Способ получения алюмината лития

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНАТА ЛИТИЯ, включающий смешивание соединений лития и соединений, содержащих алюминий, с последующим их спеканием, отличающийся тем, что в качестве соединения лития используют карбонат лития, а в качестве соединений, содержащих алюминий, используют соединения лития и алюминия, содержащие органические анионы карбоновых кислот, и спекание ведут при 500 700^oС.

Изобретение относится к производству неорганических соединений лития и алюминия и может быть использовано для изготовления электролитных пластин топливных элементов с карбонатным электролитом и получения из этого порошка керамического материала, пригодного для использования в ядерной технике.
Цель изобретения упрощение способа, снижение температуры спекания, повышение чистоты целевого продукта.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве исходного вещества используются интеркаляционные соединения гидроксида алюминия с литиевой солью карбоновой кислоты общей формулы [Li._nХ⁽ⁿ⁾ mАl(OH)₃ pH₂O] где Х анион карбоновой кислоты, n заряд аниона. Используемые нами соединения легко синтезируются из товарных реактивов по реакции анионного обмена между интеркаляционным соединением гидроксида алюминия с хлоридом лития и водным раствором солей натрия карбоновых кислот. При таком взаимодействии происходит анионный обмен между хлорид-ионом, находящимся в твердой фазе, а анионом из раствора с образованием соответствующей анионной формы интеркаляционного соединения. Для примера ниже приведена реакция получения интеркаляционного гидроксида алюминия с себацинатом натрия
2[LiCl 2Al(OH)₃ mH₂O]+Na₂C₁₀H₁₆O₄__ [Li₂C₁₀H₁₆O₄
4Al(OH)₃ pH₂O]+2NaCl
Термическое разложение полученных соединений со стехиометрическим количеством карбоната лития на воздухе, приводит к образованию -алюмината лития. Полученный результат оказался неожиданным. Рентгенографически продукт реакции не показал присутствия исходных веществ или -алюмината лития. Вероятно, структурные особенности используемых соединений (увеличение межплоскостного расстояния между алюминийгидроксидными слоями за счет введения органического аниона) обеспечивают необходимую скорость диффузии ионов лития в матрицу исходного соединения, создавая тем самым благоприятные условия для твердофазного взаимодействия между Li₂O и Al₂O₃, приводящего к образованию -модификации алюмината лития.
Экспериментально было выявлено, что уже при 500^оС получают однофазовый алюминат лития -модификации. Поэтому спекание при температуре выше 600^оС нецелесообразно. При 450^оС хотя так же получают -модификацию, но снижается выход (отмечается наличие примеси непрореагировавшего карбоната лития).
Совокупность отличительных признаков способа: иные исходные вещества и температура синтеза 500-600^оС обеспечили получение индивидуального -алюмината лития с чистотой не менее 99% при значительном упрощении технологии (в 2 стадии вместо 5 в известном).
Способ иллюстрируется примерами. Рентгеновским методом (дифрактометр ДРОН-3, фильтрованное излучение CuК точность определения 3%) в каждом случае определялся фазовый состав полученного продукта по предлагаемому способу.
П р и м е р 1. Для получения -алюмината лития готовят шихту из 94% интеркаляционного соединения гидроксида алюминия с цитратом лития [Li₃C₆H₅O₇ 4A(OH)₃ 5H₂O] и 6% карбоната лития стехиометрически необходимо по реакции получения LiAlO₂. Спекание, тщательно перемешанной шихты, проводят в алундовых тиглях в печи при температуре 600^оС в течение 2 ч. Результаты рентгенофазового анализа продукта, полученного после спекания, свидетельствует о том, что получено соединение алюмината лития -модификации с чистотой не менее 99%
П р и м е р 2. Для получения -алюмината лития готовят шихту из 86,8% интеркаляционного соединения гидроксида алюминия с фталатом линия [Li₂C₈H₄O₄ 4Al(OH)₃ 3H₂O] и 13,2% карбоната лития. Спекание полученной шихты проводили по примеру 1 (600^оС). Рентгенофазовый анализ продукта, полученного поcле спекания, указывает на получение -алюмината лития однофазного по составу без наличия примесей.
П р и м е р 3. Для получения -алюмината лития готовят шихту из 88,4% интеркаляционного соединения гидроксида алюминия с себацинатом лития [Li₂C₁₀H₁₆O₄ 4Al(OH)₃ 3H₂O] и 11,6% карбоната лития. Спекание приготовленной шихты проводили по примеру 1 (600^оС). По рентгенофазовому анализу полученный алюминат лития соответствует -модификации без наличия примесей.
Примеры на другие исходные соединения и температуры сведены в таблицу.
Как видно из таблицы, оптимальной температурой синтеза -алюмината лития является 500-600^оС, поскольку при 450^оС выход целевого продукта заметно падает и появляется примесь карбоната лития. Выше 600^оС нецелесообразно.
При указанных условиях синтеза с использованием интеркаляционных соединений с различными органическими анионами (примеры 2, 3) вместо алкоксида алюминия (по прототипу), позволило получить однофазный алюминат лития -модификации с чистотой не менее 99%
Использование: для получения a - алюмината лития. Сущность изобретения: карбонат лития и одно из интеркаляционных соединений лития и алюминия, содержащих органические анионы карбоновых кислот, спекают при 500 - 600°С. 1 табл.