本發(fā)明涉及電池材料領域，具體而言，本發(fā)明涉及制備單水氫氧化鋰的系統(tǒng)。

背景技術：

氫氧化鋰主要應用在化工原料、電池行業(yè)、化學藥品、航天、原子能等方面。隨著新能源汽車產業(yè)快速擴張，帶動電池產業(yè)和電池材料產業(yè)的迅猛發(fā)展。特斯拉體系、新型負極材料鈦酸鋰以及高鎳三元材料對氫氧化鋰的旺盛需求，使得電池材料市場對氫氧化鋰需求呈爆發(fā)式增長。早期鋰電池材料對氫氧化鋰的要求主要表現(xiàn)在物理外觀均勻、化學雜質低、批次穩(wěn)定性好。但隨著鋰電行業(yè)的發(fā)展，對氫氧化鋰產品上述性能方面要求更加嚴格，對高純氫氧化鋰的需求更加旺盛。

氫氧化鋰主要通過鋰輝石提純制備，鋰輝石精礦硫酸浸出得到硫酸鋰溶液，再通過冷凍析鈉-深度除雜-重結晶工序獲得氫氧化鋰產品。該法主要存在以下問題：

(1)產品純度較低，產品雜質成分波動情況大，質量不易控制。往往需要多次結晶純化才能得到合格的電池級單水氫氧化鋰產品，要想獲得高純單水氫氧化鋰產品難度更大；

(2)冷凍析鈉和多次蒸發(fā)結晶過程均會造成鋰的大量損失，鋰收率低。

因此，制備高純單水氫氧化鋰的手段還有待改進。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出制備單水氫氧化鋰的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以采用工業(yè)級或次工業(yè)級碳酸鋰粗品有效地制備得到高純單水氫氧化鋰產品，且工業(yè)流程穩(wěn)定，產品質量穩(wěn)定可控、收率高。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種制備單水氫氧化鋰的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該系統(tǒng)包括：碳化除雜裝置，所述碳化除雜裝置具有碳酸鋰粗品入口、水入口、二氧化碳入口、edta入口和精制碳酸鋰出口；苛化裝置，所述苛化裝置具有精制碳酸鋰入口、石灰乳入口和氫氧化鋰完成液出口，所述精制碳酸鋰入口與所述精制碳酸鋰出口相連；離子交換裝置，所述離子交換裝置具有氫氧化鋰完成液入口和精制氫氧化鋰凈化液出口，所述氫氧化鋰完成液入口與所述氫氧化鋰完成液出口相連；蒸發(fā)結晶裝置，所述蒸發(fā)結晶裝置具有精制氫氧化鋰凈化液入口和單水氫氧化鋰濕粗品出口，所述精制氫氧化鋰凈化液入口與所述精制氫氧化鋰凈化液出口相連；后處理裝置，所述后處理裝置具有單水氫氧化鋰濕粗品入口和單水氫氧化鋰出口，所述單水氫氧化鋰濕粗品入口與所述氫氧化鋰濕粗品出口相連。

由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的制備單水氫氧化鋰的系統(tǒng)可以采用工業(yè)級或次工業(yè)級碳酸鋰粗品有效地制備得到高純單水氫氧化鋰產品，且工業(yè)流程穩(wěn)定，產品質量穩(wěn)定可控、收率高。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的制備單水氫氧化鋰的系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，所述碳化除雜裝置進一步包括：混料單元，所述混料單元具有碳酸鋰粗品入口、水入口和漿料出口；沉淀單元，所述沉淀單元具有漿料入口、二氧化碳入口、edta入口和混合液出口，所述漿料入口與所述漿料出口相連；過濾單元，所述過濾單元具有混合液入口、濾渣出口和濾液出口，所述混合液入口與所述混合液出口相連；熱解單元，所述熱解單元具有濾液入口、二氧化碳出口和精制氫氧化鋰，所述濾液入口與所述濾液出口相連。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述碳化除雜裝置為密閉機械攪拌反應釜。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述苛化裝置為帶加熱控溫的機械攪拌反應釜。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述離子交換裝置為柱式離子交換罐。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述離子交換裝置中使用的離子交換樹脂包括d401、d732或irc747。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述蒸發(fā)結晶裝置為真空式結晶器或機械攪拌冷卻式結晶器。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述后處理裝置為離心洗滌器和真空干燥箱。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制備單水氫氧化鋰的系統(tǒng)結構示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的制備單水氫氧化鋰的系統(tǒng)結構示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產品。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種制備單水氫氧化鋰的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖1～2，該系統(tǒng)包括：碳化除雜裝置100、苛化裝置200、離子交換裝置300、蒸發(fā)結晶裝置400和后處理裝置500。

