Способ получения металлического лития и установка для его осуществления - RU2020119057A

1. Способ получения металлического лития, включающий электролиз расплава эвтектики LiCl - KCl в каскаде параллельно работающих бездиафрагменных электролизеров с выводом образующегося на катодах электролизеров металлического лития, вводом в анодную область электролизеров эквивалентных количеств безводного хлорида лития и удалением из анодных зон электролизеров хлора в виде потоков хлорвоздушных смесей объединяемых в общий хлорвоздушный поток, очищаемый перед выбросом в атмосферу путем ступенчатого контакта объединенного хлорвоздушного потока с абсорбентами хлора, отличающийся тем, что электролиз в бездиафрагменных электролизерах ведут в режиме регулярной циркуляции расплава эвтектики исключающей образование застойных зон на поверхности расплава электролита, с не контролируемым накоплением в них металлического лития, которая обеспечивается путем постоянного направленного движения через расплав эвтектики газообразного анодного хлора, достигаемого формой и количеством катодов, расположенных вокруг анодного блока, в теле которого проложены каналы для удаления анодного хлора, а общий хлорвоздушный поток вначале очищают от частиц выносимой из электролизера эвтектики путем противоточного контакта с распылом обессоленной воды в многоярусном полом абсорбере с получением водного раствора солей LiCl+KCl, который затем обезвоживают и, после корректировки состава, возвращают на электролиз, а очищенный от эвтектики хлорвоздушный поток делят посредством коллектора и запорно-регулировочных шиберов на равные независимые индивидуальные потоки в количестве равном количеству электролизеров в рабочем каскаде, и каждый из потоков отдельно направляют в индивидуальную газоочистную цепочку на операцию базовой очистки от хлора путем двухступенчатой абсорбции в противоточно-циркуляционном режиме в тарельчатых абсорберах, а прошедшие базовую очистку от хлора индивидуальные газовые потоки вновь объединяют и подают на санитарную обработку в полый скруббер с многоярусным орошением с использованием в качестве орошающих абсорбентов исходных растворов LiOH или NaOH или (NH₂)₂CO или пульпы Li₂СО₃, применяемых после прохождения стадии санитарной обработки объединенного газового потока в качестве абсорбентов на операции базовой очистки в индивидуальных газоочистных цепочках.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для подпитки эвтектики бездиафрагменных электролизеров используют безводный хлорид лития, получаемый обезвоживанием раствора хлорида лития образующегося в качестве конечного продукта абсорбции хлора на первых ступенях индивидуальных газоочистных цепочек базовой очистки хлорвоздушных потоков при использовании в качестве щелочного абсорбента водного раствора гидроксида лития в присутствии карбамида, исходя из мольного отношения Cl₂ : LiOH : (NH₂)₂CO = 1 : 1 : 1/3 или водной пульпы карбоната лития в присутствии карбамида, исходя из мольного отношения Cl₂ : Li₂СО₃ : (NH₂)₂CO = 1 : 1 : 1/3, при этом исходный водный раствор LiOH или водную пульпу Li₂СО₃ в объемах необходимых для полного улавливания анодного хлора подают вначале в качестве абсорбентов на санитарную обработку прошедшего базовую очистку от хлора объединенного газового потока хлорвоздушной смеси в полый скруббер с многоярусным орошением, а после прохождения стадии санитарной обработки используют в качестве абсорбентов на операции базовой очистки предварительно равномерно распределив по индивидуальным газоочистным цепочкам.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для подпитки эвтектики бездиафрагменных электролизеров используют безводный товарный хлорид лития или безводный хлорид лития, получаемый обезвоживанием хлорида лития моногидрата, произведенного из литиеносных природных рассолов по патенту RU № 2659968, а для очистки хлорвоздушных потоков в качестве исходного щелочного абсорбента применяют водный раствор NaOH концентрацией 270 – 280 кг/м³, или водный раствор карбамида концентрацией 30-35 кг/м³ получая в качестве конечных продуктов абсорбции хлора соответственно раствор гипохлорита натрия с содержанием активного хлора 180 – 190 кг/м³, или водный раствор соляной кислоты концентрацией 115-125кг/м³, при этом исходный водный раствор NaOH или исходный водный раствор карбамида в объемах необходимых для полного улавливания анодного хлора подают в начале в качестве абсорбентов на санитарную обработку прошедшего базовую очистку от хлора объединенного газового потока хлорвоздушной смеси в полый скруббер с многоярусным орошением, а после прохождения стадии санитарной обработки используют в качестве абсорбентов на операции базовой абсорбционной очистки от хлора, предварительно равномерно распределив по индивидуальным газоочистным цепочкам.