工业锂蒸馏炉研发

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京有色金属研究总院 作者:李学章

  从自己实践出发,对真空蒸馏法获取高纯的工作原理,工艺路线,设备结构及使用性能进行了全面系统地论述,希望这些工作对从事相关领域研究的人及相关单位的生产施工有所帮助。

  天津某锂业有限公司是一家专业生产环保、绿色一次锂电池电极材料的新企业,公司提纯车间锂蒸馏炉由北京有色金属研究总院机电设备开发中心负责生产,主要用于工业级金属锂、高钠中钠金属锂的提纯加工使用。笔者参加了项目的设计和安装过程,对设备从设计、生产到安装调试过程所表现的问题均有所了解,收获颇多,现总结如下以飨读者。

1、真空锂蒸馏的基本原理

  金属锂在现代工业和科学技术中具有非常重要的地位,广泛应用于电子、化工、医药、玻璃、橡胶、陶瓷、核工业、航空航天、金属冶炼、机械制造等领域[1]。工业上对金属锂产品纯度的要求因用途而异,一般锂电池和锂合金要求锂的纯度大于99.9%,锂中杂质钠、钙含量均在0.02%以下,硅0.004%以下,铝0.005%以下,且氮化物和氧化物含量很低。纯度为99.9%的锂,可以通过改进熔盐电解工艺直接制取,纯度为99.9% 以上的锂,则需提纯。提纯金属锂常用的方法是真空蒸馏法。该法是根据锂和杂质元素的挥发性不同而被分离,可以制取质量分数99.99%~99.999 9%的高纯锂。真空蒸馏的基本原理是利用金属锂与杂质元素在同一温度下具有不同的蒸气压,在蒸馏过程中的蒸发速度和冷凝速度的差异,而使金属锂与杂质元素分离[2]。同一温度下,杂质元素的蒸气压与锂的蒸气压之比(α) 表示各元素与锂的相对挥发度。表1 列出800℃时锂与主要杂质元素的相对挥发度值。

表1 金属锂中主要杂质元素的α 值(800℃)

金属锂中主要杂质元素的α值

  不同温度下金属锂中主要杂质元素与锂的α 关系曲线如图1 所示。由表1和图1 可见,α>1 的钾、钠、镁在蒸馏过程中蒸发速度较快,冷凝速度较慢,因而冷凝在蒸馏炉上部温度较低的钾、钠收集盘中而与锂分离;α<1的钙、硅、铝、铁等杂质难于挥发而残留于蒸发坩埚中。蒸馏后的纯锂收集于纯锂储存槽中。此外蒸馏温度较低有利于锂和杂质的分离,因此在提取99.99%的高纯锂时,应采用较低的温度进行蒸馏[3]

相对挥发度与温度的关系曲线

1.硅;2.铜;3.镍;4 .铝;5.锰;6.钙;7 .锂;8 .钠;9.钾

图1 相对挥发度与温度的关系曲线

4、总结

  该厂所采用的真空蒸馏法制取高纯金属锂工艺合理,资源利用率高,提纯效果好;蒸馏装置结构紧凑,性能可靠,操作安全,可实现连续生产,设备整体具备能耗低、产量高、环境污染少等特点,符合科学发展观要求。利用该设备提纯的金属锂,纯度达99.98%以上,超过了国家标准,达到了美国和德国同类产品的质量标准,产品质量稳定可靠。

参考文献

  [1] 戴永年,杨斌,马文会,陈为亮.有色金属真空冶金进展[M]. 沈阳:2005’全国真空冶金与表面工程学术会议论文集,2005.
  [2] 兰海苍,赵炜,胡初潜,贾玉兰,胡洪波. 真空蒸馏法制取高纯金属锂工业试验[J]. 稀有金属,1998,22(4).
  [3] 陈为亮.真空精炼锂的研究与氧化锂真空碳热还原初探[M].昆明理工大学,2000 年博士毕业论文.
  [4] 贾永忠,周园,景燕,杨金贤.真空热还原- 蒸馏法制备高纯金属锂[J].无机化学报,2001(5).

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