以盐湖碳酸锂为原料制备电池级碳酸锂的研究

摘要 ............................................................... I Abstract........................................................... II 目录 ............................................................... I 第1章绪论 .. (1)

1.1 国内外锂资源概况 (1)

1.2 Li2CO3的性质与用途 (2)

1.2.1 Li2CO3的性质 (2)

1.2.2 Li2CO3的用途 (3)

1.3 国内外Li2CO3的生产方法 (3)

1.4 本课题研究的意义及内容 (4)

1.4.1 本课题的研究意义 (4)

1.4.2 研究内容 (5)

第2章碳酸锂碳化反应过程的研究 (7)

2.1 文献综述 (7)

2.1.1苛化碳化法制备高纯碳酸锂 (7)

2.1.2 碳酸锂重结晶法制取高纯碳酸锂 (7)

2.1.3 碳酸氢铵沉淀法 (8)

2.1.4 二氧化碳碳化法制取高纯碳酸锂 (8)

2.2 试验材料及设备 (9)

2.2.1 主要试验材料 (9)

2.2.2 主要试验设备 (9)

2.3 试验方法 (10)

2.3.1 试验装置图 (10)

2.3.2 实验步骤 (10)

2.3.3 分析方法 (11)

2.3.3.1 碳化液中锂离子含量以及主要杂质离子的测定 (11)

2.2.3.2 碳化率的计算 (12)

2.4 试验部分 (12)

2.4.1 碳化温度对碳酸锂碳化过程的影响 (12)

2.4.2 液固比对碳化过程的影响 (14)

2.4.3 搅拌转速对碳化过程的影响 (16)

2.4.4 CO2气体流量对碳化过程的影响 (17)

2.5 本章小结 (18)

第3章离子交换法分离碳化液中钾、钙、镁、钡离子的研究 (19)

3.1 文献综述 (19)

3.1.1 离子交换树脂的结构 (19)

3.1.2 离子交换树脂的分类和命名 (20)

3.1.3 离子交换树脂的交换过程 (20)

3.1.4 离子交换树脂的选择性 (20)

3.2 试验材料及设备 (21)

3.2.1 主要试验材料 (21)

3.2.2 主要试验设备 (22)

3.3 试验方法 (23)

3.3.1 试验装置图 (23)

3.3.2 试验步骤 (23)

3.3.3 静态吸附试验步骤 (23)

3.3.4动态吸附试验 (24)

3.3.5 分析方法 (24)

3.3.5.1 溶液中阳离子的测定 (24)

3.3.5.2 树脂吸附量及去除率的计算 (24)

3.4 试验部分 (25)

3.4.1 pH对树脂吸附效果的影响 (25)

3.4.1.1 pH对Mg2+吸附效果的影响 (25)

3.4.1.2 pH对Ba2+吸附效果的影响 (25)

3.4.1.3 pH对Ca2+吸附效果的影响 (26)

3.4.1.4 pH对K+吸附效果的影响 (27)

3.4.2 吸附速率曲线 (28)

3.4.3 吸附等温线 (31)

3.4.4 不同树脂用量对碳化液杂质的去除效果 (33)

3.4.5 离子交换柱吸附试验 (36)

3.4.6 用碳化液动态吸附试验 (37)

3.5 本章小结 (39)

第4章碳化液热解结晶过程的研究 (41)

4.1 文献综述 (41)

4.1.1 晶体 (41)

4.1.2 结晶过程 (42)

4.1.3 固体结晶质量指标 (42)

4.2 试验材料及设备 (43)

4.2.1 主要试验材料 (43)

4.2.2 主要试验设备 (43)

4.3 试验方法 (44)

4.3.1 试验装置图 (44)

4.3.2 试验步骤 (44)

4.4 分析方法 (45)

4.4.1 碳酸锂产品中锂离子含量以及主要杂质离子的测定 (45)

4.4.2 碳酸锂结晶的粒度分布等参数的测定 (45)

4.5 试验部分 (45)

4.5.1 热解液中Li+含量对热解过程的影响 (45)

4.5.2 热解温度对热解过程的影响 (47)

