CN109896539A - 一种碳酸锂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制备高纯度电池级碳酸锂的方法，以锂云母为原料，采用焙烧和水浸方法，其特征在于，包括焙烧、水浸、过滤、分离、冷冻沉锂制碳酸锂。本发明回转窑焙烧烟气经过旋风收尘、布袋收尘、洗涤塔吸收，可达标排放。同时操作过程稳定，生产周期短，设备利用率高，生产成本低，三废排放少，对环境影响小的生产方法，浸出渣为一般固体废渣，可作为建筑材料的原料使用，大幅度降低了其生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳酸锂的制备方法，特别是涉及一种焙烧制备高纯度的电池级碳酸锂产品的方法，属于能源领域。
背景技术
随着国家新能源发展规划，锂电新能源作为国家重点支持发展能源产业之一；碳酸锂作为锂电新能源发展重要基础原料，其生产和需求量越来越大，价格也越来越高。
锂云母是一种重要的矿产资源，其含有丰富的稀有金属材料，锂、钠、钾、铷、铯、铝等。随着世界能源的日益紧张，开发利用新能源为世界的共同课题，越来越被各国所重视；锂及其盐类碳酸锂，硫酸锂等盐是锂电新能源产业的基础性原料产品，而锂云母中含有锂电新能源产业的基础材料锂金属，因此对锂云母的开发应用成为当今的热门课题。
江西宜春市钽铌锂矿是目前亚洲最大的钽铌锂矿，钽铌锂资源丰富，锂云母中二氧化锂含量达4.5％，具有提取碳酸锂资源优势条件。因此以锂云母为原料进行提取碳酸锂具有较广阔的市场前景，及较好的经济效益。
从目前现有的生产工艺来看，碳酸锂的生产得率不甚理想，综合生产效益不高，投入与产出比不足，难以实现工业化生产。目前碳酸锂的制备以锂云母为原料进行提取方法，主要有硫酸法或硫酸钾焙烧结法，因硫酸钾焙烧法其硫酸钾消耗量过大，而且能源消耗高，物料流通量大，锂回收率低，因而造成制备碳酸锂、硫酸锂的产品成本过高，硫酸法采用浓硫酸与锂云母矿高温焙烧，碳酸根沉锂，同样能耗高，且环境污染影响大，特别是废气的排放较大，对环境造成较大的压力。
发明内容
本发明就是要提供一种锂云母焙烧制备碳酸锂的方法，以锂云母为原料，采用焙烧和水浸方法，包括焙烧、水浸、过滤、分离、冷冻沉锂制碳酸锂，以天然气为燃料，设备利用率高，环保三废排放小，生产成本低的制备碳酸锂的方法。
本发明提供一种制备高纯度电池级碳酸锂的方法，以锂云母为原料，采用焙烧和水浸方法，其特征在于，包括焙烧、水浸、过滤、分离、冷冻沉锂制碳酸锂：
所述焙烧是采用回转窑焙烧装置对锂云母原料和辅料一同进行焙烧，包括如下工艺步骤，1)将锂云母粉碎到200-300目，为锂云母粉，2)将锂云母粉与辅料一同搅拌混合均匀为焙烧生料，控制锂云母粉与辅料的质量比为60-70:40-30；3)将焙烧生料置于回转窑焙烧装置中，进行焙烧为焙烧料，控制回转窑焙烧时间为40-60分钟，控制焙烧温度为820-920℃。
基于以上技术方案，优选的，所述辅料为硫酸钠、石灰石二者的混合；控制锂云母和辅料各组分质量百分比为锂云母65-68wt％，硫酸钠28-32wt％，石灰石2-4wt％。
基于以上技术方案，优选的，其特征在于，所述焙烧采用天然气为能源，控制焙烧每吨锂云母能耗为230-280立方米天然气；控制回转窑焙烧进所产生的废烟气经过旋风收尘、布袋收尘、洗涤塔吸收再向外排放。
基于以上技术方案，优选的，其特征是所述水浸是将焙烧料和水采用湿式球磨浸出，控制水浸出时间为2-3小时，经过滤分离除去滤渣，为含Li+水浸出液，控制焙烧料和水的固液质量比为0.8-1:1。
基于以上技术方案，优选的，其特征是所述冷冻沉锂包括如下步骤：(1)冷冻：将含Li+水浸出液在搅拌下，降温至-30～40℃，分离出固体铷、铯、钠矾后，过滤分离，洗涤滤渣，滤液回收为母液；(2)中和：向母液中加入氢氧化钙乳液，得中和反应的固、液混合溶液，过滤，得回收滤液；(3)浓缩：将回收滤液进行蒸发浓缩，得Li+浓度为15-30g/l的浓缩溶液；(4)沉锂制碳酸锂：向浓缩溶液中充入二氧化碳气体，在80-95℃温度下沉锂反应60-80分钟，得到沉淀，过滤、机械分离得碳酸锂粗品和含有副产物的母液；(5)将得到的碳酸锂粗品先用洗涤剂进行洗涤并固液分离，然后再用纯水进行洗涤并固液分离，洗涤后的碳酸锂进行烘干便得到高纯度的电池级碳酸锂产品，滤液经处理回收循环使用。(6)将含有副产物的母液蒸馏得到循环水。
