一種由氯化鋰和二氧化碳直接制備碳酸鋰的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種由氯化鋰和二氧化碳為原料直接制備碳酸鋰的方法，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。首先用胺類有機(jī)物絡(luò)合劑和稀釋劑混合均勻制備萃取劑，再配制濃度為1~12mol/L的LiCl溶液做為反應(yīng)液；然后混合萃取劑和反應(yīng)液，在攪拌狀態(tài)下通入CO2氣體，在10~70℃溫度下反應(yīng)1~10分鐘，從而將反應(yīng)液中的少量的Ca2+、Mg2+、Ba2+除去；過濾后，繼續(xù)在攪拌狀態(tài)下通入CO2氣體，在10~70℃溫度下反應(yīng)5~60分鐘，反應(yīng)結(jié)束后分離固液兩相，將固體成分用乙醇洗滌和去離子水洗滌，再經(jīng)干燥后即得到產(chǎn)品Li2CO3。本發(fā)明專利技術(shù)生產(chǎn)成本低，制得的Li2CO3的純度高、結(jié)晶粒徑小。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于化工
，特別涉及一種由氯化鋰和二氧化碳為原料直接制備碳酸鋰的方法。
技術(shù)介紹
碳酸鋰是鋰的重要化合物，是制備金屬鋰及各種鋰鹽的主要原料，同時(shí)在玻璃、陶瓷制造、鋁冶煉等傳統(tǒng)工業(yè)中占有重要地位。近年來，除了碳酸鋰的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域之外，高純碳酸鋰在電子信息行業(yè)、鋰離子電池、原子能行業(yè)等新興領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。在碳酸鋰需求量不斷上升的今天，改進(jìn)碳酸鋰制備技術(shù)，降低工藝成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，成為十分重要的研究內(nèi)容。鋰在自然界中的存在形式有固體礦(鋰輝石、鋰云母等)和液體礦(鹽湖鹵水、地下 鹵水和海水)兩種。不同形式的鋰資源的物理化學(xué)性質(zhì)與雜質(zhì)含量有很大區(qū)別，因此制備碳酸鋰產(chǎn)品工藝的流程也不同，但制備工藝中共有的重要步驟是鋰的碳化，即將可溶性的鋰鹽轉(zhuǎn)化為難溶性的碳酸鋰過程。傳統(tǒng)的碳化方法是向可溶性鋰鹽溶液中加入碳酸鹽，如碳酸鈉、碳酸銨等，由于不同碳酸鹽之間溶解度的差異，碳酸鋰會沉淀析出。這種以碳酸鹽作為碳源的方法，流程簡單、工藝成熟，但其產(chǎn)品純度較低，需要進(jìn)一步純化，而且碳酸鹽的消耗量非常大。為了提高碳酸鋰產(chǎn)品質(zhì)量，降低原料成本，可以考慮采用其它碳化手段制備碳酸鋰。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對碳酸鋰制備過程中傳統(tǒng)碳化方式制得的碳酸鋰純度較低、需要進(jìn)一步純化，且碳酸鹽消耗量過多的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)提出了一種采用反應(yīng)-萃取耦合法，以CO2為碳源生產(chǎn)高純度碳酸鋰的制備方法。本專利技術(shù)的原理如下LiCl溶液與CO2氣體發(fā)生可逆化學(xué)反應(yīng)，生成Li2CO3和HCl，其反應(yīng)方程式如下 2LiCl+C02+H20 蘭 Li2CC)3+2HCl在通常狀況下，反應(yīng)生成的Li2CO3不能形成沉淀析出。若在反應(yīng)體系中加入有機(jī)萃取相，將副產(chǎn)物鹽酸萃入有機(jī)相，使水相中的鹽酸濃度降低，則可以打破反應(yīng)的熱力學(xué)限制，促使反應(yīng)向生成產(chǎn)物L(fēng)i2CO3的方向進(jìn)行，并使得生成的Li2CO3以沉淀形式析出。本專利技術(shù)利用上述原理，在LiCl與CO2的反應(yīng)體系中加入對鹽酸具有較強(qiáng)萃取能力的萃取劑，將HCl萃取到有機(jī)相，促進(jìn)水相中反應(yīng)的進(jìn)行，得到Li2CO3沉淀。對于LiCl原料中少量的Ca2+、Mg2+、Ba2+離子，因?yàn)樾纬傻奶妓猁}的溶度積比Li2CO3更小，可以通過在反應(yīng)開始階段加入預(yù)沉淀步驟予以除去。在化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡之后，通過離心分相，對得到的沉淀進(jìn)行洗滌后烘干，得到產(chǎn)品Li2C03。