技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池級(jí)碳酸鋰
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種電池級(jí)碳酸鋰的制備方法。
背景技術(shù)：
：碳酸鋰作為鋰鹽的重要化合物，有較多的工業(yè)用途，根據(jù)GB/T11075-2013、YS/T582-2013等相關(guān)國(guó)標(biāo)和行標(biāo)，工業(yè)級(jí)Li2CO3含量小于99.5%，電池級(jí)Li2CO3含量99.5%～99.9%。碳酸鋰廣泛應(yīng)用于玻璃陶瓷、新能源汽車、合金以及醫(yī)藥等領(lǐng)域。近年來，隨著我國(guó)倡導(dǎo)低碳環(huán)保的方針，新能源行業(yè)快速發(fā)展，最為顯著的就是鋰電池產(chǎn)業(yè)迅猛增長(zhǎng)，鈷酸鋰、鎳酸鋰、鎳鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰等正極材料大多使用碳酸鋰為原料制備而成。使得碳酸鋰的需求量日益增長(zhǎng)，應(yīng)用的領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，然而對(duì)它的純度也越來越高，生產(chǎn)工業(yè)級(jí)的碳酸鋰成本低、產(chǎn)量大，因此直接以工業(yè)級(jí)碳酸鋰為原料制備電池級(jí)碳酸鋰是最行之有效的。目前以工業(yè)級(jí)碳酸鋰為原料生產(chǎn)電池級(jí)碳酸鋰，主要有苛化法、電解法、氫化分解法等。其中常用的苛化法是指將碳酸鋰與石灰反應(yīng)，經(jīng)過過濾除雜后得氫氧化鋰，再用高純度的CO2氣體合成制備電池級(jí)的碳酸鋰；電解法主要是電解飽和的氯化鋰溶液，制備高純度的氫氧化鋰，通過高純度的CO2氣體制備電池級(jí)碳酸鋰；氫化分解法是指將難溶的碳酸鋰溶液轉(zhuǎn)化成溶解度大的碳酸氫鋰，這樣除去不易被氫化的雜質(zhì)(主要包括Ca、Mg等)，加熱碳酸氫鋰溶液制備電池級(jí)碳酸鋰。比如采用氫化工藝的有中國(guó)專利200710019052.3《一種利用鹽湖鋰資源制取高純碳酸鋰的工藝方法》，以鹽湖鹵水為原料制備工業(yè)級(jí)碳酸鋰，通入CO2氣體氫化，經(jīng)過相關(guān)的除雜過程后，在負(fù)壓條件下分解碳酸氫鋰，洗滌多次制備電池級(jí)的碳酸鋰；也有相關(guān)期刊文獻(xiàn)《氫化條件對(duì)碳酸鋰提純的影響》（材料導(dǎo)報(bào)B，2011.7,25，吳鑒）指出10g的碳酸鋰和二氧化碳流量為1L/min，在25℃下反應(yīng)40min，得到的二氧化碳利用率僅僅只有7.6%；《粗級(jí)碳酸鋰提純工藝過程研究》（無機(jī)鹽工業(yè)，2013.8,8，李燕茹）中選擇10g的碳酸鋰在20℃下和1L/min二氧化碳反應(yīng)150min，二氧化碳利用率2.02%，影響以上二氧化碳利用率低的原因是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)溶液中溶解二氧化碳的量很少，影響傳質(zhì)過程，進(jìn)而影響CO2氣體的利用率，導(dǎo)致氣體原料浪費(fèi)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種電池級(jí)碳酸鋰的制備方法，該發(fā)明能極大提高氫化工藝中高純度CO2氣體的利用率。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：首先將工業(yè)碳酸鋰和水混合配制成漿料，通過氣體加料裝置向漿料中加入高純度CO2氣體，溶液變成可溶性較強(qiáng)的碳酸氫鋰溶液，進(jìn)而通過分解釜分解碳酸氫鋰，除去不易被氫化的雜質(zhì)，再通過苛化反應(yīng)，濃縮，離子交換樹脂除雜質(zhì)Ca、Mg等，通入高純度的CO2氣體，制備了電池級(jí)的碳酸鋰。