碳酸鋰是鋰化合物中最重要的鋰鹽，是制備高純鋰化合物和鋰合金的主要原料，在玻璃和陶瓷制造、醫(yī)藥、有色金屬冶煉、鋰電池電極材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，生產(chǎn)碳酸鋰原料主要有鋰輝石、鹽湖鹵水、海水等，因生產(chǎn)原料不同，生產(chǎn)工藝也有所不同。

一、國內(nèi)外碳酸鋰研究現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)鏈

碳酸鋰用途廣泛，在電池、潤滑劑、陶瓷、玻璃、冶煉等重要工業(yè)領(lǐng)域都是不可或缺原料。長期以來，由于存在技術(shù)和資源兩大壁壘，全球碳酸鋰行業(yè)處于寡頭壟斷格局中，三大巨頭智利SQM、美國FMC和德國Chemtall合計年產(chǎn)能逾8萬噸，占全球市場80%的份額，中國高純度碳酸鋰也多依賴進(jìn)口。

碳酸鋰的提取工藝分為礦石提取和鹽湖鹵水提取兩大類。礦石提取工藝成熟，但耗能高、污染重、成本高；鹽湖鹵水提鋰的優(yōu)勢在于，碳酸鋰含量高和成本低，但技術(shù)難度高，尤其是電池級碳酸鋰的提純。目前國內(nèi)生產(chǎn)還是以礦石提鋰為主，青海鹽湖工業(yè)股份有限公司在鹵水提鋰工藝處于領(lǐng)先地位。

碳酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈

二、碳酸鋰制備工藝

（一）鋰輝石為原料制取碳酸鋰工藝

以鋰輝石為原料，制取碳酸鋰工藝主要有硫酸法、鋰輝石與硫酸鹽混合燒結(jié)法、碳酸鈉加壓浸出法、氯化焙燒法、石灰石焙燒法等。

1、硫酸法

硫酸法是工業(yè)上制取碳酸鋰比較成熟的生產(chǎn)工藝。工藝過程是硫酸與β-鋰輝石在250～300℃下發(fā)生置換反應(yīng)，生成Li₂SO₄。再用石灰調(diào)pH至11，加碳酸鈉除鈣、鎂、鐵、鋁等雜質(zhì)。清液蒸發(fā)成含20%左右Li₂SO₄的凈化液，加入碳酸鈉沉淀成碳酸鋰。離心脫水，濾餅烘干，得到碳酸鋰產(chǎn)品。其工藝流程如下：

硫酸法制取碳酸鋰工藝流程圖

硫酸法的優(yōu)點是：生產(chǎn)碳酸鋰收率較高；缺點是：生產(chǎn)工藝流程長，能耗較高。

2、鋰輝石與硫酸鹽混合燒結(jié)法

鋰輝石與硫酸鹽混合燒結(jié)法主要工藝過程是將鋰輝石精礦與K₂SO₄（或 CaSO₄或兩者混合物）在一定溫度下混合燒結(jié)，經(jīng)一系列物理、化學(xué)反應(yīng)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(zhì)則生成難溶于水的化合物，然后將燒結(jié)后的熟料浸出分離，鋰離子進(jìn)入溶液，經(jīng)凈化、濃縮、沉淀后得到碳酸鋰產(chǎn)品。其工藝流程如下：

鋰輝石與硫酸鹽混合燒結(jié)法制取碳酸鋰工藝流程圖

鋰輝石與硫酸鹽混合燒結(jié)法優(yōu)點是：具有通用性，能分解所有的鋰礦石。缺點是：生產(chǎn)過程中，若使用K₂SO₄作為硫酸鹽，會消耗大量的鉀鹽，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)品也常被鉀污染。

3、碳酸鈉加壓浸出法

碳酸鈉加壓浸出法工藝過程是：

（1）將鋰輝石加工制得的β-鋰輝石，粉碎研磨至平均粒度為0.074mm；

（2）按 Li₂O量配比加入3.5～7倍碳酸鈉混勻，在反應(yīng)器中于200℃加壓浸出，并通入 CO2 氣體，即生成可溶性 LiHCO₃；

（3）過濾除去殘渣（沸石），加熱至95℃逐出CO₂，經(jīng)沉淀、過濾、濾餅烘干，制備出碳酸鋰產(chǎn)品。

碳化法工藝制取碳酸鋰優(yōu)點是：生產(chǎn)工藝中中省掉了產(chǎn)品洗滌和析鈉工序，簡化了操作，節(jié)約了能耗。因此，采用碳化法工藝優(yōu)于硫酸法。

