專利名稱：用鋰輝石精礦制備鋰的方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬冶煉的方法，特別是指一種用鋰輝石精礦制備鋰的方法。
背景技術：
金屬鋰在軍工、民用和新能源方面均為重要的金屬原料，現有的電解法制鋰方法存在著產品純度低，只有96-％-98％，其使用前還必須通過多次蒸餾進行提純，所以產品成本高。另外，電解法制鋰方法還存在著嚴重的環境污染問題，即電解制鋰過程中產生的氯氣會對環境造成嚴重的污染，并且電解制鋰方法的設備投資也較大。

發明內容
本發明的目的在于提供一種產品純度高、成本低、對環境無污染的、設備投資也較小的用鋰輝石精礦直接制鋰的方法。本法制鋰是用以下四種原材料鋰輝石精礦、生石灰、氧化鋁和硅鐵。
鋰輝石精礦是由鋰輝石生礦(α鋰輝石Li2O·Al2O3·4SiO2)。用純凈的熱源加熱至950℃-1100℃后，冷卻時所發生晶粒粉化變成鋰輝石精礦(β鋰輝石)，鋰輝石精礦中氧化鋰實際含量一般在2.9--7.6％之間。
鋰輝石精礦主要成份為氧化鋰(Li2O)、二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)及少量的氧化鈉(Na2O)、氧化鉀(K2O)、氧化鐵(Fe2O3)等。制鋰時四種反應料的性能要求鋰輝廠精礦中氧化鋰的含量2.9-7.6％，粒度小于100目。
生石灰(CaO)純度96％以上，粒度小于80目。
氧化鋁(Al2O3)純度98％以上，粒度小于80目。
硅鐵純度80％以上，粒度小于120目。
還原反應原料配合比的計算方法本法采用熔渣導電真空熱還原制鋰原理，其配合比是隨鋰輝石精礦中氧化鋰含量的變動而變動，但均以熔渣組分的經驗式加以計算鋰輝石精礦化學組成

根據CaO-SiO2-Al2O3系的熔度圖表明，圖中有熔點為1300℃區域，同時考慮到Al2O3的加量必須適宜，如果熔渣中氧化鋁不足，就會與電極發生炭熱反應，而且使還原反應爐炭素內襯消耗增大。根據經驗，熔渣組分的含量應嚴格控制在如下的范圍內CaO/SiO2＞2，Al2O3/SiO2＞0.3(分子比)。
取1#鋰輝石精礦的化學組分，用1000克精礦料計算配合比還原反應方程式2Li2O+Si＝＝4Li+SiO2(1)2Li2O+2CaO+nAl2O3+Si(Fe)＝＝4Li+2CaO·SiO2·nAl2O3+(Fe)(2)1000克鋰輝石精礦中氧化鋰含量為76克1000克鋰輝廠精礦中二氧化硅含量為645克1000克鋰輝廠精礦中氧化鋁含量為269克根據方程式一①，76克Li2O需用35.4克Si反應生成35.4克Li和76克SiO2，則反應料中SiO2總量為645+76＝721克。
設CaO/SiO2＝2.1， 因生石灰CaO含量為96％， 設 因精礦中本身含269克Al2O3，所以還補充Al2O3＝380-269＝111克因Al2O3純度為98％，所以Al2O3實際用量為1110.98=113]]>克。
根據方程式(1)計算Si的理論反應量為35.4克，換算成含硅80％的硅鐵用量為35.40.8=44.25]]>克。實際上在整個還原反應料中Li2O含量較少，不能以理論反應量來添加，必須加入超劑量的硅鐵才能使Li2O得到充分反應，提高鋰的提取率。根據試驗，硅鐵的實際用量是理論反應量的3倍以上加以調整，所以硅鐵實際用量＝44.25×3＝132.75克以上。四種反應料的最終用量為鋰輝石精礦1000克，生石灰1472克，氧化鋁113克、80％硅鐵133克。
