提升碳酸锂产品品质工艺研究

景海德，张成勇，马成功，刘发贵

(青海盐湖佛照蓝科锂业股份有限公司，青海 格尔木 816000)

碳酸锂在生产二次锂盐和金属锂制品中有着非常广泛的应用，是锂行业中最关键的产品之一。国内外从盐湖卤水提取锂盐的工艺方法，主要有萃取法、碳化法、沉淀法、离子交换吸附剂、矿石提取法、电渗析法等。其中,柴达木盆地盐湖提锂主要方法有：萃取法、吸附法、煅烧法等工艺，特别是吸附法有效地解决了从高镁锂比盐湖中提取碳酸锂的世界性难题，使得青海盐湖卤水提锂技术水平处于世界领先地位。从盐湖卤水中制取碳酸锂，一般是通过氯化锂溶液—蒸发浓缩—沉锂—碳酸锂流程，该生产法最终产品都是碳酸锂，文章针对所得碳酸锂产品品质提升做了一些工艺上探索研究。

1 研究目的

试验目的是为了得到高纯碳酸锂产品，利用部分现有设备及新增设备，对工艺及设备进行验证，收集基础数据及相关工艺参数，解决现有吸附法提锂技术存在的产品纯度低、品质不稳定等技术瓶颈问题。

2 研究方案

为了解决反应釜生产电池级碳酸锂实验与现有结晶器生产碳酸锂使用设备之间的矛盾，提高工作效率。研究组成员经多次咨询专业设备厂家、质量技术局等单位，通过查阅大量数据库资料，对反应釜生产碳酸锂这一课题进行反复研究与论证，结合目前生产工业级Li2CO3产品组成特性的分析研究后，认为单釜反应时间根据进料时间和陈化时间来确定。其中决定性因素：加料方式、加料时间、反应时间、搅拌器形式、反应温度、陈化时间、布料方式等。实验方案如表1。

表1 实验方案(反应温度70 ℃～80 ℃)Tab.1 Experimental scheme(reaction temperature is 70 ℃～80 ℃)

3 碳酸锂产品品质提升单因素影响分析

3.1 离心机选型及影响

为保证产品品质，研究过程选取316L材质离心机，该离心机滤饼层比较薄、清滤饼周期较长、产品中水分含量比较低(约8%)、安装简单、能耗较低。

3.2 反应温度的影响(如图1)

查看碳酸锂物性参数表，其溶解度随着温度升高而出现下降，为保证其工艺收率，将反应温度控制在锂损较小的条件。碳酸钠沉锂是吸热反应，理论上加热有利于沉淀锂。

图1 反应温度与硫酸根含量曲线图Fig.1 Curve diagram of reaction temperature and sulfate content

3.3 分布器选型及影响

为保证产品品质选取316L雾化喷头,尺寸适合、安装简单，起到物料分布均匀的效果，使反应更充分。

3.4 搅拌器选型及转速影响(如图2)

为保证产品品质选用316L材质搅拌器，使反应充分、产品品质提高、产品粒径分布均匀，最终产品达到电池级碳酸锂质量要求。

实验发现，当碳酸钠加入时，随着料浆浓度的升高造成粘度增加，给搅拌带来一定阻力，为了产品粒径分布均匀、反应充分，需保证搅拌速度足够大。

图2 搅拌器选型及应用Fig.2 Selection and application of agitator

搅拌速度实验。采用正向加料，50 min加料时间，反应温度80 ℃±3 ℃，在沉锂反应时将搅拌转速控制为40 r/min、45 r/min、50 r/min、60 r/min、70 r/min、80 r/min参考搅拌转速对产品的影响(图3)。

图3 搅拌转速与钠离子、氯离子曲线图Fig.3 Curve diagram of strirring speed with sodium ion and chloride ion

由图3可以看出随着搅拌转速增加，钠离子呈现逐渐降低后上升趋势；氯离子则呈现下降趋势。因此，为保证产品品质，使用转速为60 r/min～65 r/min较好的控制产品中杂质离子含量。

3.5 方案实施及数据检测

实验根据实验条件进行反复调整，不同方案生产出的产品品质。见图4。

图4 不同方案对应产品对比图Fig.4 Contrast diagram of products corresponding to different schemes

其中，方案1、方案2不理想。通过多次调整实验方案，方案5生产出产品平均质量为99.54%，最高质量为99.61%；钠离子平均含量为0.023%；硼离子平均含量为0.028%；氯离子平均含量为0.002 4%。除硼含量超出电池级碳酸锂杂质含量外，其余杂质离子含量均在指标范围内。

4 结论