【工艺篇】碳酸锂、氢氧化锂生产工艺流程解说

产品技术指标

生产工艺流程及产污分析

生产过程主要在转化焙烧装置、酸化焙烧装置、浸出装置、碳酸锂装置、氢氧化锂装置内完成，各生产装置工艺特性情况见下表

碳酸锂和氢氧化锂的生产工艺采用成熟的“硫酸法矿石提锂”工艺：外购锂辉精矿经转化焙烧、酸化焙烧、净化等工序制得 Li2SO4（即 Li2O 含量达60g/L）的完成液，再分别进入碳酸锂和氢氧化锂生产工段。碳酸锂装置后配置一条硫酸钠生产线，用于回收碳酸锂装置的硫酸钠和氢氧化锂装置的硫酸钠。

转化焙烧+酸化焙烧装置

主要生产设备

主要原辅材料

生产工艺流程

转化焙烧+酸化焙烧装置的工艺说明如下：

（1）来料

汽车运输进厂的锂辉石原料（含水量约 12%，细度：0.5~4mm 占 97%，4~8占 3%）经汽车衡计量后运输至锂辉石原料仓库内，通过自卸车直接破袋后卸至锂辉石原料仓库内，由铲车收料堆高进行储存；卸完料后的运输车辆按照汽车运输路线经汽车衡除皮计量并开运输单据后出厂。堆场规格 88×50m，堆棚能力20000t，储期 15d，锂辉石原料容重 4.55t/m³。原料仓库为密闭设计，挡料墙高3m 高，屋顶采用网架形式。

在锂辉石原料堆场旁设置沉淀池，沉淀池 1m 深。汽车在出原料堆场后对车轮进行清洗，以减少车辆扬尘，车辆清洗水经堆场旁设置的排水沟收集进入沉淀池沉淀后，继续作为车辆清洗水循环使用，车辆清洗水不外排。沉淀池内沉淀物主要成分为锂辉石矿，定期清理的沉淀物返回料仓做原料使用。原料仓库在卸料过程中会有少量粉尘无组织排放产生。

（2）转化焙烧

设置1条回转窑，焙烧能力为40t/h。回转窑窑尾连续喂料，连续生产。窑尾锂辉石计量仓出料口设计成矩形，造粒后的窑灰由溜子直接溜入回转窑内。锂辉石精矿通过输送皮带（位于密闭管廊内）送入焙烧回转窑上料矿仓，再电子称重给料机按加料量要求计量加入转化焙烧回转窑。在加料过程中会溢出少量粉尘，在窑尾进料口设置密封罩，以防止无组织粉尘产生。锂辉石焙烧采用天然气作为燃料，工业园区接入厂区的天然气压力位0.3～1.2MPa。燃烧器采用自带二次风通道的多通道天然气燃烧器，燃烧器自带调节、安全控制及计量的阀组。

锂辉石精矿在1100～1200℃的温度下进行晶形转化焙烧，锂辉石由α型转化为β型（即焙料，转化率≥98%），烧结料经电动三通分料阀进入回转式冷渣机进行冷却至<80℃。转化焙烧过程中产生的回转窑烟气主要污染物为颗粒物、氮氧化物、二氧化硫，经“高温布袋除尘+SCR脱硝+湿法脱硫”处理后有组织排放。采用冷渣机对焙烧料进行冷却，焙烧料经过管道通过冷渣机，与冷渣机中的循环冷却水进行热交换，冷却至80℃以下后进行出料。冷却过程焙烧料均在管道内间接冷却，冷却过程无粉尘产生。

（3）球磨及输送

出冷渣机的焙烧料经溜子、电动三通分料阀落入球磨机进行球磨。球磨采用一台φ3.5×13m开路超细磨，冷却后的锂辉石经仓底出料闸板、棒闸、皮带秤计量、皮带机输送喂入球磨机进行粉磨，粉磨后的锂辉石细焙料经斜槽、提升机提升、斜槽输送入细焙料仓储存。球磨粉尘经布袋除尘器处理后有组织排放，除尘系统收集下来的细焙料输送入细焙料仓储存

（4）酸化焙烧

细磨焙料经叶轮给料机和电子称重给料机计量加入混酸机，并按配料比（焙料：硫酸=4:1）加入来自高位槽(由硫酸储罐通过泵打入)的硫酸，经过充分混合均匀后，通过溜槽（密闭）进入酸化窑中。设置6条隧道式钢带窑，采用电加热，在250℃左右的温度、微负压下进行酸化焙烧30~60min，焙料中β-锂辉石同硫酸反应，酸中氢离子置换β-锂辉石的锂离子，使其中的Li2O与硫酸根结合为可溶于水的Li2SO4得到酸化熟料（酸化率≥98%），主要化学反应如下：

