一种高效生产高纯度碳酸锂的方法与流程

1.本发明属于轻金属冶炼技术领域，具体地，涉及一种高效生产高纯度碳酸锂的方法。


背景技术：

2.锂是自然界中最轻的金属，在自然界中主要有两种类型存在，一是以锂辉石、锂云母、透锂长石等含锂矿石的形成存在于岩矿中，另一类是以锂离子形式存在于盐湖卤水、地下卤水和海水中。锂具有高比热、高电导率和化学活性强等独特的物理化学特性。目前，锂在铝锂合金、锂电池和核聚变等领域得到了极为广泛的应用，尤其在锂电池方面的应用，被称为“新能源汽车的心脏”，因此锂资源的优势愈发突出。
3.碳酸锂是锂化合物中最重要的锂盐，是制备其它高纯锂化合物和锂合金的主要原料。锂的提取主要通过对含锂矿石进行处理制备碳酸锂，而由盐湖卤水提取碳酸锂的技术尚未完全成熟。但是在处理不同的含锂矿石时，由于其理化性质和杂质含量差别很大，提取碳酸锂的工艺也各不相同。目前主要采用以下3种方法：石灰石焙烧法、硫酸法和硫酸盐法。这些方法的共同缺点是能耗大，同时要消耗较多的化学原料，污染严重，不符合绿色环保的生产理念。因此，现在需要开发一种简单、高效、绿色、环保并且能够大规模工业化进行分离提取锂并制备碳酸锂的方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高效生产高纯度碳酸锂的方法，该方法能够工业化大规模生产碳酸锂，实现锂资源的有效提取和高效利用，解决了现有技术中存在的碳酸锂生产效率低、能耗高和产品纯度低的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种高效生产高纯度碳酸锂的方法，具体包括以下步骤：
7.步骤s1、含锂原料预处理：将含锂原料破碎成小块后，加入到球磨机中进行球磨，得到粉末颗粒，然后向粉末颗粒中添加助剂搅拌混合均匀，得到预混料；
8.步骤s2、预混料挥发处理：将预混料加入到翻滚走料装置的加热腔体中，设置翻滚走料装置的加热温度，使预混料受热挥发出气体；所述翻滚走料装置是公告号为cn107213983b的发明专利公开的非转动加热腔体的物料翻滚走料装置；
9.步骤s3、气体回收处理：将步骤s2挥发出的气体收集并通入到喷淋回收装置中，对气体进行回收转化处理，使气体溶解于喷淋液中，得到含锂溶液；
10.步骤s4、离子交换处理：泵出含锂溶液并调节ph值至1
‑
5，然后使用离子交换树脂进行离子交换，再经过解吸处理后得到解吸液；
11.步骤s5、碳酸化处理：将解吸液进行碳酸化处理，经过离心、过滤、干燥，得到高纯度的碳酸锂产品。
12.进一步地，所述含锂原料为锂云母、锂辉石、铁锂云母、磷锂铝石、透锂长石中的一
种或多种以任意比例混合组成，含锂原料的氧化锂含量＞2％。
13.进一步地，所述粉末颗粒的粒度为20
‑
100目。
14.进一步地，所述助剂为氧化物和氯化物的混合物，所述氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化镁、氧化钙中的一种或多种以任意比例混合组成，氧化物的添加量为粉末颗粒质量的5
‑
50％；所述氯化物为氯化钠、氯化钙、氯化铁、氯化铵、氯化钾、氯化镁中的一种或多种以任意比例混合组成，氯化物的添加量为粉末颗粒质量的1
‑
30％。
15.进一步地，步骤s2中所述加热温度为600
‑
1300℃，所述预混料在翻滚走料装置中停留1
‑
2h，挥发时间为30
‑
90min，加热温度过低会导致挥发气体的时间过长，严重降低生产效率，加热温度过高，则会造成大量能源浪费，增加生产成本。
16.进一步地，所述回收转化处理的方法为：
17.将气体通过风机和分气管鼓入到花洒组件中，气体通过花洒头的气孔均匀地进入到网板下方，气体透过网板向上进入到活性炭层中，气体中的金属氯化物被活性炭吸附，然后通过水泵泵入喷淋液，喷淋液通过喷雾嘴喷洒到活性炭层中，喷淋液受重力下落溶解活性炭中吸附的金属氯化物，并将金属氯化物带出活性炭层，溶解了金属氯化物的喷淋液经过过滤网去除杂质颗粒后，继续下落到储液斗中收集。
18.进一步地，所述喷淋液为盐酸溶液、氯化钠溶液或硫酸溶液中的任意一种，喷淋液的浓度为质量分数10％。