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подпитку эвтектики бездиафрагменных электролизеров ведут безводным хлоридом лития, полученным смешением безводного товарного хлорида лития или безводного хлорида лития, полученного из литиеносных природных рассолов по патенту RU № 2659968 с безводным хлоридом лития, полученным из заданной массовой доли анодного хлора путем сушки раствора LiCl, образующегося в качестве конечного продукта абсорбции хлора на первых ступенях соответствующего количества индивидуальных газоочистным цепочек базовой абсорбционной очистки индивидуальных хлорвоздушных потоков при использовании в качестве щелочного абсорбента, подаваемого на вторые ступени абсорбции этих цепочек, водного раствора гидроксида лития в присутствии карбамида, исходя из мольного отношения Cl₂ : LiOH : (NH₂)₂CO = 1 : 1 : 1/3 или водной пульпы карбоната лития исходя из мольного отношения Cl₂ : Li₂СО₃ : (NH₂)₂CO = 1 : 1 : 1/3, а остальную часть анодного хлора улавливают на других индивидуальных газоочистным цепочках базовой абсорбции путем подачи в заданное количество этих цепочек водного раствора карбамида концентрацией 30-35 кг/м³ с получением на них водного раствора соляной кислоты концентрацией 115-125кг/м³ и путем подачи в остальные индивидуальные газоочистные цепочки базовой абсорбции хлора раствора NaOH для получения на этих цепочках раствора гипохлорита натрия с содержанием активного хлора 180-190 кг/м³, при этом санитарную обработку объединенного после базовой абсорбционной очистки от хлора потока хлорвоздушной смеси ведут в полом скруббере с многоярусным орошением исходным раствором NaOH концентрацией 270-280 кг/м³ в режиме циркуляции с отбором после санитарной обработки части абсорбционного раствора в объеме необходимом для подачи на вторые ступени абсорбции индивидуальных газоочистных цепочек базовой абсорбции используемых для получения на них в качестве конечного продукта абсорбции хлора раствора гипохлорита натрия с содержанием активного хлора 180-190 кг/м³, компенсируя отбираемое после санитарной обработки количество абсорбента добавлением в скруббер санитарной обработки эквивалентного количества свежего раствора NaOH концентрацией 270-280 кг/м³.

5. Установка получения металлического лития, включающая в себя: ряд электролизеров в количестве n штук, включая резервный электролизер, каждый из которых содержит охлаждаемый металлический корпус в форме перевернутого усеченного конуса, аноды и катоды, образующие электродную группу, погруженную в расплав эвтектики солей LiCl и KCl, устройство для загрузки хлорида лития, и систему удаления анодного хлора в виде хлорвоздушной смеси; газовый коллектор, объединяющий хлорвоздушные потоки, удаляемые с каждого электролизера, соединенный своими патрубками с соответствующими выходными патрубками систем удаления анодного хлора, оборудованными запорно-регулирующими шиберами; полый абсорбер с уравнивающим шибером на входе для очистки объединенного потока хлорвоздушной смеси от возгонов эвтектики; бак циркуляционного раствора уловленной эвтектики с регулятором уровня; циркуляционный насос раствора эвтектики; насос для вывода раствора эвтектики на переработку; источник деминерализованной воды, соединенный посредством трубопровода через регулятор уровня с баком циркуляционного раствора уловленной эвтектики; систему переработки выводимого раствора эвтектики, включающую выпарной аппарат, кристаллизатор и узел приема сушки и транспортировки сухой эвтектики; систему абсорбционной очистки хлорвоздушной смеси от хлора, представляющую собой две параллельные очистные цепочки, составленные из последовательно соединенных трубопроводами ступеней очистки, каждая из которых состоит из абсорбера, циркуляционного бака абсорбента, циркуляционного насоса абсорбента связанных посредством трубопроводов с входными патрубками абсорберов, холодильников абсорбента; бака накопителя раствора хлорида лития; насоса для перекачки хлорида лития; печь кипящего слоя для сушки хлорида лития; источник теплоносителя; узел приема и транспортировки безводного хлорида лития; узел приготовления и транспортировки раствора гидроксида лития в составе растаривателя, опрокидывателя, реактора с мешалкой для растворения моногидрата гидроксида лития, бака накопителя концентрированного раствора гидроксида лития, насоса для перекачки концентрированного раствора гидроксида лития; вентагрегата для транспортировки воздушного потока после очистки хлорвоздушной смеси от хлора, отличающийся тем, что установка содержит: один резервный электролизер в ряду из n+1 электролизеров; туманоуловитель, соединенный посредством газохода