提升碳酸鋰產(chǎn)品品質(zhì)工藝研究

景海德，張成勇，馬成功，劉發(fā)貴

(青海鹽湖佛照藍(lán)科鋰業(yè)股份有限公司，青海 格爾木 816000)

碳酸鋰在生產(chǎn)二次鋰鹽和金屬鋰制品中有著非常廣泛的應(yīng)用，是鋰行業(yè)中最關(guān)鍵的產(chǎn)品之一。國(guó)內(nèi)外從鹽湖鹵水提取鋰鹽的工藝方法，主要有萃取法、碳化法、沉淀法、離子交換吸附劑、礦石提取法、電滲析法等。其中,柴達(dá)木盆地鹽湖提鋰主要方法有：萃取法、吸附法、煅燒法等工藝，特別是吸附法有效地解決了從高鎂鋰比鹽湖中提取碳酸鋰的世界性難題，使得青海鹽湖鹵水提鋰技術(shù)水平處于世界領(lǐng)先地位。從鹽湖鹵水中制取碳酸鋰，一般是通過(guò)氯化鋰溶液—蒸發(fā)濃縮—沉鋰—碳酸鋰流程，該生產(chǎn)法最終產(chǎn)品都是碳酸鋰，文章針對(duì)所得碳酸鋰產(chǎn)品品質(zhì)提升做了一些工藝上探索研究。

1 研究目的

試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱说玫礁呒兲妓徜嚠a(chǎn)品，利用部分現(xiàn)有設(shè)備及新增設(shè)備，對(duì)工藝及設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證，收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)工藝參數(shù)，解決現(xiàn)有吸附法提鋰技術(shù)存在的產(chǎn)品純度低、品質(zhì)不穩(wěn)定等技術(shù)瓶頸問(wèn)題。

2 研究方案

為了解決反應(yīng)釜生產(chǎn)電池級(jí)碳酸鋰實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)有結(jié)晶器生產(chǎn)碳酸鋰使用設(shè)備之間的矛盾，提高工作效率。研究組成員經(jīng)多次咨詢專業(yè)設(shè)備廠家、質(zhì)量技術(shù)局等單位，通過(guò)查閱大量數(shù)據(jù)庫(kù)資料，對(duì)反應(yīng)釜生產(chǎn)碳酸鋰這一課題進(jìn)行反復(fù)研究與論證，結(jié)合目前生產(chǎn)工業(yè)級(jí)Li2CO3產(chǎn)品組成特性的分析研究后，認(rèn)為單釜反應(yīng)時(shí)間根據(jù)進(jìn)料時(shí)間和陳化時(shí)間來(lái)確定。其中決定性因素：加料方式、加料時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、攪拌器形式、反應(yīng)溫度、陳化時(shí)間、布料方式等。實(shí)驗(yàn)方案如表1。

表1 實(shí)驗(yàn)方案(反應(yīng)溫度70 ℃～80 ℃)Tab.1 Experimental scheme(reaction temperature is 70 ℃～80 ℃)

3 碳酸鋰產(chǎn)品品質(zhì)提升單因素影響分析

3.1 離心機(jī)選型及影響

為保證產(chǎn)品品質(zhì)，研究過(guò)程選取316L材質(zhì)離心機(jī)，該離心機(jī)濾餅層比較薄、清濾餅周期較長(zhǎng)、產(chǎn)品中水分含量比較低(約8%)、安裝簡(jiǎn)單、能耗較低。

3.2 反應(yīng)溫度的影響(如圖1)

查看碳酸鋰物性參數(shù)表，其溶解度隨著溫度升高而出現(xiàn)下降，為保證其工藝收率，將反應(yīng)溫度控制在鋰損較小的條件。碳酸鈉沉鋰是吸熱反應(yīng)，理論上加熱有利于沉淀鋰。

圖1 反應(yīng)溫度與硫酸根含量曲線圖Fig.1 Curve diagram of reaction temperature and sulfate content

3.3 分布器選型及影響

為保證產(chǎn)品品質(zhì)選取316L霧化噴頭,尺寸適合、安裝簡(jiǎn)單，起到物料分布均勻的效果，使反應(yīng)更充分。

3.4 攪拌器選型及轉(zhuǎn)速影響(如圖2)

為保證產(chǎn)品品質(zhì)選用316L材質(zhì)攪拌器，使反應(yīng)充分、產(chǎn)品品質(zhì)提高、產(chǎn)品粒徑分布均勻，最終產(chǎn)品達(dá)到電池級(jí)碳酸鋰質(zhì)量要求。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳酸鈉加入時(shí)，隨著料漿濃度的升高造成粘度增加，給攪拌帶來(lái)一定阻力，為了產(chǎn)品粒徑分布均勻、反應(yīng)充分，需保證攪拌速度足夠大。

圖2 攪拌器選型及應(yīng)用Fig.2 Selection and application of agitator

攪拌速度實(shí)驗(yàn)。采用正向加料，50 min加料時(shí)間，反應(yīng)溫度80 ℃±3 ℃，在沉鋰反應(yīng)時(shí)將攪拌轉(zhuǎn)速控制為40 r/min、45 r/min、50 r/min、60 r/min、70 r/min、80 r/min參考攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)產(chǎn)品的影響(圖3)。

圖3 攪拌轉(zhuǎn)速與鈉離子、氯離子曲線圖Fig.3 Curve diagram of strirring speed with sodium ion and chloride ion

由圖3可以看出隨著攪拌轉(zhuǎn)速增加，鈉離子呈現(xiàn)逐漸降低后上升趨勢(shì)；氯離子則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，為保證產(chǎn)品品質(zhì)，使用轉(zhuǎn)速為60 r/min～65 r/min較好的控制產(chǎn)品中雜質(zhì)離子含量。

3.5 方案實(shí)施及數(shù)據(jù)檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，不同方案生產(chǎn)出的產(chǎn)品品質(zhì)。見圖4。

圖4 不同方案對(duì)應(yīng)產(chǎn)品對(duì)比圖Fig.4 Contrast diagram of products corresponding to different schemes

其中，方案1、方案2不理想。通過(guò)多次調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，方案5生產(chǎn)出產(chǎn)品平均質(zhì)量為99.54%，最高質(zhì)量為99.61%；鈉離子平均含量為0.023%；硼離子平均含量為0.028%；氯離子平均含量為0.002 4%。除硼含量超出電池級(jí)碳酸鋰雜質(zhì)含量外，其余雜質(zhì)離子含量均在指標(biāo)范圍內(nèi)。

4 結(jié)論