CN110028088A - 一种电池级碳酸锂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池级碳酸锂的制备方法，包括：A、向盐湖卤水提锂母液中滴加铝盐溶液和氢氧化钠溶液进行共沉淀反应，获得成核体系；B、将成核体系陈化后进行固液分离，经洗涤、干燥，获得锂铝水滑石；C、酸化锂铝水滑石，获得锂铝酸溶液；D、将锂铝酸溶液依次进行纳滤铝锂分离、反渗透一级浓缩和电渗析二级浓缩，获得浓缩富锂液；S6、将富锂溶液进行深度除铝，获得除铝富锂液；E、将除铝富锂液进行沉淀，获得电池级碳酸锂。本发明将含有碳酸锂的盐湖卤水提锂母液作为原料先制备锂铝水滑石，再通过酸化法将锂离子转移至水溶液中，实现锂离子与杂质离子的分离，再经除铝、浓缩获得电池级碳酸锂，充分利用锂资源，提高了资源利用效率。

Description

一种电池级碳酸锂的制备方法

技术领域

本发明属于盐湖资源综合利用技术领域，具体来讲，涉及一种电池级碳酸锂的制备方法。

背景技术

锂是自然界最轻的金属元素，银白色，具有高比热、高电导率和化学活性强等独特的物理化学特性，有着广泛的用途。目前，金属锂及其化合物在玻璃陶瓷、电解铝、润滑脂、空调制冷和有机合成、冶金、化工、医药和试剂等传统工业领域的应用持续增长，在铝锂合金、锂电池和核聚变等能源、军工、航空航天、核工业等领域的应用也迅猛扩大，因此被誉为“工业味精”，也被许多国家视为重要的战略物资；又因其在锂电池方面的应用，被誉为“推动世界进步的能源金属”。自然界中，锂资源主要赋存于固体矿石和液体卤水中。卤水锂资源在世界锂资源开发中的重要地位已确立了近30年，它在应用及提取锂化合物方面已引起锂资源开发行业的重视。国际上锂盐生产的趋势是以盐湖提锂为主，矿石法提锂为辅；而我国由于盐湖卤水提锂具有资源量大、成本低等优点，且随着固体锂矿资源日益枯竭，盐湖卤水已逐渐成为锂资源的主要来源。

目前针对高镁锂比盐湖提锂技术的主流工艺，主要包括：盐田工艺、镁锂分离、含锂溶液除杂、碳酸锂的沉淀转化等工艺步骤；其中，碳酸锂的沉淀转化是将碳酸钠溶液加入到富锂溶液中，通过沉淀反应制备碳酸锂，同时固液分离后产生碳酸锂母液，即为盐湖卤水提锂母液，这部分碳酸锂母液中锂的含量仍可达到1g/L～2g/L，是一种重要锂资源，有待于回收再利用。

针对上述碳酸锂母液，目前对其回收再利用的工艺一般是先采用盐酸去除其中的碳酸根，再加碱调整其pH；如此，其一工艺复杂，其二需要耗费酸碱，成本高，并且其中的碳酸根没有得到合理利用，浪费资源。因此，针对这部分碳酸锂母液，有必要探索全新的回收再利用方法。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种电池级碳酸锂的制备方法，该制备方法将含有碳酸锂的盐湖卤水提锂母液作为原料制备电池级碳酸锂，充分利用其中的锂资源，提高了资源利用效率。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种电池级碳酸锂的制备方法，包括步骤：

S1、向盐湖卤水提锂母液中同时滴加铝盐溶液和氢氧化钠溶液，使三者在25℃～70℃下进行共沉淀反应，并且保持体系的pH为8～13，获得具有锂铝水滑石晶核的成核体系；其中，在所述盐湖卤水提锂母液中，Li⁺的浓度为1g/L～2g/L，CO₃ ^2-的浓度为10g/L～30g/L，OH^-的浓度为5g/L～25g/L；

S2、将所述成核体系于50℃～150℃下陈化6h～48h后进行固液分离，获得锂铝水滑石滤饼；

S3、将所述锂铝水滑石滤饼洗涤、干燥，获得锂铝水滑石；

S4、以2mol/L～12mol/L的盐酸为原料，采用酸化法将所述锂铝水滑石进行溶解，获得锂铝酸溶液；其中，在所述锂铝酸溶液中，Li⁺的浓度为1.5g/L～10g/L，Al³⁺的浓度为10g/L～80g/L，Cl^-的浓度为70g/L～450g/L；

