren u Li2CO3i nataložio se sa minimum 99,6% čistoće.

U dokumentu o patentu Sjedinjenih američkih država broj US2015197830A1 koji zauzima mesto u postojećoj tehnici govori se o metodi dobijanja litijuma iz rastvora koji sadr ži litijum. Metoda koja je predmet tog pronalaska sadrži sledeće korake: izdvajanje rastvora koji sadrži litijum u rastvor koji sadrži monovalentni jon, odstranjivanje stranih materija iz rastvora koji sadrži monovalentni jon, izazivanje taloženja litijum fosfata rastvorenog u rastvoru koji sadrži monovalentni jon dodavanjem rastvoru koji sadrži monovalentni jon nekog materijala koji obezbeđuje fosfor.

Kada se analiziraju metode dobijanja litijuma koje postoje u tehnici, osetila se potreba za razvijanjem metode dobijanja litijuma u kojoj se odstranjuje bor iz sastava blagog rastvora kao boraks dekahidrat i u kojoj se u ovom procesu odstranjivanja ne koriste hemikalije organskog porekla i ekstrakcija te čnosttečnost ili smole koje modifikuju jone.

Ciljevi pronalaska

Cilj ovog pronalaska je realizacija metode izdvajanja litijuma u kojem se bor odstranjuje iz razre đenog rastvora boraksa kao boraks dekahidrat.

Drugi cilj ovog pronalaska je realizacija metode dobijanja litijuma u kojoj se odstranjuje bor iz sastava razređenog razstvora kao boraks dekahidrat i u kojoj se u ovom procesu odstranjivanja ne koriste hemikalije organskog porekla i ekstrakcija tečnost-tečnost ili smole koje menjaju jone.

Detaljno objašnjenje pronalaska

Metoda izdvajanja litijuma iz razređenih rastvora boraksa obuhvata sledeće korake:

- Smanjivanje početne zapremine rastvora koji sadrži 200-400 ppm Li<+>(razređen rastvor) vaporizacijom na 20-50%,

- Odstranjivanje boraks dekahidrata iz sredine filtriranjem gustog rastvora dobijenog vaporizacijom i hlađenjem ispod 25°C,

- Propuštanje kroz filter nečistoća u sredini dovođenjem pH vrednosti na nivo 10,5-12 nakon što se odstrani boraks dekahidrat

- Filtriranje zamućenja koje sadrži nečistoće nastale ponovnim zagrevanjem rastvora iz kojeg su odstranjeni bor i nečistoće,

- Potom po drugi put vaporizacija rastvora i dobijanje litijum karbonata (Li2CO3)čistoće 70% svođenjem zapremine na početku na 4-8%,

- Dobijanje Li2CO3 čistoće 99% upotrebom dejonizovane vode iznad 90°C (alternativno alkohola),

- Izazivanje taloženja litijum fosfata dodavanjem u sredinu natrijum fosfat dodekahidrata (Na3PO4.12H2o i dr) koji je izvor fostafa da bi se dobio litijum koji jeostao u rastvoru,

-sintetisanjem litijum fosfata (Li3PO4) sa minimum 70% čistoće koji je nataložen na temperaturi iznad 80°C.

Razređen rastvor koji se koristi u metodi koja je tema pronalaska pored boraksa sadrži i litijum. Uzimanjem boraks dekahidrata koji se nalazi u ovom rastvoru koji se očekuje u akumulacijama i njegovim uvođenjem u proizvodnju boraks dekahidrata povećaće se efikasnost. Pored toga, urađena je studija usmerena na sintetisanje hemikalija litijuma i zadovoljavanja potreba za litijumom u industriji doma ćim izvorima. Jedinjenja litijuma koja će se proizvoditi kao rezultat ove studije imaće svojstvo da se mogu upotrebiti u svim sektorima u kojima se koristi litijum. Pored svega toga, predviđenom vaporizacijom i ponovnim hranjenjem sistema smanjiće se znatno količina vode koja se troši u fabričkim proizvodnjama u kojima se koriste podzemne vode. Ovo je i ekonomičan i ekološki pristup.

Kada se analiziraju metode proizvodnje jedinjenja litijuma u celom svetu, uo čava se da se ta proizvodnja vrši iz slanih voda (salamure) ili mineralnih izvora kao što je spodumen. Kada se, međutim, detaljno analiziraju proizvodne metode sa ekonomskog stanovišta, salamure izbijaju u prvi plan i one se u gotovo celokupnoj proizvodnji litijumovih jedinjenja koriste kao sirovina. Podvrgavanjem salamura prirodnoj vaporizaciji povećava se koncentracija litijuma koja se u njima nalazi.

