跟工程有關(guān)的論文
工程是科學(xué)和數(shù)學(xué)的某種應(yīng)用，通過這一應(yīng)用，使自然界的物質(zhì)和能源的特性能夠通過各種結(jié)構(gòu)、機(jī)器、產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程，是以最短的時(shí)間和最少的人力、物力做出高效、可靠且對(duì)人類有用的東西。下面，小編為大家分享跟工程有關(guān)的論文，希望對(duì)大家有所幫助!
摘 要：1817 年發(fā)現(xiàn)的不僅密度最小而且其化學(xué)性質(zhì)也相對(duì)活潑的固態(tài)堿性金屬被正式命名為鋰，到目前為止，金屬鋰因?yàn)槠涮赜械幕瘜W(xué)性質(zhì)成為了最為理想的高能電池負(fù)極材料，而其化合物逐漸被應(yīng)用在冶金、石油、化工、有機(jī)合成、高能電池、醫(yī)藥、陶瓷、玻璃以及日用品等各種行業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用。由于各種產(chǎn)品對(duì)金屬鋰純度的要求非常高，因此傳統(tǒng)的電解還原法制備金屬鋰已經(jīng)不能滿足人們的需求而且其反應(yīng)能耗大，污染環(huán)境，因而對(duì)高純金屬鋰的精煉工藝的改進(jìn)也就顯得格外重要。
關(guān)鍵詞：高純金屬鋰;精煉工藝;改進(jìn)。
目前，我國工業(yè)方面對(duì)金屬鋰的要求雖然不統(tǒng)一，但是一般情況下在鋰電池以及鋰合金等反面對(duì)鋰的純度要求是要大于 99.9%,對(duì)于核工業(yè)以及航天工業(yè)上對(duì)鋰的純度要求則會(huì)更高。而傳統(tǒng)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(jīng)不能滿足我們的需求，因而在對(duì)傳統(tǒng)電解法得到的金屬鋰在應(yīng)用之前會(huì)重新進(jìn)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(huì)在電解時(shí)產(chǎn)生大量的毒性氣體不利于環(huán)保，而且對(duì)設(shè)備以及原料有著很高的要求，工藝復(fù)雜，投資大等特點(diǎn)，因此對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)以及開發(fā)新的精煉工藝方法是有著非常重要作用的。
1 對(duì)金屬鋰進(jìn)行高純度精煉的作用。
金屬鋰是在 1817 年由瑞典化學(xué)家阿·阿爾夫維特桑在一種稀有的巖石中發(fā)現(xiàn)的。而如今隨著我國的科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于金屬鋰的開發(fā)利用技術(shù)也在不斷得到提高。目前金屬鋰不僅被廣泛的應(yīng)用到電池、陶瓷、玻璃等工業(yè)反面，也被應(yīng)用到了核工業(yè)以及航天事業(yè)等高科技行業(yè)。由于我國傳統(tǒng)陶瓷不僅對(duì)能量的要求很高還，對(duì)環(huán)境造成了很大的污染，而碳酸鋰不僅可以滿足減小相同質(zhì)量的陶瓷對(duì)能量的消耗而且降低了對(duì)環(huán)境的污染，因而使得我國對(duì)金屬鋰的`需求逐漸增高。與此同時(shí)，鋰在玻璃的生產(chǎn)過程中的作用也在不斷的被發(fā)現(xiàn)。雖然鋰電池是金屬鋰的最大消費(fèi)領(lǐng)域但是如今玻璃和陶瓷行業(yè)已成為鋰的第二大消費(fèi)領(lǐng)域。
由于金屬鋰其物理性質(zhì)(例如比熱容大、熱導(dǎo)率高、密度小、液相溫度范圍較寬)等特點(diǎn)，因此其可以在核聚變反應(yīng)或核裂變反應(yīng)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(yīng)用到空調(diào)，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(fā)熱量大等特點(diǎn)，而被用于火箭、飛機(jī)等大型設(shè)備上。在農(nóng)業(yè)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(yè)上對(duì)人們有所幫助，而且在工業(yè)等方面都影響著人們的生活。我國的金屬鋰礦產(chǎn)資源豐富，因此對(duì)其進(jìn)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(yīng)用鋰在工業(yè)方面的作用進(jìn)一步降低對(duì)環(huán)境的污染等。
2 高純金屬鋰精煉工藝以及改進(jìn)方法。
如今，國際上已經(jīng)研究出了新的鋰生產(chǎn)以及精煉的方法，逐漸由傳統(tǒng)的巖礦產(chǎn)轉(zhuǎn)向鹽湖鹵水提鋰，而在此反應(yīng)過程中得到的最便宜和最初級(jí)的產(chǎn)品碳酸鋰可以直接用于熱還原法制鋰。熱還原法生產(chǎn)鋰其生產(chǎn)過程雖然具有間歇性、生產(chǎn)耗能高等缺點(diǎn)，并且對(duì)于反應(yīng)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(zhì)，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(yīng)對(duì)原料要求低而且在整個(gè)生產(chǎn)過程中無毒、無污染，其產(chǎn)品純度也將會(huì)達(dá)到 99.9% 及以上。以下就以真空熱還原―蒸餾法為例進(jìn)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(jìn)。
真空熱還原 - 蒸餾法提純金屬鋰是基于礦物質(zhì)中鋰以及其中雜質(zhì)在一定的溫度下會(huì)具有不同的蒸氣壓，因而在這個(gè)條件下，依據(jù)各物質(zhì)組成成分的蒸發(fā)速度以及冷凝速度的差異，是雜質(zhì)等成分有效的與金屬鋰達(dá)到分離及提純的目的。
