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从锂矿到正极材料都有哪些工艺?

 来源:旺材锂电 作者:佚名 发表日期:2018/3/21

  导语

  锂电池主要由正极活物质、负极活物质、电解液、隔膜四部分组成,其中负极活物质常使用的是碳材料,正极材料中主要以锂基材料占主导地位。

  随着世界环境问题加剧,国家、企业加快了人类社会转向清洁、节能社会步伐。其中,电动汽车的发展为新鲜的空气、减少碳排放建立了汗马功劳,占据了新能源行业中一个重要位置。目前,国内车企都在加速布局动力电池,下游的需求迫使对动力电池的材料、工艺要求越来越高。锂电池主要由正极活物质、负极活物质、电解液、隔膜四部分组成,其中负极活物质常使用的是碳材料,正极材料中主要以锂基材料占主导地位。那么作为正极材料的上游原材料含锂矿物处于什么样的发展阶段,锂矿提取工艺又有哪些发展呢?

  一、锂行业发展概况

  供需要求是产品的核心内容,根据锂行业近两年发展来看,其还将继续维持高速发展一段时间。据相关数据显示,2017-2018乃至到2019年上半年行业整体的供需仍然是紧平衡的状态。而从历史经验看现有锂资源生产易因气候、交通发生扰动,且新资源开发有一定的难度,稳定性也存疑,阶段性出现供不应求局面概率还是比较大。

  二、锂矿物提锂工艺

  在矿物领域中有一百多种含锂的矿物,但是储量较丰富、品位较高的锂矿物中尤以锂辉石、锂云母为最。我国锂资源分布情况如下表1:

 

  (1)锂辉石提锂

  锂辉石精矿中氧化锂含量约5.0%~ 8.5%。目前锂辉石的提锂产品主要为碳酸锂,其工艺主要有硫酸法生产工艺、硫酸盐混合烧结工艺、氯化钠焙烧生产工艺、碳酸钠加压浸出生产工艺以及石灰石焙烧生产工艺。下面简单介绍下主要的生产工艺。

  ①硫酸法工艺

  硫酸法工艺在工业生产上常用,锂矿经过磨细-焙烧-浸出后,加入硫酸盐除杂过滤,得到硫酸锂溶液。利用该溶液制备沉淀的碳酸锂后洗涤干燥获得产品。该方法产率较高,且对锂矿品位要求不高。硫酸法工艺也同样可以处理锂云母。

 

  ②硫酸盐混合烧结法

  将锂辉石精矿与k2so4(或caso4或两者混合物) ,在一定温度下混合烧结,经一系列物理、化学反应后,所配入的硫酸盐中的金属元素将矿石中锂置换生成可溶性的硫酸盐,主要杂质则生成难溶于水的化合物,然后将烧结后的熟料浸出分离,锂离子进入溶液,经净化、浓缩、沉淀后得到碳酸锂产品。

 

  ③碳酸钠加压浸出法

  首先将锂辉石加工制得的β-锂辉石磨到一定细度,加入一定量碳酸钠混匀,在反应器中于200℃加压浸出,之后通入co2 气体, 即生成可溶性碳酸氢锂溶液,过滤除去残渣(沸石) ,加热至95℃逐出co2, 沉淀、过滤,滤饼烘干得碳酸锂产品。

  ④石灰石焙烧法

  石灰石焙烧法处理含锂矿物制取碳酸锂,生产工艺包括生料制备、焙烧、浸出、洗渣、浸出液浓缩、净化、结晶等几个主要工序。石灰法的主要优点是实用性很普遍, 因为它适用于分解几乎所有的锂矿物。反应过程不需要稀缺的试剂。

 

  (2)锂云母提锂

  我国具有丰富的锂云母资源,锂云母精矿中氧化锂含量约2.0% ~ 5.0%,其中江西宜春的锂云母资源相对集中,开采条件优越,并且含有昂贵的铷、铯资源和大量的有价资源铝、钾和氟。目前锂云母的提锂工艺主要有石灰石烧结法、硫酸盐焙烧法、氯化钠压煮法、硫酸钠压煮法、石灰压煮法等等。

  ①石灰石烧结法

  石灰石烧结法流程与锂辉石提锂工艺类似,其是最成熟的方法,这个方法的优点比较突出:(1)浸出流程短。(2)浸出体系好,是碱性体系,设备腐蚀小。(3)氢氧化锂的分离工艺简单,钾、铷、铯的产出率高。同时其缺点是收率低、渣量大、能耗较高。

  ②硫酸盐焙烧法

  硫酸盐焙烧法的产渣量较少,且能耗较低。出产率比石灰石烧结法高10%左右。但是采用此种方法导致除杂时间较长,工艺繁琐。硫酸盐是钾盐时适用所有锂矿,但是钾盐比较贵,成本较高。

  ③氯化钠压煮法

  氯化钠压煮法过程较为精简,与石灰石法相似,排渣量很少。锂的出产率可以达到80%。由于采用的含氯体系,对设备的腐蚀性较大,故对设备的要求比较高。

 

  此外,还有硫酸法、氯化焙烧法等工艺来进行锂云母提锂。锂云母是个很复杂的物质,总的来说,如何提高锂云母品位,减少浸出过程、分离过程的渣量,在浸出过程中尽可能将有价元素进入液相并经济地将他们分离开来,工艺流程尽可能短,同时能处理好设备的腐蚀问题是锂云母提锂工艺选择应该考虑的问题。

  三、结语

  经过数十年锂矿提锂工艺的研究,我国提锂工业在技术上有了巨大的成就。对于锂矿石来说,锂的出产率由60%提升到80%以上,排渣量和能耗进一步降低,对我国锂电原材料事业的发展做出了很大的贡献。此外,还有盐湖提锂等新的工艺在起着不可替代的作用。未来,我国的矿物提锂、盐湖提锂的技术将越来越完善,提高矿物综合利用效率,从粗犷性的发展模式转变为精细加工,高效利用资源是每个工业人、矿业人、地球人的责任和义务。让把地球建设得更美好!

[责任编辑:张重阳]