隨著電動汽車和可再生能源的快速發(fā)展，電池技術作為至關重要的能源存儲與釋放手段，其重要性日益凸顯。在電池制造中，電池級碳酸鋰作為鋰離子電池正極材料的關鍵物質(zhì)，其制備工藝和生產(chǎn)流程對電池性能具有直接影響。本文將詳細介紹電池級碳酸鋰的制備工藝，以及其中的關鍵生產(chǎn)流程。
轉(zhuǎn)化焙燒：利用回轉(zhuǎn)窯將天然鋰(a型)精礦轉(zhuǎn)化為易與硫酸反應的（β型）鋰精礦。
硫酸法提?。和ㄟ^硫酸法提取鋰精礦中的鋰元素，使固態(tài)硫酸鋰變?yōu)橐簯B(tài)。
碳酸鋰制備：加入碳酸鈣溶液和燒堿溶液，過濾去除雜質(zhì)，得到粗碳酸鋰。
碳化反應：將粗碳酸鋰與純水、二氧化碳進行碳化反應，生成碳酸氫鋰溶液。
熱分解：通過熱分解將碳酸氫鋰溶液中的碳酸鋰沉淀出來，得到碳酸鋰產(chǎn)品。
這個項目的生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括三個子系統(tǒng)。第一個是原料預處理系統(tǒng)，其中包括晶轉(zhuǎn)焙燒和酸化焙燒等工序。第二個是碳酸鋰制備系統(tǒng)，包括浸出、凈化、沉鋰、碳化、熱析、精制以及粉碎細磨等工序。第三個是副產(chǎn)品無水硫酸鈉制備系統(tǒng)，包括中和、蒸發(fā)結(jié)晶、離心干燥等工序。接下來的內(nèi)容將詳細介紹生產(chǎn)過程。
鋰精礦首先由運輸設備運輸?shù)綇S內(nèi)原料庫。鋰精礦的顆粒已經(jīng)通過破碎和篩分達到了工藝要求。取料機和皮帶輸送機將原料鋰精礦運送到帶有單機袋收塵器的原料倉，經(jīng)過定量給料機稱重后，再通過皮帶輸送機和斗式提升機輸送至窯尾進料溜管。隨后，原料通過管道下落至回轉(zhuǎn)窯的窯尾，開始進入轉(zhuǎn)型工序。
在這個工序中，原料經(jīng)過高溫煅燒，將a-鋰輝石轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物β-鋰輝石。整個晶型轉(zhuǎn)化焙燒是一個連續(xù)的生產(chǎn)過程，采用天然氣作為主要燃料。以下是詳細的步驟：
原料準備：原料，即a-鋰輝石，被送入工序。
燃料供應：天然氣作為燃料通過廠內(nèi)燃氣站減壓和計量后引入回轉(zhuǎn)窯的窯頭。
窯內(nèi)反應：a-鋰輝石在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)經(jīng)過高溫煅燒，發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕水a(chǎn)物β-鋰輝石。通過低氮燃燒器點燃并燃燒，確保高溫段物料溫度控制在1050~1150℃。
連續(xù)生產(chǎn)：反應完成后，產(chǎn)物由窯頭連續(xù)排出，保持生產(chǎn)的連續(xù)性。
煙氣處理：產(chǎn)物排出的同時，煙氣由風機從窯尾引出。煙氣經(jīng)過布袋收塵器進行粉塵收集，接著經(jīng)過濕法脫硫和SCR脫硝處理，確保排放的尾氣符合環(huán)保標準，最終在高空中排放。
熱交換與冷卻：窯頭出來的焙料（溫度約為1000℃）與篦冷機里的冷空氣進行直接熱交換。熱焙料從回轉(zhuǎn)窯口卸落到篦冷機的篦床上，在往復運動的十字推動棒的推動下，形成一定厚度的料床。冷卻風機提供的冷卻風通過風量自動調(diào)節(jié)閥向上吹入料層內(nèi)，對熱焙料進行冷卻。
熱回收：冷卻后的冷卻風成為高溫熱風（約800℃），作為燃燒空氣再次進入窯系統(tǒng)，實現(xiàn)熱回收，降低系統(tǒng)能耗。
產(chǎn)物輸送：焙料經(jīng)篦冷機冷卻至<100℃，通過密閉的輸送帶輸送至進入下一步工序。
焙料通過皮帶輸送機和提升機等輸送設備被送入立式磨機進行研磨。經(jīng)過精細的研磨處理后，焙料的粒度達到了工藝要求，其中200目篩下的物料比例不小于85%。細焙料經(jīng)過選粉機的篩選，通過旋風收塵器和布袋收塵器進行粉塵收集。最后，利用提升機或倉式泵將符合要求的細焙料輸送到細焙料倉進行儲存。
細磨培料經(jīng)過葉輪給料機和電子稱重給料機計量后，加入混酸機。按比例從硫酸儲罐加硫酸，混合后加入酸化窯。溫度250-280℃，酸化焙燒30-60分鐘。在這個過程中，焙料中的β-鋰輝石與硫酸發(fā)生反應，硫酸中的氫離子與β-鋰輝石中的鋰離子發(fā)生置換反應，形成可溶于水的Li2SO4，得到酸化熟料。酸化熟料經(jīng)過冷卻機冷卻至<50℃，然后由輸送機送入熟料料倉進行存儲。
化學反應方程式為：
