Способ получения литиевых заготовок из отбракованных литийсодержащих электродов Российский патент 2024 года по МПК C22B26/12 C22B7/00 H01M6/52 

Изобретение относится к получению металлического лития и может быть использовано при производстве первичных источников тока с литиевым электродом.

Известен Способ получения металлического лития с использованием продуктов переработки природных рассолов (Патент РФ 2616749), включающий подготовку шихты из безводных бромида и хлорида лития, расплавление шихты с получением расплава эвтектической смеси, содержащей 90 мас.% бромида лития и 10 мас.% хлорида лития, электролиз полученного расплава эвтектической смеси с выводом металлического лития из катодного пространства и бромовоздушной смеси из анодного пространства. Бром из бромовоздушной смеси абсорбируют раствором гидроксида лития с получением раствора бромида лития в присутствии карбамида, полученный раствор бромида лития обезвоживают путем СВЧ-нагрева при температуре 160-170°С c получением безводного бромида лития с остаточной влажностью не более 0,1%, который направляют на электролиз для восполнения убыли бромида лития в эвтектической смеси при электролизе. Обеспечивается утилизация выделяющегося на аноде брома, а также повышение чистоты получаемого лития.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является Способ подготовки лития металлического для отрицательного электрода химического источника тока (Патент РФ №  2 782 537), включающий его загрузку, продувку аргоном, нагрев лития металлического и его плавку при температуре 230-270°С, выливание расплава лития в изложницу, проведение очистки расплава лития в изложнице с последующим остыванием расплавленного лития в изложнице до получения затвердевшей заготовки, извлечение затвердевшей заготовки из изложницы и обрезку торцов заготовки до необходимых размеров, отличающийся тем, что литий металлический загружают в виде заготовок, нарезанных из чушки, очищенной от слоя консервационной смазки, а очистку лития в изложнице осуществляют путем вибрационного воздействия на изложницу с расплавом лития в течение 2-20 минут.

Задачей изобретения является расширение арсенала известных способов.

Технический результат заключается в повышении удобства для дальнейшей работы с заготовками лития металлического на следующих операциях.

Способ получения литиевых заготовок из отбракованных литийсодержащих электродов включает предварительную подготовку отбракованных литийсодержащих электродов путем их извлечения под вытяжным зонтом и фиксации веса, первую переплавку отбракованных литийсодержащих электродов в плавильном стакане при температуре от 240 до 250°С под крышкой со сбором выделившегося шлака с поверхности расплава, при которой осуществляют периодическое покачивание электродов вверх-вниз для освобождения нержавеющей основы от лития металлического, при этом после расплавления лития в плавильном стакане вынимают нержавеющую основу и кладут на металлический поддон для застывания, обрезку полученных заготовок цилиндрической формы по нижнему и верхнему краям, вторую переплавку полученных литиевых заготовок в плавильном стакане под крышкой со сбором шлака с поверхности расплава аналогично первой переплавке, после отбирают пробу лития из полученной заготовки на содержание лития, при этом если результат анализа по содержанию лития металлического составляет менее 99,6%, то проводят дополнительную переплавку, а при содержании лития более 99,6% полученные заготовки обрезают по нижнему и верхнему краям, при этом утилизируют нержавеющую основу путем измельчения, окисления на воздухе и гашения образовавшихся при этом солей лития с контролем нагрева воды не более 50°С, а готовые литиевые заготовки упаковывают в контейнеры.

Способ получения литиевых заготовок из отбракованных литийсодержащих электродов заключается в выполнении следующей последовательности действий.

На первом этапе осуществляют подготовку отбракованных литийсодержащих электродов. Для этого устанавливают специальный контейнер с отбракованными литийсодержащими электродами под вытяжной зонт. Вскрыть контейнер и извлечь мешки с отбракованными литийсодержащими электродами, пронумеровать мешки, взвесить их на весах и ввести данные в журнал. Затем внести мешки с литийсодержащей продукцией в шлюз линии и продуть шлюз в течении 3-5 минут. Внести мешки с литийсодержащей продукцией в бокс для изготовления литиевых заготовок. Извлечь литийсодержащую продукцию из мешков, рассчитать и зафиксировать ее вес.

