一种高纯亚微米级碳酸锂的制备方法技术

本发明专利技术涉及化工分离提纯技术领域，尤其是一种高纯亚微米级碳酸锂的制备方法，包括如下步骤：取碳酸锂粗品溶于高纯水中配制成碳酸锂料浆；使所述料浆进入旋转填料床中，并向所述旋转填料床中通入CO2气体，制得碳酸氢锂料液；将所述碳酸氢锂料液依次经过预处理后的钙、镁离子交换树脂装置、硼离子交换树脂装置，使所述碳酸氢锂料液中所含钙、镁、硼杂质脱除后形成第二溶液；取所述第二溶液与分散剂混合均匀形成第三溶液，将所述第三溶液加入所述旋转填料床中反应，生成碳酸锂沉淀；干燥后获得所述亚微米级高纯碳酸锂产品。本发明专利技术直接用锂盐工业粗碳酸锂为原料来制备高纯亚微米级碳酸锂，原料更广泛易得，且原料成本大幅降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工分离提纯
，尤其涉及一种高纯亚微米级碳酸锂的制备方 法。
技术介绍
高纯碳酸锂的制备通常以碳酸锂粗品料浆为原料，通过向其中通入0)2发生碳化 反应得到碳酸氢锂料液，再经离子交换树脂除杂步骤，之后通过热解反应制得高纯碳酸锂 产品。因此，碳酸氢锂料液的制备是制备高纯碳酸锂的一个必经过程。如何提高粗碳酸锂 到碳酸氢锂过程的转化效率，且缩短这一转化时间是制备碳酸氢锂料液的一个必须考虑的 课题。 戴志锋在2005年发表的《高纯碳酸锂制备过程中碳化反应的优化与除钙镁的研 究》硕士研究生毕业论文中表明：当碳化温度在20°C，碳化反应时间在90min时，C02气体的 单位时间流量控制在2. 667L/min(0. 16m3/h)时能使碳化反应的速率达到最大，碳化的效率 最高，碳酸锂的转化效率达到78. 7%。即使延长反应时间至150min时，碳酸锂的转化效率 也只为79. 2%。 超重力技术正是通过高速旋转产生的离心力来增大重力加速度，模拟超重力环 境，实现强化微观混合和传质过程的技术。模拟超重力环境的设备称为高速旋转填料床。气 液反应多采用逆流高速旋转填料床，例如，其结构可参见陈建峰在2002化学工业出版社， 发表的《超重力技术及应用》所示。 人们迫切希望能将超重力技术结合至碳酸锂向碳酸氢锂的转化应用当中。 专利201110436996. 7《一种纯化碳酸锂的方法》中，提出来以碳酸锂制备高纯碳 酸锂，此工艺提供了采用碳化法和热解法相结合，进行碳酸锂纯化的工艺。该现有技术主要 的缺点有： 1、采用常用方法完成碳化以制备碳酸氢锂溶液，其工艺耗时长，且效率较低。2、 采用热解碳酸氢锂料液制备碳酸锂，料液需匀速升温（升温速率为0. 5-l°C /min)，加热至 70-90°C，过程耗能大，不易控制，且过程持续时间长。3、采用离子交换法去除杂质，离子交 换过程没有针对性去除硼，而硼是影响碳酸锂产品在电池材料等方面应用的非常关键的因 素，如果原料（如工业级碳酸锂）中硼的含量较高时，采用现有技术无法有效脱除硼，那 么会影响其作为锂电池材料的应用。专利201010144824.8《一种制备纳米碳酸锂的方法》 中，提出了以可溶性锂盐和氢氧化锂为原料制备纳米碳酸锂的方法。该现有技术主要的缺 点有：1对原料锂的性质有特殊特别要求（锂为可溶性的锂盐或可溶性的氢氧化锂等），不 能解决难溶性锂盐为原料制备纳米碳酸锂的问题。使得生产技术的应用局限性较大。2现 有技术所采用的分散剂价格昂贵，生产成本较高。3采用现有技术只能保证碳酸锂的尺度， 而无法满足碳酸锂的产品纯度。而碳酸锂作为锂电池材料等其对产品纯度的要求是非常关 键的。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供，包括 如下步骤： 步骤一：取碳酸锂粗品分散于高纯水中配制成物料浓度为30~90g/L的碳酸锂料 衆；使所述料衆进入旋转填料床中，并向所述旋转填料床中通入C02气体，进行40~150min 的碳化反应后获得料液；其中，控制所述料浆的进料速度为80~450mL/min、旋转填料床的 转速为不高于50Hz ;以及C02气体流量为0. 02~0. 20m 3/L ;对所述料液进行固液分离，获 得碳酸氢锂料液； 步骤二：将所述碳酸氢锂料液依次经过预处理后的钙、镁离子交换树脂装置、硼离 子交换树脂装置，使所述碳酸氢锂料液中所含钙、镁、硼杂质脱除后形成第二溶液； 步骤三：取所述第二溶液与分散剂混合均匀形成第三溶液，将所述第三溶液加入 所述旋转填料床中反应，生成碳酸锂沉淀；干燥后获得所述亚微米级高纯碳酸锂产品；其 中，控制所述分散剂与所述第二溶液的体积比为1:1~4 ;控制所述第三溶液的进料速度为 200~300mL/min ;所述旋转填料床的转速20~30Hz。 其中，所述步骤三的反应时间为8~12min。 其中，控制所述步骤三中的温度为10~45°C。 其中，控制所述步骤二中，所述碳酸氢锂料液的流速为10~25BV · h 1。 其中，所述分散剂为乙醇。 