β-Li2O·4SiO2＋H2SO4 → Li2SO4＋H2O·4SiO2

酸化焙烧过程中产生的酸化窑尾气主要污染物为颗粒物、硫酸雾。设置6台隧道式钢带窑，每2台钢带窑配备1套废气处理系统，经“三级碱液（Na2CO3）喷淋洗涤+电除雾”处理，处理后的酸化窑尾气通过排气筒有组织排放。

酸化熟料进过管道通过冷却机，与冷却循环水间进行热交换，冷却至50℃以下后送入浸出线。冷却过程酸化熟料均在管道内间接冷却，冷却过程无粉尘产生。

酸化熟料通过酸化窑窑尾排料口下料至冷却机的过程中，会产生少量粉尘，对排料口与冷却机接口处进行密闭，避免粉尘无组织排放。每2台钢带窑配备1套布袋除尘器，窑尾粉尘经处理后由排气筒排放。

浸取装置

主要生产设备

主要原辅材料

生产工艺流程

浸取装置的主要生产工序包括浆化浸出、过滤洗涤、净化除杂、压滤分离等，生产工艺流程介绍如下图所示。

（1）浸出、过滤洗涤：

冷却后酸化熟料通过密闭溜槽进入浸出槽中，加水并加入来自过滤洗涤产出的洗液进行浸出，然后通过密闭溜槽由碳酸钙粉料仓向浸出槽内加入碳酸钙粉进行中和，将pH值调至6.0～7.0，同时除去大部分铁、铝等杂质。

碳酸钙粉由槽车运输至厂区内，经过槽车气流输送至碳酸钙粉料仓，料仓采用布袋除尘器防止粉尘产生。浸出后的浸出料浆由泵送至板框压滤机进行分离和滤渣洗涤，得到浸出液，约含Li2SO4100g/L（Li2O 25~35g/L），滤饼即为浸出渣（含水率约20%）。浸出液泵至净化槽进行净化除钙，浸出渣经过3~4次洗涤后洗液泵入浸出槽，洗涤后的浸出渣送往水泥厂用作水泥生产的混合材。

（2）净化、除杂：

焙料在酸化焙烧时，除碱金属能和硫酸起反应产生可溶性的相应硫酸盐外，其他的铁、铝、钙、镁等也与硫酸反应生成相应的硫酸盐。在浸出过程中虽然能出去孰料中的部分杂质，但其余杂质仍然留在浸出液中，需要继续净化除去，才能保证产品质量。

浸出液泵入净化槽中升温（蒸汽间接加热，约加热至60℃），并加入烧碱（固碱）将pH值调至11～12，使铁、镁形成氢氧化物沉淀。再加入纯碱溶液与硫酸钙反应生产碳酸钙沉淀，从而除去浸出液中的钙。主要反应式如下：

MgSO4＋2NaOH → Mg(OH)2 ↓＋Na2SO4

FeSO4＋2NaOH →Fe (OH)2 ↓＋Na2SO4

Fe2(SO4)3＋6NaOH → 2 Fe (OH)3 ↓＋3Na2SO4

Ca2+＋CO3 2-→CaCO3 ↓

除杂后得到的净化液送往压滤机进行压滤分离，压滤产出的净化渣（即钙渣，主要含氢氧化铁、氢氧化镁、碳酸钙，含水率约25%）浆化后送往浆化浸出。得到的净化液分别送去碳酸锂车间和氢氧化锂车间

碳酸锂车间

主要生产设备（略）

主要原辅材料

生产工艺流程

该车间生产工艺主要包括蒸发浓缩、压滤分离、沉锂、洗涤、分离、中和、蒸发结晶、干燥、包装等工序，生产工艺流程见下图。

一、电池级碳酸锂装置

（1）蒸发浓缩：

来自净化除杂工序的净化液泵入蒸发器中进行蒸发浓缩，使浓缩液中硫酸锂浓度达到200g/L（Li2O 60g/L）得到的浓缩液通过压滤机进行压滤分离，分离产出的完成液泵至蒸发沉锂工序沉淀碳酸锂，产出的完成液渣浆化后由泵及管道送往浸出工序。蒸发水蒸气冷凝后回用至洗涤工序。

（2）蒸发沉锂：

来自蒸发浓缩工序的完成液泵入沉锂槽中，同时通过泵及管道由配碱车间向沉锂槽中泵入纯碱液，并通过蒸汽夹套加热至沸腾（95℃以上），沉淀出碳酸锂（沉锂率约为90%），同时蒸发掉一部分水分，得到的含碳酸锂浆液通过离心分离机分离出碳酸锂和沉锂母液，碳酸锂送去洗涤，沉锂母液送去二次沉锂。蒸发水蒸气冷凝后回用至洗涤工序。

