一种由粗碳酸锂制备高纯碳酸锂的方法技术

本发明专利技术提供了一种由粗碳酸锂制备高纯碳酸锂的方法，将粗碳酸锂经外场耦合调浆水洗

【技术实现步骤摘要】
一种由粗碳酸锂制备高纯碳酸锂的方法


[0001]本专利技术涉及一种由粗碳酸锂制备高纯碳酸锂的方法。

技术介绍

[0002]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。市场需求量最大的是电池级碳酸锂，它是制备锂电正极材料的重要原料。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。尤其是随着全球动力和储能用锂离子电池等新能源产业高速发展，作为核心原材料的碳酸锂，预计未来几年全球需求量将以25％的增速逐年上涨，2030年全球碳酸锂需求量将达200万～300万吨，而中国的需求量将达到约85万吨，市场前景十分广阔。
[0003]碳酸锂分为工业级碳酸锂［w
（Li2CO3）
<99.50％］、电池级碳酸锂［99.50％≤w
（Li2CO3）
<99.99％］和高纯碳酸锂［w
（Li2CO3）
≥99.99％］。当前工业上碳酸锂生产原料来自含锂矿石或盐湖卤水，通过石灰石烧结法、纯碱压煮法、硫酸法、硫酸盐法、氯化焙烧法，以及沉淀法、碳化法、萃取法等制得的大多为杂质较多、价值偏低的粗碳酸锂（w
（Li2CO3）
<90%）。随着未来新能源锂电动力及储能产品性能的不断迭代升级，并逐步拓展到军工、航天等领域，对碳酸锂产品的纯度要求越来越高，如何以粗碳酸锂为原料制取高纯碳酸锂已成为本领域的研究热点。
[0004]目前粗碳酸锂提纯法主要有 Zinfl
‑
Harder
‑
Dauth法、重结晶法、苛化碳化法、电解法、氢化沉淀法、氢化分解法和氢化－离子交换法等。Zinfl
‑
Harder
‑
Dauth法是将粗碳酸锂溶于醋酸中，然后用(NH4)2C2O4沉淀Ca
2+
，用Ba(OH)2沉淀Mg
2+
，加入H2SO4除去Ba
2+
，将混合液过滤、蒸干，灼热除去铵盐，将得到的固体溶于HCl，加入精制(NH4)2CO3即可得到提纯后的碳酸锂。Zinfl
‑
Harder
‑
Dauth是一种传统提纯碳酸锂的方法，引入试剂较多，得到的碳酸锂纯度还是难以达到高纯要求。重结晶法是利用溶解度的差异除去杂质，达到提纯的目的。重结晶法分为两种: 碳酸锂重结晶法和甲酸锂重结晶法。碳酸锂重结晶法操作简便，除杂效果好，但由于碳酸锂的溶解度太小，实际操作周期太长。甲酸锂重结晶法能很好地除去杂质，但在除杂过程中，由于共沉淀现象，溶液中的硅难以除尽。苛化碳化法是用精制的石灰乳将粗碳酸锂苛化，形成LiOH溶液，而Ca
2+
、Mg
2+
则分别以CaCO3和Mg(OH)2形式沉淀，过滤降温后，溶液会析出少量的LiOH
·
H2O，再向剩余溶液中通入一定量的CO2沉淀Ca
2+
，过滤除杂后，将滤液进行碳化即可得到提纯后的Li2CO3。苛化碳化法可以有效除去钙镁杂质，母液循环使用可减少Li的损失，但该方法对石灰乳的要求高，温度等参数控制比较严格，实际操作难度较大，且沉淀物中夹杂的锂损失率较高。电解法原本是用于卤水生产LiOH的方法，对于粗Li2CO3提纯也可使用，电解法流程短，而且能将Ca
2+
、Mg
2+
等离子降到很低的范围，制得的Li2CO3纯度很高，但是对膜的要求高，电解能耗较大，难以进行工业化生产。氢化沉淀法是将粗Li2CO3与去离子水配成浆料，在搅拌条件下通入CO2气体，将溶解度低的Li2CO3转化为溶解度高的LiHCO3，经过滤将不溶的杂质除去，然后将滤液置于另一容器中与LiOH溶液反应生成高纯Li2CO3。氢化沉淀法制得的Li2CO3纯度很高，易于控制产品的纯度和粒度，但需要高
纯LiOH，生产成本较高，而且要强化反应配比，反应条件要求高。氢化分解法是将粗碳酸锂与去离子水配成浆料，在搅拌条件下通入CO2气体，将微溶的Li2CO3转化为可溶的LiHCO3，通过过滤除去不被氢化的杂质，再将纯净的滤液置于另一容器中搅拌、加热，LiHCO3逐渐转化为沉淀Li2CO3，过滤可得到提纯的Li2CO3。氢化分解法可以除去大部分杂质，而且有很高的操作性，但得到的Li2CO3仍很难达到高纯度的要求。氢化－离子交换法是在氢化分解法的基础上使用螯合树脂等将LiHCO3溶液中的钙镁硼等离子除去，过滤后得到提纯的LiHCO3溶液，经加热、过滤、干燥得到提纯后的Li2CO3，如何筛选出螯合特定官能团的离子交换树脂，实现LiHCO3溶液中杂质离子的选择性高效脱除，也是当前的研究热点之一。
[0005]此外，不同应用领域对碳酸锂除了纯度有要求外，还对其物理性能如粒度也有特定要求。例如，采用固相合成法制备高性能锂电池正极材料时对作为锂源掺入的碳酸锂有高纯度要求(≥99.99%)外，对碳酸锂的粒度也有要求( D
50
＜5μm)。因此在由粗碳酸锂制备高纯碳酸锂过程中，除了提高纯度外，还应根据不同用途制得粒度可控的高纯碳酸锂产品。