S5、将所述锂铝酸溶液依次经纳滤系统、反渗透系统和电渗析系统内依次进行铝锂分离、一级浓缩和二级浓缩，获得浓缩富锂液；其中，在纳滤后获得的纳滤淡水中，Li⁺的浓度为0.2g/L～2.0g/L，铝锂比为0.01～0.6；在反渗透后获得的反渗透浓水中，Li⁺的浓度为1.5g/L～8g/L，铝锂比为0.01～0.6；在电渗析后获得的所述浓缩富锂液中，Li⁺的浓度为13.0g/L～22.0g/L，铝锂比为0.05～0.8；

S6、将所述富锂溶液进行深度除铝，获得除铝富锂液；其中，在所述除铝富锂液中，Li⁺的浓度为13.0g/L～22.0g/L，Al³⁺的浓度不超过10ppm；

S7、向所述除铝富锂液中加入碳酸钠溶液进行沉淀反应，并且保持体系的pH为8～14，获得电池级碳酸锂。

进一步地，在所述步骤S1中，所述铝盐溶液中Al³⁺与所述盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量之比为1:1～5:1；所述氢氧化钠溶液中OH^-和所述盐湖卤水提锂母液中OH^-物质的量之和与所述盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量之比为4:1～10:1。

进一步地，在所述步骤S1中，所述铝盐溶液中Al³⁺与所述盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量之比为1.5:1～3.5:1；所述氢氧化钠溶液中OH^-和所述盐湖卤水提锂母液中OH^-物质的量之和与所述盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量之比为5:1～8:1。

进一步地，在所述步骤S1中，共沉淀反应过程中保持体系的pH为9～11。

进一步地，在所述步骤S1中，所述盐湖卤水提锂母液与所述铝盐溶液和所述氢氧化钠溶液三者在30℃～50℃下进行共沉淀反应；在所述步骤S7中，所述除铝富锂液和所述碳酸钠溶液在80℃～110℃下进行沉淀反应。

进一步地，在所述盐湖卤水提锂母液中，Li⁺的浓度为1.3g/L～1.7g/L，CO₃ ^2-的浓度为15g/L～25g/L，OH^-的浓度为10g/L～20g/L；在所述纳滤淡水中，Li⁺的浓度为0.5g/L～1.5g/L，铝锂比为0.05～0.3；在所述反渗透浓水中，Li⁺的浓度为3.5g/L～7.5g/L，铝锂比为0.05～0.3；在所述浓缩富锂液中，Li⁺的浓度为15.0g/L～20.0g/L，铝锂比为0.06～0.5；在所述除铝富锂液中，Li⁺的浓度为15.0g/L～20.0g/L，Al³⁺的浓度不超过10ppm。

进一步地，在所述步骤S5中，将所述锂铝酸溶液稀释2～15倍后于所述纳滤系统中进行铝锂分离纳滤操作，且控制纳滤膜配比为1:1～7:1，分离单元的操作压力为0.5MPa～5.0MPa；将所述纳滤淡水于所述反渗透系统中进行一级浓缩反渗透操作，且控制反渗透膜配比为1:1～7:1，浓缩体积比为4:1～15:1，浓缩单元操作压力为1MPa～10MPa。

进一步地，在所述步骤S5中，将所述锂铝酸溶液稀释5～12倍后于所述纳滤系统中进行铝锂分离纳滤操作，且控制纳滤膜配比为2:1～5:1，分离单元的操作压力为2.0MPa～4.0MPa；将所述纳滤淡水于所述反渗透系统中进行一级浓缩反渗透操作，且控制反渗透膜配比为2:1～5:1，浓缩体积比为5:1～11:1，浓缩单元操作压力为2.5MPa～6MPa。

