金属锂及其化合物由于性能优异,不仅应用于医药、冶金、玻璃陶瓷、石油化工、合成橡胶等传统工业领域,也在能源电池、原子能、航空航天等国防尖端领域受到青睐。目前金属锂的生产方法有两种:一种是传统方法-熔盐电解法;另一种是目前最具前景的工艺方法-真空热还原法。熔盐电解法生产过程中产生腐蚀性气体-氯气;并且需要高纯氯化锂为原料,生产成本高;产物中钾、钠等杂质含量高。而真空热还原法相对熔盐电解法原料易得、过程清洁、产品纯度高。本论文主要研究了以氢氧化锂为原料、真空铝热还原炼锂工艺中含锂熟料制备及真空铝热还原过程的反应机理,并基于对金属锂冷凝过程的研究对锂收集器进行了优化设计。（1）常压合成富锂熟料Li5AlO4过程中,随着温度的升高和时间的延长,烧损率均逐渐增大后趋于平稳,结合理论烧损率及熟料物相组成分析,得出较佳的煅烧条件为煅烧温度750℃,煅烧时间120 min。（2）对Li5AlO4制备过程进行了反应机理及动力学研究,以单水氢氧化锂、氧化钙、氧化铝合成Li5AlO4熟料的反应机理为:100℃时,单水氢氧化锂脱去结晶水,同时,原料中氧化钙吸水,生成氢氧化钙,375℃时,氢氧化钙分解为氧化钙和水,425℃时,氢氧化锂和氧化铝反应,生成LiAlO2,475℃时,氢氧化锂热分解为氧化锂和水,500℃时,Li2O与LiAlO2 发生反应生成Li5AlO4。通过 Flynn-Wall-Ozawa（FWO）法和 Kissinger 法对制备Li5AlO4过程的动力学进行研究,得出了制备Li5AlO4过程中五个吸热峰的活化能分别为198.65、369.60、510.15、487.00、510.50 kJ/mol。（3）铝热还原Li5AlO4过程中,随着温度的升高,锂的还原率逐渐增大,1200℃时由于Li5AlO4先熔融,导致还原率降低;随着还原时间的增加,还原率逐渐增大,还原时间超过100 min反应基本完全,还原率增加不明显;随着铝粉过量系数的增加,还原率先增加后减小,过量系数在15%时还原率最高。较佳的还原条件为1150℃,还原时间120 min,铝粉过量系数为15%,还原率为90.7%。还原渣的物相组成为以12CaO·7Al2O3为主的钙铝化合物及未反应的少量的LiAlO2、CaO,不同反应条件下会有3CaO·Al2O3、CaO·Al2O3、CaO·2Al2O3。（4）对铝热还原Li5AlO4的过程机理及其动力学进行了研究,还原过程中,首先是Li5AlO4分解为LiAlO2和Li2O,Li2O和LiAlO2分别被铝粉还原为锂和氧化铝,产生的氧化铝与原料中的氧化钙发生化合,生成不同的钙铝化合物,主要以12CaO7Al2O3为主,还有3CaO·Al2O3、CaO·Al2O3、CaO2Al2O3等。真空铝热还原Li5AlO4属于液-固型反应,在1373～1473 K属于化学控制,表现活化能为33.06 kJ/mol。（5）对真空铝热还原炼锂工艺中冷凝收集过程进行了优化设计,探索出金属锂的冷凝区域随着反应温度的升高逐渐上移;设计了新的冷凝装置,在原有基础上增加了集锂槽,使金属锂更容易集中收集,通过实验证明,能达到预期效果。