本發明涉及礦石提鋰技術領域，尤其涉及一種鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝。

背景技術：

鋰是微量元素，為一價陽離子。自然界中無游離鋰，因此，鋰實際指鋰離子或鋰鹽。近年來，鋰鹽已經由傳統的應用領域如玻璃陶瓷、電解鋁、潤滑脂、制冷等擴展到鋁鋰合金、鋰電池、核聚變等高新技術領域，特別是新能源對于高效蓄電池可能存在的爆發式需求增長，對鋰鹽工業的技術進步提出了緊迫的挑戰。鋰離子電池作為一種新能源，是電池產品中最重要的產品，被廣泛的應用在移動通訊、手表、照相機、計算器、計算機存儲器后備電源等領域。電池級碳酸鋰是生產儲能電池的主要材料，具有十分廣闊的應用前景。

硫酸法生產碳酸鋰先將天然鋰輝石在950-1100℃焙燒，使其由單晶系的α-鋰輝石轉變成四方晶系的β-鋰輝石，由于晶型轉變，礦物的物理化學性質也隨著變化，化學活性增加，能與酸堿發生各種反應，然后將硫酸與β-鋰輝石在250-300℃下焙燒，通過硫酸化焙燒發生置換反應，生成可溶性硫酸鋰和不溶性脈石，反應式為：Li₂O·AL₂O₃·4SiO₂+H₂SO₄→Li₂SO₄+H₂O·AL₂O₃·SiO₂。經粉碎后用洗液浸出硫酸鋰溶液，浸出率可達95%以上。浸出液經蒸發濃縮，然后加入碳酸鈉生成碳酸鋰，再經離心分離、干燥，制得碳酸鋰成品。硫酸法制備碳酸鋰雖然回收率高，但有相當數量的硫酸和純堿變成了價值較低的硫酸鈉，成本較高，且硫酸對生產設備具有一定的腐蝕性。

技術實現要素：

本發明的目的在于，克服現有技術的不足，提供一種鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：本發明提供一種鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝，所述鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝按如下步驟進行：

S101：燒結：將碳酸鈣、氧化鈣或氫氧化鈣中的一種或多種與鋰輝石混料后一起燒結，獲取燒結料；其中，燒結溫度為1100-1300℃，燒結時間≥4小時且≤7小時；

由于碳酸鈣在970℃時分解為氧化鈣和二氧化碳氣體，氫氧化鈣在550℃時分解為氧化鈣和水，此處的燒結溫度為1100-1300℃，所以，碳酸鈣、氧化鈣或氫氧化鈣中的一種或多種與鋰輝石混料后一起燒結過程中的反應最終是氧化鈣與鋰輝石的燒結反應，其反應式為：

式一：Li2O·AL₂O₃·4SiO₂+8CaO=Li2O·AL₂O₃+4[2CaO·SiO₂]

S102：浸出：向所述燒結料中加水攪拌后過濾，獲取濾液；

如上述式一所示，鋰輝石和氧化鈣燒結反應生成鋁酸鋰和硅酸鈣，其中，硅酸鈣不溶于水，鋁酸鋰可溶于水，鋁酸鋰溶于水后以氫氧化鋁和氫氧化鋰的形式存在，由于氫氧化鋁難溶于水，所以，燒結料加水攪拌后過濾，獲取的濾液為氫氧化鋰溶液。

