CN113620320B - 一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂的工艺及其系统，采用连续两次碳化工艺，采用二串一碳化塔装置，碳化塔采用长柱形的设计，可延长二氧化碳与碳酸锂浆料的接触时间，达到充分反应的效果，同时2个碳化塔串联一个碳化塔，后面的碳化可吸收前面未反应完全的二氧化碳，使得二氧化碳的消耗降到最低，比传统的单釜氢化工艺，单吨可节约二氧化碳的用量约50%，二氧化碳消耗和外排量很小，对环境影响小，运行成本低，将80%热析的母液返回配浆，可减少热析母液的量，提高碳化的收率，得到纯度99.9%以上的高纯碳酸锂。

Description

一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂的工艺

技术领域

本发明涉及碳酸锂提纯技术领域，尤其涉及一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂的工艺。

背景技术

由粗碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法很多，如苛化法、碳酸锂重结晶法、碳化热解法等，碳化热解法制备高纯碳酸锂具有高效、工艺简单、可操作性强、成本低廉、污染小等优点，目前应用较多，前景广阔。

使用碳化热解法工艺比较成熟，但多数为一次碳化，采用碳化釜进行碳化，气液传质面积小，碳化效率低，且氢化采用的是单釜通二氧化碳，二氧化碳消耗高；采用的是板框过滤或者简单的线绕型精密过滤设备，只能拦截大部分颗粒物，对氢氧化铁等胶状物没有很好的效果；热析母液直接返回沉锂，碳化收率较低，成本高，产品只能达到99.5%电池级产品。

发明内容

为了解决上述现有技术采用碳化釜进行碳化，气液传质面积小，碳化效率低，二氧化碳消耗高，对氢氧化铁等胶状物没有很好的效果，热析母液直接返回沉锂，碳化收率较低，成本高，产品只能达到99.5%电池级产品的问题，本发明提供了一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂的工艺。

为实现上述目的，本发明提供了一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）配浆: 将粗品碳酸锂与纯水按固液比1:20在一次碳化装置的配浆槽配成粗品碳酸锂浆料；

（2）氢化反应：将粗品碳酸锂浆料打入二串一碳化塔装置，通入二氧化碳进行氢化反应，通二氧化碳3小时左右，通过碳化塔的玻璃人孔观察母液的浑浊度来判定反应终点，观察到母液接近澄清即为反应完成；

（3）过滤除杂：将氢化反应完的物料通过泵打入板框压滤机压榨，得到固渣留作回收，压滤后的母液经过精密过滤器过滤，得到澄清的氢化液；

（4）热析反应：将澄清的氢化液通过泵打入热析釜，开启搅拌，通入蒸汽，边搅拌边升温至95度，保温反应1小时，反应完成得到碳酸锂浆料；

（5）离心分离：将步骤（4）得到的碳酸锂浆料通过虹吸离心机进行离心分离，得到湿碳酸锂，离心分离后的一次热析母液80%返回至步骤（1）进行配浆，剩余一次热析母液经过蒸发沉锂进行回收；

（6）二次碳化：将步骤（5）所得湿碳酸锂经过皮带输送至二次碳化装置的配浆槽，加高纯水，按固液比1:20配成浆料,重复上述工序（2）～（5），得高纯湿碳酸锂；

（7）烘干粉碎：将步骤（6）所得高纯湿碳酸锂进入钛材盘干机进行烘干，烘干后粉碎至D50粒径为3～7μm，包装得到99.9%的高纯碳酸锂；

（8）步骤（6）中离心分离后的二次热析母液80%返回二次碳化装置的配浆槽进行配浆。

优选的，所述步骤（3）中精密过滤器采用聚四氟乙烯微孔滤膜，精密度达0.1μm。

优选的，所述步骤（5）中离心后的一次热析母液80%返回至步骤（1）进行配浆，配浆比例为：粗品碳酸锂：纯水+80%一次热析母液＝1：20。

优选的，所述步骤（8）中配浆比例为：高纯湿碳酸锂：高纯水+80%二次热析母液＝1：20。

优选的，所述步骤（4）一次热析产生的二氧化碳和步骤（6）二次热析产生的二氧化碳均经过冷凝、压缩后回收进入二氧化碳缓冲罐循环利用。

本发明还提供了一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂系统，其特征在于：所述采用连续碳化法制备高纯碳酸锂系统为上述提供的采用连续碳化法制备高纯碳酸锂的工艺的生产设备系统，包括依次连接的一次碳化装置、二次碳化装置、钛材盘干机和粉碎机，所述一次碳化装置、二次碳化装置均包括依次连接的配浆槽、二串一碳化塔装置、板框压滤机、精密过滤器、热析釜、虹吸离心机。

