-2-轻金属2020年第11期-氧化铝氟化盐-
尤晶1王耀武2贺晓军2
（1.辽宁科技学院，辽宁本溪117024；
2.东北大学冶金学院，辽宁沈阳112919）
摘要：由于碳酸锂熔点低于分解温度，碳酸锂直接煅烧难以获得较好的分解效果。本论文对以碳酸锂和氧化铝混合 物料为原料煅烧制备含锂氧化物的工艺进行了研究。通过对煅烧产物的x射线衍射物相分析，探讨了混合物料中碳
酸锂的分解机理。研究结果表明，碳酸锂中加入氧化铝煅烧由于生成Li2O-AI2O3，使碳酸锂的分解温度大幅度地降
低，在AI2O3与L2CO3摩尔比为lOO：，煅烧温度高于七的条件下，碳酸锂分解率可达99%以上。
关键词：碳酸锂；铝酸锂；煅烧；氧化锂
中图分类号：TF42+.62文献标识码：A文章编号：1202-1742(2222)11-0024-23
DOI：12.13662/jk2.qjs.6222.11.(22
Study on preparation of lithium oxide by calcination of lithium carbonate
You Jin/,Waag Yaowu2aad He Xiaojuk2
(1Liaoning Institute of Science and Technology,Benxi117224,China；
2.SchooO of Metallurgy,NofUeastern Unaersite,Shenyang1Hl11,China)
Abstrrci:Io is difficnlo to oUtain/00U decomposition effect by direct calcination uf lithium cnrbouate,because the melting point of lithium cnrbouate is lower than the decomposition temperature.The process uf prepaena lithium oxine by calcining the mixture uf lithium carbonate ank alumiau wue stuUied in the paper.Thc decompositiou mechanism uf lithium carbonate in thc mixture was stuUiec by X-ray diffractiou analysis uf calcikeP proUucts.Thc resuUs show thaO he decomposition temperature uf lithium car0ouatc is greatly rePuceP due te the formation uf Li2 O•AI2
O3.Tc decomposition rate uf lithium car0ou-atc is over96%w C gs the mole ratio uf Al2O3te Li2CO3is1.64：1and the calcinaPon temperature is higeer thaa80。弋.
Key wxrbt：lithium caraonate；lithium aluminate；calcination;lithium oxiUc
锂是最轻的金属，密度为2.534g/cm3，具有一定延展性和良好的加工压制性能［1］，可与铝、镁、铍
等金属形成合金，是轻合金与超轻合金的重要组成部分［2-2］o金属锂及锂合金不仅应用于传统的交通、冶金、玻璃陶瓷、石油化工、能源电池等工业领域，而且也越来越多地应用于核能、航空航天、新材料等尖端领域。目前金属锂的生产方法主要有熔盐电解法和真空热还原法。传统的熔盐电解法需要高纯氯化锂为原料，工艺较复杂，生产过程中产生腐蚀性气体-，生产成本较高；真空热还原法相对熔盐电解法原料易得、工艺简单、过程清洁，具有较好的应用前景［0-6］o 真空热还原法制备金属锂的基本原理是：在真空条件下，通过向含氧化锂物料中加入还原剂（主要是硅和铝），在高温下将氧化锂还原为金属锂，利用金属锂的蒸气压较高的特点，使锂以气态形式蒸馏出来重新结晶，从而实现锂的还原与分离［4o真空热还原制备金属锂，首先要将含锂化合物转化为氧化锂，最常见的可作为真空热还原制备金属锂的原料碳酸锂，但碳酸锂的熔点是723°C，而分解温度高达1310C，煅烧过程中先熔化后分解，且熔化后的碳酸锂饱和蒸气压较高，当温度达到992C以后就
会大量的挥发损失，因此直接煅烧难以获得较好的分解效果。为了解决这个问题，可以将Li2CO3和AUO s混合配料后煅烧，煅烧过程中氧化锂与氧化铝结合成为铝酸锂，可大幅度降低碳酸锂的分解温度。本论文主要对以碳酸锂和氧化铝混合物料为原料煅烧制备氧化锂的工艺进行研究，以获得碳酸锂煅烧制备氧化锂的较佳工艺。
1试验
12碳酸锂煅烧分解原理
