[发明专利]生产锂的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及冶金学，特别涉及生产锂的方法和实施该方法的装置。

背景技术

已知工艺中有一种通过在电解质熔体中热还原锂化合物(特别是LiCl)生产锂的方法(J.of Metals，Vol.38，No.11，1986，pp.20-26)。

然而，该方法的特征是使用的锂盐成本高、相当大的比功率强度(specificpower intensity)、材料与反应剂的高消耗比(specific consumption of material andreagents)、存在生态上有害的排出物和工艺废弃物。

还知道一种通过用铝将含锂氧化物复合物-Li₂O·Al₂O₃-在1200℃和残余压力不超过1.3×10^-3Pa的条件下热还原生产锂的方法(J.of Metals，Vol.38，No.11，1986，pp.20-26)。

此方法存在如下缺点：高的温度和真空条件，明显变短的装置使用寿命；特别是，必须保持高温从而导致曲颈甑内表面上出现缺陷并使其很快失效；对锂而言很小的工艺比效率(small specific efficiency of the process in terms oflithium)，这是由于在氧化锂与氧化铝的摩尔比等于1的条件下，被铝还原的含锂氧化物复合物组成的有限选择性造成的。

已知工艺中有一种在真空中热还原碱土金属氧化物生产碱土金属，主要是锶和钡，的装置，它包括具有在内部垂直设置的曲颈甑的熔炉，曲颈甑具有在其上部的还原区和在其下部的冷凝区(S.L.Stefanyuk，Metallurgy of Magnesiumand Other Light-weight Metals，Moscow，Metallurgiya，1985，p.196(in Russian))。

已知的装置按如下方式操作。

第一步，将要还原的起始混合物经搅拌、压块、投入用于装载混合物的吊篮中，该吊篮放入曲颈甑中，在真空条件下于还原区高达1150℃的温度加热，已还原的金属蒸气在温度约700℃的冷凝区中在水冷却冷凝器的表面上冷凝。第二步，升高冷凝区中的温度并降低还原区中的温度，将获得的固体碱土金属冷凝物在设置于冷凝区下方的曲颈甑内的金属收集容器中熔化。第二步在氩气条件下进行。该装置周期性操作，一个周期的总持续时间约50小时。

上述装置具有如下特征：

(1)由于各单元与部件如用于还原混合物的吊蓝、水冷却冷凝器、用于收集金属的接受容器之间的大量连接，因此曲颈甑设计复杂；

(2)装置运转一个周期的持续时间长和步骤多。

(3)从曲颈甑中卸出盛有金属的容器不方便，因为此操作需要将曲颈甑充分冷却至150℃以下，而根据装置设计，卸料要在350-400℃下进行；然而，在此温度下，锂与其它碱金属类似，处于液体状态。

由于所有上述因素的影响以及碱金属，特别是锂的高反应活性，导致获得的金属被掺混物污染、其相当大量地被氧化，以及装置被快速腐蚀磨损、造成了操作此装置时高的功率输入和降低了其比效率(specific efficiency)。

此外，还已知一种通过在真空中热还原碱土金属的氧化物复合物生产碱土金属的装置。该装置包括具有在内部至少设置了一个曲颈甑的熔炉，该曲颈甑具有一个还原区和一个冷凝区，以及一个金属收集器(A.Mayer，Trans.Am.I.M.M.E.，159，1944，363)。

在该已知装置中，该熔炉适合接受水平安装的曲颈甑。首先，将要还原的已压制成块的混合物装入曲颈甑的还原区中，然后安装热筛网，安装冷凝器并紧紧密封，将该曲颈甑抽真空至残余气体压力低于10Pa。此工艺在还原区高达1180℃的温度下进行，将已还原的金属蒸气在温度约500-600℃下在曲颈甑冷凝区的内表面上凝缩。在投料-卸料操作之前，还原区中的温度降低约200℃左右。将获得的固体冷凝物形式的金属从曲颈甑中卸出并在另一分离的设备中熔化。

使用这种生产碱金属(特别是锂)的装置涉及冷凝区中的温度方面的问题，在该装置的冷凝区中保持的热条件旨在在整个工艺期间将锂蒸气冷凝为液体状态并使液体金属与冷凝器表面长时间接触。如此导致锂被混合物污染以及设备腐蚀，可能影响曲颈甑体的密闭性，并且当液态锂和其蒸气与空气和水汽接触时存在爆炸的危险。

发明内容