纯碱压煮法生产碳酸锂简介

1纯碱压煮法生产碳酸锂简介一、纯碱压煮法生产碳酸锂原理纯碱压煮法（加压浸出）的原理是利用碳酸钠与β－锂辉石在较高温度（＞200℃）、压力（＞2.0MPa）和液相水存在情况下，钠和锂的置换反应，使锂以碳酸锂的形式提出：Li2O·Al2O3·4SiO2+xH2O+Na2CO3→Na2O·Al2O3·4SiO2·2H2O+Li2CO3反应生成的难溶碳酸锂与反应残渣（方钠石或钠沸石）一起，过滤分离得到的含碳酸锂残渣，加水浆化后通入CO2进行碳酸化浸出：Li2CO3＋CO2＋H2O→2LiHCO3碳酸化浸出生成的碳酸氢锂溶于溶液中，将残渣分离后，含碳酸氢锂溶液加热分解即得到碳酸锂产品：2LiHCO3（加热）→Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O二、纯碱压煮法试验概况（一）试验历程及资料：1、1966～1967年北京有色金属研究院进行了系统小型试验；并提供报告；2、1968年北京有色金属研究院、新疆冶金设计研究所、新疆锂盐厂、山东铝厂科研所联合试验组在山东铝厂科研所进行了半工业全流程试验，1968年7月提供了半工业试验报告；压煮浸出压力2.0～2.5MPa，温度200～250℃，压煮时间10～30min。3、1975年新疆锂盐厂进行了纯碱压煮法“低温（150～190℃、0.5～0.8MPa）间断压煮操作”工业试验，并于1975年11月提供了试验报告；24、1977年7～10月新疆锂盐厂进行了连续压煮工业性试验。压煮浸出累计运转257小时，处理焙料193吨。压煮浸出压力1.0～1.5MPa，温度180～200℃，压煮器为φ406×3254mm，6级。由于≥2.5MPa的中压锅炉没有建成，无法提供＞2.0MPa的中压蒸汽，所以压煮率指标没有山东半工业试验好。5、1981年新疆冶金研究所进行了含碳酸锂压煮渣加压碳酸化浸出试验，试验结果为：加压浸出率：94～97％CO2利用率：25％Li2CO3结晶析出率：82.28％Li2CO3质量：99.98～99.88％（二）工业试验主要结论1、小型试验、半工业全流程试验、两次工业试验结果基本一致；2、纯碱压煮法的首要关键是锂辉石的α→β转化焙烧，转化率要高（≥95％）（现在工业生产已达≥98％）；3、纯碱压煮法工艺的关键工序是连续压煮：山东半工业试验压力、温度等操作条件好（压力≥2.0MPa，温度≥200℃），压煮率指标好。而该次工业试验压力、温度等操作条件（压力≥1.0MPa，温度≥150℃），压煮率指标（65％）不如半工业试验指标好；4、压煮熟料需要增加一次水洗，有利于提高浸出液质量；5、蒸发结晶很容易产出了合格产品。6、优缺点：3优点：（1）物料浓度高，物料流通量少，单体设备生产能力高；（2）反应时间短（压力≥2.0～2.5MPa，温度200～250℃，压煮时间30～10min）；（3）浸出不用加温（碳酸化浸出常温）；（4）物料没有水硬性；缺点：（1）生产氢氧化锂流程比较长；（2）纯碱供应紧缺（1977年供应短缺）；（3）压煮要求汽、电供应可靠性要高；（4）残渣没有找到合适用途。三、纯碱压煮法生产碳酸锂的主要生产过程：1、转化焙烧：锂辉石精矿通过转化焙烧（与硫酸法转化焙烧完全一样），由α型转变为β型，才能进行压煮溶出反应。2、配料磨矿：焙烧好的β锂辉石配入纯碱（Na2CO3），并按反应配料液固比加入分离母液、水进行湿式细磨。3、压煮（加压）浸出：配料磨细的矿浆加入压煮器（或加压反应釜）中进行压煮浸出，压煮浸出后的高温矿浆通过减压自蒸发器进行降压自蒸发降温。4、压煮过滤分离：压煮浸出产出的矿浆通过过滤机进行分离和洗涤（洗去碱），分离母液和洗涤母液返回配料，分离得到的碳酸锂与反应残渣（方钠石）送往碳酸4化浸出。5、碳酸化浸出：分离得到的碳酸锂与反应残渣（方钠石）加入水（洗液）进行浆化，浆化料浆送往碳化槽进行碳酸化浸出，碳酸化浸出好的料浆送去过滤分离。6、碳化过滤分离：碳酸化浸出好的料浆通过过滤机进行分离和洗涤，过滤分离得到的浸出液送去加热分解沉淀碳酸锂，残渣洗涤后弃去或综合利用，洗液返回浆化。7、加热分解碳酸锂：碳化浸出液加热分解后沉淀出碳酸锂，分离产出的碳酸锂送去洗涤、干燥，分解母液用NaOH中和HCO3－后返回压煮配料。8、碳酸锂洗涤、干燥、包装：加热分解沉淀分离产出的碳酸锂通过洗涤、干燥成为产品，检验包装后销售。四、纯碱压煮法生产碳酸锂的主要关键技术及风险：通过对锂辉石硫酸法和纯碱压煮法生产碳酸锂工艺的了解和比较，纯碱压煮法生产碳酸锂的关键技术为：1、锂辉石的转化焙烧：锂辉石的α→β转型焙烧是决定技术经济指标的第一步。转化率的高低决定压煮浸出率的高低，这一点与硫酸法的要求是完全相同，澳大利亚的纯碱压煮法没有成功的主要原因就是转化焙烧工艺设备选择失误。转化焙烧工艺经过我国将近30年的生产实践，已经很成熟了，当然对于一个新建企业来讲，需要一个掌握和熟练的过程。52、压煮溶出（高压浸出）：锂辉石的纯碱压煮溶出是决定技术经济指标的第二步，浸出率的高低决定回收率。锂辉石的纯碱压煮溶出技术是完全借鉴拜耳法生产氧化铝的压煮溶出工艺和设备，而且是早期的矿浆蒸汽直接加热－压煮罐溶出－自蒸发降温的工艺和设备，由于设备最简单可靠，非常适合锂盐的生产规模不大，处理物料量少的特点。经过40多年的发展，目前高压溶出技术和设备已经有很大的进步和提高，不论是氧化铝生产的拜耳法溶出，还是硫化矿的高温高压浸出，工艺技术和设备都已经达到了很完善的程度。对于年处理3～5万吨矿石（年产3000～5000吨碳酸锂），与拜耳法生产氧化铝的压煮溶出的规模相比是非常小的，在全世界范围内都很难找到这么小的生产装置，而且锂辉石溶出温度和压力要比拜耳法（260～280℃，4.8～5.6MPa）低。虽然锂辉石压煮溶出（高压浸出）在国内外没有长期的生产实践和经验，但如果借鉴和采用拜耳法氧化铝生产的压煮溶出成熟的工艺和设备，在技术上是风险不大的。3、碳酸化浸出－加热分解：碳酸化浸出－加热分解生产高纯碳酸锂新疆冶金研究所已经进行了多年工业规模的生产，当然与锂辉石压煮熟料碳酸化浸出－加热分解生产碳酸锂有较大区别。我最近研究了白云石碳化法生产碱式碳酸镁（轻质碳酸镁）的工艺和设备，与锂辉石压煮熟料碳酸化浸出－加热分解工艺和设备非常相近：碳化：Mg(OH)2＋Ca(OH)2＋CO2＝Mg(HCO3)2＋CaCO3↓＋H2O6热解：5Mg(HCO3)2（重镁水）＝4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O＋CO2白云石碳化法生产碱式碳酸镁的灰乳（Mg(OH)2＋Ca(OH)2）相当于锂辉石压煮熟料料浆，重镁水（Mg(HCO3)2）相当于碳酸化浸出液。借鉴和采用白云石碳化法生产碱式碳酸镁的工艺和设备，可以弥补锂辉石压煮熟料碳酸化浸出－加热分解工艺缺乏生产实践和经验的缺陷。五、CO2气体来源方案：每吨碳酸锂需要消耗～0.6吨CO2气体，CO2气体来源有如下三种方案可供选择：1、自建石灰窑生产石灰和CO2气体：生产的石灰进入市场销售，钢铁厂需要大量的石灰，可以供应钢铁厂或者其它消耗石灰的企业；产出的CO2气体用于碳酸化；投资较多，但CO2气体可以免费使用。2、回收利用钢铁厂石灰生产的CO2气体：钢铁厂都有大规模生产石灰系统，产出的CO2气体都作为废气排空，在钢铁厂石灰生产装置中增加一套CO2气体净化、压缩、灌装设备，生产的CO2气体供碳酸化使用。CO2气体净化、压缩、灌装设备可以公司自己投资，也可以由钢铁厂投资。投资不多，但需要与钢铁厂协作。3、市场采购：由专业生产供应CO2气体的企业生产供应，不需投资，但价格较高。六、浸出渣回收利用或处理方案：反应生成的残渣成分为Na2O·Al2O3·4SiO2·2H2O，矿物学成分为方钠石（或钠沸石），并含少量Li2O。71、综合利用方案：因为浸出渣中Na2O、SiO2、Li2O都是玻璃陶瓷的主要成分。浸出渣最好的用途是作为玻璃或陶瓷的原料。但锂盐厂附近需要有生产玻璃或陶瓷制品的工厂。2、无害化堆存方案：浸出渣中不含危害环境的有害物质，如果工厂附近没有生产玻璃或陶瓷制品的工厂，可以用堆场进行无害化堆存。七、锂辉石纯碱压煮法生产碳酸锂试验方案（一）试验规模：试验规模为试验室小型试验和工业规模试验。（二）试验内容：试验的主要内容（过程）为：1、压煮浸出：2、压煮浸出过滤洗涤：3、碳酸化浸出：4、碳化浸出过滤洗涤：5、碳化浸出液加热分解：试验过程详见试验工艺流程图。（三）试验重点及创新点1、试验重点为压煮浸出和碳酸化浸出；2、试验创新点为碳酸化浸出液直接生产电池级碳酸锂。8乌鲁木齐有色冶金设计院总设计师、有色冶金高级工程师李运杰电话：[phone]（办）135799016862009-8-18