航空射擊裝置

[拼音]:li

[英文]:lithium

化學符號Li,自然界最輕的金屬,銀白色,在週期表中居IA族鹼金屬首位,原子序數3,原子量6.939,體心立方晶體,常見化合價為+1。

1817年瑞典人阿爾費德鬆 (J.A.Arfvedson)在研究透鋰長石時首次發現鋰,以希臘文lithos(石頭)命名。1818年英國人戴維(H.Davy)電解碳酸鋰製得小量金屬鋰。1855年德國人本生(R.W.Bunsen)和英國人馬提生(A.Matthiessen)電解熔融氯化鋰製得較大量的金屬鋰。

已經發現的含鋰礦物約145種。具有工業價值的鋰礦主要有:鋰輝石(Li2O·Al2O3·4SiO2),工業精礦含氧化鋰(Li2O)6~6.5%,主要產於美國、加拿大、扎伊爾;鋰雲母[(Li,K)2Al2(SiO3)3(F,OH)2],工業精礦含Li2O3.5~5.0%,主要產於辛巴威和印度;透鋰長石(LiAlSi4O10),工業精礦含Li2O3.5~4.5%,產於辛巴威等地。此外,還有一種鋰蒙脫石 [Na0.33(Mg,Li)3Si4O10(F,OH)2],系含Li2O0.7~1.3%的粘土,大量產於美國;磷鋁石[LiAl(F,OH)PO4],產於加拿大和巴西等地。世界各地還有大量的鹽湖滷水、油井水、氣田水和溫泉水中含有鋰。海水中含鋰0.1~0.17毫克/升。

中國新疆、四川產鋰輝石,江西產鋰雲母和鐵鋰雲母。青海、西藏的鹽湖以及四川的鹽井滷水和氣田水中鋰的儲量也很豐富。

性質和用途

鋰雖屬第一族元素,但某些化學性質卻獨異於同族諸元素而與 ⅡA族中的鎂有相似處。鋰在潮溼空氣中迅速失去光澤,形成氮化鋰、氫氧化鋰和碳酸鋰的混合物覆蓋層。因此鋰必須儲存在精製煤油、石蠟油或充氬密封容器中。鋰很軟,可用小刀切割。

1923年德國開始鋰的工業生產,主要用作硬鉛合金和鋁鋰合金。1944年開始大量使用無水氫氧化鋰作潛水艇中的 CO2吸收劑。用氫化鋰作軍用氣球的充氣氫源。1950年鋰開始用於熱核武器氫彈。1960年以後鋰開始用於民用工業如潤滑脂、空調、合成橡膠、鍊鋁、醫藥和玻璃陶瓷等生產部門,且已成為當前鋰的主要用途。由於鋰的電化當量高 (3.86安·時/克,在所有元素中僅次於鈹),並具有各種元素中最高的標準氧化電勢(+3.045伏),鋰電池已在某些軍事和電子部門應用,以及在電力車輛推進和峰值電力貯存方面試用。鋰將是第一代氘氚聚變反應堆的重要燃料和反應堆的冷卻劑。鋰能與多種元素製成合金,例如鋁鋰、硼鋰、銅鋰、鎂鋰、鉛鋰、矽鋰、矽硼鋰和銀鋰等,用於原子能、航空、航天、焊接等工業。

金屬鋰活性大,易燃,應塗礦物油保護膜,密封於充有氬氣的鐵皮筒中。運輸時注意防火、防水。著火時,用幹石墨粉或氯化鋰粉末滅火,不得用水、四氯化碳和二氧化碳。

1977年以來世界鋰和鋰化合物的產量(以鋰計)約5000~5500噸/年,呈逐年增長趨勢。1981年美國市場金屬鋰的價格為50~70美元/公斤,單水氫氧化鋰4.1美元/公斤,碳酸鋰3.1美元/公斤。

鋰冶金包括化合物製取和金屬製取。

鋰化合物的製取

從偉晶岩矽酸鹽礦石提取鋰化合物,是先將含Li2O0.9~1.3%的原礦進行重選和浮選,得到含Li2O6~6.5%的鋰輝石精礦或含Li2O4~5%的鋰雲母精礦;然後按硫酸法或石灰法工藝流程處理。

硫酸法

將鋰輝石(α-型,屬單斜晶系,密度3.15克/釐米3)精礦在迴轉窯內於1000~1100℃焙燒,α 鋰輝石轉變成為β鋰輝石(屬四方晶系,密度2.4克/釐米3),冷卻後,磨細到-100目,與相當於鋰當量過剩35%的濃硫酸混合,於另一鋼質轉窯中在250℃下焙燒,酸中的氫離子置換β鋰輝石中的鋰離子,生成硫酸鋰(Li2SO4)Li2O·Al2O3·4SiO2+H2SO4─→

