CN110817910A - 一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，具体步骤为：用甲酸溶液溶解工业级碳酸锂，直至溶液不再反应为止，过滤得甲酸锂溶液，对甲酸锂溶液除杂，除杂液再次过滤得到净化后的甲酸锂溶液，加热并缓慢加入碳酸铵，继续反应1h，过滤得碳酸锂和反应后液，碳酸锂高温煅烧得到电池级碳酸锂。本发明提纯制备电池级碳酸锂的方法能有效去除杂质离子，所得电池级碳酸锂产品纯度较高，单次锂回收率高，提纯效率高，且反应后液可以回收用于继续配制甲酸溶液，极大地降低了生产成本，满足电池级碳酸锂标准。
Description
技术领域
本发明涉及电池级碳酸锂技术领域，尤其涉及一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法。
背景技术
电池级碳酸锂是制备磷酸铁锂、锰酸锂等锂离子电池正极材料的重要原材料，也可作为锂离子电池电解质添加剂，提高电池的安全性能和使用寿命，是锂离子电池的关键原料。由于电池级碳酸锂对杂质要求较高，所以很难从锂矿石或者含锂卤水中直接制备的获取，因此，以工业级碳酸锂为原料制备电池级碳酸锂是最为经济可行的方法。
以工业级碳酸锂为原料生产电池级碳酸锂的方法，最主要的是以氢化提纯为主，氢化提纯法是指通入二氧化碳将溶解度较小的碳酸锂转化成溶解度较大的碳酸氢锂，而大部分杂质(如Ca2+、Mg2+等)不被氢化，以不溶性碳酸盐的形式通过过滤除去，然后加热碳酸氢锂溶液使其分解生成电池级碳酸锂。
虽然此方法操作简单，但是氢化反应时间长，二氧化碳利用率较低，氢化液锂含量最高为8.5g/L，极大地限制了其提纯效率和单次回收率，且热解效率较低，耗能大，导致周期长，综合成本较高，为此，我们提出一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，能有效去除杂质离子，所得产品纯度较高，单次锂回收率高，提纯效率高，且反应后液可以回收用于继续配制甲酸溶液，极大地降低了生产成本，满足电池级碳酸锂标准。
本发明采用的技术方案如下：
为实现上述目的，本发明提供一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，具体步骤为：
用甲酸溶液溶解工业级碳酸锂，直至溶液不再反应为止，过滤得甲酸锂溶液，对甲酸锂溶液除杂，除杂液再次过滤得到净化后的甲酸锂溶液，加热并缓慢加入碳酸铵，继续反应1h，过滤得碳酸锂和反应后液，碳酸锂高温煅烧得到电池级碳酸锂。
优选地，所述的甲酸溶液浓度为130～240g/L，甲酸溶液浓度不宜高于240g/L，若高于此值，则所得后液甲酸锂含量过高，易结晶生成一水合甲酸锂，不利于工艺进行，甲酸溶液溶解工业级碳酸锂的反应终点pH为7～8。
优选地，对甲酸锂溶液除杂是指用阳离子交换树脂进行处理，高效地去除钾、钙、镁、铁、镍、钴、锰等杂质。
优选地，所述的阳离子交换树脂为CH-93或CH-90。
优选地，碳酸铵的加入量为理论计算所需量的1.3～1.5倍，保证碳酸锂沉淀完全，反应温度为60～90℃。
优选地，高温煅烧前碳酸锂用热水多次洗涤，至少洗涤2次，所用热水温度为60～90℃。
优选地，所用的热水为纯水。
优选地，高温煅烧的温度为300～400℃，时间为2～4h。
优选地，反应后液回收继续用于配制甲酸溶液。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明从工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的工艺，能有效去除杂质离子，所得碳酸锂产品纯度较高，单次锂回收率高，提纯效率高，且反应后液可以回收用于继续配制甲酸溶液，极大地降低了生产成本，满足电池级碳酸锂标准。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，具体步骤为：
(1)溶解：配制130g/L的甲酸溶液，缓慢添加工业级碳酸锂进行溶解，待反应至中性无气泡产生时停止加入，使用精密过滤装置过滤得甲酸锂液；
(2)除杂：先用CH-93阳离子交换树脂处理甲酸锂液除去可溶性杂质，再用精密过滤装置进行过滤除去不溶性颗粒，得到净化后的甲酸锂液；
(3)再沉淀：将净化后甲酸锂液升温至60℃，缓慢加入碳酸铵固体，加入量为理论沉锂所需量的1.3倍，加入完毕后继续反应1h，过滤后得碳酸锂和反应后液，碳酸锂再进行水洗2次；
(4)煅烧：水洗后碳酸锂在300℃下进行煅烧2h，最终得电池级碳酸锂产品。
在本实施例中，甲酸溶液浓度为130g/L，溶解后溶液中锂含量为19.6g/L，最终所得反应后液中锂含量为1.5g/L，单次处理锂金属量为18.1g/L，单次锂回收率为92.34％。
实施例2
(1)溶解：配制180g/L的甲酸溶液，缓慢添加工业级碳酸锂进行溶解，待反应至中性无气泡产生时停止加入，使用精密过滤装置过滤得甲酸锂液。
(2)除杂：先用CH-90阳离子交换树脂处理甲酸锂液除去可溶性杂质，再用精密过滤装置进行过滤除去不溶性颗粒，得到净化后的甲酸锂液。
(3)再沉淀：将净化后甲酸锂液升温至80℃，缓慢加入碳酸铵固体，加入量为理论沉锂所需量的1.4倍，加入完毕后继续反应1h，过滤后得碳酸锂和反应后液，碳酸锂再进行水洗3次。
(4)煅烧：水洗后碳酸锂在350℃下进行煅烧3h，最终得电池级碳酸锂产品。