своим входным патрубком с выходным газовым патрубком полого скруббера очистки объединенного потока хлорвоздушной смеси от возгонов эвтектики и имеющий слив образующегося конденсата через трубопровод в бак циркуляционного раствора эвтектики; бак деминерализованной воды, оборудованный регулятором уровня деминерализованной воды, соединенный посредством трубопроводов с источником деминерализованной воды напрямую и, через насос для подачи деминерализованной воды, с центробежной промывочной форсункой, установленной в газоходе между полым скруббером для очистки объединенного хлорвоздушного потока от возгонов эвтектики и туманоуловителем; распределительный газовый коллектор очищенного от возгонов эвтектики объединенного потока хлорвоздушной смеси, соединенный газоходом с выходным газовым патрубком туманоуловителя и имеющий n+1 выходных патрубков; вентагрегаты для транспортировки индивидуальных потоков очищенного от возгонов эвтектики потока хлорвоздушной смеси в количестве n+1 штук, соединенные посредством газоходов своими всасывающими патрубками через запорно-регулирующие шиберы с соответствующими выходными патрубками распределительного коллектора; двух ступенчатые цепочки базовой очистки индивидуальных потоков хлорвоздушной смеси от хлора в количестве n+1 цепочек, каждая из которых состоит из тарельчатого абсорбера первой ступени очистки, соединенного посредством газохода своим входным газовым патрубком через запорно-регулировочный шибер с выходным патрубком соответствующего вентагрегата для транспортировки индивидуального потока очищенной от эвтектики хлорвоздушной смеси, а выходным газовым патрубком с входным газовым патрубком тарельчатого абсорбера второй ступени очистки; вентагрегаты в количестве n+1 штук для транспортировки индивидуальных воздушных потоков после базовой абсорбционной очистки от хлора индивидуальных потоков хлорвоздушной смеси, соединенные посредством газоходов своими всасывающими патрубками с выходными газовыми патрубками тарельчатых абсорберов вторых ступеней цепочек базовой очистки индивидуальных потоков хлорвоздушной смеси от хлора; газовый коллектор объединяющий индивидуальные воздушные потоки после базовой очистки от хлора, соединенный посредством газоходов своими входными патрубками через запорно-регулировочные шиберы с соответствующими выходными газовыми патрубками тарельчатых абсорберов вторых ступеней цепочек базовой очистки индивидуальных потоков хлорвоздушной смеси от хлора; полый скруббер санитарной щелочной обработки объединенного воздушного потока, соединенный своим входным газовым патрубком с выходом газового коллектора объединяющего индивидуальные воздушные потоки после базовой очистки от хлора; туманоуловитель щелочной дисперсии, соединенный посредством газоходов своим входным патрубком с выходным газовым патрубком полого скруббера для санитарной щелочной обработки объединенного воздушного потока, а выходным патрубком через запорно-регулировочные шиберы - с всасывающими патрубками рабочего и резервного вентагрегатов для удаления воздушного потока после щелочной санитарной обработки, соединенными посредством газоходов своими выходными патрубками через выбросную трубу с атмосферой; бак абсорбента полого скруббера для щелочной санитарной обработки объединенного воздушного потока, сливной патрубок которого связан посредством трубопроводов напрямую со сливом туманоуловителя щелочной дисперсии, а через насосы и запорно-регулировочную арматуру с системой распылительных форсунок; дозировочный бак раствора гидроксида натрия, связанный посредством трубопроводов через насос, гидроаккумулятор, запорно-регулировочную арматуру и регуляторы уровня с циркуляционными баками абсорбента вторых ступеней цепочек базовой очистки индивидуальных потоков хлорвоздушной смеси от хлора, посредством трубопроводов и запорно-регулировочной арматуры с емкостью для приготовления литийсодержащего щелочного абсорбента, а через него с баком абсорбента полого скруббера щелочной санитарной обработки объединенного воздушного потока и баком для приготовления рабочего раствора гидроксида натрия; реактор с мешалкой для растворения карбамида в комплексе с опрокидывателем и растаривателем, соединенный через насос с расходным баком концентрированного раствора карбамида; емкость для приготовления рабочего раствора карбамида, соединенную посредством трубопроводов и запорно-регулировочной арматуры с баком для приготовления исходного абсорбента, а через насос с баком абсорбента полого скруббера щелочной санитарной обработки объединенного воздушного потока и емкостью для приготовления литий содержащего щелочного абсорбента; источник пресной воды, соединенный посредством трубопровода и запорно-регулировочной