Способ извлечения лития из отходов алюминиево-литиевых сплавов

(51) 5 Е ИЗОБРЕТЕНИ ПИ К АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ аллу и пр лов : кон итие оиздля таквый фазы ити- дноКС 1, Сслиово-л ОС 1- -400 ского тносится к способам пе- алюминиево-литиевых ляется цессасплава тия, ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТ ПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ИЗВЛЕ.ЕНИЯ ЛИТИЯ ИЗ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВО-ЛИТИЕВЫХСПЛАВОВ Изобретение ореработки отходовсплавов,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, Задачей 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 прототипом, В известном способе - прототипе для извлечения лития из алюминиево-литиевых сплавов предложено проворить их плавку под флюсом КС 1(йаС 1)-1 С 1, при перемешивании расплава аргоном, 8 результате взаимодей(57) Использование: в области мет алюминиево-литиевых сплавов, пр водстве перспективных матери авиа- и ракетостроения. Сущност тируют жидкий алюминиево-л сплав с жидким свинцом, раздел охлаждением с получением свинц евого сплава, который подвергаю му растворению в расплаве солей взятых в соотношении 1:1 при 380 выделением на катоде металличе тия, 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 рас-творения хлоридов магния и алюминия.Злектролизом расплава хлорида лития получают металлический литий.К недостаткам данного способа следует С отнести высокую гигроскопичность приме- Ь няемого хлорида алюминия, что требует специальных мер при хранении и работе с О 0 ним, а также применение методов зкстрактивной гидрометаллургии. Эти моменты приводят к определенным техническим трудностям и усложняют технологический процесс выделения лития из сплава,ю предлагаемого изобретения явпрощение технологического прореработки алюминиево-литиевых с получением металлического ли 177041810 20 25 30 35 40 45 50 55 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 областьюрасслоений 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 из 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, Д, что позволяет беспрепятственно утилизировать переработанный алюминий, потому что снимаются ограничения, связанные с примесью лития.Разделение металлических фаз достигается легко в силу 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 ОС-КС 1 (1;1), имеющая температуру плавления 361 С. Этот солевой расплав широко применяется для получения металлического лития электролизом в промышленном производстве. 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 изобретения - упрощения по сравнению с прототипом технологического процесса выделения лития из сплавов за счет сокращения числа операций. Общими операциями остаются: контактирование фаз; разделение фаз; получение лития электролизом. Исключаются методы экстрактивной гидромвталлургии 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 "новизна" и "существенные отличия".В настоящее время на отечественных предприятиях отходы алюминиево-литиевых сплавов не подвергаются какой-либо переработке с целью извлечения из них ценного компонента лития, поэтому применение предлагаемого способа для утилизации отходов может дать значительный экономический эффект по сравнению с переработкой этих отходов на предприятияхвторцветметэ по существующим нэ настоящий момент технологиям,Пример выполнения способа, В лабораторных опытах использовали чистый металлический свинец (ЧДА) и сплав марки 1450, содержащий 1,95 мас, Олития.Контактирование проводили в керамическом тигле (элунд или силицировэнный графит) при 700 С под небольшим слоем жидкого флюса (хлорид лития), предохраняющим металл от окисления атмосферой воздуха. Сначэла расплавляли навеску алюминиево-литиевого сплава, а зэтем порциями добавляли металлический свинец. Расплав выдерживали при заданной температуре в течение 10 мин при периодическом перемешивэнии керамической палочкой и затем выливали в изложницу(алундовый конусообразный тигель), После выливки до нэчалэ кристэллизэции происходит очень быстрое расслоение фэз - нэ 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 вакуум- насосов и пр.) разделить металлические фазы. Для этого в алюминиевый жидкий слой погружали небольшую скобу из медной проволоки, ждали ее зэкристаллизовывания 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 нэ содержание лития методом этомно-абсорбционной спектрофотометрии,Электрорэфинировэние проводили в лабораторном электролизере с внешним обогревом. Основой электролизерэ является стальной стакан (железо хорошо совместимо со свинцом и литием), нэ дно которогопомещается свинцово-литиевый сплав, затем слой электролита ОС - КС (1;1) и в элек 5 тролит сверху погружается стальной катод(метод трехслойного электрорафинировэния), Контроль за температурой осуществляли при помощи хромель-элюмелевойтермопэры в кварцевом чехле, После на 10 плавления электролита ОС-КС (44 мэс.,4,БС, 56 мас.оКС) загружали свинцово-литиевый сплав, который подлежал рафинированию, погружали в электролит катод ивключэли постоянный ток, Количество про 15 пускаемого электричества рассчитывали наполное селективное извлечение лития изсплава и не превышали теоретически необходимого количества, чтобы не допуститьионизации свинца в конце электролиза,20 Ионы лития, разряжаясь на кэтоде, образуют металлическую каплю, всплывающую нэповерхность электролита, Катодкый литийвычерпывали из электролизерэ железнойложкой, взвешивали и определяли катод 25 ный выход по току,В таблице приведены результаты опытапо переработке сплава марки 1450 с применением металлического свинца, включэястадии контактировэния и электролиза.30Формула изобретенияСпособ извлечения лития из отходогалюминиево-литиевых сплавов, включэющий перевод лития в несмешивающуюся с35 алюминием фазу, отл и чаю щийс я тем,что, с целью упрощения технологии, перевод лития осуществляют путем экстракеметаллическим свинцом, разделяют фазыохлаждением, э свинцово-литиевый сплав40 подвергают энодному растворению в расплэве солей - ИС 1 - КС 1, взятых в соотношении 1:1, при 380 - 400 С с выделением нэкатоде металлического лития,1770418а ее Параметр Значение ееЧеее еаа еКонтактированиеМасса сплава 1450, IМасса свинца Отноаение массТемпература контактирования,Масса флюсаНачальная концентрация лития Остаточная концентрация литияИзвлечение лития из сплава 1450 Электролиа Масса свинцово-литиевого сплаваИасса электролита ИС 1-КС 1 (1: 1) 242,0 г145 г400 С Температура электролизаСиле токаВремя электролиза 10 А 34 мин 0,5 А смф92,3298,7 Анодная плотность токаИзвлечение лития из сплава Анодный выход по току Катодная плотность тока Катодный выход по току 20,2 А см ф 873 оборотный свыяюц нын лития ческий 1 - контактирование П- разделение гез 111 - ьйектрораФикировани нвтамыческых, фаз п 1 щ охлакцвнии свинцово-яытываого сплав Составитель А,Леоно ехред,М.МоргенталЭговд Редак ач рект вказ 3716 ВНИИПИ Г Тиражтвенного комитета по113035. Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., 4/5 город, ул.Гагарин Производственно-издательский комбинат "Патен В 1,7 т249,0 г31700 фс10 г1,95 мас.ь0,03 мас.Ф9 оФ