[发明专利]一种纯化碳酸锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纯化碳酸锂的方法，属于高纯碳酸锂制备技术领域。

技术背景

碳酸锂是锂的基础性化合物，有多种工业用途，广泛应用于陶瓷、玻璃、原子能、航空航天和锂电池、锂合金、医药等领域。此外，碳酸锂作为一种锂的基础原材料，可转化成其他多种锂化合物。电池级碳酸锂主要用于生产钴酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、锰酸锂或镍钴锰酸锂等锂离子电池正极材料，其市场需求量不断增加，全球碳酸锂需求以每年8％的速度增加。电池级碳酸锂主要是以锂辉石为原料硫酸法一步法生产、氢氧化锂碳化法、碳酸锂深度氢化成碳酸氢锂再氢氧化锂沉淀法生产而得。

碳酸锂的生产方法因所用资源的不同而分为两大类：盐湖卤水法和矿石法。盐湖卤水法提锂的方法主要有沉淀法、溶剂萃取法、碳化法、煅烧浸取法等，但大多数方法生产加工的工艺复杂，成本高，资源利用率低。矿石法提锂的产能主要集中在我国，目前有石灰石烧结法、纯碱压煮法、氯化焙烧法、酸化焙烧法和硫酸盐法等。利用矿石法提锂必须要将锂矿石加热至高温，存在着工艺的能耗和成本增加、物料流量大以及渣量大等问题。

中国专利申请(申请号：200910163250.6)从工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，该方法是将工业级碳酸锂与水混合成浆料，匀速搅拌中逐滴添加有机酸将碳酸锂转化为可溶性澄清液体，再降尿素的水溶液加入其中，调节pH值至10左右，并控制温度在80℃～100℃之间，使尿素缓慢释放出CO₂气体从而沉淀出碳酸锂。该方法在流程中使用了大量的有机物质，流程较为复杂，同时对设备要求较高，还要考虑有机物的回收利用等问题。

如果碳酸锂中的杂质含量高，没有达到二级碳酸锂的标准，那么基本没有市场，现在市场上的碳酸锂用户大多选择纯度更高品质更好的电池级碳酸锂等产品。

现有技术中有人使用碳化法，用CO₂将Li₂CO₃碳酸化，将微溶的Li2CO₃转变为可溶性LiHCO₃，再通过离子交换除杂后加热沉淀制得高纯Li₂CO₃。但是，由于分解过程LiHCO₃粘壁十分严重，且分解剧烈并放出大量的CO₂气体，生产过程若控制不当，易于发生“冒槽”事故。此外，氢化温度对锂的回收率也很大，导致产品性能很不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产品质量稳定，且安全的纯化碳酸锂的方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)原料除杂：次品碳酸锂水洗除去吸附在次品碳酸锂表面中的可溶性杂质，并加水配置成碳酸锂浆料；

(2)氢化：将步骤(1)得到的碳酸锂浆料中通入CO₂气体进行氢化反应，当溶液中氧化锂浓度为10～30g/L时停止通气，将溶液过滤得到氢化液；

其中氢化反应的压力为0.2～0.6Mpa，温度为20～30℃，

反应原理：Li₂CO₃+CO₂+H₂O＝2LiHCO₃

(3)离子交换：将步骤(2)得到的氢化液通过离子交换树脂，除去氢化液中杂质离子；

(4)分解：将步骤(3)中除去杂质离子的氢化液升温至70～90℃，进行分解反应，固液分离得碳酸锂湿品，干燥得到电池级碳酸锂。

反应原理：2LiHCO₃＝Li₂CO₃↓+CO₂↑+H₂O

固液分离的母液可用于步骤(1)配置碳酸锂浆料。

由于氢化反应是一个可逆反应，HCO₃^-在生成的同时也在分解，虽然升高温度可以加快生成速率，但分解的速率也加快了。本发明经试验证明，合适的氢化温度为20-30℃。超过30℃，锂的回收率显著降低，氢化温度50℃时，锂的回收率从22℃的85％降低至60％。主要是因为温度超过30℃时，反应速率加快的幅度小于分解速率加快的幅度。

作为本发明优选的方案，步骤(2)氢化反应的压力0.2～0.3Mpa，温度22-28℃。