RU2116367C1

RU2116367C1 - Method of lithium refining

Info

Publication number: RU2116367C1
Application number: RU95117391A
Authority: RU
Inventors: В.А. Беляев; В.П. Красноперов; Н.П. Попыхов
Original assignee: Химико-металлургический завод
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1995-10-05
Publication date: 1998-07-27

Abstract

FIELD: lithium production. SUBSTANCE: method includes extraction of impurity components into immiscible phase with liquid lithium. Extractant is used in the form of dehydrated paraffin inert to lithium. Optimal conditions: mixing of lithium with extractant for 5-15 min at 220-250 C. EFFECT: higher efficiency of purification operations and improved production process of high-purity lithium. 2 cl, 1 tbl

Description

Прелдлагаемое техническое решение относится к технологии редких щелочных металлов и может быть использовано в производстве лития. The proposed technical solution relates to the technology of rare alkali metals and can be used in the production of lithium.

Трудности производства металлического лития высокой чистоты связаны с его высокой химической активностью и особенностями распределения некоторых примесных элементов в объеме лития. Как правило катионный состав лития, получаемого электролизом расплавленных солей, определяется качеством исходного хлорида лития. Анионообразующие примесные элементы, склонные к образованию в металле второй фазы, распределено в металле неравномерно. Difficulties in the production of high-purity lithium metal are associated with its high chemical activity and distribution features of some impurity elements in the volume of lithium. As a rule, the cationic composition of lithium obtained by electrolysis of molten salts is determined by the quality of the initial lithium chloride. Anion-forming impurity elements, prone to the formation of a second phase in the metal, are distributed unevenly in the metal.

Известен способ очистки лития, включающий селективное испарение примесей перемешиваемого в инертной атмосфере металла при температуре 400 - 700^oC и давлении ниже 10 Па [1]. Способ предназначен для очистки лития от натрия и калия с целью его использования в сплавах алюминия для космических аппаратов.A known method of purification of lithium, including the selective evaporation of impurities mixed in an inert atmosphere of a metal at a temperature of 400 - 700 ^o C and a pressure below 10 PA [1]. The method is intended for the purification of lithium from sodium and potassium with a view to its use in aluminum alloys for spacecraft.

Известен способ рафинирования лития от примесей алюминия или азота посредством осаждения нитридов алюминия. К жидкому литию добавляют стехиометрическое количество азота или алюминия для реакции с нежелательной примесью алюминия или азота соответственно для получения нитрида алюминия, который отделяют после завершения реакции [2]. A known method of refining lithium from impurities of aluminum or nitrogen by the deposition of aluminum nitrides. Stoichiometric amounts of nitrogen or aluminum are added to liquid lithium to react with an undesirable admixture of aluminum or nitrogen, respectively, to obtain aluminum nitride, which is separated after completion of the reaction [2].

Наиболее близким к предлагаемому является способ выделения лития из жидкокерамического лития путем добавления алюминия в атмосфере, не содержащей азота, инертной при температуре в интервале между температурой плавления лития и 300^oC, перемешивания массы и отделения образовавшегося нитрида лития от жидкого металлического лития [3]. Способ применим в производстве лития высокой чистоты, используемого в источниках тока. Названный способ принят в качестве прототипа. Недостатком способа является неизбежное загрязнение металла алюминием при передозировке последнего и трудности, связанные с качественным выделением нитрида алюминия из лития.Closest to the proposed method is the separation of lithium from liquid ceramic lithium by adding aluminum in an atmosphere containing no nitrogen, inert at a temperature between the melting point of lithium and 300 ^o C, mixing the mass and separating the formed lithium nitride from liquid metallic lithium [3]. The method is applicable in the production of high purity lithium used in current sources. The named method is adopted as a prototype. The disadvantage of this method is the inevitable contamination of the metal with aluminum during an overdose of the latter and the difficulties associated with the high-quality separation of aluminum nitride from lithium.

Целью предлагаемого технического решения является повышение степени очистки и совершенствование технологии. The purpose of the proposed technical solution is to increase the degree of purification and improve the technology.

