熔盐电解制备金属锂的方法

摘要

本发明涉及一种熔盐电解制备金属锂的方法，该方法包括以下步骤：(1)将氯化锂、氯化钾分别干燥；(2)将干燥后的氯化锂、氯化钾按0.8～1.3∶1的重量比混合均匀后，在电解槽中升温至全部熔化；(3)当电解质温度稳定在415～450℃时，向电解槽通冷却水，使槽壁形成稳定结壳层；(4)通直流电进行电解；同时启动磁力泵、风机，使尾气回收系统反应器中的碱液循环起来；(5)电解时间0.5～2小时后，将阴极产生的液态金属锂收集后导出，在惰性气体的保护下铸锭；同时将阳极生成的氯气排出，经冷却到室温后用碱液吸收得到次氯酸钠溶液。本发明利用电解质对金属锂的浮力，自动将锂导出槽外，有效地解决了人工出锂的问题，使得提高了产品纯度达到99.0％以上。

权利要求

1.一种熔盐电解制备金属锂的方法，包括以下步骤：

(1)将氯化锂、氯化钾分别干燥1～2小时；

(2)将干燥后的氯化锂、氯化钾按0.8～1.3∶1的重量比混合均匀后，在电解槽中升温至全部熔化；

(3)当电解质温度稳定在415～450℃时，向电解槽通冷却水，使槽壁形成稳定结壳层；

(4)通直流电进行电解；同时启动磁力泵、风机，使尾气回收系统反应器中的碱液循环起来；直流电电流为1600～2400A；

(5)电解时间0.5～2小时后，将阴极产生的液态金属锂收集后导出，在惰性气体的保护下铸锭；同时将阳极生成的氯气排出，经冷却到室温后用碱液吸收得到次氯酸钠溶液。

2.如权利要求1所述的熔盐电解制备金属锂的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氯化锂的干燥温度为200～400℃，氯化钾的干燥温度为200～600℃。

3.如权利要求1所述的熔盐电解制备金属锂的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的冷却水的温度为15～25℃。

4.如权利要求1所述的熔盐电解制备金属锂的方法，其特征在于：所述步骤(4)、步骤(5)中的碱液为氢氧化钠溶液，其质量浓度为20％。

5.如权利要求1所述的熔盐电解制备金属锂的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的惰性气体为氩气。

说明书

熔盐电解制备金属锂的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种熔盐电解制备金属锂的方法。

背景技术

[0002] 金属锂具有质量轻、负电位高、比能量大等优点，锂电池广泛应用于家用电器、计算机通讯设备、电动汽车等领域，已成为新的电池能源材料。

[0003] 金属锂的生产方法主要包括熔盐电解法和真空热还原法。真空热还原法制取金属锂目前仍处于实验室研究阶段，存在温度较高、工艺要求高、产渣率较大和产品质量不高等缺点，现阶段无法大规模应用于工业化生产。传统熔盐电解法工艺成熟，它是将无水氯化锂置于电解槽中，以无水氯化钾作为助剂，在高温状态下熔融电解制取金属锂；液态金属锂在阴极析出，聚集在熔融盐表面上，国内生产厂家用金属漏勺将金属锂从电解槽中舀出，倒入特种油中冷却、铸锭。在金属锂舀出过程中产品易被空气污染，使金属锂纯度下降，无法满足高能电池、锂合金和受控核聚变反应的要求，这种手动出锂工艺工作环境差，劳动条件恶劣、舀出的金属锂夹带杂质多，生产效率低。

[0004] 随着高能电池、轻质合金和受控核聚变对高纯金属锂的需求不断增长，金属锂的价格也在不断增长。因此，有必要对传统的电解法生产工艺进行改进优化，以提高金属锂产品的产量和质量，降低金属锂生产成本，满足上述领域对高纯金属锂的需求。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种生产成本低、金属锂产品纯度高的熔盐电解制备金属锂的方法。

