ВАКУУМНАЯ ШАХТНАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ ВАКУУМ-ТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТИЯ
VACUUM ELECTRIC PIT-TYPE HEATING FURNACE FOR VACUUM-THERMAL PRODUCTION OF LITHIUM

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения лития вакуум-термическим методом при использовании вакуумной шахтной электропечи сопротивления в режиме совмещенного процесса (синтез - восстановление) - конденсация.
Известно устройство для получения лития путем алюминотермического восстановления моноалюмината лития в вакууме, содержащее печь с вертикально установленной в ней ретортой, имеющей зону восстановления и зону конденсации, а также приемник расплавленного металла (SU 1543844 А, от 13.05.1988).
Известное устройство работает следующим образом. Исходным продуктом для восстановления служит моноалюминат лития, который смешивают с алюминиевым порошком, брикетируют, помещают в вертикальную реторту и нагревают в вакууме. Пары лития конденсируются в конденсаторе в твердом виде, а затем сплавляются в металлоприемник.
К недостаткам устройства относится необходимость переплавки полученного конденсата лития в контейнер, находящийся в зоне восстановления, что требует значительного охлаждения реторты и вызывает повышенный расход энергии и наличие экологических проблем, связанных с пылением при работе с тонкодисперсными материалами.
Ближайшим аналогом предложенного изобретения является устройство для получения лития, содержащее печь с вертикально установленной в ней, по крайней мере, одной ретортой, имеющей зону нагрева и зону конденсации и подсоединенной к системам вакуумирования и циркуляции хладагента, при этом зона конденсации сообщена с емкостью для сбора металла (RU 2205240 С1, опублик. 27.05.2003, C22B 26/12).
К недостаткам этого устройства следует отнести сложную конструкцию системы получения лития в слитках, потенциальную возможность загрязнения получаемого лития посторонними примесями, поступающими, например, из материала реторты, а также довольно низкую производительность устройства.
В изобретении достигается технический результат, заключающийся в упрощении конструкции устройства для получения металлического лития, повышении производительности устройства, а также в обеспечении возможности создания необходимого разрежения в рабочем пространстве устройства без использования дорогостоящего инертного газа.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Вакуумная шахтная электропечь сопротивления для вакуум-термического получения лития имеет цилиндрическую форму. Во внутреннем пространстве электропечи установлена реторта, внутри которой находится олундовый тигель для размещения шихты. Электропечь снабжена по торцам верхней съемной и нижней футерованными крышками. Боковые стенки электропечи снабжены футеровкой с нагревательными элементами и датчиком температуры.
Реторта герметично перекрыта по верхнему торцу коническим конденсатором с отверстием в вершине, над которым установлен кристаллизатор.
К кристаллизатору подведена система охлаждения. Конденсатор и кристаллизатор закреплены в верхней съемной крышке. Внутреннее пространство электропечи через нижнюю крышку подсоединено к последовательно соединенным диффузионному вакуумному и форвакуумному насосам. Электропечь соединена через блок управления с блоком питания.
Упрощение конструкции и повышение производительности устройства для получения металлического лития достигается за счет того, что исключаются элементы, связанные со стадией расплавления полученного металлического лития.
Возможность создания необходимого разрежения в рабочем пространстве устройства без использования дорогостоящего инертного газа достигается одновременной работой системы форвакуумного и диффузионного насосов, создающих ваккум.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен схематически общий вид вакуумной шахтной электропечи сопротивления для вакуум-термического получения лития.
Во внутреннем реакционном пространстве 1 электропечи, имеющей цилиндрическую форму, установлена реторта 2, внутри которой установлен олундовый тигель 3 с размещаемой в нем шихтой. Электропечь снабжена по торцам нижней и верхней съемной футерованными крышками 4 и 5 соответственно. Боковые стенки электропечи снабжены футеровкой 6 с нагревательными элементами и датчиком 7 температуры, служащим для управления процессом работы печи в режиме нагрева - охлаждения.
Тигель 3 герметично перекрыт по верхнему торцу коническим конденсатором 8 с отверстием в вершине, над которым установлен кристаллизатор 9.
К кристаллизатору 9 подведена система 10 охлаждения. Конденсатор 8 и кристаллизатор 9 закреплены в верхней крышке 5, также герметизирующей реакционное пространство 1 печи.
Внутреннее пространство 1 электропечи через нижнюю крышку 4 подсоединено к последовательно соединенным диффузионному вакуумному и форвакуумному насосам 11, 12 соответственно. Кроме того, нижняя крышка 4 служит для закладки футеровки 6 стенок печи.
Электропечь соединена через блок 13 управления с блоком 14 питания.
Получение лития с помощью вакуумной шахтной электропечи сопротивления осуществляют следующим образом.
Готовят исходную смесь (шихту), содержащую гидроксоалюминат лития - 45-50, карбонат лития - 20-25, алюминиевый порошок - остальное.
Для вакуум-термического получения лития используют вакуумную шахтную электропечь сопротивления, имеющую цилиндрическую форму.
Приготовленную шихту брикетируют в пресс-форме и полученные брикеты загружают в олундовый тигель 3.
Тигель 3, с имеющейся в нем шихтой, устанавливают во внутреннее реакционное пространство 1 электропечи внутри реторты 2.
В реакционном пространстве 1 создают вакуум до давления остаточных газов 100-150 Па с помощью одновременной работы диффузионного вакуумного насоса 11 и форвакуумного насоса 12.
Затем проводят равномерный нагрев шихты до температуры, при которой происходит синтез алюминатов лития, т.е. до температуры, равной 600-650°С.
При синтезе происходит соединение гидроксоалюмината лития с карбонатом лития с получением богатого по литию пятилитиевого алюмината, что значительно облегчает выход паров лития на второй стадии проведения способа.
При этой температуре смесь выдерживают до окончания процесса в течение 1-1,5 часов.
После этого производят нагрев синтезированной смеси до температуры 1000-1150°С, при которой происходит ее восстановление до металлического лития, и выдерживают при этой температуре в течение 1-4 часов до окончания восстановления и получения металлического лития в виде конденсата в конденсаторе 8.
В процессе восстановления пары лития из реакционного пространства 1 печи поступают в конденсатор 8 и через отверстие в нем осаждаются на кристаллизаторе 9, к которому подведена система 10 охлаждения.
Полученный конденсат охлаждают в кристаллизаторе 9 с помощью системы 10 до комнатной температуры и извлекают из электропечи.
В предложенном устройстве повышается производительность устройства при одновременном упрощении конструкции и выход металлического лития достигает 95-97%.