專利名稱：一種利用鉭鈮尾礦鋰云母制備硫酸鋁銫、硫酸鋁銣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)化工領(lǐng)域，涉及一種利用鉭鈮尾礦鋰云母制備硫酸鋁銫、硫酸鋁銣的方法。
背景技術(shù)：
江西宜春的鉭鈮鋰礦是目前亞洲最大的鉭鈮鋰礦，其含有豐富的稀有金屬材料， 如鉭、鈮、鋰、銣、銫、鉀、鈉等。鋰云母是鉭鈮開采尾礦經(jīng)浮選所得副產(chǎn)品，鋰云母原料中不僅Li2O的含量高達(dá)到4. 5%，銣、銫的含量也高達(dá)1. 5%左右，對(duì)其進(jìn)行綜合開發(fā)利用具有十分重要經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略價(jià)值。隨著世界以石油為原料的能源的日益緊張，開發(fā)利用新型能源為全世界的共同課題。鋰電能新能源作為當(dāng)今新能源發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一，越來(lái)越被人們重視，鋰及其鹽類作為鋰電新能源產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性材料，從鋰云母原料提取鋰、銣、銫等金屬及其鹽，本發(fā)明是從鋰云母原料中提取鋰及碳酸鋰的生產(chǎn)工藝過(guò)程中，采用加壓、變溫處理，離心分離即得到銣、銫的化合物。該方法不僅能初步去除溶液中銣、銫離子，大大提高鋰及碳酸鋰的得率，還可以得到銣、銫的副產(chǎn)物。提高利用鋰云母制備碳酸鋰的綜合效益。金屬銣由于活性大，生產(chǎn)、使用、貯存和運(yùn)輸必須在嚴(yán)密隔絕空氣的裝置中進(jìn)行。 80°C以下可用橡膠容器；200°C以下可用玻璃、石英、黃銅、鋁或陶瓷容器；700 1000°C須用不銹鋼、鎳合金或鎳制容器。1擬6年銫還沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的工業(yè)用途。在此之后，銫被用作電子管的吸氣劑，后來(lái)主要用于制造光電池和其他光敏元件。直到上世紀(jì)七十年代末，銫的有限產(chǎn)量中的大部分是用于熱離子功率轉(zhuǎn)換，磁流體動(dòng)力和離子發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)器的研究，銫鹽在化學(xué)工業(yè)、石油化工和生物工程中的用處正在增加。銣和銫的優(yōu)異光電特性及其化學(xué)活潑性，在各技術(shù)領(lǐng)域里有著獨(dú)特的用途，非別的金屬元素所能代替。目前，銣和銫絕大部分被用于開發(fā)研究領(lǐng)域。銣和銫獨(dú)特的光電特性被用作制造光電管和光電倍增管的光電陰極材料。廣泛用于光電儀器和電子射線儀器中， 用于生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制、光度學(xué)、光譜測(cè)量、電影、電視、雷達(dá)及無(wú)線電傳真技術(shù)、激光技術(shù)等方面，具有光波范圍廣，靈敏度高且穩(wěn)定等特點(diǎn)。如電視技術(shù)中的低壓電子束攝像管， 都采用銫陰極。銣和銫又是紅外技術(shù)的必需材料，可制作紅外線濾光器、輻射能接受器、電子一光學(xué)變換器等，是瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，偵察望遠(yuǎn)鏡、夜視儀、紅外檢測(cè)儀、紅外通信、紅外照相和防火防盜等電子儀器的重要組件。銫輻射能的振蕩頻率具有長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，可用作頻率和時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)。其誤差可小于每300年5秒，目前，銫原子鐘已廣泛用于通訊、運(yùn)輸、軍事和宇航上。銣和銫還可以用于電光源、激光技術(shù)、熒光物質(zhì)和電源等方面。銣、銫的氧化物用作催化劑，氯化物和溴化物用于生產(chǎn)金屬，溴化物和碘化物用作光學(xué)晶體，氫氧化物用于堿性蓄電池電解質(zhì)和重油脫硫，硝酸鹽用于微波發(fā)射器，碳酸鹽用于開環(huán)磁流發(fā)電，碘化物用作熒光物質(zhì)，氯化物還作為密度梯度介質(zhì)在超速離心機(jī)中，分離過(guò)濾病毒、核糖核酸和其他大分子物質(zhì)。