專利名稱：熔鹽電解制備金屬鋰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種熔鹽電解制備金屬鋰的方法。
背景技術(shù)：
金屬鋰具有質(zhì)量輕、負(fù)電位高、比能量大等優(yōu)點(diǎn)，鋰電池廣泛應(yīng)用于家用電器、計(jì) 算機(jī)通訊設(shè)備、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，已成為新的電池能源材料。 金屬鋰的生產(chǎn)方法主要包括熔鹽電解法和真空熱還原法。真空熱還原法制取金屬 鋰目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，存在溫度較高、工藝要求高、產(chǎn)渣率較大和產(chǎn)品質(zhì)量不高等 缺點(diǎn)，現(xiàn)階段無法大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。傳統(tǒng)熔鹽電解法工藝成熟，它是將無水氯化鋰 置于電解槽中，以無水氯化鉀作為助劑，在高溫狀態(tài)下熔融電解制取金屬鋰；液態(tài)金屬鋰在 陰極析出，聚集在熔融鹽表面上，國內(nèi)生產(chǎn)廠家用金屬漏勺將金屬鋰從電解槽中舀出，倒入 特種油中冷卻、鑄錠。在金屬鋰舀出過程中產(chǎn)品易被空氣污染，使金屬鋰純度下降，無法滿 足高能電池、鋰合金和受控核聚變反應(yīng)的要求，這種手動(dòng)出鋰工藝工作環(huán)境差，勞動(dòng)條件惡 劣、舀出的金屬鋰夾帶雜質(zhì)多，生產(chǎn)效率低。 隨著高能電池、輕質(zhì)合金和受控核聚變對(duì)高純金屬鋰的需求不斷增長，金屬鋰的 價(jià)格也在不斷增長。因此，有必要對(duì)傳統(tǒng)的電解法生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，以提高金屬鋰產(chǎn) 品的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低金屬鋰生產(chǎn)成本，滿足上述領(lǐng)域?qū)Ω呒兘饘黉嚨男枨蟆?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種生產(chǎn)成本低、金屬鋰產(chǎn)品純度高的熔鹽電 解制備金屬鋰的方法。 為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種熔鹽電解制備金屬鋰的方法，包括以下步 驟 (1)將氯化鋰、氯化鉀分別干燥1 2小時(shí)； (2)將干燥后的氯化鋰、氯化鉀按0. 8 1. 3 : 1的重量比混合均勻后，在電解槽 中升溫至全部熔化； (3)當(dāng)電解質(zhì)溫度穩(wěn)定在415 450°C時(shí)，向電解槽通冷卻水，使槽壁形成穩(wěn)定結(jié) 殼層； (4)通直流電進(jìn)行電解；同時(shí)啟動(dòng)磁力泵、風(fēng)機(jī)，使尾氣回收系統(tǒng)反應(yīng)器中的堿液 循環(huán)起來； (5)電解時(shí)間0. 5 2小時(shí)后，將陰極產(chǎn)生的液態(tài)金屬鋰收集后導(dǎo)出，在惰性氣體 的保護(hù)下鑄錠；同時(shí)將陽極生成的氯氣排出，經(jīng)冷卻到室溫后用堿液吸收得到次氯酸鈉溶 液。 所述步驟(1)中的氯化鋰的干燥溫度為200 40(TC，氯化鉀的干燥溫度為200 600°C。 所述步驟(3)中的冷卻水的溫度為15 25°C 。
