CN101962782A - 一种去除锂电解质KCl-LiCl中杂质Al的方法 - Google Patents

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申淼
楼经纬
李素贞
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Abstract

本发明涉及碱金属Li的提纯工艺，属于电化学冶金领域，是一种熔盐电化学方法除杂质的工艺。本发明采用电化学方法去除锂电解质KCl-LiCl中的杂质Al。先通过循环伏安法确定金属铝的析出电位，并在该电位下恒电位电解，使金属铝在碳钢片阴极上析出。待电解4.5h-10h后，从电解质中移出碳钢片阴极，使之完全离开反应器。我们通过电化学方法研究了杂质的除去效果，同时采用荧光火焰光谱ICP-AES(Varian 710-ES)分析电解质中Al的含量，发现除杂后电解质中Al的含量大大降低。本发明的方法操作简便，经过10小时电解后可除去熔盐中96％以上的Al。

Description

一种去除锂电解质KCl-LiCl中杂质Al的方法
技术领域
本发明涉及碱金属Li的提纯工艺，属于冶金领域，特别涉及一种熔盐电化学方法除杂质Al的工艺。
背景技术
当前金属锂唯一的工业生产方法是氯化锂-氯化钾熔盐电解法。LiCl-KCl体系为简单的二元共晶系，共晶点时LiCl的组成为50(wt)％左右。工业电解时，电解质中氯化锂含量为55(wt)％，氯化钾含量为45(wt)％，电解温度在390-450℃之间，氯化钾作为支持电解质起稳定和降低熔点的作用。工业锂电解槽采用石墨阳极和低碳钢阴极在直流电作用下，阳极产生氯气，阴极产生锂。电解法得到的产品纯度约为95-99wt％，含有K，Na，Al，Ca，Si，Fe，Mg，Ni等杂质。然而，在众多的金属锂应用领域，如锂电池、含锂结构合金以及核能发电等高新技术领域的应用，均要求锂的纯度在99.9wt％以上，因为杂质对容器材料产生腐蚀，无法满足原子能工业中反应堆冷却剂、航空工业用铝锂合金和高能锂电池负极材料的要求。
目前生产纯度在99.9wt％以上的金属锂是将熔盐电解法得到的初级金属锂经过两次真空蒸馏得到的。为了进一步提高纯度，需要进一步采用区域熔炼来提纯。真空蒸馏是在600-800℃下在不锈钢蒸馏炉内进行的，该蒸馏方法需要将锂大部分蒸发，每公斤纯锂需要耗用52度电，电能消耗大，蒸馏效率低。同时由于蒸馏温度高，对设备产生严重腐蚀，这显然增大了高纯金属锂的生产成本，经估算将纯度为98.5wt％的金属锂提纯为99.9wt％，其成本约10万元/吨。基于以上原因，完全有必要对杂质去除方法进行改进，以提高产品纯度。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明采用电化学方法，在电解得到金属锂之前去除杂Al。该方法操作简单，可在Li电解前进行，不影响后续电解工艺，有效降低了锂电解质KCl-LiCl中杂质Al的含量，因而从源头上降低了后续金属Li电解过程中Al的含量。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种用于去除锂电解质KCl-LiCl中杂质Al的方法，所述方法步骤如下：
1、配制电解质：在LiCl-KCl中添加AlCl3配制电解质LiCl-KCl-AlCl3，其中，LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AlCl3为LiCl-KCl-AlCl3总质量的0.5％～5％；
2、确定Al的析出电位：采用钨丝作为工作电极，采用Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管中，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)作为参比电极；光谱纯石墨为对电极；在450℃下，利用循环伏安法以20-200mv/s的扫描速度确定Al的析出电位；
3、电解：将固态金属碳钢作为阴极；采用Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)作为参比电极；石墨作为阳极；在步骤2)确定的Al的析出电位下采用恒电位电解的方法进行电解，电解时间为4.5～10小时，Al即在碳钢阴极上析出，之后移出碳钢阴极。
有益效果
本发明采用氯化锂-氯化钾熔盐电解法制备金属锂时，可在电解得到金属锂之前先对锂电解质KCl-LiCl中的杂质Al进行去除，与现有金属Li的提纯工艺相比，本方法方便快捷，省去了蒸馏法提纯繁琐的工艺流程，能有效地降低高纯锂制备的成本，同时采用碳钢作为去除杂质的阴极，成本低，操作方便简单，无需特殊加工。
附图说明
参比电极的电位说明：
