一种铝电解电解质脱钠脱锂装置与方法

文档序号:30580 发布日期:2021-09-24 浏览:80次 >En<

阅读说明:本技术 一种铝电解电解质脱钠脱锂装置与方法 (Sodium and lithium removing device and method for aluminum electrolysis electrolyte ) 是由 不公告发明人 于 2021-07-15 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种铝电解质脱钠脱锂装置与方法;所述装置包括加热管、阳极导杆、保温盖板、电泳阴极和阳极、高铝耐火耐蚀浇注料、金属坩埚和提取装置;在金属坩埚的上方设有保温盖板,两者之间形成一个容纳空间,在所形成的容纳空间内部设有电泳阳极和阴极;同时在金属坩埚与保温盖板之间还设有连通外界的开口,开口处设有提取装置,通过开口提取电泳阴极周围富集的锂盐与钠盐;加热管设于金属坩埚的内部或侧壁;金属坩埚的开口处两端侧壁气固液三相界面处设有高铝耐火耐蚀浇注料。本发明提供的方法不用湿法处理方法而直接采用电泳方式从熔盐中富集提取锂盐与钠盐,简单且环保,提取出来的锂盐可以用作生产锂离子电池的原料。(The invention relates to a sodium and lithium removing device and method for an aluminum electrolyte; the device comprises a heating pipe, an anode guide rod, a heat-preservation cover plate, an electrophoresis cathode, an electrophoresis anode, a high-aluminum refractory corrosion-resistant pouring material, a metal crucible and an extraction device; a heat-insulating cover plate is arranged above the metal crucible, an accommodating space is formed between the metal crucible and the heat-insulating cover plate, and an electrophoresis anode and a cathode are arranged in the formed accommodating space; meanwhile, an opening communicated with the outside is also arranged between the metal crucible and the heat-insulating cover plate, an extraction device is arranged at the opening, and lithium salt and sodium salt enriched around the electrophoresis cathode are extracted through the opening; the heating pipe is arranged inside or on the side wall of the metal crucible; the high-alumina refractory corrosion-resistant castable is arranged at the gas-solid-liquid three-phase interface of the side walls at the two ends of the opening of the metal crucible. The method provided by the invention directly adopts an electrophoresis mode to enrich and extract lithium salt and sodium salt from the molten salt without a wet treatment method, is simple and environment-friendly, and the extracted lithium salt can be used as a raw material for producing the lithium ion battery.)

一种铝电解电解质脱钠脱锂装置与方法

技术领域

本发明属于铝电解

技术领域

,特别涉及铝电解质溶体中提取钠盐与锂盐。

背景技术

铝电解采用高温(800-960℃)氟化物熔盐如NaF-AlF3或NaF-KF-AlF3体系作为溶剂、溶解氧化铝(Al2O3)形成电解质,直流电通过阳极(阳极可以是消耗性碳阳极,也可以是消耗性小的非碳惰性阳极)、电解质、阴极(可以是铝液或惰性阴极),从而在阳极形成CO2(对碳阳极而言)或O2(对非碳惰性阳极而言),在阴极沉积提取铝。然而,因为氧化铝是由铝土矿经烧碱(NaOH)溶液溶出提纯精炼出来的,所以氧化铝中不可避免地含有残余的Na2O(含量约为0.5%),而Na2O在电解质的累积会消耗氟盐,

3Na2O+2AlF3=Al2O3+6NaF

因此,铝电解过程中为了保持稳定的电解质分子比(即NaF/AlF3摩尔比)需要不断补充成本较高的氟化铝(每吨铝消耗氟化铝10-30kg)。此外,中国的河南、山西等地的铝土矿含有锂盐,造成氧化铝含有微量的Li2O,这些锂在电解质中转化为氟化锂(LiF)而在电解质中逐渐累积,在使用河南、山西等地氧化铝的电解铝厂电解质含氟化锂最高可达6%以上,锂盐过多,一是影响氧化铝的溶解度,二是影响铝液质量;另一方面,锂盐是当今社会广泛应用的锂离子电池的重要原料,附加值很高。这样以来,对从铝电解质中经济提取Na盐与锂盐提出了需求,这正是本发明的目的。

