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锂云母生产高纯碳酸锂技术产业化的可研报告
目录
1 总论
1.1 概述
碳酸锂，一种无机化合物，化学式为Li2CO3，为无色单斜晶系结晶体或白色粉末。密度2.11g/cm3。熔点618℃。溶于稀酸。微溶于水，在冷水中溶解度较热水下大。不溶于醇及丙酮。可用于制陶瓷、药物、催化剂等。常用的锂离子电池原料。
Li2CO3，是锂化合物中最重要的锂盐，是制备其它高纯锂化合物和锂合金的主要原料。我国是一个锂资源储量大国，已探明的锂资源总储量居世界第二位，仅次于玻利维亚。其中卤水锂资源储量极为丰富，占全国锂资源储量的79％，潜在的经济价值极大。开发利用这些资源对于满足国内需求、促进地区经济发展具有重要的现实意义。盐湖卤水受自身条件的限制，初级锂工业品大都是技术级Li2CO3。随着卤水提锂技术的成熟，技术级Li2CO3的国际市场供求已趋于饱和，且由于开发成本降低，价格大幅度下降，而开发高纯Li2C03可以增加产品附加值，利于盐湖锂产品系列化开发与锂产业链的延伸。另一方面，随着锂产品在高科技领域的应用范围不断扩大，国内外对锂盐的需求量也日益增长，对产品的纯度要求也越来越高，因此开发高附加值的高纯锂盐产品已经势在必行.
高纯度的Li2CO3是磁性材料行业、原子能工业、电子工业和光学仪器行业等的必需品。在光电信息方面，99．999％(5N)的高纯Li2CO3是制备表面弹性波元件钽酸锂和铌酸锂单晶的主要原料。在电子工业方面，近年来，作为锂离子电池的正极材料(如LiC002、LiMn204等)及电解质原料。使用的高纯Li2C03越来越受到人们的重视。另外高纯Li2C03作为一种基础锂盐，还可用来生产高纯度的氯化锂、溴化锂等高纯二次锂盐，进而电解生产出金属锂后，又可衍生出许多有机锂化合物，如丁基锂、甲基锂等。
高纯Li2CO3，的制备研究国外起步较早，始于上世纪70年代，其中日本一直处于领先地位。我国新疆有色金属研究所在高纯Li2CO3的研究领域始终处于国内领先地位，是国内高纯锂盐的重要研发基地。该所早在上世纪70年代就开始进行高纯Li2CO3的研制，1983～1985年间就完成了军用荧光粉级(3N)高纯Li2C03的研制。2002年由该所主持开发的超高纯(5N)Li2C03经国家技术部门鉴定，产品技术指标达国内领先水平，为国内最高纯度。近年来，随着高纯Li2CO3需求量的不断增加，我国四川射洪锂业有限责任公司、上海中锂实业有限公司、中信国安锂业科技有限责任公司等多家单位也都进行了大量的开发研究工作。
锂资源主要分布在矿石中或者盐湖卤水中，世界锂矿资源主要集中在智利、中国、巴西、加拿大和澳大利亚等国家。全球已查明的锂资源量达1200万多吨。其中世界盐湖锂资源主要分布在智利、阿根廷、中国及美国。花岗伟晶岩锂矿床主要分布在澳大利亚、加拿大、芬兰、中国、津巴布韦、南非和刚果。印度和法国也发现伟晶岩锂矿床，但是不具有商业开发价值，目前世界上只有少数国家拥有可经济开发利用的锂资源。
图1 矿石锂储量（碳酸锂当量，万吨）[1]

图2 盐湖锂储量（碳酸锂当量，万吨）[1]

我国锂资源比较丰富，在世界各国中居于前列，其中青海西藏的盐湖锂资源储量占总储量的85%以上

表1 我国锂矿石资源的分布与储量（以金属锂计）[1]

表2 我国盐湖中锂资源的分布与储量（以金属锂计）[1]

