一種制備高純氟化鋰的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備高純氟化鋰的系統(tǒng)及方法，包括反應(yīng)系統(tǒng)、化學(xué)吸附柱以及抽真空系統(tǒng)，應(yīng)系統(tǒng)包括用于放置固態(tài)碳酸鋰的氣固反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、助燃器以及循環(huán)風(fēng)機(jī)；氟氣源通過入口截止閥與氣固反應(yīng)器的入口連接，氣固反應(yīng)器的出口與旋風(fēng)分離器的入口連接，旋風(fēng)分離器的出口分兩路，一路通過第一截止閥與循環(huán)風(fēng)機(jī)連接，另一路通過第二截止閥、助燃器、第三截止閥與循環(huán)風(fēng)機(jī)連接，循環(huán)風(fēng)機(jī)與氣固反應(yīng)器連接，化學(xué)吸附柱的入口通過第四截止閥與第三截止閥連接，化學(xué)吸附柱與抽真空系統(tǒng)連接。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的氟化鋰的制備方法中多會使用氟化氫HF，合成過程中對設(shè)備的耐腐蝕性的要求比較高的技術(shù)問題，本發(fā)明工藝過程及設(shè)備簡單，可靠性高。
【專利說明】一種制備高純氟化鋰的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備高純度氟化鋰的方法，該材料是制備鋰離子電池電解質(zhì)LiPF6的必需原料。
【背景技術(shù)】
[0002]氟化鋰是一種白色非吸潮立方晶體。晶格常數(shù)a=0.402nm，鍵長:0.201nm。它不能形成水合物，在堿金屬氟化物中最難溶，既難溶于水，也難溶于醇和其他有機(jī)溶劑。在高溫時，LiF與氫氟酸反應(yīng)生成不穩(wěn)定的氟化氫鋰LiF.HF，LiF和氫氧化鋰反應(yīng)生成復(fù)鹽LiF CLiOH。復(fù)鹽LiF.2Li0H在釉、玻璃、陶瓷生產(chǎn)中用作添加劑，以降低焙燒溫度，并增強(qiáng)陶瓷制品耐熱、耐磨、耐酸等性能。也可用作鋁和鋁合金焊接助焊劑組分，在鋁生產(chǎn)中加入
l-2%LiF到電解質(zhì)中，可提高電導(dǎo)率和電流效率從而提高金屬鋁生產(chǎn)能力和降低成本。高純氟化鋰用作氟化玻璃組分，熔融氟化鋰用作高溫蓄電池電解質(zhì)的混合鹽組分，在增殖反應(yīng)堆中作載體，氟化鋰也用作制造Pr-N1、Te-Gd-Ni合金的熔融鹽組分，高純大規(guī)模氟化鋰晶體用于X光單射儀的折射元件。
[0003]氟化鋰有多種制備工藝，例如:
[0004]1、在碳酸鋰溶液中通入二氧化碳，加入氟化氫制備氟化鋰:
[0005]LiC03+C02+H20=LiHC03 LiHC03+HF=LiF+C02+H20
[0006]2、碳酸鋰和無水氟化氫反應(yīng)制備氟化鋰:
[0007]Li2C03+HF=LiF+C02+ H20
[0008]3、其他方法合成氟化鋰
[0009]在上述的方法中，Li2C03+HF=LiF+C02+H20已經(jīng)被應(yīng)用于六氟磷酸鋰的合成工藝中，然而該方法由于使用氟化氫，生成物中含有水等，在整個合成過程中首先對設(shè)備的耐腐蝕性及設(shè)備的可靠性提出了很高的要求，其次氟化鋰產(chǎn)品采用結(jié)晶方法析出時，會使氟化氫中重金屬離子進(jìn)入產(chǎn)品中，導(dǎo)致產(chǎn)品中重金屬超標(biāo)。其他的制備工藝過于復(fù)雜，產(chǎn)物中同樣含有金屬離子等雜質(zhì)，難以獲得高純度的產(chǎn)物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決現(xiàn)有的氟化鋰的制備方法中多會使用氟化氫HF，合成過程中對設(shè)備的耐腐蝕性的要求比較高，同時氟化鋰采用結(jié)晶方法析出，產(chǎn)品中重金屬超標(biāo)的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種制備高純氟化鋰的方法。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)這個目的，本發(fā)明采用以下制備工藝:
[0012]一種制備高純氟化鋰的系統(tǒng)，其特殊之處在于:包括反應(yīng)系統(tǒng)、化學(xué)吸附柱以及抽真空系統(tǒng)，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括用于放置固態(tài)碳酸鋰的氣固反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、助燃器以及循環(huán)風(fēng)機(jī)；
[0013]氟氣源通過入口截止閥7與氣固反應(yīng)器的入口連接，所述氣固反應(yīng)器的出口與旋風(fēng)分離器的入口連接，所述旋風(fēng)分離器的出口分兩路，一路通過第一截止閥8與循環(huán)風(fēng)機(jī)連接，另一路通過第二截止閥9、助燃器、第三截止閥10與循環(huán)風(fēng)機(jī)連接，所述循環(huán)風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與氣固反應(yīng)器連接，所述化學(xué)吸附柱的入口通過第四截止閥11與第三截止閥10連接，所述化學(xué)吸附柱的出口與抽真空系統(tǒng)連接。
[0014]制備高純氟化鋰的方法，其特殊之處在于:包括以下步驟:
[0015]I】氣固反應(yīng)器中加入固態(tài)碳酸鋰，并進(jìn)行加熱，加熱至溫度為300-400°C ；