下面參考圖1～2對根據(jù)本發(fā)明實施例的制備單水氫氧化鋰的系統(tǒng)進行詳細描述：

根據(jù)本發(fā)明的實施例，碳化除雜裝置100具有碳酸鋰粗品入口101、水入口102、二氧化碳入口103、edta入口104和精制碳酸鋰出口105，碳化除雜裝置100適于將碳酸鋰粗品進行碳化除雜處理，以便除去碳酸鋰粗品中的可溶性k、na等雜質，得到精制碳酸鋰。發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，簡單的洗滌方式僅能除去碳酸鋰粗品表面吸附的可溶性雜質，而大部分可溶性k、na等雜質夾雜于碳酸鋰晶粒間，通過洗滌難以除去，進而發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過采用碳化除雜處理，可以有效地除去碳酸鋰粗品中絕大部分可溶性k、na等雜質。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，碳化除雜裝置可以為密閉機械攪拌反應釜。

具體的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖2，碳化除雜裝置進一步包括：混料單元110、沉淀單元120、過濾單元130和熱解單元140。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，混料單元110具有碳酸鋰粗品入口101、水入口102和漿料出口111，混料單元110適于碳酸鋰粗品與水混合，以便得到漿料。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，碳酸鋰粗品與水的配比并不受特別限制，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，可以將碳酸鋰粗品與水按照質量比1:(20～22)進行混合。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當碳酸鋰粗品質量固定時，隨著水量的增加，雖然碳酸鋰漿料與co2接觸的時間更長，接觸面積增加，反應更完全；但由于溶解一定量的碳酸鋰粗品所需的水量是固定的，水量超過一定限度后反應速率不會繼續(xù)增加，相反會造成后續(xù)碳酸氫鋰溶液熱解過程耗能的增加。

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，漿料出口111可以通過離心泵與后續(xù)沉淀單元120中的漿料入口121相連，由此，可以進一步提高物料輸送效率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，沉淀單元120具有漿料入口121、二氧化碳入口103、edta入口104和混合液出口122，漿料入口121與漿料出口111相連，沉淀單元120適于向混料單元110中得到的漿料中通入二氧化碳氣體，直至漿料中的固體碳酸鋰全部溶解，以便得到混合液。具體地，通過向漿料中通入二氧化碳氣體，可以將固體碳酸鋰轉化為碳酸氫鋰的形式，使li進入液相，實現(xiàn)li與難溶性ca、mg等雜質的分離。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，可以在20～30攝氏度下向漿料中通入二氧化碳氣體。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內，升高溫度有利于提高反應速率，但由于li2co3和co2溶解度隨溫度的升高而減小，升高溫度反而使反應速率減慢。此外，溫度過高也會導致碳酸鋰粗品中的雜質ca、mg在碳化后液中溶解，隨著后續(xù)蒸發(fā)分解過程又進入純化碳酸鋰中，導致雜質ca、mg的難以分離。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，過濾單元130具有混合液入口131、濾渣出口132和濾液出口133，混合液入口131與混合液出口122相連，過濾單元130適于將沉淀單元120中得到的混合液與edta混合，以便利用edta沉淀混合液中的難溶性ca、mg等雜質，進而采用機械攪拌的方式過濾除去難溶性雜質，并收集濾液，從而實現(xiàn)li與難溶性ca、mg等雜質的分離。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，混合液與edta的配比并不受特別限制，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，edta的質量可以為調漿步驟中碳酸鋰粗品質量的0.1～0.5％。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，edta的加入量與碳酸鋰粗品中雜質ca、mg含量有關，適宜提高加入倍數(shù)能提高雜質去除率，太多則會導致輔料成本增加以及引入雜質。

