跟工程的論文

時間：2021-03-29 13:52:54 論文我要投稿

跟工程有關的論文

　　工程是科學和數學的某種應用，通過這一應用，使自然界的物質和能源的特性能夠通過各種結構、機器、產品、系統和過程，是以最短的時間和最少的人力、物力做出高效、可靠且對人類有用的東西。下面，小編為大家分享跟工程有關的論文，希望對大家有所幫助!

跟工程有關的論文

　　摘要：1817 年發現的不僅密度最小而且其化學性質也相對活潑的固態堿性金屬被正式命名為鋰，到目前為止，金屬鋰因為其特有的化學性質成為了最為理想的高能電池負極材料，而其化合物逐漸被應用在冶金、石油、化工、有機合成、高能電池、醫藥、陶瓷、玻璃以及日用品等各種行業中發揮著不可替代的作用。由于各種產品對金屬鋰純度的要求非常高，因此傳統的電解還原法制備金屬鋰已經不能滿足人們的需求而且其反應能耗大，污染環境，因而對高純金屬鋰的精煉工藝的改進也就顯得格外重要。

　　關鍵詞：高純金屬鋰;精煉工藝;改進。

　　目前，我國工業方面對金屬鋰的要求雖然不統一，但是一般情況下在鋰電池以及鋰合金等反面對鋰的純度要求是要大于 99.9%,對于核工業以及航天工業上對鋰的純度要求則會更高。而傳統的電解法得到的金屬鋰的純度僅為 94% ~ 98%,因此這種方法顯然已經不能滿足我們的需求，因而在對傳統電解法得到的金屬鋰在應用之前會重新進行熔融精煉。雖然這種辦法使得鋰的純度得到提高，但是由于其會在電解時產生大量的毒性氣體不利于環保，而且對設備以及原料有著很高的要求，工藝復雜，投資大等特點，因此對其進行改進以及開發新的精煉工藝方法是有著非常重要作用的。

　　1 對金屬鋰進行高純度精煉的作用。

　　金屬鋰是在 1817 年由瑞典化學家阿·阿爾夫維特桑在一種稀有的巖石中發現的。而如今隨著我國的科學技術的不斷發展，對于金屬鋰的開發利用技術也在不斷得到提高。目前金屬鋰不僅被廣泛的應用到電池、陶瓷、玻璃等工業反面，也被應用到了核工業以及航天事業等高科技行業。由于我國傳統陶瓷不僅對能量的要求很高還，對環境造成了很大的污染，而碳酸鋰不僅可以滿足減小相同質量的陶瓷對能量的消耗而且降低了對環境的污染，因而使得我國對金屬鋰的`需求逐漸增高。與此同時，鋰在玻璃的生產過程中的作用也在不斷的被發現。雖然鋰電池是金屬鋰的最大消費領域但是如今玻璃和陶瓷行業已成為鋰的第二大消費領域。

　　由于金屬鋰其物理性質(例如比熱容大、熱導率高、密度小、液相溫度范圍較寬)等特點，因此其可以在核聚變反應或核裂變反應堆中起到很好的制冷作用。而其化合物溴化鋰則也具備了鋰的“制冷”特性，從而也被廣泛的應用到空調，制冷和空氣凈化等方面。

　　鋰及其化合物因其燃燒度高、火焰寬、發熱量大等特點，而被用于火箭、飛機等大型設備上。在農業方面，鋰可以制造“鋰鹽肥料”而用于防治西紅柿腐爛和小麥銹穗病等。金屬鋰不僅在工業上對人們有所幫助，而且在工業等方面都影響著人們的生活。我國的金屬鋰礦產資源豐富，因此對其進行精煉提純不僅可以使我國金屬資源得到充分的利用，還可以應用鋰在工業方面的作用進一步降低對環境的污染等。

　　2 高純金屬鋰精煉工藝以及改進方法。

　　如今，國際上已經研究出了新的鋰生產以及精煉的方法，逐漸由傳統的巖礦產轉向鹽湖鹵水提鋰，而在此反應過程中得到的最便宜和最初級的產品碳酸鋰可以直接用于熱還原法制鋰。熱還原法生產鋰其生產過程雖然具有間歇性、生產耗能高等缺點，并且對于反應爐采用高溫、真空等條件所以也就需要選擇成本較為昂貴的特殊材質，但是與真空熱還原法精煉金屬鋰的整體工藝相比較，其反應對原料要求低而且在整個生產過程中無毒、無污染，其產品純度也將會達到 99.9% 及以上。以下就以真空熱還原―蒸餾法為例進行闡述。

　　3 真空熱還原 - 蒸餾法制備高純金屬鋰工藝以及改進。

　　真空熱還原 - 蒸餾法提純金屬鋰是基于礦物質中鋰以及其中雜質在一定的溫度下會具有不同的蒸氣壓，因而在這個條件下，依據各物質組成成分的蒸發速度以及冷凝速度的差異，是雜質等成分有效的與金屬鋰達到分離及提純的目的。

