CN112661175A - 一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳酸锂生产技术领域，特别是一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，包括以下步骤：将锂辉石依次经过煅烧、冷却，加入锂聚合物与煅烧后的锂辉石破碎、细磨、加酸反应、冷却、调浆，浸出，压滤机压榨分离，加入盐湖矿石，净化、过滤、苛化，再冷冻分离硫酸钠，蒸发浓缩、碳化、离心干燥、气流粉碎等工艺步骤而得碳酸锂。本发明将锂辉石、锂聚合物和盐湖矿石混合生产碳酸锂，增加资源利用率，缓解锂辉石紧张对生产的影响，解决了锂矿石资源不足的困境，增加生产线抵抗资源不足的风险，采用品质更高的锂聚合物和盐湖矿石与锂辉石混合作为原料，在前期处理时，工艺条件相比于单用锂辉石作为原料时的工艺条件更加宽泛。
Description
技术领域
本发明涉及碳酸锂生产技术领域，特别是一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法。
背景技术
碳酸锂可用于制陶瓷、药物、催化剂等，也是常用的锂离子电池原料。作为锂离子电池的正极材料，电解液使用的高纯级碳酸锂越来越受到人们的重视。目前生产碳酸锂的方法有以锂辉石为原料生产碳酸锂、盐湖卤水提锂、从海水中提取碳酸锂。该工艺是以锂辉石和盐湖矿石为原料，经过高温煅烧转型，冷却，球磨，酸化焙烧，冷却，调浆，浸出压榨分离，冷冻分离硫酸钠，蒸发、碳化、离心干燥等工艺步骤生产碳酸锂。
然而锂辉石资源不足，亟需寻找新型矿源，以满足生产需要。盐湖矿石Li2SO4·H2O含量达到80.1～92.1％，平均含量为85.1％，现有技术中，用盐湖矿石生产出来的锂产品一般仅为工业级，从该路径生产电池级产品经济性制约因素较多。
以锂辉石作为原料制备碳酸锂，由于其原料品质不高，工艺条件较为严苛，生产难度大，而且产生的废渣多，资源利用率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，将锂辉石、锂聚合物和盐湖矿石混合生产碳酸锂，增加资源利用率，缓解锂辉石紧张对生产的影响，解决了锂矿石资源不足的困境，增加生产线抵抗资源不足的风险。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，包括以下步骤：
S1、将锂辉石依次经过煅烧、冷却后，得到锂辉石焙料，加入锂聚合物，锂聚合物的重量占锂辉石焙料重量的20～80％，锂聚合物与锂辉石焙料混合后破碎、细磨、加酸反应、冷却，待加酸反应的产物冷却到≤90℃之后用水调成浆液，浆液固含量为10％～70％；
S2、在上述浆液中加入碳酸钙浆液搅拌浸出，在浸出槽中的温度≤60℃，pH为5.5～6，浸出20分钟后加入氧化钙将pH调节至8～9，之后使用压滤机过滤，过滤清液中加入盐湖矿石，控制混合物料Li2O浓度在30～48g/L，混合后的液体使用氢氧化锂母液或者氧化钙进行净化，调节pH值至9～12，并除去过滤清液中的杂质铁、锰、铝和钙；
S3、将上述过滤清液再次过滤，得到净化液和净化滤渣，净化液使用碱性溶液进行苛化，苛化后的溶液pH为11～14，温度为常温；
S4、将上述苛化后的溶液过滤，得到苛化液和苛化滤渣，苛化液中氢氧化锂Li2O当量含量控制在30～75g/L，苛化液经过精密过滤器进行过滤，除去部分钙离子；
S5、过滤后的苛化液到冷冻车间冷冻分离出十水硫酸钠以及氢氧化锂溶液，冷冻温度为-5～-20℃；
S6、十水硫酸钠通过蒸发浓缩提纯，加热取出结晶水得到无水硫酸钠，加热温度在200℃～800℃，氢氧化锂溶液经过精密过滤器过滤除掉一部分钙离子，然后进行蒸发浓缩，浓缩后的粗品氢氧化锂溶液结晶、离心、重新热熔、精密过滤器过滤，过滤后再由MVR蒸发浓缩，得到精品氢氧化锂料浆；