4.5.3 搅拌转速对热解过程的影响 (49)

4.5.4 添加剂对热解碳酸锂产品的影响 (50)

4.5.5 晶种对热解碳酸锂产品的影响 (51)

4.5.6 经过离子交换后碳化液热解试验 (53)

4.6 本章小结 (54)

第5章碳酸钠和氯化锂反应结晶的研究 (55)

5.1 文献综述 (55)

5.2 试验材料及设备 (56)

III

5.2.1 主要试验材料 (56)

5.2.2 主要试验设备 (56)

5.3 试验方法 (57)

5.3.1 实验装置图 (57)

5.3.2 试验步骤 (57)

5.4 分析方法 (57)

5.4.1 碳酸锂产品中锂离子含量以及主要杂质离子的测定 (57)

5.4.2 碳酸锂结晶的粒度、形貌、产率及纯度的测定 (57)

5.5 试验部分 (58)

5.5.1 碳酸钠的加入量对反应结晶的影响 (58)

5.5.2 搅拌速度对反应结晶的影响 (60)

5.5.3 反应温度对反应结晶的影响 (61)

5.5.4 氯化锂浓度对反应结晶的影响 (64)

5.5.5 加料方式对反应结晶的影响 (65)

5.5.6 添加剂对反应结晶的影响 (68)

5.5.7 晶种对反应结晶的影响 (69)

5.5.8 外场对反应结晶的影响 (69)

5.5.9 使用实际卤水进行反应结晶试验 (70)

5.6 本章小结 (71)

第6章试验结论 (73)

6.1 试验结论 (73)

6.2 试验中存在的不足 (74)

参考文献 (75)

致谢 (79)

作者简介 (81)

第1章绪论

1.1 国内外锂资源概况

单质锂（Lithium，符号：Li）是一种银灰色且质地柔软的碱金属。由于其化学性质活泼的特性，它在自然界中不以锂单质的形式存在。锂主要存在于锂云母（含Li2O约1.23%到5.90%）、锂辉石（含Li2O约8.04%）等矿石和卤水中。在世界锂资源组成中：富锂沸石占3％，地热盐水占3％，油田卤水占3％，富锂粘土占7％，伟晶岩和花岗岩相关占26％，盐湖卤水占58％[1]。

据USGS（United States Geological Survey，美国地质勘探局）的报道[2-3]，世界上锂资源主要分布在亚洲、美洲、大洋洲以及非洲。地球上锂的储量在1300万吨左右，而已经探明的锂资源在3978万吨左右。阿根廷、智利、玻利维亚三国不仅有众多的盐湖，且盐湖中锂资源丰富，探明的锂资源分别有650万吨、750万吨和900万吨，占了世界锂资源70%以上，被称为世界的―锂三角‖，其中较为著名的阿塔卡玛盐湖(智利)以及霍姆布雷托盐湖(阿根廷)已经成功地开发，是当今世界锂盐生产的一个重要的工业基地[4,5]。

中国相对于其他国家拥有丰富的锂资源。根据我国有关部门在2010年底发布的数据，中国的锂辉石储量约有1.4万吨左右，锂云母储量77万吨左右，卤水锂储量更是达410万吨[6]。而根据2015年USGS的最新数据，我国已探明的锂资源储量约占全球总探明储量的13%为540万吨左右。锂资源在中国较为集中的分布，锂矿资源主要分布在新疆省、江西省、四川省和湖北省等地，其中四川省主要是以锂辉石为主，位于四川的康定县约占有全国的一半的锂辉石储量。江西省有丰富的锂矿资源，拥有全球上最大的锂云母矿，开采的锂矿量占全球70%以上。

中国拥有1500多个盐湖，其中大部分都分布在西北地区以及青藏高原，其中卤水锂资源主要集中在青海和西藏等地的盐湖中，仅这两个省的盐湖锂资源储量就占了约80%的我国锂资源总储量。青藏高原盐湖卤水中的Li含量高低有所不同，存在一定的规律性，从北向南逐渐增大[7]。这些富锂盐湖中，位于中国