本發明的目的是這樣實現的，一種用鋰輝石精礦制鋰的方法，其包括以下步驟①按 的重量比分別秤取，并將四者混合均勻。
②將上步所制得的粉狀混合物制成粒徑n為20mm≤n≤30mm容重為1.8--2g/cm3的固體顆粒。
③將上步所得的固體顆粒在1350℃以上溫度，最佳控制在1500℃--1600℃溫度下還原反應(溫度再高，對還原反應是有利的，但對還原爐耐火材料很不利)和真空度控制在P≤30Pa較合適的條件下進行還原反應，生成鋰蒸氣。
④將上步所制得的鋰蒸氣冷卻冷凝成液體鋰流入坩堝中。
⑤將上步所制得的液體鋰通過海綿鈦過濾器，清除鋰中的氮化物和氧化物后鑄錠得固態鋰。
由于本發明是采用真空熱還原法從鋰輝石精礦中直接提取鋰，并通過對原材料進行造粒，選用真空熔渣導電加熱的方法進行冶煉，所以用本發明所述的方法制取的鋰純度可達99％以上，大部分鋰純度可達99.9％，鋰的回收率均在90％以上。因為用本發明所述的方法制成的鋰純度高，所以使用時可以省去多次蒸餾提純工序。再加上原材料本身價格較低，因此鋰的成本較低。另外，用本法制鋰不產生污染環境的有害物質，熔渣是建材工業的好材料。由于本發明不需要結構復雜昂貴的電解裝置，所以對設備的投資需求也較少。


附圖為本發明的化學反應方程式
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進一步的描述，一種用鋰輝石精礦制備鋰的方法其包括以下步驟①按 的重量比分別秤取粒度小于100目的鋰輝石精礦粉料，純度大于96％粒度小于80目的生石灰粉料，純度大于98％粒度小于80目的氧化鋁粉料和純度大于80％粒度小于120目的硅鐵粉料，并將四者混合均勻。
②將上步所制得的粉狀混合物制成粒徑n為20mm≤n≤30mm，容重為1.8--2g/cm3的固體顆粒，本步將粉狀混合物進行造粒的目的是減少反應過程中爐內的粉塵和增強接觸反應能力。
③將上步所制得的固體顆粒在1500℃--1600℃和真空度P≤30Pa條件下進行還原反應，生成鋰蒸氣和硅酸鋁鈣，鐵溶于渣中。實際上從反應機理來說，硅首先與氧化鈣反應，生成二硅化鈣(CaSi2)，當降低系統壓力溫度超過1000℃時，不僅CaSi2生成，分解速度增大，還原反應速度也增大，只有當Ca貧化或氣相中Ca含量降低后，才依靠還原力較弱的Si繼續進行。實質整個反應鈣起主導作用。真空度越高，還原反應速度越快。
根據Ca--SiO2--Al2O3系熔度圖，固體顆粒在高于1350℃溫度下呈熔融狀態，溫度越高，熔體流動性越好，同時這種熔融體具有一定的電阻，可以產生足夠的熱量。發明人是采用真空電爐來完成本步驟所述還原反應的。氧化鋁的作用主要是降低整個混合物的熔點。
④將上步所制得的鋰蒸氣冷卻冷凝成液體鋰流入坩堝中；⑤將上步所制得的液體鋰通過海綿鈦過濾器，清除鋰中的氮化物和氧化物后鑄錠得固態鋰，對于原子能工業來說，鋰中的Li3N和Li2O加速液體鋰對鈦構件的污蝕作用，應該清除。
實施例1取1#鋰輝石精礦為例①按鋰輝石精礦(SC)∶生石灰(Cao)∶氧化鋁(Al2O3)∶硅鐵(FeSi)＝1∶1.472∶0.113∶0.133的重量比分別秤取粒度小于100目的鋰輝石精礦粉料，純度大于96％、粒度小于80目的生石灰粉料，純度大于98％、粒度小于80目的氧化鋁粉料和純度大于80％、粒度小于120目的硅鐵粉料，并將四者混合均勻。
②將上步所制得的粉狀混合物制成粒徑n為n＝30mm，容重為1.8g/cm3的固體顆粒。
