CN1410207A - 一种锂砂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂砂的制备方法,采用水值为100ppm~300ppm的惰性介质作分散介质在200℃~250℃下将金属锂完全熔融,在转速为1500rpm~3000rpm下,将其分散为很细的液滴,10min~30min将温度降到150℃~180℃(金属锂熔点以下)时停止搅拌,此时金属锂在惰性介质中形成了很细小的分散体(通常粒径为10μm~400μm),继续降温后得到可直接用于烷基锂合成的锂砂。本发明克服了锂分散过程中分散介质含水量要求在20ppm以下技术偏见;采用含水量为100ppm~300ppm的惰性介质作为分散介质不仅省去复杂精制工序而且水值增高后,在锂砂表面形成了一层以LiOH为主的保护层,使锂砂更为稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂砂的制备方法。
背景技术
采用金属锂为原料制备烷基锂,为提高反应速率,必须增大其比表面积,即首先将金属锂制备成粒度为10~400微米的锂砂。
将金属锂熔融后再用高速搅拌进行分散来制备锂砂,目前在工业上已经是一种比较成熟而且应用普遍的方法,最初是齐格勒等人在1930年提出。其过程是将金属锂在惰性介质中加热到熔点以上使其全部熔融,再用3000rpm~15000rpm高速搅拌分散10min~30min,然后降温至熔点以下停止搅拌,继续冷却即可得到锂砂。惰性介质一般为高沸点饱和烃类,要求其中不能含有水、醇等可与锂发生反应的物质。据多数专利介绍,如U.S.P.3,293,313(1966)等等,用上述方法制备的锂砂,通常还要将其用庚烷、己烷或环己烷等洗去那些高沸点的烃油,这样有利于保证合成烷基锂时有较高的收率。
锂的分散除要求在惰性介质中进行外,还常常需要外加分散剂,尤其是在分散介质粘度不高和锂中钠含量较高时显得更为重要,否则锂分散物容易胶凝或结块。据文献报导,常用的分散剂有二聚亚油酸、油酸、硬脂酸钙、环烷酸铅、月桂酸铝及其他脂肪酸金属化合物。此外,卵磷脂、碳溶胶和某些聚合物的胶体也可用做分散剂。
近期美国专利U.S.P.5,567,474(1996)、5,776,369(1998)报导,以无水CO2作分散剂,可在锂砂表面产生一层由Li2CO3、Li2O、LiOH和烃油组成的保护层,起到使锂分散体稳定的作用,而且不会减缓其与卤代烃的反应。同时比较无水CO2和油酸作分散剂时制得的锂砂,发现用前者合成得到的烷基锂产品中无机氯含量更低。此外,用油酸作分散剂时,锂中钠含量不可过多,一般要求低于0.88%,以防止分散物变稠或胶凝。而用CO2代替油酸时,对钠的量没有限制。
发明内容
金属锂的熔融分散法虽已成熟,但需外加分散剂、锂砂需洗涤以及采用高速搅拌等,增加了操作环节和实施难度。本发明的目的在于,在提高锂分散物稳定性、不损失其活性的前提下对此方法进行改进,使其更简便并且易于实施。
为了实现上述目的,本发明采用了如下的技术方案:将一密闭带机械搅拌的不锈钢容器(可以称之为分散釜)用氩气置换1次~3次,然后加入水值为100ppm~300ppm的惰性介质和金属锂锭,再将分散釜夹套通上200℃~250℃的热媒,确认金属锂完全熔融后,启动搅拌,转速为1500rpm~3000rpm,将其分散为很细的液滴,10min~30min后将热媒切换为冷媒,当釜内物料降到150℃~180℃(金属锂熔点以下)时停止搅拌,此时金属锂在惰性介质中形成了很细小的分散体(通常粒径为10μm~400μm),继续通冷媒降温后可直接用于烷基锂合成的锂砂。惰性介质通常是白油。
增大锂砂的比表面积,可以促进其与卤代烃反应生成烷基锂,但同时锂砂活性提高,对较长时间放置、贮存甚至运输不利;而且如果中间环节过多使工艺变得更复杂。与现有技术相比,我们的发明具有以下明显的优点:
1、惰性介质作为分散介质,通常要求其含水量在20ppm以下。本发明打破以往技术偏见采用含水量为100ppm~300ppm的惰性介质作为分散介质。水值为100ppm~300ppm惰性介质,可直接使用,省去复杂的精制工序;惰性介质水值增高后,在锂砂表面形成了一层以LiOH为主的保护层,使锂砂更为稳定,放置较长时间或短时间接触空气后用于合成烷基锂对收率没有影响;锂砂表面形成的LiOH虽改变了锂颗粒的表面晶体结构,但与卤代烃反应的活性无变化甚至略有升高。
2、本发明中不需另外再加油酸、无水CO2等分散剂;不用洗去锂砂表面的惰性介质即可用于烷基锂合成。
3、本发明中,采用转速为1500rpm~3000rpm的较低速搅拌,在工业上易于实施,而且维修方便。
具体实施方式