B-Li2O·Al2O34SiO2+H2SO4→Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O
在浸出制漿的過程中，碳酸鈣的備料和浸出制漿的步驟如下：
粉狀碳酸鈣運輸：由罐車將粉狀碳酸鈣運送至廠區(qū)。
氣流輸送：通過氣流輸送系統(tǒng)將粉狀碳酸鈣送至FT粉體投加系統(tǒng)。
輸送至調(diào)漿罐：通過螺旋輸送方式將碳酸鈣加入調(diào)漿罐內(nèi)。
調(diào)漿處理：在調(diào)漿罐內(nèi)，按照碳酸鈣固含量約為30%的比例，加入一級洗水，攪拌15分鐘后，使用泵將混合物輸送至鈣漿緩沖罐備用。
酸化料加入調(diào)漿槽：酸化料通過星型卸料器加入調(diào)漿槽。
回收水調(diào)漿浸出：按照酸化料固含量約為30%的比例，加入流程中回收的各種水進行調(diào)漿浸出。
調(diào)漿濃度控制：通過取樣分析或在線監(jiān)測固含量的方式控制調(diào)漿濃度。然后加入預先配制的碳酸鈣料漿，調(diào)整混合料漿的pH值至5.5。
反應處理：在室溫下進行20~30分鐘的反應。在這個過程中，酸化熟料中的硫酸鋰和硫酸溶解到水中，與碳酸鈣反應轉(zhuǎn)化為硫酸鈣，并產(chǎn)生二氧化碳。
浸出液分離：使用隔膜壓濾機對浸取料漿進行固液分離，將浸出液和浸出渣分離。
浸出液處理：分離出的浸出液送入浸出液儲罐，準備進行凈化工序。浸出液中硫酸鋰濃度約為140g/L。
浸出渣處理：經(jīng)過洗滌和氣吹處理，確保渣中的氧化鋰含量符合0.3～0.35%的標準。可以進行額外洗滌，洗滌產(chǎn)生的水回到調(diào)漿浸出工序。
輸送到凈化釜： 將浸出液中的硫酸鋰溶液輸送至凈化釜。
調(diào)節(jié)反應條件： 在凈化釜中，通過加入純堿和燒堿溶液，調(diào)節(jié)pH值至10~12，進行攪拌反應，溫度控制在80℃左右。
沉淀形成： 沉淀生成，將其中的鐵、鎂、鋁和鈣等雜質(zhì)固定在沉淀物中。
固液分離： 使用板框壓濾進行固液分離，分離出凈化后的液相。
凈化渣處理： 處理凈化渣，經(jīng)過預處理后返回浸出工序，提高再利用性。
通過這個步驟，獲得了凈化后的硫酸鋰溶液。
沉鋰反應是為了從溶液中高效、純度較高地提取碳酸鋰。主要有以下幾個步驟：
沉鋰反應：將凈化完成液與碳酸鈉溶液混合并加熱至沸騰，產(chǎn)生碳酸鋰沉淀。
離心分離：將產(chǎn)生的含碳酸鋰漿液通過離心機分離，得到碳酸鋰固體和沉鋰母液。
處理母液：將沉鋰母液送至元明粉系統(tǒng)進行處理。
洗滌：對分離的碳酸鋰固體進行攪拌洗滌，去除附著的雜質(zhì)。
碳化過程：
將碳酸鋰粗品和水加入制漿槽。
制成的漿液連續(xù)送入碳化反應塔進行碳化。
碳化反應產(chǎn)生碳酸氫鋰溶液。
過濾與存儲
過濾碳酸氫鋰溶液得到清液。
清液存儲于緩沖槽。
輸送溶液： 將碳酸氫鋰溶液通過泵送到熱分解釜。
蒸汽加熱： 利用蒸汽加熱將溶液溫度提高至90℃以上。
分解反應： 在高溫條件下進行碳酸氫鋰的熱分解，生成碳酸鋰沉淀、二氧化碳和水。
分離處理： 使用濃密機和離心分離，分離出碳酸鋰沉淀。
母液處理： 處理熱解母液的一部分，包括冷卻和去酸化料調(diào)漿浸出等工序。
去硫酸鈉中和： 對熱解母液的另一部分進行中和處理。
產(chǎn)出碳酸鋰： 將離心分離得到的碳酸鋰沉淀用于碳酸鋰的精制工序。
原料準備：將碳酸鋰粗品與純水按3:1比例加入攪洗槽。
攪拌洗滌：在90℃條件下進行15-20分鐘的攪拌洗滌，去除不需要的雜質(zhì)。
離心分離：對攪洗后的混合物進行離心分離，得到碳酸鋰濕品。
送往提純：將碳酸鋰濕品送往碳化提純工序，提高碳酸鋰的純度。
處理攪洗水：將分離產(chǎn)出的攪洗水送入酸化料調(diào)漿浸出工序，實現(xiàn)水的循環(huán)利用。
分離： 使用離心分離機將碳酸鋰漿液分離成固體和液體。
干燥： 對分離后的碳酸鋰固體進行干燥，去除水分。
粉碎： 使用氣流超細粉碎機將干燥后的碳酸鋰粉碎至3um≤d50≤8um。
包裝： 利用自動定量包裝機對粉碎后的碳酸鋰進行包裝。
存儲： 將包裝好的電池級碳酸鋰產(chǎn)品送往成品庫房，等待后續(xù)處理或分銷。
硫酸鈉工藝流程包括中和反應，通過與濃硫酸發(fā)生反應生成溶液，并調(diào)節(jié)pH值至中性。隨后，中和液進入MVR蒸發(fā)器進行蒸發(fā)濃縮，產(chǎn)生硫酸鈉結(jié)晶并回收析鈉母液。濕硫酸鈉經(jīng)氣流干燥機處理，轉(zhuǎn)化為無水硫酸鈉，最終產(chǎn)品進行包裝。
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