CN116216667A - 一种氨基锂工业的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氨基锂工业的制备方法。方法包括以下步骤：步骤A：在惰性气体氛围下，取2~3kg金属锂放入反应容器中，后再将反应容器放入氩气置换过的不锈钢反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入氩气至0.01~0.03Mpa微正压，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；步骤B：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置在380~420℃进行保温，保温时长1~2h；步骤C：在真空条件下，向步骤A中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在1.5~2m3/h，排气速率控制在0.5~1m3/h，维持压力在0.12~0.15Mpa，反应2~3h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温，经过取出粉碎后得到粗氨基锂。本发明的氨基锂工业的制备方法，反应原理简单、工艺操作简便、安全性高、设备投资少、生产成本低、纯度高、适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及储氢材料制备领域，具体涉及一种氨基锂工业的制备方法。
背景技术
随着化石燃料大量燃烧，能源枯竭、环境污染等问题日趋严重,发展可再生清洁能源迫在眉睫。氢能由于其高效和无污染的特点,是未来最理想的能源之一。氢能系统分为制氢、储存和开发利用技术三部分。其中制约氢能发展的关键因素之一为储氢技术，而储氢材料是储氢技术的基石。氨基锂作为理想的储氢材料，越来越广泛的应用于储氢材料领域，它与氢化锂（LiH）、亚氨基锂（Li2NH）都是具有良好前景的储氢材料。此外氨基锂还广泛用于有机合成和药物制造，常用作有机合成的缩合促进剂、还原剂、脱水剂、干燥剂、脱卤剂、烷基化剂、氨解反应剂，还用作乙烯化合物阴离子聚合的发剂。还可用于制造叠氮化合物、氰化物。在医药工业上用作维生素A、维生素D3和抗艾滋病药的合成催化剂。在农药化工上用作除草剂的合成催化剂。
目前国内外用于制备氨基锂的制工艺有以下几类：1、液氨和金属锂反应制备，此法反应剧烈，液氨极不容易保存，溶液易发生泄漏；2、氨气通入有机溶剂里与金属锂进行反应生成“锂青铜”，再与烯烃合成氨基锂湿料，最后干燥得到氨基锂，得到的氨基锂不仅收率低，而且主含量也低于90%，制备过程中使用了大量的有机溶剂，对环境也不友好。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种操作简便、安全性高，生产成本低、设备投资少，适合大规模生产，并且制备的氨基锂颜色白、纯度高（纯度≥95%）的氨基锂工业的制备方法，能有效解决现有氨基锂制备工艺中安全性低，主含量不高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种氨基锂工业的制备方法，所述方法包括以下步骤：
A、一次装料：在惰性气体氛围下，取2~3kg金属锂放入反应容器中，然后再将反应容器放入氩气置换过的反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入惰性气体至微正压0.01~0.03Mpa，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
B、保温熔融：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置在380~420℃进行保温，保温时长1~2h，使金属锂熔融；
C、一次反应：在真空条件下，向步骤A中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在1.5~2m3/h，排气速率控制在0.5~1m3/h，维持压力在0.13~0.15Mpa。反应2~3h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
D、一次粉碎：在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入惰性气体至常压，打开反应罐将反应容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，粉碎时长1~3min，得到淡黄色的低纯氨基锂粉料；
E、二次装料：在惰性气体氛围下，将步骤D中所述氨基锂粗料进行二次反应，称取低纯氨基锂粗料3~4kg放置于反应容器容器中，然后再放入惰性气体置换过的不锈钢反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入惰性气体至微正压0.01~0.03Mpa，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
F、二次保温：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置为280~310℃进行保温，保温时长1~2h，将未反应完的金属锂进行熔融；
G、二次反应：在真空条件下，向步骤E中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在0.1~0.5m3/h，排气速率控制在0~0.3m3/h，维持压力在0.13~0.15Mpa。温度设置为梯度升温，5℃/min升温至360~380℃。反应8~15h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
H、二次粉碎：在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入氩气至常压，打开反应炉将反应容器容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，转速2000转/min粉碎1~3min，得到白色的工业氨基锂。
进一步的，所述步骤A、E中需要惰性进行置换2次，在置换过程中，充入惰性气体至微正压0.01~0.03Mpa。
进一步的，所述步骤中所涉及的惰性气体为氩气。
进一步的，所述步骤A、所述步骤D、所述步骤E、所述步骤H中使用的反应容器为圆盘，高径比为1:3。
进一步的，所述步骤C、G的反应罐为不锈钢材质。
