CN101195495B - 高纯纳米氟化锂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高纯纳米氟化锂的制备方法，本发明以工业氢氧化锂和氟化铵为原料，先将氢氧锂水溶解、萃淋树脂色层法纯化、浓缩、喷雾干燥得到高纯单水氢氧化锂；常温下混合氢氧化锂与氟化铵，反应形成纳米氟化锂；经热处理去除杂质，得到高纯度氟化锂产品。本发明常温化学反应生成氟化锂及易于分离去除的共生产物；产品制备流程短、工序少，便于产业化；产品为纳米级，反应活性高，形貌好，能满足作为高技术新材料生产原材料的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种高纯纳米氟化锂的制备方法。
背景技术描述
锂及锂产品是二十一世纪的新型能源物资，在许多领域、尤其是新能源领域的应用越来越广泛；高纯锂产品在核聚变、航天航空、高能化学电源的应用日益增加。
氟化锂是一种重要的锂基基础材料；高纯氟化锂主要用于高技术功能陶瓷、通讯光纤、锂离子电池等领域中。已报道的高纯氟化锂的制备方法较多，如李世友，滕祥国，沙顺萍在IM&P化工矿物与加工，(2006)介绍的高纯氟化锂的制备方法与分析方法评述，但实用化技术较少；至目前为止，高纯氟化锂的制备主要在液相中完成，高纯度的获得是通过对氟化锂生产原料的纯化过程。原料纯化过程主要为离子交换法与萃取法；通过对锂化合物氯化锂、氢氧化锂、硝酸锂等在水溶液中用离子交换、液剂萃取的方法去除杂质金属元素；再进行氟化沉淀制备高纯氟化锂。
由于湿法流程和特点，制备高纯氟化锂活性较低、粒度分布不均匀，难于满足作为新材料制备对原材料在活性、形貌及粒度等的要求。湿法制备高纯氟化锂流程长、工序转换繁以及使用原料多，过程中引入杂质较多；同时生产对设备要求高；使得产品生成成本高。
发明内容
本发明的目的用低温固相反应合成高活性的纳米氟化锂。常温化学反应生成氟化锂及易于分离去除的共生产物。
本发明所指的高纯纳米氟化锂主要指用于锂离子电池材料、新型功能陶瓷和远程通讯光纤制造的高纯、高活性氟化锂；其特征为：产品为高纯级，杂质金属含量低，LiF含量大于99.5％，总杂质金属含量少于100ppm；产品形貌为分散良好的纳米颗粒，晶型清晰完整，颗粒粒径为15～80nm。
本发明以工业氢氧化锂和氟化铵为原料，制备方法：工业氢氧化锂经水溶解、萃淋树脂色层法纯化、浓缩、喷雾干燥得到高纯单水氢氧化锂(LiOH·H20)；常温下混合氢氧化锂与氟化铵，反应形成纳米氟化锂；经热处理去除杂质，得到高纯度氟化锂产品。具体包括以下步骤：
(1)将工业氢氧化锂溶于水，过滤、配制成含锂10％～15％的溶液；在喷雾干燥器内进行喷雾干燥，制得类球形、流动性好的单水高纯氢氧化锂。
(2)将固态高纯氢氧化锂和氟化铵置于研磨式搅拌混合器内，以固态形式充分混合和反应；按氟化铵与氢氧化锂反应的化学计量，氟化铵过量10％～60％；混合反应时间0.5～4.0小时。
(3)将完成上述反应后的混合物在60～100℃下烘干；
(4)将上述混合物物置于一密闭可通气的炉子中，在高纯惰性气体保护下于150～250℃下进行合成反应；反应时间为2～10小时。
(5)反应结束后，进行热处理：将炉温升至400～650℃，以高纯惰性气体作载气，驱除反应生成的氯化铵、及过量的氟化铵；保温时间2～8小时。
高纯惰性气体可以是高纯氩气、高纯氮气。
制得的产品用TEM表征纳米晶及其大小。用原子吸收光谱法分析产品杂质金属含量，其中过渡金属元素杂质用石墨炉原子吸收法、碱金属和碱土金属元素杂质用火焰原子吸收法测定。
本发明的优点：高纯氟化锂产品为分散良好的纳米粉体，晶型完整，活性高；采用低热固相反应，产物为纳米氟化锂，共生产物为易于挥发去除的氨和铵盐，可采用固相干法除去杂质、分离和纯化氟化锂；过程不采用湿法洗涤过程，达到纳米材料制备的自洁净，过程全干法，工艺简单，能耗低、无污染，产业化实施方便。