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，優(yōu)選采用板框壓濾機進行上述過濾，由此，可以進一步提高過濾效率和li的回收率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，熱解單元140具有濾液入口141、二氧化碳出口142和精制碳酸鋰出口105，濾液入口141與濾液出口133相連，熱解單元140適于將過濾單元130中得到的濾液進行熱解處理，以便得到精制碳酸鋰。具體地，通過熱解處理，可以使溶解于液相中的碳酸氫鋰分解為碳酸鋰和二氧化碳，進而將碳酸鋰分離，即可得到精制碳酸鋰。另外，在熱解處理過程中應對反應液進行持續(xù)攪拌，以幫助二氧化碳其他排出，防止反應液冒槽。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，熱解處理的條件并不受特別限制，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，熱解處理可以在85～90攝氏度下完成。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，熱分解溫度過低，精制碳酸鋰產率低，隨著溫度升高，產率逐漸提高，這主要是由于lihco3的分解是一個吸收反應，此外li2co3的溶解度隨溫度的升高而降低，溫度越高越有利于li2co3產率的增加,但溫度過高會導致精制碳酸鋰中雜質濃度的升高，同時溫度超過90℃會導致反應異常劇烈，放出大量的co2氣體，發(fā)生冒槽事故。

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，精制碳酸鋰出口105可以通過離心機與后續(xù)苛化裝置200的精制碳酸鋰入口201相連，由此，可以分離精制碳酸鋰中的水分，從而進一步除去精制碳酸鋰中的可溶性雜質。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，苛化裝置200具有精制碳酸鋰入口201、石灰乳入口202和氫氧化鋰完成液出口203，精制碳酸鋰入口201與精制碳酸鋰出口105相連，苛化裝置200適于將精制碳酸鋰進行苛化處理，以便得到氫氧化鋰溶液。具體地，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，用于苛化處理的石灰乳應采用新鮮生石灰加水配制得到，由此可以顯著提高石灰乳的活性，提高反應率，從而進一步提高li的回收率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，苛化裝置可以為帶加熱控溫的機械攪拌反應釜。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，可以通過離心機將苛化處理得到的氫氧化鋰漿料與其中混有的碳酸鈣渣進行液固分離，得到氫氧化鋰完成液。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，苛化處理的條件并不受特別限制，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，苛化處理可以在90～95攝氏度下完成。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，更高的溫度有利于苛化反應的進行，提高碳酸鋰的轉化率，因此，苛化反應適宜在大于90℃，甚至沸騰條件下進行。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，苛化處理是在ph值為14～14.5的條件下進行0.5～2h完成的。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過控制反應液ph值和反應時間可以顯著提高苛化處理的反應率，并降低碳酸鈣雜質中l(wèi)i的含量，從而進一步提高li的回收率。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，離子交換裝置300具有氫氧化鋰完成液入口301和精制氫氧化鋰凈化液出口302，氫氧化鋰完成液入口301與氫氧化鋰完成液出口203相連，離子交換裝置300適于采用陽離子交換樹脂將氫氧化鋰完成液進行除雜，以便除去氫氧化鋰中的ca、mg等雜質，得到精制氫氧化鋰凈化液。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，離子交換裝置可以為柱式離子交換罐。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，離子交換裝置中使用的離子交換樹脂的種類并不受特別限制，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，陽離子交換樹脂可以包括d401、d732或irc747。由此，可以進一步提高ca、mg等雜質的去除率。經檢測，得到的精制氫氧化鋰溶液中雜質ca、mg的含量不高于1mg/l。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，蒸發(fā)結晶裝置400具有精制氫氧化鋰凈化液入口401和單水氫氧化鋰濕粗品出口402，精制氫氧化鋰凈化液入口401與精制氫氧化鋰凈化液出口302相連，蒸發(fā)結晶裝置400適于將精制氫氧化鋰溶液進行蒸發(fā)結晶處理，以便得到單水氫氧化鋰濕粗品。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，蒸發(fā)結晶裝置可以為真空式結晶器或機械攪拌冷卻式結晶器。

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，在將精制氫氧化鋰溶液進行蒸發(fā)濃縮后，結晶分離優(yōu)選采用離心分離機或真空帶式過濾機分離得到單水氫氧化鋰濕粗品。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，后處理裝置500具有單水氫氧化鋰濕粗品入口501和單水氫氧化鋰出口502，單水氫氧化鋰濕粗品入口501與氫氧化鋰濕粗品出口402相連，后處理裝置500適于將單水氫氧化鋰濕粗品進行洗滌、烘干處理，以便得到單水氫氧化鋰。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，后處理裝置可以為離心洗滌器和真空干燥箱。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，烘干處理的條件并不受特別限制，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，烘干處理可以在50～70攝氏度的溫度以及-0.09～-0.07mpa的真空度下完成。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在-0.09～-0.07mpa的真空度下烘干單水氫氧化鋰濕粗品，可以避免單水氫氧化鋰產品中結晶水的變化，從而進一步提高單水氫氧化鋰產品的品質，烘干溫度過低和真空度過低會使得產品殘留水蒸發(fā)過慢，反之，則會造成單水氫氧化鋰產品結晶水丟失。

