毛振東，李 豐，歐陽(yáng)鋒，宋剛剛

沉淀法制備納米氟化鋰研究

毛振東，李 豐，歐陽(yáng)鋒，宋剛剛

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

采用碳酸鋰（Li2CO3）和氫氟酸（HF）為原料，通過(guò)沉淀法制備納米氟化鋰（LiF）。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了產(chǎn)率計(jì)算、XRD測(cè)試。結(jié)果顯示：反應(yīng)體系在低溫下所生成的晶體的粒度要小于在高溫條件下所生成的晶體的粒度。反應(yīng)低溫、低濃度條件下進(jìn)行時(shí)，產(chǎn)率較高。

氟化鋰 生產(chǎn)工藝 應(yīng)用 鋰離子電池

0 引言

氟化鋰是一種重要的鋰基基礎(chǔ)材料，因此研究氟化鋰的制備工藝的意義十分重大。氟化鋰[1]的反應(yīng)是以反應(yīng)（沉淀）結(jié)晶為基礎(chǔ)的。

在原子能工業(yè)中作中子屏蔽材料；熔巖反應(yīng)堆中用作熔劑；在光學(xué)材料中作紫外線的透明窗。高純氟化鋰[2]還可用于制備氟化鋰玻璃、制作分光計(jì)和X射線單色儀的棱鏡。電池級(jí)氟化鋰[3]是生產(chǎn)鋰離子電池常用電解質(zhì)六氟磷酸鋰的必要原料之一。隨著國(guó)家對(duì)螢石開(kāi)采的限制以及環(huán)保要求的提高，開(kāi)辟新的氟資源代替螢石，減輕環(huán)保壓力，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用是今后氟化鋰研究的發(fā)展方向之一，同時(shí)，世界各國(guó)對(duì)鋰資源的開(kāi)發(fā)意紛紛從固體礦轉(zhuǎn)向了含鋰高的鹽湖鹵水，開(kāi)辟新的鋰資源代替鋰礦，不僅具有成本優(yōu)勢(shì)，而且其中過(guò)度金屬雜質(zhì)含量較低，也是今后氟化鋰研究發(fā)展的方向之一。

本研究擬采用直接沉淀法來(lái)制備碳酸鋰[4]與氫氟酸反應(yīng)生成氟化鋰、水和二氧化碳。該法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)過(guò)程較環(huán)保。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器

1.1.1原料

原料有Li2CO3，工業(yè)級(jí)；HF，質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%化學(xué)純；去離子水，實(shí)驗(yàn)室自備。儀器有85-Z型磁力攪拌器，SHZ-III型循環(huán)水式真空泵，DZF-6050型真空干燥箱。

1.2 樣品制備

1）本文做了五組實(shí)驗(yàn)

A、在1000 mL四氟燒杯中加入HF溶液，將燒杯置于磁力攪拌器上并開(kāi)啟機(jī)器。將50 g碳酸鋰與200 mL H2O配成乳濁液，用滴管緩慢的加入到HF溶液中（注：要在攪拌下緩慢加入Li2CO3，以避免劇烈反應(yīng)產(chǎn)生濺射），反應(yīng)溫度80 ℃，在2.5 h內(nèi)加完。

B、在1000 mL四氟燒杯中加入HF溶液，將燒杯置于磁力攪拌器上并開(kāi)啟機(jī)器。將50 g碳酸鋰固體加入到（80 mL） HF溶液中（注：要在攪拌下緩慢加入Li2CO3，以避免劇烈反應(yīng)產(chǎn)生濺射），反應(yīng)溫度80 ℃，在2.5 h內(nèi)加完。

C、在1000 mL四氟燒杯中加入HF溶液，將燒杯置于磁力攪拌器上并開(kāi)啟機(jī)器。將50 g碳酸鋰固體加入到（80 mL）HF溶液中（注：要在攪拌下緩慢加入Li2CO3，以避免劇烈反應(yīng)產(chǎn)生濺射），反應(yīng)溫度40 ℃，2.5 h內(nèi)加完。

D、取80 mL HF溶液加入100 mL H2O稀釋轉(zhuǎn)移至在1000 mL四氟燒杯中，再將碳酸鋰固體緩慢加入到HF溶液中，反應(yīng)溫度40 ℃，在2.5 h內(nèi)加完。

E、將50 g碳酸鋰與200 mL H2O配成乳濁液，用滴管緩慢的加入到用80 mL HF溶液加入100 mL H2O稀釋的HF溶液中，反應(yīng)溫度40 ℃，于2.5 h內(nèi)加完。

反應(yīng)方程式：

2）將反應(yīng)后的母液靜止一段時(shí)間（0.5 h），然后將溶液轉(zhuǎn)移至布氏漏斗抽濾，用蒸餾水洗滌3-4次后，稱得濕品質(zhì)量M1，并轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中,放入110 ℃ ± 2的烘箱中干燥2 h，從烘箱中取出產(chǎn)品，置于干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱得質(zhì)量M2。

