[发明专利]一种制备电池级氢氧化锂和碳酸锂的方法和系统

说明书

本发明提供一种制备氢氧化锂和碳酸锂的方法和系统，所述方法包括：(1)氢氧化锂合成：使氯化锂与碱进行至少两级苛化反应，反应后分离得到各级苛化渣和最后一级苛化母液，所得各级苛化渣为氢氧化锂粗品；(2)氢氧化锂除杂：对氢氧化锂粗品连续进行两次或两次以上洗涤、分离，得到最后一次氢氧化锂洗涤渣，将最后一次氢氧化锂洗涤渣配置成溶液，经过蒸发结晶、分离、后处理得到氢氧化锂产品；(3)碳酸锂合成：对最后一级苛化母液进行蒸发浓缩、分离，得到苛化液浓缩渣，将苛化液浓缩渣配置成溶液，进行沉锂反应，反应后分离得到碳酸锂粗品；(4)碳酸锂除杂：对碳酸锂粗品进行除杂，得到碳酸锂产品。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，涉及一种盐湖氯化锂制备电池级氢氧化锂联产电池级碳酸锂的方法和系统。

背景技术

全球锂资源的76％集中分布在盐湖中，24％来自于矿石。

目前电池级氢氧化锂主流生产工艺是采用矿石为原料的硫酸锂苛化法：锂精矿高温转型后酸化制备硫酸锂，经两步除杂，得到纯净的硫酸锂溶液，加入氢氧化钠制备氢氧化锂并副产硫酸钠，苛化反应如下：

2NaOH+Li₂SO₄＝Na₂SO₄+2LiOH·H₂O

通过低温冷冻析出硫酸钠，浓缩、干燥后得到副产品元明粉。冷冻母液经浓缩、重结晶、干燥后得到电池级氢氧化锂。

受资源限制，该方法的产能受到一定的制约。

目前盐湖产氯化锂主要用于制备碳酸锂，通过碳酸钠沉锂得到碳酸锂，受提锂方式的限制，碳酸锂质量一般只能达到工业级。

盐湖氯化锂制备氢氧化锂主流工艺是碳酸锂苛化法，电解法处于研究阶段，此外还有氯化锂苛化法：

(1)碳酸锂苛化法

将精制石灰乳与碳酸锂按1.08:1的比例混合，调节一定的苛化液浓度，加热至沸腾并强力搅拌，苛化反应如下

Ca(OH)₂+Li₂CO₃＝CaCO₃+2LiOH·H₂O

反应可得到浓度约3.5％的氢氧化锂溶液，除去不溶性的残渣(主要是CaCO₃)，分离后将母液减压浓缩、结晶而得到单水氢氧化锂，干燥后得到氢氧化锂产品。

该工艺是目前盐湖氯化锂制备氢氧化锂的主流工艺。原料为碳酸锂和氢氧化钙，由于两种原料的溶解度都非常小，反应浓度低且反应时间很长，能耗高、单程转化率低，苛化反应后产物氢氧化锂在溶液中，滤饼中锂的残留量大，氢氧化锂收率低、成本高，且产品氢氧化锂无法达到电池级，只能用于润滑剂行业。

(2)氯化锂电解法

对卤水进行浓缩，除去氯化钠和氯化钾，并通过一定的方法脱去硼离子和硫酸根离子，使阴离子的浓度(不包含氯离子)不超过5％，调pH值到10.5-11.5，除去钙镁离子，进一步浓缩得到精制卤水(主要成分是LiCl)，锂离子的浓度达到5-7％(折合氯化锂的浓度30-42％)，然后将精制卤水作为电解液放在特制的电解槽中电解，阳极电解液为精制卤水，阴极电解液为水或LiOH溶液；在阳极电解液和阴极电解液之间有一阳离子选择性渗透膜，阳离子可以通过，而阴离子被阻挡而不能通过。电解时，Li⁺可以透过膜迁移到阴极转化为氢氧化锂，最终在阴极可得到浓度约14％的氢氧化锂溶液，经过浓缩、结晶、重结晶、洗涤、干燥，最终得到氢氧化锂产品。该工艺技术复杂，需要专用离子膜配套，电能和蒸汽的消耗量大，投资大，目前仍处于研究阶段。

(3)氯化锂苛化法