本发明提供的氨基锂工业的制备方法，能够有效解决现有氨基锂的纯度低、工艺安全性低、产品收率低、成本高、能耗高和环境污染等问题。本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，目的是提供一种反应简单，操作简便，适合大规模生产且安全性高的制备工艺，该工艺制得的工业氨基锂颜色为白色，金属锂和氨气的纯度≥99.9%，所述方法采用火法制备，生成副产物为氢气，保证了产品的纯度。
本发明的工业制备氨基锂的方法，首先一次反应，既用熔融金属锂和氨气在一定温度下进行首次反应，得到淡黄色低纯氨基锂。然后二次反应，既将一次烧制的低纯氨基锂粉碎后，再次与氨气在一定温度下进行二次反应，最后得到颜色为白色的氨基锂产品，主含量达到95%以上。整个过程中，工艺简单，对设备要求简单。其主要反应方程式为：2NH3↑+2Li=2LiNH2+H2↑。
本发明的工业制备氨基锂的方法，首先，工艺流程简单方便，适合工业化大规模生产；其次，所得的氨基锂的纯度高可达到95%以上；再次，制备氨基锂使用的原料为金属锂和氨气，转化效率高，节约能耗与成本；最后，该反应条件温和，反应稳定，对工艺条件要求简单，安全性高，操作方便。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照实施例对本发明进行更全面的描述，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种氨基锂工业的制备方法，包括以下步骤：
A、一次装料：在惰性气体氛围下，取2~3kg金属锂放入反应容器中，然后再将反应容器放入氩气置换过的反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入惰性气体至微正压0.01~0.03Mpa，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
B、保温熔融：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置在380~420℃进行保温，保温时长1~2h，使金属锂熔融；
C、一次反应：在真空条件下，向步骤A中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在1.5~2m3/h，排气速率控制在0.5~1m3/h，维持压力在0.13~0.15Mpa。反应2~3h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
D、一次粉碎：在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入惰性气体至常压，打开反应罐将反应容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，粉碎时长1~3min，得到淡黄色的低纯氨基锂粉料；
E、二次装料：在惰性气体氛围下，将步骤D中所述氨基锂粗料进行二次反应，称取低纯氨基锂粗料3~4kg放置于反应容器容器中，然后再放入惰性气体置换过的不锈钢反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入惰性气体至微正压0.01~0.03Mpa，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
F、二次保温：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置为280~310℃进行保温，保温时长1~2h，将未反应完的金属锂进行熔融；
G、二次反应：在真空条件下，向步骤E中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在0.1~0.5m3/h，排气速率控制在0~0.3m3/h，维持压力在0.13~0.15Mpa。温度设置为梯度升温，5℃/min升温至360~380℃。反应8~15h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
H、二次粉碎:在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入氩气至常压，打开反应炉将反应容器容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，转速2000转/min粉碎1~3min，得到白色的工业氨基锂。
进一步的，所述步骤A、E中需要惰性进行置换2次，在置换过程中，充入惰性气体至微正压0.01~0.03Mpa，惰性气体为氩气，以保证反应罐中不残留空气，避免金属锂与空气中的氧气、氮气、以及水反应，生成其它杂质。
进一步的，所述步骤B中保温柜设置保温温度范围380~420℃，且保温1-2h，且保持较高的温度，有利于气液反应，确保金属锂熔化呈熔融状态。温度过低金属锂难以熔化，通入氨气后在金属锂表面生成氨基锂，阻碍内部金属锂进一步与氨气反应，导致反应终止。温度过高反应过于剧烈，也容易造成氨基锂分解，且能耗成本上升。
进一步的，所述步骤C中通气流量控制在1.5~2m3/h，放气流量控制0.5~1m3/h，以维持反应过程中反应的压力为0.13~0.15Mpa,以保证反应过程中氨气的分压足够维持反应的进行。液态金属锂与氨气反应剧烈，消耗氨气量巨大，通气流量过低导致供气量不足，反应不充分金属锂的转化率较低，通气流量过大会导致氨气利用率较低，增加成本。
进一步的，所述步骤E中将低纯氨基锂粗料粉碎后再次装料进行反应，装料为3~4kg，即将步骤E中所述氨基锂粗料进行二次反应，使未反应的金属锂进一步与氨气充分反应，提高氨基锂的纯度。
进一步的，所述步骤F中保温柜设置保温温度范围280~310℃，将金属锂粉进行熔融预热活化，提高与氨气的反应速率。温度过高则会导致氨基锂分解，生成亚氨基锂和氢气。
进一步的，所述步骤C、所述步骤G中反应的同时不断排气，排出未反应的氨气和副产物氢气，氢气在反应罐中富集会导致氨气的浓度过低影响反应速率，甚至会导致反应中断。
进一步的，所述步骤C、G的反应罐为不锈钢材质。
进一步的，所述步骤D和所述步骤H使用高速粉碎机粉碎，转速为2000转/min，粉碎时长为1~3min。将一次烧制后的氨基锂粗料粉碎，增大粗料与氨气反应的接触面积，提高主含量。所述步骤H将二次反应后的氨基锂产品粉碎，反应粉碎后方便包装。
进一步的，所述步骤A、所述步骤D、所述步骤E、所述步骤H中使用的反应容器为圆盘，高径比为1:3。
相对于现有技术而言，本发明的工业制备氨基锂的方法，能够有效解决现有氨基锂的纯度低、工艺安全性低、产品收率低、成本高、能耗高和环境污染等问题。本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，目的是提供一种反应简单，操作简便，适合大规模生产且安全性高的制备工艺，该工艺制得的工业氨基锂颜色为白色，金属锂和氨气的纯度≥99.9%，所述方法采用火法制备，生成副产物为氢气，保证了产品的纯度。
