Получение лития электролизом

Вследствие высокого сродства к кислороду и к галогенам металлический литий получают либо электролизом расплавленных соединений, либо металлотермическим восстановлением с отгонкой образующегося лития.

Для получения лития высокой чистоты применяют металлические электролизеры с водоохлаждаемыми стенками, в которых образуется гарниссаж из застывших солей, защищающий электролит от взаимодействия со стенками электролизера, так как при высоких температурах графит со временем частично взаимодействует с литием: происходит межслойное внедрение лития в графит, образуется карбид, разлагающийся в электролите с выделением углерода. Кроме того, графит постепенно пропитывается электролитом. Также постепенно разрушается и графитовый анод.

Катоды изготовляют из малоуглеродистой стали, так как железо обладает весьма малой растворимостью в литии (меньше 0,01%). По ходу электролиза в анодное пространство периодически вводят хлористый литий для поддержания содержания хлорида лития в электролите в пределах 55—57% (по массе). Снижение содержания хлорида лития в электролите приводит к увеличению примеси калия в литии: калий выделяется на катоде вследствие небольшого различия в потенциалах разложения хлоридов лития и калия.

Потенциалы разложения LiCl и КС1 в электролите эвтектического состава равны при 405° С (Е=3,78 и 3,89) в соответственно. С повышением температуры потенциалы разложения этих хлоридов в расплаве сближаются. Это требует ограничения температуры процесса и использования легкоплавкой эвтектической смеси солей плотности тока на катоде и аноде. Выход по току достигает 90—93%. Выделяющийся на катоде жидкий литий всплывает на поверхность электролита, и его вычерпывают железной сетчатой ложкой по мере накопления. Литий хорошо смачивается расплавленным хлоридным электролитом, пленка которого защищает литий от окисления. Примерные содержания примесей в электролитическом литии [2, 4]% (по массе). Основные примеси это Na, Ca, Al, Si. Содержание примесей зависит от чистоты исходных хлоридов, материала футеровки, размера электролизера.

Чтобы исключить загрязнение калием и получить особо чистый литий, применяют электролит, состоящий из эвтектической смеси LiCl + LiBr. Однако этот метод не экономичен, так как в процессе электролиза расходуется более дорогой бромид лития, обладающий меньшим потенциалом разложения, чем хлорид. Электролизером служит металлическая ванна с водоохлаждаемыми стенками, на внутренней поверхности которых застывает защитный солевой гарнисаж (твёрдый, защитный слой).