Получение лития электролитическим способом

Вследствие высокого сродства к кислороду и к галогенам литий получают либо электролизом расплавленных сред, либо металлотермическим восстановлением с отгонкой лития.

Технология производства металлического лития

Получение чистого хлорида лития

Безводный хлорид лития, служащий исходным материалом для производства лития, обычно получают из карбоната лития. Содержание примесей, %: натрия 0,12; кальция 0,03; алюминия 0,05; железа 0,005; сульфат-иона 0,1; оксида кремния 0,05; фосфат-иона 0,005.

Для получения хлорида лития обычно требуется предварительная очистка карбоната лития от примесей. Очистку проводят методом перекристаллизации через хорошо растворимый бикарбонат лития (способ Труста). С этой целью через водную суспензию Li₂CO₃ пропускают СО₂, что приводит к переходу лития в раствор в виде бикарбоната LiHCO₃.

При кипячении раствора бикарбонат разрушается, из раствора осаждается очищенный Li₂CO₃.

Для получения хлорида лития влажный карбонат растворяют в 30 %-ной соляной кислоте. Раствор очищают от примесей, выпаривают (трудности выпаривания и последующего обезвоживания хлорида обусловлены высокой коррозирующей способностью LiCl и его растворов, для выпаривания используют аппараты из керамики или специальных сплавов, а для обезвоживания хлорида – керамическую аппаратуру), кристаллизуют хлорид LiCl∙Н₂О, хлорид обезвоживают (сушат) при 120 – 150 ^оС с получением LiCl.

Электролиз проводят в электролите при соотношении LiCl: KCl = 1: 1 (по массе), что близко к составу эвтектики в системе LiCl – KCl, плавящейся при 361 ^оС. Это позволяет проводить электролиз при 400 - 460 ^оС.

На рисунке 4.3 показана принципиальная схема электролизера с двумя прикатодными пространствами, отделенными от анодного пространства диафрагмами. Стальной кожух ванны футеруют графитом – наиболее устойчивым материалом по отношению к хлориду лития.

-

+-

-

Рис. 4.3 – Схема электролизера для получения лития

Катодами служат пластины из низкоуглеродистой стали, анодами – графитовые стержни. Потенциалы разложения LiCl и KCl в электролите эвтектического состава при 400 ^оС равны 3,78 и 3,89 В соответственно, что обусловливает частичное выделение калия на катоде.

Электролиз ведут при 400 - 430 ^оС при плотности тока на катоде и аноде 2,0 - 5,0 и 0,8 - 1,5 А/см² соответственно. Выход по току достигает 90-95 %.

Растворимость калия в литии плохая (0,5 – 1,5 %), поэтому он образует новую фазу, окисляется в электролизере до K₂O и растворяется в электролите. Выделяющийся на катоде жидкий литий всплывает на поверхность электролита, и его вычерпывают железной сетчатой ложкой по мере накопления. Металл защищен от окисления тонкой пленкой солей, хорошо смачивающих жидкий литий. Примерное содержание примесей в электролитическом литии, %: Na 0,3 - 2,5; K 0,02 - 1,5; Cu, Fe, Ca от 0,001 до 0,4; Si 0,004 - 0,8; Al 0,002 - 0,12; Mg 0,003; Cl 0,01. Полученный литий переплавляют в парафине и хранят в банках с парафином. По ходу электролиза в анодное пространство периодически вводят LiCl, поддерживая в ванне его содержание 55 - 57 % (по массе). Хлор из анодного пространства направляется в абсорбер, орошаемый известковым молоком.

Электролизом, помимо лития, можно получать сплавы лития с другими металлами (кальцием, магнием, тяжелыми металлами). Для этого либо вводят в электролит хлорид соответствующего металла, либо ведут электролиз с растворимым анодом из металла – компонента сплава с литием.

Дата добавления: 2014-01-11