锂云母制备碳酸锂技术研究进展见解

锂云母制备碳酸锂技术研究进展见解

蔡昶

湖南汉尧锂业有限公司  湖南郴州  424400

摘要：在本文的研究活动中，针对锂云母矿石和碳酸锂基本内容展开分析，讨论了硫酸化处理技术、碳化焙烧技术、氯化焙烧加工技术、石灰加压浸出技术、压煮处理技术、氟化处理技术、复合盐焙烧技术的应用要点，其目的在于提高碳酸锂制备效率，提高锂云母资源的利用效率。

关键词：锂云母；碳化焙烧技术；碳酸锂

碳酸锂作为生产金属锂的重要原材料，以此为基础的各类锂产品都是由碳酸锂和其他化合物反应后得到。目前可使用的制备方法较多，通过整理不同制备方法在应用阶段需注意的相关内容，可以积累相应的实践经验，为锂云母制备碳酸锂的理论和实践体系的完善提供可靠依据。

1锂云母矿石和碳酸锂基本内容概述

1.1锂云母矿石

图一某矿区锂云母矿石主要化学成分（计量单位%）

锂云母作为一类常见的片状硅酸盐（层状硅酸盐）矿物，其拥有较多的单斜晶体结构，而锂原子主要在片状结构中产出。如图一所示，某矿区锂云母矿石主要化学成分包括氧化锂、氧化铝、氧化铁、二氧化硅等。以锂云母为原材料制备碳酸锂时，需要在锂云母浸出之前，先对其进行焙烧，使锂原子能够从云母封装结构当中顺利释放出来。

1.2碳酸锂

图二2016-2021年碳酸锂产品发展情况

碳酸锂（Li2CO3）作为一种常见的锂化合物，本质上属于无机盐，其外观上属于白色或者无色粉末，将其放置在700℃以上的环境中，会逐渐开始分解。碳酸锂拥有良好的水溶性，但是会随着水温的升高而降低。此类材料不仅可以作为产品进行直接使用，而且可以作为原料来制备其他类型的化合物，目前已经广泛应用在陶瓷、航空航天、电池生产等领域，如图二所示，目前碳酸锂在锂电池领域的需求度处于不断提高的状态，也是未来发展过程中需重点关注的内容。

2锂云母制备碳酸锂技术研究进展

2.1硫酸化处理技术

此类技术的制备过程如下：将锂云母放置在150～170℃的温度下静置一段时间，等待其温度和外界温度一致后，使用浓硫酸对其进行处理，两者会发生化学反应生成硫酸锂。而硫酸锂能够选择性在冷水中溶解，使得锂云母中的锂离子能够进入到溶液当中。而锂云母中的部分钾和铝也会溶解到溶液中，为提高碳酸锂制备质量，会先使用碱或者碱式碳酸盐来去除溶液当中的杂质，最后再使用碳酸钠作为沉淀剂，将溶液温度控制在90℃下时，向其中添加适量的碳酸钠，从而得到碳酸锂沉淀。此类方法在应用中的成熟度较高，其应用中的生产成本较低，同时制备效率较高，属于国内制造碳酸锂的常用方法。与此同时，此类方法在应用中也存在着净化过程较为繁琐、杂质浓度较大、浓硫酸腐蚀性强等不足，也是下阶段发展活动中需重点关注的内容。

2.2碳化焙烧技术

此类技术在应用阶段的制备过程如下：将锂云母和碳酸钙放置在1000℃的温度下焙烧一段时间，直到两种物质出现完全结焦的情况后，将其取出。随后会使用热水对其进行处理，此时锂会溶解在热水中成为锂离子，同时锂云母当中的其他元素（如钠、钙、镁等）也会溶解在热水当中。因此会先使用足量碱来去除溶液当中的这些杂质，然后再使用二氧化碳气体对锂离子进行沉淀，从而得到碳酸锂沉淀。也可以将锂云母和碳酸钙放置在800-1000℃的温度下焙烧，随后将其转移到100℃环境下展开水浸处理。此时溶液当中的杂质可以形成络合物或沉淀物进行分离，过滤后蒸发溶液，可得到LiOH-H2O物。此类方法在应用中也具有较强的成熟度，具体应用中的使用成本较低，可以在较短时间内完成物质制备。但是此类技术在应用阶段，也存在着以下不足：①溶液当中的杂质相对较多，净化过程的繁琐度较高。②过程中产生的废液相对较多，需做好相应的处理工作，以减少环境污染问题。

2.3氯化焙烧加工技术

此类技术在应用阶段的制备流程如下：将锂云母和多种氯化物均匀混合在一起后，研磨成合适粒度，将混合物放置在850-1000℃的温度下焙烧一段时间，直到两种物质完全结焦后。随后将其转移到100℃环境下展开水浸处理。此时溶液当中的杂质可以形成络合物或沉淀物进行分离，过滤后需要对其进行浓缩，随后借助蒸发处理步骤来得到氯化钠和氯化钾，最后再向溶液中添加适量碳酸钠，利用沉淀路径来得到目标物碳酸锂。过滤后再采取其他措施来回收铷、铯等其他离子。此类方法在应用中具有以下应用优势：①锂云母当中锂元素的转化率相对较高，根据统计数据可以得知此方法对于锂元素的转化率可达80%以上。②整个生产过程的畅通性较强，过程中产生的能耗相对较低。③可以对其他有价金属进行回收，且回收率相对较高。同时该技术拥有以下不足：①在焙烧过程中会对设备产生腐蚀作用，这也对设备防腐性提出更高要求。②焙烧过程中对外释放的氯气，很容易对外部环境产生污染。

2.4石灰加压浸出技术

此类技术在应用阶段的制备流程如下：将锂云母放置在高温环境（800-1000℃）下，使用水蒸气对其进行处理，在整个处理活动中，水蒸气中的氢离子会和锂云母中的氟形成氢氟酸，而氢氧根也会和锂云母当中的Si-O-Si键产生反应，从而得到相应的Si-OH基团。并且在此影响下还会得到白榴石、硅酸铝等化合物。基于最佳蒸汽焙烧环境对锂云母进行处理，能够将锂云母中氟元素的去除率控制在40%以上。随后会将物质转移到130℃环境下，利用碳酸钠溶液来对锂云母进行处理，基于浸出的方式得到氢氧化锂，随后也会通过回收的方式得到结晶盐，然后向结晶盐当中通入二氧化碳气体，从而得到碳酸锂溶液，将溶液加热到90～100℃后，可得到沉淀物碳酸锂。此类方法在应用中拥有制备效率高、锂回收率高等优势，同时技术在应用中会产生氢氟酸，会对玻璃制品产生腐蚀作用，这也需做好设备选择和防腐处理，以降低对周围环境的污染。

2.5压煮处理技术

利用该技术来处理锂云母时，需要对锂云母进行初期处理，完成结构的转化处理，或者先利用高水蒸气来去除氟元素，随后会将锂云母进行焙烧处理，处理温度控制在800-1000℃。焙烧后的锂云母也会和碳酸钠均匀混合在一起，随后在加压环境下，放置在200℃进行烧制，过程中也会出现钠、钾离子的置换，随后对其进行水浸处理，并向其中添加适量的二氧化碳气体，经过沉淀后可以得到碳酸锂。此时处理技术在应用中具有以下应用优势：①方法操作过程相对简单，所需要投入的综合成本相对较低。②锂回收率较高，在最佳反应条件下，锂的回收率可达90%，同时还可以对有价值铷、铯等伴生元素进行回收，能够有效提高资源利用率。需要注意的是，此类工艺的操作要求相对较高，同时也对锂云母矿石的品位要求较高，也是使用该工艺时需重点关注的内容[1]。

2.6氟化处理技术

此类处理技术作为一种新型的碳酸锂技术，其处理原理在于，使用氟离子本身的电负性，来对锂云母当中硅氧键结构进行破坏，从而可以将锂云母当中的金属离子释放出来，利于后续提取活动的进行。具体操作中，可以将锂云母矿物和硫酸、氟硅酸均匀混合在一起，随后将其转移到低温环境下进行反应，在氟离子破坏掉锂云母结构之后，锂云母当中的金属离子会和硫酸根结合在一起形成可溶性较强的硫酸盐，随后再向混合液中添加碱或者碱式碳酸盐来去除溶液当中的杂质，最后再使用碳酸钠作为沉淀剂，在合适温度下得到碳酸锂沉淀。此类方法在应用中，产生化学反应的温度相对较低，整个实现过程的便捷性较高，能够达到良好的碳酸锂制备效果[2]。需要注意的是，氟硅酸和硫酸具有较强的腐蚀性，这也需要在实验中做好装置抗腐蚀处理，以此来确保反应过程的安全性。整个反应过程涉及的化学方程式如图三所示。

图三氟化处理技术应用阶段的主要化学反应方程式

2.7复合盐焙烧技术

此类处理技术在应用中会将碱盐和锂云母均匀混合在一起进行焙烧，随后利用水浸的方式得到含有金属离子的浸出液，在完成杂质处理后，向其中添加碳酸钠或通入二氧化碳，从而得到碳酸锂。在整个反应过程中，钠离子与钙离子会共同和锂云母发生作用，以此来实现金属离子的快速提取。根据统计资料可以得知，在焙烧添加剂当中，钠元素可以有效提高锂的浸出效果，而钙元素能够有效提高铷、铯的浸出效果，过程中也需要控制好混合比例，以提高碳酸锂制备效果。该方法在应用中，利用了氯化焙烧法和硫酸盐焙烧法的应用优势，在使用阶段能够有效提高锂云母中钾、铷、铯提取率，而且也能够有效提高材料焙烧性能，提高各类金属资源（如钾、铷、铯等）的利用率[3]。

结束语

综上所述，在锂元素提取活动中，锂云母属于常见矿石来源，在具体处理活动中，需投入较多能量来保证转化效果。从实践情况来看，在前期处理中需结合实际情况，筛选合适的试剂/添加剂，同时也需要对整个处理过程的温度、反应时间、碳酸钠添加量、添加速度等参数进行科学化控制，从而提高碳酸锂制备效率和质量，满足后续活动的推进要求。

参考文献

[1]莫延香.电池级碳酸锂制备工艺研究[J].化工管理,2023(29):157-159.

[2]康敏,曹欢,赵笑益等.用碳酸钠从锂云母矿石浸出液中沉淀碳酸锂[J].湿法冶金,2023,42(01):50-53.

[3]唐集思,房安然,芦富兵.锂云母制备碳酸锂技术研究进展[J].中国金属通报,2022(09):213-215.