在此次熱還原―蒸餾法反應(yīng)過程中，其各組分元素在液相和氣相中的分布規(guī)律是根據(jù)相對(duì)揮發(fā)度的大小來進(jìn)行判斷的。如果將液態(tài)金屬鋰蒸餾視為理想溶液蒸餾，則相對(duì)揮發(fā)度為：
α=p1/p2 (1)。
式中：α 為相對(duì)揮發(fā)度，p1、p2 分別為雜質(zhì)元素和金屬鋰的蒸氣壓力。
根據(jù)實(shí)際反應(yīng)規(guī)律來看，在 1073K 溫度下鉀、鈉的相對(duì)揮發(fā)度比鋰大，容易揮發(fā);而鐵、硅、鋁的相對(duì)揮發(fā)度比鋰小，難以揮發(fā);而鈣和鎂的相對(duì)揮發(fā)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(yīng)爐則選擇銹鋼制造。并且經(jīng)過電解后的金屬鋰從粗鋰熔化罐中加到鋰蒸餾爐內(nèi)，熔化后流入蒸餾坩堝中。在其相對(duì)揮發(fā)度大于 1 的時(shí)候，鉀、鈉蒸發(fā)速度較快，經(jīng)過冷凝分離之后，回收到蒸餾罐溫度較低的上部。而在相對(duì)揮發(fā)度小于 1 的情況下，高熔點(diǎn)雜質(zhì)則會(huì)大部分殘留在蒸餾坩堝中。對(duì)傳統(tǒng)的蒸餾爐進(jìn)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(dāng)蒸餾坩堝的溫度達(dá)到 973 ~ 1073K 時(shí)，金屬鋰則會(huì)從坩堝中揮發(fā)出來，并受到上部低溫罐體的作用下冷凝變成液態(tài)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(jìn)行熱交換和物質(zhì)交換，甚至到放入純鋰接收罐的整個(gè)過程中，金屬鋰均處于蒸餾提純狀態(tài)。因此采用此方法進(jìn)行金屬鋰的提純，金屬鋰的純度可達(dá) 99.9% ~ 99.99%.蒸餾前電解金屬鋰的成分以及蒸餾爐的材質(zhì)結(jié)構(gòu)都會(huì)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(duì)較高，但也有著許多需要改進(jìn)的地方。例如由于這種蒸餾方法需要將鋰蒸發(fā)，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(huì)使其熔體造成嚴(yán)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(diǎn)，采取一種經(jīng)濟(jì)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(diǎn)鈣、硅、鐵、鋁等雜質(zhì)，然后再應(yīng)用電解法來提純純度較高的氯化鋰，從而在低溫條件下進(jìn)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(shè)備上安裝電磁或機(jī)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(fā)�；蛘呤艿浇饘黉嚺c個(gè)別雜質(zhì)蒸氣壓差別小的影響，選擇應(yīng)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(jí)回流塔中進(jìn)行分餾提純。其反應(yīng)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(yōu)點(diǎn)。
(1)本反應(yīng)工藝是還原和蒸餾反應(yīng)同時(shí)進(jìn)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(shè)備中進(jìn)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(dá)到 99.99% 左右。
(2)由于產(chǎn)品的制備和提純同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，因此可以有效的減少在反應(yīng)過程中物料的損失以及能耗，使得工藝過程變得相對(duì)簡單。
(3)本反應(yīng)過程是在同一爐中進(jìn)行的，即將還原爐和蒸鎦爐結(jié)合在了一起，通過對(duì)爐體不同溫度的控制控制，從而將傳統(tǒng)單一的反應(yīng)爐變?yōu)榱司哂羞�原和蒸餾雙重作用的反應(yīng)爐。二次蒸餾爐由于其保護(hù)器和蒸餾器的作用，從而也使得傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)過程中需要的真空過濾等設(shè)備數(shù)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(shè)備也最大化的得到利用。
5 結(jié)束語。
如今，金屬鋰作為利用率相對(duì)高的金屬資源得到了越來越高的重視，核聚變發(fā)電等科技得到進(jìn)一步突破性進(jìn)展之后，作為其重要的金屬原料金屬鋰的需求也將會(huì)變得越來越多�，F(xiàn)在除了繼續(xù)對(duì)鋰電池的發(fā)展之外，也將開發(fā)研制第二代鋰燃料電池。在工業(yè)方面，金屬鋰在煉鋁以及我國航空事業(yè)的發(fā)展方面也將會(huì)得到迅速發(fā)展。由于世界礦石資源的豐富儲(chǔ)備，金屬鋰的作用也將會(huì)應(yīng)用到生活中的各個(gè)方面，雖然在提純金屬鋰的工藝上取得了很大的發(fā)展，但依然面臨著許多的問題。如傳統(tǒng)的電解法的能耗和環(huán)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(jù)目前的發(fā)展趨勢(shì)，真空熱還原法雖然存在著不足，但其依然是未來最具有發(fā)展前途的金屬鋰提純方法。
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