Li2SO4＋Na2CO3 → Li2CO3 ↓＋Na2SO4

（3）洗涤：

蒸发沉锂后分离产出的碳酸锂加入搅洗槽，并加入冷凝水进行两次搅拌洗涤，搅洗后离心分离产出碳酸锂送往干燥工序，分离产出的搅洗母液由泵送去配碱车间配制纯碱液。

（4）干燥（电池级碳酸锂）：

碳酸锂浆液通过离心分离机分离后，加入盘式干燥机中进行干燥，干燥采用蒸汽间接干燥，产生的少量粉尘经布袋除尘器处理后通过排气筒排放，布袋收集的收尘灰与干燥后的碳酸锂产品一同进行超微粉碎。

（5）超微粉碎

工作时，首先将碳酸锂车间得到的电池级碳酸锂物料输送至原料仓，匀速加料机将物料自动送入粉碎室，压缩空气通过喷嘴急剧膨胀加速产生的超音速喷射流在粉碎室部形成向心逆射流场，在压差的作用下使磨室的物料呈流态化，被加速的物料在多喷嘴的交汇点会合，产生剧烈的冲击、碰撞、剪切而粉碎。粉碎后的物料随上升气流到分级区，在高速涡轮所产生的流场内粗颗粒在离心力的作用下被抛向边壁，并随失速粗粉一起回落到粉碎室进行再次粉碎。而符合细度要求的微粉则通过分级机叶片流道，经排输送管输送到脉冲袋式收集器沉降收集。净化后的空气返回空气压缩机吸口循环使用。脉冲袋式收集器沉降收集的超微电池级碳酸锂粉由管道输送至包装车间内由包装机包装。包装间为 10 万级洁净车间，卸料口微负压，以减少无组织粉尘。

二、工业级碳酸锂工序

工业级碳酸锂生产主要包括二次沉锂、洗涤、干燥、包装（工业级碳酸锂）工序。

一次沉锂母液和析钠母液一并泵入二次沉锂槽进行二次沉锂，同时将纯碱溶液加入沉锂槽中，通过蒸汽夹套加热至沸腾（95℃以上），沉淀出碳酸锂（沉锂率约为90%），蒸发掉一部分水分，得到的含碳酸锂浆液通过离心分离机分离出碳酸锂和二次沉锂母液，分离产出的碳酸锂加入搅洗槽，并加入冷凝水进行两次搅拌洗涤，搅洗后离心分离产出碳酸锂送往干燥工序，分离产出的搅洗母液送去配制纯碱液。

碳酸锂浆液通过离心分离机分离后，加入盘式干燥机中进行干燥，干燥采用蒸汽间接干燥，产生的少量粉尘经布袋除尘器处理后通过排气筒排放，布袋收集的收尘灰与干燥后的碳酸锂产品由自动定量包装机包装后送往库房。

真空包装工序采用全自动真空包装机，本项目包装操作在密闭真空包装机内进行，真空包装机采用负压包装，以避免粉尘无组织排放。参考《水泥工业除尘工程技术规范》HJ 434-2008，水泥包装粉尘产生浓度，约20~30mg/Nm³，产尘较小，且位于包装机内。真空包装机负压收集的粉料经自带袋式过滤器收尘后返回包装工序继续包装。

Li2SO4＋Na2CO3 → Li2CO3 ↓＋Na2SO4

三、无水硫酸钠工序

（1）中和

二次沉锂母液泵入中和反应釜内，往中和反应釜内通过硫酸高位槽加入硫酸，除去CO3 2-，加入烧碱调节pH值至7，进行中和。

2H+＋CO3 2- →CO2↑＋H2O

通过硫酸高位槽加硫酸过程中会产生硫酸雾，硫酸雾采用碳酸钠溶液喷淋吸收后由排气筒排放。碳酸钠吸收液直接进入中和工序。

（2）蒸发、干燥、包装

来自氢氧化锂车间的十水硫酸钠经热溶解后，与中和液一同泵入蒸发器中进行蒸发析钠，得到的硫酸钠浆液进入卧式自动离心机中进行分离，产出的蒸发析钠母液返回二次沉锂工序，产出的无水硫酸钠经过脉冲气流干燥器（采用蒸汽间接加热空气方式）干燥后，进入全自动真空包装机包装，检验合格后送往成品库房。干燥粉尘经布袋除尘器处理后排放。

真空包装工序采用全自动真空包装机，包装操作在密闭真空包装机内进行，真空包装机采用负压包装，以避免粉尘无组织排放。参考《水泥工业除尘工程技术规范》HJ 434-2008，水泥包装粉尘产生浓度，约20~30mg/Nm³，产尘较小，且位于包装机内。真空包装机负压收集的粉料经自带袋式过滤器收尘后返回包装工序继续包装。

