電池級(jí)碳酸鋰的生產(chǎn)及其應(yīng)用實(shí)踐研究

陳貴娥，張志剛

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

碳酸鋰在生產(chǎn)二次鋰鹽和金屬鋰制品中有著非常廣泛的應(yīng)用，是鋰行業(yè)中最為關(guān)鍵的產(chǎn)品。在當(dāng)前碳酸鋰的實(shí)際生產(chǎn)過程中，其主要的生產(chǎn)原料來源于鹽湖鹵水和礦石的提取物。當(dāng)前我國在碳酸鋰的生產(chǎn)過程中，主要采用的是固體礦石提取法，國外多采用鹽湖鹵水提取工藝[1]。目前我國也在積極開采鹽湖鋰資源，但由于技術(shù)、資源等因素的限制，開發(fā)速度相對(duì)緩慢。為此，有必要對(duì)電池級(jí)碳酸鋰的生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)行深入的探究。

1 電池級(jí)碳酸鋰

碳酸鋰在工業(yè)生產(chǎn)中有著比較廣泛的應(yīng)用，也是藥劑學(xué)中的重要原料之一，在化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，也扮演者非常重要的角色。

在其實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過程中，碳酸鋰根據(jù)純度的不同，分為工業(yè)級(jí)碳酸鋰和電池級(jí)碳酸鋰。電池級(jí)碳酸鋰的化學(xué)成分純度更高，包含的雜質(zhì)更少，可以有效保證電池的性能。隨著當(dāng)前工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)碳酸鋰的純度要求也在不斷提升，很多行業(yè)直接要求采用電池級(jí)碳酸鋰，對(duì)碳酸鋰工藝的要求越來越高，不僅要求生產(chǎn)的質(zhì)量，還要求生產(chǎn)的規(guī)模和現(xiàn)代化程度[2]。

2 電池級(jí)碳酸鋰的流程與生產(chǎn)工藝

碳酸鋰的生產(chǎn)過程，分為幾個(gè)重要的工藝步驟，每個(gè)環(huán)節(jié)的完成質(zhì)量，都對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生著非常直接的影響。只有保證工藝的完整性，才能保證對(duì)碳酸鋰的生產(chǎn)質(zhì)量。

礦石提取工藝。礦石提取法，是通過化學(xué)工藝，來提取鋰輝石、鋰云母等礦石中碳酸鋰成分。礦石提鋰的工藝主要有石灰燒結(jié)法、氯化焙燒法、硫酸鹽法、硫酸法、純堿壓煮法等。這幾種工藝中發(fā)展成熟的是硫酸法，由于其工藝流程簡(jiǎn)單、鋰回收率高等優(yōu)點(diǎn)，加之經(jīng)過多年的技術(shù)改造及設(shè)備更新，已成為目前世界上主流鋰輝石提鋰工藝。

硫酸法的主要工藝流程如下所述：①將鋰輝石或者鋰云母礦石中進(jìn)行轉(zhuǎn)型焙燒，經(jīng)冷卻后，輸送至球磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨，達(dá)到一定精礦顆粒。②磨制的粉末，與一定酸礦比的濃硫酸混合，進(jìn)行酸化焙燒。③酸化后的酸熟料，輸送至調(diào)漿槽。④制得的漿料中加入一定量的碳酸鈣，進(jìn)行中性浸出。⑤對(duì)浸出漿料進(jìn)行過濾，收集浸出液，排出渣。⑥對(duì)泥渣進(jìn)行分離和洗滌操作。⑦在洗滌后的硫酸鋰浸出液中加入一定比例的石灰乳和純堿，讓其中的鎂、鈣鹽進(jìn)行充分的沉淀。⑧過濾。通過采取一定的過濾工藝，將氫氧化鈣、氫氧化鎂物質(zhì)充分分離。⑨對(duì)濾液進(jìn)行更加充分的蒸發(fā)和濃縮。通過在溶液中加入一定量的堿液，讓其中的碳酸鋰充分進(jìn)行沉淀。⑩在其中加入一定量的水分，充分對(duì)其中的碳酸鋰進(jìn)行分離和洗滌，有效去除其中的母液，經(jīng)過進(jìn)一步的干燥后，制備得到碳酸鋰。這些工藝環(huán)節(jié)在碳酸鋰制備過程中，發(fā)揮著非常重要的作用，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)都不允許缺失，否則就會(huì)對(duì)碳酸鋰的制備質(zhì)量造成非常大的影響。

