一种真空铝热还原炼锂的方法技术

一种真空铝热还原炼锂的方法，属于冶金技术领域，按以下步骤进行：（1）将含锂原料和添加剂混合后制成球团，在900~1100℃煅烧获得Li5AlO4熟料；（2）将Li5AlO4熟料球磨后与铝粉混合并制成球团，再进行真空热还原，生成的锂蒸汽结晶形成金属锂，余下的物料为还原渣。本发明专利技术的方法简便易行，适于工业化生产，造成的污染少，可获得良好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金
，特别涉及。
技术介绍
金属锂广泛应用于航空航天、核能发电、能源电池等新兴领域，被称为“21世纪的能源金属”；金属锂的生产方法分为两大类熔盐电解法和真空热还原法。熔盐电解法是当今世界上生产金属锂的主要方法，但是其发展受到以下几个方面的限制(1)生产原料为高纯氯化锂，由碳酸锂盐酸氯化、净化、脱水生成，工艺复杂，成本较高；(2)由于钠、钾析出电位较低，一次产品中不可避免地混入钠、钾等有害杂质，严重影响产品的质量；(3)电解过程中阳极生成氯气，污染环境，腐蚀设备。真空热还原法可直接以碳酸锂或氢氧化锂为原料因而成本较低；由于金属锂与钠和钾的蒸气压不同导致结晶位置不同，因此有害杂质的含量极低；生产过程中无有害气体生成；所以，在真空冶金技术迅猛发展的有利形势下，热还原法是一种有工业应用前景的方法。真空热还原法根据还原剂的不同可以分为炭热还原法、氢热还原法和金属热还原法。炭热还原法和氢热还原法由于还原温度高、不易操作、金属锂品位低等原因不易于进行工业推广；而金属热还原法中，铝热法和硅热法最具有工业应用前景；现有的硅热法是以碳酸锂为原料，配以添加剂煅烧得到氧化锂熟料，以硅铁为还原剂制取金属锂，其不足是料锂比较高，且副产物的还原渣得不到有效利用，造成固体废物污染；铝热法是以碳酸锂制备的氧化锂或LiAlO2为原料，该项研究也只停留在还原过程，而没有对还原渣的综合利用进行研究。
技术实现思路
针对现有铝热还原制备金属锂的方法上存在的不足，本专利技术提供，先通过煅烧含锂原料和添加剂制备Li5AlO4,然后与铝粉混合进行真空热还原，制备出高纯度的金属锂和铝酸钙渣，铝酸钙渣能够用于制备氢氧化铝，在大幅降低固体和气体废料污染的情况下，获得高质量的氢氧化铝。本专利技术的方法按以下步骤进行1、将含锂原料和添加剂混合后制成球团，然后在90(Tll0(rC煅烧1.5 3h，获得Li5AlO4 熟料；含锂原料为氢氧化锂或碳酸锂，添加剂为氢氧化铝和氧化钙的混合物，或氧化铝和氧化钙的混合物；2、将Li5AlO4熟料球磨至粒度彡80μ m,然后与铝粉混合并制成球团，再在气压彡5 和温度100(Tl20(rC进行真空热还原，反应时间为1.5 3h，生成的锂蒸汽结晶形成金属锂，余下的物料为还原渣；其中步骤1的反应式为5Li0H · H2CHAl (OH) 3 = Li5A104+9H20、(1)IOLiOH · H2CHAl2O3 = 2Li5A104+15H20、(2)5Li2C03+Al203 = 2Li5A104+5C02、(3)或 5Li2C03+2Al (OH) 3 =2 Li5A104+3H20+5C02 ；(4)步骤2的反应式为3Li5A104+4Ca0+5Al=4+15Li(5)或 21Li5A104+48Ca0+;35Al=4+105Li ；(6)含锂原料和添加剂用量按上述反应的理论需要量加入，铝粉按上述反应的理论需要量过量广15%加入。上述方法中锂的还原率彡90%。上述方法获得的金属锂的重量纯度彡99%。