1.2 高纯碳酸锂制备方法
NH4HC03沉淀法
该法是用NH4HC03与经过纯化的可溶性锂盐的碱性溶液反应沉淀出高纯度的Li2CO3。但NH4HCO3的加入速度要控制好以免反应效果不佳。同时反应温度的控制也非常关键，提高反应温度可减少杂质的含量，但温度过高，会增加NH4HCO3的消耗。
LiOH溶液NH4HC03沉淀法
将LiOH与NH4HCO3，经过精制纯化达到一定的纯度后即可反应得到高纯度的Li2C03。该法引入的杂质离子较少，最后产品中残留的铵可在烘干或灼烧时除去。这一方法在早期的高纯Li2C03的制备工艺中应用较多。
Li2SO4溶液氨水NH4HC03沉淀法
王桂英等人以(NH4)2C03作沉淀剂直接从含锂的硫酸盐溶液中制备较纯碳酸锂。(NH4)2C03可由NH4HC03和NH3·H20反应制取。该法由于反应物杂质较多，所以产品难以保证很高的纯度。但作为一种工艺方法仍具有一定的意义和使用前景。
LiOH溶液C02沉淀法
日本及俄罗斯的开发人员直接用纯净的LiOH与CO2在水中反应，沉淀制备高纯Li2C03。该法中的温度控制非常重要，因为CO2的溶解度随温度的升高而减小，温度太高CO2利用率低，温度太低则反应速度慢，二者均影响产率，一般反应温度在50℃左右效果较佳。研究表明CO2过量30％左右可达到无废工艺。整个过程几乎无杂质离子引入，CO2气体经洗涤后，产品纯度取决于LiOH的纯度。此法是制备高纯碳酸锂最直接的方法，应用也最广泛。
CO2分步沉淀法
实验证明，先将部分CO2通入LiOH溶液体系中，溶液中的钙、镁等杂质离子将首先以碳酸盐的形式析出并与生成的Li2C03产生共沉淀效应，从而一定程度上纯化了LiOH。这样取出上层LiOH清液与CO2再次进行反应，即可得到较纯的Li2CO3。但该法无法一次将钙、镁离子全部除去，需经多次过滤，步骤繁琐且产品收率低，故其应用范围不大。
LiOH重结晶法
重结晶是提纯固体化合物的常用方法之一。大部分的金属离子在LiOH强碱性溶液中都会有一定的溶解度，通过多次重结晶可以将杂质离子浓缩于LiOH的母液中除去。该法除杂效果明显，提纯后的LiOH溶液中通入纯净的CO2即可反应得到较高纯度的Li2CO3。目前该法仍应用较多。
LiOH冷冻过滤法
大多数杂质离子的氢氧化物或其盐类在较低温度下的溶解度都很小。在尽可能低的温度下过滤LiOH溶液，能有效地除去不溶性的杂质离子，然后再通入洗过的CO2便可得到高纯Li2C03。但该法过滤速度一定要快，否则温度升高将影响除杂效果，从而影响产品的纯度。利用该法大规模生产高纯Li2CO3需要大型的冷冻设备，生产成本较高。因此该法的应用范围也不大。
电解提纯LiOH法
通常将粗Li2CO3用HCI或H2SO4等无机酸溶解后，经过滤等除杂工序，除去大多数的Ca、Mg等金属杂质离子，然后将其作为电解槽的阳极液，阴极用纯净的LiOH液，两极间用阳离子选择性透过膜如全弗磺酸Rf—SO3H膜隔开，进行电解。电解过程中Li+透过隔膜进入阴极液，而OH-则不能进入阳极液，二者结合形成高纯度的LiOH，转移至另一反应器中和纯净的C02反应便可制得高纯Li2C03。该法易于操作，过程中产生的H2和C12或O2能回收利用，但C12毒性大、腐蚀性强，一般用H2SO4代替HCI来溶解粗Li2CO3。但该法对阳离子选择性透过膜的要求高，且电耗大，目前主要局限于实验室中少量产品的提纯，至今未被广泛采用。日本专利介绍用隔膜法电解LiHCO3来提纯LiOH，制得的高纯Li2C03中硅杂质可控制在1×10-4％以下，其它阴离子杂质控制在1×10-4％以下。制得的产品能应用于电子、光电子领域。该法同样对膜的要求较高，且成本偏高，不利于高纯Li2CO3的大规模生产。
粗Li2CO3苛化除杂法
纯度较低的Li2C03经苛化除杂得到纯净LiOH，与CO2反应即得较高纯度的Li2CO3。但苛化过程一定要强化配料计算，提高石灰质量，并加强工艺控制和PH值调整。美国Brown等人早在上世纪80年代初就利用二级反应器与二级固液分离器，经除杂碳化反应制得了较高纯度的Li2CO3，该方法制得的产品中钙、镁杂质含量能降低到5×10-3％左右。该法工艺流程简单，但由于引入的Ca2+较多，因此除Ca成为问题的关键所在。
以上几种工艺综合使用，效果将更好，另外还可用离子交换法、膜过滤法提纯LiOH。
2．3．1碳化分解法
美国Harrison，Amouzegar等，日本MITSUICHEM NIC(MITA)等直接采用碳化法，用C02将Li2CO3碳酸化，将微溶的Li2CO3转变为可溶性LiHC03，再通过离子交换除杂后加热沉淀制得高纯Li2CO3。日本IWASAKI HIROSHI等人也是用C02将Li2CO3碳酸化再除杂，只不过在加热沉淀过程中加入水溶性的有机溶剂沉淀出高纯Li2C03。国内杨卉凡等人专门对碳化液离子交换法提纯二次锂进行了研究。该法碳化物中不溶性杂质可过滤除去，母液可循环使用，提高收率，流程基本全封闭。该法只需除去难除的Ca、Mg、B等杂质即可制得高纯Li2C03，其可操作性强，目前应用较多，使用前景广阔。
