含锂母液综合利用工艺研究

杨华春

（多氟多化工股份有限公司，河南焦作 454191）

含锂母液综合利用工艺研究

杨华春

（多氟多化工股份有限公司，河南焦作 454191）

摘要：工业级碳酸锂经碳化、重结晶可制得生产锂离子电池所需关键原材料高纯碳酸锂。为保证高纯碳酸锂的产品质量，生产企业每生产1 t高纯碳酸锂外排母液含锂50～80 kg，如何合理地回收利用此部分锂资源，是目前锂行业研究的重点。结合锂化合物的溶解度、用途及附加值，以高纯碳酸锂母液中的锂为原料，研究开发了一种利用含锂母液生产高附加值磷酸锂的制备工艺。结果表明，所得磷酸锂产品符合YS/T 637—2007《彩色荧光粉用磷酸锂》指标要求。

关键词：锂；磷酸锂；溶解度；溶度积

锂号称“稀有金属”，也被称为“21世纪的能源金属”。锂及其化合物在玻璃、陶瓷、冶金、纺织、橡胶、润滑材料、医疗等传统领域具有广泛的应用，同时在航天航空、核能发电、高能电池、轻质高强合金等高新技术领域其需求量也在不断增加。但是，锂资源总量在逐年减少，如何合理充分地利用好现有锂资源是值得关注的问题。

碳酸锂、硫酸锂、硝酸锂、氯化锂、氟化锂等作为基础的锂化合物，其生产过程基本为液相法，因其在水中有不同的溶解度因而其收率也各不相同，一般为85%。如何合理地回收利用母液中的锂，提高锂资源的利用率，是当今研究的热点。结合锂化合物的溶解度、用途及附加值，多氟多公司技术人员完成了采用高纯碳酸锂制备过程产生的含锂母液制取高附加值产品磷酸锂的工艺研究，充分回收利用了现有锂资源，促进了新能源行业的健康稳定发展。

1　研究机理

不同锂化合物的溶解度见表1［1］。碳酸锂25℃时的溶度积为8.15×10-4，磷酸锂25℃时的溶度积为3.2×10-9，可以选用在碳酸锂母液中加入磷酸，使锂以磷酸锂的形式沉淀出来。主要化学方程式：

表1　锂化合物溶解度

2　原料成分及来源

1）制备高纯碳酸锂所得母液，Li质量浓度为2～5 g/L。高纯碳酸锂制备过程是将工业级碳酸锂经碳化、重结晶制得高纯碳酸锂，原料工业级碳酸锂中的杂质存在于碳化和重结晶的溶液中，为进一步确保重结晶碳酸锂的产品质量，需要将重结晶后的母液外排，折合制备1 t高纯碳酸锂外排母液中含锂50～80 kg。2）磷酸，分析纯，质量分数为85%，外购。

3　工艺技术

3.1工艺方法

按含锂母液中的锂与磷酸的物质的量比为3∶（1～2.5）将磷酸加入含锂母液中，在70～90℃反应1～2 h，反应充分后过滤，滤饼洗涤后烘干即得磷酸锂成品，滤液及洗水加石灰调节pH至7～8后达标排放。

3.2实验数据及结果分析

采用碳酸锂母液制备磷酸锂实验数据见表2、制得磷酸锂产品检测结果见表3。由表2可知：1）反应温度升高，锂回收率增加，因为温度升高，生成物二氧化碳易于逸出，反应速率增加，锂转化率增加，因此将反应温度定为90℃；2）如果磷酸过量，反应后溶液会呈酸性，磷酸锂会继续和磷酸反应生成易溶于水的磷酸二氢锂，降低锂回收率，因此按碳酸锂与磷酸物质的量比为3∶2加入磷酸；3）反应时间为1 h时即可使反应完全，因此将反应时间定为1 h。由表3可知：制备的磷酸锂杂质含量少，产品纯度＞98.5%，产品质量符合YS/T 637—2007《彩色荧光粉用磷酸锂》二等品指标要求；并且成品经X射线衍射分析可知，得到的为单一纯净的磷酸锂物质。

表2　采用碳酸锂母液制备磷酸锂实验数据

表3　磷酸锂实验产品检测结果

3.3工艺评价

利用含锂母液生产高附加值磷酸锂具有以下优点：1）利用不同含锂化合物的溶解度和溶度积的不同，将含锂母液中的锂资源合理地转化为高附加值的磷酸锂，节约了锂资源；2）锂转化率高，锂资源得到充分利用，降低了锂产品的生产成本；3）工艺简单，便于操作，易于工业化生产。缺点：含锂母液中的杂质成分直接决定了磷酸锂的产品质量，母液中杂质含量越低，制得的磷酸锂的产品质量越好。

4　结束语

随着新能源行业的发展，含锂化合物的需求也在稳步提升。如：2012年中国锂离子电池电解液产能约2.5万t，折合碳酸锂需求量为900 t，按高纯碳酸锂制备收率为85%计，则含锂母液中含碳酸锂135 t，按锂回收率90%计，可生产磷酸锂121.5 t，按目前市场磷酸锂单价7万元/t计（不含税价，产品纯度95%），可产生850.5万元效益；按目前市场磷酸锂单价12万元/t计（不含税价，产品纯度99.9%），可产生1 458万元效益。除此之外，还有液相法制备磷酸铁锂、金属锂等多种锂产品都有含锂母液，如将此部分母液全部回收，其经济效益、环境效益和社会效益将会极其显著。

参考文献：

［1］陈冠荣等.化工百科全书［M］.北京：化学工业出版社,1993.

联系方式：jsbzcb@dfdchem.com

中图分类号：TQ131.11

文献标识码：A

文章编号：1006-4990（2013）09-0040-02

收稿日期：2013-04-05

作者简介：杨华春（1970—），男，本科，高级工程师，长期从事氟化工研究，获省、部级科技成果奖数项，已发表论文数篇，获得国家授权专利40项。

Study on comprehensive utilization technology of lithium-bearing mother liquor

Yang Huachun
（Do-Fluoride Chemical Co.，Ltd.，Jiaozuo 454191，China）

Abstract：High purity lithium carbonate used as the key raw material of lithium ion battery，can be prepared from industrial lithium carbonate by the carbonization and recrystallization processes.In order to ensure the quality of high purity lithium carbonate，production enterprises will generally discharge 50～80 kg lithium-bearing mother liquor when producing 1 t high purity lithium carbonate.How to reasonably recycle these lithium resources is the present focus in the study of lithium industry.Based on solubility，use and on added value of lithium compounds，a preparation technology of high value-added lithium phosphate with lithium in the mother liquor as raw material has been developed.Results showed that the products complied with requirements of Lithium Phosphate for Production of Red Luminescent Material，YS/T 637—2007.

Key words：lithium；lithium phosphate；solubility；solubility product