一种基于物相转化的电池级碳酸锂制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于物相转化的电池级碳酸锂制备方法，属于无机化工材料制备
技术领域。
【背景技术】
[0002] 现代社会对锂离子电池等绿色新能源的需求日益增大，推动了相关高纯基础锂盐 和锂电池材料的快速发展。
[0003] 电池级碳酸锂作为基础锂盐材料，主要用于制造锂电池的正极材料。锂电池具有 化学性能好、储电能力强、寿命长、自放小等优点，广泛用于电动汽车、笔记本电脑、携带电 话等领域。作为世界最大的锂消费国，我国对电池级碳酸锂的需求逐年增长，但受制备技术 限制，我国电池级碳酸锂的质量和数量均无法满足市场需求，包括电池级碳酸锂在内的大 部分高纯基础锂盐产品尚依赖进口，在一定程度上制约了下游锂电材料的开发和锂电池行 业的发展。
[0004] 国外在高纯锂盐制备方面的研究较早，不少技术已工业化应用。制备原料主要包 括盐湖卤水和含杂碳酸锂等，以盐湖卤水为原料制备的关键技术体现在除杂和富集工艺 上，已开发有选择性液液萃取、分步沉淀钙镁、选择性吸附脱硼等除杂技术和喷雾水洗、半 透膜过滤等富集技术（Stephen Harrison.Preparation of lithium carbonate from lithuium chloride containing brines，US20150259215A1;Dong Jun Kang,MiHee Yoon, Jeonffoong An. Me thod for producing high-purity lithium carbonate , US009169125B2;本間善弘，藤田浩示，川上智·炭酸1；于夕Λ (7)製造方法及0炭酸1；于夕Λ (7) 製造装置，W02012/147555A1)。
[0005] 以含杂碳酸锂为原料的制备工艺多以⑶2氢化工艺为基础，各种工艺的关键和差 异体现在氢化和可溶性杂质脱除技术上，已开发有加压减压，C0 2循环等氢化技术和离子交 换、液液选择性萃取、反渗透膜过滤、络合等除杂技术(AMOUZEGAR Kamyab，HARRIS0N， Stephen, ST.AMANT, Guy . Process for the purification of lithium carbonate , EP1037854B1；KIKUCHI Tsutomu,High purity lithium carbonate and method for producing same，W02010/131664Al;岩崎博，丹弘明，降矢克昭，高純度炭酸1)于夕厶(D製造 方法，JP特開平11 -310413A)。
[0006] 在纯度方面，美国专利报道通过反渗透膜分离技术可制备纯度99.9999 %的超高 纯碳酉爱裡（Stephen Harrison,Robert Blanchetprocesses for preparing highly pure lithium carbonate and other highly pure lithium containingcompounds, US008287829)。与国际先进水平比较，我国在高纯基础锂盐制备方面仍有较大差距，存在效 率低、废水排放量大、成本高等问题，急需建立高效制备新工艺。
[0007] 目前电池级碳酸锂制备方法主要有氢化法，苛化法和硫酸法等。
