一种利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用工业碳酸钠制备电池级碳酸锂沉锂方法，属于盐湖提锂技术范畴，该方法包括下列步骤：工业碳酸钠精制，富锂卤水加两碱（氢氧化钠和碳酸钠）反应，陶瓷膜过滤除钙镁，碳酸锂反应，板框压滤，浆洗槽洗涤，离心洗涤，盘式干燥，气流破损，干包成品。本发明专利技术可以实现连续化生产，通过陶瓷膜过滤后的滤液中钙镁去除率达到理论100%，在碳酸锂沉锂过程中起到了决定性作用，达到电池级碳酸锂行业标准。

A method and device for preparing battery grade lithium carbonate by membrane separation technology

【技术实现步骤摘要】
一种利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的方法及装置
本专利技术涉及一种利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的方法，属于锂原料制备

技术介绍
锂及锂盐是与人们生活息息相关的能源材料，也是国民经济和国防建设中具有重要意义的战略物资。Li2CO3不仅是陶瓷、冶金、能源、医药等行业大量使用的原料，也是制备其它高纯锂化合物和锂合金的基础锂盐。近年来，随着新技术的发展，制备锂离子电池正极材料和电解质使用的电池级碳酸锂、治疗狂躁症的医药用碳酸锂以及在电子材料领域用作固体波体震原件的高纯碳酸锂越来越受到人们的重视。我国在电池级碳酸锂制备工业方面与国际先进水平依然存在差距，在世界市场上尚无强的竞争力另外，随着信息产业的高速发展，锂离子电池市场需求不断扩大，工艺技术研究不断进步，这就促进了电池级碳酸锂需求的增长。为了满足国内乃至世界对锂产品的需求，同时提高国内制备电池级碳酸锂的工艺水平，缩小与国际先进水平的差距，提高我国锂工业的国际竞争地位，对电池级碳酸锂制备工艺的深入研究成为锂离子电池行业一个重要的研究发展方向。由此可见，碳酸锂在锂离子电池行业中占据着重要的作用，开发高附加值的电池级碳酸锂己势在必行。由于生产技术和盐湖卤水自身的限制，初级产品大都是成本低、产量大的工业级碳酸锂，而目前国内电池级碳酸锂大多是以工业级碳酸锂为原料进行二次深度加工制备的。目前以工业级碳酸锂为原料制备电池级碳酸锂的方法主要有苛化法、重结晶法、氢化沉淀法等。苛化法原理是利用碳酸锂与氢氧化钙反应生成氢氧化锂，利用氢氧化锂与二氧化碳气体反应提纯制取高纯度碳酸锂。具体的操作是，将碳酸锂与水按照一定的比例混合，然后与熟石灰（氢氧化钙）反应，这样钙、镁杂质分别以碳酸钙及氢氧化镁的形式沉淀出来；对处理的悬浮液进行过滤分离，将得到的氢氧化锂溶液转移到蒸发器中，蒸发浓缩，然后通入二氧化碳气体，得到Li2CO3的沉淀。该方法可以将产品中的Ga2+，Mg2+杂质离子控制在较低浓度下。此方法对熟石灰的要求较高，否则可能会带入其他杂质，从而影响到产品的纯度。另外，熟石灰会引入钙离子，也需要特别注意控制，反应所需条件要求较为严格，生产过程中需要能耗较大，操作复杂，生产周期也较长。重结晶法是在工业生产中一种经常使用的纯化产品方法。重结晶法的原理是将待提纯的物质溶到某种溶剂中以后，使用某种方法使它重新结晶出来。利用重结晶不仅能使晶体得到纯化，还可以改变晶体的形貌等。该方法对杂质去除效果也较理想，但是由于碳酸锂在水中的溶解度不高，会使得需要大量的溶剂，污染严重，物料流通量大、操作复杂。氢化沉淀法是气液反应与液液反应相结合有利于控制产品的纯度与粒度，可充分利用CO2流速使浆料混合。向粗Li2CO3与去离子水的混合料浆中通入高纯的CO2气体。在搅拌的情况下，控制合适的反应温度、搅拌速度及CO2通气速度，经一定的反应时间得LiHCO3溶液，通过交换树脂除去杂质。然后与高纯LiOH反应得高纯Li2CO3产品。要制得高纯产品须加入纯净的LiOH，使生产成本提高，同时工艺锂的回收率低。在中国专利公开号CN106800305A的专利文献中公开了一种多步法制备电池级碳酸锂的方法，该方法主要采用水热法、化学除杂、离子交换，逐步除掉其中杂质，获得电池级碳酸锂过程，该法操作步骤复杂，需要采用离子交换树脂进行吸附除杂，后期需要定期进行树脂再生洗脱，造成水资源浪费，水资源平衡在盐湖提锂工艺中是非常重要的。在美国专利6280693公开一种氢氧化铝锂盐吸附剂的制备方法及卤水中提取锂的工艺，将含有饱和氯化钠的洗脱液循环使用两次以上将锂的浓度提高到2mol/l。过程中加入大量氯化钠且操作复杂，而且吸附原液不含镁离子和钙离子，该吸附剂目前也只用在了FMC在HombreMuerto的盐湖生产中，原料卤水平级锂浓度较高。这种重复使用洗脱液增浓的方法不适合高镁锂比，低品位的卤水。综上述，本专利技术在盐湖提锂过程中直接采用工业级碳酸钠进行制备电池级碳酸锂方法，具有可连续生产，清净洁能，产品达到电池级碳酸锂行业标准。工业碳酸锂国家标准和电池级碳酸锂行业标准如下表所下表1和表2：表1表2