[0016]2】第一次循環(huán):
[0017]2.1】打開入口截止閥，向氣固反應(yīng)器中通入氟氣，氟氣通入氣固反應(yīng)裝置中的速度應(yīng)使反應(yīng)系統(tǒng)的壓力小于0.3MPa ;同時打開第一截止閥，經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離的氣體經(jīng)過第一截止閥、循環(huán)風(fēng)機(jī)后再次進(jìn)入氣固反應(yīng)器；當(dāng)氣固反應(yīng)器中的壓力達(dá)到0.3MPa時，關(guān)閉入口截止閥；
[0018]2.2】當(dāng)氣固反應(yīng)器中的壓力恒定時，關(guān)閉第一截止閥，同時打開第二截止閥、第三截止閥和助燃器，氣體經(jīng)過助燃器加熱后，經(jīng)過循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣固反應(yīng)器；
[0019]2.3】當(dāng)氣固反應(yīng)器中的壓力再次恒定時，關(guān)閉第二截止閥、第三截止閥和助燃器，打開第四截止閥，反應(yīng)系統(tǒng)的氣體經(jīng)由化學(xué)吸附柱后進(jìn)入抽真空系統(tǒng)，直至抽真空至-0.097MPa，進(jìn)行步驟3】；
[0020]3】循環(huán)步驟2.1】-步驟2.3】，直至反應(yīng)壓力不增加時，反應(yīng)結(jié)束；
[0021 ] 4】從氣固反應(yīng)器的卸料口處取出氟化鋰。
[0022]氟氣通入氣固反應(yīng)器的速度應(yīng)使氣固反應(yīng)系統(tǒng)的壓力小于0.06MPa-0.1MPa0
[0023]將氣固反應(yīng)器的加熱溫度 為350°C。
[0024]上述氣固反應(yīng)器內(nèi)有攪拌槳葉。
[0025]步驟3】的循環(huán)次數(shù)為10-16次。
[0026]本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
[0027]1、本發(fā)明工藝過程及設(shè)備簡單，可靠性高。
[0028]2、氣態(tài)反應(yīng)物對設(shè)備的腐蝕遠(yuǎn)小于其他方法使用的液態(tài)原料，極大的提高了設(shè)備的使用壽命。
[0029]3、反應(yīng)產(chǎn)物為固態(tài)，雜質(zhì)為氣態(tài)，分離效果好，產(chǎn)品純度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明流程示意圖；
[0031]其中附圖標(biāo)記為:1_氣固反應(yīng)器，2-旋風(fēng)分離器，3-助燃器，4-循環(huán)風(fēng)機(jī)，5-化學(xué)吸附柱，6-抽真空系統(tǒng)，7-入口截止閥，8-第一截止閥，9-第二截止閥，10-第三截止閥，
11-第四截止閥。
【具體實(shí)施方式】
[0032]氟化鋰的制備工藝，利用氣態(tài)的單質(zhì)氟氣和固態(tài)的碳酸鋰反應(yīng)，合成固態(tài)的氟化鋰，反應(yīng)方程式如下:Li2C03+F2 — 2LiF+C02+l/202
[0033]工藝步驟如下:
[0034]氣固反應(yīng)器中預(yù)先加入固態(tài)的碳酸鋰并進(jìn)行加熱，溫度小于400°C，通氟氣進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)系統(tǒng)由循環(huán)風(fēng)機(jī)、氣固反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器及助燃器組成，控制氣固反應(yīng)器及反應(yīng)系統(tǒng)壓力小于0.3MPa ;開始反應(yīng)時助燃器不并入系統(tǒng)中，當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)中混合氣體達(dá)到壓力恒定時，打開助燃器，助燃器的溫度為400°C，并入循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)；當(dāng)壓力再次恒定時，將循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)由化學(xué)吸附柱、抽真空系統(tǒng)，抽真空至-0.097MPa ;然后進(jìn)行下一次循環(huán)合成，整個反應(yīng)完畢大約需要10到16次循環(huán)合成，當(dāng)反應(yīng)壓力不增加時反應(yīng)結(jié)束，從而得到氟化鋰產(chǎn)品。
[0035]固體碳酸鋰為優(yōu)質(zhì)級。氟氣通入氣固反應(yīng)器中的速度應(yīng)使氣固反應(yīng)器的內(nèi)部壓力小于0.1MPa,反應(yīng)溫度低于350°C。
[0036]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0037]實(shí)施例1