③將上步所制得的固體顆粒在真空電爐1600℃和真空度P≤30Pa的條件下進行還原反應，生成鋰蒸氣。
④將上步所制得的鋰蒸氣冷卻冷凝成液態鋰流入坩堝中；⑤將上步所得的液態鋰通過海綿鈦過濾器，清除鋰中的氮化物和氧化物后鑄錠得固態鋰。
實施例2取2#鋰輝石精礦為例①按鋰輝石精礦(SC)∶生石灰(Cao)∶氧化鋁(Al2O3)∶硅鐵(FeSi)＝1∶1.451∶0.0984∶0.0919的重量比分別秤取粒度小于100目的鋰輝石精礦粉料，純度大于96％、粒度小于80目的生石灰粉料，純度大于98％、粒度小于80目的氧化鋁粉料和純度大于80％、粒度小于120目的硅鐵粉料，并將四者混合均勻。
②將上步所制得的粉狀混合物制成粒徑n為n＝30mm，容重為1.8g/cm3的固體顆粒。
③將上步所制得的固體顆粒在真空電爐1600℃和真空度P≤30Pa的條件下進行還原反應，生成鋰蒸氣。
④將上步所制得的鋰蒸氣冷卻冷凝成液態鋰流入坩堝中；
⑤將上步所得的液態鋰通過海綿鈦過濾器，清除鋰中的氮化物和氧化物后鑄錠得固態鋰。
實施例3取3#鋰輝石精礦為例①按鋰輝石精礦(SC)∶生石灰(Cao)∶氧化鋁(Al2O3)∶硅鐵(FeSi)＝1∶1.406∶0.0644∶0.051的重量比分別秤取粒度小于100目的鋰輝石精礦粉料，純度大于96％、粒度小于80目的生石灰粉料，純度大于98％、粒度小于80目的氧化鋁粉料和純度大于120目的硅鐵粉料，并將四者混合均勻。
②將上步所制得的粉狀混合物制成粒徑n為n＝30mm，容重為1.8g/cm3的固體顆粒。
③將上步所制得的固體顆粒在真空電爐1600℃和真空度P≤30Pa的條件下進行還原反應，生成鋰蒸氣。
④將上步所制得的鋰蒸氣冷卻冷凝成液態鋰流入坩堝中；⑤將上步所制得的液態鋰通過海綿鈦過濾器，清除鋰中的氮化物和氧化物后鑄錠得固態鋰。
權利要求
l、一種用鋰輝石精礦制備鋰的方法，其特征在于其包括以下步驟①按 的重量比分別秤取粒度小于1OO目的鋰輝石精礦粉料，純度大于96％、粒度小于8O目的生石灰粉料，純度大于98％、粒度小于8O目的氧化鋁粉料和純度大于80％、顆粒度小于12O目的硅鐵粉料，并將四者混合均勻。②將上步所制得的粉狀混合物制成粒徑n為20mm≤n≤3Omm，容重為1.8--2g/cm3的固體顆粒。③將上步所制得的固體顆粒在真空電爐15OO℃-16OO℃和真空度P≤3OPa的條件下進行還原反應，生成鋰蒸氣。④將上步所制得的鋰蒸氣冷卻，冷凝成液態鋰流入坩堝中。⑤將上步所制得的液態鋰通過海綿鈦過濾器，清除鋰中的氮化物和氧化物后鑄錠，得固態鋰。
2.在鋰輝石精礦制備時，所用純凈的熱源是指以天燃氣、煤氣、乙炔氣、燃油、電或酒精為燃料燃燒后形成的熱源。
全文摘要
本發明涉及一種用鋰輝石精礦制備鋰的方法，其包括以下步驟①按鋰輝石精礦(SC)∶生石灰∶氧化鋁∶硅鐵＝式(3)的重量比分別秤取四者，并混合均勻。②將上步所得的粉狀混合物造粒。③將上步所得的顆粒在1500℃－1600℃和真空度P≤30Pa的條件下進行還原反應，生成鋰蒸氣。④將上步所得的鋰蒸汽冷凝成液態鋰。⑤將上步所得的液態鋰通過過濾器后鑄錠得固態鋰。本發明所述的方法，具有產品純度高、成本低、無環境污染，設備投資較少的特點。
文檔編號C22B5/00GK101016590SQ20071008590
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月26日 優先權日2007年2月26日
發明者黃啟新, 黃穎, 黃杰, 黃麗 申請人:黃啟新