S7、将步骤S6中得到的精品氢氧化锂料浆经离心分离、溶解，再进入碳化釜，通入压力为0.5MPa的二氧化碳气体进行碳化反应，保持碳化釜内的表压在0.06～0.08MPa，保持温度在48～52℃，反应完成后待压力稳定，停止通入二氧化碳，并开启碳化釜放空阀将过量二氧化碳排空，得到碳化反应液；
S8、将步骤S7所得的碳化反应液经离心分离后，得到固体碳酸锂，通过干燥工序，使得固体碳酸锂的含水率≤5％；
S9、离心固相经密闭输送机输送至盘式干燥机进行干燥，干燥物料经气力输送至碳酸锂成品仓，将盘式干燥机出来的物料输送至原料分流***，经气流粉碎***、自动包装***，码垛，进入成品仓库，成品控制磁性物质不超过30PPb。
进一步的，步骤S1中，细磨的粒度要求为200目，煅烧温度980～1230℃，加酸反应，加入浓度98％的硫酸，酸料比＝2～4：1，加酸反应后冷却至60℃以下。
进一步的，步骤S2中，所述碳酸钙浆液用碳酸钙和水调成浆液，固含量10％～55％。
进一步的，步骤S2中，经压滤机过滤后得到的滤饼采用自来水或者工艺水进行漂洗，用压缩空气对滤饼进行吹扫，使滤饼含水量≤20％，漂洗水重新返回用于步骤S1调浆。
进一步的，步骤S2中，净化时，若加入的是氢氧化锂母液时，氢氧化锂母液的浓度为10％～50％，若加入的是氧化钙时，氧化钙为质量分数大于75％的粉末或固含量为10％～55％的氧化钙浆液。
进一步的，步骤S3中，净化滤渣加水调成固含量10％～70％的浆液后返回步骤S1。
进一步的，步骤S3中，碱性溶液为氢氧化锂溶液、氢氧化钠溶液或者二者混合液，浓度为10％～50％。
进一步的，步骤S4中，苛化滤渣加水调成固含量10％～70％的浆液后之后返回步骤S2净化工序。
进一步的，步骤S8中，离心分离得到的离心液相中含有少量碳酸锂，将离心液泵回硫酸锂完成液生产工段的调浆工序，所述硫酸锂完成液为步骤S1中，调浆后过滤掉滤渣得到的硫酸锂溶液。
进一步的，步骤S9中，干燥后物料水分低于0.2％。
本发明具有以下优点：
1、以混合的锂辉石、锂聚合物和盐湖矿石为原料，其中锂聚合物品位达到8.5％～12％(Li2O)，Al含量25.05％，Mg含量1.23％，Si含量0.84％，Mn含量0.69％，是一种新型矿源，极具提取价值，具有极大的经济效益，而盐湖矿石Li2SO4·H2O含量达到80.1～92.1％，平均含量为85.1％。
2、该方法将锂辉石、锂聚合物和盐湖矿石混合生产碳酸锂，增加资源利用率，缓解锂辉石紧张对生产的影响，解决了锂矿石资源不足的困境，增加生产线抵抗资源不足的风险。
3、采用品质更高的锂聚合物和盐湖矿石与锂辉石混合作为原料，在前期处理时，工艺条件相比于单用锂辉石作为原料时的工艺条件更加宽泛。
4、该工艺的改进可以在浸出阶段沉淀出大部分的Fe、Cu、Zn、Al等杂质离子，并通过浸出的滤渣作为滤饼而过滤掉。
5、适当的使用氧化钙作为净化剂，可以利用钙盐作为压滤步骤的滤饼，提高净化的除杂效果，将部分的杂质除掉。
6、浸出工艺可以减小碳酸钙的使用量，从而降低二氧化碳的产生量，使浸出反应变得缓和，不易产生大量气泡而发生冒槽等安全隐患。
7、盐湖矿石主要成份为硫酸锂，可以直接净化、苛化，减少浸出环节钙离子的带入，降低了产品中钙离子含量，使产品等级提高；同时将含氯离子的母液进行碳化沉锂得到工业级碳酸锂，增加产品附加价值，沉锂得到的含氯离子母液用于生产氯化锂。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，包括以下步骤：
S1、将锂辉石依次经过煅烧、冷却后，得到锂辉石焙料，加入锂聚合物，锂聚合物的重量占锂辉石焙料重量的20～80％，锂聚合物与锂辉石焙料混合后破碎、细磨、加酸反应、冷却，待加酸反应的产物冷却到≤90℃之后用水调成浆液，浆液固含量为10％～70％，细磨的粒度要求为200目，煅烧温度980～1230℃，加酸反应，加入浓度98％的硫酸，酸料比＝2～4：1，加酸反应后冷却至60℃以下；
