[发明专利]一种由氯化锂和二氧化碳直接制备碳酸锂的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，特别涉及一种由氯化锂和二氧化碳为原料直接制备碳酸锂的方法。

背景技术

碳酸锂是锂的重要化合物，是制备金属锂及各种锂盐的主要原料，同时在玻璃、陶瓷制造、铝冶炼等传统工业中占有重要地位。近年来，除了碳酸锂的传统应用领域之外，高纯碳酸锂在电子信息行业、锂离子电池、原子能行业等新兴领域发挥着越来越重要的作用。在碳酸锂需求量不断上升的今天，改进碳酸锂制备技术，降低工艺成本，提高产品质量，成为十分重要的研究内容。

锂在自然界中的存在形式有固体矿（锂辉石、锂云母等）和液体矿（盐湖卤水、地下卤水和海水）两种。不同形式的锂资源的物理化学性质与杂质含量有很大区别，因此制备碳酸锂产品工艺的流程也不同，但制备工艺中共有的重要步骤是锂的碳化，即将可溶性的锂盐转化为难溶性的碳酸锂过程。

传统的碳化方法是向可溶性锂盐溶液中加入碳酸盐，如碳酸钠、碳酸铵等，由于不同碳酸盐之间溶解度的差异，碳酸锂会沉淀析出。这种以碳酸盐作为碳源的方法，流程简单、工艺成熟，但其产品纯度较低，需要进一步纯化，而且碳酸盐的消耗量非常大。为了提高碳酸锂产品质量，降低原料成本，可以考虑采用其它碳化手段制备碳酸锂。

发明内容

针对碳酸锂制备过程中传统碳化方式制得的碳酸锂纯度较低、需要进一步纯化，且碳酸盐消耗量过多的缺点，本发明提出了一种采用反应-萃取耦合法，以CO₂为碳源生产高纯度碳酸锂的制备方法。

本发明的原理如下：

LiCl溶液与CO₂气体发生可逆化学反应，生成Li₂CO₃和HCl，其反应方程式如下：

在通常状况下，反应生成的Li₂CO₃不能形成沉淀析出。若在反应体系中加入有机萃取相，将副产物盐酸萃入有机相，使水相中的盐酸浓度降低，则可以打破反应的热力学限制，促使反应向生成产物Li₂CO₃的方向进行，并使得生成的Li₂CO₃以沉淀形式析出。

本发明利用上述原理，在LiCl与CO₂的反应体系中加入对盐酸具有较强萃取能力的萃取剂，将HCl萃取到有机相，促进水相中反应的进行，得到Li₂CO₃沉淀。对于LiCl原料中少量的Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺离子，因为形成的碳酸盐的溶度积比Li₂CO₃更小，可以通过在反应开始阶段加入预沉淀步骤予以除去。在化学反应达到平衡之后，通过离心分相，对得到的沉淀进行洗涤后烘干，得到产品Li₂CO₃。

本发明所述的一种由氯化锂和二氧化碳直接制备碳酸锂的方法包括如下步骤：

（1）制备萃取剂：将占萃取剂体积分数10~100%的胺类有机物络合剂和占萃取剂体积分数0~90%的稀释剂混合均匀即得到萃取剂；

其中，所述的胺类有机物包括仲胺（）、叔胺（）；其中仲胺和叔胺中的R、R’、R”为烷烃类取代基，R、R’、R”相同或不相同；所述的胺类有机物络合剂为前述的仲胺或叔胺中的一种或多种；

所述的稀释剂为C₄~C₁₆烷烃、C₆~C₁₂芳烃、C₈~C₁₂醚、C₄~C₁₀醇、C₄~C₁₀酮、C₄~C₁₀酯、煤油、磷酸酯中的一种或几种；

（2）制备反应液：准确称量LiCl晶体，放入水中溶解，配制成浓度为1~12mol/L的LiCl溶液，即为反应液；

（3）预沉淀除杂：将配制好的萃取剂（油相）与反应液（水相）按照体积比为0.5:1~10:1的比例，加入到带有搅拌装置的反应容器内，开动搅拌装置，使萃取剂和反应液充分接触；保持搅拌状态，同时通过气体分散器向液相中通入CO₂气体，在10~70℃温度下反应1~10分钟；停止搅拌，将多相混合的反应料液过滤，除去固相；