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、醫藥、有色金屬冶煉、鋰電池電極材料等領域具有廣闊的應用前景。目前，生產碳酸鋰原料主要有鋰輝石、鹽湖鹵水、海水等，因生產原料不同，生產工藝也有所不同。

一、國內外碳酸鋰研究現狀及產業鏈

碳酸鋰用途廣泛，在電池、潤滑劑、陶瓷、玻璃、冶煉等重要工業領域都是不可或缺原料。長期以來，由于存在技術和資源兩大壁壘，全球碳酸鋰行業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；鹽湖鹵水提鋰的優勢在于，碳酸鋰含量高和成本低，但技術難度高，尤其是電池級碳酸鋰的提純。目前國內生產還是以礦石提鋰為主，青海鹽湖工業股份有限公司在鹵水提鋰工藝處于領先地位。

碳酸鋰產業鏈

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

硫酸法是工業上制取碳酸鋰比較成熟的生產工藝。工藝過程是硫酸與β-鋰輝石在250～300℃下發生置換反應，生成Li₂SO₄。再用石灰調pH至11，加碳酸鈉除鈣、鎂、鐵、鋁等雜質。清液蒸發成含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

硫酸法的優點是：生產碳酸鋰收率較高；缺點是：生產工藝流程長，能耗較高。

2、鋰輝石與硫酸鹽混合燒結法

鋰輝石與硫酸鹽混合燒結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，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。其工藝流程如下：

鋰輝石與硫酸鹽混合燒結法制取碳酸鋰工藝流程圖

鋰輝石與硫酸鹽混合燒結法優點是：具有通用性，能分解所有的鋰礦石。缺點是：生產過程中，若使用K₂SO₄作為硫酸鹽，會消耗大量的鉀鹽，導致生產成本較高，產品也常被鉀污染。

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，經沉淀、過濾、濾餅烘干，制備出碳酸鋰產品。

碳化法工藝制取碳酸鋰優點是：生產工藝中中省掉了產品洗滌和析鈉工序，簡化了操作，節約了能耗。因此，采用碳化法工藝優于硫酸法。

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化為氯化物進行提取的。氯化焙燒法生產工藝有兩種：中溫氯化法和高溫氯化或氯化揮發焙燒法。

（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塊，經過溶出使之與雜質分離。

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

氯化焙燒法優點是：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。

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、產品價格低廉。目前，已成為國內外公司開發生產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、蒸發沉淀法

目前，蒸發沉淀法已實現工業化生產。主要工藝過程是：

（1）利用太陽能在蒸發池中將含鋰鹵水進行蒸發濃縮；

（2）當鋰含量達到適當濃度后，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。

蒸發沉淀法優點是：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。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、蒸發濃縮、加堿沉淀等生產工序，從高鎂鋰比鹽湖鹵水中進行鎂鋰分離，制取價高質優的碳酸鋰、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；對設備的腐蝕也相當嚴重，因此，在大規模的工業化生產中對設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，經酸化后進入萃取槽；

（2）采用磷酸三丁酯（TBP）為萃取劑，HCl為反萃取劑，FeCl₃為絡合劑，經多級逆流萃取洗滌、反萃取、洗酸等階段，萃余液排放，空有機相返回萃取階段使用。

（3）得到的反萃取液經成品工序的蒸發濃縮、焙燒、浸取、去除雜質，再蒸發濃縮、純堿沉淀制取 Li₂CO₃產品。

溶劑萃取法工藝流程圖

溶劑萃取法優點是：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、對設備的腐蝕性較大。

4、電滲析

電滲析是目前比較環保的新型工藝。中科院青海鹽湖研究所研究開發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行循環（連續式 、連續部分循環式或批量循環式）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，經轉化干燥便可制取碳酸鋰產品。

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

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，達到鋰離子與其它離子分離，便于后續工序轉化利用。吸附劑法的關鍵是研究性能優良的吸附劑。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

吸附法優點是：生產工藝比較簡單；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，溶損率也相當大。

（三）海水中制取碳酸鋰的生產工藝

海水中制取碳酸鋰，吸附劑法被認為是最有前景的工藝技術，關鍵是尋求吸附選擇性好 、循環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、碳酸鋰應用

1、玻璃制造領域

碳酸鋰在玻璃制造中，主要是應用在陰極顯像管、耐熱玻璃、玻璃纖微及光學玻璃的生產過程中，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度，而且還可以改善玻璃的粘性、熱膨脹性等許多重要性質。

碳酸鋰在玻璃制造領域應用

2、陶瓷領域應用

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

碳酸鋰在陶瓷領域應用

3、醫藥領域應用

在醫藥領域，碳酸鋰可以用作安眠藥和鎮定劑，還可以治療神經性厭食、病理性性欲亢進、痙攣斜頸、關節炎、癲癇等，且已成為治療狂燥癥的首選藥物。

碳酸鋰在醫藥領域應用

4、有色金屬冶煉領域

在鋁冶煉工業領域，用含有0.4%～1.5%碳酸鋰的炭質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，生產每噸鋁可節約用電 300～600 kW·h。

碳酸鋰在有色金屬冶煉領域應用

5、鋰電池電極材料

碳酸鋰是鋰化合物中最重要的產品，以其為基礎原料可以生產各種鋰化合物。目前，作為鋰離子電池的正極材料，電解質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，而且應用于表面彈性波元件材料鉭酸鋰、鈮酸鋰。

碳酸鋰應用于鋰電池電極材料

作者：李波濤

參考文獻：

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，海水提鋰研究進展。

4、游清治，鋰在玻璃陶瓷工業中的應用。