制备金属锂的方法技术

本发明专利技术提出了一种制备金属锂的方法，包括：将碳酸锂、碳化钙和催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；将混合物料进行干磨处理，以便得到颗粒物料；将颗粒物料进行压球处理，以便得到球团物料；将球团物料布入转底炉内的进料区，随着转底炉运转，球团物料依次在预热区被预热，在加热区内发生分解反应，在高温区内发生还原反应，最终得到锂蒸汽、烟气和炉渣；以及将锂蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属锂。本发明专利技术实施例的制备金属锂的方法具有工艺简单、生产效率高、能能耗低等优点。

【技术实现步骤摘要】
制备金属锂的方法
本专利技术属于冶金领域，具体而言，本专利技术涉及制备金属锂的方法。
技术介绍
金属锂，银白色，密度0.534g/cm3，熔点180.54℃，沸点1336℃，被誉为“能源金属”。金属锂具有质量轻、负电位高、比能量大等优点，成为新的电池能源材料，随着锂在陶瓷、化工、冶金、纺织、医疗、水泥等传统领域的广泛应用，特别是核聚变反应、能源电池、航空航天、轻质合金等新兴
的不断发展，使近年来金属锂的生产规模和产量迅猛增加。锂成为工业生产中十分重要的金属，被称为“二十一世纪的能源金属”。金属锂已成为发展国民经济、解决能源危机和巩固军事国防的关键核心材料，必将成为未来的能源金属和战略物资。金属锂的生产方法主要为熔盐电解法和热还原法。熔盐电解法是传统的生产金属锂的方法，即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，目前90％以上的金属锂是由该法制备的。但上述方法仍存在生产成本较高，阳极生成氯气，污染环境，设备腐蚀严重，产品杂质中钠含量较高等诸多问题。因此，目前用于制备金属锂的方法还有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种制备金属锂的方法。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备金属锂的方法，包括：将碳酸锂、碳化钙和催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；将所述混合物料进行干磨处理，以便得到颗粒物料；将所述颗粒物料进行压球处理，以便得到球团物料；将所述球团物料布入转底炉内的进料区，随着所述转底炉运转，所述球团物料依次在预热区被预热，在加热区内发生分解反应，在高温区内发生还原反应，最终得到锂蒸汽、烟气和炉渣；以及将所述锂蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属锂。将所述锂蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属锂。由此，本专利技术上述实施例的制备金属锂的方法一步还原直接生产金属锂，减少了二次粉磨和造块等工序，提高了生产效率，降低了生产成本。由于催化剂的加入，使得反应速率加快，降低了能耗和生产成本。采用转底炉进行还原反应，炉内的强还原性气氛可以避免金属锂的二次氧化，同时该设备可以连续化生产，提高了产率，使得金属锂的大型化高效生产成为可能。另外，根据本专利技术上述实施例的制备金属锂的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述碳酸锂和碳化钙的摩尔比为5～6:1，所述催化剂为萤石，萤石用量为碳酸锂和碳化钙总量的3～5重量％。由此可以提高反应速率，缩短反应温度，降低成本。在本专利技术的一些实施例中，所述颗粒物料的平均粒径为0.18～0.25mm。由此可以进一步提高二者的接触面积，以便进一步提高还原反应效率，同时在该平均粒径下磨矿成本也相对较低。在本专利技术的一些实施例中，所述球团物料的平均粒径为20～30mm。由此可以进一步提高金属锂的产率。在本专利技术的一些实施例中，所述转底炉为蓄热式转底炉，所述蓄热式转底炉的炉底由碳质材料形成。由此可以进一步保证炉内的还原性气氛，避免金属锂蒸汽的二次氧化。在本专利技术的一些实施例中，所述分解反应的温度为710～730摄氏度，时间为30～40分钟。由此可以使得碳酸锂完全转化为氧化锂，由于催化剂的添加缩短了碳酸锂的分解时间，降低了能耗。在本专利技术的一些实施例中，所述还原反应是在强还原性气氛中进行的，所述强还原性气氛为CO气氛，优选地，所述CO的浓度为不小于1体积％。由此可以保证金属锂蒸汽在转底炉内不被二次氧化，得到纯度较高的金属锂蒸汽。在本专利技术的一些实施例中，所述还原反应是在1180～1250摄氏度和6～10Pa的压力下进行40～60分钟而完成的。由此可以进一步提高还原反应效率。在本专利技术的一些实施例中，上述实施例的制备金属锂的方法进一步包括：将所述炉渣与所述球团物料进行换热，以便得到干燥的球团物料和冷却的炉渣；将所述冷却的炉渣进行处理，以便得到氧化钙。由此可以进一步提高附加产值。在本专利技术的一些实施例中，在将所述锂蒸汽进行冷凝处理之前进一步包括：将所述锂蒸汽进行蒸馏处理，以便提纯锂蒸汽，优选地，所述蒸馏处理的温度为600～800摄氏度，真空度为10-6～10-4Pa。由此可以进一步提高金属锂的纯度。