其反應(yīng)原理如下：(1)氫化反應(yīng)：將工業(yè)級(jí)碳酸鋰和水按一定比例混合配制漿料，按照氫化釜內(nèi)一定壓力加入CO2氣體，在溫度為20～25℃之間反應(yīng)，將碳酸鋰轉(zhuǎn)化為碳酸氫鋰，反應(yīng)式如下：Li2CO3+CO2+nH2O=2LiHCO3+(n-1)H2O(2)分解反應(yīng)：將得到的碳酸氫鋰溶液通入分解釜中，溫度提升至90℃～100℃，碳酸氫鋰分解為碳酸鋰，反應(yīng)式如下：2LiHCO3=Li2CO3+H2O+CO2(3)苛化反應(yīng)：工業(yè)級(jí)碳酸鋰和Ca(OH)2按一定質(zhì)量比混合反應(yīng)，將釜內(nèi)溫度維持在90℃～100℃，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液逐漸變渾濁，有不溶物CaCO3產(chǎn)生，反應(yīng)式如下：Li2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+LiOH+H2O(4)合成反應(yīng)：過濾上述苛化液，將濾液轉(zhuǎn)入至合成釜中，并向其中高純度的CO2氣體，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液變渾濁，過濾干燥，即可得電池級(jí)碳酸鋰，反應(yīng)式如下：2LiOH+CO2+H2O=Li2CO3+2H2O其中的氣體加料裝置主要由壓力傳感器、二氧化碳電動(dòng)閥門、信號(hào)控制箱構(gòu)成，壓力傳感器用于檢測(cè)氫化釜內(nèi)氣壓，并將氣壓信號(hào)傳輸給信號(hào)控制箱；信號(hào)控制箱用于接收、處理壓力傳感器傳輸?shù)臍鈮盒盘?hào)，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)的氣壓值高于預(yù)設(shè)的氣壓值時(shí)，向電動(dòng)閥門傳輸關(guān)閥指令；電動(dòng)閥門設(shè)于連通收集CO2儲(chǔ)罐和各級(jí)氫化釜的管路上，接收信號(hào)控制箱傳輸?shù)年P(guān)閥指令后關(guān)閥；該裝置的結(jié)構(gòu)示意圖見附圖。本發(fā)明提供一種電池級(jí)碳酸鋰的制備方法，包括以下工序：工序一，氫化反應(yīng)、過濾：(1)一級(jí)氫化反應(yīng)：稱取一定質(zhì)量的工業(yè)級(jí)碳酸鋰和普通純水（普通純水的電導(dǎo)率≤0.5μS/cm，Na+≤0.01%，電阻率≤10MΩ；）混合配置成漿料，打入一級(jí)氫化釜中，一級(jí)氫化釜內(nèi)溫度控制在20～25℃，開啟一級(jí)氫化釜內(nèi)的攪拌槳攪拌；將收集的CO2氣體通過氣體加料裝置加入一級(jí)氫化釜，所述收集的CO2氣體來自收集CO2儲(chǔ)罐；根據(jù)一級(jí)氫化釜內(nèi)常壓(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)反饋調(diào)節(jié)CO2的進(jìn)氣速率，同時(shí)監(jiān)測(cè)溶液中的pH值；待溶液pH值在8～8.5時(shí)，得到較為渾濁的碳酸氫鋰溶液Ⅰ，此時(shí)氫化反應(yīng)速率較慢；(2)二級(jí)氫化反應(yīng)：過濾洗滌一級(jí)氫化釜內(nèi)的碳酸氫鋰溶液Ⅰ，得到濾液Ⅰ和濾渣Ⅰ，同時(shí)將濾渣Ⅰ和普通純水混合配制成漿料打入至二級(jí)氫化釜中，二級(jí)氫化釜內(nèi)溫度控制在20～25℃，開啟二級(jí)氫化釜內(nèi)的攪拌槳攪拌；將收集的CO2氣體通過氣體加料裝置加入二級(jí)氫化釜，所述收集的CO2氣體來自收集CO2儲(chǔ)罐；根據(jù)氫化釜內(nèi)常壓(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)反饋調(diào)節(jié)CO2的進(jìn)氣速率，同時(shí)監(jiān)測(cè)溶液中的pH值；待溶液pH值在7.5～8時(shí)，得到較為澄清的碳酸氫鋰溶液Ⅱ，此時(shí)氫化反應(yīng)速率較快；(3)三級(jí)氫化反應(yīng)：過濾洗滌二級(jí)氫化反應(yīng)釜內(nèi)的碳酸氫鋰溶液Ⅱ，得到濾液Ⅱ和濾渣Ⅱ，同時(shí)將濾渣Ⅱ和普通純水混合配制成漿料打入至三級(jí)氫化釜中，三級(jí)氫化釜內(nèi)溫度控制在20～25℃，開啟三級(jí)氫化釜內(nèi)的攪拌槳攪拌；將高純CO2（高純度CO2氣體符合GB/T23938-2009規(guī)定的純度為99.99%以上）氣體通過氣體加料裝置加入三級(jí)氫化釜，高純CO2來自高純CO2儲(chǔ)罐；根據(jù)三級(jí)氫化釜內(nèi)常壓(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)反饋調(diào)節(jié)CO2的進(jìn)氣速率，同時(shí)監(jiān)測(cè)溶液中的pH值；待溶液pH值在7～7.5時(shí)，得到較為澄清的碳酸氫鋰溶液Ⅲ，此時(shí)氫化反應(yīng)速率很快；過濾洗滌三級(jí)氫化釜內(nèi)的碳酸氫鋰溶液Ⅲ（此過程屬于除去SiO2、硅酸鹽等不易氫化的雜質(zhì)），得到濾液Ⅲ；(4)高純CO2儲(chǔ)罐、收集CO2儲(chǔ)罐與各級(jí)氫化釜連接方式；高純CO2儲(chǔ)罐、收集CO2儲(chǔ)罐與三級(jí)氫化釜連接，用于向三級(jí)氫化釜通入高純CO2氣體、從三級(jí)氫化釜內(nèi)回收CO2氣體；收集CO2儲(chǔ)罐還與一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜通過CO2通入管道連接，用于向一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜通入收集的CO2氣體；收集CO2儲(chǔ)罐還與一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜通過CO2收集管道連接，用于收集一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜、三級(jí)氫化釜內(nèi)的CO2氣體；工序二，分解反應(yīng)、過濾：將濾液Ⅲ打入至分解釜中，分解溫度控制在90℃～100℃，開啟分解釜內(nèi)攪拌槳攪拌，分解釜在反應(yīng)過程中加料口設(shè)置有氣體收集裝置，避免分解產(chǎn)生CO2氣體浪費(fèi)，當(dāng)分解釜內(nèi)再無大量氣泡產(chǎn)生時(shí)即為分解反應(yīng)的終點(diǎn)；趁熱過濾，得到濾渣Ⅳ；工序三，苛化反應(yīng)、過濾洗滌、濃縮、除雜：將濾渣Ⅳ與食品級(jí)Ca(OH)2（所述食品級(jí)Ca(OH)2國(guó)標(biāo)GB25572-2010的純度在95.0%以上）以質(zhì)量比1:1～1.5混合，所得混合物和普通純水以質(zhì)量比1:3～4配置成苛化液，打入苛化釜中，將苛化釜內(nèi)溫度提升至90℃～100℃，開啟苛化釜內(nèi)攪拌槳攪拌，充分反應(yīng)，得到苛化液；過濾洗滌所述苛化液多次，將每次過濾洗滌所得濾液集中在一起，得到濾液Ⅴ；將濾液Ⅴ轉(zhuǎn)移至濃縮釜中，氫氧化鋰的濃度濃縮至20～25g/L，此時(shí)Ca、Mg雜質(zhì)富集，得到濃縮液Ⅴ；將濃縮液Ⅴ通過離子交換樹脂，除去Ca、Mg雜質(zhì)，得到濃縮液Ⅴ＇；工序四，合成反應(yīng)、過濾、干燥：將濃縮液Ⅴ＇打入合成釜中，向合成釜中通入高純度CO2氣體，合成釜內(nèi)溫度控制在90℃～100℃，攪拌，合成反應(yīng)時(shí)間控制在1～1.5小時(shí)；趁熱過濾，得到濾渣Ⅵ；將濾渣Ⅵ在90～100℃的烘箱中干燥5～6小時(shí)，最終得到白凈的碳酸鋰。上述工序一中，將收集的CO2氣體通過氣體加料裝置分別加入至一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)氫化釜中，該加料裝置主要由壓力傳感器、電動(dòng)閥門、信號(hào)控制箱、收集CO2儲(chǔ)罐、高純CO2儲(chǔ)罐、電源構(gòu)成，其中：壓力傳感器用于檢測(cè)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)氫化釜內(nèi)氣壓，并將氣壓信號(hào)傳輸給信號(hào)控制箱；信號(hào)控制箱用于接收、處理壓力傳感器傳輸?shù)臍鈮盒盘?hào)，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)的氣壓值高于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，向電動(dòng)閥門傳輸關(guān)閉閥門指令；電動(dòng)閥門設(shè)于連通收集CO2儲(chǔ)罐和一級(jí)、二級(jí)氫化釜的管路上，以及設(shè)于連通高純CO2儲(chǔ)罐和三級(jí)氫化釜的管路上，接收信號(hào)控制箱傳輸?shù)拈_閥指令后開閥；電源用于給信號(hào)控制箱、壓力傳感器、電動(dòng)閥門供電。