Dodavanjem sredini sode u prahu (Na2CO3) radi realizovanja proizvodnje litijum karbonata, litijum se iz forme hlorida pretvara u formu karbonata. U metodi koja je poznata kao tradicionalna, dobijanje litijuma je oko 50%. Proces proizvodnje varira 8-36 meseci zavisno od vremenskih uslova. Iz tog razloga dolazi do uskih grla u iznenadnim porastima tražnje.

Povrh toga, kada se analiziraju postojeći procesi proizvodnje, ne uočava se bilo kakva proizvodnja sa rastvorom sa visokim sadržajem bora koji mi koristimo u našim studijama. U rečenim proizvodnim procesima koriste se organski rastvarači kako bi se iz sredine mogao dobiti bor i kao finalni proizvod dolazi do sinteze borne kiseline. U metodi koja je predmet ovog pronalaska, prilikom izdvajanja litijuma, bor koji se nalazi u sredini odstranjuje se iz sredine kao boraks dekahidrat.

Tabela 1: Sadržaj razredjenog rastvora koji se koristi u metodi koja je predmet pronalaska

U proizvodnjama koje se vrše upotrebom tradicionalne metode potrebno je da odnosi Mg/Li i Ca/Li budu niski. Što su ti odnosi viši, to je viša hemijska cena koštanja koja je potrebna da bi se iz sredine uklonili kalcijum (Ca), litijum, (li) i magnezijum (Mg), a ekonomičnost procesa se gubi. Uz to, povećanje odnosa SO4/Li prouzrokuje da se u fazi formiranja koncentrovanog rastvora litijuma iz sredine odstranjuje litijum u obliku soli litijum sulfata i smanjuje učinak dobijanja litijuma. Iz tog razloga moguće je da je potrebno da se sulfati koji se nalaze u sredini odstrane pre izdvajanja jedinjenja litijuma.

Ukoliko se želi proizvodnja litijuma tradicionalnim metodama iz razređenog rastvora boraksa što je u metodi koja je predmet pronalaska:

Kada se koriste kalcijum hlorid (CaCl2) ili kalcijum hidroksid (Ca(OH)2), kao što je u tradicionalnim metodama, radi uklanjanja sulfata (SO4), ekonomski dragoceni natrijum borati koji se u visokom odnosu nalaze u sredini mogu se pretvoriti u manje vredne borate koji sadrže kalcijum.

U slučaju da se organskim rastvaračima, kao što je to u tradicionalnim metodama, dobija bor u velikim količinama koji se nalaze u blagim rastvorima boraksa, povećaće se cena a i to će predstavljati rizik da organske nečistoće zagade proces proizvodnje boraksa.

Metodom koja je predmet pronalaska, jedinjenja litijuma za kojima industrija ima potrebu, mogu da se sintetišu iz domaćih izvora. Osim toga, bor i voda koji se nalaze u viškovima rastvora u fabrikama biće vraćeni u sistem. Predloženom metodom dobijanje litijuma se može povećati sa 50%, kako je po metodi taloženja koja predstavlja tradicionalnu metodu, na vi še od 85%. Za razliku od postojećih metoda, umesto borne kiseline uz proizvodnju litijuma proizvode se i jedinjenja natrijum borata.

Prema tome,

U okviru ovog pronalaska, rastvor boraksa snižavanjem početne zapremine na 20-50% i filtirranjem hladi se do ispod 25°C. Mera početne zapremine 20-50% je važna zato što litijum u sredini treba da se tokom kristalizacije ne izvlači zajedno sa borom. Tako se odstranjuje boraks dekahidrat koji se u njemu nalazi i postepeno smanjuje puferski uticaj boraksa u sredini.

Nakon što se boraks odstrani iz sredine, dovođenjem pH vrednosti rastvora na nivo 10,5-12, nečistoće u sredini se provlače kroz filter. Činjenica da tu nema primene filtracije sprečava nukleaciju kristala boraksa u obliku dekahidrata i njegovo taloženje. A veliki sadržaj bora koji će se naći u sredini usled dekahidrata koji se ne taloži sprečava kristalnu nukleaciju litijum karbonata i ne proizvodi litijum karbonat.

Ustanovljeno je da u slučaju da je pH vrednost u naznačenim rasponima nema potrebe dodavati bilo kakav hemijski izvor. Razlog za to je uticaj natrijum karbonata na pH koji se koristi u na šem procesu proizvodnje i koji se nalazi u rastvoru. Prilikom regulisanja pH po potrebi se mogu koristiti natrijum hidroksid (NaOH) ili natrijum karbonat (Na2CO3). Regulisanjem pH se iz sredine eliminušu nečistoće poput kalcijuma (Ca), magnezijuma (Mg) i stroncijuma (Sr) koji se u njoj nalaze.

