李斌壽 申朝貴 解占孝 李順營(yíng)(青海鋰業(yè)有限公司, 青海 格爾木 816000)

粗級(jí)碳酸鋰提純工藝過程分析

李斌壽 申朝貴 解占孝 李順營(yíng)(青海鋰業(yè)有限公司, 青海 格爾木 816000)

碳酸鋰產(chǎn)品在陶瓷、玻璃、電池正負(fù)極材料及電解液等行業(yè)應(yīng)用廣泛，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)碳酸鋰產(chǎn)品的純度要求較高。由于受技術(shù)條件的限制，目前大多數(shù)碳酸鋰產(chǎn)品純度無法達(dá)到要求。本文通過氫化分解法對(duì)粗級(jí)碳酸鋰進(jìn)行提純，產(chǎn)品純度從88%提高到99%，提純效果明顯，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

粗級(jí)碳酸鋰；純度；氫化分解法

傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)碳酸鋰普遍存在一定的問題：比如苛化法只有在石灰乳純度很高時(shí)，才能有效去除鈣、鎂等雜質(zhì)；電解法得到的碳酸鋰產(chǎn)品純度比較高，但是對(duì)膜的要求同樣很高；氫化沉淀法能夠有效控制產(chǎn)品的顆粒，但是制備成本高；氫化分解法回收率好，可行性強(qiáng)。在傳統(tǒng)提純技術(shù)的基礎(chǔ)上分析粗級(jí)碳酸鋰產(chǎn)品的提純工藝，探索有效的提純方法，對(duì)提高碳酸鋰產(chǎn)品純度具有重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)器材：原子吸收光譜儀，型號(hào)：S2-AA3000，美國(guó)熱電公司；磁力加熱攪拌器，型號(hào)：78-1，常州國(guó)華電器有限；恒溫水浴，；電子天平，型號(hào)：AB204-S,梅特勒-托利多有限公司；電熱恒溫水鍋，型號(hào)：HH-S6，北京科偉永興儀器有限公司；燒杯，500 mL，蜀牛玻璃儀器有限公司。實(shí)驗(yàn)藥品：粗級(jí)碳酸鋰，青海鋰業(yè)有限公司；NaOH，分析純，青海宜化化工有限責(zé)任公司。

2 實(shí)驗(yàn)過程

由于粗級(jí)碳酸鋰中含有一定的鎂雜質(zhì)，所以通過單一的氫化分解法不能有效的去除，還需要對(duì)其進(jìn)行氫化、除鎂、蒸發(fā)等處理以提高產(chǎn)品的純度。

(1)氫化工藝 首先稱取10g粗級(jí)碳酸鋰產(chǎn)品溶于500 ml燒杯中，然后加熱檢測(cè)碳酸鋰的反應(yīng)，加熱溫度分別為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、40℃，產(chǎn)品氫化反應(yīng)完成后，通過抽濾處理除去其中的鎂離子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加熱溫度對(duì)碳酸鋰產(chǎn)品的反應(yīng)速度和氣液傳質(zhì)具有重要影響，加熱溫度高化學(xué)反應(yīng)的速度越快，但是化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)量與溫度成反比，導(dǎo)致介質(zhì)傳動(dòng)作用力減少，化學(xué)反應(yīng)速率降低。因此，最佳氫化溫為20℃。在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，分別選擇CO2氣體的流速為0.5L/min、1.5L/min、2.3L/min、4L/min，氫化時(shí)間分別為30min、50min、70min、90min、120min、150min，探索最佳氫化時(shí)間和氣體流速。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CO2氣體流速越快，進(jìn)入到玻璃容器中的二氧化碳越多，氫化反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡越多。因此，氫化時(shí)間為150min、CO2氣體流度為1 L/min時(shí)反應(yīng)效果最好。

(2)除鎂工藝 粗級(jí)碳酸鋰產(chǎn)品經(jīng)過氫化反應(yīng)以后，液體中還殘留一定的Mg2+，需要進(jìn)一步去除Mg2+才能得到高純度的碳酸鋰產(chǎn)品。采用NaOH溶液除去溶液中的Mg2+，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 NaOH溶液除去Mg2+結(jié)果

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，除鎂率及鋰的損失率隨著NaOH溶液加入量的增大而增大，當(dāng)NaOH溶液的加入量當(dāng)量為100%時(shí)除鎂效果最好，鋰的損失率在生產(chǎn)允許范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氫氧化鈉與鎂離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并可以及時(shí)過濾除去Mg(OH)2沉淀，這是因?yàn)槿芤褐械逆V離子和氫氧化鈉的含量都比較小，所以不會(huì)影響溶液的酸堿度。因此，在化學(xué)反應(yīng)中，能將鎂離子的殘留量控制在最小，可以進(jìn)一步提高碳酸鋰產(chǎn)品的純度。

(3)蒸發(fā)分解工藝 碳酸鋰產(chǎn)品經(jīng)過氫化分解得到碳酸氫鋰，通過氫化、除鎂工藝以后，還需要對(duì)碳酸氫鋰進(jìn)行蒸發(fā)分解處理才能得到高純度的產(chǎn)品。首先對(duì)碳酸氫鋰進(jìn)行熱分解，然后加熱結(jié)晶得到碳酸鋰產(chǎn)品。碳酸氫鋰的分解溫度比較低，一般為4.25℃，然而溫度太低不利于碳酸氫鋰分解，所以在實(shí)驗(yàn)過程中提高反應(yīng)溫度有利于溶液的蒸發(fā)和提高晶體結(jié)晶的速度，但是溫度不能超過90℃，超過90℃會(huì)釋放大量的CO2。所以， 碳酸氫鋰的分解溫度控制在90℃。 在實(shí)驗(yàn)過程中，攪拌速率一定程度上也會(huì)促進(jìn)碳酸氫鋰分解和結(jié)晶。攪拌速率越快，液體流動(dòng)速度越快，有利于CO2氣體溢出，從而加速碳酸氫鋰的分解。所以在實(shí)驗(yàn)過程中，攪拌棒的速率控制在500r/min為宜。碳酸鋰產(chǎn)品經(jīng)過氫化以后，添加300g NaOH與溶液中，對(duì)其在90℃下進(jìn)行加熱并攪拌，攪拌速率為500r/min。燒杯中水的蒸發(fā)質(zhì)量達(dá)到270g以后，采取高溫抽濾的方式分離出產(chǎn)品，并用清水沖洗烘干，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從實(shí)驗(yàn)可以看出，隨著水蒸發(fā)越來越多，碳酸鋰的純度反而不斷下降，因此可以得出水蒸發(fā)率對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)率和純度影響比較大，在實(shí)驗(yàn)過程中，水蒸發(fā)率小于80%。

圖2 蒸發(fā)分解實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氫化分解法能將碳酸鋰產(chǎn)品的純度由88%提高到99%以上，且一次產(chǎn)量達(dá)到75%以上，極大的提高了產(chǎn)品的純度和產(chǎn)率，具有良好的提純效果。但是氫化分解法只能有效去除鎂離子，無法去除產(chǎn)品中的其它雜質(zhì)，所以要進(jìn)一步提高碳酸鋰產(chǎn)品的純度還需要結(jié)合其他除雜工藝，對(duì)粗級(jí)碳酸鋰提純工藝進(jìn)行深化研究和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)對(duì)提高碳酸鋰產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要意義。

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