上述氣體加料裝置中，收集的CO2氣體來自于一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)氫化釜、分解釜和合成釜，通過空氣泵將收集到的氣體打入至收集CO2儲(chǔ)罐中。上述氣體加料裝置中，壓力傳感器為PY210型微壓傳感器；電動(dòng)閥門為ZJHP精小型薄膜單座氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。上述工序一中，普通純水的加入質(zhì)量為工業(yè)碳酸鋰質(zhì)量的3～4倍。上述工序一中，通過蒸汽升溫或冷卻水降溫的方式將氫化釜溫度控制在20～25℃之間；一級(jí)氫化釜中攪拌槳?jiǎng)蛩贁嚢瑁瑪嚢杷俾士刂圃?70～180r/min，固定攪拌漿的轉(zhuǎn)速可以有效控制反應(yīng)速率，此攪拌速率下的氫化反應(yīng)速率最大；氫化反應(yīng)時(shí)間控制在1.5～2h，將溶液過濾得濾渣加入至二級(jí)氫化釜中，攪拌控制速率在170～175r/min，反應(yīng)時(shí)間控制在1～1.5h，將溶液得到的濾渣加入至三級(jí)氫化釜中攪拌控制速率在165～170r/min，反應(yīng)時(shí)間控制在0.5～1h。上述工序一中，將一級(jí)、二級(jí)氫化釜中通入收集的CO2氣體進(jìn)氣流量分別控制在2～2.6、1～1.5m3/min，三級(jí)氫化釜通入高純度的CO2氣體流量控制在1～1.5m3/min，通過安裝在高純度CO2儲(chǔ)罐上的氣體用量測(cè)定儀（型號(hào)：WXLUGB）檢測(cè)氫化反應(yīng)中全流程的氣體用量，此時(shí)高純度CO2利用率最高。上述工序二中，將濾渣Ⅳ與食品級(jí)Ca(OH)2等質(zhì)量混合，所得混合物和普通純水按質(zhì)量比1:3配置成苛化液，此時(shí)碳酸鋰損失量最?。豢粱獌?nèi)攪拌槳以170～180r/min的轉(zhuǎn)速攪拌4～5小時(shí)，濾渣Ⅳ與食品級(jí)Ca(OH)2充分反應(yīng)。上述工序三中，離子交換樹脂可以是CH-90型、8-羥基喹啉或EDTA-2Na，濃縮液Ⅲ通過所述離子交換樹脂，能完全除去Ca、Mg雜質(zhì)，得到濃縮液Ⅴ＇。上述工序四中，將高純度CO2氣體以1.5～2.0m3/min的流量連續(xù)通入合成釜中，控制攪拌速率在150～170r/min，此時(shí)的合成時(shí)間及高純度CO2利用率最佳，高純度CO2的利用率達(dá)到90%以上；過濾洗滌苛化液3～4次，每次洗滌用水量是物料的15～20倍；濃縮溫度均控制在90℃以上。氫化釜及其攪拌槳、分解釜內(nèi)表層及其槳葉外表層均采用鈦材質(zhì)，具有很強(qiáng)的耐堿腐蝕性能。本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：(1)起到了節(jié)約高純度CO2氣體的目的，相較于傳統(tǒng)的氫化工藝，不僅節(jié)約CO2氣體使用量，同時(shí)讓反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行，提高碳酸鋰的氫化效率。(2)氫化反應(yīng)過程中，將高純度CO2氣體（高純度CO2氣體符合GB/T23938-2009規(guī)定的純度為99.99%以上）以普通加氣方式加入氫化釜，根據(jù)氫化釜內(nèi)壓力反饋調(diào)節(jié)CO2的進(jìn)氣速率，始終保持氫化釜內(nèi)壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下，制備的Li2CO3產(chǎn)品中Li2CO3的純度高達(dá)99.88%，其中K、Ca、Na、Mg的含量分別為0.00015%、0.0035%、0.015%、0.0066%，達(dá)到了GB/T11075-2013、YS/T582-2013等相關(guān)國(guó)標(biāo)和行標(biāo)規(guī)定的電池級(jí)Li2CO3含量99.5%～99.9%的標(biāo)準(zhǔn)。