含鋰母液綜合利用工藝研究

楊華春

（多氟多化工股份有限公司，河南焦作 454191）

含鋰母液綜合利用工藝研究

楊華春

（多氟多化工股份有限公司，河南焦作 454191）

摘要：工業級碳酸鋰經碳化、重結晶可制得生產鋰離子電池所需關鍵原材料高純碳酸鋰。為保證高純碳酸鋰的產品質量，生產企業每生產1 t高純碳酸鋰外排母液含鋰50～80 kg，如何合理地回收利用此部分鋰資源，是目前鋰行業研究的重點。結合鋰化合物的溶解度、用途及附加值，以高純碳酸鋰母液中的鋰為原料，研究開發了一種利用含鋰母液生產高附加值磷酸鋰的制備工藝。結果表明，所得磷酸鋰產品符合YS/T 637—2007《彩色熒光粉用磷酸鋰》指標要求。

關鍵詞：鋰；磷酸鋰；溶解度；溶度積

鋰號稱“稀有金屬”，也被稱為“21世紀的能源金屬”。鋰及其化合物在玻璃、陶瓷、冶金、紡織、橡膠、潤滑材料、醫療等傳統領域具有廣泛的應用，同時在航天航空、核能發電、高能電池、輕質高強合金等高新技術領域其需求量也在不斷增加。但是，鋰資源總量在逐年減少，如何合理充分地利用好現有鋰資源是值得關注的問題。

碳酸鋰、硫酸鋰、硝酸鋰、氯化鋰、氟化鋰等作為基礎的鋰化合物，其生產過程基本為液相法，因其在水中有不同的溶解度因而其收率也各不相同，一般為85%。如何合理地回收利用母液中的鋰，提高鋰資源的利用率，是當今研究的熱點。結合鋰化合物的溶解度、用途及附加值，多氟多公司技術人員完成了采用高純碳酸鋰制備過程產生的含鋰母液制取高附加值產品磷酸鋰的工藝研究，充分回收利用了現有鋰資源，促進了新能源行業的健康穩定發展。

1　研究機理

不同鋰化合物的溶解度見表1［1］。碳酸鋰25℃時的溶度積為8.15×10-4，磷酸鋰25℃時的溶度積為3.2×10-9，可以選用在碳酸鋰母液中加入磷酸，使鋰以磷酸鋰的形式沉淀出來。主要化學方程式：

表1　鋰化合物溶解度

2　原料成分及來源

1）制備高純碳酸鋰所得母液，Li質量濃度為2～5 g/L。高純碳酸鋰制備過程是將工業級碳酸鋰經碳化、重結晶制得高純碳酸鋰，原料工業級碳酸鋰中的雜質存在于碳化和重結晶的溶液中，為進一步確保重結晶碳酸鋰的產品質量，需要將重結晶后的母液外排，折合制備1 t高純碳酸鋰外排母液中含鋰50～80 kg。2）磷酸，分析純，質量分數為85%，外購。

3　工藝技術

3.1工藝方法

按含鋰母液中的鋰與磷酸的物質的量比為3∶（1～2.5）將磷酸加入含鋰母液中，在70～90℃反應1～2 h，反應充分后過濾，濾餅洗滌后烘干即得磷酸鋰成品，濾液及洗水加石灰調節pH至7～8后達標排放。

3.2實驗數據及結果分析

采用碳酸鋰母液制備磷酸鋰實驗數據見表2、制得磷酸鋰產品檢測結果見表3。由表2可知：1）反應溫度升高，鋰回收率增加，因為溫度升高，生成物二氧化碳易于逸出，反應速率增加，鋰轉化率增加，因此將反應溫度定為90℃；2）如果磷酸過量，反應后溶液會呈酸性，磷酸鋰會繼續和磷酸反應生成易溶于水的磷酸二氫鋰，降低鋰回收率，因此按碳酸鋰與磷酸物質的量比為3∶2加入磷酸；3）反應時間為1 h時即可使反應完全，因此將反應時間定為1 h。由表3可知：制備的磷酸鋰雜質含量少，產品純度＞98.5%，產品質量符合YS/T 637—2007《彩色熒光粉用磷酸鋰》二等品指標要求；并且成品經X射線衍射分析可知，得到的為單一純凈的磷酸鋰物質。

表2　采用碳酸鋰母液制備磷酸鋰實驗數據

表3　磷酸鋰實驗產品檢測結果

3.3工藝評價

利用含鋰母液生產高附加值磷酸鋰具有以下優點：1）利用不同含鋰化合物的溶解度和溶度積的不同，將含鋰母液中的鋰資源合理地轉化為高附加值的磷酸鋰，節約了鋰資源；2）鋰轉化率高，鋰資源得到充分利用，降低了鋰產品的生產成本；3）工藝簡單，便于操作，易于工業化生產。缺點：含鋰母液中的雜質成分直接決定了磷酸鋰的產品質量，母液中雜質含量越低，制得的磷酸鋰的產品質量越好。

4　結束語

隨著新能源行業的發展，含鋰化合物的需求也在穩步提升。如：2012年中國鋰離子電池電解液產能約2.5萬t，折合碳酸鋰需求量為900 t，按高純碳酸鋰制備收率為85%計，則含鋰母液中含碳酸鋰135 t，按鋰回收率90%計，可生產磷酸鋰121.5 t，按目前市場磷酸鋰單價7萬元/t計（不含稅價，產品純度95%），可產生850.5萬元效益；按目前市場磷酸鋰單價12萬元/t計（不含稅價，產品純度99.9%），可產生1 458萬元效益。除此之外，還有液相法制備磷酸鐵鋰、金屬鋰等多種鋰產品都有含鋰母液，如將此部分母液全部回收，其經濟效益、環境效益和社會效益將會極其顯著。

參考文獻：

［1］陳冠榮等.化工百科全書［M］.北京：化學工業出版社,1993.

聯系方式：jsbzcb@dfdchem.com

中圖分類號：TQ131.11

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4990（2013）09-0040-02

收稿日期：2013-04-05

作者簡介：楊華春（1970—），男，本科，高級工程師，長期從事氟化工研究，獲省、部級科技成果獎數項，已發表論文數篇，獲得國家授權專利40項。

Study on comprehensive utilization technology of lithium-bearing mother liquor

Yang Huachun
（Do-Fluoride Chemical Co.，Ltd.，Jiaozuo 454191，China）

Abstract：High purity lithium carbonate used as the key raw material of lithium ion battery，can be prepared from industrial lithium carbonate by the carbonization and recrystallization processes.In order to ensure the quality of high purity lithium carbonate，production enterprises will generally discharge 50～80 kg lithium-bearing mother liquor when producing 1 t high purity lithium carbonate.How to reasonably recycle these lithium resources is the present focus in the study of lithium industry.Based on solubility，use and on added value of lithium compounds，a preparation technology of high value-added lithium phosphate with lithium in the mother liquor as raw material has been developed.Results showed that the products complied with requirements of Lithium Phosphate for Production of Red Luminescent Material，YS/T 637—2007.

Key words：lithium；lithium phosphate；solubility；solubility product