19.进一步地，所述离子交换树脂为d201、d301、d314、d113、d630、d231中的任意一种，离子交换速率为0.5
‑
10m3/h。
20.进一步地，解吸处理为使用质量分数为3
‑
30％的氢氧化钠溶液对离子交换树脂进行解吸，使离子交换树脂中吸附的锂离子解吸。
21.进一步地，碳酸化处理为向解吸液中通入二氧化碳或加入碳酸盐溶液，所述碳酸盐溶液为碳酸钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸镁溶液中的一种或多种的混合物，所述碳酸盐溶液为饱和溶液。
22.有益效果：
23.本发明先将含锂原料破碎、球磨后再与助剂进行混合均匀，制得预混料，增大了与助剂的接触面积，非常有利预混料在翻滚走料装置受热挥发气体，加快了气体挥发的效率，减少能源消耗成本的同时提高生产效率；
24.挥发气体鼓入到喷淋回收装置中，先经过分气管和花洒组件的分散，使气体均匀地分散到箱体中，透过网板后气体中的金属氯化物被活性炭层吸附固定，然后再被均匀喷洒下来的喷淋液润湿溶解，保证了金属氯化物能够完全与喷淋液相接触，从而提高金属离子的回收效果，溶解了金属氯化物的喷淋液将金属氯化物带出活性炭层，并经过过滤网去除杂质颗粒后，下落到储液斗中收集，得到含锂溶液，喷淋回收装置在使用过程中操作简单，能耗低；
25.将含锂溶液使用离子交换树脂进行离子交换，将其中的锂离子吸附在离子交换树脂上，然后再使用氢氧化钠溶液解吸，得到含有大量氢氧化锂的解吸液，最后将解吸液进行碳酸化沉淀，即可得到高纯度的碳酸锂产品，本发明相对于现有技术的石灰石焙烧法、硫酸法和硫酸盐法，制备流程短，具有生产效率高、适用范围广、产品纯度高、节能减排等特点，能够大规模工业化生产高纯度的碳酸锂产品，实现锂资源的有效提取和高效利用。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明生产高纯度碳酸锂的方法的流程图；
28.图2为本发明喷淋回收装置的结构示意图；
29.图3为本发明刮污机构的俯视剖视图；
30.图4为本发明花洒组件的结构示意图。
31.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
32.1、箱体；101、隔板；102、底板；103、网板；2、水泵；3、碱吸箱；301、排气口；4、分液管；5、风机；501、分气管；502、花洒组件；5021、连接管；5022、花洒头；5023、气孔；6、刮污机构；601、安装板；602、电机；603、主动锥齿轮；604、从动锥齿轮；605、螺杆；606、第一滑块；607、传动箱；608、滑杆；609、第二滑块；610、刮板；7、过滤网；8、储液斗；801、出液阀。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例1
35.请参阅图1所示，一种高效生产高纯度碳酸锂的方法，具体包括以下步骤：
36.步骤s1、原料预处理：将10kg铁锂云母(氧化锂含量为2.47％)破碎成小块后，加入到球磨机中进行球磨，得到粒度为20目的粉末颗粒，然后向粉末颗粒中加入其质量1％的氯化钠和5％的氧化钠，搅拌混合均匀后，得到预混料；
37.步骤s2、预混料挥发处理：将预混料加入到翻滚走料装置的加热腔体中，设置翻滚走料装置的加热温度为600℃，预混料在翻滚走料装置中停留2h，使预混料受热挥发出气体，挥发时间为90min；
38.步骤s3、气体回收处理：将步骤s2挥发出的气体收集并通入到喷淋回收装置中，对气体进行回收转化处理，使气体溶解于质量分数为10％的盐酸溶液中，得到含锂溶液；
39.步骤s4、离子交换处理：泵出含锂溶液并调节ph值至1，然后使用d301树脂进行离子交换，离子交换速率为5m3/h，使用质量分数为3％的氢氧化钠溶液进行解吸，得到解吸液；
40.步骤s5、碳酸化处理：向解吸液中通入二氧化碳至不再生成沉淀为止，经过离心、过滤、干燥，得到高纯度的碳酸锂产品。
41.实施例2
42.请参阅图1所示，一种高效生产高纯度碳酸锂的方法，具体包括以下步骤：
