[发明专利]一种去除锂电解质KCl-LiCl中杂质MgCl2的方法

说明书

技术领域

本发明涉及碱金属Li的提纯工艺，属于电化学冶金领域，特别涉及一种熔盐电化学方法去除锂电解质KCl-LiCl中杂质MgCl₂的方法。

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％以上的金属锂需要采取另外的提纯措施。提纯金属锂的方法有真空蒸馏法、过滤法、区熔法、吸气法、精馏法等。真空蒸馏法是在600-800℃下的不锈钢蒸馏炉内进行的，该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；而过滤法一般用于去除锂中难熔的杂质，但易与金属锂形成合金的Mg、Al、Ca等则难以除去；区熔法提纯锂的最大困难在于液态锂对容器的产生严重腐蚀，对杂质钙的提纯效果较差；这些提纯金属锂中杂质的方法均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MgCl2。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MgCl2的含量，因而从源头上降低了后续金属Li电解过程中杂质Mg的含量。

本发明是通过如下技术方案实现的：

1、配制电解质：在LiCl-KCl中添加MgCl₂配制电解质LiCl-KCl-MgCl₂体系，其中，LiCl∶KCl的摩尔比为1∶1，MgCl₂为LiCl-KCl-MgCl₂总质量的1.0wt％～5wt％；

2、确定Mg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℃下，利用方波伏安法，以50mv/s的扫描速度扫描，确定Mg的析出电位；

3、电解：将金属铅作为阴极，在450℃下铅电极为液态；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Mg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4.2～10小时，Mg即在铅阴极上析出，之后将温度降至20～30℃，移出阴极。

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基础电解质KCl-LiCl中的杂质MgCl2进行去除，与现有的一些金属Li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，同时采用铅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-冷却水出口；2-出气口；3-进气口；4-引线；5-冷却水进口；6-光谱纯石墨对电极；7-钨丝工作电极；8-Ag/AgCl参比电极；9-KCl-LiCl-MgCl₂熔盐；10-Pb阴极；11-氧化铝坩埚(底部带孔)；12-光谱纯石墨坩埚；13-不锈钢反应器；14-加热炉。

图2LiCl-KCl-MgCl₂(2wt％)体系中Mg²⁺在钨丝电极上还原的方波伏安图谱；