三水碘化鋰制備工藝研究

郭 舉

（甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州福泉，550500）

三水碘化鋰制備工藝研究

郭 舉

（甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州福泉，550500）

介紹了利用含碘溶液制備三水碘化鋰的生產(chǎn)工藝，研究了反應(yīng)條件對(duì)三水碘化鋰純度的影響。結(jié)果表明：反應(yīng)溫度為45℃，n（碳酸鋰）／n（碘離子）＝1.2∶1，反應(yīng)時(shí)間為1 h，攪拌速度為200 r/min時(shí)，制備的產(chǎn)品純度可達(dá)98.1%。

三水碘化鋰；碘；磷礦

海相沉積巖類(lèi)磷礦一般都伴有氟碘資源。美國(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)家在20世紀(jì)50年代就開(kāi)始從事磷礦石提碘研究，我國(guó)也從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究從磷礦中提碘，但因?yàn)楣に噺?fù)雜、成本高而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)［1］。貴州某大型國(guó)有磷化工企業(yè)于2007年建成了世界上第一套磷礦提碘裝置，產(chǎn)量達(dá)到100t/a。

三水碘化鋰作為一種重要的基礎(chǔ)化學(xué)試劑，在電解液（用于燃料電池）、藥物合成、催化化學(xué)、無(wú)水碘化鋰的制備、照相業(yè)及人工晶體合成等方面有著廣泛的應(yīng)用［2］。目前，國(guó)、內(nèi)外制備三水碘化鋰的方法主要有：硫化氫還原法、聯(lián)胺法、液氨法及中和法［3］。

本文利用碘生產(chǎn)中間過(guò)程產(chǎn)物（含碘溶液）制備三水碘化鋰，并對(duì)工藝條件進(jìn)行了試驗(yàn)研究，探討了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、攪拌速率、物料配比等因素對(duì)產(chǎn)品純度的影響。該工藝具有過(guò)程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、原材料利用率高、所制備的產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料及儀器

碘溶液、亞硫酸、碳酸鋰、丙酮，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、真空干燥箱、數(shù)顯恒溫水浴鍋、循環(huán)水式真空泵、電動(dòng)攪拌機(jī)。

2.2 試驗(yàn)原理

碘溶液的主要組成為：w（I-）＝3%～5%，溶液呈強(qiáng)酸性。由于碘溶液中含有少量的單質(zhì)碘，為提高碘利用率，實(shí)驗(yàn)先加入少量亞硫酸作還原劑，將碘單質(zhì)還原為碘離子；然后加入一定量的無(wú)水碳酸鋰，反應(yīng)得到碘化鋰與硫酸鋰溶液；經(jīng)真空濃縮后，得到的晶體為硫酸鋰與碘化鋰混合晶體；利用碘化鋰易溶于丙酮而硫酸鋰不溶于丙酮的特性，向混合晶體加入一定量丙酮（作為萃取劑），分離提純碘化鋰；最后，將萃取液低溫結(jié)晶，即可制得高純度的三水碘化鋰產(chǎn)品。工藝流程如圖1所示。

主要反應(yīng)方程式為：

圖1 三水碘化鋰制備工藝流程圖Fig.1 Flow chart for preparing lithium iodide trihydrate

2 結(jié)果及討論

2.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品純度的影響

在反應(yīng)溫度45℃，攪拌速度200 r/min，n（碳酸鋰）／n（碘離子）＝1.2∶1時(shí)，研究不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品純度的影響。結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品純度的影響Fig.2 Effect of reaction time on product purity

由圖2可知，反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品純度影響較大：反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，有利于提高產(chǎn)品的純度，但繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，產(chǎn)品純度反而下降。反應(yīng)時(shí)間超過(guò)2h后，溶液顏色略微變灰，有可能是部分碘離子被氧化所致，從而使得產(chǎn)品純度降低，這也說(shuō)明反應(yīng)液不宜長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中。因此，選擇反應(yīng)時(shí)間為1h比較適宜。

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品純度的影響

在反應(yīng)時(shí)間為1 h，攪拌速度200 r/min，n（碳酸鋰）／n（碘離子）＝1.2∶1時(shí)，研究不同反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品純度的影響。結(jié)果見(jiàn)圖3所示。

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品純度的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on the product purity

由圖3可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)品純度呈先升后降的趨勢(shì)。在一定時(shí)間內(nèi)，溫度越高越有利于反應(yīng)的進(jìn)行，即所得產(chǎn)品的純度越高；但溫度超過(guò)50℃后，繼續(xù)升高溫度，產(chǎn)品純度則快速降低。在高溫下，溶液表面會(huì)有一層淡淡的黃霧，這是由于單質(zhì)碘在微熱情況下升華造成的，這也說(shuō)明碘離子在高溫條件下被氧化成碘單質(zhì)而揮發(fā)了，從而降低了產(chǎn)品的純度。提高反應(yīng)溫度有利于反應(yīng)的進(jìn)行，但溫度過(guò)高會(huì)降低產(chǎn)品純度，因此，反應(yīng)溫度控制在45℃為宜。

2.3 攪拌速度對(duì)產(chǎn)品純度的影響

在反應(yīng)溫度為45℃，反應(yīng)時(shí)間1 h，n（碳酸鋰）／n（碘離子）＝1.2∶1時(shí)，研究不同攪拌速度對(duì)產(chǎn)品純度的影響。結(jié)果見(jiàn)圖4所示。