技术实现思路
本专利技术涉及一种利用工业碳酸钠制备电池级碳酸锂沉锂方法，可以有效的解决现有盐湖提锂工艺无法直接生产电池级碳酸锂而需要进一步深加工导致生产成本高，操作复杂，污染环境等问题。一种利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的方法，包括如下步骤：第1步，将工业级碳酸钠配制成浓度在25-35%的溶液，加入氢氧化钠进行反应，将沉淀物通过陶瓷膜过滤之后，得到纯化后的碳酸钠溶液；第2步，在富锂卤水中加入氢氧化钠和碳酸钠，分别使镁离子和钙离子沉淀，将沉淀物通过陶瓷膜过滤之后，得到除二价离子后的卤水；第3步，将第1步中得到的碳酸钠溶液加入至第2步中得到的除硬二价离子后的卤水中，生成碳酸锂沉淀，将沉淀滤出后，得到纯化后的碳酸锂。在一个实施方式中，第1步中加入的NaOH是30%-40%氢氧化钠溶液。在一个实施方式中，第3步中得到的纯化后的碳酸锂还需要经过烘干和破碎处理。在一个实施方式中，第2步中陶瓷膜过滤得到的浓缩液进行脱水后，进行煅烧处理，得到的CaO和MgO用于建筑原料。在一个实施方式中，第1步或者第2步中，陶瓷膜采用的是平均孔径20-200nm的膜；陶瓷膜过滤采用错流过滤，膜面流速1-6m/s。在一个实施方式中，第3步中，碳酸钠的加入量按照化学计算比折算，碳酸锂沉淀反应温度80℃-90℃，反应时间30-60min。在一个实施方式中，第2步中加入NaOH时还同时加入沉淀辅助剂，所述的沉淀辅助剂是阴离子表面处理的粉体。在一个实施方式中，阴离子表面处理的粉体是烷基苯磺酸钠表面包覆的氢氧化镁，加入量是0.1-0.5g/L。在一个实施方式中，陶瓷膜过滤之后，还采用反冲洗的方式将膜表面的滤饼进行冲洗，恢复通量；反冲洗的压力是0.4-0.6MPa，反冲洗的时间是10-20s。一种利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的装置，包括：第一沉淀反应槽，用于对工业碳酸钠进行沉淀纯化处理；第一NaOH投加罐，连接于第一沉淀反应槽，用于向第一沉淀反应槽中加入NaOH；第一陶瓷膜，连接于第一沉淀反应槽，用于过滤去除第一沉淀反应槽中生成的沉淀物；第二沉淀反应槽，用于对含锂卤水进行沉淀纯化处理，使钙镁离子生成沉淀；第二NaOH投加罐，连接于第二沉淀反应槽，用于向第二沉淀反应槽中加入NaOH；Na2CO3投加罐，连接于第二沉淀反应槽，用于向第二沉淀反应槽中加入Na2CO3；第二陶瓷膜，连接于第二沉淀反应槽，用于过滤去除第二沉淀反应槽中生成的沉淀物；第三沉淀反应槽，连接于用于第二陶瓷膜的渗透侧，用于对第二陶瓷膜中得到的卤水透过液进行碳酸锂沉淀反应；并且，第一陶瓷膜的渗透侧连接于第三沉淀反应槽；第二脱水装置，连接于第三沉淀反应槽，用于对第三沉淀反应槽中得到的沉淀物进行脱水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n第1步，将工业级碳酸钠配制成浓度在25-35%的溶液，加入氢氧化钠进行反应，将沉淀物通过陶瓷膜过滤之后，得到纯化后的碳酸钠溶液；/n第2步，在富锂卤水中加入氢氧化钠和碳酸钠，分别使镁离子和钙离子沉淀，将沉淀物通过陶瓷膜过滤之后，得到除二价离子后的卤水；/n第3步，将第1步中得到的碳酸钠溶液加入至第2步中得到的除硬二价离子后的卤水中，生成碳酸锂沉淀，将沉淀滤出后，得到纯化后的碳酸锂。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，将工业级碳酸钠配制成浓度在25-35%的溶液，加入氢氧化钠进行反应，将沉淀物通过陶瓷膜过滤之后，得到纯化后的碳酸钠溶液；
第2步，在富锂卤水中加入氢氧化钠和碳酸钠，分别使镁离子和钙离子沉淀，将沉淀物通过陶瓷膜过滤之后，得到除二价离子后的卤水；
第3步，将第1步中得到的碳酸钠溶液加入至第2步中得到的除硬二价离子后的卤水中，生成碳酸锂沉淀，将沉淀滤出后，得到纯化后的碳酸锂。