并且，與氫化反應(yīng)過程中以一定速率通入高純度CO2氣體的制備方法相比較，產(chǎn)品純度更高。(3)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單易行，操作方便。附圖說明圖1為實(shí)施例1氫化反應(yīng)裝置示意圖；圖2為本發(fā)明電池級(jí)碳酸鋰的制備方法的流程圖。圖中：1、一級(jí)氫化釜；2、二級(jí)氫化釜；3、三級(jí)氫化釜；4、電動(dòng)機(jī)；5、投料口；6、壓力傳感器；7、收集CO2儲(chǔ)罐；8、高純CO2儲(chǔ)罐；9、壓力表；10、第一CO2通入管道；11、第二CO2通入管道；12、第三CO2通入管道；13、電動(dòng)閥門；14、第一CO2收集管道；15、第二CO2收集管道；16、第三CO2收集管道；17、氣體壓縮機(jī)；18、信號(hào)控制箱；19、電源。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)行進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1本發(fā)明實(shí)施例提供電池級(jí)碳酸鋰的制備方法，具體步驟如下所示：氫化反應(yīng)：稱取一定質(zhì)量的工業(yè)級(jí)碳酸鋰和普通純水混合配置成漿料，普通純水用量是物料的3～4倍，將該物料依次通過一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)氫化釜，開啟氫化釜自帶的攪拌槳，該氫化釜內(nèi)和攪拌槳均采用鈦材質(zhì)，防止在強(qiáng)堿條件下腐蝕反應(yīng)設(shè)備，將一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)氫化釜攪拌槳的速率分別調(diào)節(jié)至175～180、170～175、165～170r/min，固定攪拌漿的轉(zhuǎn)速可以有效控制反應(yīng)速率，此攪拌速率下的氫化反應(yīng)速率最大，采用氣體加料裝置加入收集的CO2氣體和高純CO2氣體(純度為99.99%以上)，氣體速率控制在2～2.6、1～1.5、1.0～1.5m3/min，溫度控制在20～25℃，通過安裝在各CO2儲(chǔ)罐（收集CO2儲(chǔ)罐、高純CO2儲(chǔ)罐）上的氣體用量測(cè)定儀檢測(cè)全流程的氣體用量，待溶液pH值在8～8.5、7.5～8、7～7.5時(shí)，三級(jí)氫化反應(yīng)后溶液也變的較為澄清易溶于水的碳酸氫鋰溶液，此時(shí)氫化反應(yīng)完全且CO2利用率最高。所述收集的CO2氣體來自收集CO2儲(chǔ)罐；所述高純CO2來自高純CO2儲(chǔ)罐。高純CO2儲(chǔ)罐、收集CO2儲(chǔ)罐與各級(jí)氫化釜連接方式：高純CO2儲(chǔ)罐、收集CO2儲(chǔ)罐與三級(jí)氫化釜連接，用于向三級(jí)氫化釜通入高純CO2氣體、從三級(jí)氫化釜內(nèi)回收CO2氣體；收集CO2儲(chǔ)罐還與一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜通過CO2通入管道連接，用于向一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜通入收集的CO2氣體；收集CO2儲(chǔ)罐還與一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜通過CO2收集管道連接，用于收集一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜、三級(jí)氫化釜內(nèi)的CO2氣體。