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]
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]
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 .
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 , 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]
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.
Карбонат лития используется для придания фейерверкам красного цвета . [18]
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]
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.
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]
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.
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]
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]
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]
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]
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]
Природный карбонат лития известен как забуелит . [39] Этот минерал связан с отложениями некоторых соленых озер и некоторых пегматитов . [40]
Уилкинсон