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從鋰礦到正極材料都有哪些工藝?

 來源:旺材鋰電 作者:佚名 發表日期:2018/3/21

  導語

  鋰電池主要由正極活物質、負極活物質、電解液、隔膜四部分組成,其中負極活物質常使用的是碳材料,正極材料中主要以鋰基材料占主導地位。

  隨著世界環境問題加劇,國家、企業加快了人類社會轉向清潔、節能社會步伐。其中,電動汽車的發展為新鮮的空氣、減少碳排放建立了汗馬功勞,占據了新能源行業中一個重要位置。目前,國內車企都在加速布局動力電池,下游的需求迫使對動力電池的材料、工藝要求越來越高。鋰電池主要由正極活物質、負極活物質、電解液、隔膜四部分組成,其中負極活物質常使用的是碳材料,正極材料中主要以鋰基材料占主導地位。那么作為正極材料的上游原材料含鋰礦物處于什么樣的發展階段,鋰礦提取工藝又有哪些發展呢?

  一、鋰行業發展概況

  供需要求是產品的核心內容,根據鋰行業近兩年發展來看,其還將繼續維持高速發展一段時間。據相關數據顯示,2017-2018乃至到2019年上半年行業整體的供需仍然是緊平衡的狀態。而從歷史經驗看現有鋰資源生產易因氣候、交通發生擾動,且新資源開發有一定的難度,穩定性也存疑,階段性出現供不應求局面概率還是比較大。

  二、鋰礦物提鋰工藝

  在礦物領域中有一百多種含鋰的礦物,但是儲量較豐富、品位較高的鋰礦物中尤以鋰輝石、鋰云母為最。我國鋰資源分布情況如下表1:

 

  (1)鋰輝石提鋰

  鋰輝石精礦中氧化鋰含量約5.0%~ 8.5%。目前鋰輝石的提鋰產品主要為碳酸鋰,其工藝主要有硫酸法生產工藝、硫酸鹽混合燒結工藝、氯化鈉焙燒生產工藝、碳酸鈉加壓浸出生產工藝以及石灰石焙燒生產工藝。下面簡單介紹下主要的生產工藝。

 、倭蛩岱üに

  硫酸法工藝在工業生產上常用,鋰礦經過磨細-焙燒-浸出后,加入硫酸鹽除雜過濾,得到硫酸鋰溶液。利用該溶液制備沉淀的碳酸鋰后洗滌干燥獲得產品。該方法產率較高,且對鋰礦品位要求不高。硫酸法工藝也同樣可以處理鋰云母。

 

 、诹蛩猁}混合燒結法

  將鋰輝石精礦與K2SO4(或CaSO4或兩者混合物) ,在一定溫度下混合燒結,經一系列物理、化學反應后,所配入的硫酸鹽中的金屬元素將礦石中鋰置換生成可溶性的硫酸鹽,主要雜質則生成難溶于水的化合物,然后將燒結后的熟料浸出分離,鋰離子進入溶液,經凈化、濃縮、沉淀后得到碳酸鋰產品。

 

 、厶妓徕c加壓浸出法

  首先將鋰輝石加工制得的β-鋰輝石磨到一定細度,加入一定量碳酸鈉混勻,在反應器中于200℃加壓浸出,之后通入CO2 氣體, 即生成可溶性碳酸氫鋰溶液,過濾除去殘渣(沸石) ,加熱至95℃逐出CO2, 沉淀、過濾,濾餅烘干得碳酸鋰產品。

 、苁沂簾

  石灰石焙燒法處理含鋰礦物制取碳酸鋰,生產工藝包括生料制備、焙燒、浸出、洗渣、浸出液濃縮、凈化、結晶等幾個主要工序。石灰法的主要優點是實用性很普遍, 因為它適用于分解幾乎所有的鋰礦物。反應過程不需要稀缺的試劑。

 

  (2)鋰云母提鋰

  我國具有豐富的鋰云母資源,鋰云母精礦中氧化鋰含量約2.0% ~ 5.0%,其中江西宜春的鋰云母資源相對集中,開采條件優越,并且含有昂貴的銣、銫資源和大量的有價資源鋁、鉀和氟。目前鋰云母的提鋰工藝主要有石灰石燒結法、硫酸鹽焙燒法、氯化鈉壓煮法、硫酸鈉壓煮法、石灰壓煮法等等。

 、偈沂療Y法

  石灰石燒結法流程與鋰輝石提鋰工藝類似,其是最成熟的方法,這個方法的優點比較突出:(1)浸出流程短。(2)浸出體系好,是堿性體系,設備腐蝕小。(3)氫氧化鋰的分離工藝簡單,鉀、銣、銫的產出率高。同時其缺點是收率低、渣量大、能耗較高。

 、诹蛩猁}焙燒法

  硫酸鹽焙燒法的產渣量較少,且能耗較低。出產率比石灰石燒結法高10%左右。但是采用此種方法導致除雜時間較長,工藝繁瑣。硫酸鹽是鉀鹽時適用所有鋰礦,但是鉀鹽比較貴,成本較高。

 、勐然c壓煮法

  氯化鈉壓煮法過程較為精簡,與石灰石法相似,排渣量很少。鋰的出產率可以達到80%。由于采用的含氯體系,對設備的腐蝕性較大,故對設備的要求比較高。

 

  此外,還有硫酸法、氯化焙燒法等工藝來進行鋰云母提鋰。鋰云母是個很復雜的物質,總的來說,如何提高鋰云母品位,減少浸出過程、分離過程的渣量,在浸出過程中盡可能將有價元素進入液相并經濟地將他們分離開來,工藝流程盡可能短,同時能處理好設備的腐蝕問題是鋰云母提鋰工藝選擇應該考慮的問題。

  三、結語

  經過數十年鋰礦提鋰工藝的研究,我國提鋰工業在技術上有了巨大的成就。對于鋰礦石來說,鋰的出產率由60%提升到80%以上,排渣量和能耗進一步降低,對我國鋰電原材料事業的發展做出了很大的貢獻。此外,還有鹽湖提鋰等新的工藝在起著不可替代的作用。未來,我國的礦物提鋰、鹽湖提鋰的技術將越來越完善,提高礦物綜合利用效率,從粗獷性的發展模式轉變為精細加工,高效利用資源是每個工業人、礦業人、地球人的責任和義務。讓我們把地球建設得更美好!

[責任編輯:張重陽] 
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