发明内容

针对现有技术存在的问题,本发明旨在解决所述问题之一,提供了一种铝电解电解质脱钠脱锂装置与方法,不用湿法,而直接采用电泳方式从熔盐中富集提取锂盐与钠盐,脱出铝电解质中多余的钠盐与锂盐,提取出来的锂盐可以用作生产锂离子电池的原料,脱钠脱锂后的电解质不需要额外处理而可以直接返回铝电解槽中。

为了实现以上目的,本发明首先提供一种铝电解电解质脱钠脱锂装置;

一种铝电解电解质脱钠脱锂装置,包括加热管,阳极导杆,保温盖板,电泳阴极,电泳阳极,高铝耐火耐蚀浇注料,金属坩埚和提取装置;

所述金属坩埚的内部形成一个上部开口的容纳空间,用于存放熔盐电解质;其开口处两端侧壁气固液三相界面处设有高铝耐火耐蚀浇注料,用于保护金属坩埚的材料不被空气氧化;

所述金属坩埚的上方设有保温盖板,所述金属坩埚与保温盖板之间形成一个容纳空间;在所述金属坩埚与保温盖板之间形成的容纳空间内部设有电泳阳极和电泳阴极;

在金属坩埚的内部或侧壁设有加热管;所述电泳阳极的一端连接有阳极导杆;

在所述金属坩埚与保温盖板之间还设有连通外界的开口;所述提取装置通过开口提取电泳阴极周围富集的锂盐与钠盐。

优选的,所述电泳阳极和电泳阴极平行设置且间隔5-50cm。

优选的,所述开口设在保温盖板上,记为通孔A;所述通孔A的正下方对应电泳阴极,即通孔A与电泳阴极处于同一直线。

优选的,所述提取装置包括吸管或板状提取结构;可通过通孔A进入金属坩埚的内部,用于提取电泳阴极富集的锂盐与钠盐。

优选的,所述电泳阴极可替换为电泳阴极网;所述金属坩埚的材质可替换为石墨;所述电泳阴极、电泳阳极的材料为石墨、310S不锈钢、Fe-Cr-Al合金、NiAl合金或抗氧化镍基体高温合金中的任意一种;所述高铝耐火耐蚀浇注料包括高铝水泥。

上述一种铝电解电解质脱钠脱锂装置的工作方法,具体步骤如下:

首先从电解槽中抽取熔盐电解质灌入脱钠脱锂装置的金属坩埚中,控制电泳阳极和电泳阴极的距离,并且在电泳阳极和电泳阴极之间施加一定电压;电解质在直流电场的作用下,单价阳离子Li+、Na+会优先于其他阳离子向电泳阴极迁移,从而以电泳方式富集在电泳阴极周围,引起阴极周围的(LiF+NaF)/AlF3分子比高于电解质中的本体熔盐,从而可以将富集的LiF与NaF以Li3AlF6/Na3AlF6形式提取出来,实现熔盐中锂盐与钠盐的提取。

优选的,所述电泳阳极和电泳阴极的距离为10-30cm;所述电泳阳极和电泳阴极的电压为2V-60V。

优选的,本发明提供另外一种铝电解电解质脱钠脱锂装置,所述电泳阴极可替换为阴极转盘;所述提取装置为刮板传输带,同时去掉电泳阳极,以金属坩埚作为电泳阳极,其一端与阳极导杆相连;

所述金属坩埚与保温盖板之间形成的容纳空间内设有电泳阴极转盘,所述电泳阴极转盘与金属坩埚内的熔盐电解质接触,使锂盐与钠盐富集凝固在电泳阴极转盘表面;

所述电泳阴极转盘与驱动装置一连接,驱动电泳阴极转盘转动;

在所述金属坩埚与保温盖板之间的开口处设有刮板传输带;所述刮板传输带上设有刮板,其与电泳阴极转盘相接触,用于将凝固在电泳阴极转盘表面锂盐与钠盐刮离到刮板传输带上,由传输带运送至收集装置;

所述刮板传输带与驱动装置二连接,用于驱动刮板传输带运转;

此装置的具体工作步骤如下:

