[发明专利]一种用于电池级碳酸锂制备的系统及工艺

说明书

本发明涉及一种用于电池级碳酸锂制备的系统，包括：一级提纯装置，包括至少一组一级釜，用于工业级碳酸锂的苛化除杂；二级提纯装置，连接在一级提纯装置下游，包括一组或者多组并联布设的用于接收所述一级提纯装置产生的苛化液并对所述苛化液碳化氢解的二级釜，二级釜中设有至少一组用于反应生成的碳化液动态过滤的二级膜组件，二级膜组件的排液口连通至缓存罐，缓存罐的出液口回连至二级釜，二级釜的排渣口连接到固废回收单元，以及二级釜连接用于合格物料后续处理的产品收集单元，本发明的目的在于提供一种充分依靠溶解‑过滤‑洗涤一体化的釜式膜分离装置，联合采用苛化法和附有循环的碳化氢解法从工业级碳酸锂精制电池级碳酸锂的系统。

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，涉及一种用于电池级碳酸锂制备的系统及工艺。

背景技术

近年来，市场对锂电池的需求越来越大，锂电池工业发展也越来越迅速。电池级碳酸锂是制备锂电池正极材料的一种重要锂源材料，如通过碳热还原法生产磷酸铁锂正极材料就是以电池级碳酸锂为锂源原料的，因此电池级碳酸锂需求量在不断上升。与此同时，随着我国卤水提锂技术的逐渐成熟，初级碳酸锂的生产成本、价格迅速下降，工业用高纯度碳酸锂的生产基本是以工业碳酸锂为原料。

关于以工业级碳酸锂精制高纯度碳酸锂的工艺方法，目前工业界常采用苛化法、氢化分解法等。其中，苛化法是利用石灰对其进行苛化，将碳酸锂转化成完全可溶的氢氧化锂，经过滤除去苛化液中的不溶性杂质，然后用二氧化碳碳化制备高纯度的碳酸锂；氢化分解法是用足够多的二氧化碳将碳酸锂转化成溶解度较大的碳酸氢锂，由于大部分的杂质离子不会被氢化溶解，可以沉淀的形式被过滤掉，然后对碳酸氢锂溶液进行加热，来得到高纯度的碳酸锂。工业级碳酸锂中的碳酸锂含量低于99.5％，其碳酸锂的含量波动范围比较大，可从55％到97％变化。对于碳酸锂含量较低的粗碳酸锂，一般使用苛化法较经济，因为氢氧化锂在水中的溶解性比碳酸氢锂更好，从粗碳酸锂中提锂更容易。

钙镁是工业级碳酸锂中的主要杂质，钙镁含量高将严重影响锂离子电池的充放电性能以及使用寿命。因此碳酸锂中钙镁的深度去除是碳酸锂提纯的关键步骤，尤其是钙杂质的去除。有文献研究报导，上述苛化法和氢化分解法得到的精制碳酸锂产品虽然其碳酸锂的含量可以达到工业级电池的国家标准，但钙杂质的含量往往不达标。在对碳酸锂进行提纯的过程中钙离子的分离难度往往比较高。

目前，文献报导的深度除钙方法主要是对碳化液(LiOH或Li₂CO₃通入过量CO₂得到LiHCO₃溶液)采用离子交换树脂吸附脱除钙离子、加入络合剂和磷酸锂然后过滤脱除钙离子的方法。离子交换树脂去除钙镁杂质成本过高，而且随着使用次数的增加，离子交换树脂的选择性会大大降低。络合剂中含有的钙离子可溶于水且具有热稳定性，LiHCO₃加热转化为Li₂CO₃后，络合后的钙离子仍稳定存在水相中，经过滤与产品Li₂CO₃分离，但采用此种方法滤液不能多次重复使用，文献报导含络合剂的碳酸锂过滤母液重复使用四次后络合剂的使用效果会受到严重影响，这就降低了锂的产品收率。采用磷酸锂深度除钙的方法，需要根据碳化液中钙镁等不溶性杂质的含量，精确计算磷酸锂的加入量：加入过少除钙不彻底，加入过多会引入磷酸根杂质离子，进而干扰下游磷酸铁锂制备工艺中磷源原料的使用配比。由于操作条件的波动，不同批次的碳化液钙杂质含量也随之波动，这不便于快速确定磷酸锂的加入量。另外，磷酸锂微溶于水，为增加除钙反应速率，需要将碳化液加温到60℃左右才能获得较满意的结果。

发明内容

鉴于市售工业级碳酸锂杂质含量波动范围大并综合考虑到深度除杂的经济性和技术可行性，本发明的目的之一在于提供一种充分依靠溶解-过滤-洗涤一体化的釜式膜分离装置，联合采用苛化法和附有循环的碳化氢解法从工业级碳酸锂精制电池级碳酸锂的系统，所采用的技术方案如下：