利用盐湖卤水萃取液制备碳酸锂的影响因素分析

孙锡良;邓松林

【摘 要】文章研究了利用盐卤水萃取液制备碳酸锂的方法和影响因素,解决了低锂离子条件下的沉锂困难,并得到了符合国家标准的一级碳酸锂,从而使盐湖卤水提取锂具备了实现工业化的可能. 【期刊名称】《湖南有色金属》 【年(卷),期】2006(022)002 【总页数】4页(P16-18,32) 【关键词】盐湖卤水;锂;碳酸锂 【作 者】孙锡良;邓松林

【作者单位】中南大学,湖南,长沙,410083;湖南有色金属研究院,湖南,长沙,410015 【正文语种】中 文 【中图分类】TF111.3

锂的电化学电位高，融锂的密度低，沸点高，热容量大，热导系数大，适合作为核裂变反应堆和核聚变反应堆的堆心冷却液的材料，碳酸锂是锂的基础性化合物，广泛应用于陶瓷、玻璃、原子能、航空航天、军事工业和制冷、焊接、锂合金、锂电池、受控核聚变反应堆、冶金连铸、医药等领域。锂是单水氢氧化锂，用作制备碱性蓄电池，锂基润滑脂及其他锂盐制品的原料。氯化锂还将大量地用作大容量电池 （二次电池）的电解质以贮存电站的剩余电力和用作电力汽车的动力源。LiCoO2是最早用于商品化的锂离子电池正极材料，它的工作电压高、放电平稳、价格适中、

性能稳定，故实用性最好。我国柴达木盆地盐湖锂盐（以LiCl计）储量1 520.7万t，锂盐矿主要赋存于盐湖地表卤水和晶间水中，主要有一里坪、东台吉乃尔、西台吉乃尔、察尔汗和大柴旦盐湖，对于能源需求日趋旺盛的中国来说，开发盐湖锂资源具有很高的现实价值和巨大的经济效益。 用碳酸钠沉锂的反应原理为：

为了保证得到高纯的碳酸锂和较高的锂回收率，有必要寻找较优条件。沉锂反应同样是离子沉淀反应，有以下的影响因素：碳酸钠加料方式、加料速度、搅拌速度、锂离子浓度、碳酸钠用量、反应温度、反应时间、洗涤次数和陈化时间等。 试验所用原料为：盐湖卤水有机溶液萃取液，萃取体系为：TBP+溶剂汽油+FeCl3，锂离子浓度为28 g/L。相对于其它沉液来说，盐湖卤水萃取液锂离子浓度明显偏低，所以必须对其合适的沉锂条件进行研究。 2.1 碳酸钠加料方式的影响

由于碳酸锂在水中的溶解度并不很小，太稀的溶液会导致锂收率的降低，因此沉锂时尽量不再带入水。考虑了两种加料方式：固体碳酸钠和饱和的碳酸钠溶液。固定试验条件为：Li+离子浓度固定，快速搅拌，碳酸钠用量为理论量的110%，反应温度为25℃，反应时间为60 min。做单因素试验，结果如表1所示。

由上述试验数据可知，在相同条件下，采用固体加料方式时，锂的收率高些。因此采用固体加料的方式是合适的。 2.2 加料速度对锂回收率的影响

由于碳酸钠的溶解度有限，一次性全部加入碳酸钠，则大部分的碳酸钠不能在短时间内溶解，可能会被生成的碳酸锂所包覆，造成产品不纯。为了让加入的碳酸钠完全反应，试验时加料速度应该较慢。试验表明，当锂离子浓度为28 g/L时，控制加料速度为0.65 g/min是比较合适的。 2.3 搅拌速度对锂回收率的影响

试验采用的搅拌装置是无极调速磁力搅拌。试验中发现，当加入Na2CO3的时候，由于料浆浓度的升高，造成粘度加大，这给搅拌带来了一定的困难，因此必须保证搅拌速度足够大，防止Na2CO3物料分散不均，料浆稠化。同时为了加快碳酸钠的溶解以减少被碳酸锂包覆的可能性，也要求有较大的搅拌速度。但限于试验条件所限，试验没有做搅拌速度对碳酸锂纯度影响的单因素试验。但通过试验得到了在加料时必须加大搅拌速度的规律。 2.4 锂离子浓度对锂回收率的影响