在催化劑方面，銣和銫的化學(xué)活性高，電離電位低， 能改變主催化劑的表面性質(zhì)，使催化劑具有更好的活性、選擇性、穩(wěn)定性，并能延長(zhǎng)使用壽命，防止催化劑中毒。目前，已廣泛應(yīng)用于氨合成、硫酸合成、氫化、氧化、聚合等催化合成反應(yīng)中。如環(huán)氧乙烷合成中用含鉀、銫的催化劑，生產(chǎn)甲基丙烯酸樹脂時(shí)用硝酸銫作催化劑。銣的用途和銫大致相同，但銣光電池和光陰極的靈敏度以及使用范圍稍遜于銫。 銣和鉀、鈉、銫的合金可用以除去高真空系統(tǒng)的殘余氣體。碘化銣銀(RbAg4I5)是良好的離子導(dǎo)體，用作固體電池電解質(zhì)。銣的特征共振頻率為6835兆赫，可用作時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。銣原子鐘的特點(diǎn)是體積小，重量輕，需要的功率小。用銣氣泡制成的磁強(qiáng)計(jì)，測(cè)量范圍達(dá)15000 80000伽馬(1伽馬為10-9特斯拉)。氧化銣可用以調(diào)整光學(xué)玻璃的密度和折射率，并可用來(lái)生產(chǎn)光敏玻璃和光色玻璃。硝酸銣還可用作化學(xué)鋼化玻璃的熔劑，以提高玻璃的抗張強(qiáng)度。鑄鋁合金中加入0. 01 的銣，可以改善其力學(xué)性能。熔化的銅中加入0. 01 0. 5% 的銣，用噴霧法可制得表面積大而性能好的銅粉。很多有機(jī)和無(wú)機(jī)合成中，可以用Rb20代替K20作助催化劑的組分。銣鹽還可用于制藥。如果有人問(wèn)，自然界里最軟的金屬元素是什么？你可以這樣回答，銫就是最軟的金屬，它甚至比石蠟還軟。銫具有活潑的個(gè)性，它本來(lái)披著一件漂亮的銀白色的“外衣”，可是一與空氣接觸， 馬上就換成了灰藍(lán)色，甚至不到一分鐘就自動(dòng)地燃燒起來(lái)，發(fā)出玫瑰般的紫紅色或藍(lán)色的光輝，把它投到水里，會(huì)立即發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，著火燃燒，有時(shí)還會(huì)引起爆炸。即使把它放在冰上，也會(huì)燃燒起來(lái)。正因?yàn)樗@么地“不老實(shí)”，平時(shí)人們就把它“關(guān)”在煤油里，以免與空氣、水接觸。最有意思的是，銫的熔點(diǎn)很低，很容易就能變成液體。一般的金屬只有在熊熊的爐火中才能熔化。，可是銫卻十分特別，熔點(diǎn)只有攝氏二十八度半，除了水銀之外，它就是熔點(diǎn)最低的金屬了。大家都知道，我們?nèi)梭w的正常溫度是攝氏三十七度，所以把銫放到手心里， 它就會(huì)像冰塊掉進(jìn)熱鍋里那樣很快地化成液體，在手心里滾來(lái)滾去。在自然界里，銫的分布相當(dāng)廣泛，巖石、土壤、海水以至某些植物機(jī)體，到處都有它的“住地”?？墒卿C沒(méi)有形成單獨(dú)的礦場(chǎng)，在其他礦物中含量又少，所以生產(chǎn)起來(lái)很麻煩。一年下來(lái)，生產(chǎn)出的銫很少，“物以稀為貴”，現(xiàn)在銫比金子還貴。用銫可以做成最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)儀器——原子鐘。一說(shuō)到鐘，你們自然明白這是一種計(jì)量時(shí)間的工具。人類的生活和生產(chǎn)活動(dòng)離不開計(jì)時(shí)，想想看，如果有一天起床后，世界上所有的鐘表都不翼而飛了，世界會(huì)變成什么樣子呢？過(guò)去，人們確定時(shí)間都拿地球的自轉(zhuǎn)作為基準(zhǔn)。地球是個(gè)天然的計(jì)時(shí)器，它每晝夜繞軸自轉(zhuǎn)一周，寒來(lái)暑往，年年如此。人們把地球自轉(zhuǎn)一周所需要的時(shí)間定為一天—— 二十四小時(shí)，它的八百六千四百分之一就是一秒，秒的時(shí)間單位就是這樣來(lái)的。但是，后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，由于潮汐力等許多因素的影響，地球不是一個(gè)非常準(zhǔn)確的“時(shí)鐘”。它的自轉(zhuǎn)速度是不穩(wěn)定的，時(shí)快時(shí)慢。