具体实施方式
以下为本发明的部分具体实施例。这些实施例的给出决不是限制本发明。
实施例1
将工业氢氧化锂溶解于水，配制成含氯化锂2.0％的水溶液；用P507萃淋树脂吸附脱除杂质金属离子后，浓缩至含锂10％；在适当喷雾条件下进行喷雾干燥，制成高纯单水氢氧化锂，产品分散性良好粉体，颗粒为类球形，中心粒径约为14.2微米；
按质量比1∶1将氟化铵与高纯单水氢氧化锂在衬胶研磨搅拌混合器中充分混合反应3.5小时；混合物在60℃干燥10小时；干燥物转入衬钼不锈钢容器内，置于密封炉管为镍合金的加热炉内；在氩气保护下、160℃反应10小时；而后升温至450℃，用氩气作载气驱赶杂质气体，处理8小时；完成纳米氟化锂的制备过程。
高纯氟化锂平均粒径约37纳米。
实施例2
将工业氢氧化锂溶解于水，配制成含氯化锂4.0％的水溶液；用P507萃淋树脂吸附脱除杂质金属离子后，浓缩至含锂14％；在适当喷雾条件下进行喷雾干燥，制成高纯单水氢氧化锂，产品分散性良好粉体，颗粒为类球形，中心粒径约为17.4微米；
按质量比1.3∶1将氟化铵与高纯单水氢氧化锂在衬胶研磨搅拌混合器中充分混合反应1小时；混合物在95℃干燥4小时；干燥物转入衬钼不锈钢容器内，置于密封炉管为镍合金的加热炉内；在氩气保护下、220℃反应2.5小时；而后升温至620℃，用高纯氮气作载气驱赶杂质气体，处理2.5小时；完成纳米氟化锂的制备过程。
高纯氟化锂平均粒径约67纳米。
实施例3
如实施例1所述条件，改变反应条件为在氩气保护下220℃反应2.5小时；制备纳米氟化锂。
高纯氟化锂平均粒径约41纳米。
实施例4
如实施例1所述条件，改变热处理条件为620℃下处理2.5小时；制备纳米氟化锂。
高纯氟化锂平均粒径约47纳米。
实施例5
如实施例2所述条件，改变反应条件为在氩气保护下160℃反应10小时；制备纳米氟化锂。
高纯氟化锂平均粒径约54纳米。
实施例6
如实施例2所述条件，改变热处理条件为450℃处理8小时；制备纳米氟化锂。
高纯氟化锂平均粒径约61纳米。
实施例7
将工业氢氧化锂溶解于水，配制成含氯化锂2.5％的水溶液；用P507萃淋树脂吸附脱除杂质金属离子后，浓缩至含锂12％；在适当喷雾条件下进行喷雾干燥，制成高纯单水氢氧化锂，产品分散性良好粉体，颗粒为类球形，中心粒径约为15.7微米；
按质量比1.2：1将氟化铵与高纯单水氢氧化锂在衬胶研磨搅拌混合器中充分混合反应2.5小时；混合物在75℃干燥7小时；干燥物转入衬钼不锈钢容器内，置于密封炉管为镍合金的加热炉内；在氩气保护下、200℃反应6小时；而后升温至520℃，用氩气作载气驱赶杂质气体，处理5小时；完成纳米氟化锂的制备过程。
高纯氟化锂平均粒径约49纳米。
Claims (2)
1.一种高纯纳米氟化锂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将氢氧化锂溶于水，过滤、配制成含锂10％～15％的溶液；在喷雾干燥器内进行喷雾干燥，制得类球形、流动性好的单水高纯氢氧化锂；
(2)将固态高纯氢氧化锂和氟化铵置于研磨式搅拌混合器内，以固态形式充分混合和反应；按氟化铵与氢氧化锂反应的化学计量，氟化铵过量10％～60％；混合反应时间0.5～4.0小时；
(3)将完成上述反应后的混合物在60～100℃下烘干；
(4)将上述混合物置于一密闭可通气的炉子中，在高纯惰性气体保护下于150～250℃下进行合成反应；反应时间为2～10小时；
(5)反应结束后，将炉温升至400～650℃，以高纯惰性气体作载气，驱除反应后过量的氟化铵；保温时间2～8小时。
2.如权利要求1所述的高纯纳米氟化锂的制备方法，其特征在于：所述的高纯惰性气体为高纯氩气。
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