本發(fā)明涉及一種高純度電池級(jí)碳酸鋰的制備方法，尤其涉及一種脈沖式氫化工業(yè)級(jí)碳酸鋰制備電池級(jí)碳酸鋰的方法。

背景技術(shù)：
碳酸鋰作為鋰鹽的重要化合物，有較多的工業(yè)用途，根據(jù)GB/T11075-2013、YS/T582-2013等相關(guān)國(guó)標(biāo)和行標(biāo)，工業(yè)級(jí)Li2CO3含量小于99.5％，電池級(jí)Li2CO3含量99.5％～99.9％。碳酸鋰廣泛應(yīng)用于玻璃陶瓷、新能源汽車(chē)、合金以及醫(yī)藥等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著我國(guó)倡導(dǎo)低碳環(huán)保的方針，新能源行業(yè)快速發(fā)展，最為顯著的就是鋰電池產(chǎn)業(yè)迅猛增長(zhǎng)，鈷酸鋰、鎳酸鋰、鎳鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰等正極材料大多使用碳酸鋰為原料制備而成。使得碳酸鋰的需求量日益增長(zhǎng)，應(yīng)用的領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，然而對(duì)它的純度也越來(lái)越高，生產(chǎn)工業(yè)級(jí)的碳酸鋰成本低、產(chǎn)量大，因此直接以工業(yè)級(jí)碳酸鋰為原料制備電池級(jí)碳酸鋰是最行之有效的。目前以工業(yè)級(jí)碳酸鋰為原料生產(chǎn)電池級(jí)碳酸鋰，主要有苛化法、電解法、氫化分解法等。其中常用的苛化法是指將碳酸鋰與石灰反應(yīng)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾除雜后得氫氧化鋰，再用高純度的CO2氣體合成制備電池級(jí)的碳酸鋰；電解法主要是電解飽和的氯化鋰溶液，制備高純度的氫氧化鋰，通過(guò)高純度的CO2氣體制備電池級(jí)碳酸鋰；氫化分解法是指將難溶的碳酸鋰溶液轉(zhuǎn)化成溶解度大的碳酸氫鋰，這樣除去不易被氫化的雜質(zhì)(主要包括Ca、Mg等)，加熱碳酸氫鋰溶液制備電池級(jí)碳酸鋰。比如采用氫化工藝的有中國(guó)專(zhuān)利200710019052.3《一種利用鹽湖鋰資源制取高純碳酸鋰的工藝方法》，以鹽湖鹵水為原料制備工業(yè)級(jí)碳酸鋰，通入CO2氣體氫化，經(jīng)過(guò)相關(guān)的除雜過(guò)程后，在負(fù)壓條件下分解碳酸氫鋰，洗滌多次制備電池級(jí)的碳酸鋰；也有相關(guān)期刊文獻(xiàn)《氫化條件對(duì)碳酸鋰提純的影響》(材料導(dǎo)報(bào)B，2011.7,25，吳鑒)指出10g的碳酸鋰和二氧化碳流量為1L/min，在25℃下反應(yīng)40min，得到的二氧化碳利用率僅僅只有7.6％；《粗級(jí)碳酸鋰提純工藝過(guò)程研究》(無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2013.8,8，李燕茹)中選擇10g的碳酸鋰在20℃下和1L/min二氧化碳反應(yīng)150min，二氧化碳利用率2.02％，影響以上二氧化碳利用率低的原因是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)溶液中溶解二氧化碳的量很少，影響傳質(zhì)過(guò)程，進(jìn)而影響CO2氣體的利用率，導(dǎo)致氣體原料浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供脈沖式氫化工業(yè)級(jí)碳酸鋰制備電池級(jí)碳酸鋰的方法，該發(fā)明能極大提高氫化工藝中高純度CO2氣體的利用率。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：首先將工業(yè)碳酸鋰和水混合配制成漿料，通過(guò)電磁脈沖加料裝置向漿料中加入高純度CO2氣體，溶液變成可溶性較強(qiáng)的碳酸氫鋰溶液，進(jìn)而通過(guò)分解釜分解碳酸氫鋰，除去不易被氫化的雜質(zhì)，再通過(guò)苛化反應(yīng)，濃縮，離子交換樹(shù)脂除雜質(zhì)Ca、Mg等，通入高純度的CO2氣體，制備了電池級(jí)的碳酸鋰。