为了得到准确的参比电位，每次实验将Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)作为参比电极的电位转化为相对于Cl2/Cl-的电位，以下图中得到的所有电化学图谱都转化为相对于Cl2/Cl-的电位。
图1除杂用电解槽示意图
其中，1-出气口；2-进气口；3-冷却水进口；4-光谱纯石墨对电极；5-钨丝工作电极；6-电解用Fe阴极；7-KCl-LiCl-AlCl3熔盐；8-Ag/AgCl参比电极；9-冷却水出口。
图2LiCl-KCl-AlCl3(0.5wt％)体系中Al3+在钨丝电极上还原的循环伏安图谱
其中，a-电解之前；b-电解6小时以后；扫描速率：100mv/s；T＝450℃；工作电极：W(0.1649cm2)；参比电极：Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)；对电极：光谱纯石墨
图3LiCl-KCl-AlCl3(0.5wt％)体系中-1.6V vs.Cl2/Cl-恒电位电解图；
其中，T＝450℃；工作电极：Fe(15cm2)；参比电极：Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)；对电极：光谱纯石墨
图4LiCl-KCl-AlCl3(1wt％)体系中Al3+在钨丝电极上还原的循环伏安图谱
其中，a-电解之前；b-电解5小时以后；扫描速率：50mv/s；T＝450℃；工作电极：W(0.1649cm2)；参比电极：Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)；对电极：光谱纯石墨
图5LiCl-KCl-AlCl3(1％wt)体系中-1.6V vs.Cl2/Cl-恒电位电解图；
其中，T＝450℃；工作电极：Fe(15cm2)；参比电极：Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)；对电极：光谱纯石墨
图6LiCl-KCl-AlCl3(2wt％)体系中Al3+在钨丝电极上还原的循环伏安图谱
其中，a-电解之前；b-电解4.5小时以后；扫描速率：100mv/s；T＝450℃；工作电极：W(0.1649cm2)；参比电极：Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)；对电极：光谱纯石墨
图7LiCl-KCl-AlCl3(2％wt)体系中-1.6V vs.Cl2/Cl-恒电位电解图；
其中，T＝450℃；工作电极：Fe(15cm2)；参比电极：Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)；对电极：光谱纯石墨
具体实施方式：
实施例：
本除杂工艺采用LiCl-KCl为基础电解质，添加不同含量的AlCl3配制具有不同含量的LiCl-KCl-AlCl3电解质体系，AlCl3分别占LiCl-KCl-AlCl3总质量的0.5％、1.0％、2.0％；在LiCl-KCl-AlCl3(0.5wt％)，LiCl-KCl-AlCl3(1.0wt％)，LiCl-KCl-AlCl3(2.0wt％)体系中，采用电化学方法确定Al的析出电位；
除杂用阴极碳钢采用片状结构5×4cm，石墨作为阳极，电解前阴极碳钢未放入反应器中。先采用循环伏安法，以W(0.1649cm2)为工作电极，Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)作为参比电极，光谱纯石墨为对电极，扫描速度为20-200mv/s，在450℃下确定Al的析出电位；然后将碳钢片插入电解液中3cm，浸没面积为15cm2，在铝的析出电位-1.6V vs.Cl2/Cl-下，对LiCl-KCl-AlCl3(2.0wt％)体系进行恒电位电解，Al即在碳钢阴极上析出，电解时间范围为4.5h-10h。作为对比说明，LiCl-KCl-AlCl3(2.0wt％)体系中电解时间分别采用4.5h与10h，以对比不同时间的除杂效果。电解结束后从电解质中移出碳钢片阴极使之完全离开反应器。除杂碳钢片可根据具体电解槽结构和大小适当调整。之后再采用循环伏安法，W(0.1649cm2)为工作电极，Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)为参比电极，光谱纯石墨为对电极研究杂质的除去效果，采用荧光火焰光谱ICP-AES(Varian 710-ES)分析电解质中Al的含量，比较电解前后电解质中Al含量的差异，与电化学图谱得到的结果可相互验证。详见表1
表1杂质Al含量ICP-AES分析结果
Figure BSA00000223962800031
从实施例中可以看出：当电解质中AlCl3含量在0.5-1wt％时，电解5-6小时可除去93.wt％以上的Al。当电解质中AlCl3含量为2wt％时，经过10小时电解可除去96.4％的Al，电解时间适当延长，其除杂效果有望进一步提高。