3）將干燥的產(chǎn)品通過(guò)試驗(yàn)篩，將篩上殘留的顆粒放在研缽總研磨，并再次過(guò)篩，反復(fù)研磨、過(guò)篩、混勻，將干燥的產(chǎn)品儲(chǔ)存在密閉的容器內(nèi)保存。

1.3 樣品性能指標(biāo)測(cè)試

1.3.1晶體尺寸

在Rigaku ultima IV型X射線衍射儀上進(jìn)行XRD測(cè)試，采用Cu K射線（γ = 1.5418 ?），石墨單色器，管電壓電流20 KV × 20 mA，掃描速度為10o/min，掃描范圍10-80o。通過(guò)XRD分析測(cè)試，不僅可以確定在不同的pH值條件下所生成的產(chǎn)物的種類，而且可以了解到不同條件下所生成的產(chǎn)物的晶體尺寸。

1.3.2含水率計(jì)算

含水率=（M濕- M干）/ M濕

1.3.3收率計(jì)算

產(chǎn)品理論產(chǎn)量（X）= 35.0 g

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)品收率以及晶體尺寸

表3為不同樣品收率及晶體尺寸對(duì)比表。對(duì)比樣品A和B，以及D和E，可知配成乳濁液碳酸鋰反應(yīng)所生成的晶體的粒度要小于固體碳酸鋰反應(yīng)所生成的晶體的粒度。A、B與C、D和E對(duì)比可知在高溫下反應(yīng)生成的產(chǎn)品粒度要大于低溫下反應(yīng)生成的產(chǎn)品的粒度，其原因是高溫下碳酸鋰溶解迅速，形成的晶核少，生長(zhǎng)速度快，生成的產(chǎn)品粒徑大；低溫條件下生成的晶核多，生長(zhǎng)緩慢，生成的產(chǎn)品粒徑小。對(duì)比樣品A、B、C、D、E，可知濃度對(duì)產(chǎn)品的粒徑無(wú)明顯影響；固體碳酸鋰在低溫條件下反應(yīng)生成產(chǎn)品收率較高。

表3 樣品的收率及晶體尺寸對(duì)比表

2.2 產(chǎn)品含水率

表4為不同樣品的含水率。對(duì)比產(chǎn)品A至E，晶體尺寸越小，含水率越高，其原因是晶體尺寸越小，比面積大，吸收的水分越多。

表4 樣品含水率對(duì)比表

2.3 產(chǎn)品的XRD分析

反應(yīng)1-5均是在pH值為1的條件下進(jìn)行的，所生成的產(chǎn)物是氟化鋰（LiF），圖1為各組產(chǎn)品XRD圖譜與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對(duì)比圖。圖1為各組產(chǎn)品的XRD分析圖與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對(duì)比圖，A至E號(hào)樣品與氟化鋰標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片相對(duì)應(yīng)。由此可知實(shí)驗(yàn)所得產(chǎn)物為氟化鋰。

圖1 各組產(chǎn)品的XRD分析圖與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對(duì)比圖

3 結(jié)論

反應(yīng)體系中分散更均勻的碳酸鋰乳濁液反應(yīng)生成的LiF粒度要比固體碳酸鋰反應(yīng)生成的LiF晶體尺寸小。低溫下所生成的晶體的尺寸要小于在高溫條件下所生成的晶體的尺寸。固體碳酸鋰在低溫條件下反應(yīng)成產(chǎn)品的產(chǎn)率較高。反應(yīng)所得產(chǎn)品的晶體尺寸越小，含水率越高；濃度對(duì)產(chǎn)品的粒徑無(wú)明顯影響。

[1] 楊海蘭, 曹騏, 張志業(yè)等. 由氟化鋰和五氯化磷制備五氟化磷的動(dòng)力學(xué)研究[J]. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè), 2011(06)．

[2] 焦真, 陳志明. 萃取精餾中離子液體萃取劑的研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展, 2010(11)．

[3] 寧延生. 中國(guó)無(wú)機(jī)鹽工業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)(Ⅰ)[J]. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè), 2003(01)．

[4] 施洪鈞, 趙玉珍. ICP-AES法同時(shí)測(cè)定氯化鋰和氫氧化 鋰中七種雜質(zhì)元素[J]. 光譜實(shí)驗(yàn)室, 1998(03)．

Study on the Precipitation Preparation of Nanometer Lithium Fluoride

Mao Zhendong, Li Feng, Ou Yangfeng, Song Ganggang

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

The nanometer lithium fluoride(LiF) was synthesized by precipitation method using lithium carbonate (LiCO) and hydrofluoric acid (HF) as the raw materials. The yield of the lithium fluoride prepared through experiments was calculated and its crystal structure was tested by XRD. The results showed that the crystal grain size at low temperature is less than at high temperature generated. The yield is higher when reaction under the condition of low temperature and low concentration.

TQ027. 3

A

1003-4862(2019)11-0031-02

2019-05-09

毛振東（1984-），男，工程師。研究方向：化學(xué)電源。E-mail: 961883083@qq.com