利用工业碳酸锂提纯制备高纯度氟化锂

2012年第6期

TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY

创新技术

氟化锂，分子式ＬｉＦ，作为一种重要的锂基基础材料，在很多方面得到广泛的应用。随着国民经济和各个行业的发展，氟化锂越来越受到人们的重视，氟化锂的生产工艺也引起了广泛的关注和研究。

1高纯LiF的合成工艺概述

根据对原料是否进行除杂及除杂方式的不同，高纯或电池级氟化锂生产工艺可分为直接制备法、复分解制备法、离子交换制备法和萃取制备法等。

1.1直接制备法

直接制备法是早期制备高纯或电池级氟化锂的主要方法，原料大部分是固体碳酸锂和氢氟酸溶液。此方法原理简单，但对固体碳酸锂的质量要求很高，且生成的氟化锂颗粒粒度极不均匀。

1.2离子交换制备法

１９６１年美国人Ｒｏｂｅｒｔ用离子交换法纯化ＬｉＯＨ溶液，然后与Ｎａ２ＳｉＦ６反应制得电池级ＬｉＦ，此法节约了萤石资源，降低了生产成本，但其主要缺点是产品中的硅及一些金属杂质元素的含量仍较高，不能满足现在对电池级氟化锂高质量的要求。

1.3萃取法

最早将萃取应用于制备电池级氟化锂的日本人小林健二，利用Ｌ－硝酸锂溶液与氢氟酸反应制备高纯氟化锂。此方法需要选择优质的萃取剂，对萃取浓度、萃取时间、被萃取液的ｐＨ值等条件要求比较严格，同时反应过程中会产生大量的酸性产物，造成一定的环境压力。

1.4复分解法

复分解法有许多种，总的来说就是氟盐与锂盐反应生成氟化锂，其优点为操作简单，但所得产品质量受原料质量影响颇大，同时副产的盐需要进行再处理才能使用，生产成本较高，不适宜大规模生产。

2利用工业碳酸锂提纯制备高纯度氟化锂

直接制备法原理简单，但对固体碳酸锂的质量要求很高，且生成的氟化锂颗粒粒度极不均匀。如果能将工业碳酸锂进行提纯得到高纯的碳酸锂，并能通过改善反应条件控制氟化锂的粒度，便能得到满足电池行业要求的高级别的氟化锂，并能有效减低原料成本。

2.1生产工艺的详细介绍

２．１．１工业碳酸锂的碳化除杂根据碳酸锂在水中溶解度低，碳酸氢锂在水中溶解度高的特点，将碳酸锂在一定条件下碳化成碳酸氢锂，与其中的杂质分离，再通过热解操作，将碳酸氢锂分解转化为碳酸锂，从而实现工业碳酸锂的精制提纯（工艺过程如图１所示）。

碳酸锂碳化成碳酸氢锂溶液，发生化学反应如下：

ＬｉＣＯ３＋ＣＯａ＋Ｈ２Ｏ＝２ＬｉＨＣＯ３

图1工艺过程

二氧化碳在一定压力下与碳酸锂悬浊液反应生成碳酸氢锂，影响该反应的主要因素为固液比、二氧化碳的压力、反应时

于宝青（天津金牛电源材料有限责任公司天津３００４００）

赵庆云孙新华（中海油天津化工研究设计院天津３００４００）

利用工业碳酸锂

提纯制备高纯度氟化锂

【摘要】氟化锂作为一种重要的锂基基础材料，在很多方面得到广泛应用。将工业碳酸锂经过一次或

多次碳化和热解得到的精制的碳酸锂，与电子级氢氟酸反应生成氟化锂，再经过分离、干燥可得到高纯

或电池级的氟化锂，阐述了这一工艺过程。

【关键词】氟化锂工业碳酸锂氢氟酸碳化热解生产工艺

收稿日期：２０１２－１１－０９

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间、温度等。

２．１．２液固比对碳化反应速率的影响三相反应中，固体含量即固液比（质量比）对反应速率的影响是很大的。在相同的操作条件下，我们对不同的固液比条件的反应速率进行了实验。体系压力为０．４ＭＰａ，反应器搅拌速度为１００ｒ／ｍｉｎ，反应温度为室温２９８Ｋ左右。通过对实验结果的比较，得出了不同固液比下的碳化情况，结果如图２。

图2不同的固液比条件的反应速率

由上图可以看出：不同的固液比对碳化反应速率的影响较为显著，主要表现为：随时间的延长，碳化反应速率均先减小，后增大，再减小趋于稳定。总体而言，随固液比的增大，碳化反应速率逐渐减小。考虑生产因素，液固比可以设定在（１５～２０）∶１。

２．１．３压力对碳化反应速率的影响在搅拌速度为４００ｒ／ｍｉｎ，温度为２９８Ｋ，固液比为１∶２０的条件下，研究了不同压力下碳化反应速率情况，实验结果如图３。

图3不同压力下碳化反应速率

由上图可以看出，不同压力下的碳化反应速率均是随时间的延长先急剧减小，后又逐渐增大，再减小直至趋于稳定。但随压力的增大，碳化反应速率也逐渐增大，到达反应平衡的时间减少，故增大压力有利于碳化反应的快速进行。考虑工业化生产，碳化压力设置为０．４ＭＰａ。

２．１．４温度对碳化反应速率的影响化学动力学的研究表明，温度对化学反应速率的影响较为显著。在搅拌速度为４００ｒ／ｍｉｎ，固液比为１∶２０，压力为０．４ＭＰａ条件下，研究了不同温度下的碳化反应速率，实验结果如图４。

一般温度升高反应速率就会加快。但从图４可以看出，对于Ｌｉ２ＣＯ３的碳化反应而言，反应速率随温度的升高先增大后减小。一方面，一定范围内，温度升高确实加快了反应的进行；另一方面，主要是因为Ｌｉ２ＣＯ３与ＣＯ２溶解度随温度的升高而减小，温度升高使得它们的溶解度降低，从而使反应速率减慢。因此温度应设置在２０～３０℃。

图4不同温度下的碳化反应速率

２．１．５碳化反应终点的确定为了确定工业Ｌｉ２ＣＯ３碳化反应

的终点，在２５℃的反应温度下及０．４ＭＰａ压力下，考察一次碳

化反应的终点ｐＨ值对Ｌｉ２ＣＯ３收率的影响，结果如下表１。

表1一次碳化反应的终点pH值对Li2CO3收率的影响

由上表可以看出：碳化反应终点ｐＨ值为１０～１２时，

Ｌｉ２ＣＯ３收率最高。

综上所述，在考虑工业化的情况下，得出的较佳碳化工艺

参数，见表２：

表2较佳碳化工艺参数

２．１．６碳化液的除杂如图５所示，将碳化的碳化液进行过滤，过程中采用两级精密过滤器（过滤精度分别为５mｍ、

１mｍ），除去碳化产生的不溶性杂质。过滤后的碳化液仍含有

一些可溶性杂质，经热解后，进入到产品中影响产品质量。可

通过络合沉淀的方法去除，向过滤后的碳化液中加入适量的络

图5精密过滤器

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