碳化沉淀法
该法中物料流通量大，气液反应与液液反应结合易于控制产品的纯度与粒度，可充分利用CO2。但反应过程中须强化反应配比并控制适当的反应温度、搅拌速度及C02的流速。要制得高纯产品，须加入纯净的LiOH，使生产成本提高，另外，该法的锂回收率较碳化分解法要低。
Li2C03重结晶法
Li2CO3具有负的温度系数，其在水中的溶解度随温度的升高而减小，其它杂质很少有这种性质。加热Li2CO3料浆，再冷却结晶析出精制高纯Li2CO3。该法简单易行，除杂效果好，但Li2C03溶解度小，物料流通量大、能耗大、生产周期长。
尿素沉淀法
俄罗斯科研人员将尿素加入到精制的锂化合物的碱性溶液(如LiOH)中，用均相法制备高纯Li2C03。日本专利也曾介绍利用该法制备高纯Li2CO3。由于尿素易溶且随温度的升高而水解，加热到高于80℃时尿素水解转化成氨基甲酸铵进而分解产生出CO2，将沉淀出大粒晶型均匀的高纯Li2CO3。该法由于CO2释放缓慢，反应进行的完全，能形成均相沉淀，减少了杂质离子的包夹，产品纯度高，且尿素易于提纯，生产成本低。
NH3碱化的LiCl04(或HCOOLi)溶液CO2沉淀法
将工业Li2CO3、LiOH或Li2O溶解在含有HClO4的盐水溶液中。蒸发或冷却溶液沉淀分离出LiClO4。LiClO4沉淀在水或有机溶剂例如乙醚中进行再结晶。将结晶净化的LiClO4晶体溶解在纯水中，用NH3碱化溶液并通入CO2气体，沉淀出Li2CO3并过滤分离。该法制备的产品纯度极高，产品可做光学制品材料
硫酸法
国内徐龙泉等人将锂精矿转型焙烧，然后依次经过硫酸酸化、浸取、净化、浓缩处理，最后加入沉淀剂沉淀出锂，再经过清洗、干燥、粉碎处理得到电池级Li2CO3。以上只是探讨了上世纪80年代至今一系列制备高纯碳酸锂的有代表性的方法，一些工艺目前仍在研究探索中。目前研究的主要内容是一些方法的除杂过程工艺条件的优化，其中碳化分解法以其产品质量好、生产成本低而较为人们看好。随着高纯Li2CO3，应用领域的不断拓宽，与之相应的一些新的工艺方法必将诞生。
高纯碳酸锂的开发应用前景
当前我们应该抓住西部大开发这一契机，利用西部锂资源丰富这一优势，加快锂产品的深加工步伐，但同时也要注意资源的可持续发展和综合利用。高纯Li2CO3作为一种高纯的基础锂盐，是生产其它高纯锂化合物及锂合金的重要原料，现在国内外对高纯锂盐需求量的增加必然带动高纯Li2CO3市场的扩大。作为锂离子二次电池正极材料和电解质原料使用的高纯Li2CO3近年来一直是它的一个消费热点，随着锂离子电池应用市场的不断扩大，高纯Li2CO3的消费量还会不断增大。超高纯(5N级)Li2CO3作为制备钽酸锂和铌酸锂单晶的基础材料，其应用前景必然与人工晶体材料产业的发展息息相关。随着信息产业的高速发展，作为电子信息材料上游产品的钽酸锂和铌酸锂单晶的生产，必然带来高纯Li2CO3一个新的消费增长点，其开发应用前景广阔。
2 市场分析
2.1 产品市场预测
据预测，世界锂盐产品的需求量每年以6～8％的速度稳步增长，特别是随着建材、电子、汽车、信息等产业的飞速发展，碳酸锂已成为锂化合物中最重要的产品，以其为基础原料可以生产各种锂化合物。近年来，作为锂离子电池的正极材料，电解质使用的高纯碳酸锂越来越受到人们的重视。
多年来，我国碳酸锂生产规模无法满足国内市场，市场需求部分依赖进口。近几年国内碳酸锂发展迅速，产能产量有很大提高，市场竞争日益激烈。
碳酸锂是制备各种高端锂产品的重要源头。通过酸溶解、碱沉淀等化学反应，碳酸锂可以制得氯化锂和氢氧化锂两种基础锂产品，对应金属锂及润滑脂等下游应用。通过溶解、除杂等工艺，由碳酸锂可制得氟化锂、医用碳酸锂以及电池级碳酸锂，其中氟化锂用于陶瓷、化工等行业，医用碳酸锂用于制药，电池级碳酸锂用于生产锂电池。
随着传统能源石油、天然气等的日益减少，人们越来越迫切的寻求新型能源，电能作为无污染的新型能源日趋成熟，应用也越来越广泛，锂离子电池的需求量每年以惊人的速度增长，因此，与之相关的原料高纯碳酸锂也越来越受市场的欢迎，但目前的现状是高纯碳酸锂的产能却不足，制备方法都还不是很完善，成本较高，而且很多方面存在垄断行为，因此只有很少一部分企业从事这方面的工作，这说明高纯碳酸锂行业的市场前景一片光明，在这方面投入精力的回报还是会很丰厚的。
碳酸锂用于生产锂电池，中国是仅次于日本的锂离子电池生产大国，市场增长空间巨大，目前我国锂离子电池行业以逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展。2012年中国锂离子电池总产量约为40亿只，比上年增长约33%。生产2.7亿只锂离子电池，就需碳酸锂8000吨，所以按此预测到2013年，仅用于生产锂离子电池的碳酸锂需求量就大于118518 吨，

