一种低成本电池级碳酸锂的制备方法
阅读说明：本技术 一种低成本电池级碳酸锂的制备方法 (Preparation method of low-cost battery-grade lithium carbonate ) 是由 王维 张威风 刘海涛 李玉芝 刘海洋 于 2020-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低成本电池级碳酸锂的制备方法,该制备方法是以锂辉石或锂云母矿石中提锂、盐湖卤水或地下卤水中提锂以及丁基锂生产过程产生锂渣为原料,经过破碎、筛分、与碳酸盐混匀、机械研磨和沉积等工序生成碳酸锂、碳分和煅烧等工序,具有工艺稳定、成本低等特点。(The invention discloses a preparation method of low-cost battery-grade lithium carbonate, which takes lithium extraction from spodumene or lepidolite ore, lithium extraction from salt lake brine or underground brine and lithium slag generated in the production process of butyl lithium as raw materials, and generates lithium carbonate, carbon content, calcination and other processes through the processes of crushing, screening, uniformly mixing with carbonate, mechanical grinding, deposition and the like, and has the characteristics of stable process, low cost and the like.)
技术领域
本发明涉及电池级碳酸锂制备技术领域，具体的说是一种低成本电池级碳酸锂的制备方法。
背景技术
锂资源主要以盐湖和锂辉石矿石形式存在。锂辉石矿渣是工业固废的一种，是工业上利用锂辉石矿提取碳酸锂后产生的工业固体废渣，国内外锂辉石矿渣的产量非常大，在丁基锂生产过程中，有小部分未反应的金属锂存在于残液中，水解后变成氢氧化锂，和氯化锂一起作为锂渣排放。盐湖卤水提锂后渣中含有氯化锂。如不加以利用，不但堆放要占地方，且不便于管理，经雨水冲刷后含一定量酸或碱的渣水容易流失，危害周围的农田造成污染。目前缺乏对于这些锂渣的处理途径。
碳酸锂(Li2CO3)是锂盐工业中十分重要的产品，它可以作为玻璃制造和陶瓷生产过程中的助熔剂和添加剂，也能作为中间原料生产其他锂盐，如用于生产表面弹性波元件材料钽酸锂、铌酸锂单晶等。近年来，随着高品质锂盐在新能源和新材料等高新技术领域，尤其是电动汽车领域崭露头角，碳酸锂表现出诱人的应用前景。
目前，以锂辉石为原料生产碳酸锂的技术有石灰石焙烧法、纯碱压煮法、转型焙烧－硫酸法等，这些生产过程中存在产品纯度较低、原料来源范围窄和成本较高缺点。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种低成本电池级碳酸锂的制备方法，其采用替代了较为昂贵和稀缺的锂云母，解决了直接以LiOH为原料时成本高的问题，降低了碳酸锂的生产成本，工艺稳定，制备方法简单。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种低成本电池级碳酸锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、对锂渣进行粗碎、球磨、筛分，使粒度低于100目的锂渣占总锂渣的80％以上；
(2)、将筛分后的锂渣和碳酸盐按照5:1的质量比混合均匀，然后机械研磨充分；
(3)、向步骤(2)机械研磨后得到的粉状物中加入去离子水得到固液比为1：(1～2)的悬浊液，在90～95℃下反应1h，然后抽滤机过滤得到滤渣；
(4)、在室温下向步骤(3)得到的滤渣中加入去离子水得到固液比为1：(2～3)的悬浊液，并向悬浊液中通入过量的CO2；
(5)、将步骤(4)得到的悬浊液过滤，弃滤渣，加热滤液至70～75℃，然后抽真空，真空度维持在0.2～0.25atm，时间1h；
(6)、将步骤(5)得到的固液混合物进行抽滤，可得Li2CO3粗产品，用去离子水洗掉Li2CO3粗产品中的可溶性杂质离子，并在100～105℃干燥2h，即得到纯度高于99.9％Li2CO3产品。
进一步地，步骤(1)所用的锂渣为锂辉石或锂云母矿石中提锂、盐湖卤水或地下卤水中提锂或丁基锂生产过程产生锂渣。
进一步地，所述锂渣中的主要成分及含量为：Li的氧化物或化合物8～12％、Mg(OH)215～20％、CaSO425～30％、SiO235～40％、B2O33～5％。
进一步地，Li的氧化物或化合物包括LiOH、LiCl、Li2CO3或Li2O。
进一步地，步骤(3)中得到的滤渣为Li2CO3、MgCO3、CaCO3、SiO2和B2O3的混合物。
进一步地，步骤(2)中所用的碳酸盐为碳酸钾、碳酸钠中的任意一种或两种。
进一步地，步骤(3)得到的滤液可以在下一次制备碳酸锂时用于溶解机械研磨后的粉状物。
有益效果：
1、本发明以锂辉石或锂云母矿石中提锂、盐湖卤水或地下卤水中提锂以及丁基锂生产过程产生锂渣为主要原料生产碳酸锂产品，替代了较为昂贵和稀缺的锂云母，解决了直接以LiOH为原料时成本高的问题，降低了碳酸锂的生产成本。
