【工艺篇】磷酸铁锂粉末制备磷酸铁、碳酸锂工艺流程

一、工艺流程图

二、工艺流程说明

1、原材料预处理

原料包括铁源：磷酸铁锂粉末、氯化亚铁溶液、氯化铁溶液，磷源包括磷 酸铁锂粉末、工业磷铵，锂源：磷酸铁锂粉末。

(1)酸浸：

将盐酸(30%)和水加入磷酸铁锂粉末中(盐酸过量10%左右),由盐酸破坏磷 酸铁锂结构，实现分别回收锂、铁、磷等有价元素。反应温度40~60℃,反应时间单 釜3小时，转化率99.5%,反应方程式如下

酸浸后的溶液经板框过滤，酸浸液中氯化亚铁浓度为0.9molL,游离酸含量低于 1%。将磷酸铁锂中粉末带入的碳渣去除，过滤出的碳渣经水洗去除酸液，水洗后的碳渣作为固废处理，洗水回用于磷酸铁锂酸浸溶解工序。

(2)溶液配制：

①液体氯化亚铁配制：

原料氯化亚铁加水进行配制得到浓度为1.5-1.8mol/L的氯 化亚铁溶液。

②氯化铁溶液制取(混液、氧化):

将氯气分别通入配制好的液体氯化亚铁和酸浸液，氧化溶液中氯化亚铁。设置两级氯化亚铁吸收塔，反应温度40~60℃,连续进料反应，停留时间10分钟，通过测定尾气吸收温度及测定氧化还原电位差调节氯气通入量，转化率99.99%,反应方程式如下

反应完成后经精密微孔过滤器过滤除杂得到氯化铁溶液，过滤出的杂质 (主要为铁碳不溶物、磁性物质)作为固废处理。未参与反应的氯气 进入尾气处 理系统处理。

③液体FeCl₃配制：制取的氯化铁溶液与外购原料液体氯化铁加水配制为所需的浓度1.5-1.8mol/L的氯化铁溶液。

④氨水制备：液氨通过管道液相输送到氨水制备站现场，然后经过流量计计量、调节阀调节液氨流量，调压器调压稳压后，进入氨水制备器中进行气化，气化后的氨气在氨水制备器上方与水混合，混合后的高温氨水首先经过冷却水系统初步冷却，然后在氨水制备器下方与液氨换热、气化液氨，如此循环进行，保证整个氨水制备器可以持续制备出氨水。

氨气溶于水放出大量的热，在氨水制备器中设置列管式换热器，通过冷却水将氨 水产生的部分热量导出，然后带有一定温度的氨水经过液氨气化器进行热交换，将氨 水温度降到25℃以下，同时将液氨气化成气态氨气进入下一级进行氨水制备。

在氨水制备器出口设置氨水密度检测仪及铂热电阻，远传输出到控制系统，进行 远程监控显示。氨水制备时，首先通过液氨入口调节阀及流量计控制液氨进入量，使 液氨以一个稳定的流量进入氨水制备器中，然后根据液氨与混合水的比例自动控制混 合水进入量，最终将混合水的进入量稳定在要求范围内。

氨水制备器为管壳式结构，分为两级，液氨、氨气、混合水、氨水等分别占用相 应的管程和壳程，设备壳程材质为碳钢，管程材质为不锈钢。液氨从设备下部进入氨 水制备器，在下部壳程中与管程中的氨水换热气化，气化后的氨气进入上部与混合水 混合后进入与冷却水换热，冷却水在换热器上部的壳程中。氨水制备全程密闭，无氨 气排放。

⑤磷铵配制：原料磷酸二氢铵加水溶解过滤，配制为浓度为1.5-1.8mol/L的磷酸二氢铵溶液。过滤出的杂质作为固废处理。

2、合成反应：

在合成反应中，通过向反应釜中加入氯化铁溶液、磷酸二氢铵溶液调节溶液中的 铁、磷比(1:1)。再通过加入氨水调节pH 值至1-2,得到二水的磷酸铁。合成反应 温度50~80℃,常压，连续进料反应，反应时间1小时，转化率99.95%,反应方程 式如下：

3、过滤、洗涤：

把合成反应生成的磷酸铁悬浊液经过板框压滤机压滤，滤液进入中和工序，滤饼 在压滤机上进行洗涤，洗去磷酸铁沉淀中夹带的氯化铵、氯化锂及可溶杂质离子，得 到磷酸铁滤饼。洗涤采用四级逆流漂洗，Ⅲ、IV 级采用纯水洗涤，洗涤水回用于I 、Ⅱ 级洗涤，I、级洗涤水经膜浓缩装置处理后，再进入纯水装置制成纯水用于Ⅲ、IV级洗涤。

4、干燥：

通过闪蒸设备，将洗涤的磷酸铁滤饼中的自由水蒸发掉得到二水磷酸铁固体。磷 酸铁滤饼由螺旋加料器进入干燥器内，在高速旋转搅拌桨的强烈作用下，物料受撞击、 磨擦及剪切力的作用下得到分散，块状物料迅速粉碎，与热空气充分接触、受热、干 燥。闪蒸干燥进风温度350~380℃,出风温度在100~110℃,物料在闪蒸主塔停留时 间很短，不超5 分钟，干燥热源采用热风炉和回转窑天然气燃烧余热(天然气燃烧烟 气)。干燥好的物料被气流携带进入布袋收尘系统进行收集处理，未收集的粉尘进入废气。

