stringtranslate.com

Карбонат лития

Карбонат лития — неорганическое соединение , литиевая соль угольной кислоты с формулой Li.
2СО
3. Эта белая соль широко используется при обработке оксидов металлов. Он включен в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения [7] за свою эффективность в лечении расстройств настроения , таких как биполярное расстройство . [8] [7]

Использование

Карбонат лития является важным промышленным химикатом . Его основное применение — в качестве предшественника соединений, используемых в литий-ионных батареях.

Стекла, полученные из карбоната лития, используются при изготовлении посуды. Карбонат лития является распространенным ингредиентом керамической глазури как для тугого, так и для сильного обжига . Образует легкоплавкие флюсы с кремнеземом и другими материалами. Его щелочные свойства способствуют изменению состояния красителей из оксидов металлов в глазури , особенно из красного оксида железа ( Fe
2О
3). Цемент схватывается быстрее, если он приготовлен с карбонатом лития, и его можно использовать для клеев для плитки . При добавлении к трифториду алюминия он образует LiF , который является превосходным электролитом для обработки алюминия . [9]

Аккумуляторы

Соединения, полученные из карбоната лития, имеют решающее значение для литий-ионных аккумуляторов . Карбонат лития можно превратить в гидроксид лития в качестве промежуточного продукта. На практике два компонента батареи изготавливаются из соединений лития: катод и электролит . Электролитом является раствор гексафторфосфата лития , а в качестве катода используется одна из нескольких литированных структур, наиболее популярными из которых являются оксид лития-кобальта и фосфат лития-железа .

Цены на литий

Медицинское использование

В 1843 году карбонат лития использовали для лечения камней в мочевом пузыре . В 1859 году некоторые врачи рекомендовали терапию солями лития при ряде заболеваний , включая подагру , мочевые камни , ревматизм , манию , депрессию и головную боль .

В 1948 году Джон Кейд обнаружил антиманиакальное действие ионов лития. [10] Это открытие привело к использованию карбоната лития в качестве психиатрического препарата для лечения мании, повышенной фазы биполярного расстройства . Карбонат лития, отпускаемый по рецепту из аптеки , пригоден для использования в качестве лекарства для людей, но промышленный карбонат лития не подходит, поскольку он может содержать небезопасные уровни токсичных тяжелых металлов или других токсикантов . После приема внутрь карбонат лития диссоциирует на фармакологически активные ионы лития (Li + ) и (нетерапевтический) карбонат , при этом 300  мг карбоната лития содержат примерно 8  мг-экв (8  ммоль ) ионов лития. [8] По данным Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), 300–600 мг карбоната лития, принимаемые два-три раза в день, типичны для поддержания биполярного расстройства I типа у взрослых, [8] при этом точная доза варьируется в зависимости от факторов. такие как концентрации лития в сыворотке пациента, которые должны тщательно контролироваться врачом, чтобы избежать токсичности лития и потенциального повреждения почек (или даже почечной недостаточности ) из-за индуцированного литием нефрогенного несахарного диабета . [11] [8] Обезвоживание и некоторые лекарства, включая НПВП , такие как ибупрофен , могут повысить концентрацию лития в сыворотке крови до небезопасного уровня, тогда как другие лекарства, такие как кофеин , могут снизить концентрацию. В отличие от элементарных ионов натрия , калия и кальция , не существует известного клеточного механизма, специально предназначенного для регулирования внутриклеточного лития. Литий может проникать в клетки через эпителиальные натриевые каналы . [12] Ионы лития мешают процессам транспорта ионов (см. « Натриевый насос ») , которые передают и усиливают сообщения, передаваемые клеткам мозга. [13] Мания связана с нерегулярным повышением активности протеинкиназы C (PKC) в головном мозге. Карбонат лития и вальпроат натрия , еще один препарат, традиционно используемый для лечения этого заболевания, действуют на мозг, ингибируя активность ПКС, и помогают вырабатывать другие соединения, которые также ингибируют ПКС.[14] Свойства карбоната лития по контролю настроения до конца не изучены. [15]

