一种熔盐电解槽出锂装置及方法

技术领域

本发明涉及金属锂冶金技术领域，尤其涉及一种熔盐电解槽出锂装置及方法。

背景技术

金属锂具有优异性能, 被广泛应用于原子能、航天航空、冶金化工、机械、玻璃陶瓷、空调制冷、医药卫生、有机合成、新能源、农业等众多领域，有“工业味精”之美称，也是21世纪高科技发展中关键的金属材料。随着21世纪信息产业、绿色能源、核聚变发电等高科技产业的高速发展，锂作为“工业味精”、“新能源金属”和“推动世界前进的重要元素”，其应用领域在不断开发拓宽。

工业上生产金属锂的方法主要分为真空还原法和熔盐电解法。真空还原法所采用的原料为碳酸锂、氢氧化锂或氧化锂，在高温真空的条件下与还原剂反应得到锂蒸气，冷凝后得到金属锂。该法具有原料成本低的优点，但是也具有生产能力和生产效率低、工作温度高达1000℃、还原罐材质要求苛刻等缺点。相比之下，熔盐电解法凭借其生产连续、电解槽组件工作性能良好、工艺成熟等优点成为目前生产金属锂的主流工艺，其原理在于：以精制无水氯化锂为原料，在含LiCl-KCl熔盐电解质的电解槽组件中于420～460℃下进行电解，阳极石墨上Cl发生氧化反应并析出氯气，阴极钢棒上Li发生还原反应并得到液态金属锂。

在目前的金属锂熔盐电解工艺中，液态金属锂出离电解槽组件的方式多为人工捞取，但捞取时会带出过多熔盐电解质，导致产品纯度不高，需要后续再次提纯，且存在人工劳动强度大、生产效率低，单位产品能耗高等问题。

发明内容

基于此，本发明提出了一种熔盐电解槽出锂装置及方法。

第一方面，本发明提供一种熔盐电解槽出锂装置，包括电解槽组件和设于所述电解槽组件上的出锂组件，所述电解槽组件包括外壳、设于所述外壳外表面的第一保温层，以及设于所述外壳内部的内衬与阴阳极组合，所述出锂组件包括储锂室、连接通道、送风口、调速风机以及导锂管，所述储锂室设于所述电解槽组件的外壳上，所述储锂室外部包裹第二保温层，所述第二保温层用于防止液态金属锂凝固，所述送风口安装于所述外壳上，并经由所述第一保温层和内衬伸入至所述电解槽组件的内腔，所述送风口通过所述连接通道和所述储锂室连通，所述调速风机设于所述连接通道内，所述导锂管连接所述储锂室，所述导锂管的一端位于熔盐电解质液面下1cm，另一端安装于所述电解槽组件的内衬上，并外伸穿过所述第一保温层、所述外壳到达所述电解槽组件外部。

进一步的，所述送风口高于熔盐电解质液面1-2cm。

进一步的，所述送风口位于所述电解槽组件外部的部分，其长25cm、宽10cm、高10cm。

进一步的，所述导锂管大小与所述送风口一致。

进一步的，所述导锂管呈倾斜放置，倾斜角度为15度到30度。

进一步的，所述储锂室长25cm、宽25cm、高30cm，底部呈锥形，安装有阀门。

第二方面，本发明提供一种如上中任一项所述的熔盐电解槽出锂装置的出锂方法，包括以下步骤：

（1）待熔盐电解槽组件运行工作一段时间，熔盐电解质表面富集液态金属锂；

（2）开启调速风机，将风通过所述送风口送入电解槽组件内形成气流；

（3）液态金属锂因气流向所述导锂管方向汇集，并由气流经所述导锂管带入所述储锂室内；

（4）气流再次经由所述调速风机形成新气流；

（5）打开储锂室底部阀门，将液态金属锂浇铸成锭；

（6）重复上述步骤，制备金属锂锭。

与现有技术相比，本发明的优势如下：

本发明的熔盐电解槽出锂装置及方法，通过调速风机形成气流，待液态金属锂与液态熔盐电解质被气流带上所述导锂管后，利用液态金属锂和液态熔盐电解质之间重量差，使液态金属锂继续被气流带入所述储锂室内，液态熔盐电解质则会流入槽内，实现金属锂与电解质分离，提高金属锂锭纯度；自动化程度高，降低人工操作量、劳动强度及安全危险系数，减少后续产品提纯工序，降低产品能耗及生产成本，提高生产效率及经济效益。

附图说明

图1 为本发明的熔盐电解槽出锂装置及方法的结构示意图。

附图标记

电解槽组件1、出锂组件2、储锂室21、连接通道22、送风口23、调速风机24、导锂管25、阀门26。

具体实施方法

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种熔盐电解槽出锂装置，包括电解槽组件1和设于所述电解槽组件上的出锂组件2，所述电解槽组件包括外壳、设于所述外壳外表面的第一保温层，以及设于所述外壳内部的内衬与阴阳极组合，所述出锂组件包括储锂室21、连接通道22、送风口23、调速风机24以及导锂管25，所述储锂室设于所述电解槽组件的外壳上，所述储锂室外部包裹第二保温层，所述第二保温层用于防止液态金属锂凝固，所述送风口安装于所述外壳上，并经由所述第一保温层和内衬伸入至所述电解槽组件的内腔，所述送风口通过所述连接通道和所述储锂室连通，所述调速风机设于所述连接通道内，所述导锂管连接所述储锂室，所述导锂管的一端位于熔盐电解质液面下1cm，另一端安装于所述电解槽组件的内衬上，并外伸穿过所述第一保温层、所述外壳到达所述电解槽组件外部。

在一个实施方式中，所述送风口高于熔盐电解质液面1-2cm。

在一个实施方式中，所述送风口位于所述电解槽组件外部的部分，其长25cm、宽10cm、高10cm。

在一个实施方式中，所述导锂管大小与所述送风口一致。

在一个实施方式中，所述导锂管呈倾斜放置，倾斜角度为15度到30度。

在一个实施方式中，所述储锂室长25cm、宽25cm、高30cm，底部呈锥形，安装有阀门26。

在一个实施方式中，所述连接通道一端连接于所述储锂室，一端连接于所述送风口，其内部安装有所述调速风机，能够将所述储锂室内空气输入所述送风口内，并在所述电解槽组件形成气流，使浮于熔盐电解质上的液态金属锂汇集于一处。

第二方面，本发明提供一种熔盐电解槽出锂装置的出锂方法，包括以下步骤：

（1）待熔盐电解槽组件运行工作一段时间，熔盐电解质表面富集液态金属锂；

（2）开启调速风机，将风通过所述送风口送入电解槽组件内形成气流；

（3）液态金属锂因气流向所述导锂管方向汇集，并由气流经所述导锂管带入所述储锂室内；

（4）气流再次经由所述调速风机形成新气流；

（5）打开储锂室底部阀门，将液态金属锂浇铸成锭；

（6）重复上述步骤，制备金属锂锭。

本发明的熔盐电解槽出锂装置及方法，通过调速风机形成气流，待液态金属锂与液态熔盐电解质被气流带上所述导锂管后，利用液态金属锂和液态熔盐电解质之间重量差，使液态金属锂继续被气流带入所述储锂室内，液态熔盐电解质则会流入槽内，实现金属锂与电解质分离，提高金属锂锭纯度；自动化程度高，降低人工操作量、劳动强度及安全危险系数，减少后续产品提纯工序，降低产品能耗及生产成本，提高生产效率及经济效益。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限于本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。