一种制备高纯氟化锂的系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种制备高纯氟化锂的系统及方法，包括反应系统、化学吸附柱以及抽真空系统，应系统包括用于放置固态碳酸锂的气固反应器、旋风分离器、助燃器以及循环风机；氟气源通过入口截止阀与气固反应器的入口连接，气固反应器的出口与旋风分离器的入口连接，旋风分离器的出口分两路，一路通过第一截止阀与循环风机连接，另一路通过第二截止阀、助燃器、第三截止阀与循环风机连接，循环风机与气固反应器连接，化学吸附柱的入口通过第四截止阀与第三截止阀连接，化学吸附柱与抽真空系统连接。本发明解决了现有的氟化锂的制备方法中多会使用氟化氢HF，合成过程中对设备的耐腐蚀性的要求比较高的技术问题，本发明工艺过程及设备简单，可靠性高。
【专利说明】一种制备高纯氟化锂的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备高纯度氟化锂的方法，该材料是制备锂离子电池电解质LiPF6的必需原料。
【背景技术】
[0002]氟化锂是一种白色非吸潮立方晶体。晶格常数a=0.402nm，键长:0.201nm。它不能形成水合物，在碱金属氟化物中最难溶，既难溶于水，也难溶于醇和其他有机溶剂。在高温时，LiF与氢氟酸反应生成不稳定的氟化氢锂LiF.HF，LiF和氢氧化锂反应生成复盐LiF CLiOH。复盐LiF.2Li0H在釉、玻璃、陶瓷生产中用作添加剂，以降低焙烧温度，并增强陶瓷制品耐热、耐磨、耐酸等性能。也可用作铝和铝合金焊接助焊剂组分，在铝生产中加入
l-2%LiF到电解质中，可提高电导率和电流效率从而提高金属铝生产能力和降低成本。高纯氟化锂用作氟化玻璃组分，熔融氟化锂用作高温蓄电池电解质的混合盐组分，在增殖反应堆中作载体，氟化锂也用作制造Pr-N1、Te-Gd-Ni合金的熔融盐组分，高纯大规模氟化锂晶体用于X光单射仪的折射元件。
[0003]氟化锂有多种制备工艺，例如:
[0004]1、在碳酸锂溶液中通入二氧化碳，加入氟化氢制备氟化锂:
[0005]LiC03+C02+H20=LiHC03 LiHC03+HF=LiF+C02+H20
[0006]2、碳酸锂和无水氟化氢反应制备氟化锂:
[0007]Li2C03+HF=LiF+C02+ H20
[0008]3、其他方法合成氟化锂
[0009]在上述的方法中，Li2C03+HF=LiF+C02+H20已经被应用于六氟磷酸锂的合成工艺中，然而该方法由于使用氟化氢，生成物中含有水等，在整个合成过程中首先对设备的耐腐蚀性及设备的可靠性提出了很高的要求，其次氟化锂产品采用结晶方法析出时，会使氟化氢中重金属离子进入产品中，导致产品中重金属超标。其他的制备工艺过于复杂，产物中同样含有金属离子等杂质，难以获得高纯度的产物。
【发明内容】
[0010]为了解决现有的氟化锂的制备方法中多会使用氟化氢HF，合成过程中对设备的耐腐蚀性的要求比较高，同时氟化锂采用结晶方法析出，产品中重金属超标的技术问题，本发明提供一种制备高纯氟化锂的方法。
[0011]为了实现这个目的，本发明采用以下制备工艺:
[0012]一种制备高纯氟化锂的系统，其特殊之处在于:包括反应系统、化学吸附柱以及抽真空系统，所述反应系统包括用于放置固态碳酸锂的气固反应器、旋风分离器、助燃器以及循环风机；
[0013]氟气源通过入口截止阀7与气固反应器的入口连接，所述气固反应器的出口与旋风分离器的入口连接，所述旋风分离器的出口分两路，一路通过第一截止阀8与循环风机连接，另一路通过第二截止阀9、助燃器、第三截止阀10与循环风机连接，所述循环风机的出风口与气固反应器连接，所述化学吸附柱的入口通过第四截止阀11与第三截止阀10连接，所述化学吸附柱的出口与抽真空系统连接。
[0014]制备高纯氟化锂的方法，其特殊之处在于:包括以下步骤:
[0015]I】气固反应器中加入固态碳酸锂，并进行加热，加热至温度为300-400°C ；
[0016]2】第一次循环:
[0017]2.1】打开入口截止阀，向气固反应器中通入氟气，氟气通入气固反应装置中的速度应使反应系统的压力小于0.3MPa ;同时打开第一截止阀，经过旋风分离器分离的气体经过第一截止阀、循环风机后再次进入气固反应器；当气固反应器中的压力达到0.3MPa时，关闭入口截止阀；
[0018]2.2】当气固反应器中的压力恒定时，关闭第一截止阀，同时打开第二截止阀、第三截止阀和助燃器，气体经过助燃器加热后，经过循环风机进入气固反应器；
[0019]2.3】当气固反应器中的压力再次恒定时，关闭第二截止阀、第三截止阀和助燃器，打开第四截止阀，反应系统的气体经由化学吸附柱后进入抽真空系统，直至抽真空至-0.097MPa，进行步骤3】；
[0020]3】循环步骤2.1】-步骤2.3】，直至反应压力不增加时，反应结束；
[0021 ] 4】从气固反应器的卸料口处取出氟化锂。
[0022]氟气通入气固反应器的速度应使气固反应系统的压力小于0.06MPa-0.1MPa0
[0023]将气固反应器的加热温度 为350°C。
[0024]上述气固反应器内有搅拌桨叶。
[0025]步骤3】的循环次数为10-16次。
[0026]本发明具有以下特点:
[0027]1、本发明工艺过程及设备简单，可靠性高。