Риск для здоровья

Прием солей лития имеет риски и побочные эффекты. Известно, что длительное использование лития для лечения психических расстройств приводит к приобретенному нефрогенному несахарному диабету . [16] Интоксикация литием может повлиять на центральную нервную систему и почечную систему и может привести к летальному исходу. [17] В течение длительного периода литий может накапливаться в основных клетках собирательных трубочек и влиять на выработку антидиуретического гормона (АДГ), который регулирует водопроницаемость основных клеток собирательных трубочек. [12] Медуллярный интерстиций системы собирательных трубочек естественным образом имеет высокую концентрацию натрия и пытается поддерживать ее. Не существует известного механизма, позволяющего клеткам отличать ионы лития от ионов натрия, поэтому может произойти повреждение нефронов почек, если концентрация лития становится слишком высокой в ​​результате обезвоживания , гипонатриемии , диеты с необычно низким содержанием натрия или приема некоторых лекарств.

Красный пиротехнический краситель

Карбонат лития используется для придания фейерверкам красного цвета . [18]

Свойства и реакции

В отличие от карбоната натрия , образующего как минимум три гидрата , карбонат лития существует только в безводной форме. Его растворимость в воде низкая по сравнению с другими солями лития. Выделение лития из водных экстрактов литиевых руд позволяет извлечь выгоду из этой плохой растворимости. Его кажущаяся растворимость увеличивается в 10 раз под небольшим давлением углекислого газа ; этот эффект обусловлен образованием метастабильного бикарбоната лития , который более растворим: [9]

Ли
2СО
3+ СО
2+ Ч
2О ⇌ 2 LiHCO
3

Добыча карбоната лития при высоких давлениях CO
2и его осаждение при сбросе давления является основой Квебекского процесса.

Карбонат лития также можно очистить, используя его пониженную растворимость в горячей воде. Таким образом, нагревание насыщенного водного раствора вызывает кристаллизацию Li
2СО
3. [19]

Карбонат лития и другие карбонаты группы 1 плохо декарбоксилируются . Ли
2СО
3разлагается при температуре около 1300 °C.

Производство

Литий добывается в основном из двух источников: сподумена в пегматитовых месторождениях и солей лития в подземных рассолах . В 2020 году было произведено около 82 000 тонн, что свидетельствует о значительном и последовательном росте. [20]

Из подземных рассолов

В Салар-де-Атакама в пустыне Атакама на севере Чили из рассола производят карбонат и гидроксид лития. [21] [22]

В ходе этого процесса рассол, богатый литием, перекачивается из-под земли в неглубокие поддоны для испарения. Рассол содержит множество различных растворенных ионов, и по мере увеличения их концентрации соли выпадают в осадок из раствора и опускаются. Оставшуюся надосадочную жидкость используют на следующем этапе. Последовательность промывки может меняться в зависимости от концентрации ионов в конкретном источнике рассола.

В первой кастрюле кристаллизуется галит (хлорид натрия или поваренная соль). Это имеет небольшую экономическую ценность и выбрасывается. Надосадочную жидкость с постоянно увеличивающейся концентрацией растворенных твердых веществ последовательно переносят в ванну из сильвинита (хлорид натрия-калия), ванну из карналита (хлорид калия-магния) и, наконец, в ванну, предназначенную для максимизации концентрации хлорида лития. Процесс занимает около 15 месяцев. Концентрат (30-35% раствор хлорида лития) доставляется на Салар-дель-Кармен. Там бор и магний удаляются (обычно остаточный бор удаляется путем экстракции растворителем и/или ионного обмена, а магний - путем поднятия pH выше 10 с помощью гидроксида натрия ) [23] , а затем на заключительном этапе путем добавления карбоната натрия достигается желаемое значение. Карбонат лития осаждают, отделяют и обрабатывают.

Некоторые побочные продукты процесса выпаривания также могут иметь экономическую ценность.