2.2 市场供求分析
碳酸锂作为生产锂离子电池的主要材料，与市场中锂离子电池的产量是紧密相关的，市场中锂离子电池的产量越大，所需的碳酸锂的量也就越大，下表中列出了我国每年锂离子电池的需求量

图3 全球动力锂离子电池的总容量需求增长趋势[1]

2010－2013年全球动力锂电池汽车对锂电池的总容量需求的复合增长率为116％，2013－2018年的复合增长率将保持在26％，2009年小型锂电的总容量需求约为48亿Wh，预计2018年动力锂电池的总容量需求将达到350亿Wh，增长约6.3倍。
可看出，锂离子电池的需求量每年以极高的速度稳步增长，这说明电能作为清洁、廉价的新型能源越来越受人们的欢迎，有着巨大的市场潜力。
全球碳酸锂的消耗量在这里也做了一些初步的统计
表3 全球碳酸锂需求量[1]

2012年-2013年将是碳酸锂需求变化的分水岭。
按照每台锂电池电动汽车HEV、PHEV、EV消耗5、25、50公斤碳酸锂计算，2013年电动汽车对碳酸锂需求量达到3.2万吨，2015年达到6万吨，2020年将达到15.5万吨。
国内碳酸锂的形式也是一片乐观，虽然目前国内碳酸锂的企业还不多，产量也不算高，但潜在的力量巨大，下表是国内碳酸锂的需求量。
表4 我国碳酸锂盐的产量[1]

可看出我国的碳酸锂的产量还不是很高，通过对国内碳酸锂的进出口统计来分析了国内碳酸锂的需求现状问题。
表5 国内碳酸锂进出口[1]

不难发现，我国对进口碳酸锂的一栏越来越大，尤其是2010年以来，国内生产的碳酸锂已严重不能满足国内自身的需求，这就需要国内碳酸锂企业更好更快的发展自己，以赢得这次机遇与挑战。
锂离子电池及碳酸锂的需求量说明了现在对碳酸锂的需求的日益迫切，值得企业去投资，而碳酸锂的价格波动则可反映出碳酸锂市场的成熟性、稳定性以及内在发展潜力，下面便对碳酸锂的行业价格做了一些统计比较。
图4 2011年5—12月国内电池级碳酸锂价格走势（元/吨）[1]

图5 2011年5—12月国内工业级碳酸锂价格走势（元/吨）[1]

