способ извлечения лития из отходов алюминиево-литиевых сплавов

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЛИТИЯ ИЗ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВО-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий анодное растворение литийсодержащего сплава в расплаве солей с выделением на катоде металлического лития, отличающийся тем, что предварительно отходы подвергают контактированию с металлом-экстрагентом по типу короткозамкнутого гальванического элемента отходы алюминиево-литиевых сплавов - электролит - металл-экстрагент и анодному растворению подвергают сплав лития с металлом-экстрагентом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии алюминиево-литиевых сплавов, промышленное производство которых сопряжено со значительным количеством металлических отходов. Задача переработки этих отходов состоит в извлечении из них ценного компонента - лития, содержащегося в стандартных алюминиево-литиевых сплавах в количестве 1,5-2,5 мас.%.

Заявляемый способ представляет собой модификацию известного способа извлечения лития из отходов алюминиево-литиевых сплавов. В способе-прототипе используют свинец в качестве металлического экстрагента лития из алюминиево-литиевых сплавов. Жидкий алюминиево-литиевый сплав контактируют с жидким свинцом, в результате чего литий самопроизвольно переходит из сплава с алюминием в сплав со свинцом за счет более высокого химического сродства свинца к литию по сравнению с алюминием. Металлические фазы алюминия и свинца практически не смешиваются и хорошо расслаиваются, что позволяет легко их разделять, получая алюминий и свинцово-литиевый сплав. Из последнего выделяют литий методом трехслойного электрорафинирования в расплавах солей. Продуктами переработки являются вторичный алюминий и металлический литий. Свинец выступает оборотным материалом.

К недостаткам описанного способа следует отнести растворение некоторого количества свинца в алюминии (0,3-0,4 мас.%) при их непосредственном контактировании, что вызывает затруднения в утилизации вторичного алюминия, содержащего примесь свинца.

Отличительным признаком заявляемого способа является замена прямого контактирования металлических фаз на электрохимическое контактирование по типу короткозамкнутого гальванического элемента:

алюминиево-литиевый сплав (анод) электролит, содержащий ионы Li⁺ металлический экстрагент (катод)

Результатом электрохимического контактирования является селективный перенос лития из алюминиево-литиевого сплава в сплав с металлом-экстрагентом.

Замена прямого контактирования на электрохимическое позволяет устранить загрязнение алюминия металлом-экстрагентом, так как в этом случае они не соприкасаются друг с другом. Другим преимуществом электрохимического контактирования является расширение перечня металлов-экстрагентов. В способе-прототипе применяется в качестве экстрагента свинец, поскольку он практически не смешивается с алюминием и поэтому металлические фазы можно разделять после прямого контактирования. В случае электрохимического контактирования условие несмешиваемости фаз не является обязательным, что позволяет использовать наряду со свинцом, например, олово, висмут и их смеси, которые хорошо растворяют литий, имеют высокое химическое сродство к литию и достаточно легкоплавки.

Полнота электрохимической экстракции, как и при прямом контактировании, зависит от разности химического сродства к литию металла-экстрагента и алюминия и может регулироваться массовым соотношением этих металлических фаз. Длительность процесса экстракции определяется силой тока в цепи, которая подчиняется закономерностям, присущим короткозамкнутому гальваническому элементу. В качестве электролита применяют соли или смеси солей, которые находятся в жидком агрегатном состоянии при температуре контактирования и содержат в значительном количестве ионы Li⁺, чтобы не допустить концентрационной поляризации со стороны электролита.

Извлечение металлического лития из сплава с металлом-экстрагентом может осуществляться как в способе-прототипе посредством электрорафинирования по трехслойному методу в расплавах солей или иным образом, например, дистилляцией в вакууме.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить положительный эффект, заключающийся в извлечении из отходов алюминиево-литиевых сплавов металлического лития, а за счет отличительного признака - замены непосредственного контактирования на электрохимическое контактирование металла экстрагента и алюминиевого сплава - устранить загрязнение алюминия металлом экстрагентом и расширить перечень применяемых металлов-экстрагентов.

Примеры конкретного выполнения способа.

Схема лабораторной установки для переработки отходов алюминиево-литиевых сплавов по заявляемому способу изображена на чертеже.

Электрохимическое контактирование проводили в керамическом тигле-экстракторе, заполненном расплавленным электролитом LiCl-KCl эвтектического состава. Под слой электролита погружали алюминиево-литиевый сплав и металл-экстрагент, помещенные в керамические тигли меньшего размера. Температуру в тигле-экстракторе поддерживали на уровне 700^оС. При этой температуре контактируемые металлы находились в жидком состоянии, что обеспечивало высокую диффузионную подвижность лития в них. При помощи молибденовых токоподводов алюминиево-литиевый сплав и металл-экстрагент соединяли через амперметр, образуя тем самым короткозамкнутую электрохимическую цепь. В процессе контактирования следили за изменением силы тока в цепи. Процесс экстракции считали законченным, когда сила тока становилась меньше 0,1 А (в пересчете на анодную плотность тока - 0,002 А/см²). Алюминий после контактирования анализировали на содержание лития, а полученный сплав лития с металлом-экстрагентом переносили в тигель-электролизер и проводили электрорафинирование по трехслойному методу в электролите LiCl-KCl эвтектического состава, с получением на катоде металлического лития.

В опытах применяли алюминиево-литиевый сплав марки 1450, содержащий 1,9 мас.% лития. В качестве металлов-экстрагентов были опробованы свинец, олово и их смесью.

Результаты опытов по экстракции и дальнейшему электрорафинированию сплава 1450 с применением различных металлов-экстрагентов.