CN114477245A - 一种工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂方法，包括将固液比为1:23～1:27的工业级碳酸锂与电池水配制成浆液，按照一定的流量投入一级碳化釜中，并通过溢流口依次进入二级、三级碳化釜中与通入的二氧化碳气体进行碳化反应，得到碳酸氢锂溶液；将碳化后的碳酸氢锂溶液进行精密过滤，去除不溶物，确保SS≤5mg/L，再经离子交换装置进行离子吸附，得到纯化碳酸氢锂液；将碳酸氢锂溶液输送至热解釜中进行热解，得到的碳酸锂沉淀，通过过滤、洗涤、干燥得到电池碳酸锂。本发明提供的方法，提高了碳酸锂碳化效率，有效减少二氧化碳排放量，节约能源，具有较强的实用价值。

Description

一种工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法
技术领域
本发明涉及一种电池碳酸锂的制备方法，尤其是工业级碳酸连续碳化制备电池碳酸锂的方法。
背景技术
碳酸锂作为锂的基础锂盐，特别是随着建材、电子、汽车、信息等产业的飞速发展，碳酸锂已成为锂化合物中最重要的产品，以其为基础原料可以生产各种锂化合物。近年来,作为锂离子电池的正极材料，用于合成锂电池电解液使用的电池级碳酸锂越来越受到人们的重视。由于碳酸锂生产原料，以及工艺技术的缺陷，工业级碳酸锂含有较多的杂质，无法直接作为合成锂电池材料的原料，开发高效率的碳酸锂提纯方法势在必行。
当前的电池碳酸锂制备方法，其中显著问题是普遍使用的间歇法生产效率底、设备投入大、能源消耗高、产品质量难以提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的电池碳酸锂制备方法不能连续生产的缺陷，提供一种工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，包括以下步骤：
1、连续碳化：将工业级碳酸锂与电池水1:23～1:27配置成浆液；充分混匀后的碳酸锂浆液输送至一级、二级、三级碳化釜中，并通入二氧化碳气体进行碳化反应，反应温度25～35℃，反应液澄清后得到碳酸氢锂溶液；保持二氧化碳通入，并保持碳化釜内压力0.03～0.08MPa.G，在满足反应停留时间1h～1.5h的条件下设定碳酸锂浆液流量，连续向一级合成釜中投入混匀的碳酸锂浆液，同时一级合成釜内反应液，经溢流口依次进入二级、三级碳化釜进行反应，最终收集从三级碳化釜溢流出的碳酸氢锂溶液；
2、精密过滤：将碳化反应得到的碳酸氢锂液通过0.3um精密过滤器进行过滤，确保SS≤5mg/L，反洗浆液回收重新进行碳化；
3、离子交换：将精滤后的碳化液通入离子交换装置中，对溶液中的钙、镁离子进行吸附，离子交换后碳酸氢锂液种Ca2+≤8mg/L，Mg2+≤10mg/L，使用氯化锂溶液对树脂进行再生，再生后反复使用。
4、热解：将制得的电池碳酸锂作为晶种加入离子交换后的碳酸氢锂溶液，并加热脱碳，得到电池碳酸锂沉淀，经过滤、洗涤、干燥得到电池碳酸锂，热解滤液及分解产生的二氧化碳循环使用。
本发明所达到的有益效果是：本发明采用连续碳化、精密过滤、离子交换、热解联合制备电池化碳酸锂方法，并且滤液和二氧化碳实现循环利用，有效提高生产效率、产品收率，减少二氧化碳排放，提高能源、资源利用效率，另外连续化的生产方式更有利于实现生产过程自动化，简化操作过程，提高生产装置安全性。
1、碳酸锂碳化使用连续化工艺，同时微正压条件下进行反应，有益于提高二氧化碳的转化率及生产装置自动化程度，可获得理想碳酸氢锂溶液；
2、采用锂型阳离子交换树脂，对碳酸氢锂溶液中钙、镁离子进行吸附，可以确保最终产品中钙镁离子满足电池化碳酸锂要求。
3、热解过程加入电池碳酸锂作为晶种，可以有效控制碳酸锂晶体的无须生长。
4、精密过滤滤浆、热解滤液、热解二氧化碳循环利用，提高产品收率，减少资源浪费。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一种工业级碳酸锂制备电池级碳酸锂的方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，包括以下步骤：
1、将碳酸锂与电池水按照1：24的固液比配成浆液，开启搅拌并充分搅拌均匀；通过计量泵将碳酸锂浆液输送至碳化釜中，同时向三台碳化釜中通入二氧化碳气体进行碳化反应，调节流量为35L/min，反应过程中通过调节排气阀控制反应釜内压力保持在40Kpa～60Kpa范围内，控制碳化反应停留时间1h，直至釜内物料澄清；保持碳化釜内二氧化碳持续通入，控制进料流量为2.5L/min连续加入碳酸锂浆液至一级碳化釜中，反应液经溢流口依次进入下一级溢流釜，并最后进入中间槽中。
2、碳化中间槽中碳化液通过计量泵输送至微孔过滤器内进行过滤，流量控制在2.5L/min；微滤液进入离子交换器内进行离子交换，得到的离子交换液进入中转槽中。
3、离子交换后的碳酸氢锂液进入热解釜中，调节温度为85℃，加入电池碳酸锂0.2％(质量比)，反应1.5h，过滤洗涤，真空烘箱干燥得到碳酸锂产品S1。
实施例2
一种工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，包括以下步骤：