本專利技術(shù)所述的包括如下步驟(I)制備萃取劑將占萃取劑體積分?jǐn)?shù)1(Γ100%的胺類有機(jī)物絡(luò)合劑和占萃取劑體積分?jǐn)?shù)(Γ90%的稀釋劑混合均勻即得到萃取劑；其中，所述的胺類有機(jī)物包括仲胺(:>)、叔胺(|'>);其中仲胺和叔胺中的R、R’、R”為烷烴類取代基，R、R’、R”相同或不相同；所述的胺類有機(jī)物絡(luò)合劑為前述的仲胺或叔胺中的一種或多種；所述的稀釋劑為C^C16烷烴、CfTC12芳烴、CiTC12醚、CfCltl醇、Crc10酮、crc10酯、煤油、磷酸酯中的一種或幾種；(2)制備反應(yīng)液準(zhǔn)確稱量LiCl晶體，放入水中溶解，配制成濃度為f 12mol/L的LiCl溶液，即為反應(yīng)液；(3)預(yù)沉淀除雜將配制好的萃取劑(油相)與反應(yīng)液(水相)按照體積比為 O.5: f 10:1的比例，加入到帶有攪拌裝置的反應(yīng)容器內(nèi)，開動攪拌裝置，使萃取劑和反應(yīng)液充分接觸；保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，同時(shí)通過氣體分散器向液相中通入CO2氣體，在1(T70°C溫度下反應(yīng)f 10分鐘；停止攪拌，將多相混合的反應(yīng)料液過濾，除去固相；(4)Li2C03的生成將經(jīng)步驟(3)處理之后的反應(yīng)料液加入到帶有攪拌裝置的容器內(nèi)，開動攪拌裝置，使萃取劑和反應(yīng)液充分接觸，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，同時(shí)通過氣體分散器向反應(yīng)料液中通入CO2氣體，在1(T70°C溫度下攪拌反應(yīng)5飛O分鐘；反應(yīng)結(jié)束后通過靜置、離心或過濾的方式分尚出固液兩相，再將液相中的萃取劑(油相)與反應(yīng)液(水相)分開，萃取劑經(jīng)再生后重復(fù)利用，未反應(yīng)完全的反應(yīng)液重新進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)；將固體成分用乙醇洗滌和去離子水洗滌的方式分別除去產(chǎn)品中夾帶的有機(jī)雜質(zhì)和水溶性雜質(zhì)，再經(jīng)干燥后即得到產(chǎn)品 Li2CO315本專利技術(shù)的有益效果為與傳統(tǒng)的以碳酸鹽為碳源的碳化沉鋰過程相比，本專利技術(shù)具備以下優(yōu)點(diǎn)I、使用CO2取代碳酸鹽作為碳源，降低了原料成本；2、在碳酸鋰的制備過程中，除LiCl原料中的微量雜質(zhì)之外，不引入其他的金屬離子，同時(shí)由于加入了預(yù)沉淀除雜的步驟，提高了產(chǎn)品Li2CO3的純度；3、由于在反應(yīng)體系中加入了萃取劑有機(jī)相，對Li2CO3的結(jié)晶過程產(chǎn)生影響，初步檢測可以明顯降低結(jié)晶粒徑，直接滿足了下游其他鋰鹽的生產(chǎn)要求，減少了進(jìn)一步加工處理的步驟，縮短了工藝流程。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本專利技術(shù)做進(jìn)一步說明實(shí)施例I :( I)制備萃取劑將占萃取劑體積分?jǐn)?shù)50%的三烷基胺和占萃取劑體積分?jǐn)?shù)50%的異辛醇混合均勻得到萃取劑；(2)制備反應(yīng)液用水配制濃度為4mol/L的LiCl溶液，即為反應(yīng)液；(3)預(yù)沉淀除雜按照萃取劑和反應(yīng)液的體積比為3:1的比例,將75mL萃取劑和25mL反應(yīng)液加入到帶有攪拌裝置和砂芯底層的容器內(nèi)，開動攪拌裝置，保持?jǐn)嚢杷俣?00r/min,使萃取劑和反應(yīng)液充分接觸，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，同時(shí)通入工業(yè)用CO2氣體，在室溫下反應(yīng)2 min后停止攪拌和通入CO2，將反應(yīng)料液過濾除去固相物質(zhì)；(4) Li2CO3的生成將經(jīng)步驟(3)過濾之后的反應(yīng)料液重新加入到反應(yīng)容器內(nèi)，開動攪拌裝置，使萃取劑和反應(yīng)液充分接觸，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，同時(shí)通入工業(yè)用CO2氣體，在室溫下攪拌反應(yīng)30分鐘；反應(yīng)結(jié)束后通過離心分離出固體成分，然后對固體成分用乙醇洗滌和去離子水洗滌的方式分別除去產(chǎn)品中夾帶的有機(jī)雜質(zhì)和水溶性雜質(zhì)，烘干后得到產(chǎn)品Li2CO3O使用電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-AES)分析產(chǎn)品的純度，使用電子分析天平測量產(chǎn)品質(zhì)量，計(jì)算出LiCl轉(zhuǎn)化率約為5%，純度達(dá)到Y(jié)S/T 