一种气液循环生产电池级碳酸锂的方法技术

本发明专利技术提供一种气液循环生产电池级碳酸锂的方法，包括：将工业级碳酸锂、水和生石灰配制成浆料进行苛化反应，将所得氢氧化锂溶液进行精制、碳化，得到电池级碳化锂和碳化后液，碳化后液通过一次蒸发浓缩结晶回收部分碳酸锂，并将结晶所得一次浓缩液加酸调节pH值以将其中锂盐转化成可溶性锂盐，再进行二次蒸发浓缩结晶，将体系中大部分钠钾盐排出并得到二次浓缩液，将二次浓缩液通过碳酸钠沉锂，进一步回收碳酸锂，所得的沉锂溶液经结晶排出钠钾盐，得到可以循环利用的结晶后液。该生产方法成本低、药剂使用少、所得碳酸锂产品品质好且回收率高，整个工艺过程实现了二氧化碳和液体的循环利用，对环境友好，流程短，具有可观的工业应用前景。用前景。用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种气液循环生产电池级碳酸锂的方法


[0001]本专利技术属于电池级碳酸锂的生产
，具体涉及一种气液循环生产电池级碳酸锂的方法。

技术介绍

[0002]锂及其相关产业是21世纪能源产业新势力，锂有电导率高、化学电化学活性高的独特性质，被称为“能源金属”和“推动世界前进的重要元素”。碳酸锂是锂的基础工业产品，已被广泛应用于锂离子电池、医药、军工航天等领域，碳酸锂是制备其他锂盐的原料，也是磷酸铁锂、六氟磷酸锂等新能源电池材料必需的原材料，随着新能源汽车的飞速发展，电池级碳酸锂的需求量激增。
[0003]电池级碳酸锂对产品纯度和杂质有着严格要求，通常是以工业级碳酸锂为原料制备得到。目前工业上以工业级碳酸锂为原料生产电池级碳酸锂的方法包括氢化热解法、双极膜碳化法和苛化碳化法。其中碳酸氢锂热解法生产的电池级碳酸锂产品粒度不好控制，粒度一致性差；中国专利文献CN115286017A公开了一种电池级碳酸锂的制备方法，该方法利用二氧化碳和粗制碳酸锂溶液的碳化氢化反应得到碳酸氢锂溶液，然后加热碳酸氢锂溶液得到电池级碳酸锂，然而该技术热解过程不易控制，锂损失大，制备的电池级碳酸锂易团聚，不具备成本优势。中国专利文献CN107298450B公开了一种利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂和碳酸锂的方法，该方法利用双极膜电渗析器对可溶性的锂盐溶液进行双极膜电解，在阴极得到氢氧化锂溶液，然后通过碳化得到高纯碳酸锂，该方法依然存在电渗析系统复杂，膜材料价格昂贵，且需要先将工业级碳酸锂转化为可溶性锂盐，大规模应用受阻。中国专利文献CN115340109A公开了一种利用粗制碳酸锂制备高纯碳酸锂的方法，该方法利用氢氧化钙和粗制碳酸锂的苛化反应得到氢氧化锂溶液，然后通过碳化得到高纯碳酸锂，该方法没有考虑钙渣和碳化后母液的处理，造成锂损失，碳化母液不进行处理进入循环，容易造成杂质离子的累积，最终影响产品质量。
[0004]沉锂母液通常含有较高的锂离子浓度，具有回收价值。现有的沉锂母液处理技术主要包括冷冻结晶、蒸发浓缩、萃取、吸附法等。萃取和吸附法是利用锂萃取剂和锂离子筛从沉锂母液中选择性提锂的技术，对锂选择性高，然而萃取剂和离子筛的回收利用难度大、投资成本高，工业化发展受阻。冷冻结晶和蒸发浓缩是早期针对碳酸钠沉锂母液的循环利用技术，应用相对成熟。然而冷冻结晶的技术壁垒相对较高，且反应速度不及高温蒸发结晶反应，产品粒度和形貌难以控制。中国专利文献CN106882822A公开了一种沉锂母液中锂回收成电池级碳酸锂的方法，该方法针对碳酸钠和硫酸锂反应的沉锂母液进行冷冻析盐析出硫酸钠，CN110451536A公开了一种从电池级碳酸锂母液中回收锂的方法，采用冷冻结晶和蒸发浓缩协同工艺制备硫酸钠和电池级碳酸锂，锂收率较低。中国专利文献CN104925837A公开了一种回收电池级碳酸锂沉锂母液制备锂盐的方法，该方法利用磷酸沉锂，提高了锂收率，但是存在含磷废水处理的环保与成本压力。
[0005]苛化碳化法是一种低耗高效地利用粗品碳酸锂生产电池级碳酸锂的方法，然而目
前缺乏针对该种沉锂母液体系循环利用的工艺技术，钠、钾等杂质富集的问题尚未解决，依然存在废水废气排放的环保问题。因此，开发一种低成本、无废水废气排放的电池级碳酸锂生产新工艺具备十分重要的实际意义。

