三水碘化鋰制備工藝研究

郭 舉

（甕福（集團）有限責任公司，貴州福泉，550500）

三水碘化鋰制備工藝研究

郭 舉

（甕福（集團）有限責任公司，貴州福泉，550500）

介紹了利用含碘溶液制備三水碘化鋰的生產工藝，研究了反應條件對三水碘化鋰純度的影響。結果表明：反應溫度為45℃，n（碳酸鋰）／n（碘離子）＝1.2∶1，反應時間為1 h，攪拌速度為200 r/min時，制備的產品純度可達98.1%。

三水碘化鋰；碘；磷礦

海相沉積巖類磷礦一般都伴有氟碘資源。美國、蘇聯等國家在20世紀50年代就開始從事磷礦石提碘研究，我國也從20世紀70年代開始研究從磷礦中提碘，但因為工藝復雜、成本高而沒有實現工業化生產［1］。貴州某大型國有磷化工企業于2007年建成了世界上第一套磷礦提碘裝置，產量達到100t/a。

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

本文利用碘生產中間過程產物（含碘溶液）制備三水碘化鋰，并對工藝條件進行了試驗研究，探討了反應時間、反應溫度、攪拌速率、物料配比等因素對產品純度的影響。該工藝具有過程簡單、生產周期短、原材料利用率高、所制備的產品純度高等優點。

1 實驗部分

1.1 主要原料及儀器

碘溶液、亞硫酸、碳酸鋰、丙酮，旋轉蒸發儀、真空干燥箱、數顯恒溫水浴鍋、循環水式真空泵、電動攪拌機。

2.2 試驗原理

碘溶液的主要組成為：w（I-）＝3%～5%，溶液呈強酸性。由于碘溶液中含有少量的單質碘，為提高碘利用率，實驗先加入少量亞硫酸作還原劑，將碘單質還原為碘離子；然后加入一定量的無水碳酸鋰，反應得到碘化鋰與硫酸鋰溶液；經真空濃縮后，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，將萃取液低溫結晶，即可制得高純度的三水碘化鋰產品。工藝流程如圖1所示。

主要反應方程式為：

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

2 結果及討論

2.1 反應時間對產品純度的影響

在反應溫度45℃，攪拌速度200 r/min，n（碳酸鋰）／n（碘離子）＝1.2∶1時，研究不同反應時間對產品純度的影響。結果見圖2所示。

圖2 反應時間對產品純度的影響Fig.2 Effect of reaction time on product purity

由圖2可知，反應時間對產品純度影響較大：反應時間延長，有利于提高產品的純度，但繼續延長反應時間，產品純度反而下降。反應時間超過2h后，溶液顏色略微變灰，有可能是部分碘離子被氧化所致，從而使得產品純度降低，這也說明反應液不宜長時間暴露在空氣中。因此，選擇反應時間為1h比較適宜。

2.2 反應溫度對產品純度的影響

在反應時間為1 h，攪拌速度200 r/min，n（碳酸鋰）／n（碘離子）＝1.2∶1時，研究不同反應溫度對產品純度的影響。結果見圖3所示。

圖3 反應溫度對產品純度的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on the product purity

由圖3可知，隨著反應溫度的升高，產品純度呈先升后降的趨勢。在一定時間內，溫度越高越有利于反應的進行，即所得產品的純度越高；但溫度超過50℃后，繼續升高溫度，產品純度則快速降低。在高溫下，溶液表面會有一層淡淡的黃霧，這是由于單質碘在微熱情況下升華造成的，這也說明碘離子在高溫條件下被氧化成碘單質而揮發了，從而降低了產品的純度。提高反應溫度有利于反應的進行，但溫度過高會降低產品純度，因此，反應溫度控制在45℃為宜。

2.3 攪拌速度對產品純度的影響

在反應溫度為45℃，反應時間1 h，n（碳酸鋰）／n（碘離子）＝1.2∶1時，研究不同攪拌速度對產品純度的影響。結果見圖4所示。

圖4 攪拌速度對產品純度的影響Fig.4 Effect of stirring speed on product purity

從圖4可知，隨著攪拌速度的增加，產品純度有所增加，但攪拌速度大于200 r/min后，繼續增大攪拌速度，產品純度則會隨之降低。這是由于當攪拌速度逐漸增加時，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；但繼續增加攪拌速度時，還未參加反應的氫碘酸會在高速攪拌下揮發到空氣中，使參加反應的氫碘酸的量減少，從而使產品純度降低。綜合考慮，選擇攪拌速度為200 r/min為宜。

2.4 物料配比對產品純度的影響

在反應溫度45℃，攪拌速度200 r/min，反應時間1 h時，研究不同物料配比對產品純度的影響。結果見圖5所示。

圖5 物料配比對產品純度的影響Fig.5 Effect of material ratio on product purity

在碳酸鋰與氫碘酸的反應中，若碳酸鋰加入量少于理論值，則反應溶液的 pH為2～3，濃縮結晶后所得白色產品很快變為紅色，最后變為咖啡色。這可能是產品上附有高濃度的氫碘酸，并與空氣大面積接觸時被氧化為單質碘，從而影響了產品純度。若碳酸鋰加入量過多，則過量的碳酸鋰溶解到溶液當中，并在濃縮結晶過程中與碘化鋰一起結晶出來混雜在產品當中，從而降低了產品的純度。因此，碳酸鋰加入量應為溶液中碘離子含量的1.2倍為宜。

2.5 正交試驗

為確定各反應因素影響的主次關系，結合單因素實驗結果，本文確定了正交實驗的因素和水平，如表1所示。正交實驗結果及極差分析見表2。

表1 正交實驗因素水平表Table.1 Orthogonal factor level table

表2 正交實驗結果及極差分析表Table.2 Orthogonal experiment results and range analysis table

以各因素的水平號為橫坐標，相應的Kij為縱坐標，繪制正交實驗的直觀分析圖，見圖6。

通過比較各因素極差的大小，得出各因素對產品純度影響的主次順序為：反應溫度＞物料配比 ＞反應時間 ＞攪拌速度。

3 產品檢測

取一定量的三水碘化鋰產品，利用 XRD進行表征，見圖7。圖7與標準圖譜對照，確定該產品為三水碘化鋰。

圖6 實驗指標與因素、水平的關系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 結論

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

2）該方法對產品純度有影響的主次因素順序為：反應溫度＞物料配比 ＞反應時間 ＞攪拌速度。

3）利用XRD對產品進行表征，證實產品是三水碘化鋰。

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

［2］魏太保，張有明.碘化鋰在有機合成中的應用［J］.西北師范大學學報：自然科學版，1996，32（1）：106 -112.

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

Study on Preparation of Lithium Iodide Trihydrate

GUO Ju
（Wengfu（Group）Co.，Ltd，Fuquan 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，碩士研究生學歷，主要從事磷化工研究工作。