直接以碳酸锂为原料煅烧，发生的分解反应如式（1）所示，该分解反应的反应温度在1312C，传统的煅烧方式难以使碳酸锂分解。
基金项目：国家自然基金项目（51744154）
作者简介：尤晶（978-），女，博士，副教授，研究方向：真空冶金收稿日期：2428-42-26
2022年第11期尤晶等：碳酸锂煅烧制备氧化锂的工艺研究-5-
SCOsO=ao(s)+CO2(g)(1)氧化锂与氧化铝共同煅烧可生成5Li2O-Ag'LAO-Ag'Li?。-5A12O3三种铝酸锂［］,
其中LOO-A12O3最容易生成。对于碳酸锂与氧化锂的混合物煅烧过程来说，根据碳酸锂与氧化铝的
配入量不同，同样可能会发生式(2)、式(3)和式(4)的反应。但热力学计算表明［］，碳酸锂与氧化铝反
应生成5LOO-A12O3的理论反应温度在1046°C以上(如式(2)所示)，而实际反应温度更高，在此温度下，碳酸锂还未参与反应就会大量挥发，难以获得较好煅烧效果。而碳酸锂与氧化铝反应生成LOO-A12O3的理论反应温度低于400C(如式(3)所示)，碳酸锂在低于熔点的温度下即可发生反应。当氧化铝与碳酸锂摩尔比高于1：时，也会发生生成Li?。-7A12O7的反应，但LOO-7A12O7的生成实际是由式(3)和式(4)两步生成的［0］，首先发生的仍然是生成Li2O-A12O3的反应，且由于生成Li2O-5A2O3时，氧化铝的配入量较大，混合物物料中氧化锂含量降低，会增加煅烧过程及后续还原过程中单位能耗。因此，煅烧过程应选择式(3)的反应。
5Li2CO3(l)+A12O3(s)=5Li2O-Al2O3(s)+5C(O(g)
△G°=684194-51842T(2) L2CO3(1)+A2O3(S)=L2O•A2O3(S)+CO2(()
△G°=85570-134.39T(3) Li2O•九2。3())+4九2。3())=口2。•5A12O3(()(4) 14试验方法
试验过程中，首先将工业氧化铝粉与碳酸锂粉按照一定比例配料并混合均匀后制成团块，然后将该团块放入到电阻炉内在空气气氛中煅烧。在煅烧过程中主要考查煅烧条件对煅烧过程中碳酸锂分解率的
影响，从而确定较佳的煅烧工艺。碳酸锂分解率按照下式进行计算：
a LOCO3=:mLoC07/(0.595x M LoC07)X100%(5)式中：a LOCO3—
—碳酸锂的分解率,％;
肌LOCO3——煅烧过程中混合物料的质量损失,g;
M laco3——煅烧前碳酸锂的质量，。
2试验结果与讨论
2.1煅烧条件对碳酸锂分解率的影响
煅烧温度对碳酸锂的分解率影响最大，煅烧温度较低碳酸锂分解不完全，煅烧温度过高，会增加碳酸锂的挥发损失，特别是当煅烧温度超过990C，碳酸锂会发生明显的挥发损失，而且提高煅烧温度还会影响煅后氧化锂的活性，对后续还原过程产生影响。因此，煅烧过程中应该在保证碳酸锂能够完全分解的前提下，尽可能降低煅烧温度。在Li2CO3和A12O3摩尔比为1：的试验条件下，煅烧温度和煅烧时间对碳酸锂分解率的影响如图1所示。
图1煅烧温度与煅烧时间对L12CO7的分解率的影响
由图1可以看出，碳酸锂的分解率随着煅烧温度的升高与煅烧时间的增加而升高，提高煅烧温度可减少煅烧时间。当煅烧温度达到800C，煅烧时间达到2h以后碳酸锂的分解基本完全，此时碳酸锂的分解率为96%~97.5%，进一步提高煅烧时间，其分解率增长不明显。煅烧后的物相分析如图2所示。
AIO和L2CO3配比1：1煅后料的X射线衍射物相分析图2
由图2可以看出，当A12O3和LOCO摩尔比为1：时，煅后的物料主要物相为LiAlO2(Li2O•A12O3)，但仍然存在少量未分解的I^CO s。
2.3A12O3和Li2CO3的配比对碳酸锂分解率的影响
煅烧过程中，氧化铝的配入量对碳酸锂的分解率影响也比较大，
同时氧化铝配入量对煅烧过程能
• 6 •轻金属2022年第11期
耗与后续还原过程能耗也有较大的影响。煅烧过程
中氧化铝的配入量越少，则煅烧物料中氧化锂含量 越高，煅烧过程与还原过程中的能耗越少。因此，从
能源消耗角度来说，应尽可能的减少氧化铝的配入
量o AfO s 和LOC03的配比对碳酸锂分解率的影响 结果如图3所示。
00
o
o O
9 8 7C 槪離©題僵B
LiOlCO 和Ag ，没有LOC 相（如图6所示），表 明碳酸锂分解完全。
图4 AUO 3和UCO 3的配比大于1： 1时煅烧物料的物相分析
6050
700 750 800 850 900
/•c
图3 AUO 3和LOCO 3的配比对碳酸锂分解率的影响
由图3可以看出，碳酸锂的分解率随着氧化铝
配入量的增大而增加，当AU03和LOC03的配比达 到1： 1后，氧化铝的增加对碳酸锂的分解率影响不
大。通过对AU03和LOC03的配比高于1： 1后的 物相分析（如图4所示）可知，在900七以下,AU03 和LOC03混合煅烧难以生成9LO0 - AU03，只能生 成LO0 - AU03，而生成LOO - AU03后多余的