В этом бедном водой регионе уделяется большое внимание использованию воды. SQM заказала анализ жизненного цикла (LCA), который пришел к выводу, что потребление воды для производства гидроксида и карбоната лития SQM значительно ниже, чем среднее потребление при производстве основного процесса переработки руды с использованием сподумена . Более общий ОЖЦ предполагает обратное для добычи из резервуаров. [24]

Большая часть производства рассола сосредоточена в « литиевом треугольнике » Южной Америки.

Из «геотермального» рассола

Потенциальным источником лития являются фильтраты геотермальных скважин , выносимые на поверхность. [25] Восстановление лития было продемонстрировано в полевых условиях; литий отделяют простым осаждением и фильтрацией. [26] Технологические и экологические затраты в первую очередь относятся к уже работающей скважине; Таким образом, чистое воздействие на окружающую среду может быть положительным. [27]

Компания Cornish Lithium утверждает, что рассол проекта United Downs Deep Geothermal Power возле Редрута ценен из-за высокой концентрации лития (220 мг/л) при низком уровне магния (<5 мг/л) и общего содержания растворенных твердых веществ <29 г/л. L, [28] и расходом 40-60л/с. [24]

Из руды

α-сподумен обжигают при 1100°C в течение 1 часа, чтобы получить β-сподумен, затем обжигают при 250°C в течение 10 минут с серной кислотой. [29] [21]

По состоянию на 2020 год Австралия была крупнейшим в мире производителем литиевых промежуточных продуктов [30] , все они основаны на сподумене.

В последние годы горнодобывающие компании начали разведку литиевых проектов по всей Северной Америке , Южной Америке и Австралии с целью выявления экономически выгодных месторождений, которые потенциально могут обеспечить новые поставки карбоната лития для удовлетворения растущего спроса на этот продукт. [31]

Из глины

В 2020 году Tesla Motors объявила о революционном процессе извлечения лития из глины в Неваде с использованием только соли и без кислоты. Это было встречено со скептицизмом. [32]

От аккумуляторов с истекшим сроком службы

Несколько небольших компаний занимаются переработкой отработанных батарей , уделяя особое внимание восстановлению меди и кобальта. Некоторые восстанавливают карбонат лития наряду с соединением Li 2 Al 4 (CO 3 )(OH) 12 ⋅3H 2 O. [33] [34] [35] [36]

Другой

В апреле 2017 года компания MGX Minerals сообщила, что получила независимое подтверждение своего процесса быстрой экстракции лития для извлечения лития и других ценных минералов из рассолов сточных вод нефти и газа .[37]

Было предложено извлечь литий из морской воды с помощью электродиализа , но это коммерчески нежизнеспособно. [38]

Естественное явление

Природный карбонат лития известен как забуелит . [39] Этот минерал связан с отложениями некоторых соленых озер и некоторых пегматитов . [40]