进一步地，所述铝盐溶液为硝酸铝溶液、硫酸铝溶液或氯化铝溶液中的任意一种。

进一步地，在所述步骤S2中，所述成核体系通过水热法或回流法进行陈化。

进一步地，在所述步骤S1中，将所述铝盐溶液和所述氢氧化钠溶液均按照1mL/min～5mL/min的速度滴加到所述盐湖卤水提锂母液中。

本发明以盐湖卤水提锂母液作为原材料，采用共沉淀法分离提取其中的锂资源，将锂、碳酸根和氢氧根转化为锂铝水滑石，继而通过酸化的方法将获得的锂铝水滑石中的锂离子再次转移至水溶液中，由此将锂离子与碳酸根、氢氧根等杂质离子分离，而避免现有技术中采用酸碱调整的方法去除碳酸根的工艺，酸化后获得的锂铝酸溶液依次经过纳滤-反渗透-电渗析-深度除铝，最终制备获得电池级碳酸锂；该获得的电池级碳酸锂中碳酸锂主含量(纯度)不低于99.5％、Cl^-含量不高于40ppm、Na⁺含量不高于150ppm、Mg²⁺含量不高于90ppm、Ca²⁺含量不高于50ppm。该制备方法使得盐湖资源的综合利用与功能化利用相结合，提高了资源利用效率。

具体实施方式

以下，将来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

本发明针对目前对于盐湖卤水提锂母液的一般处理方法所存在的浪费资源、工艺复杂、消耗酸碱导致成本偏高等问题，而提供了另一种全新的盐湖卤水提锂母液的回收利用方法，该回收利用方法以盐湖卤水提锂母液作为电池级碳酸锂的制备原料，充分利用了该盐湖卤水提锂母液中的锂资源以及碳酸根、氢氧根等，提高了资源利用效率。

具体来讲，该电池级碳酸锂的制备方法包括下述步骤：

在步骤S1中，向盐湖卤水提锂母液中同时滴加铝盐溶液和氢氧化钠溶液，使三者在25℃～70℃、优选为30℃～50℃下进行共沉淀反应，并且保持体系的pH为8～13、优选为9～11，获得具有锂铝水滑石晶核的成核体系。

具体来讲，作为原料的盐湖卤水提锂母液，其基本组成为：Li⁺的浓度为1g/L～2g/L、优选为1.3g/L～1.7g/L，CO₃ ^2-的浓度为10g/L～30g/L、优选为15g/L～25g/L，OH^-的浓度为5g/L～25g/L、优选为10g/L～20g/L。

更为具体地，铝盐溶液为硝酸铝溶液、硫酸铝溶液或氯化铝溶液中的任意一种。

进一步地，控制铝盐溶液中Al³⁺与盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量之比为1:1～5:1，优选为1.5:1～3.5:1；同时，控制氢氧化钠溶液中OH^-和盐湖卤水提锂母液中OH^-物质的量之和与盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量之比为4:1～10:1，优选为5:1～8:1。

优选地，可先行配制与盐湖卤水提锂母液等体积的铝盐溶液和氢氧化钠溶液，并且控制铝盐溶液中Al³⁺的物质的量浓度为盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量浓度的1～5倍、优选为1.5～3.5倍，同时控制氢氧化钠溶液中OH^-和盐湖卤水提锂母液中OH^-物质的量之和为盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量浓度的4～10倍、优选为5～8倍即可。继而，优选将铝盐溶液和氢氧化钠溶液二者均采用1mL/min～5mL/min的速度滴加到盐湖卤水提锂母液中，以进行三者的共沉淀反应。

如此，即通过盐湖卤水提锂母液与同时添加的铝盐溶液及氢氧化钠溶液之间的共沉淀反应，完成了预制备的锂铝水滑石的成核过程，其中形成的锂铝水滑石晶核即可作为后续锂铝水滑石生长的基础。

