蒸馏法制备高纯金属锂工艺以及改进,冶金工程论文.docx

蒸馏法制备高纯金属锂工艺以及改进,冶金工程论文摘 要：1817 年发现的不仅密度最小而且其化学性质也相对活泼的固态碱性金属被正式命名为锂，到当前为止，金属锂由于其特有的化学性质成为了最为理想的高能电池负极材料，而其化合物逐步被应用在冶金、石油、化工、有机合成、高能电池、医药、陶瓷、玻璃以及日用品等各种行业中发挥着不可替代的作用。由于各种产品对金属锂纯度的要求非常高，因而传统的电解复原法制备金属锂已经不能知足人们的需求而且其反响能耗大，污染环境，因此对高纯金属锂的精炼工艺的改良也就显得格外重要。 本文关键词语：高纯金属锂；精炼工艺；改良。 当前，我们国家工业方面对金属锂的要求固然不统一，但是一般情况下在锂电池以及锂合金等反面对锂的纯度要求是要大于 99.9%,对于核工业以及航天工业上对锂的纯度要求则会更高层次。而传统的电解法得到的金属锂的纯度仅为 94% 98%,因而这种方式方法显然已经不能知足我们的需求，因此在对传统电解法得到的金属锂在应用之前会重新进行熔融精炼。固然这种办法使得锂的纯度得到提高，但是由于其会在电解时产生大量的毒性气体不利于环保，而且对设备以及原料有着很高的要求，工艺复杂，投资大等特点，因而对其进行改良以及开发新的精炼工艺方式方法是有着非常重要作用的。 1 对金属锂进行高纯度精炼的作用。 金属锂是在 1817 年由瑞典化学家阿 阿尔夫维特桑在一种稀有的岩石中发现的。而如今随着我们国家的科学技术的不断发展，对于金属锂的开发利用技术也在不断得到提高。当前金属锂不仅被广泛的应用到电池、陶瓷、玻璃等工业反面，也被应用到了核工业以及航天事业等高科技行业。由于我们国家传统陶瓷不仅对能量的要求很高还，对环境造成了很大的污染，而碳酸锂不仅能够知足减小一样质量的陶瓷对能量的消耗而且降低了对环境的污染，因此使得我们国家对金属锂的需求逐步增高。与此同时，锂在玻璃的生产经过中的作用也在不断的被发现。固然锂电池是金属锂的最大消费领域但是如今玻璃和陶瓷行业已成为锂的第二大消费领域。 由于金属锂其物理性质例如比热容大、热导率高、密度小、液相温度范围较宽等特点，因而其能够在核聚变反响或核裂变反响堆中起到很好的制冷作用。而其化合物溴化锂则也具备了锂的 制冷 特性，进而也被广泛的应用到空调，制冷和空气净化等方面。 锂及其化合物因其燃烧度高、火焰宽、发热量大等特点，而被用于火箭、飞机等大型设备上。在农业方面，锂能够制造 锂盐肥料 而用于防治西红柿腐烂和小麦锈穗病等。金属锂不仅在工业上对人们有所帮助，而且在工业等方面都影响着人们的生活。我们国家的金属锂矿产资源丰富，因而对其进行精炼提纯不仅能够使我们国家金属资源得到充分的利用，还能够应用锂在工业方面的作用进一步降低对环境的污染等。 2 高纯金属锂精炼工艺以及改良方式方法。 如今，国际上已经研究出了新的锂生产以及精炼的方式方法，逐步由传统的岩矿产转向盐湖卤水提锂，而在这里反响经过中得到的最便宜和最初级的产品碳酸锂能够直接用于热复原法制锂。热复原法生产锂其生产经过固然具有间歇性、生产耗能高等缺点，并且对于反响炉采用高温、真空等条件所以也就需要选择成本较为昂贵的特殊材质，但是与真空热复原法精炼金属锂的整体工艺相比拟，其反响对原料要求低而且在整个生产经过中无毒、无污染，其产品纯度也将会到达 99.9% 及以上。下面就以真空热复原蒸馏法为例进行阐述。 3 真空热复原 - 蒸馏法制备高纯金属锂工艺以及改良。 真空热复原 - 蒸馏法提纯金属锂是基于矿物质中锂以及华而不实杂质在一定的温度下会具有不同的蒸气压，因此在这个条件下，根据各物质组成成分的蒸发速度以及冷凝速度的差异，是杂质等成分有效的与金属锂到达分离及提纯的目的。 在这里次热复原蒸馏法反响经过中，其各组分元素在液相和气相中的分布规律是根据相对挥发度的大小来进行判定的。假如将液态金属锂蒸馏视为理想溶液蒸馏，则相对挥发度为： =p1/p2 1。 式中： 为相对挥发度，p1、p2 分别为杂质元素和金属锂的蒸气压力。 根据实际反响规律来看，在 1073K 温度下钾、钠的相对挥发度比锂大，容易挥发；而铁、硅、铝的相对挥发度比锂小，难以挥发；而钙和镁的相对挥发度与锂相差较小，难以用蒸馏法除去。因而文章采用新的蒸馏方式方法即真空蒸馏法。 本方式方法提纯金属锂其反响炉则选择锈钢制造。并且经过电解后的金属锂从粗锂熔化罐中加到锂蒸馏炉内，熔化后流入蒸馏坩埚中。在其相对挥发度大于 1 的时候，钾、钠蒸发速度较快，经过冷凝分离之后，回收到蒸馏罐温度较低的上部。而在相对挥发度小于 1 的情况下，高熔点杂质则会大部分残留在蒸馏坩埚中。