收集到的CO2氣體通過氣體加料裝置加入至一級(jí)和二級(jí)氫化釜中，將高純度CO2氣體通過氣體加料裝置加入至三級(jí)氫化釜中；所述氣體加料裝置主要由壓力傳感器、電動(dòng)閥門、信號(hào)控制箱、電源構(gòu)成，其中：壓力傳感器用于檢測(cè)氫化釜內(nèi)氣壓，并將氣壓信號(hào)傳輸給信號(hào)控制箱；信號(hào)控制箱用于接收、處理微壓傳感器傳輸?shù)臍鈮盒盘?hào)，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)的氣壓值高于預(yù)設(shè)的氣壓值時(shí)，向電動(dòng)閥門傳輸關(guān)閥指令。分解反應(yīng)：過濾洗滌該溶液，除去不易被氫化的雜質(zhì)，所得濾液通入分解釜中，該分解釜內(nèi)表層和槳葉也均采用鈦材質(zhì)，將分解溫度控制在90℃～100℃，攪拌槳的轉(zhuǎn)速為170～180r/min，分解釜在反應(yīng)過程中加料口由氣體收集裝置，避免分解產(chǎn)生CO2氣體浪費(fèi)及壓力憋壞釜內(nèi)設(shè)備，該反應(yīng)終點(diǎn)是沒有大量氣泡產(chǎn)生，趁熱過濾。苛化反應(yīng)：將得到的濾渣與食品級(jí)Ca(OH)2等質(zhì)量混合，混合后的質(zhì)量和普通純水按質(zhì)量比1:3配置成苛化液，將苛化液打入苛化釜，將溫度提升至90℃～100℃，攪拌槳的轉(zhuǎn)速為170～180r/min，經(jīng)過4～5小時(shí)的苛化反應(yīng)，此時(shí)碳酸鋰損失量最小，過濾洗滌該苛化液3～4次，每次洗滌用水量是物料的15～20倍，將濾液轉(zhuǎn)移至濃縮釜中，氫氧化鋰的濃度濃縮至20～25g/L，此時(shí)Ca、Mg雜質(zhì)也富集較多了，將該濃縮液緩慢通過裝有CH-90型離子交換樹脂的柱子，能完全除去Ca、Mg雜質(zhì)。合成反應(yīng)：將除雜后的濃縮液打入至合成釜中，向合成釜中通入高純度CO2氣體(純度為99.99%以上)，溫度控制在90℃～100℃，攪拌速率為150～170r/min，氣體速率為1m3/min，此時(shí)的合成時(shí)間及效率最佳，高純度CO2效率能達(dá)到90%以上，時(shí)間盡量控制在1～1.5小時(shí)，趁熱過濾該溶液，將濾渣在100℃的烘箱中干燥5～6小時(shí)，最終得到白凈的碳酸鋰。以上用到的普通純水的相關(guān)指標(biāo)：電導(dǎo)率≤0.5μS/cm，Na+≤0.01%，電阻率≤10MΩ，以及氫化釜、分解釜、苛化釜、合成釜的材質(zhì)均采用鈦合金或表面涂鈦，防止堿腐蝕設(shè)備。實(shí)施例2電池級(jí)碳酸鋰的制備方法：稱取200kg工業(yè)級(jí)碳酸鋰，加入至1m3的一級(jí)氫化釜中，取600L工業(yè)用水加入其中，溫度維持在25℃，將攪拌槳的速率控制在180r/min，用氣體加料裝置加入收集來的CO2氣體，氣體速率控制在2.4m3/min，反應(yīng)1.8小時(shí)后，收集來的CO2氣體用量為300m3(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)，pH計(jì)檢測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)的pH值為8.2，過濾該溶液，將所得濾渣50kg碳酸鋰，加入至200L的二級(jí)氫化釜中，取100L工業(yè)用水加入其中，溫度維持在25℃，將攪拌槳的速率控制在175r/min，用氣體加料裝置加入收集來的CO2氣體，氣體速率控制在1.2m3/min，反應(yīng)1小時(shí)后，收集的CO2氣體用量為100m3(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)，pH計(jì)檢測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)的pH值為7.6，過濾該溶液，將所得濾渣10kg碳酸鋰，加入至50L的三級(jí)級(jí)氫化釜中，取20L工業(yè)用水加入其中，溫度維持在25℃，將攪拌槳的速率控制在170r/min，用氣體加料裝置加入高純度的CO2氣體，氣體速率控制在1.2m3/min，反應(yīng