在步骤S2中，将成核体系于50℃～150℃下陈化6h～48h后进行固液分离，获得锂铝水滑石滤饼。

上述陈化可以通过水热法进行或是回流法进行。

在步骤S3中，将锂铝水滑石滤饼洗涤、干燥，获得锂铝水滑石。

优选地，将洗涤后的锂铝水滑石滤饼在60℃～120℃下干燥12h～48h，即可获得锂铝水滑石。

在步骤S4中，以2mol/L～12mol/L的盐酸为原料，采用酸化法将锂铝水滑石进行溶解，获得锂铝酸溶液。

具体来讲，在获得的锂铝酸溶液中，Li⁺的浓度为1.5g/L～10g/L、Al³⁺的浓度为10g/L～80g/L、Cl^-的浓度为70g/L～450g/L。

在步骤S5中，将锂铝酸溶液依次经纳滤系统、反渗透系统和电渗析系统内依次进行铝锂分离、一级浓缩和二级浓缩，获得浓缩富锂液。

具体来讲，将锂铝酸溶液于纳滤系统中进行纳滤分离操作，获得其中Li⁺的浓度为0.2g/L～2.0g/L、优选为0.5g/L～1.5g/L，铝锂比为0.01～0.6、优选为0.05～0.3的纳滤淡水；该纳滤淡水于反渗透系统中进行反渗透一级浓缩操作，获得其中Li⁺的浓度为1.5g/L～8g/L、优选为3.5g/L～7.5g/L，铝锂比为0.01～0.6、优选为0.05～0.3的反渗透浓水；该反渗透浓水于电渗析系统中进行电渗析二级浓缩操作，获得其中Li⁺的浓度为13.0g/L～22.0g/L、优选为15.0g/L～20.0g/L，铝锂比为0.05～0.8、优选为0.06～0.5的浓缩富锂液。

优选地，将锂铝酸溶液稀释2～15倍、优选为5～12倍后于进行铝锂分离纳滤操作，且控制纳滤膜配比为1:1～7:1、优选为2:1～5:1，分离单元的操作压力为0.5MPa～5.0MPa、优选为2.0MPa～4.0MPa。在纳滤淡水进行一级浓缩反渗透操作过程中，控制反渗透膜配比为1:1～7:1、优选为2:1～5:1，浓缩体积比为4:1～15:1、优选为5:1～11:1，浓缩单元操作压力为1MPa～10MPa、优选为2.5MPa～6MPa。

在步骤S6中，将富锂溶液进行深度除铝，获得Li⁺的浓度为13.0g/L～22.0g/L、优选为15.0g/L～20.0g/L，且Al³⁺的浓度不超过10ppm的除铝富锂液。

在步骤S7中，向除铝富锂液中加入碳酸钠溶液进行沉淀反应，并且保持体系的pH为8～14，获得电池级碳酸锂。

优选地，本步骤中在80℃～110℃、优选为90℃～100℃下进行沉淀反应。

在本步骤中，优选控制体系的pH为9～13。并且，可以使用质量浓度为10％～30％、优选为18％～25％的碳酸钠溶液作为沉淀剂；优选控制该沉淀剂中碳酸钠过量10％～30％、更优选为15％～25％。值得说明的是，此处“过量”的含义为：将按照Na₂CO₃与Li⁺反应生成Li₂CO₃所需的Na₂CO₃溶液中Na₂CO₃的量作为100％，而在此基础上，过量上述范围，以尽可能地将除铝富锂液中Li⁺沉淀生成Li₂CO₃。在50rpm～200rpm、优选为100rpm～150rpm的搅拌速度下进行反应。

在进行沉淀反应时，如可控制加料时间为20min～50min，混合后可陈化20min～40min；而后沉淀产物经过滤、洗涤、干燥，即可获得其中碳酸锂主含量(纯度)不低于99.5％、Cl^-含量不高于40ppm、Na⁺含量不高于150ppm、Mg²⁺含量不高于90ppm、Ca²⁺含量不高于50ppm的电池级碳酸锂。

值得说明的是，在分离电池级碳酸锂的同时，仍旧会获得碳酸锂母液，而这部分碳酸锂母液也属于本发明需处理的原料——盐湖卤水提锂母液，因此，该部分获得的碳酸锂母液仍可返回至步骤S1中循环利用，而通过其他方法制备锂产品时产生的提锂母液也属于本发明所述的盐湖卤水提锂母液。

如此，即以盐湖卤水提锂母液为原料，采用共沉淀法分离提取了其中的锂资源，并充分利用了其中的碳酸根和氢氧根，将锂、碳酸根和氢氧根转化为具有广泛应用的锂铝水滑石；继而通过酸化法将锂铝水滑石中的锂资源再次转移至水相中，从而将锂资源与其他杂质离子实现了分离，获得的锂铝酸溶液通过纳滤-反渗透-电渗析-深度除铝进行除杂浓缩富集、沉淀即可制备获得的电池级碳酸锂；该制备方法使得盐湖资源的综合利用与功能化利用相结合，提高了资源利用效率。

