Способ извлечения лития из отходов алюминиево-литиевых сплавов

 

Использование: в области металлургии алюминиево-литиевых сплавов, при производстве перспективных материалов для авиаи ракетостроения. Сущность: контактируют жидкий алюминиево-литиевый сплав с жидким свинцом, разделяют фазы охлаждением с получением свинцово-литиевого сплава, который подвергают анодному растворению в расплаве солей LiCI-KCI, взятых в соотношении 1:1 при 380-400°С с выделением на катоде металлического лития , 1 ил.. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ч

О фь.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832756/02 (22) 21,03,90 (46) 23.10.92. Бюл, t+ 39 (71) Уральский политехнический институт им. С.М. Кирова (72) А.А. Леонов, В.А. Лебедев, B.È. Сальников, А.А. Семенченков, Б.И. Бондарев, Н.В.

Бондаренко, А.Н. Татакин и С.Б. Комаров (56) Заявка Франции М 2600343, кл, С 22 В

7/00, опублик. 1986. (54) СПОСОБ ИЗВЛЕ .ЕНИЯ ЛИТИЯ ИЗ 0ТХОДОВ АЛЮМИНИЕВО-ЛИТИЕВЫХ

СПЛАВОВ

Изобретение относится к способам переработки отходов алюминиево-литиевых сплавов.

Учитывая бурный рост производства зтой категории сплавов при низком выходе годной продукции, а также тот факт, что до

80% металла уходит в стружку при механической обработке слитков этих сплавов, проблема переработки отходов алюминиево-литиевых сплавов остро стоит перед предприятиями, занятыми их выпуском. 3адачей переработки является извлечение из сплавов ценного компонента лития в пригодном для дальнейшего использования виде.

В опубликованной литературе имеется техническое решение, аналогичное заявляемому по максимуму сходных признаков, которое и послужило flpoTQTwfloM, В известном способе — прототипе для извлечения лития из алюминиево-литиевых сплавов предложено проворить их плавку под флюсом KCI(NaCI)- ICI.; при перемешивании расплава аргоном. 8 результате взаимодей„, SU, 1770418 А1 (и)5 С 22 В 7/00 // С 25 С 3/02 (57) Использование: в области металлургии алюминиево-литиевых сплавов, при производстве перспективных материалов для авиа- и ракетостроения. Сущность: контактируют жидкий алюминиево-литиевый сплав с жидким свинцом, разделяют фазы охлаждением с получением свинцово-литиевого сплава, который подвергают анодному растворению в расплаве солей LICI-КС1, взятых в соотношении 1:1 при 380-400 С с выделением на катоде металлического лития, 1 ил.. 1 табл. ствия флюса с металлом получают шлак, состоящий из хлоридов лития, магния и калия и металлический алюминий. Из шлака хлорид лития выщелачивают спиртом в присутствии гидроксидов щелочных металлов или карбоната лития для предотвращения растворения хлоридов магния и алюминия.

Злектролизом расплава хлорида лития получают металлический литий.

К недостаткам данного способа следует отнести высокую гигроскопичность применяемого хлорида алюминия, что требует специальных мер при хранении и работе с ним, а также применение методов зкстрактивной гидрометаллургии. Эти моменты приводят к определенным техническим трудностям и усложняют технологический процесс выделения лития из сплава.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение технологического процесса переработки алюминиево-литиевых сплавов с получением металлического лития.

1770418

20

Для решения поставленной задачи предлагается использовать металлический свинец, который обладает по отношению к алюминиево-литиевым сплавам рядом специфических свойств: 1) при контакте с литийсодержащими алюминиевыми сплавами свинец выступает как экстрагент лития из лития сплавов, что объясняется его более высоким химическим сродством к литию; 2) система А! — РЬ характеризуется широкой областью расслоений и очень низкой растворимЬстью свинца в алюминии, что позволяет легко разделять металлические фазы;

3) свинец имеет низкую температуру плавления (по сравнению с алюминием), что позволяет использовать его сплав с литием в качестве растворимого анода при низкотемпературном (300 — 400 С) электролитическом получении лития иэ расплавов солей методом трехслойного рафинирования.

