论文部分内容阅读
锂是最轻的金属元素,在地壳中的丰度仅为0.0065 %,由于在能源、航天、军事等领域的广泛应用,是重要的战略物质,对其回收处理再生,有重要意义。氢氧化锂是最主要的锂化合物之一,广泛应用于化工原料、锂离子电池、石油、冶金、玻璃、陶瓷等行业,同时也是国防工业、原子能工业和航天工业不可或缺的原料。在军事潜艇中将氢氧化锂制成“生命保障隔板”,这些隔板起到空气净化的作用,能吸收二氧化碳气体,以防止失事潜艇内空气中的二氧化碳气体达到威胁人员生命的水平,提高人员在等待救援时的生存能力。这种隔板在吸收二氧化碳时还能产生大量的热,使艇内温度达到华氏140度左右,给艇员创造一个温暖的空间。军用空气净化剂耗量大,若将其用后废弃物回收,作为原料重新制备出空气净化剂或其他锂盐,可以重复使用,节约大量资源。本课题对空气净化用氢氧化锂的再生利用进行了研究,主要内容有两部分。第一部分:对孤立作业体系使用的氢氧化锂的再生进行研究。第二部分:以氢氧化锂作为锂源制备纳米LiCoO2。对孤立作业体系使用后的氢氧化锂的主要成分进行了分析,根据原料的组成及含量,选择用苛化法生产氢氧化锂。讨论了苛化温度、苛化液浓度、苛化时间和浓缩方式等反应条件对生产过程及产品的影响,确定了最佳生产工艺,锂回收率在8393 %之间。对产品中氢氧化锂的含量及钙、钠、钾、盐酸不溶物等杂质的含量进行分析,氢氧化锂的含量符合GB/T 8766-2002工业级标准要求。以氢氧化锂、柠檬酸和醋酸钴为原料,通过低温固相配位化学反应法合成了前驱体配合物,反应机理如下:通过元素分析、红外光谱分析和热重/差热分析对前驱体的组成、结构及热分解过程进行了研究,推断出前驱体的结构式如下:该前驱体进一步经过热处理即可制得超细纳米LiCoO2材料,此材料具有单一的α–NaFeO2型层状结构。前驱体的热分解大致分为两步进行,醋酸根先分解,再脱去柠檬酸根的碳得到纳米LiCoO2。对前驱体进行了非等温热分解动力学处理,得出了前驱体的热分解反应机理、热分解动力学方程、相应的动力学参数及活化熵⊿S≠和活化吉布斯函数⊿G≠,结果如下:前驱体的第3步热分解过程的反应动力学函数为:f（α）=1/3（1-α）[-ln（1-α）]-2;热分解的动力学方程为:dα/dt=A·e-E/RT·f（α）= A·e-E/RT·1/3（1-α）[-ln（1-α）]-2, E = 292.6 kJ/mol,LnA=53.06, r=0.9676,⊿S≠= 0.6118 kJ/mol·K,⊿G≠= -65.67 kJ/mol。利用XRD衍射分析和扫描电镜分析,系统地研究了合成条件对LiCoO2产品的物相结构及形貌的影响。研究表明,前驱体在一定压力下压片后,于600℃煅烧6h,随炉冷却即可形成层状结构的LiCoO2,产品物相纯净,结晶性好。SEM图可以看出产品的晶粒尺寸在100300 nm之间,晶体形貌规整,边缘清晰,但存在一定程度的团聚现象。结合所观察到的实验现象,讨论了低温固相反应的监测手段、影响因素及反应机理。