Литиум карбонат

Литиум карбонат — неорганско соединение, литиумова сол на јаглеродна киселина со формула . Оваа бела сол е широко користена за обработка на метални оксиди. Тој е на списокот на есенцијални лекови на Светската здравствена организација поради неговата ефикасност во третманот на нарушувања на расположението како што е биполарното растројство.
1 Употреба
Литиум карбонат е важна индустриска хемикалија. Неговата главна употреба е како претходник на соединенијата што се користат во литиум-јонските батерии.
Литиум карбонатот е вообичаена состојка и во керамичката глазура со мал оган. Со силициум диоксид и други материјали се формираат ниско-топливи текови. Неговите алкални својства се погодни за промена на состојбата на боите на металниот оксид во глазурата, особено црвениот железен оксид ( ). Цементот се стврднува побрзо кога се подготвува со литиум карбонат и е корисен за лепила за плочки. Кога се додава во алуминиум трифлуорид, тој формира LiF кој дава супериорен електролит за преработка на алуминиум.
1.1 Батерии за полнење
Соединенијата добиени од литиум карбонат се клучни за литиум-јонските батерии. Литиум карбонат може да се претвори во литиум хидроксид како посредник. Во пракса, две компоненти на батеријата се направени со соединенија на литиум: катодата и електролитот.
Електролитот е раствор на литиум хексафлуорофосфат, додека катодата користи една од неколкуте литиирани структури, од кои најпопуларни се литиум кобалт оксид и литиум железо фосфат.
1.2 Медицинска употреба
Во 1843 година, литиум карбонат се користел за лекување на камења во мочниот меур. Во 1859 година, некои лекари препорачале терапија со соли на литиум за голем број заболувања, вклучувајќи гихт, уринарни калкули, ревматизам, манија, депресија и главоболка.
Во 1948 година, Џон Кејд ги открил антиманичните ефекти на литиумските јони. Ова откритие довело до употреба на литиум карбонат како психијатриски лек за лекување на манија, покачена фаза на биполарно растројство. Литиум карбонат на рецепт од аптека е погоден за употреба како лек кај луѓето, но индустрискиот литиум карбонат не е затоа што може да содржи небезбедни нивоа на токсични тешки метали или други токсанти. По ингестијата, литиум карбонатот се дисоцира на фармаколошки активни јони на литиум (Li<sup>+</sup>) и (нетерапевтски) карбонат, со 300 mg литиум карбонат кој содржи приближно 8 mEq (8 mmol) литиум јон. Според Управата за храна и лекови (ФДА), 300–600 mg литиум карбонат земен два до три пати на ден е типичен за одржување на биполарно I нарушување кај возрасни, каде точната дадена доза варира во зависност од факторите како што се серумските концентрации на литиум кај пациентот, кои мора внимателно да се следат од страна на лекар за избегнувањетоксичност на литиум и потенцијално оштетување на бубрезите (или дури и бубрежна инсуфициенција) од нефроген дијабетес инсипидус индуциран од литиум. Дехидрацијата и одредени лекови, вклучително и НСАИЛ, како што е ибупрофен, може да ги зголемат серумските концентрации на литиум до небезбедни нивоа, додека други лекови, како што е кофеинот, може да ги намалат концентрациите. За разлика од елементарните јони натриум, калиум и калциум, не постои познат клеточен механизам специјално посветен на регулирање на внатреклеточниот литиум. Литиумот може да влезе во клетките преку епителните натриумови канали. Литиумските јони се мешаат во процесите на распространување на јоните (видете „натриумова пумпа“) кои ги пренесуваат и засилуваат пораките што се носат до клетките на мозокот. Манијата е поврзана со неправилно зголемување на активноста на белковина киназа C (PKC) во мозокот. Литиум карбонат и натриум валпроат, друг лек кој традиционално се користи за лекување на нарушувањето, делуваат во мозокот со инхибирање на активноста на PKC и помагаат да се произведуваат други соединенија кои исто така го инхибираат PKC. Својствата на литиум карбонат за контрола на расположението не се целосно разбрани.
1.2.1 Здравствени ризици
Земањето соли на литиум има ризици и несакани ефекти. Познато е дека продолжената употреба на литиум за лекување на ментални нарушувања доведува до стекнат нефроген дијабетес инсипидус . Интоксикацијата со литиум може да влијае на централниот нервен систем и бубрежниот систем и може да биде смртоносна. Во текот на подолг период, литиумот може да се акумулира во главните клетки на собирниот канал и да интерферира со антидиуретичен хормон (ADH), кој ја регулира водопропустливоста на главните клетки во собирната тубула. Медуларниот интерстициум на системот на собирниот канал природно има висока концентрација на натриум и се обидува да ја одржи. Не постои познат механизам за клетките да ги разликуваат јоните на литиум од натриумовите јони, така што може да дојде до оштетување на бубрежните нефрони ако концентрациите на литиум станат превисоки како резултат на дехидрација, хипонатремија, диета со невообичаено ниска натриум или одредени лекови.
1.3 Црвена пиротехничка боја
Литиум карбонат се користи за давање црвена боја на огнометот.