Li+离子浓度主要影响锂的收率，这也是因为碳酸锂在水中有一定的溶解度的关系。固定试验条件为：加料方式为固体，快速搅拌，碳酸钠用量为理论量的110%，反应温度为25℃，反应时间为60 min，60℃去离子水洗涤一次。做单因素试验，锂离子浓度对锂收率的影响如图1所示。

由图1可知，沉锂时锂离子浓度为25 g/L左右时，Li收率较高，接近了最高回收率。由于考虑到镁离子浓度的影响，锂离子浓度难以达到30 g/L，根据氯化锂溶液的浓缩液成分，只能取25 g/L为沉锂最佳条件。Li离子浓度低时Li收率低是因为碳酸锂的总量不多，溶解了的碳酸锂占总量的很大一部分；当通过浓缩的方法以提高Li+浓度时，会在蒸发的过程中析出晶体，经检测，其成分为NaCl和少量LiOH（混合物的XRD图谱如图2所示），所以继续浓缩会造成Li的损失，溶液中的Li浓度其实并没有相应地提高相同的倍数。这就是图1中Li离子浓度升高到超过30 g/L，其锂回收率反而开始降低的原因。

由图1分析可知，沉锂时应该尽量增大溶液中Li+的浓度。 2.5 反应温度对锂回收率的影响

碳酸钠沉锂时，温度对反应有一定的影响。由于沉锂反应是个吸热反应，故理论上加热有利于沉锂。固定试验条件为：碳酸钠加料方式为固体，Li+浓度为25 g/L，快速搅拌，碳酸钠用量为理论量的110%，反应时间为60 min，60℃去离子水洗

涤产品一次。结果如表2所示，反应温度对锂收率的影响如图3所示。 从表2中数据可知，温度升高并不能明显提高Li的回收率，但是升温有利于碳酸钠的溶解，从而加快碳酸钠沉锂，也有利于保证碳酸锂的纯度，减少了洗涤次数，从而减少洗涤时造成的损失。为了节约能量，采用25℃常温沉锂。 2.6 反应时间对锂回收率的影响

由于沉锂时加入的是固体碳酸钠，其溶解需要一定时间，因此加完料后要保证一定的反应时间。固定试验条件为：Li+浓度为25 g/L，快速搅拌，碳酸钠用量为理论量的110%，反应时间为60 min，60℃去离子水洗涤产品一次。做单因素试验，反应时间对锂收率的影响如图4所示。

试验表明，Li回收率随反应时间的延长而提高，反映时间持续60 min后锂收率趋于平稳。故取反应时间为60～70 min是合适的。 3.1 样品XRD结果分析与讨论

X-射线衍射分析主要用于确定物质的结构。实验仪器：日本理学电机公司生产的X-射线衍射仪，CuKα靶，石墨单色器。操作条件：电压为40 kV，电流为20 mA，测试温度为室温。测试结果由谱图和微机处理后的各项常数两种形式给出。图5为碳酸锂样品的XRD图谱。

将测试结果和JCPDS中结构式为Li2CO3的碳酸锂标准数据比较，发现两者数据基本一致，由此确定制得的碳酸锂的结构式为Li2CO3。从碳酸锂XRD图谱可以看出，碳酸锂衍射波峰尖锐，而且未见到其它明显的杂质相，说明碳酸锂结晶度好，晶胞结构完整，晶体结构有序性好。 3.2 样品SEM结果分析与讨论

样品SEM照片如图6和7所示（放大倍率分别为300、3 000）。

由SEM照片可以看出，在实验所设备条件下制备的碳酸锂颗粒呈片状。从照片可以看出，碳酸锂颗粒大小比较均匀，颗粒间距较小，有部分团聚现象。比照国家标

准，制得的样品碳酸锂符合国家标准GB 11075-89（工业级）中的一级产品标准。 通过单因素试验总结出了利用盐湖卤水萃取液制备碳酸锂的最佳条件，并综合结论如下：

1.加料方式：Na2CO3固体，搅拌必须充分。 2.加料速度：0.65 g/min。 3.Li浓度：25 g/L左右。 4.反应温度：25℃。 5.反应时间：60～70 min。

6.制备的碳酸锂达到国家工业标准GB 11075-89中的一级标准，溶液中锂收率可达87.8%左右。

【相关文献】

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