CN103205774A - 锂盐一步法熔融电解制金属锂的方法 - Google Patents
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Abstract
锂盐一步法熔融电解制金属锂的方法，电解槽内石墨阳极(6)产生的氯气经由氯气回输管(8)抽往反应池(13)上分解槽的高温熔融室(11)，由下而上地经过多孔钛筛板(16)，同熔融的碱性锂盐发生反应，生成氯化锂继续电解，由于反应迅速自下而上不断在阴极生成金属锂。氯气事实上成为运载锂离子的载体，往返循环于电解槽内分解室和高温熔融室之间，而不再向外排出，不但提高生产效率和金属锂品质，而且，避免了外排氯气所需的辅助设备以及其影响，另外，节省的相关浓缩结晶、离心分离、高温烘干、锂锭熔化和真空蒸馏等工艺，显著节省工序，降低设备和生产成本，为下游工艺和产品应用带来了巨大的商机。
Description
技术领域
本发明涉及涉及国际专利分类COlD碱金属锂的化合物处理技术，尤其是锂盐一步法熔融电解制金属锂的方法。
背景技术
锂是一种柔软的，银灰色，极易反应的碱金属元素。它在金属中比重最轻。锂在空气中易被氧化，所以须贮存于固体石蜡或惰性气体中。它能与水和酸作用放出氢气，易与氧、氮、硫等化合。锂盐在水中的溶解度与镁盐类似，而不同于其他的碱金属盐。
锂在自然界中丰度较大，居第27位，在地壳中约含0.0065％。锂仅以化合物的形式广泛存在于自然界中。锂的矿物有30余种，主要存在于锂辉石(LiAlSi2O6)和锂云母以及透锂长石((LiNa)AlSi4O10)和磷铝石中。在人和动物的有机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都有锂的存在。锂可由电解熔融的氯化锂而制得。Guntz首先建议用电解熔融的氯化锂和氯化钾的混合物来制备金属锂，这样可以把熔融温度从单质锂的610℃降低到400℃。以石墨为阳极，以低碳钢为阴极，电解槽压为6.0-6.5V。这样就可以得到纯度为99％的锂。
目前，工业生产金属锂的方法为电解熔融的氯化锂-氯化钾混合盐电解时，分解电解较小的锂离子首先析出成为金属锂：
阴极：Li++e-→Li，其中，Li为液态；
阳极：2Cl-→Cl2+2e-
总反应式为：2LiCl(1)→2Li++2Cl-→2Li+Cl2
所用无水氯化锂为盐酸同碱性锂盐反应生成氯化锂溶液，再将该溶液高速蒸发浓缩结晶后，离心分离出结晶氯化锂后，再放入钛高温转炉内烘干，由于氯化锂的腐蚀性及吸水性都极强，生产环节易混入杂质，因此生产工艺复杂，对设备要求高，成本显著高出碱性锂盐，其次，由于电解时产生氯气会对设备、人员和环境造成严重影响，因此，一般生产企业无法生产金属锂，这也是造成金属锂售价居高的重要原因，同时也进一步使得后续应用成本长期以来无法逐步下降，限制了锂在相关行业中的应用。
相关已公开技术较少，如：
中国专利申请201010166883.5一种处理锂盐的方法包括以下步骤中的至少一个：a)将该盐溶于非质子有机溶剂以形成溶液，并使所述溶液通过氧化铝柱，b)将该盐溶于溶剂以形成溶液，并使所述溶液通过Li+形式的阳离子交换柱，c)在大于大约180℃真空或氮气驱气的条件下干燥该盐，d)将该盐溶于非质子有机溶剂以形成溶液，并使所述溶液通过锂取代的分子筛，以及；回收锂盐。
中国专利申请201210243318.3一种从锂辉石提取锂制备锂盐的方法，包括以下流程：a、转型焙烧；b、冷却球磨；c、酸化焙烧；d、化浆中和；e、分离洗涤及净化；f、调配转型；g、过滤洗涤；h、深度除杂；i、中和；j、浓缩结晶；k、冷却析钠；l、浓缩结晶；m、分离与干燥。