2、本发明生产工艺固液反应、液液反应均易控制，不需要复杂设备，可操作性强，工艺简单，且产品纯度高达99.9％，杂质含量：Na<0.014％，Ca<0.0018％，K<0.003％，Mg<0.033％，SO4 2-<0.041％，提高了市场的竞争力。
具体实施方式
下面将结合具体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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明提供的一种低成本电池级碳酸锂的制备方法，以锂辉石或锂云母矿石中提锂、盐湖卤水或地下卤水中提锂以及丁基锂生产过程产生锂渣为原料，锂渣主要成分及含量：LiOH、LiCl、Li2CO3或Li2O：8～12％，Mg(OH)2:15～20％，CaSO4:25～30％，SiO2:35～40％，B2O3:3～5％，经过破碎、筛分、与碳酸盐混匀、机械研磨和沉积等工序生成碳酸锂、碳分和煅烧等工序，具有工艺稳定、成本低等特点。
一种低成本电池级碳酸锂的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将锂渣放入颚式破碎机或立式破碎机中进行粗碎，粗碎后锂渣经过球磨、筛分，使得粒度低于100目的锂渣占总锂渣的80％以上；
(2)、将筛分后的锂渣和碳酸盐按照质量比5:1混匀，在行星式球磨机机械研磨充分。其中，所用的碳酸盐为碳酸钾、碳酸钠中的任意一种或两种。该步骤发生的化学反应(以只用碳酸钠举例)：
2LiCl+Na2CO3＝Li2CO3+2NaCl；
(3)、向步骤(2)研磨后粉状物中加入去离子水以得到固液比1:(1-2)的悬浊液，在90～95℃下反应1h，抽滤机过滤，滤渣为Li2CO3、MgCO3、CaCO3、SiO2和B2O3的混合物，滤液可为下一次溶解研磨后粉状物用。该步骤发生的化学反应：
Li2O+H2O＝2LiOH；
2LiOH+Na2CO3＝Li2CO3+2NaOH；
(4)、在室温下向步骤三的滤渣中加入去离子水得到固液比1:(2-3)的悬浊液，向悬浊液中通入过量二氧化碳，该步骤发生的主要化学反应：
Li2CO3+CO2+H2O＝2LiHCO3；
CaCO3+CO2+H2O＝Ca(HCO3)2；
MgCO3+CO2+H2O＝Mg(HCO3)2；
(5)、将步骤四的悬浊液过滤，弃滤渣，加热滤液至70～75℃，然后抽真空，真空度维持在0.2～0.25atm，时间1h，该步骤发生的主要化学反应：
2LiHCO3＝Li2CO3+CO2+H2O；
Ca(HCO3)2＝CaCO3+CO2+H2O；
CaCO3＝CaO+CO2；
Mg(HCO3)2＝MgCO3+CO2+H2O；
MgCO3＝MgO+CO2；
(6)、将步骤(5)得到的固液混合物进行抽滤，可得Li2CO3粗产品，用去离子水洗掉Li2CO3粗产品中的可溶性杂质离子，并在100～105℃干燥2h，得到纯度高于99.9％Li2CO3产品。
实施例1
一种低成本碳酸锂制备方法，包括以下步骤：
(1)、分别称取一定量的锂渣，碳酸钠，备用；
(2)、将锂渣经过破碎机粗碎成10mm以下的颗粒；在球磨机中球磨4h，然后再过100目筛；
(3)、按照锂渣和碳酸钠质量5:1，向步骤(2)过筛后的锂渣(-100目不低于80％)，加入碳酸钠，在行星球磨机中球磨4h；
(4)、步骤(3)球磨后粉状物中加入去离子水得到固液比1:1的悬浊液，在90～95℃下反应1h，抽滤机过滤得到滤渣；
(5)、向步骤(4)的滤渣中加入去离子水以得到固液比1:2的悬浊液，向悬浊液中通入过量二氧化碳；
(6)、将步骤(5)得到的悬浊液过滤，弃滤渣，加热滤液至75℃，然后抽真空，真空度维持在0.2atm，时间1h；
(7)、将步骤(6)得到的固液混合物进行抽滤，可得Li2CO3粗产品，用去离子水洗掉Li2CO3粗产品中的可溶性杂质离子，并在100℃干燥2h，得到纯度高于Li2CO3产品。
对得到的Li2CO3产品的成分进行分析，该实施例得到的Li2CO3产品指标如下：Li2CO3：99.9％，Na：0.014％，Ca：0.001％，K：0.001％，Mg：0.023％，SO4 2-：0.024％。
实施例2
一种低成本碳酸锂制备方法，包括以下步骤：
(1)、分别称取一定量的锂渣，碳酸钾，备用；
(2)、将锂渣经过破碎机粗碎成10mm以下的颗粒；在球磨机中球磨4h，然后再过100目筛；
(3)、按照锂渣和碳酸钾质量5:1，向步骤(2)过筛后的锂渣(-100目不低于80％)，加入碳酸钾，在行星球磨机中球磨4h；
(4)、向步骤(3)研磨后得到的粉状物中加入去离子水以得到固液比1:2的悬浊液，在95℃下反应1h，抽滤机过滤得到滤渣，备用；
(5)、向步骤(4)的滤渣中加入去离子水，溶液固液比1:3，向溶液中通入过量二氧化碳；
(6)、将步骤(5)得到的悬浊液过滤，弃滤渣，加热滤液至75℃，然后抽真空，真空度维持在0.25atm，时间1h；
(7)、将步骤(6)得到的固液混合物进行抽滤，可得Li2CO3粗产品，用去离子水洗掉Li2CO3粗产品中的可溶性杂质离子，并在105℃干燥2h，得到纯度高于Li2CO3产品。
对得到的Li2CO3产品的成分进行分析，该实施例得到的Li2CO3产品指标如下：Li2CO3：99.9％，Na：0.011％，Ca：0.001％，K：0.003％，Mg：0.024％，SO4 2-：0.022％。
综上可知，本发明中的制备方法采用低成本的锂渣进行制备，操作简单，且能够得到纯度较高的碳酸锂产品。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
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