实施例1:将全容积为250L的不锈钢分散釜用0.2Mpa氩气(氧含量≤10ppm,水含量≤10ppm,下同)置换2次,再加入水值为9ppm的26#工业白油70L。然后在微正压保护下打开分散釜上投锂手孔,迅速投入12.85kg含钠量为1.44(wt)%金属锂锭并合上手孔。用0.2Mpa氩气检查分散釜是否密闭同时重新置换2次,夹套开始用231℃导热油加热。1小时~2小时后确认釜内金属锂全部熔融,然后启动转速为2960rpm的高剪切搅拌。10min后将热油迅速切换为冷油,当釜内温度降至170℃时停止搅拌。对得到的锂砂进行分析,发现粒径在20μm~500μm之间,但部分锂砂有结块或聚集成团的现象,还有少量附着在釜壁上不易转移。
实施例2(合成正丁基锂):将全容积为1500L的不锈钢合成釜(带多层机械搅拌)用0.2Mpa氩气置换2次,加入实施例1中得到的锂砂37.83Kg(先用环己烷洗去其表面附着的白油),以及水值为7ppm的环己烷600L。启动搅拌后用计量泵往合成釜内滴加268L正丁基氯(锂比理论值过量5%左右),反应放热由夹套冷却水带走。2h后加料完毕,停掉冷却水继续合成2h,控制整个过程反应温度为70℃~85℃。过滤后得到浅黄色正丁基锂溶液,分析其浓度为1.76M,以氯丁烷计收率为91.7%。
实施例3:将全容积为250L的不锈钢分散釜用0.2Mpa氩气置换2次,再加入水值为153ppm的26#工业白油70L。然后在微正压保护下打开分散釜上投锂手孔,迅速投入12.74kg含钠量为1.44(wt)%金属锂锭并合上手孔。用0.2Mpa氩气检查分散釜是否密闭同时重新置换2次,夹套开始用236℃导热油加热。1小时~2小时后确认釜内金属锂全部熔融,然后启动转速为2960rpm的高剪切搅拌。10min后将热油迅速切换为冷油,当釜内温度降至170℃时停止搅拌。对得到的锂砂进行分析,发现粒径在10μm~350μm之间。将带白油的锂砂不经洗涤直接放入合成釜,按实施例2条件得到正丁基锂的收率为91.9%。
实施例4:将全容积为250L的不锈钢分散釜用0.2Mpa氩气置换2次,再加入水值为209ppm的26#工业白油70L。然后在微正压保护下打开分散釜上投锂手孔,迅速投入12.67kg含钠量为1.58(wt)%金属锂锭并合上手孔。用0.2Mpa氩气检查分散釜是否密闭同时重新置换2次,夹套开始用235℃导热油加热。1小时~2小时后确认釜内金属锂全部熔融,然后启动转速为2960rpm的高剪切搅拌。10min后将热油迅速切换为冷油,当釜内温度降至170℃时停止搅拌。对得到的锂砂进行分析,发现粒径在15μm~400μm之间。用环己烷洗去其表面附着的白油,在不用氩气保护的情况下放置7天,按实施例2条件得到正丁基锂的收率为90.4%。
实施例5:将全容积为250L的不锈钢分散釜用0.2Mpa氩气置换2次,再加入水值为103ppm的26#工业白油70L。然后在微正压保护下打开分散釜上投锂手孔,迅速投入12.79kg含钠量为1.44(wt)%金属锂锭并合上手孔。用0.2Mpa氩气检查分散釜是否密闭同时重新置换2次,夹套开始用236℃导热油加热。1小时~2小时后确认釜内金属锂全部熔融,然后启动转速为2960rpm的高剪切搅拌。15min后将热油迅速切换为冷油,当釜内温度降至170℃时停止搅拌。对得到的锂砂进行分析,发现粒径在10μm~350μm之间。将带白油的锂砂不经洗涤直接放入合成釜,按实施例2条件得到正丁基锂的收率为91.1%。
实施例6:将全容积为250L的不锈钢分散釜用0.2Mpa氩气置换2次,再加入水值为289ppm的26#工业白油70L。然后在微正压保护下打开分散釜上投锂手孔,迅速投入12.69kg含钠量为1.58(wt)%金属锂锭并合上手孔。用0.2Mpa氩气检查分散釜是否密闭同时重新置换2次,夹套开始用235℃导热油加热。1小时~2小时后确认釜内金属锂全部熔融,然后启动转速为2960rpm的高剪切搅拌。10min后将热油迅速切换为冷油,当釜内温度降至170℃时停止搅拌。对得到的锂砂进行分析,发现粒径在15μm~400μm之间。用环己烷洗去其表面附着的白油,在不用氩气保护的情况下放置7天,按实施例2条件得到正丁基锂的收率为90.6%。
Claims (1)
1、一种锂砂的制备方法,采用惰性介质作分散介质,在200℃~250℃下将金属锂完全熔融,然后在转速为1500rpm~3000rpm下,将其分散为很细的液滴,10min~30min将温度降到150℃~180℃(金属锂熔点以下)时停止搅拌,继续降温后得到可直接用于烷基锂合成的锂砂,其特征在于惰性介质的含水量为100ppm~300ppm。
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