本发明的工业制备氨基锂的方法，首先一次反应，既用熔融金属锂和氨气在一定温度下进行首次反应，得到淡黄色低纯氨基锂。然后二次反应，既将一次烧制的低纯氨基锂粉碎后，再次与氨气在一定温度下进行二次反应，最后得到颜色为白色的氨基锂产品，主含量达到95%以上。整个过程中，工艺简单，对设备要求简单。其主要反应方程式为：2NH3↑+2Li=2LiNH2+H2↑。
本发明的工业制备氨基锂的方法，首先，工艺流程简单方便，适合工业化大规模生产；其次，所得的氨基锂的纯度高可达到95%以上；再次，制备氨基锂使用的原料为金属锂和氨气，转化效率高，节约能耗与成本；最后，该反应条件温和，反应稳定，对工艺条件要求简单，安全性高，操作方便。
实施例1
步骤A.一次装料：在惰性气体氛围下，取2kg金属锂放入反应容器中，后再将反应放入氩气置换过的反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入氩气至0.01Mpa微正压，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
步骤B.保温熔融：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置在380℃进行保温，保温时长1h；
步骤C.一次烧制：在真空条件下，向步骤A中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在1.5m3/h，反应同时排出氢气和氨气的混合气，排气速率控制在0.5m3/h，维持压力在0.13Mpa。反应2h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
步骤D.一次粉料：在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入氩气至常压，打开反应炉将反应容器容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，转速2000转/min，粉碎时长1min，得到淡黄色的低纯氨基锂粉料；
步骤E.二次装料：在惰性气体氛围下，称取步骤D所述低纯氨基锂粗料3kg放置于反应容器容器中，后再放入氩气置换过的不锈钢反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入氩气至0.03Mpa微正压，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
步骤F.保温预热：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置为280℃进行保温，保温时长1h；
步骤G.二次反应：在真空条件下，向步骤E中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在0.1m3/h，反应同时排出氢气和氨气的混合气，将混合气通至氨气吸收塔，使用稀硫酸吸收，不反应的氢气通过高空管排空，排气速率控制在0.3m3/h，维持压力在0.13~0.15Mpa。温度设置为梯度升温，5℃/min升温至360℃。反应15h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
步骤H.二次粉碎: 在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入氩气至常压，打开反应炉将反应容器容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，转速2000转/min，粉碎3min，得到白色的氨基锂产品。经检测，主含量为97.22%。
实施例2：
步骤A.一次装料：在惰性气体氛围下，取3kg金属锂放入反应容器中，后再将反应放入氩气置换过的反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入氩气至0.03Mpa微正压，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
步骤B.保温熔融：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置在420℃进行保温，保温时长2h；
步骤C.一次烧制：在真空条件下，向步骤A中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在2m3/h，反应同时排出氢气和氨气的混合气，排气速率控制在1m3/h，维持压力在0.15Mpa。反应3h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
步骤D.一次粉料：在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入氩气至常压，打开反应炉将反应容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，转速2000转/min，粉碎时长1min，得到淡黄色的低纯氨基锂粉料；
步骤E.二次反应装料：在惰性气体氛围下，称取步骤D所述低纯氨基锂粗料4kgg放置于反应容器容器中，后再放入氩气置换过的不锈钢反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入氩气至0.01Mpa微正压，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
步骤F.保温预热：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置为310℃进行保温，保温时长2h；
步骤G.二次反应：在真空条件下，向步骤E中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在0.5m3/h，排气速率控制在0.3m3/h，维持压力在0.13Mpa。温度设置为梯度升温，5℃/min升温至380℃。反应8h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
步骤H.二次粉碎、包装:在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入氩气至常压，打开反应炉将反应容器容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，转速2000转/min，粉碎3min，得到白色的氨基锂产品。经检测，主含量为97.32%。