Li2CO 3基本不会分解，此时碳酸锂的分解率约等于 因与氧化铝结合成为LOO - AU03而分解的碳酸锂 的占比。根据计算，当AUO b 和L 2CO3配比为1： 1.5
时理论分解率为67%，而当AUO 3和LOC03配比为
1：2时理论分解率为59%，这与图3中获得的实际
煅烧碳酸锂的分解率基本一致，实际分解率比理论
分解率稍高。
根据以上煅烧结果可知，LOC03和AUO 3的混 合物料较好的煅烧条件为：煅烧温度800 °C ，煅烧时 间2 h，此时碳酸锂的分解率在99%以上，但此时煅 烧产物中仍然有少量的碳酸锂未分解，为了使碳酸
锂分解更加完全，增加氧化铝的配入量，当AUO 3与
LizC 的配比是1.04： 1时，碳酸锂的分解率达到
98%以上（如图5所示），煅后物料中主要物相为
C M-琏金劇縫蹩
0. 98：1 1.00:1 1. 02：1 1. 04：1 1. 06：1 1. 08：1 1. 10:1
氧化铝与碳酸锂的摩尔比
图5碳酸锂和氧化铝配比对碳酸锂分解率的影响
2500020000
15000100005000
10
20
30
40
50 60 70 80 90
26/(°)
图6 AUO 3与LOCO s 的配比为1.0： 1煅烧物料的物相分析
3 结论
由于碳酸锂熔点低于其分解温度，单独煅烧碳
酸锂会先熔化后分解，难以得到较好的煅烧效果。
（下转第1页
）
2020年第11期轻金属-1-
[5]MAN K,ZHU Q,LI L,et ai.Preparation anO peyormakce cO ce
ramic filtee materiai by receverek silicon Oioxige as major ieachep component from rek muk[J].Ceramict Internationai,201,43
(1)：7565-7572.
[6]XIk L,ZHANG T,LV G,et ai.The effect of NaOH on the Oirect
calcification一carPonakon meWok for of Bayer process reO muk[J].Green ank Synthesis,201,7(6)：146-551. [7]王延玲，于存贞.赤泥资源化应用技术关键及最新应用展望
[]•轻金属,019(3):1-15.
[8]戚焕岭.氧化铝赤泥处置方式浅谈[/]•有冶金设计与研究，
2007(Z1):121-125.
[9]Perea-Villarejo L,Coe)as-Iglesias F A,Marekez-MaOkez S,et
ai.Makufactuyna eew ceramic materiais from clay ank rek muk Oe-evep from We aluminium inkustry]J].Construction&Buildine Ma-1(X802012,35(1)：659-665.
[10]MENZIES NW,M.F g J.MW.Seawater NenWalization of Alia-
like Bauxite Resigue ank Implications for RevepetatWk[J].joareal of Ekvironmektai Quality,2004,33(5)：1877.
[11[LIE C,MADDOCKS G,LIE J,et al.Acig kenWalisina cayacity of two Oifferent bauxite resigues(rek
muk)ank theO potential aypll-catioas for treatina acig sulfate watee anO soils[J]•Soil Researca, 2004,42(6):649.
[12]SUMMERS R N,PECH J D.Nutrient ank metal content of watee,
sehiment ank soils amenkek with bauxite resigue in the cawament of the Peel Inlet ank Harvey Eshae,Western AusWalia[J].Agychi-ture Ecosystems&Ekviroament,197,64(3):21-232.
[^]LIE T,TANG Y,LI Z,et al.Rek muk ank fly asU ikcoreoration for lightweight foamek ceramict usina leaU-ziee mike tailinas as foamina agent[J]0Materials Letters,201(183)：362-364.