基于以上技术方案，优选的，所述焙烧是控制回转窑炉的长径比为15-18，控制回转窑的转动速率为0.27-2.75转/分钟。
基于以上技术方案，优选的，所述冷冻为二次冷冻，一次冷冻，是将含Li+水浸出液在搅拌下,降温至-5～40℃，分离出固体铷、铯、钾矾后，过滤分离，得分离滤液；再对分离滤液进行二次冷冻，是将分离滤液在搅拌下降温至-8～-30℃，分离出固体钠、铷、铯矾，滤液回收为母液。
基于以上技术方案，优选的，所述洗涤剂包括纯水和/或所述循环水，优选所述循环水。
有益效果
本发明提供一种锂云母焙烧制备高纯度电池级碳酸锂的方法，以锂云母为原料，采用焙烧和水浸方法，包括焙烧、水浸、过滤、分离、冷冻沉锂制碳酸锂，在焙烧过程中以纯天然气作为能源，对现有的焙烧制锂的方法，即硫酸盐回转窑焙烧锂云母提取锂工艺目前工业上虽有应用，但是产量却比较小，年产不过数千吨，其主要的原因就是炉窑不能稳定持续的生产，经常发生生料及结窑的现象。硫酸钾用量较大，成本相应也高。本发明回转窑焙烧制碳酸锂的方法，通过控制锂云母原料和辅料硫酸钾、硫酸钙及石灰石的质量配比，同时采用天然气作为能源，从而可有效的防止锂云母原料与辅料在回转窑内焙烧时不会产生结窑及出现生料的情况出现。同时经回转窑焙烧后的物料是以水浸出工艺，即是用水进行浸出，而现有的锂云母回转窑焙烧所产生的焙烧料通常含锂只有1-1.1％左右，按常规液固比3:1来浸出得到的浸出液，含锂只有3克/升左右，因而浸出液中的含锂量过低，对后续生产碳酸锂来说浓度太低了，因而必须减小液固比，最好是能达到12克/升以上，也就是说液固才能达到12克/升以上。本发明采用湿式球磨浸出工艺，从而大幅度提高浸出液中的锂的含量，并且其浸出渣因为是水浸所以为一般固体废渣，可作为建筑材料的原料，而每吨锂云母能耗为230-280立方米天然气，节约了燃气资源，回转窑烟气经过旋风收尘、布袋收尘、洗涤塔吸收，可达标排放。同时操作过程稳定，生产周期短，设备利用率高，生产成本低，三废排放少，对环境影响小的生产方法。
本发明一种锂云母回转窑焙烧制碳酸锂的方法，采用焙烧和水浸方法，浸出渣为一般固体废渣，可作为建筑材料的原料使用，大幅度降低了其生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
实施例中涉及浓度均为质量浓度
(1)粉碎锂云母制锂云母粉料，将锂云母粉碎至200-300目，置于反应装置中；
(2)制焙烧生料：将上述质量组分组成的锂云母粉和辅料按一定的质量比混合为焙烧生料；
(3)焙烧生料回转窑焙烧制焙烧料，焙烧使用回转窑炉的长径比为15-18，即使用4×60米和4×72米回转窑生产，并且控制回转窑的转动速率为0.27-2.75转/分钟。通过控制回转窑的转动速率可以达到在相同的时间内增加对焙烧料的焙烧，使焙烧料焙烧更充分，回转窑的转动速率为0.27-2.75转/分钟之内其转动较现有的慢一半以上。
本实施例本步采用的工艺条件是：
原料锂云母67wt％，和辅料为硫酸钠30wt％，石灰石3wt％；
回转窑焙烧时间为40-60分钟，
焙烧温度为820-920℃；进行焙烧后得到的焙烧料用水浸出，
控制水浸出固、液质量比为0.8:1；
焙烧采用天然气为能源，控制焙烧每吨锂云母能耗为230-280立方米天然气；控制回转
窑焙烧进所产生的废烟气经过旋风收尘、布袋收尘、洗涤塔吸收再向外排放；
