工業(yè)鋰蒸餾爐研發(fā)

　　從自己實(shí)踐出發(fā)，對真空蒸餾法獲取高純鋰的工作原理，工藝路線(xiàn)，設備結構及使用性能進(jìn)行了全面系統地論述，希望這些工作對從事相關(guān)領(lǐng)域研究的人及相關(guān)單位的生產(chǎn)施工有所幫助。

　　天津某鋰業(yè)有限公司是一家專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)環(huán)保、綠色一次鋰電池電極材料的新企業(yè)，公司提純車(chē)間鋰蒸餾爐由北京有色金屬研究總院機電設備開(kāi)發(fā)中心負責生產(chǎn)，主要用于工業(yè)級金屬鋰、高鈉中鈉金屬鋰的提純加工使用。筆者參加了項目的設計和安裝過(guò)程，對設備從設計、生產(chǎn)到安裝調試過(guò)程所表現的問(wèn)題均有所了解，收獲頗多，現總結如下以饗讀者。

1、真空鋰蒸餾的基本原理

　　金屬鋰在現代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)中具有非常重要的地位，廣泛應用于電子、化工、醫藥、玻璃、橡膠、陶瓷、核工業(yè)、航空航天、金屬冶煉、機械制造等領(lǐng)域^[1]。工業(yè)上對金屬鋰產(chǎn)品純度的要求因用途而異，一般鋰電池和鋰合金要求鋰的純度大于99.9%，鋰中雜質(zhì)鈉、鈣含量均在0.02%以下，硅0.004%以下，鋁0.005%以下，且氮化物和氧化物含量很低。純度為99.9％的鋰，可以通過(guò)改進(jìn)熔鹽電解工藝直接制取，純度為99.9％ 以上的鋰，則需提純。提純金屬鋰常用的方法是真空蒸餾法。該法是根據鋰和雜質(zhì)元素的揮發(fā)性不同而被分離，可以制取質(zhì)量分數99.99％~99.999 9％的高純鋰。真空蒸餾的基本原理是利用金屬鋰與雜質(zhì)元素在同一溫度下具有不同的蒸氣壓，在蒸餾過(guò)程中的蒸發(fā)速度和冷凝速度的差異，而使金屬鋰與雜質(zhì)元素分離^[2]。同一溫度下，雜質(zhì)元素的蒸氣壓與鋰的蒸氣壓之比(α) 表示各元素與鋰的相對揮發(fā)度。表1 列出800℃時(shí)鋰與主要雜質(zhì)元素的相對揮發(fā)度值。

表1 金屬鋰中主要雜質(zhì)元素的α 值(800℃)

　　不同溫度下金屬鋰中主要雜質(zhì)元素與鋰的α 關(guān)系曲線(xiàn)如圖1 所示。由表1和圖1 可見(jiàn)，α>1 的鉀、鈉、鎂在蒸餾過(guò)程中蒸發(fā)速度較快，冷凝速度較慢，因而冷凝在蒸餾爐上部溫度較低的鉀、鈉收集盤(pán)中而與鋰分離；α<1的鈣、硅、鋁、鐵等雜質(zhì)難于揮發(fā)而殘留于蒸發(fā)坩堝中。蒸餾后的純鋰收集于純鋰儲存槽中。此外蒸餾溫度較低有利于鋰和雜質(zhì)的分離，因此在提取99.99%的高純鋰時(shí)，應采用較低的溫度進(jìn)行蒸餾^[3]。

1.硅；2.銅；3.鎳；4 .鋁；5.錳；6.鈣；7 .鋰；8 .鈉；9.鉀

圖1 相對揮發(fā)度與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)

4、總結

　　該廠(chǎng)所采用的真空蒸餾法制取高純金屬鋰工藝合理，資源利用率高，提純效果好；蒸餾裝置結構緊湊，性能可靠，操作安全，可實(shí)現連續生產(chǎn)，設備整體具備能耗低、產(chǎn)量高、環(huán)境污染少等特點(diǎn)，符合科學(xué)發(fā)展觀(guān)要求。利用該設備提純的金屬鋰，純度達99.98%以上，超過(guò)了國家標準，達到了美國和德國同類(lèi)產(chǎn)品的質(zhì)量標準，產(chǎn)品質(zhì)量穩定可靠。

參考文獻

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