電池級(jí)碳酸鋰制備方法
隨著鋰離子電池在電子產(chǎn)品、新能源電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用，作為鋰離子電池的重要基礎(chǔ)原料—電池級(jí)碳酸鋰的需求量急劇增加。
電池級(jí)碳酸鋰是生產(chǎn)鋰離子電池正極材料的關(guān)鍵原料，如鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池以及三元電池等的正極材料，均是以電池級(jí)碳酸鋰為基礎(chǔ)合成而得。此外，電池級(jí)碳酸鋰作為鋰離子電池的電解質(zhì)添加劑，不僅能夠顯著提高電池的安全性能，而且可延長(zhǎng)使用壽命。
電池級(jí)碳酸鋰生產(chǎn)原料來(lái)源廣泛，目前常用的有粗碳酸鋰、鹽湖鹵水、鋰輝石、鋰云母、廢舊鋰電池等。
一、粗碳酸鋰提純制備電池級(jí)碳酸鋰工藝
目前，粗碳酸鋰提純制備電池級(jí)碳酸鋰主要有有苛化法、重結(jié)晶法、氫化法等。苛化方法將精制的石灰乳添加到粗碳酸鋰的漿料中，以形成可溶性氫氧化鋰。鈣雜質(zhì)主要以碳酸鈣的形式沉淀，而鎂雜質(zhì)則形成更多不溶的氫氧化鎂沉淀。過(guò)濾后除去鈣和鎂雜質(zhì)后，將高純二氧化碳通入過(guò)濾液中以獲得碳酸鋰，將其與其他雜質(zhì)進(jìn)一步分離，并將沉淀的碳酸鋰干燥，以獲得高純度碳酸鋰產(chǎn)物。該方法對(duì)碳酸鋰與石灰乳的量的比例，石灰乳的純度和溫度提出了嚴(yán)格的要求。重結(jié)晶方法利用以下特性 ：碳酸鋰在水中的溶解度隨溫度升高而降低，而常見雜質(zhì)離子的溶解度隨溫度升高而升高。當(dāng)加熱工業(yè)級(jí)碳酸鋰并與去離子水混合時(shí)，碳酸鋰是屬于不溶的。將雜質(zhì)溶解、過(guò)濾除去雜質(zhì)，干燥后可獲得高純度的碳酸鋰，在高溫下溶解并在操作過(guò)程中進(jìn)行均勻攪拌可加速雜質(zhì)的溶解。該方法操作簡(jiǎn)便，除雜效果好，但碳酸鋰的溶解度低，在混合過(guò)程中容易發(fā)生壁的附著，損失大，工作周期長(zhǎng)。
碳酸氫化沉淀法是將粗制碳酸鋰和去離子水與水懸浮液混合，使高純二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入其中，得到碳酸氫鋰水溶液，將濾液作為沉淀過(guò)濾，并通過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂除去鈣和鎂等雜質(zhì)離子。除去雜質(zhì)后，碳酸氫鋰在高溫下分解，形成碳酸鋰沉淀。過(guò)濾后，用熱的去離子水洗滌。干燥后成為高純度碳酸鋰產(chǎn)物。碳酸氫化沉淀法制備高純碳酸鋰在于加入一種沉淀劑，除去大部分鈣鎂等不可溶雜質(zhì)，碳酸氫鋰高溫分解過(guò)濾可以除去可溶性雜質(zhì)。該制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，今后的發(fā)展前景也十分可觀，并且能夠獲得相對(duì)理想的除雜效果，缺點(diǎn)是循環(huán)母液量大。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，鹽湖鹵水鋰資源的儲(chǔ)量約占鋰總資源 70%~80%，從鹽湖鹵水中提取鋰已成為鋰鹽生產(chǎn)的主要方向。科學(xué)院青海鹽湖研究所創(chuàng)造了水和鹽的多元素體系，從高濃度鹽水中有效分離鎂和濃鋰的新模式-一種選擇性離子遷移的新分離方法。青海鋰業(yè)和青海東臺(tái)吉乃爾鋰資源股份有限公司的工藝路線如下 ：原料鹵水送之鹵水過(guò)濾車間，多介質(zhì)過(guò)濾器去除原料鹵水中的雜質(zhì)，凈液送之鋰鎂分離。經(jīng)鋰鎂分離處理后的富鎂鹵水返回鹽田，低鎂高鋰的溶液則送之后續(xù)碳酸鋰的生產(chǎn)，產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的電池級(jí)碳酸鋰。
硫酸法提鋰工藝主要是基于晶相組織轉(zhuǎn)變的原理，先將含鋰礦石精礦在1000℃的高溫下焙燒，將其晶相轉(zhuǎn)化為β型，細(xì)粉碎后，與過(guò)量的濃硫酸混合均勻后再進(jìn)入硫酸化焙燒窯焙燒。冷卻之后的硫酸鋰焙砂，漿化后輸送之浸出罐。在浸出罐內(nèi)，硫酸鋰及硫酸鹽雜質(zhì)進(jìn)入溶液體系。加入除雜劑及中和劑，使雜質(zhì)沉淀，固液分離得到浸出渣和富鋰溶液。富鋰溶液進(jìn)一步除雜后得到高純硫酸鋰溶液，與碳酸鈉溶液在沉鋰釜中反應(yīng)生成碳酸鋰晶體。結(jié)晶出來(lái)的碳酸鋰漿料經(jīng)過(guò)濾洗滌得到電池級(jí)碳酸鋰。
以鋰云母為原料、采用焙燒分解置換生產(chǎn)碳酸鋰并聯(lián)產(chǎn)鈉、鉀、銣、銫產(chǎn)品 ；采用了新型冶金工藝、設(shè)備與材料開發(fā)一體化研發(fā)的全新思路，通過(guò)對(duì)鋰云母強(qiáng)化提鋰工藝、符合工藝特點(diǎn)的關(guān)鍵設(shè)備、高附加值鋰產(chǎn)品等的研究，成功研發(fā)了鋰云母礦固氟技術(shù)、鋰云母分解技術(shù)、選擇性高效浸出技術(shù)、綜合利用鈉、鉀、銣、銫的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)、鋰云母高效提鋰關(guān)鍵設(shè)備制備技術(shù)等。以上集成技術(shù)突破了傳統(tǒng)工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了從鋰云母礦中高效、經(jīng)濟(jì)提取電池級(jí)碳酸鋰新工藝的工業(yè)化應(yīng)用。
研究人員進(jìn)行從廢磷酸鐵鋰中回收鋰資源的研究，以廢磷酸鐵鋰為原料進(jìn)行鋰、鐵、磷的綜合回收，并充分利用了廢磷酸鹽中的磷、鐵、鋰資源。鋰、鐵具有高附加值，磷酸鐵，碳酸鋰產(chǎn)品和磷酸鋰是在無(wú)鐵渣的過(guò)程中生產(chǎn)的，回收率高。以磷酸鐵鋰廢料為原料，通過(guò)火法焙燒、鹽酸浸出、轉(zhuǎn)型除雜、堿化除雜、純堿沉鋰等步驟制備得電池級(jí)碳酸鋰。因此從廢舊鋰電池這座“城市礦山”回收制備電池級(jí)碳酸鋰，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，符合節(jié)能減排政策，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義與社會(huì)意義。
文章來(lái)源：
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引用文章原鏈接：https://www.sohu.com/a/471506156_121124376
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