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所述步驟(4)中的直流電電流為1600 2400A。 所述步驟(4)、步驟(5)中的堿液為氫氧化鈉溶液，其質(zhì)量濃度為20%。
所述步驟(5)中的惰性氣體為氬氣。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(請(qǐng)從方法本身來說明優(yōu)點(diǎn)) 1、由于本發(fā)明利用電解質(zhì)對(duì)金屬鋰的浮力，自動(dòng)將鋰導(dǎo)出槽外，因此，有效地解決
了人工出鋰的問題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及收率。 2、由于本發(fā)明采用了新的金屬鋰和氯氣的分離結(jié)構(gòu)，克服了我國傳統(tǒng)的金屬鋰電
解槽產(chǎn)品分離問題和人工出鋰的問題，因此，使得電解法制備金屬鋰實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，產(chǎn)品純
度達(dá)到99.0%以上；同時(shí)，不但改善了生產(chǎn)環(huán)境，而且也降低了生產(chǎn)成本。 3、本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，易于控制，通過電解單元的并聯(lián)，可較容易地放大裝置的容
量，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例l 一種熔鹽電解制備金屬鋰的方法，包括以下步驟 (1)將氯化鋰放入恒溫干燥箱中，在30(TC下干燥1小時(shí)；氯化鉀放入恒溫干燥箱 中，在40(TC下干燥1小時(shí)。 (2)將干燥后的氯化鋰、氯化鉀按0. 8 : 1的重量比混合均勻后，在電解槽(中國 科學(xué)院青海鹽湖研究所研制)中升溫至全部熔化。 (3)當(dāng)電解質(zhì)溫度穩(wěn)定在415t:時(shí)，向電解槽通溫度為25t:的冷卻水，使槽壁形成
穩(wěn)定結(jié)殼層。 (4)通電流為1600A的直流電進(jìn)行電解，此時(shí)直流電壓為7. 80V ;同時(shí)啟動(dòng)磁力泵、 風(fēng)機(jī)，使尾氣回收系統(tǒng)反應(yīng)器中的堿液循環(huán)起來； (5)電解時(shí)間1 2小時(shí)后，將陰極產(chǎn)生的液態(tài)金屬鋰從陰極收集罩中收集，借 LiCl-KCl熔鹽的浮力沿坡而上，連續(xù)不斷地流入金屬貯罐中。由于金屬貯存罐的外壁帶有 加熱貯存罐裝置，其溫度采用自動(dòng)控制，因此，可使罐中的鋰始終保持液態(tài)。金屬鋰由貯罐 底端的金屬閥控制按時(shí)導(dǎo)至預(yù)先通入氬氣保護(hù)的無氧工作箱內(nèi)的鑄模中直接鑄錠，所得到 的金屬鋰純度大于99.0% ;同時(shí)將陽極生成的氯氣進(jìn)入陽極氣體收集罩內(nèi)由排氣管排出， 經(jīng)冷卻到室溫后用質(zhì)量濃度為20%的氫氧化鈉溶液吸收得到次氯酸鈉溶液。
經(jīng)計(jì)算，電流效率為80. 37%，電能效率為27. 76%，生產(chǎn)lkg金屬鋰的直流電耗為 41.64Kwh。 實(shí)施例2 —種熔鹽電解制備金屬鋰的方法，包括以下步驟 (1)將氯化鋰放入恒溫干燥箱中，在20(TC下干燥2小時(shí)；氯化鉀放入恒溫干燥箱 中，在50(TC下干燥1小時(shí)。 (2)將干燥后的氯化鋰、氯化鉀按1. 3 : 1的重量比混合均勻后，在電解槽(中國 科學(xué)院青海鹽湖研究所研制)中升溫至全部熔化。 (3)當(dāng)電解質(zhì)溫度穩(wěn)定在42(TC時(shí)，向電解槽通溫度為2(TC的冷卻水，使槽壁形成
