沉淀法制備納米氟化鋰研究

毛振東，李 豐，歐陽鋒，宋剛剛

沉淀法制備納米氟化鋰研究

毛振東，李 豐，歐陽鋒，宋剛剛

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

采用碳酸鋰（Li2CO3）和氫氟酸（HF）為原料，通過沉淀法制備納米氟化鋰（LiF）。對產品進行了產率計算、XRD測試。結果顯示：反應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。反應低溫、低濃度條件下進行時，產率較高。

氟化鋰 生產工藝 應用 鋰離子電池

0 引言

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

在原子能工業中作中子屏蔽材料；熔巖反應堆中用作熔劑；在光學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、制作分光計和X射線單色儀的棱鏡。電池級氟化鋰[3]是生產鋰離子電池常用電解質六氟磷酸鋰的必要原料之一。隨著國家對螢石開采的限制以及環保要求的提高，開辟新的氟資源代替螢石，減輕環保壓力，降低生產成本，實現資源的綜合利用是今后氟化鋰研究的發展方向之一，同時，世界各國對鋰資源的開發意紛紛從固體礦轉向了含鋰高的鹽湖鹵水，開辟新的鋰資源代替鋰礦，不僅具有成本優勢，而且其中過度金屬雜質含量較低，也是今后氟化鋰研究發展的方向之一。

本研究擬采用直接沉淀法來制備碳酸鋰[4]與氫氟酸反應生成氟化鋰、水和二氧化碳。該法工藝簡單，生產過程較環保。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

1.1.1原料

原料有Li2CO3，工業級；HF，質量分數40%化學純；去離子水，實驗室自備。儀器有85-Z型磁力攪拌器，SHZ-III型循環水式真空泵，DZF-6050型真空干燥箱。

1.2 樣品制備

1）本文做了五組實驗

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啟機器。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，以避免劇烈反應產生濺射），反應溫度80 ℃，在2.5 h內加完。

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啟機器。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，以避免劇烈反應產生濺射），反應溫度80 ℃，在2.5 h內加完。

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啟機器。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，以避免劇烈反應產生濺射），反應溫度40 ℃，2.5 h內加完。

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

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，反應溫度40 ℃，于2.5 h內加完。

反應方程式：

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

3）將干燥的產品通過試驗篩，將篩上殘留的顆粒放在研缽總研磨，并再次過篩，反復研磨、過篩、混勻，將干燥的產品儲存在密閉的容器內保存。

1.3 樣品性能指標測試

1.3.1晶體尺寸

在Rigaku ultima IV型X射線衍射儀上進行XRD測試，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XRD分析測試，不僅可以確定在不同的pH值條件下所生成的產物的種類，而且可以了解到不同條件下所生成的產物的晶體尺寸。

1.3.2含水率計算

含水率=（M濕- M干）/ M濕

1.3.3收率計算

產品理論產量（X）= 35.0 g

2 結果與討論

2.1 產品收率以及晶體尺寸

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

表3 樣品的收率及晶體尺寸對比表

2.2 產品含水率

表4為不同樣品的含水率。對比產品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 樣品含水率對比表

2.3 產品的XRD分析

反應1-5均是在pH值為1的條件下進行的，所生成的產物是氟化鋰（LiF），圖1為各組產品XRD圖譜與標準PDF卡片對比圖。圖1為各組產品的XRD分析圖與標準PDF卡片對比圖，A至E號樣品與氟化鋰標準PDF卡片相對應。由此可知實驗所得產物為氟化鋰。

圖1 各組產品的XRD分析圖與標準PDF卡片對比圖

3 結論

反應體系中分散更均勻的碳酸鋰乳濁液反應生成的LiF粒度要比固體碳酸鋰反應生成的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成產品的產率較高。反應所得產品的晶體尺寸越小，含水率越高；濃度對產品的粒徑無明顯影響。

[1] 楊海蘭, 曹騏, 張志業等. 由氟化鋰和五氯化磷制備五氟化磷的動力學研究[J]. 無機鹽工業, 2011(06)．

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

[3] 寧延生. 中國無機鹽工業發展動態(Ⅰ)[J]. 無機鹽工業, 2003(01)．

[4] 施洪鈞, 趙玉珍. ICP-AES法同時測定氯化鋰和氫氧化 鋰中七種雜質元素[J]. 光譜實驗室, 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：化學電源。E-mail: 961883083@qq.com