Способ получения -алюмината лития

 

Алюминат лития g -модификации получают обработкой карбоната лития с интеркаляционным соединением лития и алюминия, содержащим органические анионы карбоновых кислот, включающей их смешение, предварительный нагрев смеси в вакууме или инертной атмосфере при 350 450°С и спекание на воздухе при 900 - 950°С. 1 табл.

Изобретение относится к производству неорганических соединений лития и алюминия и может быть использовано для изготовления электролитных пластин топливных элементов с карбонатным электролитом и получения из этого порошка керамического материала, пригодного в ядерной технике.

Известен способ получения γ-алюмината лития, основанный на смешивании в жидкой фазе карбоната лития и гидроксида алюминия с последующим высушиванием композиции и дальнейшим прокаливанием ее при 850-1100^оС в течение длительного времени.

Недостатком этого способа является многостадийность процесса: получение растворов исходных компонентов, их смешение, обработка с целью получения гомогенизированной сухой смеси и прокаливание.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Карбонат лития смешивают в количестве, стехиометрически необходимом для получения LiAlO₂, с интеркаляционным соединением гидроксида алюминия, содержащим литиевую соль карбоновой кислоты, общей формулы [Li_nX^(n-) ˙mAl(OH)₃˙pH₂O] где Х анион карбоновой кислоты; n заряд аниона, p количество молекул воды. Затем смесь помещают в реакционную ячейку и подвергают предварительному обжигу при 350-450^оС в течение 1-0,75 ч в атмосфере инертного газа или в вакууме. После этого смесь засыпают в алундовый тигель и обжигают в печи в течение 15 мин при 900-950^оС на воздухе. Рентгенографическим методом (дифрактометр ДРОН-3, фильтрованное излучение Cu_kα точность определения 3%) определяют состав полученного продукта.

При исследовании условий образования γ-алюмината лития варьировали температурный режим предварительного обжига и спекания. При этом было обнаружено, что при спекании шихты при 900^оС, без предварительного обжига происходит образование α-модификации алюмината лития с очень малым содержанием (менее 1% ) γ-формы. Повышение температуры спекания до 950^о привело к образованию смеси алюмината лития двух модификаций, в которой около 9% γ-модификации. Дальнейшее увеличение температуры обжига до 1000^оС и выше нежелательно, поскольку повышение температуры приводит к возрастанию энергозатрат и обуславливает потерю лития, что снижает выход целевого продукта. Применение же предварительного обжига шихты в вакууме при 350^оС с дальнейшим спеканием смеси на воздухе при 950^оС привело к получению целевого продукта γ= LiAlO₂ с чистотой ≥98% Снижение температуры предварительного обжига до 300^оС не привело к положительному эффекту, так как в синтезированном продукте велика примесь (≈ 10%) α-алюмината лития. Повышение температуры предварительного обжига шихты до 450^оС позволило снизить температуру спекания до 900^оС, обеспечивая при этом 100%-ный выход целевого продукта. Дальнейшее снижение температуры спекания (до 850^оС) не привело к положительному эффекту, так как в синтезированном продукте велика примесь (18%) алюмината лития α-модификации.

Таким образом, применение предварительного обжига шихты в вакууме при 350-450^оС позволило синтезировать чистый γ-алюминат лития при температуре спекания 900-950^оС.

Способ получения γ-алюмината лития иллюстрируется следующим примером.

П р и м е р. Для получения γ-алюмината лития готовят шихту из (94%) интеркаляционного соединения гидроксида алюмината с цитратом лития [Li₃C₆H₅O₇ ˙4Al(OH)₃˙ ˙5H₂O] и (6%) карбоната лития, стехиометрически необходимого для получения LiAlO₂. Предварительный обжиг тщательно перемешанной шихты проводят в кварцевой ячейке, помещенной в печь при 350^оС в вакууме в течение 1 ч. После этого смесь помещают в алундовый тигель и проводят спекание в печи при 950^оС в течение 15 мин. Результаты рентгенофазового анализа синтезированного продукта свидетельствуют о том, что получено соединение алюмината лития γ-модификации с чистотой не менее 98% В таблице приведены примеры получения γ-алюмината лития по предлагаемому способу и прототипу при исследованных температурах предварительной термообработки шихты и последующего спекания. Как видно из приведенных примеров, введение в технологический процесс синтеза моноалюмината лития предварительной термообработки и повышение температуры спекания до 900-950^оС позволило получить чистый γ-алюминат лития. При этом оптимальной температурой термообработки является 350-450^оС, поскольку выход целевого продукта уже при 300^оС заметно падает (появляется примесь α-алюмината лития). Увеличение нагрева выше 450^оС нецелесообразно, так как на эффект не влияет. Продолжительность термообработки варьируют в зависимости от t^оС.

Оптимальной температурой спекания при выявленном температурном интервале предварительного обжига является 900-950^оС. При температуре ниже 900^оС снижается выход целевого продукта за счет появления примеси α-алюмината лития. Спекание при температурах выше 950^оС нежелательно, так как кроме увеличения затрат электроэнергии наблюдается уменьшение выхода целевого продукта из-за потерь оксида лития.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ γ- АЛЮМИНАТА ЛИТИЯ, включающий смешение карбоната лития с соединением алюминия и термообработку смеси, отличающийся тем, что в качестве соединения алюминия используют интеркаляционное соединение алюминия и лития, содержащее анион карбоновой кислоты, а термообработку осуществляют в две стадии сначала нагреванием до температуры разложения соли карбоновой кислоты в атмосфере инертного газа или в вакууме, а затем при 900 - 950^oС на воздухе.

РИСУНКИ

Рисунок 1