S103：碳化除雜：向所述濾液中加入二氧化碳進行除雜，然后將液固分離，獲取碳酸氫鋰溶液；

所述濾液為氫氧化鋰溶液，向濾液中通入二氧化碳即向氫氧化鋰溶液中通入二氧化碳，其反應式為：

式二：LiOH+CO₂=LiHCO₃

向氫氧化鋰溶液中通入二氧化碳時，氫氧化鋰溶液中的鈣、鎂等雜質以碳酸鈣、碳酸鎂的形式沉淀下來，液固分離后獲取較為純凈的碳酸氫鋰溶液，起到凈化除雜的效果。

S104：熱解析鋰：將所述碳酸氫鋰溶液加熱分解，獲取電池級碳酸鋰；其中，加熱溫度大于90℃。

碳酸氫鋰溶液加熱后分解，當加熱溫度在90℃以上時，LiHCO₃分解速率急劇增加，因此，一般熱解溫度控制在90℃以上，以減少熱解的時間，其分解反應式如下：

式三：2LiHCO₃^加熱Li₂CO₃+H₂O+CO₂

如式三所示，碳酸氫鋰熱分解后得到碳酸鋰和水，經降溫過濾出碳酸鋰沉淀，烘干即得到高純度的 Li₂CO₃ 產品。

優選的，所述步驟S102中，加入的水與燒結料的液固比為2-3:1，攪拌時間≥0.5小時且≤2小時。

向燒結料中加入過量的水，以保證燒結料中的鋰離子充分溶解，提高鋰的回收率；另一方面，為保證攪拌設備的要求，固含量不大于35%，以液固比為2-3:1為宜。

本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

本發明提供一種鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝，所述工藝包括燒結、浸出、碳化除雜和熱解析鋰等步驟，將碳酸鈣、氧化鈣或氫氧化鈣中的一種或多種與鋰輝石混料后一起燒結，然后將燒結料加水浸出氫氧化鋰溶液后直接通入二氧化碳除雜，獲取碳酸氫鋰溶液，然后將碳酸氫鋰溶液加熱分解獲取電池級碳酸鋰，直接從鋰輝石制備電池級碳酸鋰，無需先制備工業級碳酸鋰再從工業級碳酸鋰制備電池級碳酸鋰，工藝簡單，流程短，能耗低，成本低，且對設備腐蝕極小，適合工業化生產。

附圖說明

為了更清楚地說明本公開實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例提供的一種鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝方法流程圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。

圖1是一種鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝方法流程示意圖，以下實施例中鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝方法均以圖1所示的方法流程為基礎。

實施例1：

本實施例提供一種鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝，所述工藝方法按如下步驟進行：

S101：燒結：將123g氧化鈣與100g鋰輝石混料后一起燒結，獲取燒結料；其中，燒結溫度為1100℃，燒結時間為7小時；

S102：浸出：向所述燒結料中加水攪拌，加入的水與燒結料的固液比為2:1，然后過濾，獲取濾液；

S103：碳化除雜：向所述濾液中加入二氧化碳進行除雜，然后將液固分離，獲取碳酸氫鋰溶液；

S104：熱解析鋰：將所述碳酸氫鋰溶液加熱分解，獲取電池級碳酸鋰；其中，加熱溫度為100℃。

實施例2

本實施例提供一種鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝，所述工藝方法按如下步驟進行：

S101：燒結：將100g碳酸鈣、60g氧化鈣和100g鋰輝石混料后一起燒結，獲取燒結料；其中，燒結溫度為1300℃，燒結時間為4小時；

S102：浸出：向所述燒結料中加水攪拌，加入的水與燒結料的固液比為3:1，然后過濾，獲取濾液；

S103：碳化除雜：向所述濾液中加入二氧化碳進行除雜，然后將液固分離，獲取碳酸氫鋰溶液；

S104：熱解析鋰：將所述碳酸氫鋰溶液加熱分解，獲取電池級碳酸鋰；其中，加熱溫度為95℃。

實施例3

本實施例提供一種鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝，所述工藝方法按如下步驟進行：

S101：燒結：將160g氫氧化鈣和100g鋰輝石混料后一起燒結，獲取燒結料；其中，燒結溫度為1200℃，燒結時間為5小時；

S102：浸出：向所述燒結料中加水攪拌，加入的水與燒結料的固液比為2:1，然后過濾，獲取濾液；

S103：碳化除雜：向所述濾液中加入二氧化碳進行除雜，然后將液固分離，獲取碳酸氫鋰溶液；

S104：熱解析鋰：將所述碳酸氫鋰溶液加熱分解，獲取電池級碳酸鋰；其中，加熱溫度為93℃。

實施例4

本實施例提供一種鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝，所述工藝方法按如下步驟進行：

S101：燒結：將70g碳酸鈣、50g氫氧化鈣、40g氧化鈣和100g鋰輝石混料后一起燒結，獲取燒結料；其中，燒結溫度為1300℃，燒結時間為6小時；

S102：浸出：向所述燒結料中加水攪拌，加入的水與燒結料的固液比為3:1，然后過濾，獲取濾液；

S103：碳化除雜：向所述濾液中加入二氧化碳進行除雜，然后將液固分離，獲取碳酸氫鋰溶液；

S104：熱解析鋰：將所述碳酸氫鋰溶液加熱分解，獲取電池級碳酸鋰；其中，加熱溫度為105℃。

由上表可知，采用本發明提供的鋰輝石燒結碳化法制備電池級碳酸鋰的工藝方法制備的實施例1至實施例4的碳酸鋰均達到了電池級，采用本發明的方法可以直接從鋰輝石制備電池級碳酸鋰，無需先制備工業級碳酸鋰再從工業級碳酸鋰制備電池級碳酸鋰，工藝簡單，流程短，能耗低，成本低，且對設備腐蝕極小，適合工業化生產。

以上所述僅是本發明的具體實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。