其反應(yīng)原理如下：(1)氫化反應(yīng)：將工業(yè)級(jí)碳酸鋰和水按一定比例混合配制漿料，按照氫化釜內(nèi)一定壓力以脈沖式加入CO2氣體，在溫度為20～25℃之間反應(yīng)，將碳酸鋰轉(zhuǎn)化為碳酸氫鋰，反應(yīng)式如下：Li2CO3+CO2+nH2O＝2LiHCO3+(n-1)H2O(2)分解反應(yīng)：將得到的碳酸氫鋰溶液通入分解釜中，溫度提升至90℃～100℃，碳酸氫鋰分解為碳酸鋰，反應(yīng)式如下：2LiHCO3＝Li2CO3+H2O+CO2(3)苛化反應(yīng)：工業(yè)級(jí)碳酸鋰和Ca(OH)2按一定質(zhì)量比混合反應(yīng)，將釜內(nèi)溫度維持在90℃～100℃，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液逐漸變渾濁，有不溶物CaCO3產(chǎn)生，反應(yīng)式如下：Li2CO3+Ca(OH)2＝CaCO3+LiOH+H2O(4)合成反應(yīng)：過(guò)濾上述苛化液，將濾液轉(zhuǎn)入至合成釜中，并向其中高純度的CO2氣體，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液變渾濁，過(guò)濾干燥，即可得電池級(jí)碳酸鋰，反應(yīng)式如下：2LiOH+CO2+H2O＝Li2CO3+2H2O其中的電磁脈沖式加料裝置主要由微壓傳感器、二氧化碳電磁閥、PLC控制箱構(gòu)成，微壓傳感器用于檢測(cè)氫化釜內(nèi)氣壓，并將氣壓信號(hào)傳輸給PLC控制箱；PLC控制箱用于接收、處理微壓傳感器傳輸?shù)臍鈮盒盘?hào)，當(dāng)微壓傳感器檢測(cè)的氣壓值低于預(yù)設(shè)的氣壓值時(shí)，向電磁閥傳輸開(kāi)閥指令；電磁閥設(shè)于連通高純度CO2儲(chǔ)罐和氫化釜的管路上，接收PLC傳輸?shù)拈_(kāi)閥指令后開(kāi)閥；該裝置的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)附圖2。本發(fā)明提供一種脈沖式氫化工業(yè)級(jí)碳酸鋰制備電池級(jí)碳酸鋰的方法，包括以下工序：工序一，氫化反應(yīng)、過(guò)濾：稱(chēng)取一定質(zhì)量的工業(yè)級(jí)碳酸鋰和普通純水(普通純水的電導(dǎo)率≤0.5μS/cm，Na+≤0.01％，電阻率≤10MΩ；)混合配制成漿料，打入氫化釜中，氫化釜內(nèi)溫度控制在20～25℃，開(kāi)啟氫化釜內(nèi)的攪拌槳攪拌；將高純度CO2氣體(高純度CO2氣體符合GB/T23938-2009規(guī)定的純度為99.99％以上)以脈沖形式加入氫化釜，根據(jù)氫化釜內(nèi)壓力反饋調(diào)節(jié)CO2的進(jìn)氣頻率，始終保持氫化釜內(nèi)壓力為0.11～0.12MPa；待溶液pH值在7～8時(shí)，得到較為澄清的碳酸氫鋰溶液，此時(shí)氫化反應(yīng)完全；過(guò)濾洗滌所述碳酸氫鋰溶液，除去SiO2、硅酸鹽等不溶雜質(zhì)，得到濾液Ⅰ；工序二，分解反應(yīng)、過(guò)濾：將濾液Ⅰ打入至分解釜中，分解溫度控制在90℃～100℃，開(kāi)啟分解釜內(nèi)攪拌槳攪拌，分解釜在反應(yīng)過(guò)程中加料口敞開(kāi)，避免分解產(chǎn)生CO2氣體壓力憋壞釜內(nèi)設(shè)備，當(dāng)分解釜內(nèi)再無(wú)大量氣泡產(chǎn)生時(shí)即為分解反應(yīng)的終點(diǎn)；趁熱過(guò)濾，得到濾渣Ⅱ；工序三，苛化反應(yīng)、過(guò)濾洗滌、濃縮、除雜：將濾渣Ⅱ與食品級(jí)Ca(OH)2(所述食品級(jí)Ca(OH)2國(guó)標(biāo)GB25572-2010的純度在95.0％以上)以質(zhì)量比1:1-1.5混合，所得混合物和普通純水以質(zhì)量比1:3-4配制成苛化液，打入苛化釜中，將苛化釜內(nèi)溫度提升至90℃～100℃，開(kāi)啟苛化釜內(nèi)攪拌槳攪拌，充分反應(yīng)，得到苛化液；過(guò)濾洗滌所述苛化液多次，將每次過(guò)濾洗滌所得濾液集中在一起，得到濾液Ⅲ；將濾液Ⅲ轉(zhuǎn)移至濃縮釜中，氫氧化鋰的濃度濃縮至20～25g/L，此時(shí)Ca、Mg雜質(zhì)富集，得到濃縮液Ⅲ；將濃縮液Ⅲ通過(guò)離子交換樹(shù)脂，除去Ca、Mg雜質(zhì)，得到濃縮液Ⅲ＇；工序四，合成反應(yīng)、過(guò)濾、干燥：將濃縮液Ⅲ＇打入合成釜中，向合成釜中通入高純度CO2氣體，合成釜內(nèi)溫度控制在90℃～100℃，攪拌，合成反應(yīng)時(shí)間控制在1～1.5小時(shí)；趁熱過(guò)濾，得到濾渣Ⅳ；將濾渣Ⅳ在90～100℃的烘箱中干燥5～6小時(shí)，最終得到白凈的碳酸鋰。上述工序一中，將高純度CO2氣體以脈沖形式加入氫化釜，通過(guò)電磁脈沖加料裝置得以實(shí)現(xiàn)；所述電磁脈沖加料裝置主要由微壓傳感器、電磁閥、PLC控制箱、電源構(gòu)成，其中：微壓傳感器用于檢測(cè)氫化釜內(nèi)氣壓，并將氣壓信號(hào)傳輸給P...