Далее осуществляют первую переплавку отбракованных литийсодержащих электродов. Для этого наполняют плавильный стакан литийсодержащей продукцией, закрывают крышку, включают нагреватель плавильного стакана. По мере расплавления литийсодержащей продукции в плавильном стакане, при помощи черпака, собирают шлак с поверхности расплава в противень, а также проводят периодическое покачивание электродов вверх-вниз для улучшения освобождения нержавеющей основы от лития металлического. Добавляют в процессе расплавления литийсодержащую продукцию до тех пор, пока уровень расплавленной литийсодержащей продукции не будет доходить до края стакана 10-20 мм. После каждой загрузки литийсодержащей продукции в плавильный стакан, закрывают его крышкой. Время первого разогрева стакана составляет 1,5-2 часа. После каждого добавления проводят периодическое покачивание электродов вверх-вниз для улучшения освобождения нержавеющей основы от лития металлического. После расплавления лития в плавильном стакане аккуратно вынимают нержавеющую основу и кладут на металлический поддон для застывания. Вставляют термопару в отверстие крышки стакана. Температура расплава лития должна быть от 240 до 250º С. При помощи черпака собирают шлак с поверхности расплава в противень.

Далее полученные заготовки цилиндрической формы обрезают по нижнему и верхнему краям. Обрезанные верхние и нижние части заготовок готовят к отдельной переплавке

Затем аналогично проводят вторую переплавку полученных литиевых заготовок. Для этого наполняют плавильный стакан заготовками, полученными после первой переплавки, снова расплавляют их и собирают шлак с поверхности расплава.

После второй переплавки отбирают пробу лития из полученной заготовки на соответствие требованиям ГОСТ 8774-75, предъявляемым к литию марки ЛЭ-1 и помещают заготовку в контейнер. Если результат анализа по содержанию лития металлического составляет более 99,6%, то данную заготовку направляют на изготовление литиевой ленты. Если содержание лития менее 99,6%, то проводят дополнительную переплавку.

Далее полученные заготовки цилиндрической формы обрезают по нижнему и верхнему краям. Обрезанные верхние и нижние части заготовок готовят к отдельной переплавке.

На последнем этапе осуществляют утилизацию нержавеющей основы. Для этого достают из пакета часть нержавеющей основой, весом приблизительно 0,5 кг. Нержавеющую основу рассортировывают. Отдельные пластины (с минимальным содержанием металлического лития) сразу подвергают нейтрализации. Слипшиеся пластины с относительно большим количеством металлического лития разрезают на гильотинных ножницах на более мелкие куски (2-4 пластины на 2 части, 5-8 пластин – на 4 части) с целью уменьшения площади контакта с водой. Оставляют кусочки пластин на открытом воздухе в течение всего рабочего дня до полного окисления. После чего, образовавшиеся соли лития, растворяют в воде. Наливают в эксикатор (5-6 л) холодной воды. Большим пинцетом берут 1 пластину (или кусочек пластины), разворачивают горизонтально и быстро опускают на дно эксикатора и продолжают удерживать пластину пинцетом на дне до окончания реакции. После окончания бурного выделения водорода (Н₂↑) пластину оставляют на дне эксикатора, к ней добавляют следующую пластину вышеуказанным способом. В отличие от одиночных пластин, разрезные на куски части слипшихся пластин, значительно дольше проходит процесс нейтрализации, поэтому после начальной бурной реакции их через 10-15 сек также оставляют на дне эксикатора на время, пока пластины не рассоединятся. Контролируют по мере гашения лития металлического температуру воды. После гашения примерно 20 пластин температура воды должна составлять не более 50⁰ С. При достижении температуры выше 50^° С необходима замена воды в эксикаторе. Для этого необходимо определить с помощью индикаторной бумагой рН полученного раствора, нейтрализовать щелочной раствор кислотой (азотная, соляная, серная, ортофосфорная кислоты) до получения рН 5,5 (до изменения цвета с молочного до прозрачного), отобрать пробу из раствора для определения примесей и передать для проведения анализа. При положительных анализах открывают подачу холодной воды в эксикатор, чтобы разбавленный раствор стек в канализацию. Остатки раствора фильтруют через фильтровальную бумагу и осадок отдать на анализ. Достать после окончания нейтрализации лития (не выделятся Н₂↑) решетки пинцетом и поместили в ведро с водой, подкисленную до рН 7-8, что необходимо для нейтрализации белого налета гидроксида лития (LiOH) c решетки. Достать отмытую решетку из ведра и поместили на поддон. Сушить поддоны с решеткой в печи при температуре 140⁰ С в течении 3-4 часов, при этом необходимо обеспечить воздухообмен для удаления влаги, поэтому сушку проводить с приоткрытой дверью печи. Взвесить решетку после сушки, уложить в пакет и сдать на утилизацию как металлические отходы.