Claims (1)

1.一种用于去除锂电解质KCl-LiCl中杂质Al的方法，所述方法步骤如下：
1)、配制电解质：在LiCl-KCl中添加AlCl3配制电解质LiCl-KCl-AlCl3，其中，LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AlCl3为LiCl-KCl-AlCl3总质量的0.5％～5％；
2)、确定Al的析出电位：采用钨丝作为工作电极，将插入到装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管中的Ag丝作为参比电极，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％；光谱纯石墨为对电极；在450℃下，利用循环伏安法以20-200mv/s的扫描速度确定Al的析出电位；
3)、电解：将固态金属碳钢作为阴极；采用步骤2)所述的Ag丝作为参比电极；石墨作为阳极；在步骤2)确定的Al的析出电位下采用恒电位电解的方法进行电解，电解时间为4.5～10小时，Al即在碳钢阴极上析出，之后移出碳钢阴极。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104390955A (zh) * 2014-11-26 2015-03-04 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种产品的铝锂合金中银元素检测方法
CN105914392A (zh) * 2015-02-24 2016-08-31 株式会社半导体能源研究所 装置、二次电池、制造方法及电子设备
CN110938838A (zh) * 2019-11-06 2020-03-31 东北大学 利用NaCl熔盐萃取法处理铝电解槽阳极炭渣的方法
CN111763959A (zh) * 2020-07-16 2020-10-13 江西理工大学 一种熔盐体系下固态阴极镝铜中间合金阴极电除杂的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4533442A (en) * 1984-07-31 1985-08-06 Amax Inc. Lithium metal/alloy recovery from multi-component molten salt
US4740279A (en) * 1985-09-14 1988-04-26 Metallgesellschaft Aktiengesellschaft Process and apparatus for producing high-purity lithium metal by fused-salt electrolysis
US4790917A (en) * 1986-11-07 1988-12-13 Alcan International Limited Refining of lithium-containing aluminum scrap
CN1483673A (zh) * 2003-07-28 2004-03-24 东北大学 一种氯化锂提纯的工艺方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4533442A (en) * 1984-07-31 1985-08-06 Amax Inc. Lithium metal/alloy recovery from multi-component molten salt
US4740279A (en) * 1985-09-14 1988-04-26 Metallgesellschaft Aktiengesellschaft Process and apparatus for producing high-purity lithium metal by fused-salt electrolysis
US4790917A (en) * 1986-11-07 1988-12-13 Alcan International Limited Refining of lithium-containing aluminum scrap
CN1483673A (zh) * 2003-07-28 2004-03-24 东北大学 一种氯化锂提纯的工艺方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《无机化学学报》 20080630 颜永得等 KCl-LiCl-MgCl2熔盐体系中共沉积制备Mg-Li合金及理论分析 第902-906页 1 第24卷, 第6期 *
《有色金属》 19870228 张永健等 铝从AlCl3-NaCl-LiCl熔体中电解析出的动力学 第44-48页 1 第39卷, 第1期 2 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104390955A (zh) * 2014-11-26 2015-03-04 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种产品的铝锂合金中银元素检测方法
CN105914392A (zh) * 2015-02-24 2016-08-31 株式会社半导体能源研究所 装置、二次电池、制造方法及电子设备
US10581060B2 (en) 2015-02-24 2020-03-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Apparatus, secondary battery, manufacturing method, and electronic device
CN110938838A (zh) * 2019-11-06 2020-03-31 东北大学 利用NaCl熔盐萃取法处理铝电解槽阳极炭渣的方法
CN110938838B (zh) * 2019-11-06 2021-12-31 东北大学 利用NaCl熔盐萃取法处理铝电解槽阳极炭渣的方法
CN111763959A (zh) * 2020-07-16 2020-10-13 江西理工大学 一种熔盐体系下固态阴极镝铜中间合金阴极电除杂的方法

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