真空气化-分级冷凝技术深度去除粗锂中镁杂质的热力学机制与工艺优化

【编辑推荐】针对高纯锂中镁杂质难以深度去除的行业难题，昆明理工大学团队创新性提出真空气化-分级冷凝（Vacuum gasification-fractional condensation）直接提纯技术。通过M?MIVM模型揭示Li-Mg共沸行为（Mg<13.2%时），结合金属簇相互作用分析及饱和蒸气压方程（5 Pa下ΔT=109.6℃），在700℃实现Li/Mg高效分离，最终将粗锂（99%）中Mg含量从0.01%降至0.000052%，为核级锂制备提供绿色解决方案。

　　

锂作为现代科技领域的"白色石油"，在新能源电池、航空航天和核工业中具有不可替代的战略价值。然而，当前高纯锂制备面临的核心瓶颈在于镁杂质的深度去除——这种看似微量的杂质会显著降低锂电池循环寿命、削弱锂合金机械强度，更可能影响核级锂同位素分离效率。传统工艺主要通过提纯氯化锂前驱体间接生产金属锂，但我国80%锂资源赋存于高镁锂比（Mg/Li>40）盐湖卤水中，现有沉淀法、溶剂萃取等技术存在流程冗长、污染风险等问题。

针对这一挑战，昆明理工大学研究人员在《Separation and Purification Technology》发表研究，开创性地采用真空气化-分级冷凝技术直接处理金属锂。团队首先通过分子相互作用体积模型（M?MIVM）进行热力学计算，发现当粗锂中镁含量低于13.2%时会出现Li-Mg共沸现象，传统真空蒸馏失效。进一步对Li_nMg_m金属簇的模拟显示，随着簇尺寸n增大，破坏Li-Mg相互作用所需能量显著增加。在5 Pa真空度下，共挥发温度需超过590℃，而两者的冷凝温度差达109.6℃（Li:588.61℃ vs Mg:479.01℃）。

关键技术包括：1）基于M?MIVM模型构建Li-Mg气液相平衡图；2）设计多温区真空分级冷凝炉；3）采用ICP-OES和XRD分析元素分布与物相组成。

【研究结果】
Gas–liquid phase equilibrium diagram of lithium–magnesium
M?MIVM计算显示Li-Mg体系存在负偏差行为，活度系数γ_Li最低可达0.32，证实共沸趋势。

Research on the volatilization and condensation characteristics
实验发现Li冷凝对温度敏感度极高，而Mg冷凝几乎不受温变影响。700℃时分离效果最佳，Li富集区纯度达98.15%，Mg富集区达99.98%。

Conclusion
实际应用中，该技术将99%粗锂的Mg含量从100 ppm降至0.52 ppb，突破核级锂纯度要求。相较传统工艺，省略氯化锂中间环节，能耗降低30%以上。

这项研究的意义在于：首次从金属簇相互作用角度阐明Li-Mg分离的热力学本质，开发出可直接应用于金属锂的一步法纯化技术。不仅为盐湖高镁锂比资源利用开辟新路径，更满足了航空航天材料轻量化与核工业对ppb级超纯锂的迫切需求。正如通讯作者Tao Qu强调的，该技术的环境友好特性使其在"双碳"背景下具有特殊优势，未来可拓展至其他高价值金属的深度提纯领域。