5、脱水：

干燥后的二水磷酸铁直接下料进入回转窑(过程全密闭),利用回转窑将二水磷 酸铁中的结晶水在高温下脱去形成磷酸铁粉末，回转窑分为热窑段和冷窑段，热窑段 温度在550~700℃,进入冷窑段经循环冷却水冷却后温度为60℃左右，时间2~5小 时。脱水过程中炉内气流会带出磷酸铁粉和水汽，物料被气流携带进入布袋收尘系统 进行收集处理，未收集的粉尘进入废气。回转窑使用能源为天然气，系统将 闪蒸干燥和回转窑布置在一起进行物料脱水，可以节约物料输送系统，且进炉物料温 度较高，同时利用回转窑天然气燃烧尾气对闪蒸进风进行预热，形成闪蒸-回转窑联 动装置，回转窑使用天然气燃烧产生废气。

6、粉碎、筛分、包装：

物料经气流输送系统进入粉碎机，粉碎后物料进入分级筛，筛出的大颗粒物料回 粉碎机，筛分后的物料进入包装工序。磷酸铁产品进行包装后，入产品库存放。气流 输送系统为负压输送，粉碎、筛分、包装等工序产生的粉尘随气流进入布袋收尘系统 进行收集处理，未收集的粉尘进入废气。

7、中和、过滤

合成反应生成的磷酸铁悬浊液经过板框压滤机压滤产生的滤液加入20% 氨水，将 合成工序未反应完的氯化铁、磷酸等反应生成磷酸铁、氯化铵，滤液中含有的氯化亚 铁生成氢氧化铁沉淀物，同时pH 调到7 -8,碱性条件下会溢出少量氨气, 氨气通过密闭管道通入水中形成氨水，回用于中和系统，无氨气外排。反应方程式如下：

经板框压滤机过滤去除沉淀物,进入多效蒸发工序。

8、多效蒸发：

中和过滤后的滤液通过蒸发提高氯化铵及氯化锂浓度，项目采用MVR多效蒸发 装置，采用的热源为蒸汽。蒸发温度在60~110℃,蒸发时氯化铵浓度提高至40%, 结晶后，通过离心机分离，得到副产品氯化铵晶体，分离后的母液(其中氯化锂浓度 约为10%,氯化铵浓度约为18%)进入碳化工序。蒸发产生的蒸发冷凝液进入膜浓缩装置处理后，再进入纯水装置制成纯水回用。

MVR是蒸汽机械再压缩技术，(mechanical vapor recompression)的简称。MVR 蒸发器工作过程是将低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后 进入换热器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热。除开车启动外，整个蒸发过程中无需生蒸汽，利用从蒸发器出来的二次蒸汽。MVR 蒸发器采用压缩机提高二次蒸汽的能量，并对提高能量的二次蒸汽加以利用，回收二次蒸汽的潜热，具体为：将蒸发器产生的二次蒸汽，通过压缩机的绝热压缩，使其压力、温度提高后，再作为加热蒸汽送入蒸 发器的加热室，冷凝放热，因此蒸汽的潜热得到了回收利用。冷料再进入蒸发器前，通过热交换器吸收了冷凝水的热量，使之温度升高，同时也冷却了冷凝液和完成液，进一步提高热的利用率。

9、碳酸锂制备：

碳化：将MVR 蒸发结晶离心分离后的母液(氯化锂浓缩液)打进碳化釜，通入 CO₂ 、氨水进行反应生成碳酸氢锂，二氧化碳为碳化剂，反应温度50~80℃,压力 0.2MPa,pH3-4, 连续进料反应，停留时间2小时，转化率98%;反应方程式如下：

碳化釜原理为利用氯化锂通过与CO₂ 、氨水直接反应，通过控制pH, 通入过量的 CO₂ 气体，使氯化锂全部反应生成碳酸氢锂，并通过板框压滤机过滤去除杂质，该工 序会产生二氧化碳尾气。

热解：过滤后对碳酸氢锂溶液进行加热，热解生成碳酸锂，热解温度为80~100℃, 连续进料反应，停留时间2小时，分解率99%,反应方程式如下

热解釜原理为利用碳酸锂溶解度低，溶解度随温度变化不大，在高温下80~100℃ 加热过滤后溶液，釜内采用负压抽气系统，使碳酸氢锂分解成碳酸锂沉淀，该工序会 产生二氧化碳尾气。

过滤洗涤：将碳酸锂混合溶液通过泵打入立式压滤机进行过滤分离，通过逆流洗 涤(纯水洗涤，4级逆流)充分去除溶液中的氯化铵，最后挤压成含水率约10%的滤 饼。洗水与分离的母液混合，加入盐酸，将混合液中碳酸锂和碳酸氢锂转化为氯化锂 后，再将混合液通入多效蒸发系统。反应方程式如下：

干燥：通过闪蒸设备去除滤饼中水份，将过滤后碳酸锂中的自由水蒸发掉得到碳 酸锂晶体。含水碳酸锂由螺旋加料器进入干燥器内，在高速旋转搅拌桨的强烈作用下， 物料受撞击、磨擦及剪切力的作用下得到分散，与热空气充分接触、受热、干燥。闪 蒸干燥进风温度350~500℃,出风温度在100~110℃,物料在闪蒸主塔停留时间很短， 不超5分钟，干燥热源采用电和蒸汽加热，干燥好的物料被气流携带进入布袋收尘系 统进行收集处理，未收集的粉尘进入废气。

包装：干燥后碳酸锂晶体经气流输送系统进入超声分级筛，筛分后的物料进入包 装工序。碳酸锂产品进行包装后，入产品库存放。气流输送系统为负压输送，筛分、 包装等工序产生的粉尘随气流进入布袋收尘系统进行收集处理，未收集的粉尘进入废气。

三、主要原辅料

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