S2、在上述浆液中加入碳酸钙浆液搅拌浸出，所述碳酸钙浆液用碳酸钙和水调成浆液，固含量10％～55％，在浸出槽中的温度≤60℃，pH为5.5～6，浸出20分钟后加入氧化钙将pH调节至8～9，之后使用压滤机过滤，经压滤机过滤后得到的滤饼采用自来水或者工艺水进行漂洗，用压缩空气对滤饼进行吹扫，使滤饼含水量≤20％，漂洗水重新返回用于步骤S1调浆，过滤清液中加入盐湖矿石，控制混合物料Li2O浓度在30～48g/L，混合后的液体使用氢氧化锂母液或者氧化钙进行净化，净化时，若加入的是氢氧化锂母液时，氢氧化锂母液的浓度为10％～50％，若加入的是氧化钙时，氧化钙为质量分数大于75％的粉末或固含量为10％～55％的氧化钙浆液，调节pH值至9～12，并除去过滤清液中的杂质铁、锰、铝和钙；
S3、将上述过滤清液再次过滤，得到净化液和净化滤渣，净化滤渣加水调成固含量10％～70％的浆液后返回步骤S1，净化液使用碱性溶液进行苛化，碱性溶液为氢氧化锂溶液、氢氧化钠溶液或者二者混合液，浓度为10％～50％，苛化后的溶液pH为11～14，温度为常温；
S4、将上述苛化后的溶液过滤，得到苛化液和苛化滤渣，苛化滤渣加水调成固含量10％～70％的浆液后之后返回步骤S2净化工序，苛化液中氢氧化锂Li2O当量含量控制在30～75g/L，苛化液经过精密过滤器进行过滤，除去部分钙离子；
S5、过滤后的苛化液到冷冻车间冷冻分离出十水硫酸钠以及氢氧化锂溶液，冷冻温度为-5～-20℃；
S6、十水硫酸钠通过蒸发浓缩提纯，加热取出结晶水得到无水硫酸钠，加热温度在200℃～800℃，氢氧化锂溶液经过精密过滤器过滤除掉一部分钙离子，然后进行蒸发浓缩，浓缩后的粗品氢氧化锂溶液结晶、离心、重新热熔、精密过滤器过滤，过滤后再由MVR蒸发浓缩，得到精品氢氧化锂料浆；
S7、将步骤S6中得到的精品氢氧化锂料浆经离心分离、溶解，再进入碳化釜，通入压力为0.5MPa的二氧化碳气体进行碳化反应，保持碳化釜内的表压在0.06～0.08MPa，保持温度在48～52℃，反应完成后待压力稳定，停止通入二氧化碳，并开启碳化釜放空阀将过量二氧化碳排空，得到碳化反应液；
S8、将步骤S7所得的碳化反应液经离心分离后，得到固体碳酸锂，通过干燥工序，使得固体碳酸锂的含水率≤5％，离心分离得到的离心液相中含有少量碳酸锂，将离心液泵回硫酸锂完成液生产工段的调浆工序，所述硫酸锂完成液为步骤S1中，调浆后过滤掉滤渣得到的硫酸锂溶液；
S9、离心固相经密闭输送机输送至盘式干燥机进行干燥，干燥后物料水分低于0.2％，干燥物料经气力输送至碳酸锂成品仓，将盘式干燥机出来的物料输送至原料分流***，经气流粉碎***、自动包装***，码垛，进入成品仓库，成品控制磁性物质不超过30PPb。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将锂辉石依次经过煅烧、冷却后，得到锂辉石焙料，加入锂聚合物，锂聚合物的重量占锂辉石焙料重量的20～80％，锂聚合物与锂辉石焙料混合后破碎、细磨、加酸反应、冷却，待加酸反应的产物冷却到≤90℃之后用水调成浆液，浆液固含量为10％～70％；
S2、在上述浆液中加入碳酸钙浆液搅拌浸出，在浸出槽中的温度≤60℃，pH为5.5～6，浸出20分钟后加入氧化钙将pH调节至8～9，之后使用压滤机过滤，过滤清液中加入盐湖矿石，控制混合物料Li2O浓度在30～48g/L，混合后的液体使用氢氧化锂母液或者氧化钙进行净化，调节pH值至9～12，并除去过滤清液中的杂质铁、锰、铝和钙；
S3、将上述过滤清液再次过滤，得到净化液和净化滤渣，净化液使用碱性溶液进行苛化，苛化后的溶液pH为11～14，温度为常温；
S4、将上述苛化后的溶液过滤，得到苛化液和苛化滤渣，苛化液中氢氧化锂Li2O当量含量控制在30～75g/L，苛化液经过精密过滤器进行过滤，除去部分钙离子；