由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的制備單水氫氧化鋰的系統(tǒng)通過將碳酸鋰粗品進行碳化除雜處理，得到精制碳酸鋰，進而將精制碳酸鋰進行苛化處理，并采用陽離子交換樹脂將苛化處理得到的氫氧化鋰溶液進行除雜，得到精制氫氧化鋰溶液，后續(xù)將精制氫氧化鋰溶液進行蒸發(fā)結晶處理，以便得到單水氫氧化鋰濕粗品，再將單水氫氧化鋰濕粗品進行洗滌、烘干處理，得到單水氫氧化鋰產品。該系統(tǒng)通過采用工業(yè)級或次工業(yè)級碳酸鋰粗品，可以有效地制備得到高純單水氫氧化鋰產品，且工業(yè)流程穩(wěn)定，產品質量穩(wěn)定可控、收率高。

下面參考具體實施例，對本發(fā)明進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。

實施例1

采用碳化除雜裝置，將200g的工業(yè)純碳酸鋰(主含量97wt％)加入到2l純水中，攪拌，通入二氧化碳氣體，直至碳酸鋰全部溶解，停止通氣。向其中加入0.2gedta，攪拌溶解，過濾得到清液。再將清液加熱至90℃，邊加熱邊攪拌，可見有白色固體析出，過濾得到精制碳酸鋰，主含量99wt％。將制備的精制碳酸鋰與新鮮制備的氫氧化鈣供給至苛化裝置中進行苛化反應，反應溫度95℃，反應時間1h，反應后經過濾得到氫氧化鋰溶液。將氫氧化鋰溶液供給至離子交換裝置中，通過裝載有大孔徑陽離子交換樹脂d401的反應塔，得到雜質ca、mg含量小于1mg/l的精制氫氧化鋰溶液。將精制氫氧化鋰溶液放入真空蒸發(fā)器中，進行減壓蒸發(fā)濃縮至少量晶體析出時停止加熱，冷卻至40℃，結晶得到單水氫氧化鋰粗品。用少量純水洗滌單水氫氧化鋰粗品后再放入真空干燥箱烘干得到高純單水氫氧化鋰，產品lioh·h2o純度不低于98wt％，主要雜質k、na、ca、mg、co3^2-、cl^-、so4^2-含量分別為0.001wt％、0.001wt％、0.002wt％、0.002wt％、0.6wt％、0.001wt％、0.008wt％。各項指標均優(yōu)于gb/t26008-2010對雜質含量的要求。

實施例2

采用碳化除雜裝置，將200g的工業(yè)純碳酸鋰(主含量97wt％)加入到4.4l純水中，攪拌，通入二氧化碳氣體，直至碳酸鋰全部溶解，停止通氣。向其中加入0.3gedta，攪拌溶解，過濾得到清液。再將清液加熱至85℃，邊加熱邊攪拌，可見有白色固體析出，過濾得到精制碳酸鋰，主含量99wt％。將制備的精制碳酸鋰與新鮮制備的氫氧化鈣供給至苛化裝置中進行苛化反應，反應溫度95℃，反應時間0.5h，反應后經過濾得到氫氧化鋰溶液。將氫氧化鋰溶液供給至離子交換裝置中，通過裝載有大孔徑陽離子交換樹脂d401的反應塔，得到雜質ca、mg含量小于1mg/l的精制氫氧化鋰溶液。將精制氫氧化鋰溶液放入真空蒸發(fā)器中，進行減壓蒸發(fā)濃縮至少量晶體析出時停止加熱，冷卻至40℃，結晶得到單水氫氧化鋰粗品。用少量純水洗滌單水氫氧化鋰粗品后再放入真空干燥箱烘干得到高純單水氫氧化鋰，產品lioh·h2o純度不低于98wt％，主要雜質k、na、ca、mg、co3^2-、cl^-、so4^2-含量分別為0.001wt％、0.001wt％、0.001wt％、0.001wt％、0.5wt％、0.001wt％、0.007wt％。各項指標均優(yōu)于gb/t26008-2010對雜質含量的要求。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。