　　在此次熱還原―蒸餾法反應過程中，其各組分元素在液相和氣相中的分布規律是根據相對揮發度的大小來進行判斷的。如果將液態金屬鋰蒸餾視為理想溶液蒸餾，則相對揮發度為：

　　α=p1/p2 (1)。

　　式中：α 為相對揮發度，p1、p2 分別為雜質元素和金屬鋰的蒸氣壓力。

　　根據實際反應規律來看，在 1073K 溫度下鉀、鈉的相對揮發度比鋰大，容易揮發;而鐵、硅、鋁的相對揮發度比鋰小，難以揮發;而鈣和鎂的相對揮發度與鋰相差較小，難以用蒸餾法除去。因此文章采用新的蒸餾方法即真空蒸餾法。

　　本方法提純金屬鋰其反應爐則選擇銹鋼制造。并且經過電解后的金屬鋰從粗鋰熔化罐中加到鋰蒸餾爐內，熔化后流入蒸餾坩堝中。在其相對揮發度大于 1 的時候，鉀、鈉蒸發速度較快，經過冷凝分離之后，回收到蒸餾罐溫度較低的上部。而在相對揮發度小于 1 的情況下，高熔點雜質則會大部分殘留在蒸餾坩堝中。對傳統的蒸餾爐進行這樣的改造加工，不僅起到了過濾、蒸餾、精餾、低溫蒸餾的作用而且還可以通過過濾等簡單的方法除去在電解金屬鋰的過程中的氧化物等不熔化合物，起到了一舉多得的作用。

　　當蒸餾坩堝的溫度達到 973 ~ 1073K 時，金屬鋰則會從坩堝中揮發出來，并受到上部低溫罐體的作用下冷凝變成液態再次回流到罐底，而回流到罐底的熔融金屬鋰，依然還存在著低溫蒸餾的作用。因此不僅在回流過程中熔融金屬鋰不斷的與罐壁、冷凝罩和金屬蒸氣進行熱交換和物質交換，甚至到放入純鋰接收罐的整個過程中，金屬鋰均處于蒸餾提純狀態。因此采用此方法進行金屬鋰的提純，金屬鋰的純度可達 99.9% ~ 99.99%.蒸餾前電解金屬鋰的成分以及蒸餾爐的材質結構都會成為影響金屬鋰純度的影響因素。要想盡可能使得金屬鋰純度高，則其原料純度也要高。

　　雖然本方法得到的金屬鋰純度相對較高，但也有著許多需要改進的地方。例如由于這種蒸餾方法需要將鋰蒸發，因而其電能消耗大，蒸餾效率低;另外，由于蒸餾溫度過高，因此會使其熔體造成嚴重的腐蝕。為了克服金屬鋰在熱還原―真空蒸餾法提純過程中的缺點，采取一種經濟可行的辦法來提純金屬鋰，即先提純氯化鋰，通過簡單的工藝來除去高沸點鈣、硅、鐵、鋁等雜質，然后再應用電解法來提純純度較高的氯化鋰，從而在低溫條件下進行蒸餾來除鉀、鈉的熔融金屬鋰。為使得提純金屬鋰的蒸餾效率得到提高，可以在蒸餾設備上安裝電磁或機械攪拌器，以使得金屬鋰在不斷的攪拌下保持新鮮的表面，從而利于鉀、鈉的揮發。或者受到金屬鋰與個別雜質蒸氣壓差別小的影響，選擇應用高溫真空蒸餾法來提純金屬鋰，即是向熔融金屬鋰中加入少量 B2O3,然后于低溫、高真空下，在鉬制篩板的多級回流塔中進行分餾提純。其反應方程式為：

　　6Li+B2O3=3Li2O+2B (2)。

　　Li2O+Ca=CaO+2Li (3)。

　　4 采用熱還原―真空蒸餾法的優點。

　　(1)本反應工藝是還原和蒸餾反應同時進行的，有效的控制了熱還原以及蒸餾過程中的溫度和真空度，并且在同一設備中進行了多次提純，可以直接起到制備和提純的作用，并且金屬鋰的純度可以達到 99.99% 左右。

　　(2)由于產品的制備和提純同時進行反應，因此可以有效的減少在反應過程中物料的損失以及能耗，使得工藝過程變得相對簡單。

　　(3)本反應過程是在同一爐中進行的，即將還原爐和蒸鎦爐結合在了一起，通過對爐體不同溫度的控制控制，從而將傳統單一的反應爐變為了具有還原和蒸餾雙重作用的反應爐。二次蒸餾爐由于其保護器和蒸餾器的作用，從而也使得傳統工藝生產過程中需要的真空過濾等設備數量減少，從而使得不僅提純工藝變得簡化而且也提高了鋰的純度，設備也最大化的得到利用。

　　5 結束語。

　　如今，金屬鋰作為利用率相對高的金屬資源得到了越來越高的重視，核聚變發電等科技得到進一步突破性進展之后，作為其重要的金屬原料金屬鋰的需求也將會變得越來越多。現在除了繼續對鋰電池的發展之外，也將開發研制第二代鋰燃料電池。在工業方面，金屬鋰在煉鋁以及我國航空事業的發展方面也將會得到迅速發展。由于世界礦石資源的豐富儲備，金屬鋰的作用也將會應用到生活中的各個方面，雖然在提純金屬鋰的工藝上取得了很大的發展，但依然面臨著許多的問題。如傳統的電解法的能耗和環境污染問題，以及最新研制的真空還原法中金屬鋰固體熔渣的綜合利用問題等都是需要解決的問題。但是無論怎樣，根據目前的發展趨勢，真空熱還原法雖然存在著不足，但其依然是未來最具有發展前途的金屬鋰提純方法。

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