锂
发布时间:2008-08-02 00:00
作者:互联网
来源:百科
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li
锂 lithium
化学符号Li,自然界最轻的
金属,
银白色,在周期表中居IA族碱
金属首位,原子序数3,原子量6.939,体心立方晶体,常见化合价为+1。
1817年
瑞典人阿尔费德松 (J.A.Arfvedson)在研究透锂
长石时首次发现锂,以希腊文lithos(
石头)命名。1818年
英国人戴维(H.Davy)电解
碳酸锂制得小量
金属锂。1855年德国人本生(R.W.Bunsen)和英国人马提生(A.[hjm]
atthiessen)电解
熔融氯化锂制得较大量的金属锂。
已经发现的含
锂矿物约145种
具有工业
价值的锂矿主要有:
锂辉石(Li
O
Al
O
4SiO
),工业
精矿含
氧化锂(Li
O)6~6.5%,主要产于美国、加拿大、
扎伊尔;
锂云母[(Li,K)
Al
(SiO
)
(F,OH)
],工业精矿含Li
O3.5~5.0%,主要产于津巴布韦和
印度;透锂长石(LiAlSi
O
),工业精矿含Li
O3.5~4.5%,产于津巴布韦等地。此外,还有一种锂
蒙脱石 [Na0.33([hjm]
g,Li)
Si
O
(F,OH)
],系含Li
O0.7~1.3%的粘土,大量产于美国;磷
铝石[LiAl(F,OH)PO
],产于加拿大和巴西等地。世界各地还有大量的盐湖
卤水、油井水、气田水和温泉水中含有锂
海水中含锂0.1~0.17毫克/升。
中国新疆、四川产锂辉石,江西产锂
云母和
铁锂云母。青海、西藏的盐湖以及四川的盐井卤水和气田水中锂的储量也很丰富。
性质和用途 锂虽属第一族元素,但某些化学性质却独异于同族诸元素而与 ⅡA族中的
镁有相似处。锂在潮湿空气中迅速失去
光泽,形成氮化锂、氢氧化锂和碳酸锂的混合物覆盖层。因此锂必须保存在精制
煤油、石蜡油或充氩密封容器中。锂很软,可用小刀
切割。
[锂的主要物理性质]
1923年德国开始锂的工业
生产,主要用作硬
铅合金和
铝锂
合金。1944年开始大量使用无水氢氧化锂作潜水艇中的 CO
吸收剂。用氢化锂作军用气球的充气氢源。1950年锂开始用于
热核武器氢弹。1960年以后锂开始用于民用工业如润滑脂、
空调、合成
橡胶、炼铝、医药和
玻璃陶瓷等生产部门,且已成为当前锂的主要用途。由于锂的电化当量高 (3.86安
时/克,在所有元素中仅次于
铍),并具有各种元素中最高的
标准氧化电势(+3.045伏),
锂电池已在某些军事和电子部门应用,以及在
电力车辆推进和峰值电力贮存方
面试用。锂将是第一代氘氚聚变
反应堆的重要
燃料和反应堆的
冷却剂。锂能与多种元素制成合金,例如铝锂、
硼锂、
铜锂、镁锂、
铅锂、
硅锂、硅硼锂和银锂等,用于
原子能、航空、航天、
焊接等工业。
金属锂活性大,易燃,应涂
矿物油
保护膜,密封于充有氩气的铁皮筒中。
运输时注意防火、防水。着火时,用干
石墨粉或氯化锂粉末灭火,不得用水、四氯化碳和二氧化碳。
1977年以来世界锂和锂化合物的
产量(以锂计)约5000~5500吨/年,呈逐年增长趋势。1981年美国市场金属锂的
价格为50~70美元/公斤,单水氢氧化锂4.1美元/公斤,碳酸锂3.1美元/公斤。
锂
冶金包括化合物制取和金属制取。
锂化合物的制取 从
伟晶岩硅酸盐
矿石提取锂化合物,是先将含Li
O0.9~1.3%的
原矿进行
重选和
浮选,得到含Li
O6~6.5%的锂辉石精矿或含Li
O4~5%的锂云母精矿;然后按
硫酸法或
石灰法
工艺流程处理。
硫酸法 将锂辉石(
-型,属单斜晶系,
密度3.15克/厘米
)精矿在
回转窑内于1000~1100
焙烧,
锂辉石转变成为
锂辉石(属四方晶系,密度2.4克/厘米
),冷却后,磨细到-100目,与相当于锂当量过剩35%的浓硫酸混合,于另一