Рекомендации

  1. ^ Зейделл, Атертон; Линке, Уильям Ф. (1952). Растворимость неорганических и органических соединений . Ван Ностранд.
  2. ↑ Джон Рамбл (18 июня 2018 г.). Справочник CRC по химии и физике (99 изд.). ЦРК Пресс. стр. 5–188. ISBN 978-1-138-56163-2.
  3. ^ abcdef «карбонат лития». Химик.ру . 19 марта 2007 г. Проверено 2 января 2017 г.
  4. ^ Прадьот Патнаик. Справочник неорганических химикатов . МакГроу-Хилл, 2002, ISBN 0-07-049439-8 
  5. ^ abc Sigma-Aldrich Co. , Карбонат лития. Проверено 3 июня 2014 г.
  6. ^ Майкл Чемберс. «ChemIDplus - 554-13-2 - XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L - Карбонат лития [USAN: USP: JAN] - Поиск аналогичных структур, синонимы, формулы, ссылки на ресурсы и другая химическая информация». Chem.sis.nlm.nih.gov . Проверено 2 января 2017 г.
  7. ^ ab «Примерный список основных лекарственных средств ВОЗ» (PDF) . Всемирная организация здравоохранения . Октябрь 2013 . Проверено 22 апреля 2014 г.
  8. ^ abcd «Руководство по лечению карбонатом лития» (PDF) . FDA США . Архивировано (PDF) из оригинала 27 января 2022 года . Проверено 27 января 2022 г.
  9. ^ аб Ульрих Вительманн; Ричард Дж. Бауэр (2005). «Литий и литиевые соединения». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a15_393. ISBN 3-527-30673-0.
  10. ^ Кейд, JF (2000). «Соли лития в лечении психотического возбуждения. 1949». Бюллетень Всемирной организации здравоохранения . 78 (4): 518–520. ISSN  0042-9686. ПМК 2560740 . ПМИД  10885180. 
  11. ^ Амдисен А. (1978). «Клинический и сывороточный мониторинг при терапии литием и литиевой интоксикации». Дж. Анал. Токсикол . 2 (5): 193–202. дои : 10.1093/jat/2.5.193.
  12. ^ аб Лерма, Эдгар В. «Почечная токсичность лития». До настоящего времени . Проверено 8 марта 2022 г.
  13. ^ «Литий, литобид: факты о препарате, побочные эффекты и дозировка». Medicinenet.com . 17 июня 2016 г. Проверено 2 января 2017 г.
  14. ^ Йылдыз, А; Гулерюз, С; Анкерст, ДП; Онгур, Д; Реншоу, ПФ (2008). «Ингибирование протеинкиназы C при лечении мании: двойное слепое плацебо-контролируемое исследование тамоксифена» (PDF) . Архив общей психиатрии . 65 (3): 255–63. doi : 10.1001/archgenpsychiatry.2007.43 . ПМИД  18316672.[ постоянная мертвая ссылка ]
  15. ^ Карбонат лития в PubChem
  16. ^ Ричард Т. Тиммер; Джефф М. Сэндс (1 марта 1999 г.). «Литиевая интоксикация». Журнал Американского общества нефрологов . 10 (3): 666–674. дои : 10.1681/ASN.V103666 . ПМИД  10073618 . Проверено 2 января 2017 г.
  17. ^ Симард, М; Гумбинер, Б; Ли, А; Льюис, Х; Норман, Д. (1989). «Интоксикация карбонатом лития. Описание случая и обзор литературы» (PDF) . Архив внутренней медицины . 149 (1): 36–46. дои : 10.1001/archinte.149.1.36. PMID  2492186. Архивировано из оригинала (PDF) 26 июля 2011 г. Проверено 11 сентября 2010 г.
  18. ^ «Химия фейерверков».
  19. ^ Кейли, скорая помощь; Элвинг, П.Дж. (1939). «Очистка карбоната лития». Неорганические синтезы . Неорганические синтезы. Том. 1. С. 1–2. дои : 10.1002/9780470132326.ch1. ISBN 978-0-470-13232-6.
  20. ^ «Мировое производство лития в 2020 году».
  21. ^ ab «Устойчивое производство лития в Чили» (PDF) . КВ.М. _ КВ.М. _ Проверено 1 декабря 2020 г.
  22. ^ Телсниг, Томас; Потц, Кристиан; Хаас, Янник; Элтроп, Людгер; Пальма-Бенке, Родриго (2017). Возможности для интеграции солнечных технологий в чилийскую литиевую промышленность – сокращение выбросов парниковых газов, связанных с технологическими процессами, от стратегических ресурсов хранения . Solarpaces 2016: Международная конференция по концентрации солнечной энергии и химическим энергетическим системам. Материалы конференции AIP. Том. 1850. с. 110017. Бибкод : 2017AIPC.1850k0017T. дои : 10.1063/1.4984491 .
