Літій, одержуваний електролізом або вакуум-металотермічним способом, містить не більше 98-99% Li.
У табл. 2 наведено хімічний склад літію, отриманого електролітичним способом.
Найбільш поширеною і небажаною домішкою в літії є азот, під впливом якого при високих температурах різко зростає швидкість корозії конструкційних матеріалів, з якими контактує рідкий літій. При більш низьких температурах-нітрид літію виділяється на холодних ділянках трубопроводів системи і закупорює їх.
Літій не має довгоіснуючих радіоактивних ізотопів, проте деякі домішки можуть наводити в контурі трубопроводів залишкову довгоживучу радіоактивність, що перевищує допустиму межу, за якої можливе працювати без захисту. Забруднення літію може відбуватися при його отриманні, а також при зберіганні, обробці та в процесі використання.
Очищення літію низькотемпературних фільтруванням
Фільтруванням можна очистити літій від більш тугоплавких домішок (оксиди, нітриди і ін.) До межі розчинності цих домішок в розплавленому літії при температурі, що трохи перевищує температуру плавлення чистого літію. Очищення літію від оксидів і нітридів заснована на зміні їх розчинності від температури. При знижених температурах ці домішки випадають в осад і можуть бути відфільтровані.
Нижче дана розчинність азоту і кисню в літії в залежності від температури,% (по масі):
З цих даних випливає, що кисень має значно меншу розчинність в літії, ніж азот. При цьому розчинність азоту швидко зростає з температурою. Розчинність кисню в літії при температурі трохи вище температури його плавлення становить менше 0,01%. Тому низькотемпературна фільтрація літію, наприклад при 250 ° С, більш ефективна для очищення літію від оксидів.
Для фільтрації застосовують металокерамічні фільтри, виготовлені із заліза, малоуглеродистой або нержавіючої сталі.
Очищення літію «виморожуванням» домішок (застосування холодних пасток)
Очищення літію від кисню та азоту взаємодією їх з більш активними металами
Очищення літію вакуумної дистиляцією
Для отримання літію високої чистоти застосовують вакуумну дистиляцію і ректифікацію технічного металу. Тиск пару більшості металевих домішок значно відрізняється від тиску пари літію, тому ці домішки можна відокремити від літію. Нижче наведені відносини рівноважних пружність парів різних металів, присутніх в літії в якості домішок, до пружності його пара при 800 ° С:
З цих даних випливає, що дистиляція літію повинна бути ефективним процесом для очищення від домішок калію, натрію, кальцію, алюмінію, кремнію і заліза.
Дослідження очищення літію дистиляцією від домішок натрію і калію виконані Роджерсом і Вьена. На рис. 1 показана схема апарату для дистиляції літію. Процес здійснювався в реторті з маловуглецевої сталі (довжина 1,6 м, діаметр 0,235 м). Один кінець реторти, в якому знаходився технічний літій, поміщали в індуктор, а інший з'єднували з вакуумною системою, що створює розрідження
Очищення літію ректифікацією
Ректифікацію літію здійснювали в колпачковой (рис. 3) і Безколпачкова колонах. Діаметр колон дорівнював 0,05 м, висота 1,5 м. Корпус колони виготовляли зі спеціального сплаву, а секції - з армко-заліза. В процесі ректифікації залишковий тиск дорівнювало 6-7 * 10в-3 мм рт. ст. Вихідний метал чистотою 98,6% Li завантажували в тигель, що обігрівається багатосекційній піччю. Літій в дефлегматоре містив летючі домішки калію, натрію і магнію, а кубовий залишок містив всі труднолетучие домішки. Чистота літію на тарілках в колпачковой колоні становила 99,99%, а в Безколпачкова 99,98%.
Очищення літію зонної плавкою
Перед зонної плавкою літій фільтрували від механічних включень. Зонний плавку проводили в атмосфері чистого сухого аргону. Після 15 проходів зі швидкістю 0,5 мм / хв були отримані результати, наведені в табл. 5.
Отже, літій чистотою 99,79% був очищений до 99,96%, т. Е. Незначно, тому метод зонного очищення для літію мало ефективний.
Очищення літію центрифугуванням
Метод заснований на тому, що при обертанні центрифуги зі швидкістю близько 500 об / хв під впливом відцентрової сили домішки більш важких металів відкидаються до периферії (денця) патрона, заповненого технічним літієм. Цей спосіб характеризується досить глибоким ступенем очищення.
На рис. 4 зображено ескіз центрифуги. Для підтримки літію в розплавленому стані центрифуга забезпечена нагрівачем і змійовиком для швидкого охолодження металу в кінці процесу.
Нижче наведено розподіл домішок в зливку літію після центрифугування в поєднанні з спрямованою кристалізацією,% (по масі):
Як бачимо, верхня частина злитка містить значно менше домішок, ніж нижня.