碳酸鋰回轉窯燃燒器設計之前需知碳酸鋰生產工藝流程及特點
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碳酸鋰，是一種無機化合物，化學式Li2CO3，分子量73.89，無色單斜系晶體，微溶于水、稀酸，不溶于乙醇、丙酮。熱穩定性低于周期表中同族其元素的碳酸鹽，空氣中不潮解，可用硫酸鋰或氧化鋰溶液加入碳酸鈉而得。其水溶液中通入二氧化碳可轉化為酸式鹽，煮沸發生水解。
碳酸鋰可用于鋰化合物及搪瓷、玻璃制造，是制取鋰化合物和金屬鋰的原料，可作鋁冶煉的電解浴添加劑。在玻璃、陶瓷、醫藥和食品等工業中應用廣泛，亦可用于合成橡膠、染料、半導體、軍事國防工業、電視機、原子能、醫藥、催化劑等方面。用于制取聲學級單晶，光學級單晶。
電池級碳酸鋰主要用于制備鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料及磷酸鐵鋰等鋰離子電池正極材料。
高純級碳酸鋰主要應用于制備高端鋰離子電池正極材料及電池級氟化鋰的制備；在光電信息方面，高純級碳酸鋰用于制備鉭酸鋰和鈮酸鋰；同時高純級碳酸鋰還應用于光學特種玻璃、磁性材料行業及超級電容器、醫藥行業等。
一、碳酸鋰的主要生產工藝設備
1、主要設備配置：酸化攪拌機、焙燒窯、單筒冷卻機、酸化窯、酸化窯配套冷卻窯、原料磨機、袋式收塵器、風機等
2、產能：1000-20000噸/年
3、回轉窯直徑：1.5-4.5m
4、焙燒溫度：~1250℃
5、酸化溫度：~350℃
6、熱源：天燃氣、高爐煤氣、煤以鋰云母、鋰輝石等原料進行鋰礦焙燒、酸化生產。
二、碳酸鋰生產工藝原理
(一)、鋰輝石和鋰云母的區別
鋰云母和鋰輝石是兩種主要的鋰礦石，它們在化學組成、物理特性、工業應用及經濟性等方面存在顯著差異。鋰輝石是鏈狀硅酸鹽礦物，成分相對簡單且鋰含量較高，提煉工藝成熟；而鋰云母是層狀鋁硅酸鹽礦物，成分復雜但儲量豐富，提煉難度較大。以下從多個維度詳細對比兩者的區別：
1、化學組成與晶體結構
鋰輝石：化學式為 LiAl(SiO?)?，屬于單斜輝石族礦物，結構為鏈狀硅氧四面體，成分以鋰、鋁、硅為主，雜質較少。
鋰云母：化學式為 K{Li???Al???Al??Si????O???}（x=0-0.5），屬于云母族礦物，結構為層狀硅氧四面體，成分復雜，含鉀、氟等元素。
2、物理特性與外觀
鋰輝石：顏色多樣，包括灰白、綠色、粉紅或紫色，晶體呈短柱狀或板狀，玻璃光澤，硬度較高（摩氏硬度6.5-7）。
鋰云母：常見紫紅色或粉色，可淺至無色，具珍珠光澤，晶體呈片狀或短柱狀集合體，硬度較低。
3、鋰含量與提煉效率
鋰含量：鋰輝石精礦中 Li?O 含量通常為 5.0%~6.0%，而鋰云母精礦中 Li?O 含量僅為 2.0%~3.5%。
提煉成本：生產1噸碳酸鋰約需7.8噸鋰輝石精礦（按6%品位計算），而鋰云母精礦需18-19噸（按3%品位計算），導致鋰云母提鋰成本更高。
綜上，鋰輝石因高鋰含量和低提煉成本占據當前市場主導，而鋰云母作為本土資源，在技術進步和副產品開發下潛力逐步顯現。
（二）、碳酸鋰生產工藝流程圖
1、鋰輝石生產工藝流程圖2、鋰云母生產工藝流程圖
（三）、碳酸鋰生產方法
碳酸鋰回轉窯生產工藝流程分為火法和濕法兩部分。火法部分包括轉型焙燒和硫酸化焙燒，濕法部分包括浸出、過濾、凈化、蒸發、沉鋰、干燥和包裝等工序。