(4)水浸、过滤、分离、冷冻沉锂制碳酸锂，水浸是将(3)焙烧料和水采用湿式球磨浸出，控制水浸出时间为2-3小时，经过滤分离除去滤渣，为含Li+水浸出液，控制焙烧料和水固液质量比为0.8：1；同时控制含Li+水浸出液中的Li+浓度在12g/l以上；分离：分离可以按现有的方法进行分离处理，也可按如下工艺进行分离即将含有Li+水浸出液在分离过程中，对分离出的固体用温度为80℃的热水洗涤，洗涤液进入母液槽，为母液；冷冻沉锂包括如下步骤：(1)冷冻，采用二次冷冻，一次冷冻，是将含Li+水浸出液在搅拌下，降温至-5～40℃，分离出固体铷、铯、钾矾后，过滤分离，得分离滤液；再对分离滤液进行二次冷冻，是将分离滤液在搅拌下降温至-8～-30℃，分离出固体钾、铷、铯矾，滤液回为母液；(2)中和，是向母液中加入氢氧化钙乳液，得中和反应的固、液混合溶液，过滤，得回收滤液；(3)浓缩，是将回收滤液进行蒸发浓缩，得Li+浓度为15-30g/l的浓缩溶液；(4)沉锂制碳酸锂，向浓缩溶液中充入二氧化碳气体，在80-95℃温度下沉锂反应70分钟，然后过滤、机械分离得碳酸锂粗品和和含有副产物的母液；将含副产物的母液蒸馏得到循环水；(5)将得到的碳酸锂粗品先用所述循环水洗涤并固液分离，洗涤后的碳酸锂进行烘干便得到高纯度的电池级碳酸锂产品，滤液经处理回收循环使用。
需要说明的是：以上本发明所公开的上述的技术方案，非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种制备碳酸锂的方法，以锂云母为原料，采用焙烧和水浸方法，其特征在于，包括焙烧、水浸、过滤、分离、冷冻沉锂制碳酸锂：
所述焙烧是采用回转窑焙烧装置对锂云母原料和辅料一同进行焙烧，包括如下工艺步骤，1)将锂云母粉碎到200-300目，为锂云母粉，2)将锂云母粉与辅料一同搅拌混合均匀为焙烧生料，控制锂云母粉与辅料的质量比为60-70:40-30；3)将焙烧生料置于回转窑焙烧装置中，进行焙烧为焙烧料，控制回转窑焙烧时间为40-60分钟，控制焙烧温度为820-920℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅料为硫酸钠、石灰石二者的混合；控制锂云母和辅料各组分质量百分比为锂云母65-68wt％，硫酸钠28-32wt％，石灰石2-4wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧采用天然气为能源，控制焙烧每吨锂云母能耗为230-280立方米天然气；控制回转窑焙烧进所产生的废烟气经过旋风收尘、布袋收尘、洗涤塔吸收再向外排放。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述水浸是将焙烧料和水采用湿式球磨浸出，控制水浸出时间为2-3小时，经过滤分离除去滤渣，为含Li+水浸出液，控制焙烧料和水的固液质量比为0.8-1:1。
5.根据权利要求1所述方法，其特征是所述冷冻沉锂包括如下步骤：(1)冷冻：将含Li+水浸出液在搅拌下，降温至-30～40℃，分离出固体铷、铯、钠矾后，过滤分离，洗涤滤渣，滤液回收为母液；(2)中和：向母液中加入氢氧化钙乳液，得中和反应的固、液混合溶液，过滤，得回收滤液；(3)浓缩：将回收滤液进行蒸发浓缩，得Li+浓度为15-30g/l的浓缩溶液；(4)沉锂制碳酸锂：向浓缩溶液中充入二氧化碳气体，在80-95℃温度下沉锂反应60-80分钟，得到沉淀，过滤、机械分离得碳酸锂粗品和含有副产物的母液；(5)将得到的碳酸锂粗品先用洗涤剂进行洗涤并固液分离，然后再用纯水进行洗涤并固液分离，洗涤后的碳酸锂进行烘干便得到高纯度的电池级碳酸锂产品，滤液经处理回收循环使用。(6)将含有副产物的母液蒸馏得到循环水。
6.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述焙烧是控制回转窑炉的长径比为15-18，控制回转窑的转动速率为0.27-2.75转/分钟。
7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述冷冻为二次冷冻，一次冷冻，是将含Li+水浸出液在搅拌下，降温至-5～40℃，分离出固体铷、铯、钾矾后，过滤分离，得分离滤液；再对分离滤液进行二次冷冻，是将分离滤液在搅拌下降温至-8～-30℃，分离出固体钠、铷、铯矾，滤液回收为母液。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述洗涤剂包括纯水和/或所述循环水，优选所述循环水。
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