可看出碳酸锂的市场价格整体波动不是太大，趋于3—4万元/吨左右，市场前景广阔。

2.3 市场风险分析
2011年，在宏观经济下行的大背景下，全球锂电池市场仍旧延续了增长的趋势。根据赛迪顾问的统计数据，2011年全球锂离子电池市场规模达到153亿美元，同比增长29.7%;锂离子电池产量达到46.4亿颗，同比增长22.8%。其中，中国锂离子电池市场规模达到了397亿元，，同比增长43%;锂离子电池产量达到29.7亿颗，同比增长28.6%。从过去四年的数据来看，中国锂电池行业增速高于全球约10～13个百分点，呈现出快速增长的势头，与锂电池产能向国内转移的行业背景相符。
　　中科院物理研究所研究员黄学杰预测，到2015年，中国锂离子电池及材料市场规模将达到2000亿～3000亿元，到2020年则可能达到万亿元规模，增量主要来自动力与储能电池的发展。
　　政策积极引导
　　随着铅酸蓄电池行业整合力度加大，锂离子电池行业发展进程将明显加速。
　　自从九部委联合开展的2011年环保专项行动正式实施以来，全国全面彻查铅蓄电池企业的环境违法问题，大量铅蓄电池生产企业被关停整治。3月1日，工业和信息化部公式了被业内称为史上最高“门槛”的《<铅酸电池行业准入条件>征求意见稿》，铅酸电池行业将面临彻底洗牌。预计未来3年内该行业将有三分之二落后产能面临淘汰，铅酸蓄电池厂商将由2000多家减少到不超过300家，其市场份额也将被锂离子电池抢占。
　　锂离子电池替代铅酸和镍氢电池已是必然趋势。随着价格持续下降，锂离子电池取代铅酸电池和镍氢电池的速度也在加快。在消费电子领域，锂离子电池几乎完全取代了后两者。预计今年智能手机市场锂电池需求增速为50%，平板电脑市场锂电池需求增速超过230%，明年将继续高速增长。目前锂离子电池在电动工具领域渗透率约为70%，接下来其取代铅酸和镍氢电池的领域将依次是电动自行车电池、UPS、电动汽车和电网储能。
　　《新材料产业“十二五”发展规划》中明确指出，2015年，新能源汽车累计产销量将超过50万辆，需要能量型动力电池模块150亿瓦时/年、功率型30亿瓦时/年、电池隔膜1亿平方米/年、六氟磷酸锂电解质盐1000吨/年、正极材料1万吨/年、碳基负极材料4000吨/年;乘用车需求超过1200万辆。《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》中也明确提出，“纯电驱动”将成为我国新能源汽车技术的发展方向——— 这一定论将显著利于锂离子电池行业的发展。
　　材料供不应求
　　国内电池级碳酸锂的供应量为1.2万吨，市场需求量为1.9万吨。
　　目前，我国锂离子电池市场仍处于供不应求的状态。以碳酸锂为例，我国现有的碳酸锂产能在3.3万吨左右，其中电池级碳酸锂产能只占1/3。国内电池级碳酸锂的供应量为1.2万吨，市场需求量为1.9万吨。
　　大连丽昌新材料有限公司总经理耿世达博士在接受《中国电子报》记者采访时表示，由于大量铅酸电池生产企业的退出，国内锂电企业均迅速扩大产能以求占领市场，但是工艺水平相对较高的上游材料产量毕竟有限，包括丽昌在内的很多材料企业全部产出均被日企所买断。
　　澳大利亚银河资源拥有全球第二大锂辉石矿——— 凯特琳矿山，其去年在张家港投资的全资子公司银河锂业，负责将锂辉石加工为电池级碳酸锂。银河锂业年设计产能全球第一，高达1.7万吨，而日本三菱集团和中国国内的13家主要电池材料商早已将尚在规划中的产能瓜分殆尽。
　　在政策的有力推动下，大量资本正快速进入锂电池上下游产业。赛迪顾问投资部副总经理吴辉表示，锂离子电池迎来了新的投资热潮，仅投资进入锂离子电池正极材料开发的就有日亚化学、当升科技、比亚迪、湖南杉杉、天津巴莫科技等数十家企业，产能有望快速释放。
　　企业应理性进入
　　进入锂电池行业的技术门槛较高，锂资源也相对匮乏，企业应在充分调研和技术积累的基础上再作打算。
　　工业和信息化部《新材料产业“十二五”发展规划》中指出，将建立健全新材料产业统计监测体系，把握行业运行动态，及时发布相关信息，避免盲目发展与重复建设，引导和规范新材料产业有序发展。进入锂离子电池行业的技术门槛较高，锂资源也相对匮乏，企业应在充分调研和技术积累的基础上再作打算，切忌盲目跟风。
　　在日前刚刚结束的中国电子展上，记者发现，很多原先在传统电子行业拥有国际领先技术水平的国内企业，已经通过对原核心技术改造而成功切入了锂离子电池行业。为锂离子电池行业输入新鲜血液的同时，更是为行业技术进步提供了强大的支撑。
　　佛山市金银河机械设备有限公司锂电事业部负责人李华林告诉《中国电子报》记者，由于产品的供不应求和市场的巨大潜力，锂离子电池行业吸引了很多有实力的企业加入，这些企业通过多年来的技术积累，充分利用自身优势，选择最适合企业的产业链环节，成功切入了锂离子电池行业。金银河目前致力于锂离子电池生产的第一道工序——浆料搅拌，这也正是基于其国际领先的液体胶生产技术基础。
　　当前形势下，越来越多的锂离子电池厂家开始扩大生产，产业链配套企业也纷纷上马，意欲抢先占领市场份额，这的确在情理之中。但是政府尚未出台相关政策引导锂离子电池应用市场，急速扩张的市场中还有很多不稳定因素。随着跟进的企业越来越多，良莠不齐的现象日益凸显，那么原本意料之外的行业洗牌也可能会来临。
3 建设规模及产品分析
3.1 产品方案及规模
本高纯碳酸锂产品通过对锂矿石烧结然后浸取提出其中的锂，浸出液经除杂后，用碳酸钠沉淀制备出碳酸锂，最后再经提纯后得出。根据年处理锂矿石的量可算出最终高纯碳酸锂的产量。
3.2 产品质量标准及包装形式
所生产的高纯碳酸锂经检测后应符合国家标准。
产品分类
按化学成分不同分为Li2CO3-05\Li2CO3-045和Li2CO3-04三个牌号
表6 高纯碳酸锂各化学成分标准[2]

