制备碳酸锂的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备碳酸锂的方法，该方法能够缩短制造碳酸锂所需的时间并且具有优异的维护性能和生产效率，而不会在反应装置中形成需要复杂的程序来除去的固定物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备碳酸锂的方法，该碳酸锂特别可用作电子材料和光学工业材料的原料。更详细地，本专利技术涉及一种制备碳酸锂的方法，该方法由含碳酸锂的卤水来有效地制造高纯度碳酸锂，该碳酸锂具有特别可用作锂电池材料的纯度。更具体而言，本专利技术涉及一种制备碳酸锂的方法，该方法在碳酸化反应中不会沉积能够导致碳酸化反应装置的操作中止的固定物(fixedmatters)，能够缩短制造时间并且具有优异的维护性能和生产效率。
技术介绍
碳酸锂被广泛用作(例如)耐热玻璃或光学玻璃的复合成分、陶瓷材料、移动电话或笔记本电脑的电池中所使用的锂二次电池的原料、电解质的材料、以及半导体激光器中所使用的铌酸锂单晶或钽酸锂单晶的原料。对于这些用途，碳酸锂所需的性质(特性)是多样的，并且根据应用目的的不同而变化。例如，当碳酸锂用作电子材料或光学工业材料时，如果碳酸锂含有大量的杂质，则电学性能或光学性能将会劣化。为此，需要含有较少杂质的高纯度碳酸锂。作为锂二次电池的原料，需要纯度为97％以上的碳酸锂，优选纯度为98％以上的碳酸锂，更优选纯度为99％以上的碳酸锂，甚至还更优选纯度为99.5％以上的碳酸锂。此外，根据应用的目的，可能需要不同金属和其他杂质的含量为若干ppm水平、特别地1ppm以下的高纯度碳酸锂。碳酸锂由天然存在的锂资源制备，并且其中锂以高浓度大量存在的锂资源的例子包括大陆盐湖(intercontinentalsaltlakes)中的锂矿床和卤水。在目前情况下，主要使用大陆盐湖中的卤水来制备碳酸锂(参见非专利文献1和2)。关于由卤水制备碳酸锂，随着电动车辆开发的进展，锂电池作为驱动动力能源而成为焦点，并且作为大量消耗的碳酸锂的供给源，作为锂源的卤水再次受到关注(参见非专利文献1和2)。获得卤水的盐湖位于有限的区域，如中国、美国、智利、阿根廷和玻利维亚，并且分布不均匀。特别地，诸如智利(阿塔卡玛(SalardeAtacama))、阿根廷(翁布雷穆埃尔托(SalardelHombreMuerto))和玻利维亚(乌尤尼(SalardeUyuni))等安第斯山脉区域的盐湖中的锂矿床更好(参见非专利文献1)。事实上，使用这些区域中的卤水作为锂原料来制备了大量的碳酸锂(参见非专利文献2)。在安第斯山脉中的盐湖的卤水中，锂(Li)浓度为约0.05重量％至0.3重量％，并且在通过阳光将卤水浓缩至浓度为约6％后，该浓缩的卤水被用于制备碳酸锂。在这种情况下，在碳酸锂的制备中使用了氯化锂形式的锂。除了锂之外，卤水还含有高浓度的钠、钾、镁等。为了制备高纯度碳酸锂，需要分离并除去这些成分，甚至在常规技术中，在碳酸化反应之前或之后分离这些成分。如上所述，需要碳酸锂具有高纯度，并且如上所述有时要求碳酸锂的杂质含量为1ppm以下。这种高纯度碳酸锂的制备方法的例子包括：使粗碳酸锂与二氧化碳反应而获得含碳酸氢锂的水溶液，对该水溶液进行微量过滤，然后对该含碳酸氢锂的水溶液进行热处理以沉积碳酸锂的方法(参见专利文献1)；以及使粗碳酸锂与二氧化碳反应而获得含碳酸氢锂的水溶液，利用离子交换组件处理该水溶液，然后对该含碳酸氢锂的水溶液进行热处理以沉积碳酸锂的方法(参见专利文献2)。在制备碳酸锂中，通常使用作为锂源的卤水中的氯化锂以及作为碳酸化反应的原料的碳酸钠。因此，在制备中，需要与氯化锂(其为锂的原料)的用量相当的碳酸钠。其结果是，为了制备碳酸锂，需要将碳酸钠运输到超过海平面3,000米的安第斯山脉高地，即，开采氯化锂卤水的实际地点，或者将浓缩的卤水运输到易于获得反应原料(如碳酸钠)的地方。在任何情况下，其运输成本极大地影响了碳酸锂的生产成本。当如后者那样运输浓缩的卤水时，与运输碳酸钠的情况相比，运输量大大增加，并且成本进一步增加。通过对上述问题进行认真研究，本专利技术人最终成功开发了一种制备高纯度碳酸锂的方法，该方法降低了生产成本，由此解决了上述问题，本专利技术人已经提交了专利申请并获得了一项专利(参见专利文献3)。在制备方法中，通过尽可能多地使用本地资源和再利用碳酸化步骤中的副产物，而不用将碳酸钠运输到安第斯山脉的盐湖周围，从而成功地降低了运输成本。具体而言，该方法是使用二氧化碳气体和氨从而进行含锂卤水的碳酸化反应，并且通过利用石灰石作为二氧化碳气体的原料并使用副产物作为氨的原料，从而成功在开采氯化锂卤水的实际地点提供了这两种原料。以下具体说明制备方法。