本發(fā)明涉及一種碳酸鋰純化的方法，屬于高純碳酸鋰制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳酸鋰是鋰化合物中最重要的鋰鹽，是制備其它高純鋰化合物和鋰合金的主要原料，其用途較為廣泛，在電池、化工、陶瓷、玻璃、冶金等重要工業(yè)領(lǐng)域都是不可或缺的原料。我國是一個(gè)鋰資源大國，鋰資源儲(chǔ)量居世界前列，具有極大的潛在價(jià)值。

近年來，鋰在高新技術(shù)領(lǐng)域，特別是新能源、新材料的應(yīng)用發(fā)展很快。隨著各類提鋰技術(shù)的成熟，工業(yè)級碳酸鋰的開發(fā)成本降低，價(jià)格大幅下降，需求量已逐漸趨于飽和，市場空間正在逐漸減小，競爭日益激烈。與此同時(shí)，隨著能源和新材料領(lǐng)域?qū)Ω呒冧圎}的市場需求擴(kuò)大以及工藝技術(shù)研究的不斷進(jìn)步，高純碳酸鋰生產(chǎn)已經(jīng)步入產(chǎn)業(yè)化的快車道。因此，在現(xiàn)有工業(yè)級碳酸鋰生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上開展關(guān)于高純級碳酸鋰生產(chǎn)工藝的研究，不僅可以提高產(chǎn)品的附加值，增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力，創(chuàng)造客觀的經(jīng)濟(jì)效益，還可以推動(dòng)我國相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

高純碳酸鋰的生產(chǎn)技術(shù)要求特別高，生產(chǎn)高純碳酸鋰的工藝流程對雜質(zhì)離子要有較好的去除率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種利用離子交換技術(shù)制取高純碳酸鋰的方法，可以有效去除工業(yè)級碳酸鋰中的雜質(zhì)離子，具有較高的操作可行性，工藝簡單，綠色環(huán)保。

一種利用離子交換法制取高純碳酸鋰的工藝方法，包括如下步驟：

(1)將工業(yè)級碳酸鋰與水以固液比為1：20～40混合得到碳酸鋰漿料投入反應(yīng)釜中，通入高純CO₂，控制壓力在6×10⁵～6.5×10⁵Pa，碳化時(shí)間為2～3小時(shí)，在一定溫度下使碳酸鋰氫化；

(2)將氫化液注入儲(chǔ)存罐中，加入一定量的H₂SO₄，進(jìn)行精密過濾，除去不溶性雜質(zhì)。

(3)將過濾后的LiHCO₃溶液依次通過陽離子交換柱和陰離子交換柱，除去其中的雜質(zhì)離子。

(4)將交換液通入熱解反應(yīng)釜中，加熱至恒溫?cái)嚢璩O₂氣體，過濾出沉淀。

(5)將分解出的碳酸鋰在漂洗池中用去離子水在一定溫度下進(jìn)行漂洗，離心烘干即可得到高純碳酸鋰。

進(jìn)一步地，步驟(1)所述的碳化溫度為30～40℃。

進(jìn)一步地，步驟(2)所述的一定量的H₂SO₄，使液相中SO₄^2-含量控制在0.4～0.6g/L。

進(jìn)一步地，步驟(3)所述的陽離子交換柱為D110弱酸性離子交換柱，陰離子交換柱為D202強(qiáng)堿性離子交換柱。

進(jìn)一步地，步驟(4)所述恒溫溫度為90℃。

進(jìn)一步地，步驟(4)所述攪拌速率為300r/min～500r/min。

進(jìn)一步地，步驟(5)所述漂洗溫度為60℃。

進(jìn)一步地，步驟(5)所述離心機(jī)轉(zhuǎn)速不超過50r/s。

進(jìn)一步地，步驟(5)所述干燥方式為150℃鼓風(fēng)干燥。

進(jìn)一步地，陽離子交換柱用7％HCl溶液浸泡再生后送回步驟(3)使用；陰離子交換柱先用8％HCl溶液浸泡1h，除去陰離子樹脂表面的污染物，用水洗至中性，再用15％NaOH溶液再生后送回步驟(3)使用。

從上面的技術(shù)方案可知，本發(fā)明的一種利用離子交換法制取高純碳酸鋰的工藝方法通過控制生產(chǎn)條件可以有效去除Li₂CO₃中的雜質(zhì)離子和解決分解過程中Li₂CO₃的粘壁和溶液的冒溢問題，從而使產(chǎn)品的性能穩(wěn)定在理想范圍。所得產(chǎn)品中碳酸鋰含量達(dá)99.995％以上，達(dá)到高純級碳酸鋰的國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)YS/T546-2008。采用特定方法對陽離子交換柱和陰離子交換柱進(jìn)行再生，使用壽命長，工藝簡單，綠色環(huán)保，大幅降低了生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的利用工業(yè)級碳酸鋰制備高純碳酸鋰的方法的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，制備高純碳酸鋰的主要工藝流程包括：

氫化:將工業(yè)級碳酸鋰與水以混合得到碳酸鋰漿料投入反應(yīng)釜中，通入高純CO₂氣體；氫化工藝最佳工藝參數(shù)：固液比為1：20～40，碳化壓力為6×10⁵～6.5×10⁵Pa，碳化時(shí)間為2～3小時(shí)，碳化溫度為30～40℃，CO₂體積分?jǐn)?shù)為15％～30％。

反應(yīng)原理：

Li₂CO₃+CO₂+H₂O＝2LiHCO₃。

過濾：將氫化液注入儲(chǔ)存罐中，加入一定量的H₂SO₄,進(jìn)行精密過濾，除去不溶性雜質(zhì)。H₂SO₄的加入量確保液相體系中SO₄^2-含量控制在0.4～0.6g/L之間，優(yōu)選0.5g/L。