雖然這種快慢的差別極小，但累計(jì)起來(lái)，誤差就很大了。有沒(méi)有一種更準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)儀器呢？人們開始打破舊的傳統(tǒng)習(xí)慣，大的一頭不行， 往小的一頭探索。人們發(fā)現(xiàn)銫原子的第六層——即最外層的電子繞著原子核旋轉(zhuǎn)的速度， 總是極其精確地在幾十億分之一秒的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)完一圈，穩(wěn)定性比地球繞軸自轉(zhuǎn)高得多。利用銫原子的這個(gè)特點(diǎn)，人們制成了一種新型的鐘——銫原子鐘，規(guī)定一秒就是銫原子“振動(dòng)”九十一億九千二百六十萬(wàn)一千七百七十次(即相當(dāng)于銫原子的最外層電子旋轉(zhuǎn)這么多圈)所需要的時(shí)間。這就是“秒”的最新定義。利用銫原子鐘，人們可以十分精確地測(cè)量出十億分之一秒的時(shí)間，三百年來(lái)積累起來(lái)的時(shí)間總誤差不超過(guò)五秒，精確度和穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)地扭過(guò)世界上以前有過(guò)的任何一種表，也超過(guò)了許多年來(lái)一直以地球自轉(zhuǎn)作基準(zhǔn)的天文時(shí)間。人類創(chuàng)造性的勞動(dòng)得到了收獲。大家知道，在我們?nèi)粘Ｉ罾?，只要知道年、月、日以至?xí)r、分、秒就可以了。但是現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)卻往往需要精確地計(jì)量更為短暫的時(shí)間，比如毫秒(千分之一秒)、微秒(百萬(wàn)分之一秒)等等。有了像銫原子鐘這樣一類的鐘表，人類就有可能從事更為精細(xì)的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐，比如對(duì)原子彈和氫彈的爆炸、火箭和導(dǎo)彈的發(fā)射以及宇宙航行等等，實(shí)行高度精確的控制，當(dāng)然也可以用于遠(yuǎn)程飛行和航海。為了征服宇宙，必須有一種嶄新的、飛行速度極快的交通工具。一般的火箭、飛船都達(dá)不到這樣的速度，最多只能沖出地月系；只有每小時(shí)能飛行十幾萬(wàn)公里的“離子火箭” 才能滿足要求。銫原子的最外層電子極不穩(wěn)定，很容易被激發(fā)放射出來(lái)，變成為帶正電的銫離子， 所以是宇宙航行離子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)理想的“燃料”。銫離子火箭的工作原理是這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)開動(dòng)后，產(chǎn)生大量的銫蒸氣，銫蒸氣經(jīng)過(guò)離化器的“加工”，變成了帶正電的銫離子，接著在磁場(chǎng)的作用下加速到每秒一百五十公里， 從噴管噴射出去，同時(shí)繪離子火箭以強(qiáng)大的推動(dòng)力，把火箭高度推向前進(jìn)。計(jì)算表明，用這種銫離子作宇宙火箭的推進(jìn)劑，單位重量產(chǎn)生的推力要比現(xiàn)在使用的液體或固體燃料高出上百倍。這種銫離子火箭可以在宇宙太空遨游一二年甚至更久！

發(fā)明內(nèi)容
因?yàn)椴煌V石產(chǎn)地的鋰的化合物及其形成過(guò)程不同、礦石物相會(huì)產(chǎn)生很大的差異，對(duì)其中鋰化合物的提取工藝差異也很大，本發(fā)明的目的就是要提供涉及一種適合亞洲鋰都江西宜春鉭鈮鋰礦鋰云母原料中除銣、銫，分離得到銣、銫的化合物的方法，混合溶液中的銣、銫離子去除率高，能源消耗小，提高了提金屬如鋰及其鹽的得率，銣、銫的回收利用率高，因而大幅降低了其生產(chǎn)成本，提高綜合效益。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，采用在鋰云母原料中加入稀硫酸溶液的酸浸除氟、分離、排渣的工藝步驟，將經(jīng)酸浸除氟、分離、排渣后的混合溶液，進(jìn)行加壓、變溫析銣鹽、銫鹽、得到銣、銫的化合物。