技术实现思路

[0006]针对现有技术难以稳定、高效地将粗碳酸锂制备得到纯度高且粒度易控制的高纯碳酸锂的问题，本专利技术旨在提供一种工艺简单的由粗碳酸锂制备高纯碳酸锂的方法，该方法具有原料适应性强、除杂效率高、试剂消耗量低、金属回收率高、清洁环保等突出优点。
[0007]本专利技术通过以下方案实现：一种由粗碳酸锂制备高纯碳酸锂的方法，按以下步骤进行，（a）外场耦合调浆水洗：将粗碳酸锂与纯水在外场耦合条件下调浆洗涤，洗涤结束后固液分离得到工业级碳酸锂；所述粗碳酸锂的纯度小于90%；（b）剪切碳化：将步骤（a）得到的工业级碳酸锂与纯水混合形成混合液，往混合液中通入CO2气体，并同时采用剪切机在一定剪切速度下将工业级碳酸锂碳化为碳酸氢锂，得到碳酸氢锂溶液；（c）离子交换除杂：将步骤（b）得到的碳酸氢锂溶液进行过滤，得到的滤液采用离子交换进一步除杂；（d）剪切热分解：将经步骤（c）除杂得到的溶液在剪切条件且一定温度下热分解，之后将热分解后的产物经固液分离得到固体物质，将固体物质采用纯水洗涤，烘干后制得高纯碳酸锂。烘干工艺按现有常规烘干工艺进行即可。
[0008]进一步地，所述步骤（a）中，纯水的用量按每1g粗碳酸锂需要0.5～2ml纯水的标准计算；洗涤温度控制为70～95℃，洗涤时间控制为5～30 min，洗涤次数控制为1～3次；所述外场耦合条件为采用剪切机或超声波发生仪在溶液中产生的剪切场或超声波场，所述剪切机的转速控制为500～5000转/分钟，所述超声波发生仪的频率控制为10～150 KHz。实际制作时，洗涤次数为2次以上的，每次洗涤的剪切机的转速或超声波发生仪的频率可相同或不同，可根据需要调整，且每次洗涤的洗涤时间也可相同或不同，可根据实际情况进行调整设置。
[0009]进一步地，所述步骤（b）中，纯水的用量按每1g工业级碳酸锂需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由粗碳酸锂制备高纯碳酸锂的方法，其特征在于：按以下步骤进行，（a）外场耦合调浆水洗：将粗碳酸锂与纯水在外场耦合条件下调浆洗涤，洗涤结束后固液分离得到工业级碳酸锂；（b）剪切碳化：将步骤（a）得到的工业级碳酸锂与纯水混合形成混合液，往混合液中通入CO2气体，并同时采用剪切机在一定剪切速度下将工业级碳酸锂碳化为碳酸氢锂，得到碳酸氢锂溶液；（c）离子交换除杂：将步骤（b）得到的碳酸氢锂溶液进行过滤，得到的滤液采用离子交换进一步除杂；（d）剪切热分解：将经步骤（c）除杂得到的溶液在剪切条件且一定温度下热分解，之后将热分解后的产物经固液分离得到固体物质，将固体物质采用纯水洗涤，烘干后制得高纯碳酸锂。2.如权利要求1所述的一种由粗碳酸锂制备高纯碳酸锂的方法，其特征在于：所述步骤（a）中，纯水的用量按每1g粗碳酸锂需要0.5～2ml纯水的标准计算；洗涤温度控制为70～95℃，洗涤时间控制为5～30 min，洗涤次数控制为1～3次；所述外场耦合条件为采用剪切机或超声波...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟发平，杨建广，张艳，周建明，朱强，唐施阳，苏安邦，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：