[1]
LEI C,YAN B,CHEN T,et al.Comprehensive utilization of leaU -ziee tailinas,pari1:Pollution characteysPcs ank resource recev-
era of sulfur[J].Joamal of Ekviroamenwl Chemical Enaikeeyna, 2015,3(2)-89.
[15]LI C,WAN J,SUN H,et at.Ikvestigation on the activation of coal
ganaxe by a kew compoank methok[J].Journal of Hazareoxs Materials,201,177(1):513-520.
[6]王清涛，李森，李峰芝，等.赤泥掺加量对保温装饰建筑陶瓷性
能的影响[]•非金属矿,2017,40(05):41-440
[1]吴建锋，罗文辉，徐晓虹，等.赤泥陶瓷保温砖的制备及结构与
性能[]•武汉理工大学学报,38,30(5)：15
[17]HE H,YUE Q,SU Y,et al.Preparation ank mecaanism of the
sinterek bricas prokxeeh from Yellow River silt anO rek muk[J].
2amai of Hazareoxs Materials,2012,203-204:50-61.
[1]LIE X,ZHANG N,SUN H,et aU Swuctural ikvestiaatioa relatina
te the cementitious activity of bauxite resikue-Rek muk[J].Cement ank Concrete Researca,2011,41(8):847-850.
[20]LIE Y,LIE C,WU Y.Characterization of rek muk Oeyvek from a
combikeh Bayer Process ank bauxite calcination methok[J]•J ous-nal of HazarUoxs Materials, 2007,16(1):255-261.
[21]MAN K,ZHU Q,LI L,et at.Preparation ank performakce of ce-
ramicfiltes mateual by receverek silicon Oioxike as major ieacaek component from rek muk[J].Ceramica Intexiational,201,40
(1)：7365-7572.
[22]YANG S,ZHANG Y,YU J,et al.Multl-fukctional honeycomb
ceramic materials prokuceh from bauxite resikxes[J].Mateuals ank 000:1x0,2014(59)：333-338.
[23:TSAKIRIEm P E,AGATZM-LEONARDOU S,OUSTADAKIE P.Rek muk aUdition in the raw meal for the prokuction of Portlank cement clinaer[J].Journal of HazarUoxs Materials,2004,11
(1):13-11.
(责任编辑葛辉)
(上接第7页)
煅烧过程中，向碳酸锂中加入氧化铝，会发生SCO.+Ay08=Lgo-Ayo.+CO2的反应，使碳酸锂的分解温度大幅度地降低。在Ayo.与Lgco.摩尔比为904：9煅烧温度高于800C的条件下，碳酸锂分解率可达96%以上。
参考文献：
[1]狄晓亮，庞全世，李权.金属锂提取工艺比较分析[J]盐湖研
究,2005,13(2)：45-520
[2]程晓宇，王晓梅.铝锂合金研究与发展中国有金属,2008
(12)：72-73.
[3]VI ELAGIE,V V ZAKHAROV.Mokern Al-Li alloys ank pupuects
of their OeveOpmekW J].Metal science anO heat treatment,2013, 55(3):184-10.
[4]C0W0CHENG,J0J0HUANG,S0LEE,neai0MocenseeuceuenakO
mecaanical behaviors of the kew LAZ1131Mg-Li alloy[J].AO-
vakceh Materials Research,2011,239:1346-1336.
[5]谢苏云，彭晓东，郑笑芳，等•真空硅热还原制备金属锂研究[J]•
轻金属，2012(6)：45-52.
[6]李权，庞全世，高洁•金属锂生产工艺优化[J].盐湖研究，
2009,17(1)：63-67.
[7]狄跃忠，唐成伟，赵康，等.真空铝热还原炼锂新工艺中富锂熟
料的制备[]•东北大学学报(自然科学版)，2013,36(1)：149-153.
[8]梁英教，车荫昌.无机物热力学数据手册[M].沈阳：东北大学
出版社,993：47-17.
碳酸锂分解温度
[9]姜丙华•真空铝热还原炼锂新工艺的反应机理及冷凝过程优化
研究[D]•沈阳：东北大学，291•
[17]Y W WANG,J YOU,A G WANG,et ai.Prokuction of Mg-Li al
loys by alumikohermie vacaum rekxctWa[J].Journal of Minina ank Metallurgy,Section B:Metallurgy,2020,59(1)：43-49.
(责任编辑葛辉)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议