首先从电解槽中抽取熔盐电解质灌入脱钠脱锂装置的金属坩埚中,金属坩埚同时作为阳极,控制电泳阴极转盘与阳极的距离,并且在电泳阴极转盘与阳极之间施加一定电压,电解质在直流电场的作用下,单价阳离子Li+、Na+会优先于其他阳离子向阴极迁移,从而以电泳方式富集在电泳阴极转盘表面,引起阴极周围的(LiF+NaF)/AlF3分子比高于电解质中的本体熔盐;再转动阴极转盘,然后启动刮板传输带将富集在电泳阴极转盘表面的锂盐与钠盐刮离到刮板传输带上,由传输带运送至收集装置,实现熔盐中锂盐与钠盐的提取;所述阳极和电泳阴极转盘的距离为5-50cm;所述阳极和电泳阴极转盘的电压为2V-60V。

有益效果:

本发明的装置简单易操作,不用湿法处理方法而直接采用电泳方式从熔盐中富集提取锂盐与钠盐,方法简单且安全环保,提取出来的锂盐可以用作生产锂离子电池的原料,脱钠脱锂后的电解质不需要额外处理而可以直接返回铝电解槽中。

附图说明

图1为实施例1中的铝电解电解质脱钠脱锂装置结构示意图;

图2为实施例2中的铝电解电解质脱钠脱锂装置结构示意图;

图3为实施例3中的铝电解电解质脱钠脱锂装置结构示意图;

附图标记:1-加热管;2-阳极导杆;3-保温盖板;4-电泳阴极;5-电泳阳极;6-高铝耐火耐蚀浇注料;7-金属坩埚;8-提取装置。

具体实施方式

以下结合实例对本发明进行详细描述,但本发明不局限于这些实施例。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

装置一:包括加热管1,阳极导杆2,保温盖板3,电泳阴极4,电泳阳极5,高铝耐火耐蚀浇注料6,金属坩埚7和提取装置8;

所述金属坩埚7的内部形成一个上部开口的容纳空间,用于存放熔盐电解质;其开口处两端侧壁气固液三相界面处设有高铝耐火耐蚀浇注料6,用于保护金属坩埚7的材料不被空气氧化;

所述金属坩埚7的上方设有保温盖板3,所述金属坩埚7与保温盖板3之间形成一个容纳空间;在所述金属坩埚7与保温盖板3之间形成的容纳空间内部设有电泳阳极5和电泳阴极4;

在金属坩埚7的内部或侧壁设有加热管1;所述电泳阳极5的一端连接有阳极导杆2;

在所述金属坩埚7与保温盖板3之间还设有连通外界的开口;所述提取装置8通过开口提取电泳阴极4周围富集的锂盐与钠盐。

所述电泳阳极5和电泳阴极4平行设置且间隔5-50cm。

所述开口设在保温盖板3上,记为通孔A;所述通孔A的正下方对应电泳阴极4,即通孔A与电泳阴极4处于同一直线。

所述提取装置8包括吸管或板状提取结构;可通过通孔A进入金属坩埚7的内部,用于提取电泳阴极4富集的锂盐与钠盐。

所述电泳阴极4可替换为电泳阴极网;所述金属坩埚7的材质可替换为石墨;所述电泳阴极、电泳阳极的材料为石墨、310S不锈钢、Fe-Cr-Al合金、NiAl合金或抗氧化镍基体高温合金中的任意一种。

装置一具体步骤如下:

首先从电解槽中抽取熔盐电解质灌入脱钠脱锂装置的金属坩埚7中,控制电泳阳极5和电泳阴极4的距离,并且在电泳阳极5和电泳阴极4之间施加一定电压;电解质在直流电场的作用下,单价阳离子Li+、Na+会优先于其他阳离子向电泳阴极4迁移,从而以电泳方式富集在电泳阴极4周围,引起阴极周围的(LiF+NaF)/AlF3分子比高于电解质中的本体熔盐,从而可以将富集的LiF与NaF以Li3AlF6/Na3AlF6形式提取出来,实现熔盐中锂盐与钠盐的提取。

所述步骤中,电泳阳极5和电泳阴极4的距离为10-30cm;所述电泳阳极5和电泳阴极4的电压为2V-60V。

装置二:所述电泳阴极4可替换为阴极转盘4;所述提取装置8为刮板传输带(8),同时去掉电泳阳极5,以金属坩埚7作为电泳阳极,其一端与阳极导杆2相连;

所述金属坩埚7与保温盖板3之间形成的容纳空间内设有电泳阴极转盘4,所述电泳阴极转盘4与金属坩埚7内的熔盐电解质接触,使锂盐与钠盐富集凝固在电泳阴极转盘4表面;