S5、过滤后的苛化液到冷冻车间冷冻分离出十水硫酸钠以及氢氧化锂溶液，冷冻温度为-5～-20℃；
S6、十水硫酸钠通过蒸发浓缩提纯，加热取出结晶水得到无水硫酸钠，加热温度在200℃～800℃，氢氧化锂溶液经过精密过滤器过滤除掉一部分钙离子，然后进行蒸发浓缩，浓缩后的粗品氢氧化锂溶液结晶、离心、重新热熔、精密过滤器过滤，过滤后再由MVR蒸发浓缩，得到精品氢氧化锂料浆；
S7、将步骤S6中得到的精品氢氧化锂料浆经离心分离、溶解，再进入碳化釜，通入压力为0.5MPa的二氧化碳气体进行碳化反应，保持碳化釜内的表压在0.06～0.08MPa，保持温度在48～52℃，反应完成后待压力稳定，停止通入二氧化碳，并开启碳化釜放空阀将过量二氧化碳排空，得到碳化反应液；
S8、将步骤S7所得的碳化反应液经离心分离后，得到固体碳酸锂，通过干燥工序，使得固体碳酸锂的含水率≤5％；
S9、离心固相经密闭输送机输送至盘式干燥机进行干燥，干燥物料经气力输送至碳酸锂成品仓，将盘式干燥机出来的物料输送至原料分流***，经气流粉碎***、自动包装***，码垛，进入成品仓库，成品控制磁性物质不超过30PPb。
2.根据权利要求1所述的一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，其特征在于：步骤S1中，细磨的粒度要求为200目，煅烧温度980～1230℃，加酸反应，加入浓度98％的硫酸，酸料比＝2～4：1，加酸反应后冷却至60℃以下。
3.根据权利要求1所述的一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述碳酸钙浆液用碳酸钙和水调成浆液，固含量10％～55％。
4.根据权利要求1所述的一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，其特征在于：步骤S2中，经压滤机过滤后得到的滤饼采用自来水或者工艺水进行漂洗，用压缩空气对滤饼进行吹扫，使滤饼含水量≤20％，漂洗水重新返回用于步骤S1调浆。
5.根据权利要求1所述的一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，其特征在于：步骤S2中，净化时，若加入的是氢氧化锂母液时，氢氧化锂母液的浓度为10％～50％，若加入的是氧化钙时，氧化钙为质量分数大于75％的粉末或固含量为10％～55％的氧化钙浆液。
6.根据权利要求1所述的一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，其特征在于：步骤S3中，净化滤渣加水调成固含量10％～70％的浆液后返回步骤S1。
7.根据权利要求1所述的一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，其特征在于：步骤S3中，碱性溶液为氢氧化锂溶液、氢氧化钠溶液或者二者混合液，浓度为10％～50％。
8.根据权利要求1所述的一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，其特征在于：步骤S4中，苛化滤渣加水调成固含量10％～70％的浆液后之后返回步骤S2净化工序。
9.根据权利要求1所述的一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，其特征在于：步骤S8中，离心分离得到的离心液相中含有少量碳酸锂，将离心液泵回硫酸锂完成液生产工段的调浆工序，所述硫酸锂完成液为步骤S1中，调浆后过滤掉滤渣得到的硫酸锂溶液。
10.根据权利要求1所述的一种基于盐湖矿石、锂聚合物以及锂辉石组合的碳酸锂制备方法，其特征在于：步骤S9中，干燥后物料水分低于0.2％。
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