На основе перечисленных свойств разработан способ переработки отходов алюминиево-литиевых сплавов с применением металлического свинца. Способ основывается на переводе. лития из сплава с алюминием в сплав со свинцом при их контактировании в жидком виде, разделении металлических фаз свинца и алюминия и дальнейшем электрорафинировании полученного свинцово-литиевого сплава по трехслойному методу, с получением на катоде металлического лития, Переход лития в сплав со свинцом протекает самопроизвольно при контактировании жидкОГО свинца с жидким алюминиево-литиевым сплавом с перемешиванием или без него, от чего зависит только скорость достижения системой состояния равновесия. Экспериментально установлено, что при соотношении массы свинца к массе алюминиево-литиевого сплава более чем 3:1 достигается практически полное извлечение лития из сплавов, типа 1420 и 1450, до остаточных концентраций менее 0,05 мас. g, что позволяет беспрепятственно утилизировать переработанный алюминий, потому что снимаются ограничения, связанные с примесью лития.

Разделение металлических фаз достигается легко всилу того,,что они хорошо расслаиваются и имеют большое различие в плотности. После выливки расплава в изложницу алюминий, находящийся на поверхности и обладающий большой теплопроводностью, затвердевает раньше и в твердом виде легко отделяется от жидкой свинцовой фазы.

Для выделения лития из получаемого свинцово-литиевого сплава применили метод трехслойного электрорафинирования в расплавах солей, селективно растворяя литий из сплава и осаждая его на катоде. В качестве солевого расплава хорошо подходит смесь I ICI-KCI (1;1), имеющая температуру плавления 361 С. Этот солевой расплав широко применяется для получения металлического лития электролизом в и ромы ш лен нам и роиз водстве. Температура электрорафинирования свинцово-литиевого сплава составляет 380 — 400 С. Такой температурный интервал обеспечивает вязкость электролита за счет небольшого перегрева относительно точки плавления, и вместе с тем, не допускает сильного разогрева, приводящего к повышенной испаряемости солевого расплава и снижению катодного выхода по току. Свинцово-литиевый сплав при такой температуре находится в жидком состоянии, что важно для обеспечения высокой интенсивности анодного растворения лития из сплава, Приведенный температурный интервал можно считать оптимальным, Схема переработки алюминиево-литиевых сплавов с применением оборотного свинца приведена на чертеже. Продуктами переработки являются металлический литий и вторичный алюминий.

Описанный способ достигает цели иэобретения — упрощения по сравнению с прототипом технологического процесса выделения лития из сплавов за счет сокращения числа операций. Общими операциями остаются: контактирование фаз; разделение фаэ; получение лития электролизом. Исключаются методы экстрактивной гидрометаллургии и мероприятия, связанные с хранением очень гигроскопичного хлорида алюминия и работой с ним.

В силу того, что в основу предлагаемого способа переработки отходов алюминиеволитиевых сплавов, с получением в качестве продукта металлического лития, положен качественно новый принцип — использование тяжелого металла (свинца) в качестве экстрагента лития из алюминиевого сплава и основы анодного сплава при дальнейшем электрорафинировании — считаем, что предлагаемое изобретение соответствует критериям "но изна" и "существенные отличия".

В настоящее время на отечественных предприятиях отходы алюминиево-литиевых сплавов не подвергаются какой-либо переработке с целью извлечения иэ них ценного компонента лития, поэтому применение предлагаемого способа для утилизации отходов может дать значительный экономический эффект по сравнению с переработкой этих отходов на предприятиях

1770418 вторцветмета по существующим на настоящий момент технологиям.

Пример выполнения способа, В лабораторных опытах использовали чистый металлический свинец (ЧДА) и сплав марки 1450, содержащий 1,95 мас, 7, лития.

