本發(fā)明涉及礦石提鋰技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝。

背景技術(shù)：

鋰是微量元素，為一價(jià)陽(yáng)離子。自然界中無(wú)游離鋰，因此，鋰實(shí)際指鋰離子或鋰鹽。近年來(lái)，鋰鹽已經(jīng)由傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域如玻璃陶瓷、電解鋁、潤(rùn)滑脂、制冷等擴(kuò)展到鋁鋰合金、鋰電池、核聚變等高新技術(shù)領(lǐng)域，特別是新能源對(duì)于高效蓄電池可能存在的爆發(fā)式需求增長(zhǎng)，對(duì)鋰鹽工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步提出了緊迫的挑戰(zhàn)。鋰離子電池作為一種新能源，是電池產(chǎn)品中最重要的產(chǎn)品，被廣泛的應(yīng)用在移動(dòng)通訊、手表、照相機(jī)、計(jì)算器、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器后備電源等領(lǐng)域。電池級(jí)碳酸鋰是生產(chǎn)儲(chǔ)能電池的主要材料，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰先將天然鋰輝石在950-1100℃焙燒，使其由單晶系的α-鋰輝石轉(zhuǎn)變成四方晶系的β-鋰輝石，由于晶型轉(zhuǎn)變，礦物的物理化學(xué)性質(zhì)也隨著變化，化學(xué)活性增加，能與酸堿發(fā)生各種反應(yīng)，然后將硫酸與β-鋰輝石在250-300℃下焙燒，通過(guò)硫酸化焙燒發(fā)生置換反應(yīng)，生成可溶性硫酸鋰和不溶性脈石，反應(yīng)式為：Li₂O·AL₂O₃·4SiO₂+H₂SO₄→Li₂SO₄+H₂O·AL₂O₃·SiO₂。經(jīng)粉碎后用洗液浸出硫酸鋰溶液，浸出率可達(dá)95%以上。浸出液經(jīng)蒸發(fā)濃縮，然后加入碳酸鈉生成碳酸鋰，再經(jīng)離心分離、干燥，制得碳酸鋰成品。硫酸法制備碳酸鋰雖然回收率高，但有相當(dāng)數(shù)量的硫酸和純堿變成了價(jià)值較低的硫酸鈉，成本較高，且硫酸對(duì)生產(chǎn)設(shè)備具有一定的腐蝕性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：本發(fā)明提供一種鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝，所述鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝按如下步驟進(jìn)行：

S101：燒結(jié)：將碳酸鈣、氧化鈣或氫氧化鈣中的一種或多種與鋰輝石混料后一起燒結(jié)，獲取燒結(jié)料；其中，燒結(jié)溫度為1100-1300℃，燒結(jié)時(shí)間≥4小時(shí)且≤7小時(shí)；

由于碳酸鈣在970℃時(shí)分解為氧化鈣和二氧化碳?xì)怏w，氫氧化鈣在550℃時(shí)分解為氧化鈣和水，此處的燒結(jié)溫度為1100-1300℃，所以，碳酸鈣、氧化鈣或氫氧化鈣中的一種或多種與鋰輝石混料后一起燒結(jié)過(guò)程中的反應(yīng)最終是氧化鈣與鋰輝石的燒結(jié)反應(yīng)，其反應(yīng)式為：

式一：Li2O·AL₂O₃·4SiO₂+8CaO=Li2O·AL₂O₃+4[2CaO·SiO₂]

S102：浸出：向所述燒結(jié)料中加水?dāng)嚢韬筮^(guò)濾，獲取濾液；

如上述式一所示，鋰輝石和氧化鈣燒結(jié)反應(yīng)生成鋁酸鋰和硅酸鈣，其中，硅酸鈣不溶于水，鋁酸鋰可溶于水，鋁酸鋰溶于水后以氫氧化鋁和氫氧化鋰的形式存在，由于氫氧化鋁難溶于水，所以，燒結(jié)料加水?dāng)嚢韬筮^(guò)濾，獲取的濾液為氫氧化鋰溶液。

S103：碳化除雜：向所述濾液中加入二氧化碳進(jìn)行除雜，然后將液固分離，獲取碳酸氫鋰溶液；

所述濾液為氫氧化鋰溶液，向?yàn)V液中通入二氧化碳即向氫氧化鋰溶液中通入二氧化碳，其反應(yīng)式為：

式二：LiOH+CO₂=LiHCO₃

向氫氧化鋰溶液中通入二氧化碳時(shí)，氫氧化鋰溶液中的鈣、鎂等雜質(zhì)以碳酸鈣、碳酸鎂的形式沉淀下來(lái)，液固分離后獲取較為純凈的碳酸氫鋰溶液，起到凈化除雜的效果。

S104：熱解析鋰：將所述碳酸氫鋰溶液加熱分解，獲取電池級(jí)碳酸鋰；其中，加熱溫度大于90℃。

碳酸氫鋰溶液加熱后分解，當(dāng)加熱溫度在90℃以上時(shí)，LiHCO₃分解速率急劇增加，因此，一般熱解溫度控制在90℃以上，以減少熱解的時(shí)間，其分解反應(yīng)式如下：

