碳酸锂工艺生产及过程改进研究思考研究

蔡昶

湖南汉尧锂业有限公司  湖南郴州  424400

摘要：碳酸锂是一种无机化合物，是制取锂化合物和金属锂的重要原材料之一，在我国玻璃制造、军事以及医疗等多个行业具有广泛的应用和发展空间。但是由于碳酸锂主要生产原料相对较少，且生产工艺相对复杂，因此极大地增加了碳酸锂生产难度。目前我国已经针对碳酸锂研发了多种生产工艺，但是各个生产工艺各有其优缺点，仍然存在资源和技术壁垒，因此加强碳酸锂生产工艺分析与改进极为重要。

关键词 ： 碳酸锂 ； 工艺生产 ； 过程改进

碳酸锂的物理和化学性质相对特殊，具有非常广泛的发展空间，但是由于原材料开采难度以及技术壁垒因素影响我国碳酸锂的应用仍然存在诸多难点亟需攻破。因此加强碳酸锂资源利用效率，寻找更为有效的生产工艺方式成为目前最为重要的问题。

1碳酸锂相关概念分析

1.1碳酸锂生产工艺研究基础

碳酸锂在我国玻璃制造、军事防御以及医疗行业等具有非常广阔的发展空间也是影响行业发展的关键性因素，因此需要对碳酸锂的主要特征、生产原料以及生产工艺方式等进行着重分析与探究。碳酸锂的主要原材料主要分为以下几种：其一是锂辉石；其二是盐湖水；其三是海水，不同原材料所采用的生产工艺各不相同，所获得的纯度和产量也存在较大差异性。随着时间的发展，我国将盐湖水作为主要生产原料，但是镁元素含量较高，且难以将镁元素和锂元素进行分离，因此更多地通过锂矿山进行提取。另外，根据镁元素和锂元素含量的不同所采取的生产工艺也存在一定的差别，例如蒸发或煅烧等，另外，便是由海水进行提炼，这也是目前我国提取锂元素最为主要的原材料。

1.2碳酸锂的分类

（1）按质量品级分类。碳酸锂根据成分含量以及纯度等指标内容主要分为以下几种，其一是电池级碳酸锂，主成分含量大于99.5%且杂质含量极少满足国家行业标准；其二是准电池级碳酸锂，主要成分含量大于99.5%，但存在少量杂质；其三是工业级碳酸锂，主要成分含量小于99.5%且杂质含量相对较高的；其四是粗制碳酸锂，主要成分含量不足99.2%。现阶段，电池级碳酸锂和工业级碳酸锂的产量大致相同，但是主要成分含量越高其发展应用空间越大，大部分杂质较多的粗制碳酸锂经过一系列加工处理后其含量可达到电池级标准。

（2）按原料分类。通常来讲我国碳酸锂主要原料不外乎盐湖水、海水以及锂辉石等几种，但是由于技术壁垒，碳酸锂提取难度相对较大。根据调查显示，我国多数电池级碳酸锂的生产原材料主要以锂辉石为主，其他碳酸锂则主要由盐湖水等材料提取而成。

1.3行业发展

锂行业历经时代的发展变化实现了较大的突破和发展，在战争年代碳酸锂的主要生产原材料为锂辉石，被广泛应用于航空事业和军事防护事业。随着和平年代的到来，军事领域对碳酸锂的需求逐渐降低，碳酸锂的主要应用行业主要以工业润滑油、医疗以及玻璃制造业等为主。碳酸锂产业链发展如图1所示。

图1碳酸锂产业链

2  碳酸锂工艺生产的形式

碳酸锂中重要的元素锂是各个行业生产的主要原材料，因此需要对含有锂元素的材料进行寻找并根据材料性质合理选择生产工艺，提升锂元素纯度和含量。

2.1 以锂辉石为原料的碳酸锂工艺生产形式

（1）硫酸法

硫酸法是目前碳酸锂生产工艺中较为有效的生产工艺之一，即使矿石中氧化锂含量相对较低也能够提取，且溶液纯度相对较高，但是其劣势在于会大幅度降低硫酸以及纯碱的应用价值，因此在具体生产过程中应当对硫酸使用量进行适当调整。首先对含氧化锂矿石材料进行焙烧，随后利用硫酸材料进行酸化焙烧，通过净化流程后的硫酸锂溶液，再次加入纯碱溶液经过沉锂、分离、最终获得碳酸锂产品。

（2）锂辉石与硫酸盐混合烧结

将锂辉石与硫酸钾溶液进行均匀混合并对烧结温度进行合理控制，通过物理化学反应等能够实现锂元素的置换形成具有可溶性特征的硫酸盐，随后将经过烧结、分离得到的锂离子导入溶液当中，经过一段时间的沉淀便可得到碳酸锂产品。

（3）氯化烘焙

氯化烘焙生产工艺的实施流程 主要是将锂辉石与氯化剂进行融合将其中形成的氯化物进行提取。该生产工艺主要有两种操作方式，其一是中温氯化法，即在低于碱金属氯化物沸点情况下将锂辉石中的杂质进行排除；其二是高温氯化法，即在超出沸点情况下对锂辉石进行焙烧，通过氯化物挥发的方式加快杂质的排出速度[1]。

2.2 以盐湖卤水为原料的碳酸锂工艺生产形式

根据调查分析可以得知，我国盐湖水中锂元素储量超过70%，且生产工艺相对简单，对能源消耗较低，与传统的锂辉石加工分解生产方式相比更为简便，同时也大幅度降低了酸性或碱性固体废弃物对生态环境的影响，具有一定的环保节能效果。主要表现为以下几方面：

