[发明专利]一种去除锂电解质KCl-LiCl中杂质CaCl2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去除锂电解质KCl-LiCl中杂质CaCl₂的工艺。

背景技术

当前金属锂的工业生产方法主要是熔盐电解法和真空热还原法。该方法系采用氯化锂为原料，为降低熔点，采用氯化锂含量为55wt％、氯化钾含量为45wt％的LiCl-KCl共晶体系，在390℃～450℃之间进行电解。氯化锂在熔融状态下呈离子状态存在，电解进行时氯离子移动至阳极，在阳极失去电子形成氯气；锂离子向阴极移动并在阴极还原得到金属锂，其密度仅为熔盐密度的1/3。随着电解的进行锂会逐渐上升到电解质表面或到锂收集室。

对金属锂产品纯度的要求因用途而异，纯度为99.9wt％的锂，可以通过改进熔盐电解工艺直接制取，如采用高纯度的原料和减少电解槽内衬的污染。如果原料的纯度无法满足，通常得到的金属锂的纯度在98-99％，无法满足合金、核反应器以及电池对金属锂纯度的要求，因此，必须对金属锂进行提纯。提纯金属锂常用的方法是真空蒸馏法。该法是在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，设备产生严重腐蚀，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，以提高初级锂产品的纯度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明是在电解生产金属Li之前，采用电化学方法去除锂电解质KCl-LiCl中的CaCl₂杂质，达到净化KCl-LiCl的目的。净化后的KCl-LiCl电解质，可以降低温度至450℃，作为电解金属锂的原料。该方法从根源上直接降低钙的含量，操作简单。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种用于去除锂电解用电解质KCl-LiCl中杂质CaCl₂的方法，所述方法步骤如下：

1、配制电解质：在LiCl-KCl中添加CaCl₂配制电解质LiCl-KCl-CaCl₂，其中，LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1；CaCl₂占LiCl-KCl-CaCl₂电解质总质量的1-2wt％；

2、确定Ca的析出电位：采用钨丝作为工作电极；采用Ag/AgCl作为参比电极，即：将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％；光谱纯石墨为对电极；在450～680℃下，利用循环伏安法以20-200mv/s的扫描速度确定Ca的析出电位；

3、电解：电解时采用金属Sn作为阴极，在680℃下金属Sn成为液态电极；采用Ag/AgCl作为参比电极，即：将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％；光谱纯石墨作为阳极；在Ca的析出电位下用恒电位电解的方法进行电解，电解时间为3h～6h，Ca即在锡阴极上析出，电解结束后将阴极产物全部取出，然后将电解质温度降到450℃，作为提取金属锂的电解质。

有益效果

本发明针对用LiCl-KCl熔盐电解法制备金属锂时，在电解生产金属锂之前先对电解质KCl-LiCl中的杂质Ca进行去除，从而降低产品Li中杂质Ca的含量。与现有金属Li的提纯工艺相比，本方法方便快捷，无须经过蒸馏法提纯繁琐的工艺流程，即可有效提高金属锂的纯度。有效降低了高纯锂制备的成本，同时该发明采用液态金属Sn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

图1除杂用电解槽示意图

其中：1-Ar进口；2-冷却水进口；3-光谱纯石墨阳极；4-石墨坩埚；5-Sn阴极；6-刚玉坩埚；7-Ag/AgCl参比电极；8-冷却水出口；9-Ar出口