Названная цель достигается тем, что жидкометаллический литий в инертной атмосфере приводят в контакт с экстрагентом, перемешивают и разделяют за счет разной плотности фаз. При этом в качестве экстрагента используют предварительно обезвоженный парафин. Другим отличием является то, что перемешивание осуществляют в течение 3-15 мин при температуре 200-250^oC.This goal is achieved by the fact that liquid metal lithium in an inert atmosphere is brought into contact with the extractant, mixed and separated due to different phase densities. Moreover, pre-dehydrated paraffin is used as an extractant. Another difference is that the mixing is carried out for 3-15 minutes at a temperature of 200-250 ^o C.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что примесные элементы, ассоциированные в виде другой фазы тем или иным образом в литии, по плотности отличаются от фазы металлического лития. За счет внутренних процессов примесные фазы дифундируют при перемешивании к границе раздела между поверхностью лития и используемым экстрагентом. Переход в экстрагент посторонних фаз из лития обусловлен силами межфазного взаимодействия и более высокой плотностью примесных частиц. После перемешивания более плотный экстрагент отстаивается вместе с извлеченными из лития примесями и отделяется от лития. В качестве экстрагента можно использовать жидкости, инертные по отношению к расплавленному литию, плотность которых превосходит плотность расплавленного лития. В частности, могут быть использованы углеводородные апротонные растворители. The essence of the proposed technical solution is that the impurity elements associated in the form of another phase in one way or another in lithium differ in density from the phase of lithium metal. Due to internal processes, impurity phases are diffused with stirring to the interface between the lithium surface and the extractant used. The transition of extraneous phases from lithium to the extractant is due to the forces of interfacial interaction and a higher density of impurity particles. After mixing, the denser extractant settles with the impurities extracted from lithium and is separated from lithium. As an extractant, liquids inert with respect to molten lithium can be used, the density of which exceeds the density of molten lithium. In particular, hydrocarbon aprotic solvents may be used.

Сущность предлагаемого способа подтверждается следующими примерами. The essence of the proposed method is confirmed by the following examples.

Пример 1. 50 г. металлического лития при температуре 190 - 270^oC в атмосфере осушенного аргона поместили в реакционный сосуд объемом 300 мл. 100 г обезвоженного парафина при соответствующей температуре добавили в реакционный сосуд и перемешали в течение 1-30 мин. После оттаивания реакционного объема без перемешивания металл удалили из реакционного объема специальным черпаком. Эффективность очистки металла оценивали по содержанию азота после перевода металла в гидроксид лития и количеству твердых включений, перешедших в экстрагент. Результаты приведены в таблице.Example 1. 50 g of lithium metal at a temperature of 190 - 270 ^o C in an atmosphere of dried argon was placed in a reaction vessel with a volume of 300 ml 100 g of dehydrated paraffin at an appropriate temperature was added to the reaction vessel and mixed for 1-30 minutes. After thawing the reaction volume without stirring, the metal was removed from the reaction volume with a special scoop. The efficiency of metal purification was evaluated by the nitrogen content after conversion of the metal to lithium hydroxide and the amount of solids transferred to the extractant. The results are shown in the table.

Пример 2. 2 кг лития поместили в специально разработанный экстрактор. В качестве экстрагента использовали 2 кг обезвоженного парафина. Процесс очистки осуществляли в течение 15 мин (контакт при перемешивании), отстой после перемешивания 2 мин при температуре реакционного объема 240^oC. В экстрагент перешло 18 г твердой фазы, экстрагированной из исходного металла. Анализ металла после очистки показал, что содержание кальция снизилось в 8 раз, алюминия в 2,5 раза, железа в 2 раза, азота в 9 раз. Рентгеновский анализ показал, что основу составляет электролит (KCl) и нитриды лития.Example 2. 2 kg of lithium was placed in a specially designed extractor. As an extractant used 2 kg of dehydrated paraffin. The purification process was carried out for 15 minutes (contact with stirring), sediment after stirring for 2 minutes at a temperature of the reaction volume of 240 ^o C. 18 g of the solid phase extracted from the starting metal passed into the extractant. Analysis of the metal after purification showed that the calcium content decreased by 8 times, aluminum by 2.5 times, iron by 2 times, nitrogen by 9 times. X-ray analysis showed that the basis is electrolyte (KCl) and lithium nitrides.

Таким образом, наряду с эффективной очисткой от нитридов достигнуты ощутимые показатели по кальцию, алюминию и железу. Thus, along with effective purification from nitrides, tangible indicators were achieved for calcium, aluminum and iron.

Предлагаемый способ имеет большие перспективы для внедрения в промышленном масштабе. По эффективности процесса очистки он конкурентоспособен с фильтрацией металла, а по производительности и условиям безопасности превосходит на порядок. The proposed method has great prospects for implementation on an industrial scale. In terms of efficiency of the cleaning process, it is competitive with metal filtration, and in terms of performance and safety conditions it is an order of magnitude higher.

Claims

1. The method of refining lithium, comprising treating molten lithium with an extractant in an inert medium with stirring and separating lithium, characterized in that pre-dehydrated paraffin is used as the extractant.

2. The method according to claim 1, characterized in that the processing of lithium with an extractant is carried out for 5 to 15 minutes at 220 - 250 ^o C.