根据净化液成杂质全部进入硫酸钠计算，硫酸钠中杂质含量计算如下表，硫酸钠产品标准。

氢氧化锂装置

主要生产设备（略）

氢氧化锂生产过程主要包括蒸发浓缩、过滤、转化、冷冻析纳、离心分离、蒸发结晶、重溶、蒸发浓缩、干燥、包装等工序，其中冷冻析纳工序在冷冻提硝车间实施，其余工序在氢氧化锂车间实施。

主要原辅材料

生产工艺流程

该装置生产工艺主要包括蒸发浓缩、过滤、转化、冷冻析纳、离心分离、蒸发结晶、重溶、蒸发浓缩、干燥、包装等工序，生产工艺流程见下图。

（1）蒸发浓缩：

将来自净化除杂的净化液(主要成分为硫酸锂溶液)泵入蒸发器中进行蒸发浓缩，使浓缩液中硫酸锂浓度达到150g/L（Li2O 45g/L）得到的浓缩液通过压滤机进行压滤分离，产出的完成液和一次蒸发结晶产出的一级结晶母液（主要成分为硫酸钠溶液）泵入转化反应槽中，再加入来自液碱罐（泵+管道）的50%烧碱液（厂家提供50%液碱）进行转化，溶液中主要有Li+、SO4 2-、Na+、OH-，形成Li2SO4＋Na2SO4＋NaOH＋LiOH混合组分体系，过量的氢氧化钠再采用冷冻冷却的方法，使体系向析出Na2SO4·10H2O和LiOH的方向移动。冷冻析纳工序在冷冻提硝车间实施。

主要反应机理如下：

Li2SO4＋2NaOH＋10H2O → 2LiOH＋Na2SO4·10H2O↓

转化液先通过换热器降温，再经过预冷换热器与冷冻析钠母液通过冷交换进行预冷，然后进入OSLO外冷型冷冻结晶器进行冷冻结晶+深冷降温结晶，最后进入卧式离心机分离产出十水硫酸钠固体和冷冻分离母液（主要成分为Li+、Na+、OH-氢氧化锂溶液），冷冻分离母液送去蒸发结晶。十水硫酸钠固体送入碳酸锂车间无水硫酸钠工段。

（2）一次蒸发结晶：

冷冻分离母液（主要成分为Li+、Na+、OH-氢氧化锂溶液）和二级结晶母液（主要成分为Li+、Na+、OH-氢氧化锂溶液）加入蒸发器进行蒸发浓缩结晶，然后进行离心分离，产出的一级粗品（主要成分为氢氧化锂）送去二次溶解，产出的一级母液（主要成分为Na+、OH-）返回转化。

（3）二次溶解重结晶：

一级粗品和冷凝水一起加入溶解槽中进行热溶解，然后进行蒸发浓缩结晶，然后进行离心分离，产出的二级粗品（主要成分为氢氧化锂）送去三次溶解，产出的二级母液（主要成分为Na+、OH-）返回一次蒸发结晶。

（4）干燥：

结晶分离产出的湿精品，加入盘式干燥机中进行干燥，干燥采用蒸汽间接干燥，产生的少量粉尘经布袋除尘器处理后通过排气筒排放，布袋收集的收尘灰与电池级氢氧化锂产品一同进行超微粉碎。

（5）超微粉碎：

为满足客户对不同粒度产品的需求，设置1条10000t/a的电池级氢氧化锂超微粉碎线，其工艺流程如下图所示。

系统开机时，首先将惰性气体氮气连续充入系统中将空气置换掉，直至全系统达到氧含量测试设定的数值，然后自动启动原料仓加料装置。原料仓中的 LiOH通过双层气动蝶阀定量加入系统的搅拌打散系统，搅拌打散均匀后的 LiOH 通过螺旋输送机匀速送进气流粉碎机的粉碎室；经压缩的惰性气体通过特殊设计的超音速喷嘴急剧膨胀加速向粉碎室高速喷射，并在粉碎室下部形成向心逆射流场，在粉碎室内压差的作用下物料呈流化态状态，被加速的物料在多喷嘴的交点汇合，产生剧烈的冲击、碰撞、剪切而粉碎；经粉碎的物料随上升气流到分级区，在高速涡轮所产生的流场内粗颗粒在离心力的作用下被抛向边壁附近，并随失速粗粉一起回落到粉碎室内继续进行粉碎，而符合要求的微细粒子则通过分级机叶片流道经排气管输送到成品收集器，成品收集器内的粉料经气固分离后，过滤处理后的纯净气体返回空气压缩机吸口循环使用。

收集器沉降收集的超微电池级单水氢氧化锂粉由管道输送至包装车间内由包装机包装。包装车间为 10 万级洁净车间，卸料口微负压，以减少无组织粉尘。

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