技术实现思路

[0006]为解决以上问题，本专利技术提供一种能实现气、液循环的生产电池级碳酸锂的方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提出如下解决方案：本专利技术提供一种气液循环生产电池级碳酸锂的方法，尤其针对工业级碳酸锂制备电池级碳酸锂的苛化碳化路线各个工序间气液固三相的特性，针对该溶液体系钠、钾等杂质富集的问题，以盐溶液热力学行为特征为理论指导设计溶液循环路线。
[0008]具体地，本专利技术提供一种气液循环生产电池级碳酸锂的方法，包括：（1）将工业级碳酸锂、水和生石灰配制成浆料进行苛化反应，经固液分离，得到氢氧化锂溶液和苛化渣；（2）将氢氧化锂溶液进行蒸发浓缩后冷却结晶，将所得晶体进行重溶和精密过滤，得到氢氧化锂精制液；（3）向氢氧化锂精制液中通入二氧化碳进行碳化反应，碳化后进行固液分离得到电池级碳酸锂和碳化后液；（4）将碳化后液进行第一蒸发浓缩和冷却结晶，过滤得到碳酸锂和一次浓缩液，向一次浓缩液中加酸调节pH值，然后进行第二蒸发浓缩和冷却结晶，固液分离得到钠钾盐和二次浓缩液，向二次浓缩液中加入碳酸钠沉锂，得到碳酸锂和沉锂后液，所述沉锂后液经结晶和固液分离，得到钠钾盐和结晶后液。
[0009]作为优选，步骤（1）中，所述工业碳酸锂中Li2CO3含量≥98.5wt.%，所述生石灰的CaO含量≥90wt.%；所得氢氧化锂溶液的Li含量为8.5～9.5g/L。
[0010]作为优选，步骤（1）中，所述浆料中，Li2CO3与CaO的摩尔比为1:1.05～1.5，固液比为1:8～12；所述苛化反应的温度为80～95℃；优选在苛化反应过程中通过搅拌加速苛化反应，搅拌速率为200～400rpm；所述苛化反应的时间为1～10h。
[0011]作为优选，步骤（2）中，所述蒸发浓缩的蒸汽温度为100～120℃，所述冷却结晶的温度为40～50℃。
[0012]作为优选，步骤（2）中，所述氢氧化锂溶液的Li含量为25～35g/L；所得氢氧化锂精制液的Li含量为25～35g/L。
[0013]作为优选，步骤（3）中，所述二氧化碳为工业级二氧化碳；所述碳化反应的温度为20～80℃；所述碳化反应的终点pH值为9.5～10.5；通过优化碳化条件，一方面能够更大限度地实现氢氧化锂的碳化，另一方面能够避免大量二氧化碳和碳酸锂反应生成碳酸氢锂。
[0014]作为优选，所得碳化后液的Li含量为2～6g/L。
[0015]作为优选，步骤（4）中，所述第一蒸发浓缩的温度为100～120℃，所述第一蒸发浓缩比为2～5：1；所述冷却结晶的温度为20～40℃；所述第二蒸发浓缩的温度为100～120℃，所述第二蒸发浓缩比为2～5：1，所述冷
却结晶的温度为20～40℃。进一步优选两次蒸发选用MVR多效蒸发器，以提高溶液蒸发浓缩效率。
[0016]作为优选，步骤（4）中，所述加酸调节的pH值为5～7；所述酸为硫酸或盐酸；所述调pH值产生的二氧化碳经收集浓缩后返回步骤（3）中用于碳化反应。由于一次浓缩后的溶液中碳酸锂和钠钾盐均为饱和状态，通过加酸实现锂形态的转变，利用后续的二次蒸发浓缩实现钠钾盐与锂的分离。可选地，硫酸可选用浓度为50～98%的硫酸，盐酸可选用浓度为10～36%的盐酸。
[0017]作为优选，步骤（4）中，所述碳酸钠的加入量为实现二次浓缩液完全沉锂所需理论用量的1.05～1.1倍。二次蒸发浓缩后的溶液中锂得到富集，此时利用碳酸钠沉锂，显著减少了碳酸钠的消耗量和沉锂效率。
[0018]由于一次蒸发浓缩析出和碳酸钠沉锂得到的碳酸锂品质较高，可以与工业级碳酸锂配料作为苛化原料，优选所述步骤（4）中，所述冷却结晶和碳酸钠沉锂得到的碳酸锂返回步骤（1）中用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气液循环生产电池级碳酸锂的方法，其特征在于，包括：（1）将工业级碳酸锂、水和生石灰配制成浆料进行苛化反应，经固液分离，得到氢氧化锂溶液和苛化渣；（2）将氢氧化锂溶液进行蒸发浓缩后冷却结晶，将所得晶体进行重溶和精密过滤，得到氢氧化锂精制液；（3）向氢氧化锂精制液中通入二氧化碳进行碳化反应，碳化后进行固液分离得到电池级碳酸锂和碳化后液；（4）将碳化后液进行第一蒸发浓缩和冷却结晶，过滤得到碳酸锂和一次浓缩液，向一次浓缩液中加酸调节pH值，然后进行第二蒸发浓缩和冷却结晶，过滤得到钠钾盐和二次浓缩液，向二次浓缩液中加入碳酸钠沉锂，得到碳酸锂和沉锂后液，所述沉锂后液经结晶和固液分离，得到钠钾盐和结晶后液。2.如权利要求1所述的气液循环生产电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述工业碳酸锂中，Li2CO3含量≥98.5wt.%，所述生石灰的CaO含量≥90wt.%；所得氢氧化锂溶液的Li含量为8.5～9.5g/L。3.如权利要求1所述的气液循环生产电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述浆料中，Li2CO3与CaO的摩尔比为1:1.05～1.5，固液比1:8～12；所述苛化反应的温度为80～95℃，搅拌速率为200～400rpm，所述苛化反应的时间为1～10h。4.如权利要求1所述的气液循环生产电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述蒸发浓缩的蒸汽温度为100～120℃，所述冷却结晶的温度为40～50℃；所述氢氧化锂溶液的Li含量为25～35g/L；所得氢氧化锂精制液的Li含量为25～35g/L。5.如权利要求1所述的气液循环生产电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述二氧化碳为工业级二氧化碳；所述碳化反应的温度为20～80℃；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡启阳，王接喜，贾贵斌，刘松霖，宋小鹏，胡泽湘，
申请(专利权)人：九江云威锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：