電池級碳酸鋰的生產及其應用實踐研究

陳貴娥，張志剛

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

碳酸鋰在生產二次鋰鹽和金屬鋰制品中有著非常廣泛的應用，是鋰行業中最為關鍵的產品。在當前碳酸鋰的實際生產過程中，其主要的生產原料來源于鹽湖鹵水和礦石的提取物。當前我國在碳酸鋰的生產過程中，主要采用的是固體礦石提取法，國外多采用鹽湖鹵水提取工藝[1]。目前我國也在積極開采鹽湖鋰資源，但由于技術、資源等因素的限制，開發速度相對緩慢。為此，有必要對電池級碳酸鋰的生產和應用進行深入的探究。

1 電池級碳酸鋰

碳酸鋰在工業生產中有著比較廣泛的應用，也是藥劑學中的重要原料之一，在化工產業的發展中，也扮演者非常重要的角色。

在其實際生產實踐過程中，碳酸鋰根據純度的不同，分為工業級碳酸鋰和電池級碳酸鋰。電池級碳酸鋰的化學成分純度更高，包含的雜質更少，可以有效保證電池的性能。隨著當前工業的不斷發展，對碳酸鋰的純度要求也在不斷提升，很多行業直接要求采用電池級碳酸鋰，對碳酸鋰工藝的要求越來越高，不僅要求生產的質量，還要求生產的規模和現代化程度[2]。

2 電池級碳酸鋰的流程與生產工藝

碳酸鋰的生產過程，分為幾個重要的工藝步驟，每個環節的完成質量，都對產品質量產生著非常直接的影響。只有保證工藝的完整性，才能保證對碳酸鋰的生產質量。

礦石提取工藝。礦石提取法，是通過化學工藝，來提取鋰輝石、鋰云母等礦石中碳酸鋰成分。礦石提鋰的工藝主要有石灰燒結法、氯化焙燒法、硫酸鹽法、硫酸法、純堿壓煮法等。這幾種工藝中發展成熟的是硫酸法，由于其工藝流程簡單、鋰回收率高等優點，加之經過多年的技術改造及設備更新，已成為目前世界上主流鋰輝石提鋰工藝。

硫酸法的主要工藝流程如下所述：①將鋰輝石或者鋰云母礦石中進行轉型焙燒，經冷卻后，輸送至球磨機進行細磨，達到一定精礦顆粒。②磨制的粉末，與一定酸礦比的濃硫酸混合，進行酸化焙燒。③酸化后的酸熟料，輸送至調漿槽。④制得的漿料中加入一定量的碳酸鈣，進行中性浸出。⑤對浸出漿料進行過濾，收集浸出液，排出渣。⑥對泥渣進行分離和洗滌操作。⑦在洗滌后的硫酸鋰浸出液中加入一定比例的石灰乳和純堿，讓其中的鎂、鈣鹽進行充分的沉淀。⑧過濾。通過采取一定的過濾工藝，將氫氧化鈣、氫氧化鎂物質充分分離。⑨對濾液進行更加充分的蒸發和濃縮。通過在溶液中加入一定量的堿液，讓其中的碳酸鋰充分進行沉淀。⑩在其中加入一定量的水分，充分對其中的碳酸鋰進行分離和洗滌，有效去除其中的母液，經過進一步的干燥后，制備得到碳酸鋰。這些工藝環節在碳酸鋰制備過程中，發揮著非常重要的作用，其中任何一個環節都不允許缺失，否則就會對碳酸鋰的制備質量造成非常大的影響。

鹽湖水提取鋰工藝。在天然的鹽湖水中往往會包含較多的鋰離子，國外在對碳酸鋰的制備過程中，經常就是通過對鹽湖鹵水化學處理來得到的，是世界上應用最多的取鋰工藝，其主要的生產工藝包括沉淀法、煅燒法、碳化法、溶劑萃取法、離子交換法等，這些工藝方法都有各自的優點，其中溶劑萃取法和離子交換法當前還處于研究階段，還沒有成功應用到工業生產中，其它方法在工業生產中，已經得到大量的成功應用。

鹽湖鹵水提取鋰工業主要包含以下的主要內容。首先取得足夠量的鹽湖鹵水，然后通過日曬蒸發池，對這些鹵水進行充分的鹵水濃縮。

然后在濃縮鹵水中添加一定量的碳酸鈣，進而得到碳酸鋰沉淀，對沉淀的碳酸鋰進行分離提純后，就可以得到碳酸鋰產品。該工藝對碳酸鋰的提純工藝往往有著比較高的要求，也是技術的關鍵點，我國在該方面的技術，還處于相對比較落后的局面。在鹽湖鹵水工藝技術的實際應用上，其比礦石提取工藝要有更大的優勢，工藝的環保性也更強。此外，從當前生產的實際情況上看，利用鹽湖鹵水來生產碳酸鋰，其成本優勢比較明顯。我國咸水湖泊的數量比較多，擁有大量的鹽鹵水，這為我國鹽鹵水工藝技術的應用打下了一個非常好的基礎，但我國在相關技術的研發上，還處于比較落后的階段，還需要在技術的研究上，投入更大是的力氣。

3 碳酸鋰的精制方法

在采用上述方法得到碳酸鋰后，其中的雜質含量往往會比較高，不能直接應用在電池的生產過程中，需要進行一定的精制工藝。在實際碳酸鋰精制的過程中，可以根據原料的不同，采用不同的精制方法。

在以工業級碳酸鋰精制高純度碳酸鋰中，經常會采用苛化法、電解法、氫化分解法等，它們的特點比較突出，應用范圍也有著較大的差異。其中苛化法，是利用石灰對其進行苛化，經過進一步的除雜處理后，轉化成氫氧化鋰，然后再使用二氧化碳碳化制備高純度的碳酸鋰。電解法采用鹽酸來對工業碳酸鋰進行處理，除去其中的酸不溶物和鈣鎂等雜質后，通過電解來得到高純度的氫氧化鋰溶液，然后利用二氧化碳碳化得到純度更高的碳酸鋰。氫化分解法是將用二氧化碳將碳酸鋰轉化成溶解度較大的碳酸清理，由于大部分的雜質離子不會被氫化，可以以沉淀的形式被過濾掉，然后對碳酸氫鋰溶液進行加熱，來得到高純度的碳酸鋰[3]。在對碳酸鋰進行提純的過程中，往往對鈣離子的分離工藝難度比較高，在當前實際生產過程中，主要采用的是添加磷酸鋰的方法。

通過大量的實驗表明，磷酸鋰添加量、添加溫度、反應時間都對提純效果有著非常直接的影響，在保持60度的工藝溫度下，其提純效果最好，產品的轉化率高，能夠達到電池級碳酸鋰生產的要求。

4 結語

隨著時代的不斷發展，和能源形勢的不斷緊張，對電池的使用量越來越大，作為電池工業中的主要原料碳酸鋰，其市場需要量也在不斷增加。當前我國在電池級碳酸鋰的生產工藝技術上還處于比較落后的階段，很多產品還高度依賴進口。為了有效改善該局面，我國應該加大在相關技術上的研發投入力度，根據我國的實際生產情況，研制出針對性的生產工藝技術，滿足我國相關產業發展的需要。