)1小時(shí)后，高純CO2氣體用量為75m3(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)，pH計(jì)檢測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)的pH值為7.2，過濾該溶液，將一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)所得濾液全部通入分解釜中，將溫度控制為90℃，攪拌槳的轉(zhuǎn)速為180r/min，經(jīng)過2小時(shí)的分解反應(yīng)，趁熱過濾得濾渣，將濾渣和食品級(jí)Ca(OH)2等質(zhì)量混合，混合后的質(zhì)量和普通純水按質(zhì)量比1:3配置成苛化液，將溫度提升至90℃，攪拌槳的轉(zhuǎn)速為180r/min，經(jīng)過4.5小時(shí)的苛化反應(yīng)，過濾除去碳酸鈣，用純水洗滌3次，將濾液氫氧化鋰的濃度濃縮至25g/L，將濃縮液以2L/min的速率通過離子交換樹脂，再將除雜后的濃縮液通入合成釜中，向合成釜中通入高純度CO2氣體(純度為99.99%以上)，溫度控制在90℃，攪拌速率為170r/min，氣體速率為1m3/min，合成時(shí)間為1.2h，趁熱過濾，將濾渣置于100℃的烘箱中干燥6小時(shí)，得碳酸鋰產(chǎn)品L2。本實(shí)施例中，所述收集的CO2氣體來自收集CO2儲(chǔ)罐；所述高純CO2來自高純CO2儲(chǔ)罐。高純CO2儲(chǔ)罐、收集CO2儲(chǔ)罐與各級(jí)氫化釜連接方式：高純CO2儲(chǔ)罐、收集CO2儲(chǔ)罐與三級(jí)氫化釜連接，用于向三級(jí)氫化釜通入高純CO2氣體、從三級(jí)氫化釜內(nèi)回收CO2氣體；收集CO2儲(chǔ)罐還與一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜通過CO2通入管道連接，用于向一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜通入收集的CO2氣體；收集CO2儲(chǔ)罐還與一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜通過CO2收集管道連接，用于收集一級(jí)氫化釜、二級(jí)氫化釜、三級(jí)氫化釜內(nèi)的CO2氣體。收集到的CO2氣體通過氣體加料裝置加入至一級(jí)和二級(jí)氫化釜中，將高純度CO2氣體通過氣體加料裝置加入至三級(jí)氫化釜中；所述氣體加料裝置主要由壓力傳感器、電動(dòng)閥門、信號(hào)控制箱、電源構(gòu)成，其中：壓力傳感器用于檢測(cè)氫化釜內(nèi)氣壓，并將氣壓信號(hào)傳輸給信號(hào)控制箱；信號(hào)控制箱用于接收、處理微壓傳感器傳輸?shù)臍鈮盒盘?hào)，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)的氣壓值高于預(yù)設(shè)的氣壓值時(shí)，向電動(dòng)閥門傳輸關(guān)閥指令。實(shí)施例3氫化工業(yè)級(jí)碳酸鋰制備電池級(jí)碳酸鋰的方法：稱取200kg工業(yè)級(jí)碳酸鋰，加入至1m3的反應(yīng)釜中，取600L工業(yè)用水加入其中，溫度維持在25℃，將攪拌槳的速率控制在180r/min，氣體速率控制在2.4m3/min，反應(yīng)5小時(shí)后，高純CO2氣體的用量為700m3(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)pH計(jì)檢測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)的pH值為7.5，過濾該溶液，所得濾液通入分解釜中，將溫度控制為90℃，攪拌槳的轉(zhuǎn)速為180r/min，經(jīng)過2.5小時(shí)的分解反應(yīng)，趁熱過濾得濾渣，將濾渣和食品級(jí)Ca(OH)2等質(zhì)量混合，混合后的質(zhì)量和普通純水按質(zhì)量比1:3配置成苛化液，將溫度提升至90℃，攪拌槳的轉(zhuǎn)速為180r/min，經(jīng)過5小時(shí)的苛化反應(yīng)，過濾除去碳酸鈣，用純水洗滌3次，將濾液氫氧化鋰的濃度濃縮至25g/L，將濃縮液以2L/min的速率通過離子交換樹脂，再將除雜后的濃縮液通入合成釜中，向合成釜中通入高純度CO2氣體(純度為99.99%以上)，溫度控制在90℃，攪拌速率為170r/min，氣體速率為1m3/min，合成時(shí)間為2h，趁熱過濾，將濾渣置于100℃的烘箱中干燥6小時(shí)，得碳酸鋰產(chǎn)品L3。