43.步骤s1、原料预处理：将10kg江西锂云母(氧化锂含量为3.08％)破碎成小块后，加入到球磨机中进行球磨，得到粒度为60目的粉末颗粒，然后向粉末颗粒中加入其质量5％的
氯化钙和10％的氧化钠，搅拌混合均匀后，得到预混料；
44.步骤s2、预混料挥发处理：将预混料加入到翻滚走料装置的加热腔体中，设置翻滚走料装置的加热温度为800℃，预混料在翻滚走料装置中停留1.5h，使预混料受热挥发出气体，挥发时间为60min；
45.步骤s3、气体回收处理：将步骤s2挥发出的气体收集并通入到喷淋回收装置中，对气体进行回收转化处理，使气体溶解于质量分数为10％的氯化钠溶液中，得到含锂溶液；
46.步骤s4、离子交换处理：泵出含锂溶液并调节ph值至2，然后使用d201树脂进行离子交换，离子交换速率为3m3/h，使用质量分数为10％的氢氧化钠溶液进行解吸，得到解吸液；
47.步骤s5、碳酸化处理：向解吸液中通入二氧化碳至不再生成沉淀为止，经过离心、过滤、干燥，得到高纯度的碳酸锂产品。
48.实施例3
49.请参阅图1所示，一种高效生产高纯度碳酸锂的方法，具体包括以下步骤：
50.步骤s1、原料预处理：将10kg江西锂云母(氧化锂含量为3.18％)破碎成小块后，加入到球磨机中进行球磨，得到粒度为40目的粉末颗粒，然后向粉末颗粒中加入其质量10％的氯化钙和25％的氧化钠，搅拌混合均匀后，得到预混料；
51.步骤s2、预混料挥发处理：将预混料加入到翻滚走料装置的加热腔体中，设置翻滚走料装置的加热温度为900℃，预混料在翻滚走料装置中停留1.5h，使预混料受热挥发出气体，挥发时间为60min；
52.步骤s3、气体回收处理：将步骤s2挥发出的气体收集并通入到喷淋回收装置中，对气体进行回收转化处理，使气体溶解于质量分数为10％的氯化钠溶液中，得到含锂溶液；
53.步骤s4、离子交换处理：泵出含锂溶液并调节ph值至3，然后使用d314树脂进行离子交换，离子交换速率为6m3/h，使用质量分数为15％的氢氧化钠溶液进行解吸，得到解吸液；
54.步骤s5、碳酸化处理：向解吸液中加入饱和碳酸钠溶液至不再生成沉淀为止，经过离心、过滤、干燥，得到高纯度的碳酸锂产品。
55.实施例4
56.请参阅图1所示，一种高效生产高纯度碳酸锂的方法，具体包括以下步骤：
57.步骤s1、原料预处理：将10kg江西锂云母(氧化锂含量为3.01％)破碎成小块后，加入到球磨机中进行球磨，得到粒度为100目的粉末颗粒，然后向粉末颗粒中加入其质量20％的氯化钾和40％的氧化钙，搅拌混合均匀后，得到预混料；
58.步骤s2、预混料挥发处理：将预混料加入到翻滚走料装置的加热腔体中，设置翻滚走料装置的加热温度为1000℃，预混料在翻滚走料装置中停留1h，使预混料受热挥发出气体，挥发时间为45min；
59.步骤s3、气体回收处理：将步骤s2挥发出的气体收集并通入到喷淋回收装置中，对气体进行回收转化处理，使气体溶解于质量分数为10％的氯化钠溶液中，得到含锂溶液；
60.步骤s4、离子交换处理：泵出含锂溶液并调节ph值至4，然后使用d113树脂进行离子交换，离子交换速率为6m3/h，使用质量分数为20％的氢氧化钠溶液进行解吸，得到解吸液；
61.步骤s5、碳酸化处理：向解吸液中加入饱和碳酸钾溶液至不再生成沉淀为止，经过离心、过滤、干燥，得到高纯度的碳酸锂产品。
62.实施例5
63.请参阅图1所示，一种高效生产高纯度碳酸锂的方法，具体包括以下步骤：
64.步骤s1、原料预处理：将10kg铁锂云母(氧化锂含量为2.92％)破碎成小块后，加入到球磨机中进行球磨，得到粒度为80目的粉末颗粒，然后向粉末颗粒中加入其质量30％的氯化钠和氯化铁以质量比1:1的混合物和50％的氧化镁，搅拌混合均匀后，得到预混料；
65.步骤s2、预混料挥发处理：将预混料加入到翻滚走料装置的加热腔体中，设置翻滚走料装置的加热温度为1300℃，预混料在翻滚走料装置中停留1h，使预混料受热挥发出气体，挥发时间为30min；
66.步骤s3、气体回收处理：将步骤s2挥发出的气体收集并通入到喷淋回收装置中，对气体进行回收转化处理，使气体溶解于质量分数为10％的氯化钠溶液中，得到含锂溶液；