Пример практической реализации

Взяли 11030 грамм электродов. После первой переплавки получилось 4790 грамм годного продукта и 6240 грамм шлака, который утилизировали. Затем после второй переплавки получилось 4350 грамм годного продукта и 440 грамм шлака, который утилизировали. Выход годного продукта составило 39,4 %.

Изобретение относится к получению металлического лития. В способе осуществляют первую переплавку предварительно подготовленных отбракованных литийсодержащих электродов в плавильном стакане при температуре от 240 до 250°С под крышкой со сбором выделившегося шлака с поверхности расплава, при которой осуществляют периодическое покачивание электродов вверх-вниз для освобождения нержавеющей основы от лития металлического. После расплавления лития в плавильном стакане вынимают нержавеющую основу и кладут на металлический поддон для застывания, проводят обрезку полученных заготовок цилиндрической формы по нижнему и верхнему краям. Вторую переплавку полученных литиевых заготовок в плавильном стакане под крышкой со сбором шлака с поверхности расплава осуществляют аналогично первой переплавке. После отбирают пробу лития из полученной заготовки на содержание лития, при этом если результат анализа по содержанию лития металлического составляет менее 99,6%, то проводят дополнительную переплавку, а при содержании лития более 99,6% полученные заготовки обрезают по нижнему и верхнему краям. Нержавеющую основу утилизируют путем измельчения, окисления на воздухе и гашения образовавшихся при этом солей лития с контролем нагрева воды не более 50°С, а готовые литиевые заготовки упаковывают в контейнеры. Изобретение обеспечивает расширение арсенала известных способов получения литиевых заготовок, повышающих удобство их дальнейшего использования. 1 пр.

Способ получения литиевых заготовок из отбракованных литийсодержащих электродов, включающий предварительную подготовку отбракованных литийсодержащих электродов путем их извлечения под вытяжным зонтом и фиксации веса, первую переплавку отбракованных литийсодержащих электродов в плавильном стакане при температуре от 240 до 250°С под крышкой со сбором выделившегося шлака с поверхности расплава, при которой осуществляют периодическое покачивание электродов вверх-вниз для освобождения нержавеющей основы от лития металлического, при этом после расплавления лития в плавильном стакане вынимают нержавеющую основу и кладут на металлический поддон для застывания, обрезку полученных заготовок цилиндрической формы по нижнему и верхнему краям, вторую переплавку полученных литиевых заготовок в плавильном стакане под крышкой со сбором шлака с поверхности расплава аналогично первой переплавке, после отбирают пробу лития из полученной заготовки на содержание лития, при этом если результат анализа по содержанию лития металлического составляет менее 99,6%, то проводят дополнительную переплавку, а при содержании лития более 99,6% полученные заготовки обрезают по нижнему и верхнему краям, при этом утилизируют нержавеющую основу путем измельчения, окисления на воздухе и гашения образовавшихся при этом солей лития с контролем нагрева воды не более 50°С, а готовые литиевые заготовки упаковывают в контейнеры.