对传统的蒸馏炉进行这样的改造加工，不仅起到了过滤、蒸馏、精馏、低温蒸馏的作用而且还能够通过过滤等简单的方式方法除去在电解金属锂的经过中的氧化物等不熔化合物，起到了一举多得的作用。 当蒸馏坩埚的温度到达 973 1073K 时，金属锂则会从坩埚中挥发出来，并遭到上部低温罐体的作用下冷凝变成液态再次回流到罐底，而回流到罐底的熔融金属锂，仍然还存在着低温蒸馏的作用。因而不仅在回流经过中熔融金属锂不断的与罐壁、冷凝罩和金属蒸气进行热交换和物质交换，甚至到放入纯锂接收罐的整个经过中，金属锂均处于蒸馏提纯状态。因而采用此方式方法进行金属锂的提纯，金属锂的纯度可达 99.9% 99.99%.蒸馏前电解金属锂的成分以及蒸馏炉的材质构造都会成为影响金属锂纯度的影响因素。要想尽可能使得金属锂纯度高，则其原料纯度也要高。 固然本方式方法得到的金属锂纯度相对较高，但也有着很多需要改良的地方。例如由于这种蒸馏方式方法需要将锂蒸发，因此其电能消耗大，蒸馏效率低；另外，由于蒸馏温度过高，因而会使其熔体造成严重的腐蚀。为了克制金属锂在热复原真空蒸馏法提纯经过中的缺点，采取一种经济可行的办法来提纯金属锂，即先提纯氯化锂，通过简单的工艺来除去高沸点钙、硅、铁、铝等杂质，然后再应用电解法来提纯纯度较高的氯化锂，进而在低温条件下进行蒸馏来除钾、钠的熔融金属锂。为使得提纯金属锂的蒸馏效率得到提高，能够在蒸馏设备上安装电磁或机械搅拌器，以使得金属锂在不断的搅拌下保持新鲜的外表，进而利于钾、钠的挥发。或者遭到金属锂与个别杂质蒸气压差异不同小的影响，选择应用高温真空蒸馏法来提纯金属锂，即是向熔融金属锂中参加少量 B2O3,然后于低温、高真空下，在钼制筛板的多级回流塔中进行分馏提纯。其反响方程式为： 6Li+B2O3=3Li2O+2B 2。 Li2O+Ca=CaO+2Li 3。 4 采用热复原真空蒸馏法的优点。 1本反响工艺是复原和蒸馏反响同时进行的，有效的控制了热复原以及蒸馏经过中的温度和真空度，并且在同一设备中进行了屡次提纯，能够直接起到制备和提纯的作用，并且金属锂的纯度能够到达 99.99% 左右。 2由于产品的制备和提纯同时进行反响，因而能够有效的减少在反响经过中物料的损失以及能耗，使得工艺经过变得相对简单。 3本反响经过是在同一炉中进行的，即将复原炉和蒸镏炉结合在了一起，通过对炉体不同温度的控制控制，进而将传统单一的反响炉变为了具有复原和蒸馏双重作用的反响炉。二次蒸馏炉由于其保卫器和蒸馏器的作用，进而也使得传统工艺生产经过中需要的真空过滤等设备数量减少，进而使得不仅提纯工艺变得简化而且也提高了锂的纯度，设备也最大化的得到利用。 5 结束语。 如今，金属锂作为利用率相对高的金属资源得到了越来越高的重视，核聚变发电等科技得到进一步突破性进展之后，作为其重要的金属原料金属锂的需求也将会变得越来越多。如今除了继续对锂电池的发展之外，也将开发研制第二代锂燃料电池。在工业方面，金属锂在炼铝以及我们国家航空事业的发展方面也将会得到迅速发展。由于世界矿石资源的丰富储备，金属锂的作用也将会应用到生活中的各个方面，固然在提纯金属锂的工艺上获得了很大的发展，但仍然面临着很多的问题。如传统的电解法的能耗和环境污染问题，以及最新研制的真空复原法中金属锂固体熔渣的综合利用问题等都是需要解决的问题。但是无论如何，根据当前的发展趋势，真空热复原法固然存在着缺乏，但其仍然是将来最具有发展前途的金属锂提纯方式方法。 以下为参考文献： 1 狄晓亮， 庞全世， 李权。 金属锂提取工艺比拟分析J. 盐湖研究，2005,2：45-52. 2 陈铮。 铝锂合金的发展趋势、关键技术及应用J. 材料导报，1999,2：1-3. 3 狄跃忠， 董维维， 冯乃祥， 等。 真空热复原制取金属锂的热力学分析与试验研究J. 稀有金属与硬质合金，2018,1：5-8. 4 田志红， 邓小旋， 季晨曦， 等。 精炼工艺对SPA-H 钢卷干净度的影响J. 炼钢，2021,6：45-50. 5 镍精炼工艺产业化技术获突破J. 稀有金属，2004,4：710. 6 以碘化物精炼工艺生产高纯钛J. 湖南冶金，1997,5：27. 7 于定孚。 超低杂质成分钢的精炼工艺J. 上海金属 钢铁分册，1984,4：62-63. 8 陈四维。 不锈钢铸件精炼工艺J. 东方电机，2018,2：55-59. 9 黄振华。 浅谈金川高冰镍传统精炼工艺技改方案和镍产品构造调整J. 矿冶，2000,4：56-61. 10张敏。降低钢中全氧含量的精炼工艺技术J.钢铁，2018,7：41-44. 11 龙奔。 转轮不锈钢几种不同的精炼工艺及效果比拟J. 水利电力机械，2006,1：39-40+55. 12 刘继雄， 李平和， 张敏。 两种精炼工艺对管线钢中非金属夹杂物的影响J. 物理测试，2002,3：5-7.