氟化锂生产工艺中LiHCO3脱碳效率影响因素的分析

路庆

(白银中天化工有限责任公司，甘肃白银730600)

碳酸锂是金属锂和各种锂化合物的原料，主要用于制备各种锂化学品及炼铝工业，也用于耐热玻璃、多孔玻璃及镇静剂等，高纯碳酸锂是磁性材料、光学仪器、电介质等电子工业的必需品。目前国外主要采用盐湖卤水进行提取生产工业级碳酸锂，我国由于锂资源、技术、气候等因素的限制，这方面开发的进度较缓慢，主要采用锂云母和锂辉矿石利用硫酸法生产工业级碳酸锂。氟化锂作为一种重要的锂基材料，有着广泛应用。

将工业碳酸锂经过多次碳化和脱碳提纯得到精制碳酸氢锂，与稀释后的电子级氢氟酸发生合成反应生成氟化锂软膏，再经过过滤、洗涤、干燥得到高纯氟化锂，并通过调整搅拌转速、温度等重要工艺参数控制氟化锂的生成粒度，便能得到满足电池行业对高纯氟化锂的要求。本文阐述了这一工艺过程中碳酸氢锂溶液浓度、脱碳温度、反应釜搅拌速率对脱碳效率的影响，从而解决对生产能力的影响和制约。工艺流程图见图1。

图1

脱碳反应过程：2LiHCO3=Li2CO3+H2O+CO2↑

1 检测材料及仪表（见表1）

表1

2 数据分析

LiHCO3溶液中Ca2+、Mg2+、Ba2+、、Mg2+等杂质成分较少，为了更清楚地分析出LiHCO3脱碳反应条件对产品结果的影响规律，在做脱碳单因素试验时碳酸氢锂溶液采用工业级碳化后的粗碳酸氢锂溶液。后面将分为以下3 部分。

2.1 溶液中Li+含量对脱碳反应影响

固定试验条件：脱碳反应时间都为6h；搅拌转速为400rpm、缓慢升温至80℃保持恒温，15m3的溶液，结果是当Li+含量为：3.6 g/L、4.5g/L、5.5g/L、7.0g/L、8.0g/L 时， 产 率 分 别 为：72% 、78% 、83%、87%、92%。

由结果能够看出：LiHCO3溶液中Li+浓度和碳酸锂软膏的产率呈正比例关系，溶液中Li+浓度的越高，Li2CO3的产率越大，锂离子浓度为8.0g/L时碳酸锂的收率达到92%。饱和LiHCO3溶液中Li+浓度为8.5g/L，考虑到实际生产中控制成本和原辅材单耗的影响因素，控制LiHCO3溶液中Li+浓度到8.0g/L 时最有利于脱碳反应的进行。

2.2 温度对脱碳过程的影响

固定试验条件：Li+浓度为7.0g/L 的碳酸氢锂溶液，搅拌转速为400rpm、缓慢升温至95℃保持恒温，15m3的溶液。结果显示当温度（℃）为：55、65、75、85、95 时，产率分别为：4.2%、20.3%、62.5%、74.8%、87.8%。温度对杂质含量的影响见图2。

图2

由结果可知：脱碳反应温度控制在55℃时，Li2CO3的产率只有4.2%；碳酸锂的产率随着脱碳反应温度的升高而升高，温度在65～75℃之间时碳酸锂的产率上升较快，温度升高75～95℃之间时，Li2CO3的产率增长较缓慢。

由碳酸氢锂溶液脱碳的化学方程式得到，碳酸氢锂溶液的脱碳反应为吸热反应，反应温度越高，反应越向着正反应的方向移动；并且Li2CO3的溶解度随温度的升高而减小，反应向着浓度减小的方向移动，因此高温更有利于脱碳反应的进行。生产中脱碳反应釜的热量来源是蒸汽（140℃）通过反应釜的外盘管热传递提供的，一般控制反应温度90～95℃之间。

由图2 可知：通过对脱碳软膏进行离子分析，脱碳温度高低也可对Li2CO3中杂质的含量造成影响。随着脱碳温度的逐步上升，Ba2+含量在Li2CO3中总体呈下降趋势，90℃时含量为60℃时的50%，造成原因主要是BaCO3溶解度随着温度的升高而升高，高温环境能够有效抑制Ba2+进入到Li2CO3溶液中；Ca2+含量在60～80℃时最低，而在55℃与90℃时含量最高，为了有效控制Ca2+含量，脱碳最佳温度在62～80℃之间；K+含量随脱碳温度的上升没有明显变化；Mg2+含量在50℃时含量最高，逐步升高到60℃时Mg2+含量呈现大幅下降，脱碳温度在60～80℃时Mg2+含量最低，随着持续升温反而出现含量上升趋势，为了控制Mg2+含量，温度控制在60～70℃为最佳；Na+含量在60℃时最高，随温度的逐渐上升，Na+含量呈现下降趋势，为了控制Na+含量，脱碳温度控制在60℃以上。经过相关数据分析，确定最佳脱碳温度为90℃，既有利于Li2CO3产率提高，又有利于杂质含量控制。

2.3 搅拌速率对脱碳过程的影响

固定试验条件：LiHCO3溶液中的Li+浓度为7.0g/L，反应时间5h，缓慢升温至85℃保持恒温，15m3的溶液。结果为当搅拌速率（rpm）为：100、300、500、600、700 时，产率分别为：42.6%、65.5%、70.4%、86%、91%。

由分析结果可知：，Li2CO3的产率随着搅拌速率的逐步提高也随之呈现增加趋势， 当达到700rpm 后逐渐趋于平缓。这一现象的出现充分说明了搅拌速率变化能有效的抑制反应过程物料出现“黏壁”现象，从而影响产率的提高，之后转速的提高对产率的影响不再明显。因而从Li2CO3的产率和黏壁现象考虑，确定选择700rpm 的搅拌速率进行脱碳反应。

3 结论

由上述生产数据分析可以看出脱碳温度控制在90℃，Li2CO3产率最高，还可以有效控制Li2CO3中的杂质含量满足电子级氟化锂的生产；脱碳过程中LiHCO3溶液中的Li+浓度越高，生产得到的Li2CO3产率就会越大；LiHCO3溶液进一步经过离子交换柱进行纯化后，在进行脱碳可以有效提高Li2CO3产品的纯度；搅拌速率会有效抑制“黏壁”现象出现，从而提高Li2CO3的产率。脱碳温度控制为90℃、LiHCO3溶液中Li+最佳浓度为8.0g/L、搅拌速率控制为700rpm，是生产控制过程中的最优条件。