沉淀法制备纳米氟化锂研究

毛振东，李 丰，欧阳锋，宋刚刚

沉淀法制备纳米氟化锂研究

毛振东，李 丰，欧阳锋，宋刚刚

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

采用碳酸锂（Li2CO3）和氢氟酸（HF）为原料，通过沉淀法制备纳米氟化锂（LiF）。对产品进行了产率计算、XRD测试。结果显示：反应体系在低温下所生成的晶体的粒度要小于在高温条件下所生成的晶体的粒度。反应低温、低浓度条件下进行时，产率较高。

氟化锂 生产工艺 应用 锂离子电池

0 引言

氟化锂是一种重要的锂基基础材料，因此研究氟化锂的制备工艺的意义十分重大。氟化锂[1]的反应是以反应（沉淀）结晶为基础的。

在原子能工业中作中子屏蔽材料；熔岩反应堆中用作熔剂；在光学材料中作紫外线的透明窗。高纯氟化锂[2]还可用于制备氟化锂玻璃、制作分光计和X射线单色仪的棱镜。电池级氟化锂[3]是生产锂离子电池常用电解质六氟磷酸锂的必要原料之一。随着国家对萤石开采的限制以及环保要求的提高，开辟新的氟资源代替萤石，减轻环保压力，降低生产成本，实现资源的综合利用是今后氟化锂研究的发展方向之一，同时，世界各国对锂资源的开发意纷纷从固体矿转向了含锂高的盐湖卤水，开辟新的锂资源代替锂矿，不仅具有成本优势，而且其中过度金属杂质含量较低，也是今后氟化锂研究发展的方向之一。

本研究拟采用直接沉淀法来制备碳酸锂[4]与氢氟酸反应生成氟化锂、水和二氧化碳。该法工艺简单，生产过程较环保。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

1.1.1原料

原料有Li2CO3，工业级；HF，质量分数40%化学纯；去离子水，实验室自备。仪器有85-Z型磁力搅拌器，SHZ-III型循环水式真空泵，DZF-6050型真空干燥箱。

1.2 样品制备

1）本文做了五组实验

A、在1000 mL四氟烧杯中加入HF溶液，将烧杯置于磁力搅拌器上并开启机器。将50 g碳酸锂与200 mL H2O配成乳浊液，用滴管缓慢的加入到HF溶液中（注：要在搅拌下缓慢加入Li2CO3，以避免剧烈反应产生溅射），反应温度80 ℃，在2.5 h内加完。

B、在1000 mL四氟烧杯中加入HF溶液，将烧杯置于磁力搅拌器上并开启机器。将50 g碳酸锂固体加入到（80 mL） HF溶液中（注：要在搅拌下缓慢加入Li2CO3，以避免剧烈反应产生溅射），反应温度80 ℃，在2.5 h内加完。

C、在1000 mL四氟烧杯中加入HF溶液，将烧杯置于磁力搅拌器上并开启机器。将50 g碳酸锂固体加入到（80 mL）HF溶液中（注：要在搅拌下缓慢加入Li2CO3，以避免剧烈反应产生溅射），反应温度40 ℃，2.5 h内加完。

D、取80 mL HF溶液加入100 mL H2O稀释转移至在1000 mL四氟烧杯中，再将碳酸锂固体缓慢加入到HF溶液中，反应温度40 ℃，在2.5 h内加完。

E、将50 g碳酸锂与200 mL H2O配成乳浊液，用滴管缓慢的加入到用80 mL HF溶液加入100 mL H2O稀释的HF溶液中，反应温度40 ℃，于2.5 h内加完。

反应方程式：

2）将反应后的母液静止一段时间（0.5 h），然后将溶液转移至布氏漏斗抽滤，用蒸馏水洗涤3-4次后，称得湿品质量M1，并转移至蒸发皿中,放入110 ℃ ± 2的烘箱中干燥2 h，从烘箱中取出产品，置于干燥器内冷却至室温，称得质量M2。

3）将干燥的产品通过试验筛，将筛上残留的颗粒放在研钵总研磨，并再次过筛，反复研磨、过筛、混匀，将干燥的产品储存在密闭的容器内保存。

1.3 样品性能指标测试

1.3.1晶体尺寸

在Rigaku ultima IV型X射线衍射仪上进行XRD测试，采用Cu K射线（γ = 1.5418 Å），石墨单色器，管电压电流20 KV × 20 mA，扫描速度为10o/min，扫描范围10-80o。通过XRD分析测试，不仅可以确定在不同的pH值条件下所生成的产物的种类，而且可以了解到不同条件下所生成的产物的晶体尺寸。

1.3.2含水率计算

含水率=（M湿- M干）/ M湿

1.3.3收率计算

产品理论产量（X）= 35.0 g

2 结果与讨论

2.1 产品收率以及晶体尺寸

表3为不同样品收率及晶体尺寸对比表。对比样品A和B，以及D和E，可知配成乳浊液碳酸锂反应所生成的晶体的粒度要小于固体碳酸锂反应所生成的晶体的粒度。A、B与C、D和E对比可知在高温下反应生成的产品粒度要大于低温下反应生成的产品的粒度，其原因是高温下碳酸锂溶解迅速，形成的晶核少，生长速度快，生成的产品粒径大；低温条件下生成的晶核多，生长缓慢，生成的产品粒径小。对比样品A、B、C、D、E，可知浓度对产品的粒径无明显影响；固体碳酸锂在低温条件下反应生成产品收率较高。

表3 样品的收率及晶体尺寸对比表

2.2 产品含水率

表4为不同样品的含水率。对比产品A至E，晶体尺寸越小，含水率越高，其原因是晶体尺寸越小，比面积大，吸收的水分越多。

表4 样品含水率对比表

2.3 产品的XRD分析

反应1-5均是在pH值为1的条件下进行的，所生成的产物是氟化锂（LiF），图1为各组产品XRD图谱与标准PDF卡片对比图。图1为各组产品的XRD分析图与标准PDF卡片对比图，A至E号样品与氟化锂标准PDF卡片相对应。由此可知实验所得产物为氟化锂。

图1 各组产品的XRD分析图与标准PDF卡片对比图

3 结论

反应体系中分散更均匀的碳酸锂乳浊液反应生成的LiF粒度要比固体碳酸锂反应生成的LiF晶体尺寸小。低温下所生成的晶体的尺寸要小于在高温条件下所生成的晶体的尺寸。固体碳酸锂在低温条件下反应成产品的产率较高。反应所得产品的晶体尺寸越小，含水率越高；浓度对产品的粒径无明显影响。

[1] 杨海兰, 曹骐, 张志业等. 由氟化锂和五氯化磷制备五氟化磷的动力学研究[J]. 无机盐工业, 2011(06)．

[2] 焦真, 陈志明. 萃取精馏中离子液体萃取剂的研究进展[J]. 化工进展, 2010(11)．

[3] 宁延生. 中国无机盐工业发展动态(Ⅰ)[J]. 无机盐工业, 2003(01)．

[4] 施洪钧, 赵玉珍. ICP-AES法同时测定氯化锂和氢氧化 锂中七种杂质元素[J]. 光谱实验室, 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

毛振东（1984-），男，工程师。研究方向：化学电源。E-mail: 961883083@qq.com