4、氯化焙燒法

氯化焙燒法主要是利用氯化劑使礦石中的鋰及其它有價金屬轉(zhuǎn)化為氯化物進(jìn)行提取的。氯化焙燒法生產(chǎn)工藝有兩種：中溫氯化法和高溫氯化或氯化揮發(fā)焙燒法。

（1）中溫氯化法是在低于堿金屬氯化物沸點的溫度下，制得含氯化物的燒結(jié)塊，經(jīng)過溶出使之與雜質(zhì)分離。

（2）高溫氯化或氯化揮發(fā)焙燒是在高于其沸點的溫度下進(jìn)行焙燒，使氯化物成為氣態(tài)揮發(fā)出來與雜質(zhì)分離。

氯化焙燒法優(yōu)點是：流程簡單，不消耗貴重試劑。缺點是：LiCl的收集較難，爐氣腐蝕性強(qiáng)。

氯化焙燒法工藝流程如下圖：

氯化焙燒法制取碳酸鋰工藝流程圖

（二）鹽湖鹵水為原料制取碳酸鋰工藝

與以鋰輝石為原料制備碳酸鋰相比，從鹽湖鹵水中制取碳酸鋰，不僅鋰的含量較高，而且資源豐富，同時耗能低、產(chǎn)品價格低廉。目前，已成為國內(nèi)外公司開發(fā)生產(chǎn)鋰鹽的主要研究方向。鹽湖鹵水為原料制取碳酸鋰工藝主要有：蒸發(fā)沉淀法、煅燒法、溶劑萃取法、電滲析法、鋁酸鹽沉淀法、吸附法等。

1、蒸發(fā)沉淀法

目前，蒸發(fā)沉淀法已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。主要工藝過程是：

（1）利用太陽能在蒸發(fā)池中將含鋰鹵水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮；

（2）當(dāng)鋰含量達(dá)到適當(dāng)濃度后，通過脫硼，除鎂、鈣等分離工序；

（3）加入純堿使鋰以碳酸鋰的形式沉淀析出。

蒸發(fā)沉淀法優(yōu)點是：工藝過程簡單；能耗小；成本低；比較適宜堿土金屬含量少、鎂鋰比低的鹵水。

蒸發(fā)沉淀法工藝流程圖

2、煅燒法

煅燒法主要是針對鎂鋰比較高的鹽湖鹵水提鋰提出的技術(shù)。主要工藝過程是以含鋰水氯鎂石飽和鹵水為原料，采用噴霧干燥、煅燒、加水洗滌、蒸發(fā)濃縮、加堿沉淀等生產(chǎn)工序，從高鎂鋰比鹽湖鹵水中進(jìn)行鎂鋰分離，制取價高質(zhì)優(yōu)的碳酸鋰、高純氧化鎂。其工藝流程圖如下：

煅燒法工藝流程圖

煅燒法優(yōu)點是：可以有效綜合利用綜合利用鹽湖資源。缺點是：工藝能耗較高；對設(shè)備的腐蝕也相當(dāng)嚴(yán)重，因此，在大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)中對設(shè)備的選型是重中之中。

3、溶劑萃取法

溶劑萃取法工藝過程是：（1）將鹽湖鹵水經(jīng)鹽田日曬分步析出氯化鈉、光鹵石及部分水氯鎂石，得到的濃縮鹵水，經(jīng)酸化后進(jìn)入萃取槽；

（2）采用磷酸三丁酯（TBP）為萃取劑，HCl為反萃取劑，F(xiàn)eCl₃為絡(luò)合劑，經(jīng)多級逆流萃取洗滌、反萃取、洗酸等階段，萃余液排放，空有機(jī)相返回萃取階段使用。

（3）得到的反萃取液經(jīng)成品工序的蒸發(fā)濃縮、焙燒、浸取、去除雜質(zhì)，再蒸發(fā)濃縮、純堿沉淀制取 Li₂CO₃產(chǎn)品。

溶劑萃取法工藝流程圖

溶劑萃取法優(yōu)點是：適合從高鎂鋰比鹽湖鹵水中提取碳酸鋰，而且工藝可行。缺點是：在萃取工藝中需要處理的鹵水量大、對設(shè)備的腐蝕性較大。

4、電滲析

電滲析是目前比較環(huán)保的新型工藝。中科院青海鹽湖研究所研究開發(fā)出以含鋰濃縮鹵水為原料，通過一級或多級電滲析器，利用陰、陽一價選擇性離子交換膜進(jìn)行循環(huán)（連續(xù)式 、連續(xù)部分循環(huán)式或批量循環(huán)式）工藝濃縮鋰，獲得富鋰低鎂鹵水。然后通過深度除雜、精制濃縮，經(jīng)轉(zhuǎn)化干燥便可制取碳酸鋰產(chǎn)品。