實(shí)施例4取實(shí)驗(yàn)前工業(yè)級(jí)碳酸鋰樣L1，將實(shí)施例2得到的產(chǎn)品L2和實(shí)施例3得到的產(chǎn)品L3采用GB/T11064.1-2013中的酸堿滴定法檢測(cè)，得到L1碳酸鋰純度為99.02%、L2碳酸鋰純度為99.88%、L3碳酸鋰純度為99.51%；將L1、L2、L3產(chǎn)品按照GB/T11064.4-2013中的火焰原子吸收光譜法測(cè)定K、Na含量，其中K的含量分別為0.02%、0.00015%、0.00082%，Na的含量分別為0.18%、0.015%、0.025%；將L1、L2、L3產(chǎn)品按照GB/T11064.5-2013中的火焰原子吸收光譜法測(cè)定Ca含量，分別為0.01%、0.0035%、0.0055%；將L1、L2、L3產(chǎn)品按照GB/T11064.6-2013中的火焰原子吸收光譜法測(cè)定Mg含量，分別為0.012%、0.0066%、0.009%。綜合以上各實(shí)施例的結(jié)果和電池級(jí)碳酸鋰的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相比較，結(jié)果如下表1所示。表1L1、L2和L3三種產(chǎn)品的元素含量比較檢測(cè)項(xiàng)目L1L2L3國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)Li2CO399.02%99.88%99.51%99.5%K0.02%0.00015%0.00082%0.001%Ca0.01%0.0035%0.0055%0.005%Na0.18%0.015%0.025%0.025%Mg0.012%0.0066%0.009%0.008%從表1的結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明提供的方法制備的碳酸鋰產(chǎn)品，Li2CO3及K、Ca、Na、Mg的含量均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，達(dá)到電池級(jí)碳酸鋰的要求。并且，產(chǎn)品L2的Li2CO3純度與L3的相比，有明顯提高：K含量明顯降低，其余三種元素Ca、Na、Mg含量也有不同程度的降低。表2L2和L3兩種產(chǎn)品的氫化反應(yīng)高純度CO2氣體利用率比較樣品氫化反應(yīng)理論應(yīng)消耗高純度CO2量/m3氫化反應(yīng)高純度消耗實(shí)際CO2量/m3氫化反應(yīng)高純度CO2氣體利用率/%L260.547580.7%L360.547008.60%備注：V(實(shí)際消耗高純度CO2量)=[m(碳酸鋰的量)÷M(碳酸鋰的摩爾質(zhì)量)]×22.4L/mol；η(高純度CO2氣體利用率)=[V(理論消耗高純度CO2量)÷V(實(shí)際消耗高純度CO2量)×100%，其中高純度消耗實(shí)際CO2量為氣體用量?jī)x讀取。產(chǎn)品L2在使用三級(jí)氫化裝置后氫化反應(yīng)高純度CO2氣體的利用率為80.7%，而產(chǎn)品L3的氫化反應(yīng)高純度CO2氣體利用率僅為8.6%，產(chǎn)品L3的氫化反應(yīng)高純度CO2氣體利用率與其它文獻(xiàn)上提到的高純度CO2氣體的利用率類似，比如
背景技術(shù)：
引用的文獻(xiàn)“氫化條件對(duì)碳酸鋰提純的影響”中二氧化碳利用率為7.6%；同時(shí)產(chǎn)品L2的氫化反應(yīng)高純度CO2氣體利用率是L3的近10倍，有較大的提升，極大的降低了氫化反應(yīng)高純度CO2氣體使用量。當(dāng)前第1頁1 2 3