CN111547748A - 一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法，将饱和碳酸氢锂溶液进行负压反应后固液分离，即得电池级碳酸锂。本发明利用饱和碳酸氢锂溶液脱碳产生气体的特性，首次提出利用负压强化CO2的脱除，使碳酸氢锂脱碳能在相对低的温度下进行，避免了加热、蒸发水产生的能耗，所得气体为纯净的CO2气体，而不是水蒸气和CO2的混合气体；同时避免了碳酸氢锂母液中杂质的浓缩，CO2和滤液可一同直接返回氢化工序，制得的产品碳酸锂含量符合电池级碳酸锂标准(YS/T582‑2013)。
Description
技术领域
本发明属于碳酸锂制备技术领域，涉及一种电池级碳酸锂的制备方法，具体涉及一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法。
背景技术
碳酸锂是锂行业最重要、最基础的锂盐，碳酸锂的纯度直接决定了后续产品质量，工业上制备电池级碳酸锂主要以工业级碳酸锂与CO2气体为原料，先将工业级碳酸锂氢化为饱和碳酸氢锂溶液，随后进行脱碳处理，目前工业上主流脱碳工艺为高温蒸发脱碳工艺，此工艺脱碳温度一般在85℃以上，辅以外加搅拌增大传热与传质，利用高温将碳酸氢锂中CO2脱去转化为碳酸锂沉淀，反应终点锂含量约在2g/L左右。反应方程式如式(1)所示：
2LiHCO3(aq)＝Li2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g) (1)
由式(1)可知，此工艺在脱去CO2的同时也会蒸发溶液中的水分，虽然水分的蒸发能在一定程度上对碳酸氢锂溶液进行浓缩，提高了碳酸锂收率，但水分蒸发结晶的过程将带走大量的热能，造成大量能耗损失，增大冶炼成本，且浓缩后的碳酸氢锂母液中杂质含量也大大提高，无法回用至氢化工艺，只能进行蒸发结晶制备工业级碳酸锂原料，造成了资源的浪费。
因此，开发一种新型高效的碳酸氢锂脱碳工艺已成为制备电池级碳酸锂工业中亟待解决的难题。
发明内容
为了解决现有碳酸氢锂脱碳制备电池级碳酸锂过程中存在的问题，本发明的目的是在于提供一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法，利用饱和碳酸氢锂溶液脱碳产生气体的特性，首次提出利用负压强化CO2的脱除，使碳酸氢锂脱碳能在相对低的温度下进行，避免了加热、蒸发水产生的能耗，所得气体为纯净的CO2气体，而不是水蒸气和CO2的混合气体；同时避免了碳酸氢锂母液中杂质的浓缩，CO2和滤液可一同直接返回氢化工序，制得的产品碳酸锂含量符合电池级碳酸锂标准(YS/T582-2013)。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法，将饱和碳酸氢锂溶液进行负压反应后固液分离，即得电池级碳酸锂。
作为优选，所述饱和碳酸氢锂溶液是以工业碳酸锂为原料，经CO2氢化制得，其中饱和碳酸氢锂溶液中的锂含量为8.0-8.5g/L。
作为优选，所述负压反应的温度为20-45℃。
作为优选，所述负压反应的压力为0.095-0.085Mpa。
作为优选，所述负压反应的时间为10-60min。
作为优选，固液分离后得到的滤液直接返回工业级碳酸锂氢化工序作为氢化料液。
技术原理与效果：
发明人通过反应方程式计算传统蒸发脱碳工艺反应热力学，其结果如下图1所示：当温度大于76℃时，反应吉布斯自由能小于0，表明理论上只有当温度大于76℃反应才能发生，这也是目前工业上结晶温度选择在80℃以上的根本原因，若降低脱碳温度，脱碳效果将会大大减弱，若保持现有温度，溶液中水分也将一并沸腾蒸发，但水的蒸发对反应无太大影响，既不会促进反应，也不会抑制反应，且水的蒸发将极大的增加了能耗，所得气体也为水蒸气与CO2的混合气体，需额外处理方可重复利用，不利于节能降耗与循环生产。为解决此问题，发明人对碳酸氢锂脱碳机理进行系统研究，发现标准状态下吉布斯自由能
其中R为气体常数，T为温度，K为反应平衡常数，而平衡常数K可由气体分压计算，应用到本发明中可得：
式中PCO2为CO2的分压，PΘ为标准大气压。但在负压条件下，
将K用气体分压替换可将吉布斯自由能计算公式转化为：
此公式表明，降低环境实际压力，有助于降低反应吉布斯自由能，在较低的温度下实现碳酸氢锂溶液脱碳，虽然溶液沸点也将随之压力的降低而减少，但控制合适的脱碳温度，利用其中温差，便能在溶液不沸腾的情况实现碳酸氢锂脱碳。