離子交換：將過濾后的LiHCO₃溶液依次通過陽離子交換柱和陰離子交換柱，除去其中的雜質(zhì)離子。

其中陽離子柱為D110弱酸性離子交換柱，以6-9L/min的速率通過陽離子交換柱，可以有效除去溶液中的Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等陽離子；陰離子柱為D202強(qiáng)堿性離子交換柱，以8-12L/min的速率通過陰離子交換柱，能夠有效去除SO₄^2-,Cl^-等陰離子。離子交換柱通過再生可以繼續(xù)使用。

離子柱再生：陽離子交換柱用7％HCl溶液再生。

通常陰離子樹脂的再生方法是直接用NaOH溶液再生，這種方法不能有效去除樹脂表面的沉淀，OH^-不能與樹脂中被置換的離子有效接觸，難以有效再生。本發(fā)明先用8％HCl溶液浸泡陰離子交換柱1h，除去陰離子樹脂表面的污染物，用水洗至中性，再用15％NaOH溶液再生。

熱分解:將交換液通入熱解反應(yīng)釜中，加熱至恒溫?cái)嚢璩O₂氣體，過濾出沉淀。本步驟控制溫度在90℃，攪拌速率為300r/min～500r/min，反應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)。

漂洗:將分解出的碳酸鋰在漂洗池中進(jìn)行漂洗。本步驟用去離子水為漂洗劑，在60℃下進(jìn)行多次漂洗，用以除去碳酸鋰中的可溶性離子。漂洗液循環(huán)使用。

離心烘干:將漂洗過的碳酸鋰裝入離心機(jī)中離心，將離心后的碳酸鋰在鼓風(fēng)干燥機(jī)中鼓風(fēng)干燥，得到高純碳酸鋰成品。本步驟離心機(jī)轉(zhuǎn)速不超過50r/s，離心時(shí)間3min，使碳酸鋰脫去80％的水為宜。離心母液循環(huán)使用。要求在150℃下進(jìn)行鼓風(fēng)干燥，得到的產(chǎn)品質(zhì)地均勻，粒度小。

實(shí)施例1

一種利用離子交換法制取高純碳酸鋰的工藝方法，包括如下步驟：

(1)將工業(yè)級碳酸鋰與水以固液比為1：25混合得到碳酸鋰漿料投入反應(yīng)釜中，通入高純CO₂，控制壓力在6.2×10⁵，碳化時(shí)間為2.5小時(shí)，溫度為35℃；CO₂體積分?jǐn)?shù)為20％。

(2)將氫化液注入儲(chǔ)存罐中，加入一定量的H₂SO₄，SO₄^2-含量為0.51g/L,進(jìn)行精密過濾，除去不溶性雜質(zhì)。

(3)將過濾后的LiHCO₃溶液以8L/min的速率通過D110弱酸性離子交換柱，再以11L/min的速率通過D202強(qiáng)堿性離子交換柱。

(4)將交換液通入熱解反應(yīng)釜中，加熱至90℃攪拌除去CO₂氣體，過濾出沉淀，攪拌速率為350r/min。

(5)將分解出的碳酸鋰在漂洗池中用去離子水在60℃下進(jìn)行漂洗，離心烘干即可得到高純碳酸鋰，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為50r/s，離心時(shí)間3min，然后在150℃下進(jìn)行鼓風(fēng)干燥。

檢測結(jié)果見表1。

實(shí)施例2

一種利用離子交換法制取高純碳酸鋰的工藝方法，包括如下步驟：

(1)將工業(yè)級碳酸鋰與水以固液比為1：35混合得到碳酸鋰漿料投入反應(yīng)釜中，通入高純CO₂，控制壓力在6.3×10⁵，碳化時(shí)間為3小時(shí)，溫度為38℃，CO₂體積分?jǐn)?shù)為25％；

(2)將氫化液注入儲(chǔ)存罐中，加入一定量的H₂SO₄,SO₄^2-含量為0.55g/L，進(jìn)行精密過濾，除去不溶性雜質(zhì)。

(3)將過濾后的LiHCO₃溶液以7L/min的速率通過D110弱酸性離子交換柱，再以9L/min的速率通過D202強(qiáng)堿性離子交換柱。

(4)將交換液通入熱解反應(yīng)釜中，加熱至90℃攪拌除去CO₂氣體，過濾出沉淀，攪拌速率為400r/min。

(5)將分解出的碳酸鋰在漂洗池中用去離子水在60℃下進(jìn)行漂洗，離心烘干即可得到高純碳酸鋰，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為40r/s，離心時(shí)間3min，然后在150℃下進(jìn)行鼓風(fēng)干燥。

檢測結(jié)果見表1。

對比例1

將工業(yè)級碳酸鋰進(jìn)行提純，工藝步驟如下：

(1)在固液比1:20，CO₂流速45L/h，碳化時(shí)間1h的條件下進(jìn)行碳化試驗(yàn)，過濾。Li⁺在固相中的損失率為1.09％，濾液中Ca²⁺5.3mg/L，Mg²⁺2.4mg/L。

(2)將(1)的濾液通入到裝有螯合樹脂的交換柱中，流速1ml/min，一次離子交換鈣的去除率為80％，二次離子交換鈣的去除率為99％。

(3)將一次離子交換后液裝入帶有攪拌器的三口瓶中，攪拌，加熱至料液沸騰，反應(yīng)1h，過濾，洗滌，干燥獲得碳酸鋰產(chǎn)品。

檢測結(jié)果見表1。

表1