高杂质碳酸锂提纯工艺研究

中国粉体网讯  碳酸锂作为基础原材料，广泛应用于电池、陶瓷、冶金、医药等行业。3C电子产品的稳步增长以及新能源汽车的兴起，极大地带动了整个锂电池产业链的发展，碳酸锂作为3C类锂电池和新能源汽车用动力电池的重要原料之一，其市场需求量剧增，价格也是一路走高。国内新能源汽车的产销量还没有完全释放，碳酸锂的供需差还很大，碳酸锂的资源壁垒和技术壁垒还很严重。

基于上述问题，中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会将于2018年9月27-28日，在南京举办“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”，并邀请中南大学李新海教授为业内人士带来碳酸锂资源进展的精彩报告。

高杂质碳酸锂提纯工艺的研究

将粗级Li₂CO₃与水按一定固液比配成浆料，向浆料中通入CO₂将其氢化，使微溶的Li₂CO₃转变为可溶性的LiHCO₃，然后将LiHCO3溶液泵入阳离子交换树脂柱，将过柱后的溶液加热分解脱去CO₂气体，Li₂CO₃从溶液中重新析出晶体。再经过滤洗涤，烘干得到高纯Li₂CO₃产品。实验流程如下图

碳酸锂提纯流程图

每次称取200g粗级碳酸锂，按一定固液比将碳酸锂调成浆料，在搅拌下通入CO2流量为60~70L•h-1，氢化60min，使碳酸锂转化成可溶性的碳酸氢锂。根据四季的温度变化，选择在相应的温度下氢化，氢化完成后将溶液过滤，收集滤渣。氢化率的计算：

通过实验对比分析，春秋两季最佳固液比为1:20。冬季最佳固液比为1:19。夏季的最佳固液比为1：24。

春秋两季不同固液比对氢化率的影响

冬季不同固液比对氢化率的影响

夏季不同固液比对氢化率的影响

离子交换树脂除钙镁

树脂对Ca和Mg的饱和吸附量为20mg•g-1左右，树脂处理一定量的氢化液后，钙镁吸附达到饱和，此时需要用盐酸将树脂解析再生，再用氢氧化钠将树脂转化成Na型。氢化液过树脂后进行加热分解，全面分析碳酸锂品质。

母液循环利用

由于碳酸锂是微溶物质，20℃下碳酸锂的溶解度是1.33g•(100g水)-1，所以分解后的母液里含有约2.5g•L-1未析出的锂，直接排放会造成锂的损失，影响锂的收率。为此设计母液循环实验，将第一次分解后的母液返回氢化工序，进行第二次氢化，第二次分解后的母液返回进行第三次氢化，如此循环下去。母液循环10次后所得碳酸锂产品指标见表1。

由表1可知，母液循环10次后所得的碳酸锂纯度高，完全满足电池级碳酸锂的要求。工业碳酸锂原料除了含Ca和Mg外，杂质含量较高的主要是Na、SO4^2-和Cl^-，为了确定母液开路时杂质浓度的控制点，特设计一组实验。取氢化液6000mL，分成3份，分别向氢化液中添加不同量的Na、SO4^2-、Cl^-杂质离子，考察母液杂质离子浓度对产品质量的影响，结果如表2所示。

从表2可以看出，母液中Na和Cl^-对产品指标影响不大，容易洗涤；而SO4^2-则容易超标（电池级SO4^2-小于0.08%）。当母液中的SO4^2-为1.1g•L-1，此时产品中的SO4^2-上升至0.0785%，接近电池级产品的控制上限。因此将母液中硫酸根浓度达到1.1g•L-1作为判断母液开路的依据。

参考文章：刘人生，田礼平，熊铜兴高杂质碳酸锂提纯工艺研究。