因此，本发明利用饱和碳酸氢锂溶液脱碳产生气体的特性，首次提出利用负压强化CO2的脱除，即将环境蒸气压降低，推动反应正向进行，降低反应最低温度，使碳酸氢锂脱碳能在相对低的温度下进行，避免了加热、蒸发水产生的能耗，所得气体为纯净的CO2气体，而不是水蒸气和CO2的混合气体；与此同时避免了碳酸氢锂母液中杂质的浓缩，CO2和滤液可一同直接返回氢化工序，制得的产品碳酸锂含量符合电池级碳酸锂标准(YS/T582-2013)，且在负压反应的情况下，气体脱除可更大的带动溶液的传质，不需要外加搅拌系统，可直接实现自搅拌。
附图说明
图1为传统蒸发脱碳工艺
关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，但本发明之内容并不局限于此。
实施例1
取500ml饱和碳酸氢锂溶液，锂含量约8.5g/L，保持-0.085Mpa压力，此时溶液沸点约为55℃，在40℃条件下反应30min，经过滤后得到剩余脱碳母液450ml，锂含量为2.1g/L；经检测碳酸锂含量为99.60％，符合电池级碳酸锂(YS/T582-2013)含量标准(≥99.5％)。
对比例1
取1000ml饱和碳酸氢锂溶液，锂含量约8.3g/L，保持-0.085Mpa压力，此时溶液沸点约为55℃，在50℃条件下反应60min，经过滤后得到剩余脱碳母液470ml，锂含量为1.9g/L；经检测碳酸锂含量为99.08％，不满足电池级碳酸锂标准(YS/T582-2013)。
对比例2
取800ml饱和碳酸氢锂溶液，锂含量约8.4g/L，保持-0.075Mpa压力，此时溶液沸点约为55℃，在40℃条件下反应10min，经过滤后得到剩余脱碳母液800ml，锂含量为6.3g/L；经检测碳酸锂含量为99.68％，符合电池级碳酸锂(YS/T582-2013)含量标准(≥99.5％)，但溶液中残留过多碳酸氢锂，存在一定程度上资源浪费，且脱碳效率远低于现脱碳工艺，不适用于生产实际。
实施例4
取800ml饱和碳酸氢锂溶液，锂含量约8.5g/L，保持-0.095Mpa压力，此时溶液沸点约36℃，在25℃条件下反应10min，经过滤后得到剩余脱碳母液780ml，锂含量为1.8g/L；经检测碳酸锂含量为99.58％，符合电池级碳酸锂(YS/T582-2013)含量标准(≥99.5％)。
实施例5
取900ml饱和碳酸氢锂溶液，锂含量约8.3g/L，保持-0.092Mpa压力，此时溶液沸点约44℃，在35℃条件下反应50min，经过滤后得到剩余脱碳母液500ml，锂含量为1.8g/L；经检测碳酸锂含量为99.53％，符合电池级碳酸锂(YS/T582-2013)含量标准(≥99.5％)。
实施例6
取300ml饱和碳酸氢锂溶液，锂含量约8.5g/L，保持-0.088Mpa压力，此时溶液沸点约50℃，在42℃条件下反应30min，经过滤后得到剩余脱碳母液280ml，锂含量为2.0g/L；经检测碳酸锂含量为99.65％，符合电池级碳酸锂(YS/T582-2013)含量标准(≥99.5％)。
Claims (6)
1.一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于：将饱和碳酸氢锂溶液进行负压反应后固液分离，即得电池级碳酸锂。
2.根据权利要求1所述的一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于：所述饱和碳酸氢锂溶液是以工业碳酸锂为原料，经CO2氢化制得，其中饱和碳酸氢锂溶液中的锂含量为8.0-8.5g/L。
3.根据权利要求1所述的一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于：所述负压反应的温度为20-45℃。
4.根据权利要求1所述的一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于：所述负压反应的压力为0.095-0.085Mpa。
5.根据权利要求1所述的一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于：所述负压反应的时间为10-60min。
6.根据权利要求1所述的一种碳酸氢锂溶液高效脱碳制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于：固液分离后得到的滤液直接返回工业级碳酸锂氢化工序作为氢化料液。
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