Determination of the Nucleation Kinetics of Lithium Carbonate by Induction Period Measurement

doi:10.7503/cjcu20230074

Abstract

Abstract:

Nucleation kinetics was investigated by induction period measurement for supersaturated solutions of lithium carbonate（Li₂CO₃） in the LiCl-Na₂CO₃ system with and without NaCl over the temperature range of 288.15—323.15 K. The supersaturation of Li₂CO₃ was rigorously determined by full speciation model through OLI stream analyzer software. The effects of temperature， supersaturation and presence of NaCl on the nucleation induction period of Li₂CO₃ were studied experimentally. The nucleation kinetic parameters such as activation energy， interfacial tension and contact angle were calculated according to the classical theory of primary nucleation. The induction period was prolonged by adding NaCl in solutions at a constant supersaturation. The activation energy of Li₂CO₃ nucleation reaction increased from 63.69 kJ/mol（the excess of Cl^‒ ions Y=0） to 72.85 kJ/mol（the excess of Cl^‒ ions Y=0.5） after the addition of NaCl， indicating that the addition of NaCl inhibited the nucleation of Li₂CO₃. Classical theory of primary nucleation was used to study the homogeneous and heterogeneous nucleation mechanism of Li₂CO₃. The interfacial tension of homogeneous nucleation was higher than that of heterogeneous nucleation. Both interfacial tensions of homogeneous and heterogeneous nucleation had no significant dependence on temperature， and were not obviously influenced by the presence of NaCl.

Key words: Lithium carbonate, Nucleation, Kinetics, Induction period, Interfacial tension

CLC Number:

O641

TrendMD:

CHENG Wenting, LI Qianqian, CHENG Huaigang, CHENG Fangqin. Determination of the Nucleation Kinetics of Lithium Carbonate by Induction Period Measurement[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(6): 20230074.

Figures/Tables 10

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T/K	K/s	r
288.15	4.28×10⁵	2.82
298.15	6.86×10⁴	2.52
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T/K	γ_S，hom/（mJ·m^‒2）	γ_S，het/（mJ·m^‒2）	φ	θ/（°）
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T/K	γ_S，hom/（mJ·m^‒2）	γ_S，het/（mJ·m^‒2）	φ	θ/（°）
288.15	3.26	2.22	0.315	75.0
298.15	3.42	2.26	0.289	73.3
323.15	3.45	2.61	0.434	85.4

T/K	K/s	r
288.15	2.00×10⁵	2.34
298.15	3.66×10⁴	2.01
323.15	4.01×10³	1.82