2.根据权利要求1所述的利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，在一个实施方式中，第1步中加入的NaOH是30%-40%氢氧化钠溶液；在一个实施方式中，第3步中得到的纯化后的碳酸锂还需要经过烘干和破碎处理；
根据权利要求1所述的利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，在一个实施方式中，第2步中陶瓷膜过滤得到的浓缩液进行脱水后，进行煅烧处理，得到的CaO和MgO用于建筑原料。


3.根据权利要求1所述的利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，在一个实施方式中，第1步或者第2步中，陶瓷膜采用的是平均孔径20-200nm的膜；陶瓷膜过滤采用错流过滤，膜面流速1-6m/s；在一个实施方式中，第3步中，碳酸钠的加入量按照化学计算比折算，碳酸锂沉淀反应温度80℃-90℃，反应时间30-60min；在一个实施方式中，第2步中加入NaOH时还同时加入沉淀辅助剂，所述的沉淀辅助剂是阴离子表面处理的粉体；在一个实施方式中，阴离子表面处理的粉体是烷基苯磺酸钠表面包覆的氢氧化镁，加入量是0.1-0.5g/L。


4.根据权利要求1所述的利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，在一个实施方式中，陶瓷膜过滤之后，还采用反冲洗的方式将膜表面的滤饼进行冲洗，恢复通量；反冲洗的压力是0.4-0.6MPa，反冲洗的时间是10-20s。


5.一种利用膜分离技术制备电池级碳酸锂的装置，其特征在于，包括：
第一沉淀反应槽（1），用于对工业碳酸钠进行沉淀纯化处理；
第一NaOH投加罐（2），连接于第一沉淀反应槽（1），用于向第一沉淀反应槽（1）中加入NaOH；
第一陶瓷膜（3），连接于第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊福军，王肖虎，柳文广，顾俊杰，彭跃峰，徐小桃，彭文博，范克银，党建兵，
申请(专利权)人：江苏久吾高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32