以下将通过具体的实施例来说明本发明的上述电池级碳酸锂的制备方法，但是，下述实施例仅是本发明的制备方法的具体示例，不用于限定其全部。

实施例1

本实施例采用的盐湖卤水提锂母液来自青海某盐湖的卤水在制备碳酸锂后产生的母液；其中，Li⁺的浓度为1.3g/L，CO₃ ^2-的浓度为15g/L，OH^-的浓度为5g/L。

首先，称取67.8g六水氯化铝配置1L铝盐溶液，再称取18.30g氢氧化钠配置1L氢氧化钠溶液。

然后，同时按照5mL/min的速度将上述配制好的铝盐溶液和氢氧化钠溶液滴加至1L上述盐湖卤水提锂母液中，三者于70℃、pH＝11下发生共沉淀反应，获具有锂铝水滑石晶核的成核体系。

再次，将上述获得的成核体系于150℃下水热法陈化48h，然后进行过滤，获得锂铝水滑石滤饼。

第四步，将该锂铝水滑石滤饼洗涤至近中性，并在120℃条件下干燥48h，即获得锂铝水滑石。

第五步，将获得的锂铝水滑石于2mol/L的盐酸溶液中完全溶解，获得锂铝酸溶液，其中Li⁺的浓度为1.5g/L，Al³⁺浓度为10g/L，Cl^-浓度为70g/L。

第六步，将该锂铝酸溶液稀释2倍后进入DK纳滤系统中进行铝锂分离纳滤操作，控制操作压力2.0MPa，获得其中Li⁺的浓度为0.5g/L、Al/Li质量比为0.3的纳滤淡水；然后将该纳滤淡水进入BW系列反渗透系统中进行一级浓缩，控制入膜压力为2.5MPa、浓缩体积比(富锂溶液体积/一级浓缩液)为5.0，获得其中Li⁺的浓度为3.5g/L、铝锂比为0.3的反渗透浓水；然后将该反渗透浓水进入电渗析系统进行二级浓缩，获得其中Li⁺的浓度为22.0g/L，铝锂比为0.5的浓缩富锂液。

与此同时，获得的其中Li⁺含量为0.10g/L的反渗透淡水直接回用于稀释锂铝酸溶液。

第七步，向浓缩富锂液中加入质量分数为30％的氢氧化钠溶液，以除去浓缩富锂液的铝离子至其浓度不超过10ppm，然后进行固液分离，获得除铝富锂液。

最后，将浓缩富锂液加热至90℃，其中富锂溶液中锂为22g/L，并向其中加入过量25％(以反应式比例折合后的质量为基准)的质量分数为25％的碳酸钠溶液，并且控制pH＝13，搅拌速度为150rpm进行沉淀反应90min，其中加料时间50min，陈化时间40min，反应后经过滤、洗涤、干燥，获得电池级碳酸锂。

本实施例获得的电池级碳酸锂中，其碳酸锂主含量高达99.5％以上，Cl^-含量不高于40ppm、Na⁺含量不高于150ppm、Mg²⁺含量不高于90ppm、Ca²⁺含量不高于50ppm。

实施例2

本实施例采用的盐湖卤水提锂母液来自青海某盐湖的卤水在制备碳酸锂后产生的母液；其中，Li⁺的浓度为2g/L，CO₃ ^2-的浓度为10g/L，OH^-的浓度为20g/L。

首先，称取540.4g九水硝酸铝配置1L铝盐溶液，再称取10.8g氢氧化钠配置1L氢氧化钠溶液。

然后，同时按照1mL/min的速度将上述配制好的铝盐溶液和氢氧化钠溶液滴加至1L上述盐湖卤水提锂母液中，三者于50℃、pH＝8下发生共沉淀反应，获具有锂铝水滑石晶核的成核体系。

再次，将上述获得的成核体系于50℃下水热法陈化68h，然后进行过滤，获得锂铝水滑石滤饼。

第四步，将该锂铝水滑石滤饼洗涤至近中性，并在60℃条件下干燥30h，即获得锂铝水滑石。

第五步，将获得的锂铝水滑石于12mol/L的盐酸溶液中完全溶解，获得锂铝酸溶液，其中Li⁺的浓度为10g/L，Al³⁺浓度为80g/L，Cl^-浓度为450g/L。