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例制备金属锂的方法的流程图。图2是根据本专利技术另一个实施例制备金属锂的方法的流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术着重解决传统生产金属锂工艺工序复杂、生产率低、热利用效率差、生产成本偏高、还原时间长等问题。为此，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备金属锂的方法。根据本专利技术实施例的制备金属锂的方法包括：将碳酸锂、碳化钙和催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；将混合物料进行干磨处理，以便得到颗粒物料；将颗粒物料进行压球处理，以便得到球团物料；将球团物料布入转底炉内的进料区，随着转底炉运转，球团物料依次在预热区被预热，在加热区内发生分解反应，在高温区内发生还原反应，最终得到锂蒸汽、烟气和炉渣；以及将锂蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属锂。由此，本专利技术上述实施例的制备金属锂的方法一步还原直接生产金属锂，减少了二次粉磨和造块等工序，提高了生产效率，降低了生产成本。由于催化剂的加入，使得反应速率加快，降低了能耗和生产成本。采用转底炉进行还原反应，炉内的强还原性气氛可以避免金属锂的二次氧化，同时该设备可以连续化生产，提高了产率，使得金属锂的大型化高效生产成为可能。下面参考图1描述本专利技术实施例的制备金属锂的方法。S100：混合处理首先，本专利技术制备金属锂的方法以碳酸锂为原料，碳化钙为还原剂，萤石为催化剂。根据本专利技术的具体实施例，将碳酸锂、碳化钙和萤石进行混合，得到混合物料。根据本专利技术的具体示例，碳酸锂和碳化钙的混合的摩尔比可以为5～6:1，萤石用量为碳酸锂和碳化钙总量的3～5％。由此可以提高反应速率，缩短反应温度，降低成本。根据本专利技术实施例的制备金属锂的方法采用的碳酸锂的纯度可以为98％，碳化钙的纯度可以为90％。由此可以提高反应速率，缩短反应温度，降低成本。S200：干磨处理进一步地，将上述含有碳酸锂、碳化钙和萤石的混合物料进行干磨处理，以便得到颗粒物料。由此可以使二者混合均匀，同时提高接触面积，有效提高还原效率，提高金属锂的产率。根据本专利技术的具体实施例，经过上述干磨处理得到的颗粒物料的平均粒径可以为0.18～0.25mm。根据本专利技术的具体实施例，粒径过小，则磨矿成本偏高，且由于碳酸锂与碳化钙的摩尔比较大，可能出现二者接触界面不完全情况，也不利于反应的进行；粒度过大则不利于还原反应的进行，反应时间过长，能耗增大。在上述粒径范围内时，随着碳酸锂分解产生CO2会使得球团变得疏松多孔，分解后细小的氧化锂的颗粒则会疏散开来，利于与大颗粒的碳化钙骨架进行接触和反应。S300：压球处理将上述干磨得到颗粒混合物料进行压球处理，以便得到球团物料。由此可以方便后续的还原反应，提高金属锂回收率。根据本专利技术的具体实施例，经过压球处理得到的球团物料的平均粒径并不受特别限制，本专利技术实施例的制备金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备金属锂的方法，其特征在于，包括：将碳酸锂、碳化钙和催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；将所述混合物料进行干磨处理，以便得到颗粒物料；将所述颗粒物料进行压球处理，以便得到球团物料；将所述球团物料布入转底炉内的进料区，随着所述转底炉运转，所述球团物料依次在预热区被预热，在加热区内发生分解反应，在高温区内发生还原反应，最终得到锂蒸汽、烟气和炉渣；以及将所述锂蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属锂。

【技术特征摘要】
1.一种制备金属锂的方法，其特征在于，包括：将碳酸锂、碳化钙和催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；将所述混合物料进行干磨处理，以便得到颗粒物料；将所述颗粒物料进行压球处理，以便得到球团物料；将所述球团物料布入转底炉内的进料区，随着所述转底炉运转，所述球团物料依次在预热区被预热，在加热区内发生分解反应，在高温区内发生还原反应，最终得到锂蒸汽、烟气和炉渣；以及将所述锂蒸汽进行冷凝处理，以便得到金属锂，其中，所述催化剂为萤石，所述萤石的用量为所述碳酸锂和碳化钙总量的3～5重量％，所述还原反应是在强还原性气氛中进行的，所述强还原性气氛为CO气氛，所述CO的浓度为不小于1体积％，所述还原反应是在1180～1250摄氏度和6～10Pa的压力下进行40～60分钟而完成的。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳酸锂和碳化钙的摩尔比为5～6:1。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴道洪，刘占华，曹志成，薛逊，
申请(专利权)人：北京神雾环境能源科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11