为了保证塑料包装袋的质量，对塑料包装袋做了如下一些要求。一、包装袋制作材料、规格及重量
品名
外编织袋
内塑料袋
总重量
25Kg高纯碳酸锂包装袋
制作材料：彩膜，全新聚丙烯料
规格：50cm×83cm±1
条重：100 g±3 g
制作材料：全新聚乙烯料
规格：53cm×90cm±1
条重：45g±2g
145g±5g
注：制作材料内添加料不得大于5%
二、包装袋表面印刷标识要求：
编织袋生产厂应根据本公司提供的样版印刷包装袋表面的标识内容及色彩，并印刷成样本，得到本公司签字认可为准。
三、包装袋的包装要求：
包装袋按照每条反向摆放，200条/捆（50kg产品）用塑料布全密封包装，每捆包装袋包装物不回收。
四、物理性能：
包装袋的物理性能验收标准如下：
经纬向拉伸负荷为≥550（N/50mm）；
缝边向拉伸负荷为≥300（N/50mm）；
缝底向拉伸负荷为≥250（N/50mm）。

4 工艺技术方案
4.1 产品性能
一种无机化合物，化学式为Li2CO3。 可用于制陶瓷、药物、催化剂等。常用的锂离子电池原料。
外观与性状：无色单斜晶体或白色粉末。
熔点(℃)：618℃，相对密度（水=1）：2.11 沸点(℃)：无资料（分解），溶解性：溶于水，溶于酸，不溶于乙醇、丙酮。
加热至沸点时开始部分分解成 氧化锂和 二氧化碳。
Li2CO3 加热 Li2O+ CO2
4.2 工艺技术

4.3 工艺流程及物流平衡
4.4 主要设备选择
4.4.1 回转窑
筒体：由不同厚度钢板事先卷成的，筒体内镶砌有耐火材料，圆筒外面套装有几道轮带，筒体成一定斜度，坐落在与轮带相对应的托轮上。
表7 回转窑筒体[3]
规模
（t/d）
窑规格
（m）
热端钢板厚（mm）
烧成带钢板厚（mm）
轮带下钢板厚（mm）
轮带两侧过渡板厚（mm）
齿轮两侧板厚（mm）
其它钢板厚度（mm）
4000
4.7*74
45
32
55/95/55
45/65/45
45
28
4000
4.75*74
50
30
70/75/70
35/38/35
35
25
5000
4.8*72
50
32
75/80/75
42/55/42
42
28
轮带：轮带是一个坚固的大钢圈套装在筒体上，支撑回转窑（ 包括窑砖和物料）的全部重力；轮带的重量从20吨（直径3.6m）到100吨（直径5.6m）不等；轮带附近的壁厚增大，目的是减少托轮的压力而产生的变形。
托轮：托轮其直径一般为轮带的1/4，宽比轮带宽50~100mm

液压挡轮：液压挡轮是围绕纵向轴运动的滚轮安装在窑尾轮带靠近窑头侧的平面上。能及时指出窑体在托轮上的运转位置是不否合理，并限制或控制窑体轴向窜动。
当窑出现故障或检修时，为保证窑筒体温度均匀，避免筒体变形需缓慢旋转窑（0.1~0.2转/分种），需设置附属电机和减速机。
回转窑是在负压下操作的，在筒体与窑头罩、烟室连接的地方都存在缝隙，为防止漏风，必须设有密封装置，否则会漏风和漏料。
表8 国外预分解窑的技术指标[3]

4.4.2 破碎机
表9 垂式破碎机和反击式破碎机的比较[4]
序号
项目
锤式破碎机
反击式破碎机
1
主要结构
转子（主轴、锤架、锤头、销轴）机架、破碎板、筛板、传动部件，一组锤头铰支在锤架上主
转子、打击板、机架、反击板、均整篦板、传动部件，打击板刚性连接在转子上
2
破碎机理
单个锤头对物料冲击破碎（自由破碎、反击破碎）物料获得的速度和动能有限。
利用整个转子的惯性对物料冲击破碎（自由破碎、反击破碎、铣削破碎）物料获得的速度和动能较大。
3
破碎腔
破碎腔较小，冲击作用不能充分发挥。
破碎腔较大，使物料有一定的活动空间，充分利用冲击作用
4
起始打击方向
锤头向下顺势打击物料，破碎作用小
板锤向上逆势打击物料，破碎作用大
5
产品粒度
产品粒度受篦条间缝隙宽度控制
产品粒度主要决定于转子转速及转子外缘与均整篦板间的间隙
6
磨损
磨损稍小，
磨损大，
7
应用
主要破碎中硬物料
主要破碎中硬物料，也有用于熟料破碎
结合破碎需求和经济性最终确定选择反击式破碎机。
反击破碎：破碎料块群的重心是沿力学轨迹射入和反射出反击板，反击板是控制物料流向的主导因素，它也产生部分破碎效应。
反击式破碎机示意图