Zamućenje koje sadrži nečistoću nastalu ponovnim zagrevanjem rastvora iz koga su uklonjeni bor i nečistoće će biti filtrirano. Potom se rastvor ponovo vaporizuje i zapremina koja je bila na početku dovede do 4-8%, da bi se dobio litijum karbonat (Li2CO3) čistoće 70%. Kad je reč o većem ili manjem stepenu vaporizacije, nije moguće dostići željeni stepen dobijanja litijuma i čistoću litijum karbonata. Potom se korišćenjem dejonizovane vode iznad 90°C (alternativno alkohola) dobija Li2CO3čistoće 99%. Nivo navedene poslednje vaporizacije je takav da sulfati iz sredine ne mogu uticati na dobijanje litijuma.

Ponovna vaporizacija da bi se iz sredine izvukao litijum karbonat koji je nenatalo žen u rastvorljivom stanju ostao u rastvoru nije moguća zbog drugih jedinjenja u sredini (SO4, B, Na, CO3). Iz tog razloga se dodavanjem izvora fosfata (Na3PO4.12H2O) u sredinu radi dobijanja litijuma koji je u rastvoru ostao izaziva taloženje litijum fosfata (Li3PO4). Li3PO4čije je taloženje izazvano na temperaturi iznad 80°C je čistoće minimum 70%.

Kada se u tom kontekstu razmišlja, dobijanjem najmanje 85% sastava litijuma koji je bio na početku došlo se do višeg procenta dobijanja u odnosu na tradicionalne metode.

Ako treba sumirati koristi koje se dobijaju metodom koja se primenjuje u ovom pronalasku:

- Dobiće se ekonomski vredan bor koji postoji u slabom rastvoru. Na taj način će se povećati produktivnost u fabrikama boraksa.

- Sintetisanjem jedinjenja litijuma koja imaju visoku ekonomsku vrednost metodom svojstvenom na šoj zemlji, različitom od metoda proizvodnje u svetu, smanjiće se zavisnost od inostranstva. U tom okviru, u našoj zemlji će se prvi put industrijski proizvoditi litijumova jedinjenja.

- Biće smanjen prostor za skladištenje slabog rastvora, čime će se smanjiti troškovi za veštačka jezera čije povećavanje ima visoku cenu koštanja.

- Minimiziraće se šteta koja se nanosi okolini prevelikom upotrebom vode tako što će se voda koja se koristi u fabrikama ponovo iskoristiti.

- Izdvajanjem najmanje 85% količine litijuma koji se nalazi u blagom rastvoru iz sredine u vidu jedinjenja litijuma prevaziđen je procenat u tradicionalnim metodama (~50%).

7

Claims (1)

1. PATENTNI ZAHTEV

   Postupak dobijanja litijuma iz razređenih rastvora boraksa naznačen time što sadrži sledeće korake:

   - Smanjivanje početne zapremine rastvora koji sadrži 200-400 ppm Li<+>i odnosom Mg/Li 0-4, SO4/Li 3.5-17.5, Ca/Li 0-0.4 i B/Li 7.3-233 vaporizacijom na 20-50 %,

   - Odstranjivanje boraks dekahidrata iz sredine filtriranjem gustog rastvora dobijenog vaporizacijom i hlađenjem ispod 25°C,

   - Propuštanje kroz filter nečistoća u sredini dovođenjem pH vrednosti na nivo 10,5-12 nakon što se odstrani boraks dekahidrat

   - Filtriranje zamućenja koje sadrži nečistoće nastale ponovnim zagrevanjem rastvora iz kojeg su odstranjeni bor i nečistoće,

   - Potom drugi put vaporizacija rastvora i dobijanje litijum karbonata (Li2CO3) čistoće 70 % svođenjem zapremine na početku na 4-8 %,

   - Dobijanje Li2CO3čistoće 99 % upotrebom dejonizovane vode iznad 90°C (alternativno alkohola),

   - Izazivanje taloženja litijum fosfata dodavanjem u sredinu natrijum fosfat dodekahidrata (Na3PO4.12H20i dr) koji je izvor fostafa na temperaturi iznad 80°C da bi se dobio litijum koji je ostao u rastvoru, u obliku litijum fosfata (Li3PO4) sa minimum 70 % čistoće.

   Izdaje i štampa: Zavod za intelektualnu svojinu, Kneginje Ljubice 5, 11000 Beograd

   8