[發明專利]一種去除鋰電解質KCl-LiCl中雜質CaCl2的方法

有效

• 申請號: 201010578152.1
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102071434A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 李冰;李素貞;申淼;樓經緯;于建國
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C25C3/02
• 分類號: C25C3/02;C25C7/06
• 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CaCl₂的工藝。

背景技術

當前金屬鋰的工業生產方法主要是熔鹽電解法和真空熱還原法。該方法系采用氯化鋰為原料，為降低熔點，采用氯化鋰含量為55wt％、氯化鉀含量為45wt％的LiCl-KCl共晶體系，在390℃～450℃之間進行電解。氯化鋰在熔融狀態下呈離子狀態存在，電解進行時氯離子移動至陽極，在陽極失去電子形成氯氣；鋰離子向陰極移動并在陰極還原得到金屬鋰，其密度僅為熔鹽密度的1/3。隨著電解的進行鋰會逐漸上升到電解質表面或到鋰收集室。

對金屬鋰產品純度的要求因用途而異，純度為99.9wt％的鋰，可以通過改進熔鹽電解工藝直接制取，如采用高純度的原料和減少電解槽內襯的污染。如果原料的純度無法滿足，通常得到的金屬鋰的純度在98-99％，無法滿足合金、核反應器以及電池對金屬鋰純度的要求，因此，必須對金屬鋰進行提純。提純金屬鋰常用的方法是真空蒸餾法。該法是在600-800℃下在不銹鋼蒸餾爐內進行的，該蒸餾方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。同時由于蒸餾溫度高，設備產生嚴重腐蝕，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，以提高初級鋰產品的純度。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明是在電解生產金屬Li之前，采用電化學方法去除鋰電解質KCl-LiCl中的CaCl₂雜質，達到凈化KCl-LiCl的目的。凈化后的KCl-LiCl電解質，可以降低溫度至450℃，作為電解金屬鋰的原料。該方法從根源上直接降低鈣的含量，操作簡單。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種用于去除鋰電解用電解質KCl-LiCl中雜質CaCl₂的方法，所述方法步驟如下：

1、配制電解質：在LiCl-KCl中添加CaCl₂配制電解質LiCl-KCl-CaCl₂，其中，LiCl∶KCl的摩爾比為1∶1；CaCl₂占LiCl-KCl-CaCl₂電解質總質量的1-2wt％；

2、確定Ca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450～680℃下，利用循環伏安法以20-200mv/s的掃描速度確定Ca的析出電位；

3、電解：電解時采用金屬Sn作為陰極，在680℃下金屬Sn成為液態電極；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％；光譜純石墨作為陽極；在Ca的析出電位下用恒電位電解的方法進行電解，電解時間為3h～6h，Ca即在錫陰極上析出，電解結束后將陰極產物全部取出，然后將電解質溫度降到450℃，作為提取金屬鋰的電解質。

有益效果

本發明針對用LiCl-KCl熔鹽電解法制備金屬鋰時，在電解生產金屬鋰之前先對電解質KCl-LiCl中的雜質Ca進行去除，從而降低產品Li中雜質Ca的含量。與現有金屬Li的提純工藝相比，本方法方便快捷，無須經過蒸餾法提純繁瑣的工藝流程，即可有效提高金屬鋰的純度。有效降低了高純鋰制備的成本，同時該發明采用液態金屬Sn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-Ar進口；2-冷卻水進口；3-光譜純石墨陽極；4-石墨坩堝；5-Sn陰極；6-剛玉坩堝；7-Ag/AgCl參比電極；8-冷卻水出口；9-Ar出口