穩(wěn)定結(jié)殼層。 (4)通電流為1700A的直流電進(jìn)行電解，此時(shí)直流電壓為6. 39V ;同時(shí)啟動(dòng)磁力泵、 風(fēng)機(jī)，使尾氣回收系統(tǒng)反應(yīng)器中的堿液循環(huán)起來；
(5)電解時(shí)間1 1. 5小時(shí)后，將陰極產(chǎn)生的液態(tài)金屬鋰從陰極收集罩中收集，并 連續(xù)不斷地流入金屬貯罐中；金屬鋰由貯罐底端的金屬閥控制按時(shí)導(dǎo)至預(yù)先通入氬氣保護(hù) 的無氧工作箱內(nèi)的鑄模中直接鑄錠，所得到的金屬鋰純度大于99.0% ;同時(shí)將陽極生成的 氯氣進(jìn)入陽極氣體收集罩內(nèi)由排氣管排出，經(jīng)冷卻到室溫后用質(zhì)量濃度為20%的氫氧化鈉 溶液吸收得到次氯酸鈉溶液。 經(jīng)計(jì)算，電流效率為80. 43%，電能效率為42. 92%，生產(chǎn)lkg金屬鋰的直流電耗為 30.56Kwh。 實(shí)施例3 —種熔鹽電解制備金屬鋰的方法，包括以下步驟 (1)將氯化鋰放入恒溫干燥箱中，在40(TC下干燥1小時(shí)；氯化鉀放入恒溫干燥箱 中，在60(TC下干燥1小時(shí)。 (2)將干燥后的氯化鋰、氯化鉀按1 : 1的重量比混合均勻后，在電解槽(中國科 學(xué)院青海鹽湖研究所研制)中升溫至全部熔化。 (3)當(dāng)電解質(zhì)溫度穩(wěn)定在43(TC時(shí)，向電解槽通溫度為15t:的冷卻水，使槽壁形成
穩(wěn)定結(jié)殼層。 (4)通電流為2200A的直流電進(jìn)行電解，此時(shí)直流電壓為6. 87V ;同時(shí)啟動(dòng)磁力泵、 風(fēng)機(jī)，使尾氣回收系統(tǒng)反應(yīng)器中的堿液循環(huán)起來； (5)電解時(shí)間0. 5 1小時(shí)后，將陰極產(chǎn)生的液態(tài)金屬鋰從陰極收集罩中收集，并 連續(xù)不斷地流入金屬貯罐中；金屬鋰由貯罐底端的金屬閥控制按時(shí)導(dǎo)至預(yù)先通入氬氣保護(hù) 的無氧工作箱內(nèi)的鑄模中直接鑄錠，所得到的金屬鋰純度大于99.0% ;同時(shí)將陽極生成 的氯氣進(jìn)入陽極氣體收集罩內(nèi)由排氣管排出，經(jīng)冷卻到室溫后用質(zhì)量濃度為20%的氫氧化 鈉溶液吸收得到次氯酸鈉溶液。 經(jīng)計(jì)算，電流效率為82. 07%，電能效率為40. 73%，生產(chǎn)lkg金屬鋰的直流電耗為 32. 20Kwh。 實(shí)施例4 一種熔鹽電解制備金屬鋰的方法，包括以下步驟 (1)將氯化鋰放入恒溫干燥箱中，在30(TC下干燥1小時(shí)；氯化鉀放入恒溫干燥箱 中，在20(TC下干燥2小時(shí)。 (2)將干燥后的氯化鋰、氯化鉀按1. 2 : 1的重量比混合均勻后，在電解槽(中國 科學(xué)院青海鹽湖研究所研制)中升溫至全部熔化。 (3)當(dāng)電解質(zhì)溫度穩(wěn)定在45(TC時(shí)，向電解槽通溫度為15t:的冷卻水，使槽壁形成
穩(wěn)定結(jié)殼層。 (4)通電流為2400A的直流電進(jìn)行電解，此時(shí)直流電壓為6. 37V ;同時(shí)啟動(dòng)磁力泵、 風(fēng)機(jī)，使尾氣回收系統(tǒng)反應(yīng)器中的堿液循環(huán)起來。 (5)電解時(shí)間0. 5 1小時(shí)后，將陰極產(chǎn)生的液態(tài)金屬鋰從陰極收集罩中收集，并 連續(xù)不斷地流入金屬貯罐中；金屬鋰由貯罐底端的金屬閥控制按時(shí)導(dǎo)至預(yù)先通入氬氣保護(hù) 的無氧工作箱內(nèi)的鑄模中直接鑄錠，所得到的金屬鋰純度大于99.0% ;同時(shí)將陽極生成的 氯氣進(jìn)入陽極氣體收集罩內(nèi)由排氣管排出，經(jīng)冷卻到室溫后用質(zhì)量濃度為20%的氫氧化鈉 溶液吸收得到次氯酸鈉溶液。 經(jīng)計(jì)算，電流效率為82. 12X，電能效率為43.96X，生產(chǎn)lkg金屬鋰的直流電耗為 29.84Kwh。