арматуры с баком для приготовления исходного абсорбента, баком для приготовления рабочего раствора гидроксида натрия, с реактором с мешалкой для растворения карбамида, с реактором с мешалкой для растворения гидроксида лития в комплексе с опрокидывателем и растаривателем, с реактором с мешалкой для растворения гидроксида натрия в комплексе с опрокидывателем и растаривателем, с реактором с мешалкой для приготовления пульпы карбоната лития в комплексе с опрокидывателем и растаривателем; бак накопитель раствора гипохлорита натрия, связанный посредством трубопроводов и запорно-регулировочной арматуры через насос и холодильник для охлаждения раствора гипохлорита натрия с узлом выдачи потребителю раствора гипохлорита натрия, посредством трубопроводов, запорно-регулировочной арматуры и газоходов с баком накопителем соляной кислоты, баком накопителем раствора хлорида лития, посредством трубопроводов и запорно-регулировочной арматуры через гидрозатворы с выходными патрубками абсорбента тарельчатых абсорберов первых ступеней цепочек базовой очистки индивидуальных потоков хлорвоздушной смеси от хлора, посредством трубопроводов через запорно-регулирующую арматуру с циркуляционными баками тарельчатых абсорберов первых и вторых ступеней цепочек базовой очистки индивидуальных потоков хлорвоздушной смеси от хлора, связанных газоходами между собой и участками газоходов, соединяющими тарельчатые абсорберы первой и второй ступеней в каждой из цепочек базовой очистки индивидуальных потоков хлорвоздушной смеси от хлора, напрямую посредством трубопроводов, а также посредством газоходов с участками газоходов хлорвоздушной смеси, соединяющими тарельчатые абсорберы первой и второй ступеней в каждой из цепочек базовой очистки индивидуальных потоков хлорвоздушной смеси от хлора; устройство охлаждения и циркуляции хладагента, соединенное посредством трубопроводов с холодильниками абсорбента первых и вторых ступеней цепочек базовой очистки индивидуальных потоков хлорвоздушной смеси от хлора и холодильником для охлаждения раствора гипохлорита натрия; узел выдачи потребителю раствора соляной кислоты, соединенный посредством трубопровода и запорно-регулировочной арматуры с баком накопителем раствора соляной кислоты; бак накопитель концентрированного раствора гидроксида лития, соединенный посредством трубопровода и запорно-регулировочной арматуры с емкостью для приготовления литийсодержащего щелочного абсорбента, а через насос с баком для приготовления исходного абсорбента; бак накопитель концентрированного раствора гидроксида натрия, соединенный посредством трубопровода и запорно-регулировочной арматуры с реактором с мешалкой для приготовления раствора гидроксида натрия, а через насос с баком для приготовления рабочего раствора гидроксида натрия; бак накопитель пульпы карбоната лития, соединенный посредством трубопровода и запорно-регулировочной арматуры с реактором с мешалкой для приготовления пульпы карбоната лития, а через насос с баком для приготовления исходного абсорбента.

6. Установка получения металлического лития по п.5, отличающаяся тем, что электродная группа в электролизерах, расположена по центру электролизеров и выполнена из одного анодного блока, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда и расположенных вокруг него катодов, приваренных ко дну электролизера, при этом анодный блок имеет в верхней части вдоль оси анода соединенный с хлорным газоходом продольный канал, имеющий выходы на четыре боковые поверхности анодного блока выше уровня электролита в электролизере для удаления выделяющегося в процессе электролиза хлора, а катоды, либо представляют собой стальные листы в форме прямоугольной трапеции, приваренные ко дну электролизера по стороне перпендикулярной основаниям трапеции вдоль боковых поверхностей анода таким образом, чтобы торец катода соответствующий длинному основанию трапеции находился в одной плоскости с боковой поверхностью анода, перпендикулярной плоскости катода, причем длина катода соответствующая стороне приваренной ко дну электролизера больше поперечного размера анодного блока, и катоды расположены таким образом, чтобы торец катода соответствующий длинному основанию трапеции располагался у торца соседнего катода соответствующего короткому основанию трапеции, либо катоды изготовлены из стальных пластин, приваренных ко дну электролизера таким образом, чтобы они в совокупности по конфигурации представляли собой полый усеченный прямоугольный параллелепипед, при этом расстояния между боковыми поверхностями анода и катодами одинаковы по всему периметру анода, а в нижней части катодных пластин выполнены отверстия для обеспечения циркуляции электролита через межэлектродное пространство.