所述电泳阴极转盘4与驱动装置一连接,驱动电泳阴极转盘4转动;

在所述金属坩埚7与保温盖板3之间的开口处设有刮板传输带9;所述刮板传输带9上设有刮板,其与电泳阴极转盘4相接触,用于将凝固在电泳阴极转盘4表面锂盐与钠盐刮离到刮板传输带9上,由传输带运送至收集装置;

所述刮板传输带9与驱动装置二连接,用于驱动刮板传输带9运转。

装置二具体步骤如下:

首先从电解槽中抽取熔盐电解质灌入脱钠脱锂装置的金属坩埚7中,金属坩埚7同时作为阳极,控制电泳阴极转盘4与阳的距离,并且在电泳阴极转盘4与阳极之间施加一定电压,电解质在直流电场的作用下,单价阳离子Li+、Na+会优先于其他阳离子向阴极迁移,从而以电泳方式富集在电泳阴极转盘4表面,引起阴极周围的(LiF+NaF)/AlF3分子比高于电解质中的本体熔盐;再转动阴极转盘4,然后启动刮板传输带9将富集在电泳阴极转盘4表面的锂盐与钠盐刮离到刮板传输带9上,由传输带运送至收集装置,实现熔盐中锂盐与钠盐的提取。

所述步骤中阳极和电泳阴极转盘4的距离为5-50cm;所述阳极和电泳阴极转盘4的电压为2V-60V。

实施例1:

如图1所示为电泳富集从阴极提取锂盐钠盐装置,包括加热管1以保持电解质处于熔化状态,阳极导杆2,保温盖板3,电泳阴极4,为电泳阳极5,高铝耐火耐蚀浇注料6以保护金属坩埚不被空气氧化,7为金属坩埚,8为吸管,用于提取阴极富集的锂盐与钠盐;

所述金属坩埚7的内部形成一个上部开口的容纳空间,用于存放熔盐电解质;其开口处两端侧壁气固液三相界面处设有高铝耐火耐蚀浇注料6,用于保护金属坩埚7的材料不被空气氧化;

所述金属坩埚7的开口上方设有保温盖板3,用于密封金属坩埚7;所述金属坩埚7与保温盖板3之间形成一个容纳空间;在所述金属坩埚7与保温盖板3之间形成的容纳空间内部,即在所述金属坩埚7的内部设有电泳阳极5和电泳阴极4,电泳阳极5和电泳阴极4两者间隔平行设置,并与金属坩埚7的底面垂直;

在金属坩埚7的侧壁设有加热管1;所述电泳阳极5的一端连接有阳极导杆2,阳极导杆2的另一端贯穿保温盖板3;

所述保温盖板3还设有含盖的通孔(盖子用于通孔的开启和密封),记为通孔A;所述通孔A的正下方对应电泳阴极4,即通孔A与电泳阴极4处于同一直线;

所述装置还包括吸管8;所述吸管8可通过通孔A进入金属坩埚7的内部,用于提取电泳阴极4富集的锂盐与钠盐。

具体方法为:

首先从电解槽中抽取熔盐电解质灌入脱钠脱锂装置的金属坩埚7内,控制电泳阳极5和电泳阴极4的距离为在30cm,并且在电泳阳极5和电泳阴极4之间施加15V电压;电解质在直流电场的作用下,离子半径小的单价阳离子Li+、Na+会优先于其他阳离子向阴极迁移,从而以电泳方式富集在电泳阴极4周围,引起阴极周围的分子比((LiF+NaF)/AlF3)高于装置中的本体熔盐,从而用吸管8通过通孔A进入金属坩埚7的内部将富集的LiF与NaF以Li3AlF6/Na3AlF6形式吸取出来,实现熔盐中锂盐与钠盐的提取。

实施例2:

如图2所示为电泳富集从阴极提取锂盐钠盐装置,包括加热管1以保持电解质处于熔化状态,阳极导杆2,保温盖板3,电泳阴极网4,为电泳阳极5,高铝耐火耐蚀浇注6料以保护金属坩埚不被空气氧化,7为金属坩埚,8为吸管,用于提取阴极富集的锂盐与钠盐;

所述金属坩埚7的内部形成一个上部开口的容纳空间,用于存放熔盐电解质;其开口处两端侧壁气固液三相界面处设有高铝耐火耐蚀浇注料6,用于保护金属坩埚7的材料不被空气氧化;

