一种氢氧化锂连续制备电池级碳酸锂的工业化方法及系统与流程

本发明属于材料，具体涉及一种氢氧化锂连续制备电池级碳酸锂的工业化方法及系统。

背景技术：

1、目前碳酸锂(li2co3)的生产工艺主要有矿石提取工艺、盐湖水提取工艺和氢氧化锂与二氧化碳反应等三个方向。矿石提取工艺较常使用的有硫酸盐法、石灰烧结法、硫酸法、氯化焙烧法以及纯碱压煮法等方式，其中以硫酸法最为普遍，硫酸法工艺流程比较简单，是现阶段碳酸锂矿石提取工艺常用的方式。盐湖水提取工艺主要有沉淀法、煅烧法、离子交换法、溶剂萃取法以及碳化法等方式。采用盐湖水提取工艺，在制备过程中对于整体的提纯工艺要求比较严苛，盐湖水提取工艺在我国的应用还比较少。氢氧化锂与二氧化碳反应制备碳酸锂的工艺主要通过使用氢氧化锂溶液，同时需要使用食品级的二氧化碳进行碳化反应；在此过程中一定要控制好碳化的时长、压力以及温度等相关的参数，再通过分离心进行分离，得到原料浆液，在干燥后达到最高的纯度。此工艺的产品纯度受原料lioh纯度影响大。

2、目前，使用氢氧化锂连续制备电池级碳酸锂方面的报道较少。现有技术中，通常是将氢氧化锂溶解后净化，然后通入二氧化碳，通过控制碳酸锂生成的终点条件，最后水洗干燥制得电池级碳酸锂。该工艺中，终点的控制尤为重要。现有技术中一般都是通过控制反应终点ph值和反应后液中li2o的含量来确定反应终点。该方法制备过程中容易导致碳酸锂的粘壁问题，且反应时间和终点不易控制，碳化反应速率较慢且co2吸收率较低，导致的二氧化碳的浪费问题。

3、因此，提供一种氢氧化锂与二氧化碳反应制备电池级碳酸锂，该方法适用于工业化连续生产，生产条件易控制，二氧化碳利用率高，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种氢氧化锂连续制备电池级碳酸锂的工业化方法，生产条件易控制，二氧化碳利用率高，所得产品品质高，且产率高。

2、本发明的目的在于，提供一种氢氧化锂连续制备电池级碳酸锂的工业化系统。

3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

4、本发明公开的一种氢氧化锂连续制备电池级碳酸锂的工业化方法，包括如下步骤：

5、s1.喷射碳化：将氢氧化锂溶液送入喷射混合器中，经喷射混合器的喷嘴高速入喷射碳化塔内，高速喷出产生的真空将二氧化碳气体吸入喷射碳化塔内，气液两相互相剪切，高度分散，形成了拟均相的气液泡沫流，氢氧化锂溶液中的杂质钙离子、镁离子、锰离子与二氧化碳反应生成沉淀；

6、s2.固液分离：将喷射碳化反应后的浆料进行固液分离，分别得到沉淀和料液；

7、s3.加热结晶：向料液中加入碳酸锂晶种，而后加热分解，碳酸锂析出，杂质留于母液中，加热分解出的二氧化碳循环回步骤s1中，参与喷射碳化反应；

8、s4.分离洗涤：将步骤s3得到的含有碳酸锂固体的浆料离心分离，得到碳酸锂母液和碳酸锂粗晶体，碳酸锂粗晶体经洗涤、离心、干燥后得到电池级碳酸锂。

9、本发明的部分实施方案中，所述步骤s1中，喷射碳化塔内部环境为二氧化碳气氛，反应为二氧化碳为过量反应；

10、优选地，氢氧化锂溶液中锂含量为16-18g/l；优选地，所述步骤s1中，喷射混合器的喷射压力为0.5-0.8mpa，优选为0.65mpa；

11、优选地，所述步骤s1中喷射碳化反应温度为40-60℃。

12、本发明的部分实施方案中，所述步骤s3中，热分解温度为60-70℃；

13、优选地，加入晶种的量为为碳酸锂产物质量的1-3wt％。

14、本发明的一些实施例中，加入晶种的量为碳酸锂产物的1wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％、2.0wt％、2.1wt％、2.2wt％、2.3wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％、3wt％。

15、本发明的部分实施方案中，还包括反碳化步骤：

16、当用于加热结晶的加热塔结垢后，需要进行反碳化操作，反碳化操作包括：将加热塔中的含有碳酸锂固体的浆料排空后，向加热塔中补充反碳化溶液，并通入二氧化碳，进行反碳化；当反碳化完成后，将反碳化液采出；所述反碳化溶液为纯水或步骤s4分离得到的碳酸锂母液。。