鹽湖水提取鋰工藝。在天然的鹽湖水中往往會(huì)包含較多的鋰離子，國外在對(duì)碳酸鋰的制備過程中，經(jīng)常就是通過對(duì)鹽湖鹵水化學(xué)處理來得到的，是世界上應(yīng)用最多的取鋰工藝，其主要的生產(chǎn)工藝包括沉淀法、煅燒法、碳化法、溶劑萃取法、離子交換法等，這些工藝方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，其中溶劑萃取法和離子交換法當(dāng)前還處于研究階段，還沒有成功應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，其它方法在工業(yè)生產(chǎn)中，已經(jīng)得到大量的成功應(yīng)用。

鹽湖鹵水提取鋰工業(yè)主要包含以下的主要內(nèi)容。首先取得足夠量的鹽湖鹵水，然后通過日曬蒸發(fā)池，對(duì)這些鹵水進(jìn)行充分的鹵水濃縮。

然后在濃縮鹵水中添加一定量的碳酸鈣，進(jìn)而得到碳酸鋰沉淀，對(duì)沉淀的碳酸鋰進(jìn)行分離提純后，就可以得到碳酸鋰產(chǎn)品。該工藝對(duì)碳酸鋰的提純工藝往往有著比較高的要求，也是技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，我國在該方面的技術(shù)，還處于相對(duì)比較落后的局面。在鹽湖鹵水工藝技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用上，其比礦石提取工藝要有更大的優(yōu)勢(shì)，工藝的環(huán)保性也更強(qiáng)。此外，從當(dāng)前生產(chǎn)的實(shí)際情況上看，利用鹽湖鹵水來生產(chǎn)碳酸鋰，其成本優(yōu)勢(shì)比較明顯。我國咸水湖泊的數(shù)量比較多，擁有大量的鹽鹵水，這為我國鹽鹵水工藝技術(shù)的應(yīng)用打下了一個(gè)非常好的基礎(chǔ)，但我國在相關(guān)技術(shù)的研發(fā)上，還處于比較落后的階段，還需要在技術(shù)的研究上，投入更大是的力氣。

3 碳酸鋰的精制方法

在采用上述方法得到碳酸鋰后，其中的雜質(zhì)含量往往會(huì)比較高，不能直接應(yīng)用在電池的生產(chǎn)過程中，需要進(jìn)行一定的精制工藝。在實(shí)際碳酸鋰精制的過程中，可以根據(jù)原料的不同，采用不同的精制方法。

在以工業(yè)級(jí)碳酸鋰精制高純度碳酸鋰中，經(jīng)常會(huì)采用苛化法、電解法、氫化分解法等，它們的特點(diǎn)比較突出，應(yīng)用范圍也有著較大的差異。其中苛化法，是利用石灰對(duì)其進(jìn)行苛化，經(jīng)過進(jìn)一步的除雜處理后，轉(zhuǎn)化成氫氧化鋰，然后再使用二氧化碳碳化制備高純度的碳酸鋰。電解法采用鹽酸來對(duì)工業(yè)碳酸鋰進(jìn)行處理，除去其中的酸不溶物和鈣鎂等雜質(zhì)后，通過電解來得到高純度的氫氧化鋰溶液，然后利用二氧化碳碳化得到純度更高的碳酸鋰。氫化分解法是將用二氧化碳將碳酸鋰轉(zhuǎn)化成溶解度較大的碳酸清理，由于大部分的雜質(zhì)離子不會(huì)被氫化，可以以沉淀的形式被過濾掉，然后對(duì)碳酸氫鋰溶液進(jìn)行加熱，來得到高純度的碳酸鋰[3]。在對(duì)碳酸鋰進(jìn)行提純的過程中，往往對(duì)鈣離子的分離工藝難度比較高，在當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)過程中，主要采用的是添加磷酸鋰的方法。

通過大量的實(shí)驗(yàn)表明，磷酸鋰添加量、添加溫度、反應(yīng)時(shí)間都對(duì)提純效果有著非常直接的影響，在保持60度的工藝溫度下，其提純效果最好，產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率高，能夠達(dá)到電池級(jí)碳酸鋰生產(chǎn)的要求。

4 結(jié)語

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，和能源形勢(shì)的不斷緊張，對(duì)電池的使用量越來越大，作為電池工業(yè)中的主要原料碳酸鋰，其市場(chǎng)需要量也在不斷增加。當(dāng)前我國在電池級(jí)碳酸鋰的生產(chǎn)工藝技術(shù)上還處于比較落后的階段，很多產(chǎn)品還高度依賴進(jìn)口。為了有效改善該局面，我國應(yīng)該加大在相關(guān)技術(shù)上的研發(fā)投入力度，根據(jù)我國的實(shí)際生產(chǎn)情況，研制出針對(duì)性的生產(chǎn)工藝技術(shù)，滿足我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。