优选的，所述二串一碳化塔装置包括组合碳化塔、进料管道、出料道管、二氧化碳进气管道、二氧化碳出气管道，冷却装置，所述组合碳化塔设有三个碳化塔，分别为1号塔、2号塔和3号塔，所述碳化塔顶部设有二氧化碳排气口，上端外侧壁上设有进料口，底部设有出料口，下端外侧壁上设有二氧化碳进气口，所述进料管道以并联方式分别与1号塔、2号塔和3号塔的进料口连接，所述出料管道以并联方式分别与1号塔、2号塔和3号塔的出料口连接，所述二氧化碳进气管道以并联方式分别与1号塔、2号塔和3号塔的二氧化碳进气口连接，所述1号塔、2号塔的二氧化碳排气口以并联方式与二氧化碳出气管道连接，再以串联方式与3号塔的二氧化碳进气口连接，使1号塔、2号塔内氢化反应后剩余的二氧化碳气体再从3号塔的二氧化碳进气口进入，继续进行氢气反应，所述冷却装置设有三件，分别与1号塔、2号塔和3号塔连接，分别用于对1号塔、2号塔和3号塔内氢化反应后的物料进行冷却处理。

优选的，所述冷却装置包括冷却液进料管道、冷却液出料管道和换热器，所述换热器底部设有进料口，该进料口通过物料循环泵与碳化塔的出料口连接，所述换热器顶部设有出料口，该出料口与碳化塔的进料口连接，所述换热器上端外侧壁设有冷却液进口，该冷却液进口与冷却液进料管道连接，所述换热器下端外侧壁设有冷却液出口，该冷却液出口与冷却液出料管道连接。

所述碳化塔内的反应物料从碳化塔底部出料口出料，再通过物料循环泵泵入换热器，经换热器冷动后，又从碳化塔进料口进入碳化塔继续进行氢化反应，如此循环反应，直至通过碳化塔的玻璃人孔观察母液接近澄清即为反应完成，此时关闭换热器进料口，从碳化塔底部出料口出料，并通过物料循环泵泵入出料管道。

优选的，所述冷却液进料管道上设有冷却液缓冲罐和冷却液循环泵。

优选的，所述二氧化碳进气管道上设有二氧化碳缓冲罐。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：1）采用二串一碳化塔装置，碳化塔采用长柱形的设计，可延长二氧化碳与碳酸锂浆料的接触时间，达到充分反应的效果，同时2个碳化塔串联一个碳化塔，后面的碳化可吸收前面未反应完全的二氧化碳，使得二氧化碳的消耗降到最低，比传统的单釜氢化工艺，单吨可节约二氧化碳的用量约50%；2）采用板框压滤机，先滤去大部分的未反应杂质，然后滤液再经过精密过滤器过滤，该精密过滤器备采用的是聚四氟乙烯微孔滤膜，精密度达0.1微米，可有效拦截滤液中存在的微量氢氧化铁、氢氧化铝等杂质，进一步提高了碳酸锂的提纯度；3）将80%热析的母液返回至配浆槽，与粗品碳酸锂、纯水配浆，可减少热析母液的量，提高碳化的收率；4）采用两次碳化，得到纯度99.9%以上的高纯碳酸锂。

附图说明

图1为本发明专利实施例工艺流程图；

图2为本发明专利实施例制备系统设备布置图；

图3为本发明专利实施例二合一碳化塔装置结构示意图。

图中：100、一次碳化装置，200、二次碳化装置，1、配浆槽，2、二串一碳化塔装置，201、进料管道，202、1号塔，203、2号塔，204、3号塔，205、换热器，206、出料管道，207、物料循环泵，208、冷却液缓冲罐，209、冷却液循环泵，210、二氧化碳缓冲罐，211、冷却液进料管道，212、冷却液出料管道，213、二氧化碳进气管道，214、二氧化碳出气管道，3、板框压滤机，4、精密过滤器，5、热析釜，6、虹吸离心机，7、钛材盘干机，8、粉碎机。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明工艺实施例包括如下步骤：

（1）配浆: 将粗品碳酸锂与纯水按固液比1:20在一次碳化装置的配浆槽配成粗品碳酸锂浆料；

（2）氢化反应：将粗品碳酸锂浆料打入二串一碳化塔装置，通入二氧化碳进行氢化反应，通二氧化碳3小时左右，通过碳化塔的玻璃人孔观察母液的浑浊度来判定反应终点，观察到母液接近澄清即为反应完成；

（3）过滤除杂：将氢化反应完的物料通过泵打入板框压滤机压榨，过滤出大部分的未反应杂质，得到固渣留作回收，压滤后的母液经过精密过滤器过滤，精密过滤器采用聚四氟乙烯微孔滤膜，精密度达0.1μm，可有效拦截滤液中存在的微量氢氧化铁、氢氧化铝等杂质，得到澄清的氢化液；