实施例3：
步骤A.一次装料：在惰性气体氛围下，取2.6Kg金属锂放入反应容器中，后再将反应放入氩气置换过的反应罐容器中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入氩气至0.02Mpa微正压，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
步骤B.保温熔融：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置在400℃进行保温，保温时长1.5h；
步骤C.一次烧制：在真空条件下，向步骤A中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在1.8m3/h，排气速率控制在0.85m3/h，维持压力在0.14Mpa。反应2.4h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
步骤D.一次粉料：在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入氩气至常压，打开反应炉将反应容器容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，转速2000转/min，粉碎时长1.5min，得到淡黄色的低纯氨基锂粉料；
步骤E.二次反应装料：在惰性气体氛围下，称取步骤D所述低纯氨基锂粗料3.8kg放置于反应容器容器中，后再放入氩气置换过的不锈钢反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入氩气至0.015Mpa微正压，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
步骤F.保温预热：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置为300℃进行保温，保温时长3h；
步骤G.二次反应：在真空条件下，向步骤E中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在0.35m3/h，排气速率控制在0.21m3/h，维持压力在0.138Mpa。温度设置为梯度升温，5℃/min升温至375℃。反应12h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
步骤H.二次粉碎、包装:在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入氩气至常压，打开反应炉将反应容器容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，转速2000转/min，粉碎2.5min，得到白色的氨基锂产品。经检测，主含量为97.83%。
上述实施例的氨基锂产品的技术指标见表(1)
表（1）氨基锂产品品质分析结果
上述仅对本发明中的具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰，均应认为落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种氨基锂工业的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
A、一次装料：在惰性气体氛围下，取2~3kg金属锂放入反应容器中，然后再将反应容器放入惰性气体置换过的反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入惰性气体至微正压0.01~0.03Mpa，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
B、保温熔融：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置在380~420℃进行保温，保温时长1~2h，使金属锂熔融；
C、一次反应：在真空条件下，向步骤A中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在1.5~2m3/h，排气速率控制在0.5~1m3/h，维持压力在0.13~0.15Mpa；
反应2~3h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
D、一次粉碎：在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入惰性气体至常压，打开反应罐将反应容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，粉碎时长1~3min，得到淡黄色的低纯氨基锂粉料；
E、二次装料：在惰性气体氛围下，将步骤D中所述氨基锂粗料进行二次反应，称取低纯氨基锂粗料3~4kg放置于反应容器容器中，然后再放入惰性气体置换过的不锈钢反应罐中，将反应罐密封后，抽真空，然后充入惰性气体至微正压0.01~0.03Mpa，再次抽真空后将反应罐用横车吊入电炉中；
F、二次保温：在真空条件下，将电炉控制柜温度设置为280~310℃进行保温，保温时长1~2h，将未反应完的金属锂进行熔融；
G、二次反应：在真空条件下，向步骤E中所述反应罐中通入氨气，通气流量控制在0.1~0.5m3/h，排气速率控制在0~0.3m3/h，维持压力在0.13~0.15Mpa；
温度设置为梯度升温，5℃/min升温至360~380℃；
反应8~15h后，将反应罐吊出电炉冷却至室温；
H、二次粉碎：在常温常压条件下，待反应罐冷却至室温后，打开真空泵，抽取真空后再充入惰性气体至常压，打开反应炉将反应容器容器取出，然后放至干燥间的手套箱中，将反应容器中物料捣碎后，使用高速粉碎机对物料进一步粉碎，转速2000转/min粉碎1~3min，得到白色的工业氨基锂。
2.根据权利要求1所述的一种氨基锂工业的制备方法，其特征在于：所述步骤A、E中惰性置换2次，在置换过程中，充入惰性气体至微正压0.01~0.03Mpa。
3.根据权利要求1所述的一种氨基锂工业的制备方法，其特征在于：所述步骤中所涉及的惰性气体为氩气。
4.根据权利要求1所述的一种氨基锂工业的制备方法，其特征在于：所述步骤A、所述步骤D、所述步骤E以及所述步骤H中使用的反应容器为圆盘，高径比为1:3。
5.根据权利要求1所述的一种氨基锂工业的制备方法，其特征在于：所述步骤C和所述步骤G的反应罐为不锈钢材质。
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