[发明专利]一种去除锂电解质KCl-LiCl中杂质Al的方法

说明书

技术领域

本发明涉及碱金属Li的提纯工艺，属于冶金领域，特别涉及一种熔盐电化学方法除杂质Al的工艺。

背景技术

当前金属锂唯一的工业生产方法是氯化锂-氯化钾熔盐电解法。LiCl-KCl体系为简单的二元共晶系，共晶点时LiCl的组成为50(wt)％左右。工业电解时，电解质中氯化锂含量为55(wt)％，氯化钾含量为45(wt)％，电解温度在390-450℃之间，氯化钾作为支持电解质起稳定和降低熔点的作用。工业锂电解槽采用石墨阳极和低碳钢阴极在直流电作用下，阳极产生氯气，阴极产生锂。电解法得到的产品纯度约为95-99wt％，含有K，Na，Al，Ca，Si，Fe，Mg，Ni等杂质。然而，在众多的金属锂应用领域，如锂电池、含锂结构合金以及核能发电等高新技术领域的应用，均要求锂的纯度在99.9wt％以上，因为杂质对容器材料产生腐蚀，无法满足原子能工业中反应堆冷却剂、航空工业用铝锂合金和高能锂电池负极材料的要求。

目前生产纯度在99.9wt％以上的金属锂是将熔盐电解法得到的初级金属锂经过两次真空蒸馏得到的。为了进一步提高纯度，需要进一步采用区域熔炼来提纯。真空蒸馏是在600-800℃下在不锈钢蒸馏炉内进行的，该蒸馏方法需要将锂大部分蒸发，每公斤纯锂需要耗用52度电，电能消耗大，蒸馏效率低。同时由于蒸馏温度高，对设备产生严重腐蚀，这显然增大了高纯金属锂的生产成本，经估算将纯度为98.5wt％的金属锂提纯为99.9wt％，其成本约10万元/吨。基于以上原因，完全有必要对杂质去除方法进行改进，以提高产品纯度。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明采用电化学方法，在电解得到金属锂之前去除杂Al。该方法操作简单，可在Li电解前进行，不影响后续电解工艺，有效降低了锂电解质KCl-LiCl中杂质Al的含量，因而从源头上降低了后续金属Li电解过程中Al的含量。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种用于去除锂电解质KCl-LiCl中杂质Al的方法，所述方法步骤如下：

1、配制电解质：在LiCl-KCl中添加AlCl₃配制电解质LiCl-KCl-AlCl₃，其中，LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AlCl₃为LiCl-KCl-AlCl₃总质量的0.5％～5％；

2、确定Al的析出电位：采用钨丝作为工作电极，采用Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管中，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)作为参比电极；光谱纯石墨为对电极；在450℃下，利用循环伏安法以20-200mv/s的扫描速度确定Al的析出电位；

3、电解：将固态金属碳钢作为阴极；采用Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)作为参比电极；石墨作为阳极；在步骤2)确定的Al的析出电位下采用恒电位电解的方法进行电解，电解时间为4.5～10小时，Al即在碳钢阴极上析出，之后移出碳钢阴极。

有益效果

本发明采用氯化锂-氯化钾熔盐电解法制备金属锂时，可在电解得到金属锂之前先对锂电解质KCl-LiCl中的杂质Al进行去除，与现有金属Li的提纯工艺相比，本方法方便快捷，省去了蒸馏法提纯繁琐的工艺流程，能有效地降低高纯锂制备的成本，同时采用碳钢作为去除杂质的阴极，成本低，操作方便简单，无需特殊加工。

附图说明

参比电极的电位说明：

为了得到准确的参比电位，每次实验将Ag丝(插入装有LiCl-KCl-AgCl电解质的陶瓷管，其中LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，AgCl的摩尔数为LiCl-KCl-AgCl总摩尔数的4％)作为参比电极的电位转化为相对于Cl₂/Cl^-的电位，以下图中得到的所有电化学图谱都转化为相对于Cl₂/Cl^-的电位。

图1除杂用电解槽示意图

其中，1-出气口；2-进气口；3-冷却水进口；4-光谱纯石墨对电极；5-钨丝工作电极；6-电解用Fe阴极；7-KCl-LiCl-AlCl3熔盐；8-Ag/AgCl参比电极；9-冷却水出口。