（4）热析反应：将澄清的氢化液通过泵打入热析釜，开启搅拌，通入蒸汽，边搅拌边升温至95度，保温反应1小时，反应完成得到碳酸锂浆料；

（5）离心分离：将步骤（4）得到的碳酸锂浆料通过虹吸离心机进行离心分离，得到湿碳酸锂，离心分离后的一次热析母液80%返回至步骤（1）进行配浆，剩余一次热析母液经过蒸发沉锂进行回收；离心后的一次热析母液80%返回至步骤（1）进行配浆，配浆比例为：粗品碳酸锂：纯水+80%一次热析母液＝1：20；

（6）二次碳化：将步骤（5）所得湿碳酸锂经过皮带输送至二次碳化装置的配浆槽，加高纯水，按固液比1:20配成浆料,重复上述工序（2）～（5），得高纯湿碳酸锂；

（7）烘干粉碎：将步骤（6）所得高纯湿碳酸锂进入钛材盘干机进行烘干，烘干后粉碎至D50粒径为3～7μm，包装得到99.9%的高纯碳酸锂；

（8）步骤（6）中离心分离后的二次热析母液80%返回二次碳化装置的配浆槽进行配浆，配浆比例为：高纯湿碳酸锂：高纯水+80%二次热析母液＝1：20。

作为优选，步骤（4）一次热析产生的二氧化碳和步骤（6）二次热析产生的二氧化碳均经过冷凝、压缩后回收进入二氧化碳缓冲罐循环利用。

如图2、3所示，本发明制备系统实施例：包括依次连接的一次碳化装置100、二次碳化装置200、钛材盘干机7和粉碎机8，一次碳化装置100、二次碳化装置200均包括依次连接的配浆槽1、二串一碳化塔装置2、板框压滤机3、精密过滤器4、热析釜5、虹吸离心机6。

二串一碳化塔装置2包括组合碳化塔、进料管道201、出料道管206、二氧化碳进气管道213、二氧化碳出气管道214，冷却装置，组合碳化塔设有三个碳化塔，分别为1号塔202、2号塔203和3号塔204，碳化塔顶部设有二氧化碳排气口，上端外侧壁上设有进料口，底部设有出料口，下端外侧壁上设有二氧化碳进气口，进料管道201以并联方式分别与1号塔202、2号塔203和3号塔204的进料口连接，出料管道206以并联方式分别与1号塔202、2号塔203和3号塔204的出料口连接，二氧化碳进气管道213以并联方式分别与1号塔202、2号塔203和3号塔204的二氧化碳进气口连接，1号塔202、2号塔203的二氧化碳排气口以并联方式与二氧化碳出气管道连接，再以串联方式与3号塔204的二氧化碳进气口连接，使1号塔202、2号塔203内氢化反应后剩余的二氧化碳气体再从3号塔204的二氧化碳进气口进入，继续进行氢气反应。

冷却装置设有三件，分别与1号塔202、2号塔203和3号塔204连接，分别用于对1号塔202、2号塔203和3号塔204内氢化反应后的物料进行冷却处理。

冷却装置包括冷却液进料管道211、冷却液出料管道212和换热器205，换热器205底部设有进料口，该进料口通过物料循环泵207与碳化塔的出料口连接，换热器205顶部设有出料口，该出料口与碳化塔的进料口连接，换热器205上端外侧壁设有冷却液进口，该冷却液进口与冷却液进料管道211连接，换热器205下端外侧壁设有冷却液出口，该冷却液出口与冷却液出料管道212连接。

碳化塔内的反应物料从碳化塔底部出料口出料，再通过物料循环泵207泵入换热器205，经换热器205冷动后，又从碳化塔进料口进入碳化塔继续进行氢化反应，如此循环反应，直至通过碳化塔的玻璃人孔观察母液接近澄清即为反应完成，此时关闭换热器205进料口，从碳化塔底部出料口出料，并通过物料循环泵207泵入出料管道206。

作为优选，冷却液进料管道211上设有冷却液缓冲罐208和冷却液循环泵209。

作为优选，二氧化碳进气管道213上设有二氧化碳缓冲罐210。

本发明实施例与传统方法相比二氧化碳回收率及碳酸锂纯度如下表所示。

由上表数据可知本发明实施例对二氧化碳消耗比传统方法减少了80%以上，碳化收率比传统方法提高了24%，碳酸锂纯度可达到99.9%。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）配浆: 将粗品碳酸锂与纯水按固液比1:20在一次碳化装置的配浆槽配成粗品碳酸锂浆料；