所述金属坩埚7的开口上方设有保温盖板3,用于密封金属坩埚7;在金属坩埚7的侧壁设有加热管1;所述金属坩埚7的内部设有电泳阳极5和电泳阴极网4,电泳阳极5和电泳阴极网4平行设置且间隔一定距离;

所述电泳阳极5的一端连接有阳极导杆2,阳极导杆2的另一端贯穿保温盖板3;

所述保温盖板3还设有含盖的通孔记为通孔A(盖子用于通孔的开启和密封),所述通孔A的正下方对应电泳阴极网4,即通孔A与电泳阴极网4处于同一直线;

所述装置还包括吸管8;所述吸管8可通过通孔A进入电泳阴极网4内,用于提取富集的锂盐与钠盐。

具体方法为:

首先从电解槽中抽取熔盐电解质灌入脱钠脱锂装置的金属坩埚7内,控制电泳阳极5和电泳阴极4的距离为25cm,并且在电泳阳极5和电泳阴极4之间施加10V的电压;电解质在直流电场的作用下,离子半径小的单价阳离子Li+、Na+会优先于其他阳离子向阴极迁移,从而以电泳方式富集在空心阴极网(4)内,引起阴极周围的分子比((LiF+NaF)/AlF3)高于装置中的本体熔盐,从而用吸管8通过通孔A进入空心阴极网(4)内将富集的LiF与NaF以Li3AlF6/Na3AlF6形式吸取出来,实现熔盐中锂盐与钠盐的提取。

实施例3:

如图3所示为电泳富集从阴极提取锂盐钠盐装置,所述电泳阴极4替换为阴极转盘;所述提取装置8为刮板传输带;替换之后,所述脱钠脱锂装置,包括1为加热管,2为阳极导杆,3为保温盖板,4为电泳阴极转盘,7为金属坩埚(同时为电泳阳极),9刮板传输带用于提取阴极富集的锂盐与钠盐。

所述金属坩埚7的上方设有保温盖板3;所述金属坩埚7与保温盖板3之间形成一个容纳空间,所述容纳空间内设有电泳阴极转盘4,所述电泳阴极转盘4与金属坩埚7内的熔盐电解质接触(即转盘的最低点要低于坩埚内电解质溶液的液面),使锂盐与钠盐富集凝固在电泳阴极转盘4表面;

所述电泳阴极转盘4与驱动装置一连接,驱动电泳阴极转盘4转动;

所述金属坩埚7与保温盖板3形成的容纳空间还设有连通外界的开口,并在开口处设有刮板传输带9,所述刮板传输带9上设有刮板,其与电泳阴极转盘4相接触,用于将凝固在电泳阴极转盘4表面锂盐与钠盐刮离到刮板传输带9上,由传输带运送至收集装置;

所述刮板传输带9与驱动装置二连接,用于驱动刮板传输带9运转;

所述金属坩埚7开口处两端侧壁气固液三相界面处设有高铝耐火耐蚀浇注料6,用于保护金属坩埚7的材料不被空气氧化。

所述金属坩埚7的一端与阳极导杆2相连,作为电泳阳极;

所述金属坩埚7的侧壁或内部设有多个加热管1;

具体方法:

首先从电解槽中抽取熔盐电解质灌入脱钠脱锂装置的金属坩埚7中,加热管1用于加热,保持电解质处于液态,电泳阴极转盘4与电解质液面接触;控制电泳阴极转盘4与金属坩埚7(作为阳极)的距离为30cm;同时金属坩埚7作为阳极,与电泳阴极转盘4之间施加的电压为4v;启动驱动装置一驱动电泳阴极转盘4以恒定的速度转动电解质在直流电场的作用下,离子半径小的单价阳离子Li+、Na+会优先于其他阳离子向阴极迁移,从而以电泳方式富集在电泳阴极转盘4表面,引起阴极周围的分子比((LiF+NaF)/AlF3)高于装置中的本体熔盐;

再开启驱动装置二,驱动刮板传输带9运转,将富集在电泳阴极转盘4表面的锂盐与钠盐刮离到刮板传输带9上,由传输带运送至收集装置,实现熔盐中锂盐与钠盐的提取。

说明:以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案;因此,尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明,但是本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换;而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进,其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

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