在本实施例中，甲酸溶液浓度为180g/L，溶解后溶液中锂含量为27.1g/L，最终所得反应后液中锂含量为1.5g/L，单次处理锂金属量为25.6g/L，单次锂回收率为94.61％。
实施例3
(1)溶解：配制240g/L的甲酸溶液，缓慢添加工业级碳酸锂进行溶解，待反应至中性无气泡产生时停止加入，使用精密过滤装置过滤得甲酸锂液。
(2)除杂：先用CH-93阳离子交换树脂处理甲酸锂液除去可溶性杂质，再用精密过滤装置进行过滤除去不溶性颗粒，得到净化后的甲酸锂液。
(3)再沉淀：将净化后甲酸锂液升温至90℃，缓慢加入碳酸铵固体，加入量为理论沉锂所需量的1.5倍，加入完毕后继续反应1h，过滤后得碳酸锂和反应后液，碳酸锂再进行水洗2次。
(4)煅烧：水洗后碳酸锂在400℃下进行煅烧4h，最终得电池级碳酸锂产品。
在本实施例中，甲酸溶液浓度为240g/L，溶解后溶液中锂含量为36.2g/L，最终所得反应后液中锂含量为2.3g/L，单次处理锂金属量为33.9g/L，单次锂回收率为93.65％。
实施例4
(1)溶解：配制150g/L的甲酸溶液，缓慢添加工业级碳酸锂进行溶解，待反应至中性无气泡产生时停止加入，使用精密过滤装置过滤得甲酸锂液。
(2)除杂：先用CH-93阳离子交换树脂处理甲酸锂液除去可溶性杂质，再用精密过滤装置进行过滤除去不溶性颗粒，得到净化后的甲酸锂液。
(3)再沉淀：将净化后甲酸锂液升温至70℃，缓慢加入碳酸铵固体，加入量为理论沉锂所需量的1.4倍，加入完毕后继续反应1h，过滤后得碳酸锂和反应后液，碳酸锂再进行水洗2次。
(4)煅烧：水洗后碳酸锂在330℃下进行煅烧2.5h，最终得电池级碳酸锂产品。
在本实施例中，甲酸溶液浓度为150g/L，溶解后溶液中锂含量为22.6g/L，最终所得反应后液中锂含量为1.6g/L，单次处理锂金属量为21g/L，单次锂回收率为92.92％。
实施例5
(1)溶解：配制220g/L的甲酸溶液，缓慢添加工业级碳酸锂进行溶解，待反应至中性无气泡产生时停止加入，使用精密过滤装置过滤得甲酸锂液。
(2)除杂：先用CH-93阳离子交换树脂处理甲酸锂液除去可溶性杂质，再用精密过滤装置进行过滤除去不溶性颗粒，得到净化后的甲酸锂液。
(3)再沉淀：将净化后甲酸锂液升温至85℃，缓慢加入碳酸铵固体，加入量为理论沉锂所需量的1.5倍，加入完毕后继续反应1h，过滤后得碳酸锂和反应后液，碳酸锂再进行水洗3次。
(4)煅烧：水洗后碳酸锂在370℃下进行煅烧3.3h，最终得电池级碳酸锂产品。
在本实施例中，甲酸溶液浓度为220g/L，溶解后溶液中锂含量为34.8g/L，最终所得反应后液中锂含量为2.04g/L，单次处理锂金属量为32.76g/L，单次锂回收率为94.14％。
氢化提纯工艺中，氢化后液以最高锂含量8.5g/L计，经离子交换除杂，热解后所得热解液中锂含量以最低1.1g/L计，单次处理金属量为7.4g/L，单次回收率为87％，而本发明的方法实施例中数据均优于此值，且所得碳酸锂纯度能达到99.5％以上。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，具体步骤为：
用甲酸溶液溶解工业级碳酸锂，直至溶液不再反应为止，过滤得甲酸锂溶液，对甲酸锂溶液除杂，除杂液再次过滤得到净化后的甲酸锂溶液，加热并缓慢加入碳酸铵，继续反应1h，过滤得碳酸锂和反应后液，碳酸锂高温煅烧得到电池级碳酸锂。
2.根据权利要求1所述的一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，所述的甲酸溶液浓度为130～240g/L，甲酸溶液溶解工业级碳酸锂的反应终点pH为7～8。
3.根据权利要求1所述的一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，对甲酸锂溶液除杂是指用阳离子交换树脂进行处理。
4.根据权利要求3所述的一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，所述的阳离子交换树脂为CH-93或CH-90。
5.根据权利要求1所述的一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，碳酸铵的加入量为理论计算所需量的1.3～1.5倍，反应温度为60～90℃。
6.根据权利要求1所述的一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，高温煅烧前碳酸锂用热水多次洗涤，所用热水温度为60～90℃。
7.根据权利要求6所述的一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，所用的热水为纯水。
8.根据权利要求1所述的一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，高温煅烧的温度为300～400℃，时间为2～4h。
9.根据权利要求1～8任一项所述的一种工业级碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，反应后液经回收继续用于配制甲酸溶液。
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