RU1770418C - Способ извлечени лити из отходов алюминиево-литиевых сплавов - Google Patents

Abstract

Использование: в области металлургии алюминиево-литиевых сплавов, при производстве перспективных материалов дл  авиа- и ракетостроени . Сущность: контактируют жидкий алюминиево-литиевый сплав с жидким свинцом, раздел ют фазы охлаждением с получением свинцово-лити- евого сплава, который подвергают анодному растворению в расплаве солей LiCI-KCI, вз тых в соотношении 1:1 при 380-400°С с выделением на катоде металлического лити , 1 ил.. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к способам переработки отходов алюминиево-литиевых сплавов.

Учитыва  бурный рост производства этой категории сплавов при низком выходе годной продукции, а также тот факт, что до 80% металла уходит в стружку при механической обработке слитков этих сплавов, проблема переработки отходов алюминиево-литиевых сплавов остро стоит перед предпри ти ми, зан тыми их выпуском. Задачей переработки  вл етс  извлечение из сплавов ценного компонента лити  в пригодном дл  дальнейшего использовани  виде .

В опубликованной литературе имеетс  техническое решение, аналогичное за вл емому по максимуму сходных признаков, которое и послужило прототипом. В известном способе - прототипе дл  извлечени  лити  из алюминиево-литиевых сплавов предложено проводить их плавку под флюсом KCl(NaCI)-AICI, при перемешивании расплава аргоном В результате взаимодействи  флюса с металлом получают шлак, состо щий из хлоридов лити , магни  и кали  и металлический алюминий. Из шлака хлорид лити  выщелачивают спиртом в присутствии гидроксидов щелочных металлов или карбоната лити  дл  предотвращени  растворени  хлоридов магни  и алюмини . Электролизом расплава хлорида лити  получают металлический литий.

К недостаткам данного способа следует отнести высокую гигроскопичность примен емого хлорида алюмини , что требует специальных мер при хранении и работе с ним, а также применение методов экстрактивной гидрометаллургии. Эти моменты привод т к определенным техническим трудност м и усложн ют технологический процесс выделени  лити  из сплава.

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  упрощение технологического процесса переработки алюминиево-литиевых сплавов с получением металлического лити .

(Л

С

ч|

о ь.

-

оо

Дл  решени  поставленной задачи предлагаетс  использова ть металлический свинец, который обладает по отношению к алюминиево-литиевым сплавам р дом специфических свойств: 1) при контакте с ли- тийсодержащими алюминиевыми сплавами свинец выступает как экстрагент лити  из лити  сплавов, что объ сн етс  его более высоким химическим сродством к литию; 2) система Al-Pb характеризуетс  широкой областью расслоений и очень низкой растворимостью свинца в алюминии, что позвол ет легко раздел ть металлические фазы; 3) свинец имеет низкую температуру плав- дёни  (по сравнению с алюминием), что позвол ет использовать его сплав с литием в качестве растворимого анода при низкотемпературном (300-400°С) электролитическом получении лити  из расплавов солей методом трехслойного рафинировани .

На основе перечисленных свойств разработан способ переработки отходов алю- миниево-литиевых сплавов с применением металлического свинца. Способ основываетс  на переводе лити  из сплава с алюми- нием в сплав со свинцом при их контактировании в жидком виде, разделении металлических фаз свинца и алюмини  и дальнейшем электрорафинировании полученного свинцово-литиевого сплава по трехслойному методу, с получением на катоде металлического лити .

Переход лити  в сплав со свинцом протекает самопроизвольно при контэктирова- нии жидкого свинца с жидким алюминиево-литиевым сплавом с перемешиванием или без него, от чего зависит только скорость достижени  системой состо ни  равновеси . Экспериментально установлено , что при соотношении массы свинца к массе алюминиево-литиевого сплава более чем 3:1 достигаетс  практически полное извлечение лити  из сплавов, типа 1420 и 1450. до остаточных концентраций менее 0,05 мас.%, что позвол ет беспреп тственноутилизировать переработанный алюминий, потому что снимаютс  ограничени , св занные с примесью лити .

Разделение металлических фаз достигаетс  легко в силу того, что они хорошо расслаиваютс  и имеют большое различие е плотности. После выливки расплава в изложницу алюминий, наход щийс  на поверхности и обладающий большой теплопроводностью, затвердевает раньше и в твердом виде легко отдел етс  от жидкой свинцовой фазы.

Дл  выделени  лити  из получаемого свинцово-литиевого сплава применили метод трехслойного электрорафинировани  в расплавах солей, селективно раствор   литий из сплава и осажда  его на катоде. В качестве солевого расплава хорошо подходит смесь LICI-KC (1:1), имеюща  температуру плавлени  361°С,- Этот солевой расплав широко примен етс  дл  получени  металлического лити  электролизом в промышленном производстве. Температура

0 электрорафинировани  свинцово-литиевого сплава составл ет 380-400°С. Такой тем- пературный интервал обеспечивает в зкость электролита за счет небольшого перегрева относительно точки плавлени ,, и

5 вместе с тем, не допускает сильного разогрева , привод щего к повышенной испар емости солевого расплава и снижению катодного выхода по току. Свинцово-литие- вый сплав при такой температуре находитс 

0 в жидком состо нии, что важно дл  обеспечени  высокой интенсивности анодного растворени  лити  из сплава. Приведенный температурный интервал можно считать оптимальным .

