Способ обезвоживания тригидрата перхлората лития

 

Использование: соли хлорной кислоты, в частности тригидрат перхлората лития находит применение в качестве электролитной соли при изготовлении химических источников тока. Сущность: способ обезвоживания тригидрата перхлората лития до содержания влаги менее 0,05% осуществляют в аппарате с воздушной средой при 50 - 60^oC, температуру поднимают до значения критической точки воды 3745^oC и выдерживают при этих условиях не менее 5 мин, после чего полученный плав перхлората лития переносят в бокс с осушенным воздухом и после затвердевания истирают. 1 ил.

Соли хлорной кислоты получили широкое применение при изготовлении химических источников тока, причем основным требованием к качеству солей является отсутствие влаги.

Описан способ обезвоживания перхлората лития с помощью СВЧ-техники. Обезвоживание перхлората лития производится либо действием электромагнитного поля СВЧ-диапазона, либо действием низкотемпературной плазмы СВЧ-разряда при пониженном давлении. Применение СВЧ-техники в технологических процессах и обезвоживание материалов для химических источников тока может снизить энергозатраты и в целом заметно снизить себестоимость ХИТ. Данный способ имеет ряд недостатков - процесс дегидратации зависит от массы вещества, используемой для сушки, а в объеме кристаллов остаются пустоты после удаления влаги, то есть изменяется структура вещества (Обезвоживание перхлората лития с помощью СВЧ-техники. /Тучин В.А., Солдатенко В.А., Малей М.Д., Заборов С.В., Митин Б.С. Поляков В.А.//Электротехника, 1991, N 8, с. 68-70).

Наиболее близким по сути следует считать авт.св. СССР N 1713885, кл. C 01 D 15/04, 1990 (прототип), согласно которому тригидрат перхлората лития сушат в кипящем слое от начальной температуры 50-60^oC со скоростью подъема 1,0-1,5^oC/мин в течение 50-60 мин, после чего досушивают в кипящем слое 50-60 мин при 200-220^oC. Содержание влаги снижается до уровня менее 0,05% при повышении производительности процесса в 10 раз.

Основным недостатком описанного способа является оплавление перхлората лития, то есть переход в другое агрегатное состояние при определенном содержании влаги и определенной температуре. При увеличении температуры с 50-60^oC со скоростью 1-1,5^oC/мин в течение 60 мин мы получим 110-120^oC, то есть температуру, при которой удаляется только 2 молекулы воды (Плющев В.Е., Степин Б.Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. - М.: Химия, 1970, 408 с.). А при содержании влаги в образце менее 14% образуется эвтектика с температурой плавления 140^oC, то есть повышение температуры по предлагаемому способу до 200-220^oC приведет к оплавлению продукта и остановке кипения слоя, а также самого процесса удаления влаги.

Задачей, которую решает предлагаемый способ является резкое сокращение времени сушки и повышение ее эффективности. Эта задача решается тем, что в аппарате любого типа с осушенным воздухом сушку ведут от начальной температуры 50-60^oC, поднимая ее до значения критической точки воды (3745^oC), выдерживая при этих условиях не менее 5 мин, после чего полученный плав перхлората лития переносят в ступку в боксе с осушенным воздухом и после затвердевания плав истирают.

Особенностью предлагаемого способа является использование для удаления влаги критической точки воды. При температуре, отвечающей этой точке, величины, характеризующие физические свойства жидкости и пара, становятся одинаковыми, так как различие между жидким и парообразным состоянием исчезает. Существование критической точки установил в 1860 г. Д.И. Менделеев, изучая свойства жидкостей. Он показал, что при температурах, лежащих выше критической, вещество не может находиться в жидком состоянии (Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. - М.: Химия, 1981), то есть связи кристаллизационной влаги в данной точке с веществом наиболее ослаблены и поэтому отгонка влаги потоком осушенного воздуха наиболее эффективна.

Содержание влаги в образцах после обработки при температуре критической точки менее 0,05%.

Сложностью в осуществлении данного процесса является использование температурной области, близкой к началу термического разложения перхлората лития. По литературным данным АХЛ плавится при 247^oC и не разлагается с заметной скоростью до тех пор, пока температура не поднимется выше 400^oC (Шумахер И. Перхлораты, свойства, производство, применение. - М.: 1963, 274 с.; Остроушко Ю. И. и др. Литий, его химия и технология. - М.: 1960, 200 с.; Плющев В. Е., Степин Б.Д. Химия и технология соединений лития, рубидия, цезия. - М.: Химия, 1970, 408 с.).

Проведенными опытами показано, что разложения образца после обработки при температуре критической точки воды не наблюдается, что связано, по-видимому, с использованием всей энергии на отрыв и удалением влаги из тригидрата перхлората лития.

На чертеже приведены кривые дифференциально-термического анализа (ДТА) образцов с различным содержанием влаги, где 1 - исходный LiClO₂, 2 - эвтектика LiClO₄-LiClO₄H₂O, 3, 4, 5 - LiClO₄ с содержанием воды 0,5, 0,1, 0,05% соответственно.

Как видно из чертежа, только на кривой образца, обработанного при температуре критической точки воды, отсутствует эффект плавления эвтектики 144^oC, что является свидетельством отсутствия влаги в образце. При анализе образцов на содержание иона Cl^- установлено его отсутствие, то есть разложение не наблюдается.

Следует отметить также, что при нагреве образцов тригидрата перхлората лития до 200^oC наблюдается изменение цвета из белого в серый, что связано с обуглероживанием органических примесей. Предлагаемый способ позволяет получить кристаллы белого цвета за счет полного сгорания примесей при температуре критической точки воды.

Предлагаемый способ сушки кристаллогидратов можно считать универсальным, так как он будет эффективен для сушки любых соединений, температура разложения которых выше критической точки воды.

Пример 1. Для сушки брали 10 г тригидрата перхлората лития с содержанием воды 34% и помещали в аппарат фильтрующего слоя с воздушным дутьем при температуре 50-60^oC. После этого постепенно поднимали температуру до 3745^oC и при этой температуре выдерживали 5 мин. Полученный плав переносили в бокс с осушенным воздухом, выливали в ступку, после затвердевания плав измельчали и анализировали на содержание влаги.

Содержание воды 0,05%.

Пример 2. Для сушки брали 10 г тригидрата перхлората лития с содержанием воды 34% и помещали в аппарат фильтрующего слоя с воздушным дутьем при температуре 50-60^oC. После этого постепенно поднимали температуру до 3745^oC и при этой температуры выдерживали 15 мин. Полученный плав переносили в бокс с осушенным воздухом, выливали в ступку, после затвердевания плав измельчали и анализировали содержание влаги.

Содержание воды менее 0,05%.

Формула изобретения

Способ обезвоживания тригидрата перхлората лития до содержания влаги менее 0,05% в аппарате с воздушной средой, включающий сушку от начальной температуры 50 - 60^oC, отличающийся тем, что температуру поднимают до значения критической точки воды 374 5^oC, выдерживая при этих условиях не менее 5 мин, после чего полученный плав перхлората лития переносят в бокс с осушенным воздухом и после затвердевания истирают.

РИСУНКИ

Рисунок 1