1-防护衬板；2-下机体；3-上机体；4-锤头；5-转子；6-羊眼螺栓；7-反击板；8-球面垫圈；9-锥面垫圈；10-给矿溜板；11-链幕
转子—必须具有足够的重量，以适应粉碎大块矿石的要求。又分为：整体式—铸钢；组合式—数块铸钢或钢板构成。转子是反击式粉碎机的主要工作部件，又是作高速旋转的，故要求运转要平衡。
打击锤—用于打击矿石，固定在转子上，由高锰钢制作。与转子固定方式—刚性连接：有螺钉固定、压板固定、楔块固定。 打击锤数目—据矿块大小、矿石硬度、转子长度而定。一般若粒度大、硬，则数目少，但重量应大；否则若粉碎比大，则数目多。
反击板
折线—简单、效率不高
圆弧—效率高、反击物料大多与其垂直碰撞
栅条—有分级作用
导板
保持适当的卸料点，一般给料板的倾角为30度左右。
在α=30度时第一次被冲击的物料。沿转子切线方向飞向反击板中部，粉碎效果良好。
在α<30度时，卸料点低，物料飞向反击板上部的悬挂轴处，对转子冲击厉害，而且新给入矿石阻碍被击矿石退出，易形成物料堆积。
4.4.3 湿式球磨机
经粉碎后的锂云母熟料加入浸取液后，必须经过进一步的球磨矿中的有用元素才会被浸取出来。 因此球磨机这一设备是必不可少的。
球磨机可处理各种硬度的矿石，其破碎比大，通常为200~300。它的给矿粒度最大为65mm，最适宜的粒度在6mm以下，它的产品粒度在1.5~0.0075mm之间，因此，在选矿厂被广泛地用来磨碎各种矿石。普通球磨机的研磨罐体是滚筒式，筒内装有若干磨球，当电机旋转时，带动滚筒旋转，筒内磨球和材料在作竖直圆周运动过程中，互相撞击，研磨材料。
4.4.4 过滤设备
经球磨后，矿中的有用金属大部分溶解进入浸取液中，这时需将浸出液从矿渣中分离出来，在后面的固液分离工序中也要大量用到过滤这一程序。
以推动力来分类，过滤机分为重力过滤机（自由沉降式）、加压过滤机（压榨式）、真空过滤机（负压式）。结合本设计中有些工序的物料黏度较大，较难过滤且固体物料较多，大部分所需为滤液，考虑到操作的连续性和节能性，建议安装预涂式真空转鼓过滤机。既能够有效的分离出液体，也能连续刮下固体物料。
预涂式真空转鼓过滤机是在普通转鼓过滤机的基础上增设预涂技术的高效、精细过滤机，是属外滤面、预涂层型真空转鼓过滤机。转鼓表面吸附预涂层作助滤剂，刮刀自动卸料，连续工作，特别适用于固相含量较低、颗粒较细微、胶质、易堵塞滤布的悬浮液的分离，可获得高澄清度的滤液。现制造生产的预涂式过滤机的面积有10㎡到70㎡各种不同的规格和型式。
型号的组成及其代表意义：
YT 25
预涂式过滤机 规格（过滤面积m2）