有益效果： 本专利技术结合超重力技术，采用高速旋转填料床作为反应设备，通过调整物料浓度 来优化碳酸锂碳化过程的反应条件，比现有技术大大提高了碳酸锂转化为碳酸氢锂的转化 效率（提高10~15% )，同时生产周期明显缩短（生产周期可缩短50% -65% )。 在碳酸氢锂分解反应过程中，本专利技术的工艺无需对料液加热，在室温下即可完成， 且温度范围宽，在10~45°C下都可正常反应。 由于目前锂盐工业最主要的基础锂盐为碳酸锂，而可溶性锂盐和氢氧化锂基本以 碳酸锂为原料制备而成，本专利技术直接用锂盐工业粗碳酸锂为原料来制备高纯亚微米级碳酸 锂，原料更广泛易得，且原料成本大幅降低。 本专利技术的工艺通过采用连续分离技术，对原料中的杂质进行了连续的深度脱除， 可以保证产品的高纯度要求。 本专利技术采用的廉价的乙醇作为主要的分散剂，大幅降低了生产成本。【具体实施方式】 以下，将详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术， 并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了 解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实 施例和适合于特定预期应用的各种修改。 本专利技术以碳酸锂粗品料浆为原料，通过超重力技术制备碳酸氢锂料液，再通过超 重力技术获得亚微米级高纯碳酸锂。通过对碳酸锂沉淀步骤中分散液浓度、进料速率、高速 旋转填料床转速等三个因素的考察，获得快速高效的高纯亚微米级碳酸锂的制备方法。 本专利技术采用陈建峰所提供的逆流高速旋转填料床作为反应设备，逆流高速旋转填 料床工作时，外界液体可在蠕动栗协助下，从液体进口进入转子内腔。在填料的作用下，周 向速度增加，所产生的离心力将其推向转子外缘。气相经气体进口切向进入转子外缘，在气 体压力的作用下进入填料中。液体在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更新的情况下与 气体以极大的相对速度逆向接触，极大地强化了传质过程。之后，液体被转子甩到外壳汇集 后经液体出口排出。气体自转子中心离开转子，由气体出口引出，完成整个传质或反应过 程。 本专利技术具体实施步骤如下： 步骤一：取碳酸锂粗品mxl (纯度在99. 5%以上）溶于1L蒸馏水中，搅拌得到具有 预设物料浓度（单位，g/L)的碳酸锂粗品料浆，然后倒入四颈瓶中，继续搅拌。 通过蠕动栗使所述料浆送入高速旋转填料床中，调节高速旋转填料床转速，待液 体流速和转速稳定后，再向所述旋转填料床中通入C02气体，对所述料浆进行碳化。其中， 控制所述料衆的进料速度（单位，mL/min)、旋转填料床的转速（单位，Hz)以及C02气体的 流量（单位，m3/L)至预设范围。 其中，控制物料浓度：30~90g/L ;气体流量：0. 02~0. 15m3/L ;高速旋转填料床 转速：10~50Hz ;进料速率：100~400mL/min。 为了准确判断反应终点，在整个碳化过程中，优选每隔5分钟测量溶液pH值，直到 pH的变化范围不超过0. 02,确定此时刻为反应终点。记录整个反应时间tx (min)。 待反应完全后，所述碳酸锂料浆碳化后转化为碳酸氢锂料液（简称碳化过程）。 步骤二：将钙、镁离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯亚微米级碳酸锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：取碳酸锂粗品溶于高纯水中配制成物料浓度为30～90g/L的碳酸锂料浆；使所述料浆进入旋转填料床中，并向所述旋转填料床中通入CO2气体，进行40～150min的碳化反应后获得料液；其中，控制所述料浆的进料速度为80～450mL/min、旋转填料床的转速为不高于50Hz；以及CO2气体流量为0.02～0.20m3/L；对所述料液进行固液分离，获得碳酸氢锂料液；步骤二：将所述碳酸氢锂料液依次经过预处理后的钙、镁离子交换树脂装置、硼离子交换树脂装置，使所述碳酸氢锂料液中所含钙、镁、硼杂质脱除后形成第二溶液；步骤三：取所述第二溶液与分散剂混合均匀形成第三溶液，将所述第三溶液加入所述旋转填料床中进行分解反应，生成碳酸锂沉淀；干燥后获得所述亚微米级高纯碳酸锂产品；其中，控制所述分散剂与所述第二溶液的体积比为1:1～4；控制所述第三溶液的进料速度为200～300mL/min；所述旋转填料床的转速20～30Hz。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卿彬菊，邓小川，霍闪，温现明，朱朝梁，史一飞，邵斐，黄泽洲，唐志雷，雷风鹏，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：青海;63