H2O·Al2O3·4SiO2+Li2SO4

焙燒產物用水浸出(見浸取),得到不純的硫酸鋰溶液;加入石灰石粉以中和過剩的硫酸,過濾,得到不含鐵、鋁的硫酸鋰(約10%)溶液;再加消石灰和碳酸鈉,除去小量的鎂和鈣。濾液加硫酸調整pH為7~8,經蒸發濃縮,得到含硫酸鋰約20%的溶液;清濾後,於90~100℃加入28%的碳酸鈉溶液,生成碳酸鋰沉澱;再經離心分離、洗滌、乾燥得碳酸鋰。母液中殘留約15%的鋰和大量的硫酸鈉,使它冷卻到0℃,析出十水芒硝(Na2SO4·10H2O)後,返回浸出過程。碳酸鋰和鹽酸反應,可製得氯化鋰,供電解金屬鋰使用。流程如圖。

石灰法

適用於從鋰雲母中提取鋰。根據鋰雲母精礦的組成計算,每份精礦配入3~3.5份的石灰石,磨細到-200目,於950℃焙燒。燒塊用水急冷,以保持鋰呈可溶狀態。溼磨浸出,得到氫氧化鋰溶液。經過蒸發、結晶和重結晶提純,得到單水氫氧化鋰。結晶母液中殘留30~40%的鋰,通入CO2氣,生成碳酸鋰沉澱。母液富含鋰、銣、銫,是提取銣、銫的重要原料。

從礦石提取鋰化合物的方法還有硫酸鉀法、氯化焙燒法和鹼壓煮法等。

滷水提鋰

從滷水中提鋰的方法,因滷水組成而異。中國自貢滷水含鋰約70毫克/升,經過熬製食鹽,回收硼、鉀、碘、溴之後,母液中鋰富集到2克/升。母液進一步除去鈣、鎂後,蒸發濃縮,析出大部分的氯化鈉,然後加碳酸鈉,沉澱出碳酸鋰。

熔鹽電解制金屬鋰

工業生產金屬鋰採用LiCl-KCl熔鹽電解法。由於氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂的分解電壓低於氯化鋰的分解電壓,熔鹽中如含有鈉、鈣、鎂離子,將先於鋰或與鋰同時析出。因此必須保證這些雜質的含量很低。如果熔鹽中有氧、氮或水氣存在,電解時會由於氧化鋰、氮化鋰和氫氧化鋰的生成以及它們的乳化作用,增加鋰的膠粒溶解量,降低熔鹽電導率,影響電解效率。

鋰的電解一般在類似於鈉電解槽的槽內進行。槽體可由耐火磚砌成,內襯經過磷酸處理的石墨,以軟鋼作陰極,石墨作陽極,極間距7~9釐米。保持電解質含氯化鋰67~71%,陰極電流密度2.3安/釐米2,陽極電流密度0.8~1.2安/釐米2,於8.3~9伏,450~490℃電解,陽極析出氯氣,陰極析出金屬鋰。鋰的比重小於電解質的比重而上浮,沿導管流出槽外,在液體石蠟中固化成錠。所得金屬鋰的純度不低於99%。控制液態鋰與大氣接觸的時間和保持低的槽溫,可以顯著降低氧和氮的含量。金屬鋰還可以在非水介質中電解制取或採用液體陰極電解制取。

電解鋰在670℃真空蒸餾,可以獲得含鈉小於0.005%的高純鋰。真空蒸餾對降低氧、氮、磷含量也很有效,但能量消耗大,產量低。用5微米孔徑的燒結不鏽鋼過濾器於200℃過濾鋰,也能降低碳和鈣的含量。用釔、鈰、鈦等活性金屬處理熔融鋰,可使鋰中氮和氧的含量分別下降到20和150PPm。

鋰塑性良好,可以擠壓成各種規格的棒和絲;可以冷軋成厚度0.05~0.56毫米的鋰箔帶。鋰有很好的自焊性,室溫下,只要稍加壓力,鋰片就會焊接起來,而且容易與其他金屬粘結在一起。鋰也可以製成鋰粒、鋰粉和直徑10~30微米的鋰分散體。鋰的加工和包裝都必須在乾燥空氣(相對溼度不大於2%)中進行。

參考文章

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