5 Схема переработки алюминиево-литие- вых сплавов с применением оборотного свинца приведена на чертеже. Продуктами переработки  вл ютс  металлический литий и вторичный алюминий.

0 Описанный способ достигает цели изобретени  - упрощени  по сравнению с прототипом технологического процесса выделени  лити  из сплавов за счет сокращени  числа операций. Общими операци 5 ми остаютс : контактирование фаз; разделение фаз; получение лити  электролизом . Исключаютс  методы экстрактивной гидрометаллургии и меропри ти , св занные с хранением очень гигроскопичного

0 хлорида алюмини  и работой с ним.

В силу того, что в основу предлагаемого способа переработки отходов алюминиево- литиевых сплавов, с получением в качестве продукта металлического лити , положен

5 качественно новый принцип - использование т желого металла (свинца) в качестве экстрагента лити  из алюминиевого сплава и основы анодного сплава при дальнейшем электрорафинировании - считаем, что пред0 лагаемое изобретение соответствует критери м новизна и существенные отличи . В насто щее врем  на отечественных предпри ти х отходы алюминиево-литие- вых сплавов не подвергаютс  какой-либо

5 переработке с целью извлечени  из них ценного компонента лити , поэтому применение предлагаемого способа дл  утилизации отходов может дать значительный экономический эффект по сравнению с переработкой этих отходов на предпри ти х

еторцветмета по существующим на насто щий момент технологи м.

Пример выполнени  способа, В лабораторных опытах использовали чистый металлический свинец (ЧДА) и сплав марки 1450, содержащий 1,95 мас.% лити .

Контактирование проводили в керамическом тигле (алунд или силицированный графит) при 700°С под небольшим слоем жидкого флюса (хлорид лити ), предохран ющим металл от окислени  атмосферой воздуха . Сначала расплавл ли навеску алюминиево-литиевого сплава, а затем порци ми добавл ли металлический свинец. Расплав выдерживали при заданной температуре в течение 10 мин при периодическом перемешивании керамической палочкой и затем выливали в изложницу (алундовый конусообразный тигель). После выливки до начала кристаллизации происходит очень быстрое расслоение фаз - на дне находитс  слой жидкого свинцово-лмтиевого сплава, затем слой жидкого алюмини  и сверху небольшой слой жидкого флюса. Алюминиевый расплав кристаллизуетс  значительно быстрее свинцового, что и позвол ет сравнительно просто (без применени  вакуум- насосов и пр.) рэздолить металлические фазы. Дл  этого в алюминиевый жидкий слой погружали небольшую скобу из медной проволоки, ждали ее закристаллизовывэ- ни  вместе с алюминием и после этого легко вынимали алюминиевый слиток из конусообразной изложницы. При этом жидкий свинцово-литиевый сплав оставалс  в изложнице и направл лс  на электрорафинирование . Алюминиевый слиток отмывали от корки флюса и анализировали на содержание лити  методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Электрорафинирование проводили в лабораторном электролизере с внешним обогревом. Основой электролизера  вл етс  стальной стакан (железо хорошо совместимо со свинцом и литием), на дно которого помещаетс  свинцово-литиевый сплав, затем слой электролита LiCI-KCI (1:1) и вэлектролит сверху погружаетс  стальной катод (метод трехслойного электрорафинировани ). Контроль за температурой осуществл ли при помтэщи хромель-алюмелевой термопары в кварцевом чехле. После наплавлени  электролита LiCI-KCI (44 мзс.% LiC, 56 мас.% KCI) загружали свинцово-литиевый сплав, который подлежал рафинированию , погружали в электролит катод и включали посто нный ток. Количество пропускаемого электричества рассчитывали на полное селективное извлечение лити  из сплава и не превышали теоретически необходимого количества, чтобы не допустить ионизации свинца в конце электролиза.

Ионы лити , разр жа сь на катоде, образуют металлическую каплю, всплывающую на поверхность электролита. Катодный литий вычерпывали из электролизера железной ложкой, взвешивали и определ ли катодный выход по току.

В таблице приведены результаты опыта по переработке сплава марки 1450 с применением металлического свинца, включа  стадии контактировани  и электролиза.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ извлечени  лити  из отходов алюминиево-литиевых сплавов, включаю: щий перевод лити  в несмешивающуюс  с

   алюминием фазу, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  технологии, перевод лити  осуществл ют путем экстрак пч металлическим свинцом, раздел ют фазы охлаждением, а свинцово-литиевый сплав

   подвергают анодному растворению в расплаве солей - LiCI-KCI, вз тых е соотношении 1:1, при 380-400°С с выделением на катоде металлического лити .

   Параметр

   Значение

   Контактирование

   Масса сплава 1 5081,7 т

   Касса свинца ,,0 г

   Отношение масс3 1

   Температура контактировани ,

   Масса флюсаЮ г

   Начальна  концентраци  лити 1,95 мас.

   Остаточна  концентраци  лити 0,03 мас.

   Извлечение лити  из сплава ИЗО981

   Электролиз

   Масса свинцово-литиевого сплава2(2,0 г

   Масса электролита LiCl-KCl (isО1 15 г

   Температура электролиза1)

   Сила токаЮ А

   Врем  электролиза3 мин

   Анодна  плотность тока0,5 А-см

   Извлечение лити  из сплава92,3%

   Анодный выход по току98t7$

   Катодна  плотность тока2-0,2 А-с

   Катодный выход по току87,3%

   оборотный свинец

   Способ Извлечени  лити 

   металлический

   литий

   вторичнии алюминий