權(quán)利要求
一種熔鹽電解制備金屬鋰的方法，包括以下步驟(1)將氯化鋰、氯化鉀分別干燥1～2小時(shí)；(2)將干燥后的氯化鋰、氯化鉀按0.8～1.3∶1的重量比混合均勻后，在電解槽中升溫至全部熔化；(3)當(dāng)電解質(zhì)溫度穩(wěn)定在415～450℃時(shí)，向電解槽通冷卻水，使槽壁形成穩(wěn)定結(jié)殼層；(4)通直流電進(jìn)行電解；同時(shí)啟動(dòng)磁力泵、風(fēng)機(jī)，使尾氣回收系統(tǒng)反應(yīng)器中的堿液循環(huán)起來；(5)電解時(shí)間0.5～2小時(shí)后，將陰極產(chǎn)生的液態(tài)金屬鋰收集后導(dǎo)出，在惰性氣體的保護(hù)下鑄錠；同時(shí)將陽極生成的氯氣排出，經(jīng)冷卻到室溫后用堿液吸收得到次氯酸鈉溶液。
2. 如權(quán)利要求l所述的熔鹽電解制備金屬鋰的方法，其特征在于所述步驟(1)中的 氯化鋰的干燥溫度為200 40(TC，氯化鉀的干燥溫度為200 600°C 。
3. 如權(quán)利要求l所述的熔鹽電解制備金屬鋰的方法，其特征在于所述步驟(3)中的 冷卻水的溫度為15 25°C。
4. 如權(quán)利要求1所述的熔鹽電解制備金屬鋰的方法，其特征在于所述步驟(4)中的 直流電電流為1600 2400A。
5. 如權(quán)利要求1所述的熔鹽電解制備金屬鋰的方法，其特征在于所述步驟(4)、步驟 (5)中的堿液為氫氧化鈉溶液，其質(zhì)量濃度為20%。
6. 如權(quán)利要求l所述的熔鹽電解制備金屬鋰的方法，其特征在于所述步驟(5)中的 惰性氣體為氬氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熔鹽電解制備金屬鋰的方法，該方法包括以下步驟(1)將氯化鋰、氯化鉀分別干燥；(2)將干燥后的氯化鋰、氯化鉀按0.8～1.3∶1的重量比混合均勻后，在電解槽中升溫至全部熔化；(3)當(dāng)電解質(zhì)溫度穩(wěn)定在415～450℃時(shí)，向電解槽通冷卻水，使槽壁形成穩(wěn)定結(jié)殼層；(4)通直流電進(jìn)行電解；同時(shí)啟動(dòng)磁力泵、風(fēng)機(jī)，使尾氣回收系統(tǒng)反應(yīng)器中的堿液循環(huán)起來；(5)電解時(shí)間0.5～2小時(shí)后，將陰極產(chǎn)生的液態(tài)金屬鋰收集后導(dǎo)出，在惰性氣體的保護(hù)下鑄錠；同時(shí)將陽極生成的氯氣排出，經(jīng)冷卻到室溫后用堿液吸收得到次氯酸鈉溶液。本發(fā)明利用電解質(zhì)對(duì)金屬鋰的浮力，自動(dòng)將鋰導(dǎo)出槽外，有效地解決了人工出鋰的問題，使得提高了產(chǎn)品純度達(dá)到99.0％以上。
文檔編號(hào)C25C3/02GK101760759SQ20101011140
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者龐全世, 李昱昀, 李 權(quán), 狄曉亮, 高潔 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院青海鹽湖研究所