碳酸鋰作為基礎(chǔ)原材料，廣泛應(yīng)用于電池、陶瓷、冶金、醫(yī)藥等行業(yè)。3C電子產(chǎn)品的穩(wěn)步增長以及新能源汽車的興起，極大地帶動(dòng)了整個(gè)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，碳酸鋰作為3C類鋰電池和新能源汽車用動(dòng)力電池的重要原料之一，其市場需求量劇增，價(jià)格也是一路走高。國內(nèi)新能源汽車的產(chǎn)銷量還沒有完全釋放，碳酸鋰的供需差還很大，碳酸鋰的資源壁壘和技術(shù)壁壘還很嚴(yán)重。
基于上述問題，中南大學(xué)李新海教授對碳酸鋰資源進(jìn)展做出研究報(bào)告。
高雜質(zhì)碳酸鋰提純工藝的研究
將粗級(jí)Li2CO3與水按一定固液比配成漿料，向漿料中通入CO2將其氫化，使微溶的Li2CO3轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘腖iHCO3，然后將LiHCO3溶液泵入陽離子交換樹脂柱，將過柱后的溶液加熱分解脫去CO2氣體，Li2CO3從溶液中重新析出晶體。再經(jīng)過濾洗滌，烘干得到高純Li2CO3產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)流程如下圖
碳酸鋰提純流程圖
每次稱取200 g粗級(jí)碳酸鋰，按一定固液比將碳酸鋰調(diào)成漿料，在攪拌下通入CO2流量為60~70 L?h-1，氫化60 min，使碳酸鋰轉(zhuǎn)化成可溶性的碳酸氫鋰。根據(jù)四季的溫度變化，選擇在相應(yīng)的溫度下氫化，氫化完成后將溶液過濾，收集濾渣。氫化率的計(jì)算：
通過實(shí)驗(yàn)對比分析，春秋兩季最佳固液比為1:20。冬季最佳固液比為1:19。夏季的最佳固液比為1：24。
春秋兩季不同固液比對氫化率的影響
冬季不同固液比對氫化率的影響
夏季不同固液比對氫化率的影響
離子交換樹脂除鈣鎂
樹脂對Ca和Mg的飽和吸附量為20mg?g-1左右，樹脂處理一定量的氫化液后，鈣鎂吸附達(dá)到飽和，此時(shí)需要用鹽酸將樹脂解析再生，再用氫氧化鈉將樹脂轉(zhuǎn)化成Na型。氫化液過樹脂后進(jìn)行加熱分解，全面分析碳酸鋰品質(zhì)。
母液循環(huán)利用
由于碳酸鋰是微溶物質(zhì)，20℃下碳酸鋰的溶解度是1.33g?(100g水)-1，所以分解后的母液里含有約2.5g?L-1未析出的鋰，直接排放會(huì)造成鋰的損失，影響鋰的收率。為此設(shè)計(jì)母液循環(huán)實(shí)驗(yàn)，將第一次分解后的母液返回氫化工序，進(jìn)行第二次氫化，第二次分解后的母液返回進(jìn)行第三次氫化，如此循環(huán)下去。母液循環(huán)10次后所得碳酸鋰產(chǎn)品指標(biāo)見表1。
由表1可知，母液循環(huán)10次后所得的碳酸鋰純度高，完全滿足電池級(jí)碳酸鋰的要求。工業(yè)碳酸鋰原料除了含Ca和Mg外，雜質(zhì)含量較高的主要是Na、SO42-和Cl-，為了確定母液開路時(shí)雜質(zhì)濃度的控制點(diǎn)，特設(shè)計(jì)一組實(shí)驗(yàn)。取氫化液6000mL，分成3份，分別向氫化液中添加不同量的Na、SO42-、Cl-雜質(zhì)離子，考察母液雜質(zhì)離子濃度對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，結(jié)果如表2所示。
從表2可以看出，母液中Na和Cl-對產(chǎn)品指標(biāo)影響不大，容易洗滌；而SO42-則容易超標(biāo)（電池級(jí)SO42-小于0.08%）。當(dāng)母液中的SO42-為1.1g?L-1，此時(shí)產(chǎn)品中的SO42-上升至0.0785%，接近電池級(jí)產(chǎn)品的控制上限。因此將母液中硫酸根濃度達(dá)到1.1g?L-1作為判斷母液開路的依據(jù)。
參考文章：劉人生，田禮平，熊銅興高雜質(zhì)碳酸鋰提純工藝研究。
來源： 中國粉體網(wǎng)