式三：2LiHCO₃^加熱Li₂CO₃+H₂O+CO₂

如式三所示，碳酸氫鋰熱分解后得到碳酸鋰和水，經(jīng)降溫過(guò)濾出碳酸鋰沉淀，烘干即得到高純度的 Li₂CO₃ 產(chǎn)品。

優(yōu)選的，所述步驟S102中，加入的水與燒結(jié)料的液固比為2-3:1，攪拌時(shí)間≥0.5小時(shí)且≤2小時(shí)。

向燒結(jié)料中加入過(guò)量的水，以保證燒結(jié)料中的鋰離子充分溶解，提高鋰的回收率；另一方面，為保證攪拌設(shè)備的要求，固含量不大于35%，以液固比為2-3:1為宜。

本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

本發(fā)明提供一種鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝，所述工藝包括燒結(jié)、浸出、碳化除雜和熱解析鋰等步驟，將碳酸鈣、氧化鈣或氫氧化鈣中的一種或多種與鋰輝石混料后一起燒結(jié)，然后將燒結(jié)料加水浸出氫氧化鋰溶液后直接通入二氧化碳除雜，獲取碳酸氫鋰溶液，然后將碳酸氫鋰溶液加熱分解獲取電池級(jí)碳酸鋰，直接從鋰輝石制備電池級(jí)碳酸鋰，無(wú)需先制備工業(yè)級(jí)碳酸鋰再?gòu)墓I(yè)級(jí)碳酸鋰制備電池級(jí)碳酸鋰，工藝簡(jiǎn)單，流程短，能耗低，成本低，且對(duì)設(shè)備腐蝕極小，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本公開實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1是一種鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝方法流程示意圖，以下實(shí)施例中鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝方法均以圖1所示的方法流程為基礎(chǔ)。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例提供一種鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝，所述工藝方法按如下步驟進(jìn)行：

S101：燒結(jié)：將123g氧化鈣與100g鋰輝石混料后一起燒結(jié)，獲取燒結(jié)料；其中，燒結(jié)溫度為1100℃，燒結(jié)時(shí)間為7小時(shí)；

S102：浸出：向所述燒結(jié)料中加水?dāng)嚢瑁尤氲乃c燒結(jié)料的固液比為2:1，然后過(guò)濾，獲取濾液；

S103：碳化除雜：向所述濾液中加入二氧化碳進(jìn)行除雜，然后將液固分離，獲取碳酸氫鋰溶液；

S104：熱解析鋰：將所述碳酸氫鋰溶液加熱分解，獲取電池級(jí)碳酸鋰；其中，加熱溫度為100℃。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝，所述工藝方法按如下步驟進(jìn)行：

S101：燒結(jié)：將100g碳酸鈣、60g氧化鈣和100g鋰輝石混料后一起燒結(jié)，獲取燒結(jié)料；其中，燒結(jié)溫度為1300℃，燒結(jié)時(shí)間為4小時(shí)；

S102：浸出：向所述燒結(jié)料中加水?dāng)嚢?，加入的水與燒結(jié)料的固液比為3:1，然后過(guò)濾，獲取濾液；

S103：碳化除雜：向所述濾液中加入二氧化碳進(jìn)行除雜，然后將液固分離，獲取碳酸氫鋰溶液；

S104：熱解析鋰：將所述碳酸氫鋰溶液加熱分解，獲取電池級(jí)碳酸鋰；其中，加熱溫度為95℃。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝，所述工藝方法按如下步驟進(jìn)行：

S101：燒結(jié)：將160g氫氧化鈣和100g鋰輝石混料后一起燒結(jié)，獲取燒結(jié)料；其中，燒結(jié)溫度為1200℃，燒結(jié)時(shí)間為5小時(shí)；

S102：浸出：向所述燒結(jié)料中加水?dāng)嚢?，加入的水與燒結(jié)料的固液比為2:1，然后過(guò)濾，獲取濾液；

S103：碳化除雜：向所述濾液中加入二氧化碳進(jìn)行除雜，然后將液固分離，獲取碳酸氫鋰溶液；

S104：熱解析鋰：將所述碳酸氫鋰溶液加熱分解，獲取電池級(jí)碳酸鋰；其中，加熱溫度為93℃。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝，所述工藝方法按如下步驟進(jìn)行：

S101：燒結(jié)：將70g碳酸鈣、50g氫氧化鈣、40g氧化鈣和100g鋰輝石混料后一起燒結(jié)，獲取燒結(jié)料；其中，燒結(jié)溫度為1300℃，燒結(jié)時(shí)間為6小時(shí)；

S102：浸出：向所述燒結(jié)料中加水?dāng)嚢?，加入的水與燒結(jié)料的固液比為3:1，然后過(guò)濾，獲取濾液；

S103：碳化除雜：向所述濾液中加入二氧化碳進(jìn)行除雜，然后將液固分離，獲取碳酸氫鋰溶液；

S104：熱解析鋰：將所述碳酸氫鋰溶液加熱分解，獲取電池級(jí)碳酸鋰；其中，加熱溫度為105℃。

由上表可知，采用本發(fā)明提供的鋰輝石燒結(jié)碳化法制備電池級(jí)碳酸鋰的工藝方法制備的實(shí)施例1至實(shí)施例4的碳酸鋰均達(dá)到了電池級(jí)，采用本發(fā)明的方法可以直接從鋰輝石制備電池級(jí)碳酸鋰，無(wú)需先制備工業(yè)級(jí)碳酸鋰再?gòu)墓I(yè)級(jí)碳酸鋰制備電池級(jí)碳酸鋰，工藝簡(jiǎn)單，流程短，能耗低，成本低，且對(duì)設(shè)備腐蝕極小，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

以上所述僅是本發(fā)明的具體實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。