[0028]2、气态反应物对设备的腐蚀远小于其他方法使用的液态原料，极大的提高了设备的使用寿命。
[0029]3、反应产物为固态，杂质为气态，分离效果好，产品纯度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明流程示意图；
[0031]其中附图标记为:1_气固反应器，2-旋风分离器，3-助燃器，4-循环风机，5-化学吸附柱，6-抽真空系统，7-入口截止阀，8-第一截止阀，9-第二截止阀，10-第三截止阀，
11-第四截止阀。
【具体实施方式】
[0032]氟化锂的制备工艺，利用气态的单质氟气和固态的碳酸锂反应，合成固态的氟化锂，反应方程式如下:Li2C03+F2 — 2LiF+C02+l/202
[0033]工艺步骤如下:
[0034]气固反应器中预先加入固态的碳酸锂并进行加热，温度小于400°C，通氟气进入反应系统。反应系统由循环风机、气固反应器、旋风分离器及助燃器组成，控制气固反应器及反应系统压力小于0.3MPa ;开始反应时助燃器不并入系统中，当循环系统中混合气体达到压力恒定时，打开助燃器，助燃器的温度为400°C，并入循环系统中循环；当压力再次恒定时，将循环系统经由化学吸附柱、抽真空系统，抽真空至-0.097MPa ;然后进行下一次循环合成，整个反应完毕大约需要10到16次循环合成，当反应压力不增加时反应结束，从而得到氟化锂产品。
[0035]固体碳酸锂为优质级。氟气通入气固反应器中的速度应使气固反应器的内部压力小于0.1MPa,反应温度低于350°C。
[0036]下面结合实施例对本发明作进一步描述:
[0037]实施例1
[0038]首先往卧式气固反应器中预先加入10公斤的碳酸锂，抽真空。开启气固反应器的加热器，当温度低于400°C的条件下，打开入口截止阀缓慢通入氟气，控制气固反应器、旋风分离器及循环风机的系统压力小于0.06MPa，当压力不增加时，系统并入助燃器，助燃器工作温度400°C。系统继续循环，当压力不增加时完成第一次循环；系统抽真空，接着重新继续循环，共计13次循环，气固反应器内的产品经取样分析产品纯度为99.95%。
[0039]实施例2
[0040]首先往气固反应器中预先加入8公斤的碳酸锂，抽真空。开启反应装置的加热器，当温度低于350°C的条件下缓慢通入氟气，控制反应装置、旋风分离器及风机的系统压力小于压力0.1MPa，当压力不增加时，系统并入助燃器，助燃器工作温度350°C。系统继续循环，当压力不增加时完成第一次循环；系统抽真空，接着从新继续循环，共计16次循环，气固反应器装置内的产品经取样分析产品纯度为99.99%。
【权利要求】
1.一种制备高纯氟化锂的系统，其特征在于:包括反应系统、化学吸附柱(5)以及抽真空系统(6)，所述反应系统包括用于放置固态碳酸锂的气固反应器(I)、旋风分离器(2)、助燃器(3)以及循环风机(4); 氟气源通过入口截止阀(7)与气固反应器的入口连接，所述气固反应器(I)的出口与旋风分离器(2)的入口连接，所述旋风分离器(2)的出口分两路，一路通过第一截止阀(8)与循环风机(4)连接，另一路通过第二截止阀(9)、助燃器(3)、第三截止阀(10)与循环风机(4)连接，所述循环风机(4)的出风口与气固反应器(I)连接，所述化学吸附柱(5)的入口通过第四截止阀(11)与第三截止阀(10)连接，所述化学吸附柱(5)的出口与抽真空系统(6)连接。
2.基于权利要求1所述系统制备高纯氟化锂的方法，其特征在于:包括以下步骤: 1】气固反应器中加入固态碳酸锂，并进行加热，加热至温度为300-400°C ； 2】第一次循环: 2.1】打开入口截止阀，向气固反应器中通入氟气，氟气通入气固反应装置中的速度应使反应系统的压力小于0.3MPa ;同时打开第一截止阀，经过旋风分离器分离的气体经过第一截止阀、循环风机后再次进入气固反应器；当气固反应器中的压力达到0.3MPa时，关闭入口截止阀； 2.2】当气固反应器中的压力恒定时，关闭第一截止阀，同时打开第二截止阀、第三截止阀和助燃器，气体经过助燃器加热后，经过循环风机进入气固反应器； 2.3】当气固反应器中的压力再次恒定时，关闭第二截止阀、第三截止阀和助燃器，打开第四截止阀，反应系统的气体经由化学吸附柱后进入抽真空系统，直至抽真空至-0.097MPa，进行步骤3】； 3】循环步骤2.1】-步骤2.3】，直至反应压力不增加时，反应结束； 4】从气固反应器的卸料口处取出氟化锂。
3.根据权利要求2所述的制备高纯氟化锂的方法，其特征在于:氟气通入气固反应器的速度应使气固反应系统的压力小于0.06MPa-0.1MPa。
4.根据权利要求2或3所述的制备高纯氟化锂的方法，其特征在于:将气固反应器的加热温度为350°C。
5.根据权利要求4所述的制备高纯氟化锂的方法，其特征在于:所述气固反应器内有搅拌桨叶。
6.根据权利要求5所述的制备高纯氟化锂的方法，其特征在于:步骤3】的循环次数为10-16 次。
【文档编号】C01D15/04GK103466666SQ201310376702
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】李立, 马家琪, 刘燕, 聂剑飞, 孟利涛 申请人:陕西延长石油集团氟硅化工有限公司