氟化鋰生產工藝中LiHCO3脫碳效率影響因素的分析

路慶

(白銀中天化工有限責任公司，甘肅白銀730600)

碳酸鋰是金屬鋰和各種鋰化合物的原料，主要用于制備各種鋰化學品及煉鋁工業，也用于耐熱玻璃、多孔玻璃及鎮靜劑等，高純碳酸鋰是磁性材料、光學儀器、電介質等電子工業的必需品。目前國外主要采用鹽湖鹵水進行提取生產工業級碳酸鋰，我國由于鋰資源、技術、氣候等因素的限制，這方面開發的進度較緩慢，主要采用鋰云母和鋰輝礦石利用硫酸法生產工業級碳酸鋰。氟化鋰作為一種重要的鋰基材料，有著廣泛應用。

將工業碳酸鋰經過多次碳化和脫碳提純得到精制碳酸氫鋰，與稀釋后的電子級氫氟酸發生合成反應生成氟化鋰軟膏，再經過過濾、洗滌、干燥得到高純氟化鋰，并通過調整攪拌轉速、溫度等重要工藝參數控制氟化鋰的生成粒度，便能得到滿足電池行業對高純氟化鋰的要求。本文闡述了這一工藝過程中碳酸氫鋰溶液濃度、脫碳溫度、反應釜攪拌速率對脫碳效率的影響，從而解決對生產能力的影響和制約。工藝流程圖見圖1。

圖1

脫碳反應過程：2LiHCO3=Li2CO3+H2O+CO2↑

1 檢測材料及儀表（見表1）

表1

2 數據分析

LiHCO3溶液中Ca2+、Mg2+、Ba2+、、Mg2+等雜質成分較少，為了更清楚地分析出LiHCO3脫碳反應條件對產品結果的影響規律，在做脫碳單因素試驗時碳酸氫鋰溶液采用工業級碳化后的粗碳酸氫鋰溶液。后面將分為以下3 部分。

2.1 溶液中Li+含量對脫碳反應影響

固定試驗條件：脫碳反應時間都為6h；攪拌轉速為400rpm、緩慢升溫至80℃保持恒溫，15m3的溶液，結果是當Li+含量為：3.6 g/L、4.5g/L、5.5g/L、7.0g/L、8.0g/L 時， 產 率 分 別 為：72% 、78% 、83%、87%、92%。

由結果能夠看出：LiHCO3溶液中Li+濃度和碳酸鋰軟膏的產率呈正比例關系，溶液中Li+濃度的越高，Li2CO3的產率越大，鋰離子濃度為8.0g/L時碳酸鋰的收率達到92%。飽和LiHCO3溶液中Li+濃度為8.5g/L，考慮到實際生產中控制成本和原輔材單耗的影響因素，控制LiHCO3溶液中Li+濃度到8.0g/L 時最有利于脫碳反應的進行。

2.2 溫度對脫碳過程的影響

固定試驗條件：Li+濃度為7.0g/L 的碳酸氫鋰溶液，攪拌轉速為400rpm、緩慢升溫至95℃保持恒溫，15m3的溶液。結果顯示當溫度（℃）為：55、65、75、85、95 時，產率分別為：4.2%、20.3%、62.5%、74.8%、87.8%。溫度對雜質含量的影響見圖2。

圖2

由結果可知：脫碳反應溫度控制在55℃時，Li2CO3的產率只有4.2%；碳酸鋰的產率隨著脫碳反應溫度的升高而升高，溫度在65～75℃之間時碳酸鋰的產率上升較快，溫度升高75～95℃之間時，Li2CO3的產率增長較緩慢。

由碳酸氫鋰溶液脫碳的化學方程式得到，碳酸氫鋰溶液的脫碳反應為吸熱反應，反應溫度越高，反應越向著正反應的方向移動；并且Li2CO3的溶解度隨溫度的升高而減小，反應向著濃度減小的方向移動，因此高溫更有利于脫碳反應的進行。生產中脫碳反應釜的熱量來源是蒸汽（140℃）通過反應釜的外盤管熱傳遞提供的，一般控制反應溫度90～95℃之間。

由圖2 可知：通過對脫碳軟膏進行離子分析，脫碳溫度高低也可對Li2CO3中雜質的含量造成影響。隨著脫碳溫度的逐步上升，Ba2+含量在Li2CO3中總體呈下降趨勢，90℃時含量為60℃時的50%，造成原因主要是BaCO3溶解度隨著溫度的升高而升高，高溫環境能夠有效抑制Ba2+進入到Li2CO3溶液中；Ca2+含量在60～80℃時最低，而在55℃與90℃時含量最高，為了有效控制Ca2+含量，脫碳最佳溫度在62～80℃之間；K+含量隨脫碳溫度的上升沒有明顯變化；Mg2+含量在50℃時含量最高，逐步升高到60℃時Mg2+含量呈現大幅下降，脫碳溫度在60～80℃時Mg2+含量最低，隨著持續升溫反而出現含量上升趨勢，為了控制Mg2+含量，溫度控制在60～70℃為最佳；Na+含量在60℃時最高，隨溫度的逐漸上升，Na+含量呈現下降趨勢，為了控制Na+含量，脫碳溫度控制在60℃以上。經過相關數據分析，確定最佳脫碳溫度為90℃，既有利于Li2CO3產率提高，又有利于雜質含量控制。

2.3 攪拌速率對脫碳過程的影響

固定試驗條件：LiHCO3溶液中的Li+濃度為7.0g/L，反應時間5h，緩慢升溫至85℃保持恒溫，15m3的溶液。結果為當攪拌速率（rpm）為：100、300、500、600、700 時，產率分別為：42.6%、65.5%、70.4%、86%、91%。

由分析結果可知：，Li2CO3的產率隨著攪拌速率的逐步提高也隨之呈現增加趨勢， 當達到700rpm 后逐漸趨于平緩。這一現象的出現充分說明了攪拌速率變化能有效的抑制反應過程物料出現“黏壁”現象，從而影響產率的提高，之后轉速的提高對產率的影響不再明顯。因而從Li2CO3的產率和黏壁現象考慮，確定選擇700rpm 的攪拌速率進行脫碳反應。

3 結論

由上述生產數據分析可以看出脫碳溫度控制在90℃，Li2CO3產率最高，還可以有效控制Li2CO3中的雜質含量滿足電子級氟化鋰的生產；脫碳過程中LiHCO3溶液中的Li+濃度越高，生產得到的Li2CO3產率就會越大；LiHCO3溶液進一步經過離子交換柱進行純化后，在進行脫碳可以有效提高Li2CO3產品的純度；攪拌速率會有效抑制“黏壁”現象出現，從而提高Li2CO3的產率。脫碳溫度控制為90℃、LiHCO3溶液中Li+最佳濃度為8.0g/L、攪拌速率控制為700rpm，是生產控制過程中的最優條件。