本發(fā)明工藝步驟如下填料浸提一蒸發(fā)除氟一分離1 —除渣一變溫分離2填料浸提是將鋰云母粉粉碎至100 200目左右，和濃度為30% 70%硫酸溶液按固液質(zhì)量比12 8比例投入反應(yīng)裝置。蒸發(fā)除氟在60 200°C進(jìn)行反應(yīng)3 10小時(shí)除氟，得含Li+的硫酸溶液，分離除去含氟溶液。分離1 將含Li+的硫酸溶液進(jìn)行過(guò)濾分離，濾渣用水充分洗滌，去除濾渣得濾液， 為母液1。變溫分離2 將母液1在攪拌下，變溫至10 100°C的的某個(gè)溫度，分離出固體銣鹽、銫鹽，過(guò)濾分離，洗滌濾渣，濾液回收。本發(fā)明采用加壓變溫法利用鉭鈮尾礦鋰云母制備電池級(jí)碳酸鋰、硫酸鋁銫、硫酸鋁銣的新工藝較現(xiàn)有石灰石法，高溫焙燒法，具有工藝條件溫和，操作過(guò)程穩(wěn)定，生產(chǎn)周期短，設(shè)備利用率高，生產(chǎn)成本低，三廢排放少，對(duì)環(huán)境影響小的生產(chǎn)方法。本發(fā)明加壓變溫法根據(jù)不同化合物的特點(diǎn)，對(duì)溶液中多種不同化合物采用分級(jí)分離的方法，在制備電池級(jí)的碳酸鋰的同時(shí)，還可以得到硫酸鋁銫、硫酸鋁銣。本發(fā)明不僅可以大幅度降低利用鉭鈮尾礦鋰云母制備電池級(jí)碳酸鋰生產(chǎn)成本，提高原料的銣鹽、銫鹽的回收利用率，以提高江西宜春的鉭鈮鋰礦鋰云母的綜合利用效益，提高鋰云母綜合開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明生產(chǎn)過(guò)程中，涉及的主要化學(xué)反應(yīng)的方程式如下Li2O2+H2SO4 = = Li2S04+2H20K2CHH2SO4 = = K2S04+H20Na2CHH2SO4 = = Na2S04+H202A1203+3H2S04 = = 2A12 (SO4) 3+3H20Rb203+3H2S04 = = Rb2 (SO4) 3+3H20Cs20+H2S04 = = Cs2S04+H20Rb2 (SO4) 3+Al2 (SO4) 3 = = 2Rb Al (SO4) 3Cs2 (SO4) 3+Al2 (SO4) 3 = = 2Cs Al (SO4) 具體實(shí)施例方式實(shí)施例1實(shí)施例中涉及濃度均為質(zhì)量濃度，現(xiàn)以鋰云母為原料提取一種利用鉭鈮尾礦鋰云母制備硫酸鋁銫、硫酸鋁銣的方法。本實(shí)施例選用的鋰云母礦采用產(chǎn)自宜春鉭鈮鋰礦，其各主要化學(xué)成份如下表
權(quán)利要求
1.一種利用鉭鈮尾礦鋰云母制備硫酸鋁銫、硫酸鋁銣的方法，其特征是將鋰云母粉粉碎至100 200目左右，和濃度為30% 70%硫酸溶液按固液質(zhì)量比1 2 8比例投入反應(yīng)裝置，于60 200°C進(jìn)行反應(yīng)3 10小時(shí)除氟，得含Li+的硫酸溶液，分離除去含氟溶液。
2.依據(jù)權(quán)利要求1分離是將含Li+的硫酸溶液進(jìn)行過(guò)濾分離，濾渣用水充分洗滌，去除濾渣得濾液，為母液1。
3.依據(jù)權(quán)利要求2的變溫分離是將母液1在攪拌下，變溫至10 100°C，分離出固體銣、銫。
4.依據(jù)權(quán)利要求1 3所述的利用鉭鈮尾礦鋰云母制備硫酸鋁銫、硫酸鋁銣的方法，其特征是所述變溫，是將母液1在攪拌下，變溫10 100°C，分離出固體硫酸鋁銣、硫酸鋁銫。
全文摘要
本發(fā)明提出一種利用鉭鈮尾礦鋰云母制備硫酸鋁銫、硫酸鋁銣的方法。其特征是將鋰云母粉粉碎至100～200目左右，和濃度為30％～70％硫酸溶液按固液質(zhì)量比1∶2～8比例投入反應(yīng)裝置，于60～200℃進(jìn)行反應(yīng)3～10小時(shí)除氟，得含Li+的硫酸溶液，分離除去含氟溶液；將含Li+的硫酸溶液進(jìn)行過(guò)濾分離，濾渣用水充分洗滌，去除濾渣得濾液，為母液1；將母液1在攪拌下，變溫至10～100℃，分離出固體固體硫酸鋁銣、硫酸鋁銫。
文檔編號(hào)H01M4/58GK102173445SQ20111002638
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者劉萬(wàn)云, 周偉華, 湯洪波, 鄒懷波, 鄒輝飛, 陸云華 申請(qǐng)人:宜春銀鋰新能源有限責(zé)任公司