（四）、碳酸鋰生產工藝原理
碳酸鋰的生產工藝流程涵蓋轉型焙燒、酸化焙燒、浸取、凈化處理、濃縮處理、沉鋰處理、清洗、干燥處理、粉碎及包裝等多個環節。這一流程充分利用了資源，且成本低廉，同時確保了產品的質量穩定性。其核心在于硫酸與鋰輝石在特定溫度下的置換反應，生成硫酸鋰，再經過一系列物理和化學處理，最終得到純凈的碳酸鋰產品。
1、原材料的精選
原料主要為鋰輝石精礦，需經過選礦處理，獲得含Li2O 6%左右的鋰輝石精礦。 將鋰輝石精礦與其它混合料混合，準備進入回轉窯進行焙燒。
含鋰的原礦石一般有鋰輝石、鋰云母、鋰長石，錳，鎳，鈷（稀缺資源）等。要加工碳酸鋰,首先需要用到的設備主要包括振動給料機、鄂式破碎機、圓錐破碎機、振動篩等對鋰礦石進行破碎、磨粉、選礦等工序。
2、焙浸工段
焙燒分為轉型焙燒和硫酸化焙燒兩個階段。轉型焙燒將鋰輝石由α型轉變為β型，硫酸化焙燒則使鋰輝石與硫酸發生置換反應，生成硫酸鋰。
①轉化焙燒：鋰輝石精礦從精礦庫人工送至斗式提升機提升至精礦倉，再經圓盤給料機和螺旋給料機加入碳酸鋰回轉窯窯尾，將混合后的原料從窯尾筒體高溫進入碳酸鋰回轉窯內，經由中威GX系列高效回轉窯燃燒器進行高溫焙燒。焙燒過程中，物料在窯內受窯體斜度和自轉的影響，產生徑向和橫向的移動，與高溫煙氣進行熱交換，產生熱工反應，達到焙燒目的。利用窯尾預熱段高溫氣體干燥精礦，精礦在煅燒段約1250℃左右的溫度下進行晶型轉化焙燒，由α型(單斜晶系，密度3150kg/m3)轉化為β型鋰輝石（四方晶系，密度2400kg/m3，即焙料），轉化率約98%。
②酸化焙燒：焙料經冷卻段降溫后由窯頭出料，再經自然冷卻和球磨機研磨細到0.074mm粒級在90%以上后，輸送到酸化焙燒窯尾礦倉，再經給料機和螺旋輸送機加入混酸機中與濃硫酸(93%以上)按一定比例(濃硫酸按焙料中鋰當量過剩35%計，每噸焙料需濃硫酸約0.21t)混合均勻后，加入酸化焙燒室中，在250～350℃左右的溫度下進行密閉酸化焙燒30～60min，焙料中β型鋰輝石同硫酸反應，酸中氫離子置換β型鋰輝石中的鋰離子，使其中的Li2O與SO4-結合為可溶于水的Li2SO4，得到酸化熟料。
硫酸與鋰輝石在250-350℃焙燒條件下反應生成硫酸鋰和水合鋁硅酸鹽，核心方程式為：Li?O·Al?O?·4SiO? + H?SO? → Li?SO? + Al?O?·4SiO?·H?O。
③調漿浸出和洗滌：將焙燒后的物料用水浸出，使硫酸鋰溶解于水中，形成浸出液.浸出過程中需控制液固比、溫度和浸出時間，以提高浸出效率。熟料經冷卻漿化，使熟料中可溶性硫酸鋰溶入液相，為減輕溶液對浸出設備的腐蝕，用石灰石粉漿中和熟料中的殘酸，將pH值調至6.5～7.0，并同時除去大部分鐵、鋁、鎂、鈣等雜質，浸出液固比約2.5，浸出時間約0.5h。浸出料漿經過濾分離得到浸出液，Li2SO4,100g/L(Li2O,27g/L)，濾餅即為浸出渣，含水率約35%。浸出渣附著液中含硫酸鋰，為減少鋰損失，浸出渣經逆向攪拌洗滌，洗液再返回調漿浸出。
除雜過程涉及反應：
Ca(OH)2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaOH
MgSO4+2NaOH→Mg（OH）2↓+2Na2SO4
Al2O3+2NaOH＋3H2O→2Na{Al（OH)4}↓+3NaO
Fe2O3+3NaOH→Fe（OH）3↓+3NaO