本机主要由转鼓、槽体、自动机械刮刀、搅拌装置、洗涤和清洗装置、传动装置等几部分组成。

4.5 自控技术方案
本着稳定工艺参数、保证产品质量、提高生产效率，同时考虑经济适用、节约投资的原则，本工程拟采用DCS控制系统、工业电视监视系统和常规仪表相结合的原则对生产过程进行监控。将主要工艺参数的控制、显示、累积、事故报警引入控制室进行监控，操作人员通过常规仪表和DCS控制系统、工业电视监视系统进行操作、控制和维护，以达到稳定工艺参数、保证产品质量、减轻劳动强度、确保安全生产的目的。同时为了方便现场操作，在现场设置部分就地显示仪表。
一、控制系统的选择
本工程选用在国内有良好使用业绩、性能价格比优良的DCS控制系统，且应具有以下功能：
1、过程控制功能
DCS控制站除了应完成基本监测、调节和顺控功能外，还可以按过程需要选用串级，比值、前馈、纯滞后时间补偿等高级控制功能。此外，还可以运用各种算法组成综合控制算式，实现更复杂的控制要求。
2、操作功能
DCS操作站使操作员可在正常或异常情况下对站内各设备进行控制，并可监视全线各站的操作数据和状态。操作键盘至少有以下功能：选择画面、控制方式选择、设定值/输出值的升降、开阀/关阀、机泵起动/停止、顺序启动、选择报警组、报警确认/复位、打印屏幕、指定/选择趋势记录和报表。
3、显示功能
DCS操作站应具有下列画面显示功能：菜单画面（按工艺分区组织)；流程图画面（带开窗口显示功能)；控制分组画面；回路参数画面；趋势曲线画面；报警汇总画面。
4、报警功能
DCS的系统报警功能应能自动诊断出操作站、现场控制站或通信系统的故障，向操作员发出报警并显示出故障的物理位置和故障的性质。
5、制表打印功能
用报表生成软件可以建立和修改报表，并可以对报表的各个字段进行组态。报表功能可以由程序控制、报警控制和操作员控制启动。系统应能生成以下报表：实时报表(报警打印)；定时报表(日报、班报、月报、重要参数的时报)；报警汇总报表；操作记录报表；系统维护报表。
6、信息管理功能
根据工艺操作和管理的需要，选用外部存储器将比较重要的信息保存下来。外部存储器的型式和容量可根据需要保存信息的多少、保存时间的长短以及有足够的裕量来确定。
7、系统组态功能
DCS应具有离线及在线系统组态功能，DCS至少应有如下组态功能：过程变量的零点、量程及报警限设定；控制回路组态；建立实时和历史数据库；建立显示画面；建立报表；程序编译；组态下装；组态在线修改；过程变量监视；显示和修改所有参数。
二、仪表选型
在满足工艺要求的前提下，以先进、可靠、经济和使用方便为原则，尽可能选用系列化、标准化的仪表，以提高仪表互换性。在仪表材质的选用上，与工艺介质接触部分的仪表材质不低于仪表所在工艺设备或管道的材质。同时尽可能集中选用一个厂家或地区的产品，以便后期的采购与维护。
1、温度仪表
就地温度检测仪表选用双金属温度计。集中温度检测一般进用铂热电阻和热电偶。
2、压力仪表
就地压力检测一般选用不锈钢压力表，有脉动的场合选用耐震压力表，有腐蚀、粘稠、结晶的场所选用隔膜压力表或隔膜耐震压力表并配备远传功能。要求集中的压力点选用智能压力变送器。
3、流量仪表
流量就地检测，一般选用玻璃转子流量计；只要累积的场合可选用水表。集中流量选用孔板和智能差压变送器、电磁流量计、旋涡流量计。
4、物位仪表
就地液位计一般采用玻璃管、磁翻柱液位计并配备远传功能；集中的液位点一般采用智能液位变送器和法兰远传式差压变送器；超声波液位计；浮筒液位开关。
6、分析仪表
对产品质量、安全生产、环境卫生有关的参数进行自动分析。并根据工艺要求，采用国内优质产品。
6、执行器
调节阀采用电动式执行机构，并根据介质的特性选用相对应的阀门种类。
调节阀阀体、阀芯、隔膜、填料材质等按介质的特性来选择。
7、控制室的设置
根据工艺流程的特点，本工程共设置二个控制室，其中制酸工序设置8m×4m控制室一个；焙烧工序设置8m×5m控制室一个。
8、仪表的供电
仪表电源为220VAC士10%，50Hz士5%，总容量约为18KVA，由电气专业送至各控制室仪表盘内或UPS上。生产装置的DCS控制系统和现场仪表由不间断电源（UPS)供电。在外部电源故障期间，UPS提供后备电源（电池组)，其容量是能使控制系统和仪表正常工作至少60分钟时间。
9、安全技术措施
为及时了解现场情况、确保安全生产，在各重要工序设置工业电视监视系统。
10、标准、规范
—过程测量和自控仪表的功能标志及图形符号（HG/T20505-2000)
—自动化仪表选型设计规定（HG/T20507-2000)
—仪表供电设计规定（HG/T20509-2000)
—仪表系统接地设计规定（HG/T20513-2000)
—分散控制系统工程设计规定 (HG/T20573-1995)

5 原料、辅助材料
5.1 主要原料、辅助材料及动力消耗
生产高纯碳酸锂所需的主要原料为锂云母、硫酸钠、硫酸钾、石灰石，碳酸钠等，在生产过程中还需要一些辅助材料，例如：在浸出液的过滤步骤中需要用到絮凝剂，碳酸锂精制提纯过程中需要用到CO2等。生产中消耗的主要动力为热能和电能。
5.2 原辅料供应
5.3 动力供应
在锂云母烧结过程中采用煤炭燃烧来提供热能，在后续其它的流程中建议用较为廉价易得的电能。
参考文献
[1] 锂电池行业分析报告.百度文库，2012-06-19
[2] GB 10576-1989,高纯碳酸锂国家标准(S)
[3] 回转窑的结构与工作原理.百度文库,2010-12-14
[4] 反击式破碎机.百度文库,2012-05-30