上述方法中获得的还原渣先破碎成粉料，再球磨至粒度< 80 μ m,然后置于混合碱液中，在温度8(T30(TC条件下浸出3(Tl80min，再过滤去除浸出渣，获得铝酸钠溶液；所述的混合碱液中碳酸钠的浓度为15(T300g/L，氢氧化钠的浓度为广20 g/L，混合碱液与还原渣的液固比为(4 7):1，其中液固比是指液体体积(L)与固体质量(kg)之比；浸出过程中铝酸钙的反应方程式为CaO · Al2O3 + Na2CO3 + 4H20 = CaCO3 + 2NaAl (OH) 4(7)或 12Ca0 · 7A1203 + 12Na2C03 + 33H20 = 12CaC03 + IONaOH + HNaAl(OH)4 (8) 铝的反应方程式为2A1 + 2Na0H + 6H20 = 2NaAl (OH)4+ 3H2(9)向铝酸钠溶液中通入二氧化碳进行碳酸化分解至铝元素生成氢氧化铝沉淀，碳酸化分解的温度为5(T90°C，反应方程式为2NaAl (OH)4 + CO2 = Na2CO3 + 2A1 (OH)3+ H2O(10)然后过滤后获得碳酸钠溶液和氢氧化铝。上述的浸出反应过程中铝的浸出率> 85%;浸出渣的主要成分为碳酸钙，经过干燥去除水分后，再煅烧获得氧化钙，作为添加剂使用；煅烧生成的二氧化碳用于碳酸化分解。上述方法中球团在煅烧过程中形成二氧化碳时，收集二氧化碳用于碳酸化分解。上述方法中碳酸化分解形成的碳酸钠溶液用于配制混合碱液。上述反应获得的氢氧化铝经烘干去除水分后白度> 95。本专利技术的原理是先将含锂原料煅烧制成Li5AlO4熟料，再与铝粉反应制取金属锂，与传统技术相比料锂比较低，氧化钙先作为添加剂参与煅烧，经充分活化后再在还原过程中参与还原反应；在煅烧过程中加入氧化钙，还能起到骨料作用，防止熟料软化，得到便于进行下一步操作的煅后球团料；还原形成的还原渣主要成分为铝酸钙(CaO · Al2O3或 12Ca0 · 7A1203)及未反应的铝粉，用碱液浸出铝酸钙和铝，生成碳酸钙和铝酸钠，铝酸钠再经碳酸化分解制成高白度的氢氧化铝；反应中生成的各种副产物均可重复利用，达到的降低污染排放的效果；本专利技术的方法简便易行，适于工业化生产，造成的污染少，可获得良好的经济效益。附图说明图1为本专利技术的真空铝热还原炼锂的方法流程示意图。具体实施例方式本专利技术实施例中采用的氢氧化锂、碳酸锂、氢氧化铝、氧化铝和氧化钙为普通工业粉末产品。本专利技术实施例中采用的铝粉为普通工业铝粉，粒度彡80μπι。本专利技术实施例中制成球团选用的设备为干粉制团机。本专利技术实施例中球磨是采用球磨机干磨。本专利技术实施例中还原渣破碎制成粉料是选用颚式破碎机进行破碎。本专利技术实施例中铝的浸出率是分析浸出渣中的铝含量后计算得出。本专利技术实施例中真空热还原采用的设备是带有结晶器的还原罐。实施例1将含锂原料和添加剂混合后制成球团，然后在90(Tll0(rC煅烧1. 5h，获得Li5AlO4熟料；含锂原料为氢氧化锂，添加剂为氢氧化铝和氧化钙的混合物；将Li5AlO4熟料球磨至粒度彡80 μ m，然后与铝粉混合并制成球团，再在气压彡5Pa和温度100(Tl20(rC进行真空热还原，反应时间为1.5h，生成的锂蒸汽结晶形成金属锂，余下的物料为还原渣； 煅烧反应式为5Li0H · H2CHAl (OH) 3 = Li5A104+9H20(1)真空热还原反应式为3Li5A104+4Ca0+5Al=4+15Li(5)氢氧化锂、氢氧化铝和氧化钙的用量按摩尔比为15:3:4，铝粉按氢氧化锂与铝粉的摩尔比为3:1并且过量15%加入；锂的还原率94%，金属锂的重量纯度99. 1% ；获得的还原渣先破碎成粉料，再球磨至粒度< 80 μ m,然后置于混合碱液中，在温度 80°C条件下浸出180min，再过滤去除浸出渣，获得铝酸钠溶液，铝的浸出率89%;所述的混合碱液中碳酸钠的浓度为150g/L，氢氧化钠的浓度为20 g/L，混合碱液与还原渣的液固比为7:1 ；浸出过程的反应方程式为CaO · Al2O3 + Na2CO3 + 4H20 = CaCO3 + 2NaAl (OH)4(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：狄跃忠，冯乃祥，彭建平，王耀武，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：