[0008] 硫酸法主要用于从低品位锂矿石(锂辉石、锂云母等）提锂，是我国目前电池级碳 酸锂的主要制备途径。基本流程如下:首先将锂矿石在l〇〇〇°C以上进行焙烧，再用硫酸溶解 转化为硫酸锂溶液，加除杂剂除去金属杂质离子后，加入高纯碳酸钠进行沉淀，制得电池级 碳酸锂(徐龙泉，曾祖亮，梁虎，涂明江，米茂龙，硫酸法生产电池级碳酸锂，CN1267636;杨春 晖，王运旭，赵江，张晓洪，李朝红，一种电池级碳酸锂的清洁化生产方法，CN103086405A;姚 开林，金鹏，霍立明，黄春莲，涂明江，梁平武，张炳元，赵伟，硫酸锂溶液生产低镁电池级碳 酸锂的方法CN101125668)。硫酸法有能耗大、废液多、成本高等问题。
[0009] 苛化法和氢化法所用原料主要为来自盐湖或工业的含杂碳酸锂。杂质组分多为 钾、钠、镁、钙、铁、硅、铝、氯、硫等，以可溶性杂质和不可溶杂质两种形态存在。
[0010] 在氢化法中，首先将碳酸锂配成浆液，然后通入二氧化碳生成碳酸氢锂溶液 (Li2C03+C0 2+H20-2LiHC03)，过滤除去不可溶杂质，然后通过络合、碱沉方式除去可溶杂质，
或加入高纯氢氧化锂(LiHC03+Li0H -Li2C03+H20)，制得电池级碳酸锂(彭秋华，戴扬，徐忠吉，深度碳化法处理碳酸盐型锂精矿 生产电池级碳酸锂工艺，CN102502720A;苏康，杜洪文，向东，一种生产电池级碳酸锂或高纯 碳酸锂的工业化方法，CN102583453A;李伟达，袁爱武，周桂月，张军梅，一种从锂精矿生产 电池级碳酸锂的方法，CN103708508A)。氢化法受碳酸氢锂溶解度限制（20°C时为7.4g/ 100ml)，碳酸氢锂溶液浓度较低（以Li20计，仅有1.5wt %左右）。
[0011] 在苛化法中，碳酸锂首先与无机碱通过苛化反应生成可溶性氢氧化锂(Li2⑶3+Ca (0H)2 - CaC03+2Li0H)，过滤除去不溶杂质，氢氧化锂溶液再与二氧化碳进行碳化反应 (2Li0H + C02 - Li2C03| + H20)，过滤除去可溶杂质，再热解
制得电池级碳酸锂。苛化法中，受碳酸锂溶解度限 制（20°C时为1.33g/100ml)及固体包裹等因素限制，生成的氢氧化锂浓度较低（以Li20计， 仅为1.5wt%左右）。
[0012] 因此，现有氢化法和苛化法均为低浓度反应体系，存在效率低、成本高等问题。
[0013] 也有文献报道以氯化锂或氢氧化锂为原料，用碳酸盐沉淀法制备电池级碳酸锂 (李良彬，胡耐根，黄学武，葛钰玮，朱实贵，熊训满，马振千，一种利用氯化锂溶液制备电池 级碳酸锂的方法，CN101609888;马进，马爱军，徐忠吉，何国才，易超，鲁兴武，程亮，李俞良， 纪武仁，贡大雷，邵传兵，李守荣，张恩玉，李玉，薛莹莹，一种电池级碳酸锂的制备工艺， CN103351010A)，该法缺点是对原料纯度要求很高，无法处理含杂碳酸锂原料。
[0014] 总之，在电池级碳酸锂制备方面，前人虽已做了大量工作，但现有工艺存在效率 低、原料要求高、成本高等问题，制约了这些技术的规模化产业发展。因此，有必要开发电池 级碳酸锂的高效制备新方法。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的是提供一种基于物相转化的电池级碳酸锂制备方法，该方法突破了 现有苛化-碳化工艺存在的低浓度瓶颈，实现了电池级碳酸锂的高效制备，且工艺简单、成 本低廉、过程温和易控，为电池级碳酸锂的工业化制备提供了一条新途径。
[0016] 为实现上述发明目标，本发明采用的技术方案如下：
[0017] -种基于物相转化的电池级碳酸锂制备方法，其特征在于所述方法按如下步骤进 行：
[0018] 1)物相转化:将碳酸锂含量为50-95wt%的锂精矿与水混合，制成10-50wt%浆液， 然后加入物相转化剂，控制碳酸锂与物相转化剂的摩尔比为1:1-5;在10-100°C搅拌条件下 反应0.5-5小时，然后过滤，得到以Li 20计的锂含量为2.0-6. Owt %的锂盐溶液；
[0019] 2)苛化:将锂盐溶液和无机碱按摩尔比1:1-4混合，在10-100°C搅拌条件下反应 0.