67.步骤s4、离子交换处理：泵出含锂溶液并调节ph值至5，然后使用d231树脂进行离子交换，离子交换速率为8m3/h，使用质量分数为30％的氢氧化钠溶液进行解吸，得到解吸液；
68.步骤s5、碳酸化处理：向解吸液中加入饱和碳酸镁溶液至不再生成沉淀为止，经过离心、过滤、干燥，得到高纯度的碳酸锂产品。
69.实施例6
70.请参阅图2
‑
4所示，实施例1
‑
5中所述的喷淋回收装置包括箱体1，箱体1的内部固定有隔板101，隔板101的一侧设有底板102，底板102的周侧与隔板101和箱体1内壁固定连接，隔板101、箱体1内壁和底板102上方共同围绕成用于盛放喷淋液的空间，隔板101的另一侧设有网板103，网板103的周侧与隔板101和箱体1内壁固定连接，网板103的上方设有活性炭层，箱体1的底端固定有储液斗8，储液斗8的底端中心安装有出液阀801；
71.所述隔板101的上方设有水泵2，水泵2与箱体1顶端固定连接，水泵2通过水管连通隔板101两侧空间，水泵2吸水端连接水管的末端位于底板102上方，水泵2排水端连接水管的末端连通有若干根分液管4，分液管4的下方安装有若干喷雾嘴，喷雾嘴位于活性炭层上方；
72.分液管4的上方设置有碱吸箱3，碱吸箱3内部与箱体1内部相连通，碱吸箱3内部设置有氢氧化钙，用于吸收部分酸性气体，碱吸箱3的上方设置有排气口301，可将处理后的气体排出；
73.底板102的下方设有风机5，风机5与箱体1内部底端固定连接，风机5的出风端贯穿隔板101连通有若干根分气管501，分气管501的上方安装有若干花洒组件502，分气管501和花洒组件502均位于网板103的下方；
74.所述花洒组件502包括花洒头5022，花洒头5022的下方设有连接管5021，花洒头5022的内部通过连接管5021与分气管501相连通，花洒头5022的顶端开有若干均匀分布的气孔5023；
75.箱体1的底端开有矩形孔，矩形孔内安装有过滤网7，过滤网7位于分气管501的下方，过滤网7与分气管501之间安装有刮污机构6；
76.所述刮污机构6包括对立安装于箱体1内部的两个传动箱607，两个传动箱607相对
的一侧均开有滑槽，一个传动箱607的内部设有螺杆605，螺杆605上螺纹连接有第一滑块606，螺杆605的一端与传动箱607转动连接，螺杆605的另一端贯穿传动箱607和箱体1侧壁安装有从动锥齿轮604，从动锥齿轮604的下方设有安装板601，安装板601与箱体1外壁固定连接，安装板601上固定有电机602，电机602的输出端安装有主动锥齿轮603，主动锥齿轮603与从动锥齿轮604相啮合，另一个传动箱607的内部固定有滑杆608，滑杆608与螺杆605的轴线平行，滑杆608上滑动连接有第二滑块609，第二滑块609与第一滑块606之间固定连接有刮板610，刮板610的底端与过滤网7上表面相配合。
77.喷淋回收装置的工作原理：
78.使用喷淋回收装置时，先将翻滚走料装置中挥发的气体通过风机5和分气管501鼓入到花洒组件502中，气体通过花洒头5022的气孔5023均匀地进入到网板103下方，气体透过网板103向上进入到活性炭层中，气体中的金属氯化物被活性炭吸附，然后通过水泵2泵入喷淋液，喷淋液通过喷雾嘴喷洒到活性炭层中，喷淋液受重力下落溶解活性炭中吸附的金属氯化物，并将金属氯化物带出活性炭层，溶解了金属氯化物的喷淋液经过过滤网7去除杂质颗粒后，继续下落到储液斗8中收集；
79.挥发出的气体中含有的部分酸性气体被碱吸箱3中的氢氧化钙吸收后，从排气口301排出；而当过滤网7上的杂质颗粒较多影响过滤效率时，启动电机602通过锥齿轮传动带动螺杆605转动，螺纹连接在螺杆605上的第一滑块606则会在传动箱607内滑动，第二滑块609在滑杆608上滑动，第一滑块606和第二滑块609之间固定的刮板610则会在过滤网7上移动，刮板610的底端将过滤网7上表面的杂质颗粒刮向两边，保证过滤网7的过滤效率。
80.在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
81.以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。