锂同位素分离(isotope separation of lithium)

使元素锂的同位素⁶Li和⁷Li分离的过程。元素锂在自然界有。⁶Li、⁷Li两种稳定同位素，其丰度分别为7.5％和92.5％。锂同位素分离方法主要采用化学交换法。1936年路易斯(Lewis)和麦克唐纳(Mac Donald)首先发表了锂汞齐和氯化锂溶液的化学交换分离体系，以后又陆续发现一些锂汞齐与含锂化合物有机相体系。这些分离体系的单级分离系数都在1.05左右，在分离过程中，⁶Li均富集在汞齐相。工业上采用锂汞齐与氢氧化锂水溶液体系的化学交换法分离锂同位素。

原理   锂同位素化学交换的反应为：

此化学交换反应的热力学平衡常数即单级分离系数α为：

式中х、(1一х)分别表示在富集相中。⁶Li、⁷Li的含量，％；y、(1—y)分别表示在另一相(贫化相)中。⁶Li、⁷Li的含量，％。

锂汞齐–氢氧化锂水溶液体系的同位素化学交换反应在两相的接触界面上进行。总的交换反应速度取决于在界面上所进行的同位素交换速度和锂原子在锂汞齐相或锂离子在溶液相中的扩散速度。但两相界面上的同位素化学交换速度极快，因而总的交换反应速度实际上取决于两相中锂原子或锂离子的扩散速度。

工艺   锂同位素分离的原则流程如图。锂汞齐和氢氧化锂水溶液在交换段通过连续的逆向流动、接触交换，使锂同位素丰度呈梯度分布，⁶Li丰度顺锂汞齐相流动方向逐步升高。为使两相物料连续运行，交换段两端设置上、下回流器。上回流器由汞阴极电解槽系统组成，连续产出锂汞齐。在上回流器中，锂由溶液相经电解转入汞齐相，完成贫化段的转相反应。下回流器由汞齐分解系统组成，进行富端的转相反应。锂汞齐经水解生成氢氧化锂水溶液和汞，汞回到电解槽系统，而富集⁶Li的氢氧化锂水溶液返回交换段，使交换段建立稳定的同位素丰度梯度。天然丰度的氢氧化锂溶液作为馈料在交换段的相应丰度处加入，产品则在所需丰度处取出。