圖4 攪拌速度對(duì)產(chǎn)品純度的影響Fig.4 Effect of stirring speed on product purity

從圖4可知，隨著攪拌速度的增加，產(chǎn)品純度有所增加，但攪拌速度大于200 r/min后，繼續(xù)增大攪拌速度，產(chǎn)品純度則會(huì)隨之降低。這是由于當(dāng)攪拌速度逐漸增加時(shí)，碳酸鋰與氫碘酸之間的有效碰撞增加了，這利于碘化鋰的生成；但繼續(xù)增加攪拌速度時(shí)，還未參加反應(yīng)的氫碘酸會(huì)在高速攪拌下?lián)]發(fā)到空氣中，使參加反應(yīng)的氫碘酸的量減少，從而使產(chǎn)品純度降低。綜合考慮，選擇攪拌速度為200 r/min為宜。

2.4 物料配比對(duì)產(chǎn)品純度的影響

在反應(yīng)溫度45℃，攪拌速度200 r/min，反應(yīng)時(shí)間1 h時(shí)，研究不同物料配比對(duì)產(chǎn)品純度的影響。結(jié)果見(jiàn)圖5所示。

圖5 物料配比對(duì)產(chǎn)品純度的影響Fig.5 Effect of material ratio on product purity

在碳酸鋰與氫碘酸的反應(yīng)中，若碳酸鋰加入量少于理論值，則反應(yīng)溶液的 pH為2～3，濃縮結(jié)晶后所得白色產(chǎn)品很快變?yōu)榧t色，最后變?yōu)榭Х壬＿@可能是產(chǎn)品上附有高濃度的氫碘酸，并與空氣大面積接觸時(shí)被氧化為單質(zhì)碘，從而影響了產(chǎn)品純度。若碳酸鋰加入量過(guò)多，則過(guò)量的碳酸鋰溶解到溶液當(dāng)中，并在濃縮結(jié)晶過(guò)程中與碘化鋰一起結(jié)晶出來(lái)混雜在產(chǎn)品當(dāng)中，從而降低了產(chǎn)品的純度。因此，碳酸鋰加入量應(yīng)為溶液中碘離子含量的1.2倍為宜。

2.5 正交試驗(yàn)

為確定各反應(yīng)因素影響的主次關(guān)系，結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文確定了正交實(shí)驗(yàn)的因素和水平，如表1所示。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析見(jiàn)表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table.1 Orthogonal factor level table

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析表Table.2 Orthogonal experiment results and range analysis table

以各因素的水平號(hào)為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的Kij為縱坐標(biāo)，繪制正交實(shí)驗(yàn)的直觀(guān)分析圖，見(jiàn)圖6。

通過(guò)比較各因素極差的大小，得出各因素對(duì)產(chǎn)品純度影響的主次順序?yàn)椋悍磻?yīng)溫度＞物料配比 ＞反應(yīng)時(shí)間 ＞攪拌速度。

3 產(chǎn)品檢測(cè)

取一定量的三水碘化鋰產(chǎn)品，利用 XRD進(jìn)行表征，見(jiàn)圖7。圖7與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照，確定該產(chǎn)品為三水碘化鋰。

圖6 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)與因素、水平的關(guān)系Fig.6 Relationship among laboratory parameters，factors and the levels

圖7 三水碘化鋰的 XRD譜圖Fig.7 XRD pattern of lithium iodide trihydrate

4 結(jié)論

1）該方法制備三水碘化鋰的最佳工藝條件為：反應(yīng)溫度45℃，n（碳酸鋰）／n（碘離子）＝1.2 ∶1，反應(yīng)時(shí)間1 h，攪拌速度200 r/min。在最優(yōu)條件下制備的產(chǎn)品純度為98.1%。

2）該方法對(duì)產(chǎn)品純度有影響的主次因素順序?yàn)椋悍磻?yīng)溫度＞物料配比 ＞反應(yīng)時(shí)間 ＞攪拌速度。

3）利用XRD對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行表征，證實(shí)產(chǎn)品是三水碘化鋰。

［1］趙志剛，任光明.高純碘化鋰的制備［J］.沂州師范專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2000，16（2）：64-65.

［2］魏太保，張有明.碘化鋰在有機(jī)合成中的應(yīng)用［J］.西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1996，32（1）：106 -112.

［3］中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所.碘化鋰（銪）晶體的制備［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，1966，（3）：165-167.

Study on Preparation of Lithium Iodide Trihydrate

GUO Ju
（Wengfu（Group）Co.，Ltd，F(xiàn)uquan 550500，China）

This paper introduced the production process using an iodine solution for preparation of lithium iodide trihydrate，the effects of reaction conditions on the purity of the lithium iodide trihydrate was studied.The results showed that the control of reaction temperature as 45℃，the material ratio as 1.2：1，reaction time as 1h，stirring speed as 200r/min，the purity of the product can be reached 98.1%.

lithium iodide trihydrate；iodine；phosphatehosphate

TQ124.6

A

1004-275X（2015）04-0012-04

12.3969/j.issn.1004-275X.2015.04.004

收稿：2015-04-27

郭舉（1983-），男，湖北潛江人，工程師，碩士研究生學(xué)歷，主要從事磷化工研究工作。