電滲析最大優(yōu)點是解決了高鎂鋰比鹽湖鹵水中鎂和其它雜質(zhì)分離的難題，成為目前青海高鎂鋰比鹵水提取碳酸鋰的一個經(jīng)濟(jì)實用的工藝技術(shù)。

5、吸附法

吸附劑法是首先利用有選擇性的吸附劑將鹵水中的鋰離子吸附，然后再將鋰離子洗脫下來，達(dá)到鋰離子與其它離子分離，便于后續(xù)工序轉(zhuǎn)化利用。吸附劑法的關(guān)鍵是研究性能優(yōu)良的吸附劑。目前常用的有：鋁鹽吸附劑、銻酸鹽吸附劑、層狀吸附劑、離子篩型氧化物吸附劑等。其工藝流程圖如下

吸附法工藝流程圖

吸附法優(yōu)點是：生產(chǎn)工藝比較簡單；能耗較低。缺點是：采用的吸附劑多為粉末狀，其流動性、滲透性較差，溶損率也相當(dāng)大。

（三）海水中制取碳酸鋰的生產(chǎn)工藝

海水中制取碳酸鋰，吸附劑法被認(rèn)為是最有前景的工藝技術(shù)，關(guān)鍵是尋求吸附選擇性好 、循環(huán)利用率高和成本相對較低的吸附劑。其工藝流程圖如下：

海水中制取碳酸鋰工藝流程圖

三、碳酸鋰應(yīng)用

1、玻璃制造領(lǐng)域

碳酸鋰在玻璃制造中，主要是應(yīng)用在陰極顯像管、耐熱玻璃、玻璃纖微及光學(xué)玻璃的生產(chǎn)過程中，碳酸鋰不僅能降低玻璃的熟化、熔化溫度，提高玻璃的密度和強(qiáng)度，而且還可以改善玻璃的粘性、熱膨脹性等許多重要性質(zhì)。

碳酸鋰在玻璃制造領(lǐng)域應(yīng)用

2、陶瓷領(lǐng)域應(yīng)用

在陶瓷制造過程中，加入適量的碳酸鋰，不僅可億增加產(chǎn)品的透明度和增加耐磨性，而且能夠降低膨脹系數(shù)和熔融溫度，進(jìn)而減少燃料消耗，延長熔爐壽命。

碳酸鋰在陶瓷領(lǐng)域應(yīng)用

3、醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用

在醫(yī)藥領(lǐng)域，碳酸鋰可以用作安眠藥和鎮(zhèn)定劑，還可以治療神經(jīng)性厭食、病理性性欲亢進(jìn)、痙攣斜頸、關(guān)節(jié)炎、癲癇等，且已成為治療狂燥癥的首選藥物。

碳酸鋰在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用

4、有色金屬冶煉領(lǐng)域

在鋁冶煉工業(yè)領(lǐng)域，用含有0.4%～1.5%碳酸鋰的炭質(zhì)材料代替普通的活性碳材料作陽極，能將陽極的過電位降低150～200mV，生產(chǎn)每噸鋁可節(jié)約用電 300～600 kW·h。

碳酸鋰在有色金屬冶煉領(lǐng)域應(yīng)用

5、鋰電池電極材料

碳酸鋰是鋰化合物中最重要的產(chǎn)品，以其為基礎(chǔ)原料可以生產(chǎn)各種鋰化合物。目前，作為鋰離子電池的正極材料，電解質(zhì)使用的高純碳酸鋰越來越受到人 們的重視。它是制取金屬 Li、LiOH、LiB r等的主要原料，不僅用于鋰離子電池，而且應(yīng)用于表面彈性波元件材料鉭酸鋰、鈮酸鋰。

碳酸鋰應(yīng)用于鋰電池電極材料

作者：李波濤

參考文獻(xiàn)：

1、汪劍嶺等，硫酸鹽法從鋰云母制取碳酸鋰的研究。

2、張紹成，冉廣芬，吸附法鹽湖鹵水提鋰工藝試驗。

3、袁俊生，級志永，海水提鋰研究進(jìn)展。

4、游清治，鋰在玻璃陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用。