1、将碳酸锂与电池水按照1：24的固液比配成浆液，开启搅拌并充分搅拌；通过计量泵将碳酸锂浆液输送至碳化釜中，同时向三台碳化釜中通入二氧化碳气体进行碳化反应，调节流量为30L/min，反应过程中通过调节排气阀控制反应釜内压力保持在40Kpa～60Kpa范围内，控制碳化反应停留时间1h，直至釜内物料澄清；保持碳化釜内二氧化碳持续通入，控制进料流量为2.5L/min连续加入碳酸锂浆液至一级碳化釜中，反应液经溢流口依次进入下一级溢流釜，并最后进入中间槽中。
2、碳化中间槽中碳化液通过计量泵输送至微孔过滤器内进行过滤，流量控制在2.5L/min；微滤液进入离子交换器内进行离子交换，得到的离子交换液进入中转槽中。
3、离子交换后的碳酸氢锂液进入热解釜中，加入电池碳酸锂0.2％(质量比)，调节温度为90℃，反应1h，过滤洗涤，真空烘箱干燥得到碳酸锂产品S2。
实施例3
一种工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，包括以下步骤：
1、将碳酸锂与电池水按照1：27的固液比配成浆液，开启搅拌并充分搅拌均匀；通过计量泵将碳酸锂浆液输送至碳化釜中，同时向三台碳化釜中通入二氧化碳气体进行碳化反应，调节流量为35L/min，反应过程中通过调节排气阀控制反应釜内压力保持在40Kpa～60Kpa范围内，控制碳化反应时间1h，直至釜内物料澄清；保持碳化釜内二氧化碳持续通入，控制进料流量为2.7L/min连续加入碳酸锂浆液至一级碳化釜中，反应液经溢流口依次进入下一级溢流釜，并最后进入中间槽中。
2、碳化中间槽中碳化液通过计量泵输送至微孔过滤器内进行过滤，流量控制在2.7L/min；微滤液进入离子交换器内进行离子交换，得到的离子交换液进入中转槽中。
3、离子交换后的碳酸氢锂液进入热解釜中，加入电池碳酸锂0.2％(质量比)，调节温度为90℃，反应1h，过滤洗涤，真空烘箱干燥得到碳酸锂产品S3。
经分析，最终产品中碳酸锂含量99.99％，达到电池级碳酸锂质量标准YS/T582-2013，分析结果如下：
Figure BDA0003519389820000051
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1连续碳化：将工业级碳酸锂与电池水配置成浆液；充分混匀后的碳酸锂浆液输送至一级、二级、三级碳化釜中，并通入二氧化碳气体进行碳化反应，反应液澄清后得到碳酸氢锂溶液；保持二氧化碳通入，并保持碳化釜内微正压，在满足反应停留时间1h～1.5h的条件下设定碳酸锂浆液流量，连续向一级合成釜中投入混匀的碳酸锂浆液，同时一级合成釜内反应液，经溢流口依次进入二级、三级碳化釜进行反应，最终收集从三级碳化釜溢流出的碳酸氢锂溶液；
S2精密过滤：将碳化反应得到的碳酸氢锂液通过精密过滤器进行过滤，反洗浆液回收重新进行碳化；
S3离子交换：将精滤后的碳化液通入离子交换装置中，对溶液中的钙、镁离子进行吸附，使用树脂再生液再生后反复使用；
S4热解：将制得的电池碳酸锂作为晶种加入离子交换后的碳酸氢锂溶液，并加热脱碳，得到电池碳酸锂沉淀，经过滤、洗涤、干燥得到电池碳酸锂，热解滤液及分解产生的二氧化碳循环使用。
2.根据权利要求1所述的工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，其特征在于：S1中工艺级碳酸锂与电池水的固液质量比为1：23～1：27，电池水电导率≤0.1uS/cm，含盐量≤0.3mg/L。
3.根据权利要求1所述的工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，其特征在于：一级、二级、三级碳化釜连续碳化过程中釜内压力为0.04～0.08MPa.G，反应温度25～30℃。
4.根据权利要求1所述的工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，其特征在于：S3中精密过滤器为0.3微米全自动微孔过滤器，过滤后碳酸氢锂液SS≤5mg/L。
5.根据权利要求1所述的工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，其特征在于：S3中离子交换装置使用锂型强酸型阳离子交换树脂进行填充。
6.根据权利要求1所述的工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，其特征在于：S3中树脂再生液为氯化锂溶液。
7.根据权利要求1所述的工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，其特征在于：离子交换后碳酸氢锂液种Ca2+≤8mg/L，Mg2+≤10mg/L。
8.根据权利要求1所述的工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，其特征在于：S4中热解温度为76～88℃。
9.根据权利要求1所述的工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，其特征在于：作为晶种的电池碳酸锂加入量为碳酸氢锂溶液0.2wt％。
10.根据权利要求1所述的工业级碳酸锂连续碳化制备电池碳酸锂的方法，其特征在于：S4中热解时间为1h～1.5h。
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