第六步，将该锂铝酸溶液稀释12倍后进入DL纳滤系统中进行铝锂分离纳滤操作，控制操作压力5.0MPa，获得其中Li⁺的浓度为2g/L、Al/Li质量比为0.01的纳滤淡水；然后将该纳滤淡水进入SW系列反渗透系统中进行一级浓缩，控制入膜压力为10MPa、浓缩体积比(富锂溶液体积/一级浓缩液)为15，获得其中Li⁺的浓度为8g/L、铝锂比为0.01的反渗透浓水；然后将该反渗透浓水进入电渗析系统进行二级浓缩，获得其中Li⁺的浓度为15g/L，铝锂比为0.05的浓缩富锂液。

与此同时，获得的其中Li⁺含量为0.01g/L的反渗透淡水直接回用于稀释锂铝酸溶液。

第七步，向浓缩富锂液中加入质量分数为20％的氢氧化钠溶液，以除去浓缩富锂液的铝离子至其浓度不超过10ppm，然后进行固液分离，获得除铝富锂液。

最后，将浓缩富锂液加热至110℃，其中富锂溶液中锂为15g/L，并向其中加入过量10％(以反应式比例折合后的质量为基准)的质量分数为30％的碳酸钠溶液，并且控制pH＝8，搅拌速度为50rpm进行沉淀反应40min，其中加料时间20min，陈化时间20min，反应后经过滤、洗涤、干燥，获得电池级碳酸锂。

本实施例获得的电池级碳酸锂中，其碳酸锂主含量高达99.5％以上，Cl^-含量不高于40ppm、Na⁺含量不高于150ppm、Mg²⁺含量不高于90ppm、Ca²⁺含量不高于50ppm。

实施例3

本实施例采用的盐湖卤水提锂母液来自青海某盐湖的卤水在制备碳酸锂后产生的母液；其中，Li⁺的浓度为1.7g/L，CO₃ ^2-的浓度为30g/L，OH^-的浓度为25g/L。

首先，称取146.7g硫酸铝配置1L铝盐溶液，再称取19.8g氢氧化钠配置1L氢氧化钠溶液。

然后，同时按照3mL/min的速度将上述配制好的铝盐溶液和氢氧化钠溶液滴加至1L上述盐湖卤水提锂母液中，三者于30℃、pH＝13下发生共沉淀反应，获具有锂铝水滑石晶核的成核体系。

再次，将上述获得的成核体系于80℃下水热法陈化24h，然后进行过滤，获得锂铝水滑石滤饼。

第四步，将该锂铝水滑石滤饼洗涤至近中性，并在80℃条件下干燥20h，即获得锂铝水滑石。

第五步，将获得的锂铝水滑石于6mol/L的盐酸溶液中完全溶解，获得锂铝酸溶液，其中Li⁺的浓度为5g/L，Al³⁺浓度为40g/L，Cl^-浓度为225g/L。

第六步，将该锂铝酸溶液稀释5倍后进入NF纳滤系统中进行铝锂分离纳滤操作，控制操作压力4.0MPa，获得其中Li⁺的浓度为1.5g/L、Al/Li质量比为0.6的纳滤淡水；然后将该纳滤淡水进入BW系列反渗透系统中进行一级浓缩，控制入膜压力为6MPa、浓缩体积比(富锂溶液体积/一级浓缩液)为11，获得其中Li⁺的浓度为7.5g/L、铝锂比为0.6的反渗透浓水；然后将该反渗透浓水进入电渗析系统进行二级浓缩，获得其中Li⁺的浓度为20.0g/L，铝锂比为0.8的浓缩富锂液。

与此同时，获得的其中Li⁺含量为0.07g/L的反渗透淡水直接回用于稀释锂铝酸溶液。

第七步，向浓缩富锂液中加入质量分数为25％的氢氧化钠溶液，以除去浓缩富锂液的铝离子至其浓度不超过10ppm，然后进行固液分离，获得除铝富锂液。

最后，将浓缩富锂液加热至100℃，其中富锂溶液中锂为20g/L，并向其中加入过量15％(以反应式比例折合后的质量为基准)的质量分数为18％的碳酸钠溶液，并且控制pH＝9，搅拌速度为100rpm进行沉淀反应70min，其中加料时间30min，陈化时间40min，反应后经过滤、洗涤、干燥，获得电池级碳酸锂。