[0038]首先往臥式氣固反應(yīng)器中預(yù)先加入10公斤的碳酸鋰，抽真空。開啟氣固反應(yīng)器的加熱器，當(dāng)溫度低于400°C的條件下，打開入口截止閥緩慢通入氟氣，控制氣固反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器及循環(huán)風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)壓力小于0.06MPa，當(dāng)壓力不增加時，系統(tǒng)并入助燃器，助燃器工作溫度400°C。系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)，當(dāng)壓力不增加時完成第一次循環(huán)；系統(tǒng)抽真空，接著重新繼續(xù)循環(huán)，共計(jì)13次循環(huán)，氣固反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)品經(jīng)取樣分析產(chǎn)品純度為99.95%。
[0039]實(shí)施例2
[0040]首先往氣固反應(yīng)器中預(yù)先加入8公斤的碳酸鋰，抽真空。開啟反應(yīng)裝置的加熱器，當(dāng)溫度低于350°C的條件下緩慢通入氟氣，控制反應(yīng)裝置、旋風(fēng)分離器及風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)壓力小于壓力0.1MPa，當(dāng)壓力不增加時，系統(tǒng)并入助燃器，助燃器工作溫度350°C。系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)，當(dāng)壓力不增加時完成第一次循環(huán)；系統(tǒng)抽真空，接著從新繼續(xù)循環(huán)，共計(jì)16次循環(huán)，氣固反應(yīng)器裝置內(nèi)的產(chǎn)品經(jīng)取樣分析產(chǎn)品純度為99.99%。
【權(quán)利要求】
1.一種制備高純氟化鋰的系統(tǒng)，其特征在于:包括反應(yīng)系統(tǒng)、化學(xué)吸附柱(5)以及抽真空系統(tǒng)(6)，所述反應(yīng)系統(tǒng)包括用于放置固態(tài)碳酸鋰的氣固反應(yīng)器(I)、旋風(fēng)分離器(2)、助燃器(3)以及循環(huán)風(fēng)機(jī)(4); 氟氣源通過入口截止閥(7)與氣固反應(yīng)器的入口連接，所述氣固反應(yīng)器(I)的出口與旋風(fēng)分離器(2)的入口連接，所述旋風(fēng)分離器(2)的出口分兩路，一路通過第一截止閥(8)與循環(huán)風(fēng)機(jī)(4)連接，另一路通過第二截止閥(9)、助燃器(3)、第三截止閥(10)與循環(huán)風(fēng)機(jī)(4)連接，所述循環(huán)風(fēng)機(jī)(4)的出風(fēng)口與氣固反應(yīng)器(I)連接，所述化學(xué)吸附柱(5)的入口通過第四截止閥(11)與第三截止閥(10)連接，所述化學(xué)吸附柱(5)的出口與抽真空系統(tǒng)(6)連接。
2.基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)制備高純氟化鋰的方法，其特征在于:包括以下步驟: 1】氣固反應(yīng)器中加入固態(tài)碳酸鋰，并進(jìn)行加熱，加熱至溫度為300-400°C ； 2】第一次循環(huán): 2.1】打開入口截止閥，向氣固反應(yīng)器中通入氟氣，氟氣通入氣固反應(yīng)裝置中的速度應(yīng)使反應(yīng)系統(tǒng)的壓力小于0.3MPa ;同時打開第一截止閥，經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離的氣體經(jīng)過第一截止閥、循環(huán)風(fēng)機(jī)后再次進(jìn)入氣固反應(yīng)器；當(dāng)氣固反應(yīng)器中的壓力達(dá)到0.3MPa時，關(guān)閉入口截止閥； 2.2】當(dāng)氣固反應(yīng)器中的壓力恒定時，關(guān)閉第一截止閥，同時打開第二截止閥、第三截止閥和助燃器，氣體經(jīng)過助燃器加熱后，經(jīng)過循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)入氣固反應(yīng)器； 2.3】當(dāng)氣固反應(yīng)器中的壓力再次恒定時，關(guān)閉第二截止閥、第三截止閥和助燃器，打開第四截止閥，反應(yīng)系統(tǒng)的氣體經(jīng)由化學(xué)吸附柱后進(jìn)入抽真空系統(tǒng)，直至抽真空至-0.097MPa，進(jìn)行步驟3】； 3】循環(huán)步驟2.1】-步驟2.3】，直至反應(yīng)壓力不增加時，反應(yīng)結(jié)束； 4】從氣固反應(yīng)器的卸料口處取出氟化鋰。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備高純氟化鋰的方法，其特征在于:氟氣通入氣固反應(yīng)器的速度應(yīng)使氣固反應(yīng)系統(tǒng)的壓力小于0.06MPa-0.1MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備高純氟化鋰的方法，其特征在于:將氣固反應(yīng)器的加熱溫度為350°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高純氟化鋰的方法，其特征在于:所述氣固反應(yīng)器內(nèi)有攪拌槳葉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備高純氟化鋰的方法，其特征在于:步驟3】的循環(huán)次數(shù)為10-16 次。
【文檔編號】C01D15/04GK103466666SQ201310376702
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】李立, 馬家琪, 劉燕, 聶劍飛, 孟利濤 申請人:陜西延長石油集團(tuán)氟硅化工有限公司