17、反碳化操作的原理如下：加热塔结的垢主要成分为碳酸锂，通入二氧化碳和水溶液进行反应，生成溶解于水的碳酸氢锂。

18、li2co3+co2+h2o＝2lihco3

19、含有碳酸锂固体的浆料离心分离，得到碳酸锂母液和碳酸锂粗晶体；碳酸锂母液中含有少量锂离子和碳酸根离子，将其作为反碳化溶液，从而使溶液能重复利用。

20、本发明的部分实施方案中，还包括碳酸锂母液脱碳回调步骤：

21、将碳酸锂母液加入浓硫酸，使碳酸锂母液中的碳酸锂生成硫酸锂，并副产co2尾气；

22、脱碳母液经碱液调节ph值为中性至若碱性后，蒸发浓缩，备用。

23、碳酸锂母液在脱碳槽，加入98％浓硫酸将其ph值调节至3～4，使母液中的碳酸锂发生如下反应：

24、li2co3+h2so4→li2so4+h2o+co2↑

25、脱碳过程产生的co2尾气，以及离心机冒出的含尘尾气等，经风机抽至尾气吸收塔中，以吸收掉脱碳尾气中夹带的少量酸雾，确保尾气达标排放。

26、脱碳后的母液经泵输送至回调罐中，通过加入一定比例的50％氢氧化钠溶液将母液的ph值调整至7～9，以中和掉母液中过量的硫酸后，备用。

27、本发明公开的一种氢氧化锂连续制备电池级碳酸锂的工业化系统，所述系统采用上述的方法制备电池级碳酸锂，系统包括：依次连接的喷射碳化塔、固液分离装置、加热塔和离心机；

28、喷射碳化塔接入有氢氧化锂溶液输入管和二氧化碳输入管a，离心机接出有碳酸锂母液输出管。

29、本发明的部分实施方案中，喷射碳化塔顶部设置有喷射混合器，喷射碳化塔塔体内上部设置有混合室和扩散室，喷射混合器的喷嘴接入至混合室中；

30、氢氧化锂溶液输入管与喷射混合器连接，用于向喷射混合器中送入氢氧化锂溶液；

31、二氧化碳输入管a接入至混合室中；

32、优选地，喷射碳化塔设置有外循环换热器，用于调节喷射碳化塔塔内温度；

33、优选地，喷射碳化塔的塔底与固液分离装置经碳化液输送管连接，用于将喷射碳化反应后的浆料送入固液分离装置中进行固液分离。

34、本发明的部分实施方案中，加热塔与固液分离装置经离心料液输送管连接；

35、加热塔与离心机经碳酸锂浆料输送管连接，用于将含有碳酸锂固体的浆料送入离心机中离心。

36、本发明的部分实施方案中，系统还包括有管道连接的氢氧化锂溶液储槽和换热器，氢氧化锂溶液储槽用于储存配制好的氢氧化锂溶液；换热器，与喷射混合器经氢氧化锂溶液输入管连接；

37、氢氧化锂溶液由氢氧化锂溶液储槽中流出，进入换热中加热后，再进入喷射混合器中。

38、本发明的部分实施方案中，系统还包括反碳化溶液储槽，反碳化溶液储槽经管道接入至加热塔，用于向加热塔中送入反碳化溶液；

39、优选地，所述反碳化溶液储槽与离心机经第二碳酸锂母液输出管连接，用于将碳酸锂母液送入至反碳化溶液储槽中作为反碳化溶液；

40、优选地，所述加热塔连接有反碳化液输出管和二氧化碳输入管b；

41、优选地，所述加热塔接出有循环二氧化碳输出管，所述循环二氧化碳输出管接入至二氧化碳输入管a；

42、优选地，系统还包括有脱碳槽和尾气吸收塔，

43、离心机经碳酸锂母液输出管与脱碳槽连接，用于将离心后的碳酸锂母液送入脱碳槽中进行脱碳反应；

44、脱碳槽与尾气吸收塔经脱碳尾气排放管连接，用于将脱碳反应后的尾气送入尾气吸收塔中处理，达标后排放。

45、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

46、本发明设计科学，构思巧妙，在热解过程中加入晶种，使得碳酸锂粒度分布更窄，颗粒更加均匀，同时也减轻了黏壁现象。

47、本发明的二氧化碳回收循环利用，重复利用避免了二氧化碳的浪费。

48、本发明中氢氧化锂溶液通过浆泵在喷射碳化器内循环流动，高速喷出产生的真空将二氧化碳气体吸入喷射碳化塔内，气液两项互相剪切，高度分散，形成了拟均相的气液泡沫流，使气液接触面急剧增大，大大提高了碳化反应速率，解决了碳化反应速率慢和生产过程中的二氧化碳浪费的问题。

49、本发明能工业化连续生产，解决了温度太高二氧化碳利用率低，温度太低反应速率慢的问题，减少了反应时间，避免了碳酸锂大量析出结疤，大大提高了转化率。

50、本发明的碳化塔反碳化操作，避免了碳酸锂的粘壁问题，同时回收多余的锂溶液。