Контактирование проводили в керамическом тигле (алунд или силицированный графит) при 700 С под небольшим слоем жидкого флюса (хлорид лития), предохраняющим металл от окисления атмосферой воздуха. Сначала расплавляли навеску алюминиево-литиевого сплава, а затем порциями добавляли металлический свинец.

Расплав выдерживали при заданной температуре в течение 10 мин при периодическом перемешивании керамической палочкой и затем выливали в изложницу(алундовый конусообразный тигель), После выливки до начала кристаллизации происходит очень быстрое расслоение фаз — на дне находится слой жидкого свинцово-литиевого сплава, затем слой жидкого алюминия и сверху небольшой слой жидкого флюса. Алюминиевый расплав кристаллизуется значительно быстрее свинцового, что и позволяет сравнительно просто (без применения вакуумнасосов и пр.) разделить металлические фазы. Для этого в алюминиевый жидкий слой погружали небольшую скобу из медной проволоки, ждали ее закристаллизовывания вместе с алюминием и после этого легко вынимали алюминиевый слиток из конусообразной изложницы. При этом жидкий свинцово-литиевый сплав оставался в изложнице и направлялся на электрорафинирование, Алюминиевый слиток отмывали от корки флюса и анализировали на содержание лития методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Электрорафинирование проводили в лабораторном электролизере с внешним обогревом. Основой электролизера является стальной стакан (железо хорошо совместимо со свинцом и литием), на дно которого помещается свинцово-литиевый сплав, затем слой электролита LiCI — KCI (1;1) и в элек5 тролит сверху погружается стальной катод (метод трехслой ного электрорафинирования). Контроль за температурой осуществляли при помощи хромель-алюмелевой термопары в кварцевом чехле. После на10 плавления электролита LiCI-KCI (44 мас. Д

LiC!, 56 мас. KCI) загружали свинцово-литиевый сплав, который подлежал рафинированию, погружали в электролит катод и включали постоянный ток, Количество про15 пускаемого электричества рассчитывали на полное селективное извлечение лития из сплава и не превышали теоретически необходимого количества, чтобы не допустить ионизации свинца в конце электролиза.

20 Ионы лития, разряжаясь на катоде, образуют металлическую каплю, всплывающую на поверхность электролита. Катодкый литий вычерпывали из электролизера железной ложкой, взвешивали и определяли катод25 ный выход по току.

В таблице приведены результаты опыта по переработке сплава марки 1450 с применением металлического свинца, включая стадии контактирования и электролиза.

Формула изобретения

Способ извлечения лития из отходог алюминиево-литиевых сплавов, включающий перевод лития в несмешивающуюся с

35 алюминием фазу, отл и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения технологии. перевод лития осуществляют путем экстрак I!i: металлическим свинцом, разделяют фазы охлаждением, а свинцово-литиевый сплав

40 подвергают анодному растворению в расплаве солей — LICI — KCI, взятых в соотношении 1:1, при 380 — 400 С с выделением на катоде металлического лития, 1770418

» «

Параметр

Значение

«»««» »Ю»««»

««»

Контактирование

Масса сплава 1450 . / (Масса свинца

81.7 т

249,0 г

3 1

700фс

10 r

1,95 мас.Ф

0,03 мас.Ф

983

Отноаение масс Температура контактирования, Масса флюса

Начальная концентрация лития

Остаточная концентрация лития .Извлечение лития из сплава 1450

Электролиа

Месса свинцово-литиевого сплава

Масса электролита ИС1-КС1 (1: 1) 242,0 r

145 г

400 С

Температура электролиза

Сила тока

Время электролиза

10 А

34 мин

0,5 А смз

92,32

98,73

Анодная плотность тока

Извлечение лития из сплава

Анодный выход по току

Катодная плотность тока

Катодный выход по току

2-0,2 А см з

87 32

odopoTilllI снынвц нын лития ические тнИ чниц ный

П- разделенна гез Ш - длвктрорзфыныронанив нра охлнкцвнии свинцово-яытывзого сплава контактирование нвтамичвскнх, фаз

Составитель А,Леонов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Лукач

Редактор Т.Шагова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3716 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5