本实施例获得的电池级碳酸锂中，其碳酸锂主含量高达99.5％以上，Cl^-含量不高于40ppm、Na⁺含量不高于150ppm、Mg²⁺含量不高于90ppm、Ca²⁺含量不高于50ppm。

实施例4

本实施例采用的盐湖卤水提锂母液来自青海某盐湖的卤水在制备碳酸锂后产生的母液；其中，Li⁺的浓度为1g/L，CO₃ ^2-的浓度为25g/L，OH^-的浓度为10g/L。

首先，称取34.791g六水氯化铝配置1L铝盐溶液，再称取34.1g氢氧化钠配置1L氢氧化钠溶液。

然后，同时按照4mL/min的速度将上述配制好的铝盐溶液和氢氧化钠溶液滴加至1L上述盐湖卤水提锂母液中，三者于25℃、pH＝9下发生共沉淀反应，获具有锂铝水滑石晶核的成核体系。

再次，将上述获得的成核体系于100℃下水热法陈化12h，然后进行过滤，获得锂铝水滑石滤饼。

第四步，将该锂铝水滑石滤饼洗涤至近中性，并在100℃条件下干燥12h，即获得锂铝水滑石。

第五步，将获得的锂铝水滑石于8mol/L的盐酸溶液中完全溶解，获得锂铝酸溶液，其中Li⁺的浓度为6g/L，Al³⁺浓度为50g/L，Cl^-浓度为280g/L。

第六步，将该锂铝酸溶液稀释15倍后进入DK纳滤系统中进行铝锂分离纳滤操作，控制操作压力0.5MPa，获得其中Li⁺的浓度为0.2g/L、Al/Li质量比为0.05的纳滤淡水；然后将该纳滤淡水进入SW系列反渗透系统中进行一级浓缩，控制入膜压力为1MPa、浓缩体积比(富锂溶液体积/一级浓缩液)为4.0，获得其中Li⁺的浓度为1.5g/L、铝锂比为0.05的反渗透浓水；然后将该反渗透浓水进入电渗析系统进行二级浓缩，获得其中Li⁺的浓度为13.0g/L，铝锂比为0.06的浓缩富锂液。

与此同时，获得的其中Li⁺含量为0.10g/L的反渗透淡水直接回用于稀释锂铝酸溶液。

第七步，向浓缩富锂液中加入质量分数为28％的氢氧化钠溶液，以除去浓缩富锂液的铝离子至其浓度不超过10ppm，然后进行固液分离，获得除铝富锂液。

最后，将浓缩富锂液加热至80℃，其中富锂溶液中锂为13g/L，并向其中加入过量30％(以反应式比例折合后的质量为基准)的质量分数为10％的碳酸钠溶液，并且控制pH＝14，搅拌速度为200rpm进行沉淀反应60min，其中加料时间30min，陈化时间30min，反应后经过滤、洗涤、干燥，获得电池级碳酸锂。

本实施例获得的电池级碳酸锂中，其碳酸锂主含量高达99.5％以上，Cl^-含量不高于40ppm、Na⁺含量不高于150ppm、Mg²⁺含量不高于90ppm、Ca²⁺含量不高于50ppm。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (11)

1.一种电池级碳酸锂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1、向盐湖卤水提锂母液中同时滴加铝盐溶液和氢氧化钠溶液，使三者在25℃～70℃下进行共沉淀反应，并且保持体系的pH为8～13，获得具有锂铝水滑石晶核的成核体系；其中，在所述盐湖卤水提锂母液中，Li⁺的浓度为1g/L～2g/L，CO₃ ^2-的浓度为10g/L～30g/L，OH^-的浓度为5g/L～25g/L；