[0006] 为解决上述问题，本发明所述的一种熔盐电解制备金属锂的方法，包括以下步骤：

[0007] (1)将氯化锂、氯化钾分别干燥1～2小时；

[0008] (2)将干燥后的氯化锂、氯化钾按0.8～1.3∶1的重量比混合均匀后，在电解槽中升温至全部熔化；

[0009] (3)当电解质温度稳定在415～450℃时，向电解槽通冷却水，使槽壁形成稳定结壳层；

[0010] (4)通直流电进行电解；同时启动磁力泵、风机，使尾气回收系统反应器中的碱液循环起来；

[0011] (5)电解时间0.5～2小时后，将阴极产生的液态金属锂收集后导出，在惰性气体的保护下铸锭；同时将阳极生成的氯气排出，经冷却到室温后用碱液吸收得到次氯酸钠溶液。

[0012] 所述步骤(1)中的氯化锂的干燥温度为200～400℃，氯化钾的干燥温度为200～600℃。

[0013] 所述步骤(3)中的冷却水的温度为15～25℃。

[0014] 所述步骤(4)中的直流电电流为1600～2400A。

[0015] 所述步骤(4)、步骤(5)中的碱液为氢氧化钠溶液，其质量浓度为20％。

[0016] 所述步骤(5)中的惰性气体为氩气。

[0017] 本发明与现有技术相比具有以下优点：(请从方法本身来说明优点)[0018] 1、由于本发明利用电解质对金属锂的浮力，自动将锂导出槽外，因此，有效地解决了人工出锂的问题，提高了产品质量及收率。

[0019] 2、由于本发明采用了新的金属锂和氯气的分离结构，克服了我国传统的金属锂电解槽产品分离问题和人工出锂的问题，因此，使得电解法制备金属锂实现了自动化，产品纯度达到99.0％以上；同时，不但改善了生产环境，而且也降低了生产成本。

[0020] 3、本发明操作简单，易于控制，通过电解单元的并联，可较容易地放大装置的容量，扩大生产规模。

具体实施方式

[0021] 实施例1 一种熔盐电解制备金属锂的方法，包括以下步骤：

[0022] (1)将氯化锂放入恒温干燥箱中，在300℃下干燥1小时；氯化钾放入恒温干燥箱中，在400℃下干燥1小时。

[0023] (2)将干燥后的氯化锂、氯化钾按0.8∶1的重量比混合均匀后，在电解槽(中国科学院青海盐湖研究所研制)中升温至全部熔化。

[0024] (3)当电解质温度稳定在415℃时，向电解槽通温度为25℃的冷却水，使槽壁形成稳定结壳层。

[0025] (4)通电流为1600A的直流电进行电解，此时直流电压为7.80V；同时启动磁力泵、风机，使尾气回收系统反应器中的碱液循环起来；

[0026] (5)电解时间1～2小时后，将阴极产生的液态金属锂从阴极收集罩中收集，借LiCl-KCl熔盐的浮力沿坡而上，连续不断地流入金属贮罐中。由于金属贮存罐的外壁带有加热贮存罐装置，其温度采用自动控制，因此，可使罐中的锂始终保持液态。金属锂由贮罐底端的金属阀控制按时导至预先通入氩气保护的无氧工作箱内的铸模中直接铸锭，所得到的金属锂纯度大于99.0％；同时将阳极生成的氯气进入阳极气体收集罩内由排气管排出，经冷却到室温后用质量浓度为20％的氢氧化钠溶液吸收得到次氯酸钠溶液。

[0027] 经计算，电流效率为80.37％，电能效率为27.76％，生产1kg金属锂的直流电耗为41.64Kwh。

[0028] 实施例2 一种熔盐电解制备金属锂的方法，包括以下步骤：

[0029] (1)将氯化锂放入恒温干燥箱中，在200℃下干燥2小时；氯化钾放入恒温干燥箱中，在500℃下干燥1小时。

[0030] (2)将干燥后的氯化锂、氯化钾按1.3∶1的重量比混合均匀后，在电解槽(中国科学院青海盐湖研究所研制)中升温至全部熔化。

[0031] (3)当电解质温度稳定在420℃时，向电解槽通温度为20℃的冷却水，使槽壁形成稳定结壳层。

[0032] (4)通电流为1700A的直流电进行电解，此时直流电压为6.39V；同时启动磁力泵、风机，使尾气回收系统反应器中的碱液循环起来；