[发明专利]一种基于物相转化的电池级碳酸锂制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于物相转化的电池级碳酸锂制备方法，属于无机化工材料制备技术领域。

背景技术

现代社会对锂离子电池等绿色新能源的需求日益增大，推动了相关高纯基础锂盐和锂电池材料的快速发展。

电池级碳酸锂作为基础锂盐材料，主要用于制造锂电池的正极材料。锂电池具有化学性能好、储电能力强、寿命长、自放小等优点，广泛用于电动汽车、笔记本电脑、携带电话等领域。作为世界最大的锂消费国，我国对电池级碳酸锂的需求逐年增长，但受制备技术限制，我国电池级碳酸锂的质量和数量均无法满足市场需求，包括电池级碳酸锂在内的大部分高纯基础锂盐产品尚依赖进口，在一定程度上制约了下游锂电材料的开发和锂电池行业的发展。

国外在高纯锂盐制备方面的研究较早，不少技术已工业化应用。制备原料主要包括盐湖卤水和含杂碳酸锂等，以盐湖卤水为原料制备的关键技术体现在除杂和富集工艺上，已开发有选择性液液萃取、分步沉淀钙镁、选择性吸附脱硼等除杂技术和喷雾水洗、半透膜过滤等富集技术(Stephen Harrison.Preparation of lithium carbonate from lithuium chloride containing brines,US20150259215A1；Dong Jun Kang,MiHee Yoon,JeonWoong An.Method for producing high-purity lithium carbonate,US009169125B2；本間善弘,藤田浩示,川上智.炭酸リチウムの製造方法及び炭酸リチウムの製造装置,WO2012/147555A1)。

以含杂碳酸锂为原料的制备工艺多以CO₂氢化工艺为基础，各种工艺的关键和差异体现在氢化和可溶性杂质脱除技术上，已开发有加压减压，CO₂循环等氢化技术和离子交换、液液选择性萃取、反渗透膜过滤、络合等除杂技术(AMOUZEGAR Kamyab,HARRISON,Stephen,ST.AMANT,Guy.Process for the purification of lithium carbonate,EP1037854B1；KIKUCHI Tsutomu,High purity lithium carbonate and method for producing same,WO2010/131664A1；岩崎博,丹弘明,降矢克昭,高純度炭酸リチウムの製造方法,JP特開平11-310413A)。

在纯度方面，美国专利报道通过反渗透膜分离技术可制备纯度99.9999％的超高纯碳酸锂(Stephen Harrison,Robert Blanchet,Processes for preparing highly pure lithium carbonate and other highly pure lithium containingcompounds,US008287829)。与国际先进水平比较，我国在高纯基础锂盐制备方面仍有较大差距，存在效率低、废水排放量大、成本高等问题，急需建立高效制备新工艺。

目前电池级碳酸锂制备方法主要有氢化法，苛化法和硫酸法等。

硫酸法主要用于从低品位锂矿石(锂辉石、锂云母等)提锂，是我国目前电池级碳酸锂的主要制备途径。基本流程如下：首先将锂矿石在1000℃以上进行焙烧，再用硫酸溶解转化为硫酸锂溶液，加除杂剂除去金属杂质离子后，加入高纯碳酸钠进行沉淀，制得电池级碳酸锂(徐龙泉，曾祖亮，梁虎，涂明江，米茂龙，硫酸法生产电池级碳酸锂，CN1267636；杨春晖，王运旭，赵江，张晓洪，李朝红，一种电池级碳酸锂的清洁化生产方法，CN103086405A；姚开林，金鹏，霍立明，黄春莲，涂明江，梁平武，张炳元，赵伟，硫酸锂溶液生产低镁电池级碳酸锂的方法CN101125668)。硫酸法有能耗大、废液多、成本高等问题。

苛化法和氢化法所用原料主要为来自盐湖或工业的含杂碳酸锂。杂质组分多为钾、钠、镁、钙、铁、硅、铝、氯、硫等，以可溶性杂质和不可溶杂质两种形态存在。