S2、将所述成核体系于50℃～150℃下陈化6h～48h后进行固液分离，获得锂铝水滑石滤饼；

S3、将所述锂铝水滑石滤饼洗涤、干燥，获得锂铝水滑石；

S4、以2mol/L～12mol/L的盐酸为原料，采用酸化法将所述锂铝水滑石进行溶解，获得锂铝酸溶液；其中，在所述锂铝酸溶液中，Li⁺的浓度为1.5g/L～10g/L，Al³⁺的浓度为10g/L～80g/L，Cl^-的浓度为70g/L～450g/L；

S5、将所述锂铝酸溶液依次经纳滤系统、反渗透系统和电渗析系统内依次进行铝锂分离、一级浓缩和二级浓缩，获得浓缩富锂液；其中，在纳滤后获得的纳滤淡水中，Li⁺的浓度为0.2g/L～2.0g/L，铝锂比为0.01～0.6；在反渗透后获得的反渗透浓水中，Li⁺的浓度为1.5g/L～8g/L，铝锂比为0.01～0.6；在电渗析后获得的所述浓缩富锂液中，Li⁺的浓度为13.0g/L～22.0g/L，铝锂比为0.05～0.8；

S6、将所述富锂溶液进行深度除铝，获得除铝富锂液；其中，在所述除铝富锂液中，Li⁺的浓度为13.0g/L～22.0g/L，Al³⁺的浓度不超过10ppm；

S7、向所述除铝富锂液中加入碳酸钠溶液进行沉淀反应，并且保持体系的pH为8～14，获得电池级碳酸锂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述铝盐溶液中Al³⁺与所述盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量之比为1:1～5:1；所述氢氧化钠溶液中OH^-和所述盐湖卤水提锂母液中OH^-物质的量之和与所述盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量之比为4:1～10:1。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述铝盐溶液中Al³⁺与所述盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量之比为1.5:1～3.5:1；所述氢氧化钠溶液中OH^-和所述盐湖卤水提锂母液中OH^-物质的量之和与所述盐湖卤水提锂母液中Li⁺的物质的量之比为5:1～8:1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，共沉淀反应过程中保持体系的pH为9～11。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述盐湖卤水提锂母液与所述铝盐溶液和所述氢氧化钠溶液三者在30℃～50℃下进行共沉淀反应；

在所述步骤S7中，所述除铝富锂液和所述碳酸钠溶液在80℃～110℃下进行沉淀反应。

6.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，在所述盐湖卤水提锂母液中，Li⁺的浓度为1.3g/L～1.7g/L，CO₃ ^2-的浓度为15g/L～25g/L，OH^-的浓度为10g/L～20g/L；

在所述纳滤淡水中，Li⁺的浓度为0.5g/L～1.5g/L，铝锂比为0.05～0.3；

在所述反渗透浓水中，Li⁺的浓度为3.5g/L～7.5g/L，铝锂比为0.05～0.3；

在所述浓缩富锂液中，Li⁺的浓度为15.0g/L～20.0g/L，铝锂比为0.06～0.5；

在所述除铝富锂液中，Li⁺的浓度为15.0g/L～20.0g/L，Al³⁺的浓度不超过10ppm。

7.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S5中，将所述锂铝酸溶液稀释2～15倍后于所述纳滤系统中进行铝锂分离纳滤操作，且控制纳滤膜配比为1:1～7:1，分离单元的操作压力为0.5MPa～5.0MPa；

将所述纳滤淡水于所述反渗透系统中进行一级浓缩反渗透操作，且控制反渗透膜配比为1:1～7:1，浓缩体积比为4:1～15:1，浓缩单元操作压力为1MPa～10MPa。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S5中，将所述锂铝酸溶液稀释5～12倍后于所述纳滤系统中进行铝锂分离纳滤操作，且控制纳滤膜配比为2:1～5:1，分离单元的操作压力为2.0MPa～4.0MPa；

将所述纳滤淡水于所述反渗透系统中进行一级浓缩反渗透操作，且控制反渗透膜配比为2:1～5:1，浓缩体积比为5:1～11:1，浓缩单元操作压力为2.5MPa～6MPa。

9.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，所述铝盐溶液为硝酸铝溶液、硫酸铝溶液或氯化铝溶液中的任意一种。

10.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述成核体系通过水热法或回流法进行陈化。

11.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，将所述铝盐溶液和所述氢氧化钠溶液均按照1mL/min～5mL/min的速度滴加到所述盐湖卤水提锂母液中。