[發明專利]一種去除鋰電解質KCl-LiCl中雜質MgCl2的方法

無效

• 申請號: 201010578101.9
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102002730A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 李冰;申淼;樓經緯;李素貞;于建國
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C25C3/04
• 分類號: C25C3/04
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司 31203
• 代理人: 談順法

技術領域

本發明涉及堿金屬Li的提純工藝，屬于電化學冶金領域，特別涉及一種熔鹽電化學方法去除鋰電解質KCl-LiCl中雜質MgCl₂的方法。

背景技術

當前金屬鋰唯一的工業生產方法是氯化鋰-氯化鉀熔鹽電解法。LiCl-KCl體系為簡單的二元共晶系，共晶點時LiCl的組成為50(wt)％左右。工業電解時，電解質中氯化鋰含量為55(wt)％，氯化鉀含量為45(wt)％，電解溫度在390-450℃之間，氯化鉀作為支持電解質起穩定和降低熔點的作用。工業鋰電解槽采用石墨陽極和低碳鋼陰極在直流電作用下，陽極產生氯氣，陰極產生鋰。電解法得到的產品純度約為95-99wt％，含有K、Na、Al、Ca、Si、Fe、Mg、Ni等雜質。然而，在眾多的金屬鋰應用領域，如鋰電池、含鋰結構合金以及核能發電等高新技術領域的應用，均要求鋰的純度在99.9wt％以上，因為雜質對容器材料產生腐蝕，無法滿足原子能工業中反應堆冷卻劑、航空工業用鋁鋰合金和高能鋰電池負極材料的要求。

目前生產純度在99.9wt％以上的金屬鋰需要采取另外的提純措施。提純金屬鋰的方法有真空蒸餾法、過濾法、區熔法、吸氣法、精餾法等。真空蒸餾法是在600-800℃下的不銹鋼蒸餾爐內進行的，該法需要將鋰大部分蒸發，每公斤純鋰需要耗用52度電，電能消耗大，蒸餾效率低；而過濾法一般用于去除鋰中難熔的雜質，但易與金屬鋰形成合金的Mg、Al、Ca等則難以除去；區熔法提純鋰的最大困難在于液態鋰對容器的產生嚴重腐蝕，對雜質鈣的提純效果較差；這些提純金屬鋰中雜質的方法均增大了高純金屬鋰的生產成本，經估算將純度為98.5wt％的金屬鋰提純為99.9wt％，其成本約10萬元/噸。基于以上原因，完全有必要對雜質去除方法進行改進，以提高產品純度。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明采用電化學方法，在電解得到金屬鋰之前去除雜MgCl2。該方法操作簡單，可在Li電解前進行，不影響后續電解工藝，有效降低了鋰電解質KCl-LiCl中雜質MgCl2的含量，因而從源頭上降低了后續金屬Li電解過程中雜質Mg的含量。

本發明是通過如下技術方案實現的：

1、配制電解質：在LiCl-KCl中添加MgCl₂配制電解質LiCl-KCl-MgCl₂體系，其中，LiCl∶KCl的摩爾比為1∶1，MgCl₂為LiCl-KCl-MgCl₂總質量的1.0wt％～5wt％；

2、確定Mg的析出電位：采用鎢絲作為工作電極，采用Ag/AgCl作為參比電極，即：將Ag絲插入裝有LiCl-KCl-AgCl電解質的陶瓷管中，其中LiCl∶KCl的摩爾比為1∶1，AgCl的摩爾數為LiCl-KCl-AgCl總摩爾數的4％；光譜純石墨為對電極；在450℃下，利用方波伏安法，以50mv/s的掃描速度掃描，確定Mg的析出電位；

3、電解：將金屬鉛作為陰極，在450℃下鉛電極為液態；采用Ag/AgCl作為參比電極，即：將Ag絲插入裝有LiCl-KCl-AgCl電解質的陶瓷管中，其中LiCl∶KCl的摩爾比為1∶1，AgCl的摩爾數為LiCl-KCl-AgCl總摩爾數的4％；光譜純石墨作為陽極；在Mg的析出電位下采用恒電位電解的方法進行電解，電解時間為4.2～10小時，Mg即在鉛陰極上析出，之后將溫度降至20～30℃，移出陰極。

有益效果

本發明采用氯化鋰-氯化鉀熔鹽電解法制備金屬鋰時，可在電解得到金屬鋰之前先對基礎電解質KCl-LiCl中的雜質MgCl2進行去除，與現有的一些金屬Li提純工藝相比，本方法方便快捷，省去了蒸餾法提純繁瑣的工藝流程，能有效地降低高純鋰制備的成本，同時采用鉛作為去除雜質的陰極，成本低，操作方便簡單，無需特殊加工。

附圖說明

圖1除雜用電解槽示意圖。

其中，1-冷卻水出口；2-出氣口；3-進氣口；4-引線；5-冷卻水進口；6-光譜純石墨對電極；7-鎢絲工作電極；8-Ag/AgCl參比電極；9-KCl-LiCl-MgCl₂熔鹽；10-Pb陰極；11-氧化鋁坩堝(底部帶孔)；12-光譜純石墨坩堝；13-不銹鋼反應器；14-加熱爐。

圖2LiCl-KCl-MgCl₂(2wt％)體系中Mg²⁺在鎢絲電極上還原的方波伏安圖譜；