中国专利申请201210512662.8从锂云母原料中提取锂盐的方法，以锂云母为原料，采用煅烧与酸浸相结合方法，所述煅烧是将锂云母通过等离子发生器进行煅烧并除氟，控制等离子发生器进行煅烧温度为1500-2000℃；所述酸浸是将煅烧除氟后的锂云母在加压状态下与硫酸溶液进行反应，得固、液混合物，降温冷冻，分离钾铷铯矾，过滤，加碱，除杂，沉锂制锂盐。其是将锂云母通过等离子发生器产生的高温差热反应，使锂云母结构发生转变。
发明内容
本发明的目的是提供锂盐一步法熔融电解制金属锂的方法，在实现没有氯气外排的同时有效降低生产成本。
本发明的目的是通过如下技术措施实现的：电解槽内石墨阳极产生的氯气经由氯气回输管抽往反应池上分解槽的高温熔融室，由下而上地经过多孔钛筛板，同熔融的碱性锂盐发生反应，生成氯化锂继续电解，由于反应迅速自下而上不断在阴极生成金属锂。
本发明的有益效果是：氯气事实上成为运载锂离子的载体，往返循环于电解槽内分解室和高温熔融室之间，而不再向外排出，不但提高生产效率和金属锂品质，而且，避免了外排氯气所需的辅助设备以及其影响，另外，节省的相关浓缩结晶、离心分离、高温烘干、锂锭熔化和真空蒸馏等工艺，显著节省工序，降低设备和生产成本，安装、操作方便，反应速度快，结构整体性好，安全可靠，为下游工艺和产品应用带来了巨大的商机。
附图说明
图1为本发明中的制备方法原理示意简图
图2为本发明中制备方法应用装置结构原理示意图
附图标记包括：分解室1，循环空气入口2，铁阴极3，氯气抽出口4，多孔不锈钢隔膜罩管5，石墨阳极6，真空泵7，氯气回输管8，循环空气回输管9，加料斗10，高温熔融室11，烟气出口12，反应池13，燃烧器14，燃气入口15，钛筛板16，锥形汇集槽17，排料口18。
具体实施方式
本发明包括，反应池13、分解室1、高温熔融室11、铁阴极3，石墨阳极6，氯气回输管8和循环空气回输管9。以下结合附图和实施例进一步说明。
本发明中，如附图1所示，电解槽内石墨阳极6产生的氯气经由氯气回输管8抽往反应池13上分解槽的高温熔融室11，由下而上地经过多孔钛筛板16，同熔融的碱性锂盐发生反应，生成氯化锂继续电解，由于反应迅速自下而上不断在阴极生成金属锂。
本发明中，如附图2所示，反应池13内安装电解槽，该电解槽包括相互连通的分解室1和高温熔融室11；分解室1内安装石墨阳极6，在石墨阳极6外套装多孔不锈钢隔膜罩管5，多孔不锈钢隔膜罩管5上端穿出反应池13顶部并连接氯气抽出口4，在多孔不锈钢隔膜罩管5外安装铁阴极3，在分解室1上部铁阴极3外侧连接入循环空气入口2，；高温熔融室11顶部安装循环空气回输管9和加料斗10，高温熔融室11中部安装钛筛板16，高温熔融室11底部连接入氯气回输管8；循环空气回输管9上安装真空泵7，循环空气回输管9连通高温熔融室11顶部和分解室1顶部的循环空气入口2，氯气回输管8连通氯气抽出口4和高温熔融室11底部。
本发明中，反应池13内安装燃烧器14，反应池13壁下部开孔安装燃气入口15，燃气入口15连接燃烧器14，反应池13壁上部开孔安装烟气出口12；高温熔融室11底部有锥形汇集槽17，氯气回输管8连接入锥形汇集槽17，同时，锥形汇集槽17底部接出排料口18。
前述中，高温熔融室11壁为钛容器，氯气回输管8为镍管，高温熔融室11内上部为熔融态碱性锂盐。
前述中，从加料斗10加入无水碱性锂盐。