2 Својства и реакции
За разлика од натриум карбонатот, кој формира најмалку три хидрати, литиум карбонатот постои само во безводна форма. Неговата растворливост во вода е мала во однос на другите соли на литиум. Изолацијата на литиумот од водените екстракти од литиумските руди ја капитализира оваа слаба растворливост. Неговата очигледна растворливост се зголемува 10 пати под благ притисок на јаглерод диоксид; овој ефект се должи на формирањето на метастабилен бикарбонат, кој е порастворлив:: + + ⇌ 2
Екстракција на литиум карбонат при високи притисоци на и неговото врнење при депресирање е основата на Квебековиот процес.
Литиум карбонат, исто така, може да се прочисти со искористување на неговата намалена растворливост во топла вода. Така, загревањето на заситен воден раствор предизвикува кристализација на .
Литиум карбонат и други карбонати од групата 1 не се декарбоксилираат лесно. се распаѓа на температури околу 1300 °C.
3 Производство
Литиумот се екстрахира од првенствено два извора: сподумен во депозитите на пегматит и соли на литиум во подземни базени со саламура. Во 2020 година биле произведени околу 82.000 тони, што покажува значителен и постојан раст.
3.1 Од подземните резервоари за саламура
Во Салар де Атакама во пустината Атакама во северно Чиле, литиум карбонат и хидроксид се произведуваат од саламура.
Процесот пумпа саламура богат со литиум од под земја во плитки места при испарување. Саламурата содржи многу различни растворени јони, а како што се зголемува нивната концентрација, солите се таложат од растворот и тоне. Преостанатата супернатантна течност се користи за следниот чекор. Редоследот на тавите може да варира во зависност од концентрацијата на јони во одреден извор на саламура.
Во првата тава, халитот (натриум хлорид или обична сол) се кристализира. Ова има мала економска вредност. Супернатантот, со постојано зголемена концентрација на растворени цврсти материи, се пренесува сукцесивно во садот за силвинит (натриум калиум хлорид), садот со карналит (калиум магнезиум хлорид) и на крајот тава дизајнирана да ја максимизира концентрацијата на литиум хлорид. Процесот трае околу 15 месеци. Концентратот (30-35% раствор на литиум хлорид) се транспортира до Салар дел Кармен. Таму, борот и магнезиумот се отстрануваат (обично резидуалниот бор се отстранува со екстракција со растворувач и/или јонска размена и магнезиум со подигање на pH над 10 со натриум хидроксид ) потоа во последниот чекор, со додавање на натриум карбонат, саканиот литиум карбонат се таложи, се одвојува и се обработува.
Некои од нуспроизводите од процесот на испарување може да имаат и економска вредност.
Има значително внимание на употребата на вода во овој регион сиромашен со вода. SQM нарачала анализа на животниот циклус (LCA) која заклучила дека потрошувачката на вода за литиум хидроксид и карбонат на SQM е значително помала од просечната потрошувачка по производство од главниот процес базиран на руда, користејќи сподумен. Поопшт LCA го сугерира спротивното за екстракција од резервоари.
Поголемиот дел од производството базирано на саламура е во „литиумскиот триаголник“ во Јужна Америка.
3.2 Од „геотермална“ саламура
Потенцијален извор на литиум се исцедокот од геотермалните бунари, пренесени на површината. На терен е докажано обновување на литиум; литиумот се одвојува со едноставно таложење и филтрација. Процесот и трошоците за животната средина се првенствено оние на бунарот што веќе работи; нето влијанијата врз животната средина може да бидат позитивни.
Саламурата на проектот United Downs Deep Geothermal Power во близина на Redruth тврди дека корнски литиум е вредна поради неговата висока концентрација на литиум (220 mg/L) со низок магнезиум (<5 mg/L) и вкупна содржина на растворени цврсти материи од <29g/L, и брзина на проток од 40-60l/s.
3.3 Од руда
α-сподуменот се пече на 1100 °C за 1 час за да се добие β-сподумен, а потоа се пече на 250 °C 10 минути со сулфурна киселина.
Од 2020 година, Австралија била најголемиот светски производител на литиумски посредници, сите базирани на сподумен.
Во последниве години рударските компании започнаа со истражување на проекти за литиум низ Северна Америка, Јужна Америка и Австралија за да ги идентификуваат економските депозити кои потенцијално можат да донесат нови залихи на литиум карбонат на интернет за да ја задоволат растечката побарувачка за производот.
3.4 Од глина
Во 2020 година, Tesla Motors објавила револуционерен процес за екстракција на литиум од глина во Невада користејќи само сол и без киселина. Ова било дочекано со скептицизам.
3.5 Од батерии на крај на работниот век
Неколку мали компании рециклираат потрошени батерии, фокусирајќи се на враќање на бакар и кобалт. Некои го обновуваат и литиумот.
3.6 Друго
Во април 2017 година, MGX Minerals објавила дека добил независна потврда за нејзиниот брз процес на екстракција на литиум за враќање на литиум и други вредни минерали од саламура од отпадни води од нафта и гас.
Електродијализата е предложена за екстракција на литиум од морската вода, но таа не е комерцијално остварлива.
4 Природна појава
Природниот литиум карбонат е познат како забујелит. Овој минерал е поврзан со наслаги на некои солени езера и некои пегматити.