钢质转窑中在250
下焙烧,酸中的氢
离子置换锂辉石中的锂离子,生成硫酸锂(Li
SO
)
Li
O
Al
O
4SiO
+H
SO
─→
H
O
Al
O
4SiO
+Li
SO
焙烧产物用
水浸出(见
浸取),得到不纯的硫酸锂溶液;加入
石灰石粉以中和过剩的硫酸,
过滤,得到不含铁、铝的硫酸锂(约10%)溶液;再加消石灰和碳酸
钠,除去小量的镁和
钙。滤液加硫酸
调整pH为7~8,经蒸发
浓缩,得到含硫酸锂约20%的溶液;清滤后,于90~100
加入28%的碳酸钠溶液,生成碳酸锂
沉淀;再经离心分离、
洗涤、
干燥得碳酸锂。母液中残留约15%的锂和大量的硫酸钠,使它冷却到0
,析出十水
芒硝(Na
SO
·10H
O)后,返回浸出过程。碳酸锂和盐酸反应,可制得氯化锂,供电解金属锂使用。流程如图 [锂辉石-硫酸法提锂流程]
。
石灰法 适用于从锂云母中提取锂。根据锂云母精矿的组成计算,每份精矿配入3~3.5份的石灰石,磨细到-200目,于950
焙烧。烧块用水急冷,以保持锂呈可溶状态。湿磨浸出,得到氢氧化锂溶液。经过蒸发、结晶和重结晶提纯,得到单水氢氧化锂。结晶母液中残留30~40%的锂,通入CO
气,生成碳酸锂沉淀。母液富含锂、
铷、
铯,是提取铷、铯的重要原料。
从矿石提取锂化合物的方法还有硫酸
钾法、氯化焙烧法和碱压煮法等。
卤水提锂 从卤水中提锂的方法,因卤水组成而异。中国自贡卤水含锂约70毫克/升,经过熬制食盐,回收硼、钾、碘、溴之后,母液中锂富集到2克/升。母液进一步除去钙、镁后,蒸发浓缩,析出大部分的氯化钠,然后加碳酸钠,沉淀出碳酸锂。
熔盐电解制金属锂 工业生产金属锂采用LiCl-KCl熔盐电解法。由于氯化钠、氯化钙、氯化镁的分解电压低于氯化锂的分解电压,熔盐中如含有钠、钙、镁离子,将先于锂或与锂同时析出。因此必须
保证这些杂质的含量很低。如果熔盐中有氧、氮或水气存在,电解时会由于氧化锂、氮化锂和氢氧化锂的生成以及它们的乳化作用,增加锂的胶粒溶解量,降低熔盐
电导率,影响电解效率。
锂的电解一般在类似于钠
电解槽的槽内进行。槽体可由耐火砖砌成,内衬经过磷酸处理的
石墨,以
软钢作阴极,石墨作阳极,
极间距7~9厘米。保持
电解质含氯化锂67~71%,阴极电流密度2.3安/厘米
,阳极电流密度0.8~1.2安/厘米
,于8.3~9伏,450~490
电解,阳极析出氯气,阴极析出金属锂。锂的比重小于电解质的比重而上浮,沿导管流出槽外,在液体石蜡中固化成锭。所得金属锂的纯度不低于99%。
控制液态锂与大气接触的时间和保持低的槽温,可以显著降低氧和氮的含量。金属锂还可以在非水介质中电解制取或采用液体阴极电解制取。
电解锂在670
真空
蒸馏,可以获得含钠小于0.005%的高纯锂
真空蒸馏对降低氧、氮、磷含量也很有效,但能量消耗大,产量低。用5微米孔径的
烧结不锈钢过滤器于200
过滤锂,也能降
低碳和钙的含量。用
钇、
铈、
钛等活性金属处理熔融锂,可使锂中氮和氧的含量分别下降到20和150PPm。
锂塑性良好,可以挤压成各种
规格的棒和丝;可以
冷轧成厚度0.05~0.56毫米的锂箔带。锂有很好的自焊性,室温下,只要稍加压力,锂片就会焊接起来,而且容易与其他金属
粘结在一起。锂也可以制成锂粒、锂粉和直径10~30微米的锂
分散体。锂的加工和
包装都必须在干燥空气(相对湿度不大于2%)中进行。
参考书目奥斯特洛什柯著,曾华
译:《锂的化学与工艺学》,
中国工业出版社,北京,1965
(
.
.
,
,
,
,1960.
S. S. Penner ed., Special Issue,The Lithium Symposium 1977,Ener
y,Vol.3,No.3,pp.235~409,1978.
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。