前述中，在高温熔融室11内，反应池1工作温度500℃，其中：Cl2+LiOH→LiCl+O2↑+H2O
其中H2O呈气态；气态的H2O和O2从高温熔融室11顶部经过循环空气回输管9在真空泵7推动下由循环空气入口2进入分解室1；同时，比重较大的熔融氯化锂从由底部进入电解槽分解室1内补充消耗掉的氯化锂。
前述中，如此反复，氯气事实上成为运载锂离子的载体，往返循环于分解室1和高温熔融室11之间，而不再向外排出，由于氯气纯净度较高，因此只要将碱性锂盐重结晶提纯后，二者生成的氯化锂纯度较高直接处于熔融状态，可直接进行电解，节省现有技术中浓缩结晶、离心分离、高温烘干等步骤，因而产品质量也将大幅度提高，电解出的金属锂可直接满足电池工业需要，而无需再将锂锭熔化、真空蒸馏之后才能使用。
本发明中，电解过程中，氯气封闭回输不再外排，氯气事实上成为运载锂离子的载体，不但提高生产效率和金属锂品质，而且，避免了外排氯气所需的辅助设备以及其影响，另外，节省的相关浓缩结晶、离心分离、高温烘干、锂锭熔化和真空蒸馏等工艺，显著节省工序，降低设备和生产成本，为下游工艺和产品应用带来了巨大的商机。
Claims (5)
1.锂盐一步法熔融电解制金属锂的方法，其特征是：电解槽内石墨阳极(6)产生的氯气经由氯气回输管(8)抽往反应池(13)上分解槽的高温熔融室(11)，由下而上地经过多孔钛筛板(16)，同熔融的碱性锂盐发生反应，生成氯化锂继续电解，由于反应迅速自下而上不断在阴极生成金属锂。
2.如权利要求1所述的锂盐一步法熔融电解制金属锂的方法，其特征在于，反应池(13)内安装电解槽，该电解槽包括相互连通的分解室(1)和高温熔融室(11)；分解室(1)内安装石墨阳极(6)，在石墨阳极(6)外套装多孔不锈钢隔膜罩管(5)，多孔不锈钢隔膜罩管(5)上端穿出反应池(13)顶部并连接氯气抽出口(4)，在多孔不锈钢隔膜罩管(5)外安装铁阴极(3)，在分解室(1)上部铁阴极(3)外侧连接入循环空气入口(2)，；高温熔融室(11)顶部安装循环空气回输管(9)和加料斗(10)，高温熔融室(11)中部安装钛筛板(16)，高温熔融室(11)底部连接入氯气回输管(8)；循环空气回输管(9)上安装真空泵(7)，循环空气回输管(9)连通高温熔融室(11)顶部和分解室(1)顶部的循环空气入口(2)，氯气回输管(8)连通氯气抽出口(4)和高温熔融室(11)底部。
3.如权利要求2所述的锂盐一步法熔融电解制金属锂的方法，其特征在于，反应池(13)内安装燃烧器(14)，反应池(13)壁下部开孔安装燃气入口(15)，燃气入口(15)连接燃烧器(14)，反应池(13)壁上部开孔安装烟气出口(12)；高温熔融室(11)底部有锥形汇集槽(17)，氯气回输管(8)连接入锥形汇集槽(17)，同时，锥形汇集槽(17)底部接出排料口(18)。
4.如权利要求2所述的锂盐一步法熔融电解制金属锂的方法，其特征在于，高温熔融室(11)壁为钛容器，氯气回输管(8)为镍管，高温熔融室(11)内上部为熔融态碱性锂盐。
5.如权利要求1所述的锂盐一步法熔融电解制金属锂的方法，其特征在于，在高温熔融室(11)内，反应池(1)工作温度500℃，其中：Cl2+LiOH→LiCl+O2↑+H2O
其中H2O呈气态；气态的H2O和O2从高温熔融室(11)顶部经过循环空气回输管(9)在真空泵(7)推动下由循环空气入口(2)进入分解室(1)；同时，比重较大的熔融氯化锂从由底部进入电解槽分解室(1)内补充消耗掉的氯化锂。
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