即，该制备方法包括：将氨和二氧化碳气体(碳酸盐气体)与含氯化锂的水溶液混合以进行碳酸化反应；以及通过固-液分离来回收所述反应后形成的固体，其中，作为所述二氧化碳气体，使用通过在进行碳酸化反应的实际地方将石灰石热分解而获得的产物，并且使用了通过使氯化铵与生石灰或熟石灰反应而制得的产物作为氨，其中所述氯化铵是碳酸锂生产中的副产物，所述生石灰是二氧化碳气体制备中的副产物，所述熟石灰是通过将生石灰水合而获得的。专利文献1：JP-A-62-252315专利文献2：JP-T-2002-505248专利文献3：日本专利No.5406822(JP-A-2012-116681)专利文献4：日本专利No.5406955(JP-A-2013-193940)非专利文献1：GSJChishitsuNewsNo.670，第22至26页，“LithiumResources(锂资源)”非专利文献2：GSJChishitsuNewsNo.670，第49至52页，“ProductionofLithiumfromSalardeAtakama,Chile,andUseofLithiumCompounds(由智利萨拉阿塔卡玛盐湖制备锂以及锂化合物的应用)”
技术实现思路
为了将该方法投入实际应用中，本专利技术人决定从许多方面进行认真的研究，首先开始研究碳酸化反应，其中将氯化锂卤水(其为含氯化锂的水溶液)、氨和二氧化碳气体(碳酸盐气体)混合。碳酸化反应为使作为气体的二氧化碳气体、作为气体的氨或作为液体的氨、和作为液体的氯化锂卤水相互反应的气-液接触反应。因此，为了增加水溶液中二氧化碳气体的吸收以及提高锂的碳酸化的反应效率，使用具有多个塔板的反应塔进行碳酸锂的制备反应，其中每个塔板配备有布置在其开口上的泡罩。由此，显而易见的是，固定物沉积在反应塔中的每个位置，如反应塔的内壁、塔板的开口、泡罩和降液管中，并且还显而易见的是，固定物是作为待制备目标物质的碳酸锂的一部分。此外，显而易见的是，固定量随着反应时间的延长而增加，并且当反应持续进行约两天两夜时，固定量达到这样的程度：二氧化碳气体不能通过反应塔中的泡罩的开口、塔板的开口、降液管的开口等，即，达到了使碳酸化反应装置操作中止的程度的量。此外，显而易见的是，需要与反应时间相同的时间来清洁和去除固定物，并且仍然难以完全除去固定物。由此，该方法在维护性能和生产效率方面不是令人满意的。鉴于以上所述，本专利技术要解决的问题是提供一种在碳酸锂的制备中，在碳酸化反应装置中不形成固定物，而且具有优异的维护性能和高生产效率的制备方法，并且本专利技术人对该问题从各方面进行了认真的研究。由本专利技术人做出的专利文献3公开了关于氯化锂卤水、氨和二氧化碳气体(碳酸盐气体)的混合的两个实施方案，其中一个实施方案是通过同时混合这些材料来进行的，而另一个实施方案是通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备碳酸锂的方法，该方法包括：将水、氨和二氧化碳气体混合以形成碳酸铵水溶液；将氯化锂卤水与所述碳酸铵水溶液混合以进行碳酸化反应；以及通过固‑液分离回收所述碳酸化反应后形成的固体，其中，作为所述二氧化碳气体，使用通过热分解石灰石所产生的二氧化碳气体，以及作为所述氨，使用通过使氯化铵与生石灰或熟石灰反应而制得的再生氨，其中所述氯化铵是所述碳酸化反应中的副产物，所述生石灰是所述二氧化碳气体的制备中的副产物，所述熟石灰是通过将所述生石灰水合而获得的。

【技术特征摘要】
2015.10.26 JP 2015-2094531.一种制备碳酸锂的方法，该方法包括：将水、氨和二氧化碳气体混合以形成碳酸铵水溶液；将氯化锂卤水与所述碳酸铵水溶液混合以进行碳酸化反应；以及通过固-液分离回收所述碳酸化反应后形成的固体，其中，作为所述二氧化碳气体，使用通过热分解石灰石所产生的二氧化碳气体，以及作为所述氨，使用通过使氯化铵与生石灰或熟石灰反应而制得的再生氨，其中所述氯化铵是所述碳酸化反应中的副产物，所述生石灰是所述二氧化碳气体的制备中的副产物，所述熟石灰是通过将所述生石灰水合而获得的。2.一种制备碳酸锂的方法，所述方法包括：将水、氨和二氧化碳气体混合以形成碳酸铵水溶液；将从所述碳酸铵水溶液中分出的一部分(少量)碳酸铵水溶液与氯化锂卤水混合以进行一次碳酸化反应，由此沉积碳酸镁，随后进行固-液分离；将残留的所述碳酸铵水溶液与所述固-液分离后得到的液体混合，以进行二次碳酸化反应；以及通过固-液分离回收所述碳酸化反应后形成的固体，其中，作为所述二氧化碳气体，使用通过热分解石灰石所产生的二氧化碳气体，以及作为所述氨，使用通...

【专利技术属性】
技术研发人员：河田真伸，三觜幸平，饭田晓光，山口裕，森谷笃，
申请(专利权)人：日铁矿业株式会社，住友商事株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP