氢氧化锂的制备工艺

发布日期:2023/2/17 9:39:48

日常提到的氢氧化锂、或者行业网站对氢氧化锂的报价、锂盐厂交付的产品其实是单水氢氧化锂。单水氢氧化锂，分子式为LiOH·H2O，在单水氢氧化锂中，氢氧化锂的含量大约为56.5％，剩下均为结晶水。

正极材料厂往往将单水氢氧化锂直接和前驱体混合进行烧结，在烧结的过程中脱去结晶水。然而，脱水过程需要长达7-8小时，大幅增加了能耗。脱水环节可能导致部分氢氧化锂与空气中的二氧化碳进行反应（简称碳化），碳化的产品无法应用，无疑提高了成本。并且，脱水环节极易成为正极材料厂的工艺瓶颈进而影响产出效率。

在氢氧化锂的技术路径中，无水氢氧化锂无疑是更接近终极的技术。无水氢氧化锂指的是氢氧化锂经高温处理后，脱去结晶水的氢氧化锂。无水产品在生产、包装、防护过程中要求都更高。氢氧化锂本身便是有刺激性味道的危险化学品，并且脱水后的氢氧化锂更易碳化、吸潮性更强，脱水后分子引力上升导致容易出现结块现象。

目前氢氧化锂制备技术

氢氧化锂生产工艺主要以锂矿石精矿和盐湖卤水为原料，根据其生产方法不同，可分为石灰石焙烧法、纯碱加压浸出法、碳酸锂苛化法、硫酸锂苛化法、电解法等。

（1）石灰石焙烧法

石灰石焙烧法是以锂云母（Li2O含量3.6～4.2%）与石灰石按1:3质量比进行混合细磨、生料配浆，送入800～900℃回转窑中进行焙烧，高温条件下石灰石分解为氧化钙，与锂云母反应生成LiOH，焙烧后的熟料经水淬浸出、蒸发浓缩后得到氢氧化锂产品。石灰石焙烧法工艺成熟，但该法存在物流量大（每吨产品需分解40吨石灰石）、设计产能低（∅2.07×45m回转窑设计产能800 t/a）、渣量多（42t渣/t产品）、锂收率低（67%左右）等弊端，且由于生产中的矿浆具有凝聚性，导致设备的清理维护较困难，该方法正逐步被淘汰。

（2）纯碱加压浸出法

纯碱加压浸出法是以锂辉石精矿（Li2O含量5.5～7.5%）为原料，在1050～1100℃的回转窑中焙烧，使锂辉石晶体构型由α型转化为易于生产加工的β型，然后根据Li2O含量加入3.5～7.0倍纯碱，在200℃的高压反应釜中进行加压浸取，浸出液经碳化反应除去矿物中不溶性杂质，加入精制石灰乳进行苛化作用制备氢氧化锂。纯碱加压浸出法制备的氢氧化锂产品纯度高，整体工艺锂回收率高，但由于该工艺中使用高压反应釜作为核心浸出设备，压力高达2.5 MPa，操作条件较为严苛，且卸压卸料过程繁琐，无法实现连续进出料，造成设备产能小，生产效率低。

（3）碳酸锂苛化法

该法是以碳酸锂与精制石灰乳为原料，按1:1.08的摩尔比进行配浆，调节苛化液浓度为18～20 g/L，控制苛化时间为30 min左右。由于碳酸锂和石灰乳在水中溶解度均较小，反应过程需加热至沸腾并强力搅拌，反应液经离心分离得到难溶的CaCO3沉淀和质量浓度约3.5%的LiOH溶液，滤液经蒸发浓缩、结晶干燥后制得单水氢氧化锂产品。其工艺流程见图。

碳酸锂苛化法工艺流程

（图片来源：邓顺蛟.西台吉乃尔盐湖膜分离卤水制备氢氧化锂的工艺研究）

碳酸锂苛化法是国外生产氢氧化锂的主流工艺，美国FMC、雅宝（ALB）公司的氢氧化锂产品均由碳酸锂苛化法来制备，该方法具有生产能耗低、物料流通量小、工艺流程短等优点，但由于苛化反应过程转化不完全，导致产品中的杂质含量偏高，用来生产高纯度锂产品比较困难，增加产品纯化装置易造成设备投资加大，经济效益低。

（4）硫酸锂苛化法

硫酸锂苛化法是将锂辉石精矿经950~1100℃转型焙烧、250~300℃酸化焙烧处理后，中和浸取得到8.5%硫酸锂浸出液；将其强制蒸发至浓度为17%，根据浸取母液中锂含量加入对应理论量的烧碱溶液，冷冻至-10℃条件下析出芒硝（Na2SO4·10H2O），冷冻料浆经离心分离、深度除杂、结晶干燥后，可制得单水氢氧化锂产品。其工艺流程如图。

硫酸锂苛化法工艺流程