（1）蒸发沉淀

用盐湖卤水作为主要原材料用以提取碳酸锂是目前应用较为普遍的生产工艺方式，将含有锂元素的盐湖卤水放入指定蒸发池中，通过太阳暴晒加快水分蒸发速度，当锂元素含量达到指定标准后，便可以对剩余溶液中的镁元素以及钙元素进行分离，最后利用纯碱溶液加快锂元素的沉淀效果，最终得到碳酸锂产品。蒸发沉淀生产工艺流程简单、操作便捷，具有低污染、低耗能、低成本的显著优势，但是主要适用于镁元素含量相对较低的盐湖卤水。蒸发沉淀如图2所示。

图2盐湖卤水的蒸发沉淀

（2）煅烧法

对于镁元素和锂元素含量相对较大的盐湖卤水则不适用于蒸发沉淀生产工艺，此时可以通过煅烧法获取碳酸锂成品。首先，对原料进行煅烧，并将煅烧后的烧结物进行浸泡，由于氧化镁具有不可溶于水特点，因此溶液中仅为锂元素，能够及时排除杂质。随后，将溶液进行蒸发、沉淀和烘干等一系列操作后便可获得纯度较高的碳酸锂产品。煅烧法生产工艺能够有效提升盐湖资源的利用效率，但是对生产设备要求极高，且需要消耗大量的水资源和能源[2]。

（3）溶剂萃取

溶液萃取生产工艺广泛使用于镁和锂含量较大的盐湖水。由于镁元素和锂元素的溶解系数并不相同，因此可以通过不同的溶剂使其化合物快速转移到其他溶剂当中，通过反复萃取能够加快锂元素的提取，提升锂的纯度。但是溶液萃取生产工艺对设备要求极高，且具有一定的腐蚀性，需要消耗大量的水资源。

（4）吸附法

选择高质量的吸附剂将盐湖水中含量较高的锂元素进行快速吸收，通过反复吸附和分离，能够有效提升锂的纯度。吸附法也同样适用于以海水为主要原材料的生产工艺，操作简单便捷，是目前公众最具有前景的工艺技术。

（5）电渗析

电渗析生产工艺主要是通过电渗析器利用阴、 阳一价选择性离子交换膜循环工艺对盐湖卤水进行提取，随后清除溶液中的镁元素等杂质，再进行浓缩或干燥最终获得浓度较高的碳酸锂产品。电渗析生产工艺具有较强的环保性。

3  生产碳酸锂的过程研究

通过以不同原材料为基础的碳酸锂生产工艺能够发现，虽然目前我国生产工艺已经逐渐完善并取得了一定的成就，但是仍存在一定的缺陷，例如耗能高、污染大、生产复杂等，因此需要对碳酸锂生产工艺和过程进行不断的优化和完善。根据总结分析可以得知目前各种生产工艺的优缺点，如表1所示。

碳酸锂生产工艺优缺点比较

主要原材料	工艺	优点	缺点
锂辉石	硫酸法	回收率相对较大，可以处理各种类型矿山	能耗较高，施工流程复杂，需要消耗较大成本
	硫酸盐混合焙烧法	回收率相对较大	能耗较高，施工流程复杂，需要消耗较大成本
	氯化焙烧法	回收率相对较大，能效相对较低且操作简单	需要消耗较大成本，对设备要求高，且需要较强腐蚀性和危险性
盐湖卤水	蒸发沉淀法	成本相对较低、操作简单	需要消耗大量水资源，耗时长且成本相对较高
	吸附法	回收率相对较大，操作简单	需要消耗大量水资源，耗时长且成本相对较高
	煅烧浸取法	操作简单	仅适合镁、锂溶度较高情况
	电渗析法	回收率相对较大	成本相对较高，无法实现工业化发展
	萃取法	对处理镁锂浓度较高的盐湖水效果明显	需要进行二次生产，且成本较高，容易腐蚀生产设备

现阶段我国以各种原材料为基础的碳酸锂生产工艺主要重点内容以提升产品回报率、纯度以及降低环境污染方面，通过对改善反应温度以及对反应时间进行严格控制，完善反应条件扥措施，能够大幅度提升碳酸锂产品回报率，保障产品质量。除此之外，还可以通过适当添加助剂以及创造新生产工艺等方式，例如气相法或者离子交换等生产工艺方式对反应效果以及提取纯度进行相应的调整。另外，微生物法等越来越多的生产工艺也逐渐被应用于碳酸锂生产和研究当中，对提升碳酸锂生产效率以及纯度具有明显效果[3]。

4  结语

综上所述，碳酸锂生产工艺流程的分析以及优化改善对提高碳酸锂产品生产效率以及提高纯度具有明显效果。因此我国相关领域研究人员应当加强生产工艺的研发与完善，并根据不同生产原料对生产工艺进行创新，为促进我国各行各业经济发展奠定基础。

参考文献

[1]李迎风,张元龙. 碳酸锂工艺生产及过程改进研究[J]. 世界有色金属,2019(19):220-221. 

[2]彭建忠. 国内碳酸锂生产工艺和效益分析[J]. 盐科学与化工, 2019, 48(10): 18-21.

[3] 郭伟平,李斌寿,秦春花等. 碳酸锂生产工艺的研究进展[J]. 化工管理, 2018,(23): 92-93.