[发明专利]一种超高纯度碳酸锂的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种无机盐制备工艺，具体涉及一种从盐湖卤水特别是氯化物型卤水中制取超高纯度碳酸锂的方法。

 

背景技术

碳酸锂则是锂行业中最为关键的产品，不仅可用于制陶瓷、药物、催化剂等，还是生产二次锂盐和金属锂的基础材料。盐湖锂资源占世界锂资源工业储量的69%以上，我国盐湖资源占锂资源工业储量的85%。但是目前我国的锂盐生产仍以锂辉石等含锂矿石为主，还没有盐湖卤水提锂的工业化装置，因此必须加强我国卤水锂资源的开发，以促进我国锂盐工业的进一步发展。

现有技术中已经公开了很多从盐湖卤水中提取碳酸锂的方法。这些方法主要包括盐溶液的浓缩、去除杂质离子以及使用碳酸铵或碳酸钠沉淀出碳酸锂的步骤。例如，US6207126A公开了一种制备高纯度特别是低钠含量碳酸锂的方法。该方法将盐溶液置于太阳下蒸发浓缩至锂含量约为6重量%，去除硼、钙、镁和硫酸根离子，随后将去除杂质后的浓缩LiCl溶液用碳酸钠溶液处理，沉淀出碳酸锂，将沉淀过滤，水洗、干燥后的碳酸锂具有工业等级，含钠量约为0.04重量%。为了得到含钠量更低的碳酸锂，可进一步将上述得到的碳酸锂用二氧化碳气体转变成碳酸氢锂盐溶液，然后将得到的溶液放入去碳器分解，沉淀出碳酸锂，过滤洗涤后获得纯度99.4重量%的高纯度碳酸锂。

然而当前的制备方法中仍然存在不足，其中最显著的是难以进一步提升产品纯度，难以满足一些超高纯度应用如药物、催化剂和原子能工业等特殊领域的要求。并且，碳酸钠作为沉淀剂会带入大量钠离子，去除时需要耗费大量水，产品中钠含量相对较高，同时产生大量氯化钠废液，无法实现可持续性生产。

 

发明内容

本发明公开一种从氯化物型盐湖卤水中提取超高纯度碳酸锂的方法。通过对常规工艺步骤及工艺参数的改进，在不引入额外的高成本提纯步骤如离子交换树脂的情况下，制得的产品纯度 > 99.99重量％，Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和NH₄⁺等主要杂质总量不超过0.004重量％；并且在碳酸锂沉淀过程中不引入额外的钠离子；各阶段副产物可循环使用或再利用，仅产生极少的废弃溶液。

本发明的目的是通过以下过程实现的：通过蒸发浓缩从卤水中制取氯化锂浓缩液，去除浓缩液中的钙、镁、硫酸根等主要杂质离子，通过碳酸氢铵水浆从纯化后的浓缩液中沉淀出碳酸锂，清洗碳酸锂并用二氧化碳气体（即CO₂）将碳酸锂转化为碳酸氢锂溶液，然后过滤并脱碳，从而得到超高纯度碳酸锂。

具体地，一种超高纯度碳酸锂的制备方法，以氯化物型盐湖卤水为原料，包括以下步骤：

（1）氯化锂浓缩液的制备

蒸发浓缩氯化物型盐湖卤水原料，析出多组分杂质盐，过滤后得到氯化锂浓缩液；

（2）去除杂质离子

首先加入碳酸锂以去除浓缩液中的大部分镁和钙离子，除去沉淀后加入氢氧化钙和碳酸钠以进一步去除剩余的镁和钙离子，再次除去沉淀后加入氯化钡以去除硫酸根离子，过滤得到纯化后的浓缩液；

（3）生成碳酸锂沉淀

将纯化后的浓缩液与碳酸氢铵水浆混合，在1200-1500rpm的搅拌速度下反应，反应式如下：

2LiCl + 2NH₄HCO₃ → Li₂CO₃ ↓ + 2NH₄Cl + H₂O + CO₂ ↑         (1)

过滤碳酸锂沉淀，将沉淀分散在2-3倍重量的蒸馏水中，超声分散5-8分钟，静置2-3小时后过滤；

（4）碳化

将步骤（3）得到的碳酸锂制成含3-5重量%固相的水浆，通入二氧化碳气体将碳酸锂转化为碳酸氢锂溶液，反应式如下：

Li₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2LiHCO₃        (2)

反应结束后将溶液过滤，取滤液；

（5）脱碳