582-2006電池級碳酸鋰行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例2 (I)制備萃取劑將占萃取劑體積分?jǐn)?shù)70%的三辛胺和占萃取劑體積分?jǐn)?shù)30%的 甲苯混合均勻得到萃取劑；(2)制備反應(yīng)液用水配制濃度為6mol/L的LiCl溶液’即為反應(yīng)液；(3)預(yù)沉淀除雜按照萃取劑和反應(yīng)液的體積比為5:1的比例,將125mL萃取劑和25mL反應(yīng)液加入到帶有攪拌裝置和砂芯底層的容器內(nèi)，開動攪拌裝置，保持?jǐn)嚢杷俣?00r/min,使萃取劑和反應(yīng)液充分接觸，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，同時(shí)通入工業(yè)用CO2氣體，在室溫下反應(yīng)I min后停止攪拌和通入CO2，將反應(yīng)料液過濾除去固相物質(zhì)；(4) Li2CO3的生成將經(jīng)步驟(3)過濾之后的反應(yīng)料液重新加入到反應(yīng)容器內(nèi)，開動攪拌裝置，使萃取劑和反應(yīng)液充分接觸，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，同時(shí)通入工業(yè)用CO2氣體，在室溫下攪拌反應(yīng)60分鐘；反應(yīng)結(jié)束后通過離心分離出固體成分，然后對固體成分用乙醇洗滌和去離子水洗滌的方式分別除去產(chǎn)品中夾帶的有機(jī)雜質(zhì)和水溶性雜質(zhì)，烘干后得到產(chǎn)品Li2CO3O使用電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-AES)分析產(chǎn)品的純度，使用電子分析天平測量產(chǎn)品質(zhì)量，計(jì)算出LiCl轉(zhuǎn)化率約為14%，純度達(dá)到Y(jié)S/T 582-2006電池級碳酸鋰行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例3 ( I)制備萃取劑將占萃取劑體積分?jǐn)?shù)60%的三異辛胺和占萃取劑體積分?jǐn)?shù)40%的磺化本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種由氯化鋰和二氧化碳直接制備碳酸鋰的方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）制備萃取劑：將占萃取劑體積分?jǐn)?shù)10~100%的胺類有機(jī)物絡(luò)合劑和占萃取劑體積分?jǐn)?shù)0~90%的稀釋劑混合均勻即得到萃取劑；所述的稀釋劑為C4~C16烷烴、C6~C12芳烴、C8~C12醚、C4~C10醇、C4~C10酮、C4~C10酯、煤油、磷酸酯中的一種或幾種；（2）制備反應(yīng)液：準(zhǔn)確稱量LiCl晶體，放入水中溶解，配制成LiCl溶液，即為反應(yīng)液；（3）預(yù)沉淀除雜：將配制好的萃取劑與反應(yīng)液按照體積比為0.5:1~10:1的比例，加入到帶有攪拌裝置的反應(yīng)容器內(nèi)，開動攪拌裝置，使萃取劑和反應(yīng)液充分接觸；保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，同時(shí)通過氣體分散器向液相中通入CO2氣體，在10~70℃溫度下反應(yīng)1~10分鐘；停止攪拌，將多相混合的反應(yīng)料液過濾，除去固相；（4）Li2CO3的生成：將經(jīng)步驟（3）處理之后的反應(yīng)料液加入到帶有攪拌裝置的容器內(nèi)，開動攪拌裝置，使萃取劑和反應(yīng)液充分接觸，保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，同時(shí)通過氣體分散器向反應(yīng)料液中通入CO2氣體，在10~70℃溫度下攪拌反應(yīng)5~60分鐘；反應(yīng)結(jié)束后，將固體成分用乙醇洗滌和去離子水洗滌的方式分別除去產(chǎn)品中夾帶的有機(jī)雜質(zhì)和水溶性雜質(zhì)，再經(jīng)干燥后即得到產(chǎn)品Li2CO3。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：秦?zé)?/a>，王嘉偉，李躍，周智勇，梁璠，
申請(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：