④浸出液凈化：浸出液經過過濾后，加入純堿除去鈣、鎂、硅、鐵等雜質。 凈化后的溶液含Li2O 50～60g/l，用于后續的蒸發和沉鋰步驟。焙料在酸化焙燒時，除堿金屬能和硫酸起反應生產可溶性的相應硫酸鹽外，其他的鐵、鋁、鈣、鎂等也與硫酸反應生產相應的硫酸鹽。在浸出過程中雖能除去熟料中的部分雜質，但其余雜質仍留在浸出液中，需繼續凈化除去，才能保證產品質量。浸出液凈化采用堿化除鈣法，用堿化劑石灰乳(含CaO100～150g/L)堿化浸出液，將pH值提高至11～12，使鎂、鐵水解成氫氧化物沉淀。再用碳酸鈉溶液(含Na2CO3300g/L)與硫酸鈣反應生產碳酸鈣沉淀，從而除去浸出液中的鈣和堿化劑石灰乳帶入的鈣。堿化除鈣料漿經液固分離，所得溶液即為凈化液，鈣鋰比小于9.6×10－4，濾餅即為鈣渣，返回調漿浸出。
完成液加熱到90℃。并將溶液緩慢加到碳酸鈉溶液中沉鋰，加完后攪拌反應30分鐘。反應完后離心分離。
反應方程式：Li2SO4+Na2CO3→Li2CO3↓+Na2SO4
該步反應轉化率為75%（以Li2SO4計）。
⑤凈化液蒸發濃縮：將凈化后的溶液進行蒸發濃縮，提高溶液中Li2O的濃度。蒸發過程中需控制蒸發強度和蒸汽耗量，以降低能耗。凈化液因硫酸鋰濃度低，鋰沉淀率低，不能直接用于鋰沉淀或制氯化鋰，需先用硫酸將凈化液調至pH6～6.5，經三效蒸發器蒸發濃縮，使濃縮液中硫酸鋰濃度達200g/L(含Li2O,60g/L)。濃縮液經壓濾分離，濾液即完成液供下工序使用，濾餅即完渣返回調漿浸出。
3、碳酸鋰生產工段：沉鋰
完成液與純堿液(含Na2CO3，300g/L)加入蒸發沉鋰槽中，進行蒸發沉鋰(沸騰后恒溫2h)，因碳酸鋰溶解度小而沉淀下來，鋰沉淀率約85%。鋰沉淀后用離心機趁熱分離出一次粗碳酸鋰(含濾液小于10%)和一次沉鋰母液。
一次沉鋰母液中含大量硫酸鈉和較高硫酸鋰(約占總量的15%)，加入純堿液(含Na2CO3,300g/L)進行二次沉鋰，得二次粗品和二次母液，母液經酸中和，氫氧化鈉調pH后，經蒸發結晶、離心分離出副產品無水硫酸鈉和析鈉母液，無水硫酸鈉經氣流干燥、包裝得副產品元明粉。析鈉母液返回調配一次母液。
一次粗碳酸鋰和二次粗品附著液含Na2SO4等雜質，再用凈水于90℃左右進行攪洗，洗液送去配堿，洗滌后用離心機趁熱分離出濕的精碳酸鋰，再經遠紅外線干燥機烘干，磁選除去干燥機脫落的鐵絲屑等雜物，后經氣流粉碎、包裝入庫。
從整體生產工藝看，電池級碳酸鋰和工業級碳酸鋰基本一致，區別在于蒸發和沉鋰兩個工段工藝控制條件不同，即凈化液蒸發濃縮時通過比重計測定終點完成液的比重和通過火焰光度計測定完成液中Li2O濃度以保證完成液終點濃度在工藝要求范圍內；沉鋰時通過電磁流量計顯示調節閥門的不同開度控制加料速度，通過變頻器調節電機轉速控制攪拌器的攪拌速度。上述工藝控制條件均屬公司關鍵技術。
4、產品的烘干干燥
純化后的碳酸鋰需要進行干燥處理，以去除水分。干燥方法通常有真空干燥和烘干箱干燥兩種。真空干燥將碳酸鋰放入真空干燥器中，通過減壓和加熱的方式使其水分蒸發。烘干箱干燥卻是將碳酸鋰放入烘干箱中，以適當的溫度和時間進行干燥，兩種方法均需控制干燥時間和溫度，以確保產品質量。
5、產品的包裝
干燥后的碳酸鋰產品進行包裝，準備出售。
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