  23. ^ Сухой, Майк. «Извлечение лития из рассола – старая и новая химия» (PDF) . Симпозиум по критическим материалам, EXTRACTION 2018, Оттава, 26–29 августа . Проверено 1 декабря 2020 г.
  24. ↑ ab Рано, Кэтрин (25 ноября 2020 г.). «Новая« золотая лихорадка »зеленого лития». Планета будущего . Би-би-си . Проверено 2 декабря 2020 г.
  25. ^ Паркер, Энн. Добыча геотермальных ресурсов. Архивировано 17 сентября 2012 года в Wayback Machine . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса
  26. ^ Патель, П. (16 ноября 2011 г.) Стартап по улавливанию лития из геотермальных электростанций. Technologyreview.com
  27. ^ Уолд, М. (28 сентября 2011 г.) Стартап в Калифорнии планирует улавливать литий и увеличить долю рынка. Архивировано 8 апреля 2017 г. в Wayback Machine . Нью-Йорк Таймс
  28. ^ «Корнуэльский литий выпускает глобально значимые марки лития» . Корнуэльский литий . 17 сентября 2020 г. Проверено 17 июля 2021 г.
  29. ^ Мешрам, Пратима; Панди, Б.Д.; Манкханд, ТР (1 декабря 2014 г.). «Извлечение лития из первичных и вторичных источников путем предварительной обработки, выщелачивания и разделения: комплексный обзор». Гидрометаллургия . 150 : 192–208. Бибкод : 2014HydMe.150..192M. doi :10.1016/j.гидромет.2014.10.012 . Проверено 2 декабря 2020 г.
  30. ^ Яскула, Брайан В. (январь 2020 г.). «Обзор минеральных товаров за 2020 год» (PDF) . Геологическая служба США . Проверено 29 июня 2020 г.
  31. ^ «Младшие горнодобывающие компании, занимающиеся разведкой лития» . www.juniorminingnetwork.com. Архивировано из оригинала 31 марта 2017 г. Проверено 30 марта 2017 г.
  32. ^ Шайдер, Эрнест (24 сентября 2020 г.). «План Tesla в Неваде по производству лития сталкивается с серьезными препятствиями на пути к производству». Рейтер . Проверено 2 декабря 2020 г.
  33. ↑ Серна-Герреро, Родриго (5 ноября 2019 г.). «Критический обзор процессов переработки литий-ионных аккумуляторов с точки зрения экономики замкнутого цикла». Батареи . 5 (4): 68. doi : 10.3390/batteries5040068 .
  34. ^ Долотко, Александр; Герке, Никлас; Маллиариду, Триантафилия; Сивек, Рафаэль; Херрманн, Лаура; Хунзингер, Беттина; Кнапп, Майкл; Эренберг, Гельмут (28 марта 2023 г.). «Универсальное и эффективное извлечение лития для переработки литий-ионных аккумуляторов с использованием механохимии». Химия связи . ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа». 6 (1). дои : 10.1038/s42004-023-00844-2. ISSN  2399-3669. ПМЦ 10049983 . 
  35. ^ Кропачев, Андрей; Калабский, Игорь (2020). «Гидрометаллургическое получение гидрата гидроксида карбоната алюминия лития Li2Al4(CO3)(OH)12·3H2O из раствора алюмината». Минеральное машиностроение . Эльзевир Б.В. 155 : 106470. doi : 10.1016/j.mineng.2020.106470. ISSN  0892-6875.
  36. ↑ Дэйв Борлейс (15 мая 2023 г.). Переработка аккумуляторов стала намного лучше (видео на YouTube). Лондон: Просто подумайте . Проверено 15 мая 2023 г.
  37. ^ «MGX Minerals получает независимое подтверждение процесса быстрого извлечения лития» . www.juniorminingnetwork.com. 20 апреля 2017 г. Проверено 20 апреля 2017 г.
  38. ^ Мартин, Ричард (8 июня 2015 г.). «Квест по добыче морской воды для получения лития». Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 10 февраля 2016 г.
  39. ^ Дэвид Бартельми. «Данные о забуэлитовых минералах». Минералогическая база данных . Проверено 7 февраля 2010 г.
  40. ^ Mindat.org

Уилкинсон

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме карбоната лития .