（2）氢化反应：将粗品碳酸锂浆料打入二串一碳化塔装置，通入二氧化碳进行氢化反应，通二氧化碳3小时左右，通过碳化塔的玻璃人孔观察母液的浑浊度来判定反应终点，观察到母液接近澄清即为反应完成；

（3）过滤除杂：将氢化反应完的物料通过泵打入板框压滤机压榨，得到固渣留作回收，压滤后的母液经过精密过滤器过滤，得到澄清的氢化液；

（4）热析反应：将澄清的氢化液通过泵打入热析釜，开启搅拌，通入蒸汽，边搅拌边升温至95度，保温反应1小时，反应完成得到碳酸锂浆料；

（5）离心分离：将步骤（4）得到的碳酸锂浆料通过虹吸离心机进行离心分离，得到湿碳酸锂，离心分离后的一次热析母液80%返回至步骤（1）进行配浆，剩余一次热析母液经过蒸发沉锂进行回收；

（6）二次碳化：将步骤（5）所得湿碳酸锂经过皮带输送至二次碳化装置的配浆槽，加高纯水，按固液比1:20配成浆料,重复上述工序（2）～（5），得高纯湿碳酸锂；

（7）烘干粉碎：将步骤（6）所得高纯湿碳酸锂进入钛材盘干机进行烘干，烘干后粉碎至D50粒径为3～7μm，包装得到99.9%的高纯碳酸锂；

（8）步骤（6）中离心分离后的二次热析母液80%返回二次碳化装置的配浆槽进行配浆；

所述步骤（3）中精密过滤器采用聚四氟乙烯微孔滤膜，精密度达0.1μm；

所述步骤（5）中离心后的一次热析母液80%返回至步骤（1）进行配浆，配浆比例为：粗品碳酸锂：纯水+80%一次热析母液＝1：20；

所述步骤（8）中配浆比例为：高纯湿碳酸锂：高纯水+80%二次热析母液＝1：20；

所述步骤（4）一次热析产生的二氧化碳和步骤（6）二次热析产生的二氧化碳均经过冷凝、压缩后回收进入二氧化碳缓冲罐循环利用。

2.一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂系统，其特征在于：所述采用连续碳化法制备高纯碳酸锂系统为权利要求1所述采用连续碳化法制备高纯碳酸锂的工艺的生产设备系统，包括依次连接的一次碳化装置、二次碳化装置、钛材盘干机和粉碎机，所述一次碳化装置、二次碳化装置均包括依次连接的配浆槽、二串一碳化塔装置、板框压滤机、精密过滤器、热析釜、虹吸离心机；

所述二串一碳化塔装置包括组合碳化塔、进料管道、出料道管、二氧化碳进气管道、二氧化碳出气管道，冷却装置，所述组合碳化塔设有三个碳化塔，分别为1号塔、2号塔和3号塔，所述碳化塔顶部设有二氧化碳排气口，上端外侧壁上设有进料口，底部设有出料口，下端外侧壁上设有二氧化碳进气口，所述进料管道以并联方式分别与1号塔、2号塔和3号塔的进料口连接，所述出料管道以并联方式分别与1号塔、2号塔和3号塔的出料口连接，所述二氧化碳进气管道以并联方式分别与1号塔、2号塔和3号塔的二氧化碳进气口连接，所述1号塔、2号塔的二氧化碳排气口以并联方式与二氧化碳出气管道连接，再以串联方式与3号塔的二氧化碳进气口连接，使1号塔、2号塔内氢化反应后剩余的二氧化碳气体再从3号塔的二氧化碳进气口进入，继续进行氢气反应，所述冷却装置设有三件，分别与1号塔、2号塔和3号塔连接，分别用于对1号塔、2号塔和3号塔内氢化反应后的物料进行冷却处理；所述碳化塔形状设为长柱形。

3.根据权利要求2所述的一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂系统，其特征在于：所述冷却装置包括冷却液进料管道、冷却液出料管道和换热器，所述换热器底部设有进料口，该进料口通过物料循环泵与碳化塔的出料口连接，所述换热器顶部设有出料口，该出料口与碳化塔的进料口连接，所述换热器上端外侧壁设有冷却液进口，该冷却液进口与冷却液进料管道连接，所述换热器下端外侧壁设有冷却液出口，该冷却液出口与冷却液出料管道连接。

4.根据权利要求3所述的一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂系统，其特征在于：所述冷却液进料管道上设有冷却液缓冲罐和冷却液循环泵。

5.根据权利要求2所述的一种采用连续碳化法制备高纯碳酸锂系统，其特征在于：所述二氧化碳进气管道上设有二氧化碳缓冲罐。

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