碳酸锂是锂化合物中最重要的锂盐，是制备高纯锂化合物和锂合金的主要原料，在玻璃和陶瓷制造、医药、有色金属冶炼、锂电池电极材料等领域具有广阔的应用前景。目前，生产碳酸锂原料主要有锂辉石、盐湖卤水、海水等，因生产原料不同，生产工艺也有所不同。

一、国内外碳酸锂研究现状及产业链

碳酸锂用途广泛，在电池、润滑剂、陶瓷、玻璃、冶炼等重要工业领域都是不可或缺原料。长期以来，由于存在技术和资源两大壁垒，全球碳酸锂行业处于寡头垄断格局中，三大巨头智利SQM、美国FMC和德国Chemtall合计年产能逾8万吨，占全球市场80%的份额，中国高纯度碳酸锂也多依赖进口。

碳酸锂的提取工艺分为矿石提取和盐湖卤水提取两大类。矿石提取工艺成熟，但耗能高、污染重、成本高；盐湖卤水提锂的优势在于，碳酸锂含量高和成本低，但技术难度高，尤其是电池级碳酸锂的提纯。目前国内生产还是以矿石提锂为主，青海盐湖工业股份有限公司在卤水提锂工艺处于领先地位。

碳酸锂产业链

二、碳酸锂制备工艺

（一）锂辉石为原料制取碳酸锂工艺

以锂辉石为原料，制取碳酸锂工艺主要有硫酸法、锂辉石与硫酸盐混合烧结法、碳酸钠加压浸出法、氯化焙烧法、石灰石焙烧法等。

1、硫酸法

硫酸法是工业上制取碳酸锂比较成熟的生产工艺。工艺过程是硫酸与β-锂辉石在250～300℃下发生置换反应，生成Li₂SO₄。再用石灰调pH至11，加碳酸钠除钙、镁、铁、铝等杂质。清液蒸发成含20%左右Li₂SO₄的净化液，加入碳酸钠沉淀成碳酸锂。离心脱水，滤饼烘干，得到碳酸锂产品。其工艺流程如下：

硫酸法制取碳酸锂工艺流程图

硫酸法的优点是：生产碳酸锂收率较高；缺点是：生产工艺流程长，能耗较高。

2、锂辉石与硫酸盐混合烧结法

锂辉石与硫酸盐混合烧结法主要工艺过程是将锂辉石精矿与K₂SO₄（或 CaSO₄或两者混合物）在一定温度下混合烧结，经一系列物理、化学反应后，所配入的硫酸盐中的金属元素将矿石中锂置换生成可溶性的硫酸盐，主要杂质则生成难溶于水的化合物，然后将烧结后的熟料浸出分离，锂离子进入溶液，经净化、浓缩、沉淀后得到碳酸锂产品。其工艺流程如下：

锂辉石与硫酸盐混合烧结法制取碳酸锂工艺流程图

锂辉石与硫酸盐混合烧结法优点是：具有通用性，能分解所有的锂矿石。缺点是：生产过程中，若使用K₂SO₄作为硫酸盐，会消耗大量的钾盐，导致生产成本较高，产品也常被钾污染。

3、碳酸钠加压浸出法

碳酸钠加压浸出法工艺过程是：

（1）将锂辉石加工制得的β-锂辉石，粉碎研磨至平均粒度为0.074mm；

（2）按 Li₂O量配比加入3.5～7倍碳酸钠混匀，在反应器中于200℃加压浸出，并通入 CO2 气体，即生成可溶性 LiHCO₃；

（3）过滤除去残渣（沸石），加热至95℃逐出CO₂，经沉淀、过滤、滤饼烘干，制备出碳酸锂产品。

碳化法工艺制取碳酸锂优点是：生产工艺中中省掉了产品洗涤和析钠工序，简化了操作，节约了能耗。因此，采用碳化法工艺优于硫酸法。

4、氯化焙烧法

氯化焙烧法主要是利用氯化剂使矿石中的锂及其它有价金属转化为氯化物进行提取的。氯化焙烧法生产工艺有两种：中温氯化法和高温氯化或氯化挥发焙烧法。

（1）中温氯化法是在低于碱金属氯化物沸点的温度下，制得含氯化物的烧结块，经过溶出使之与杂质分离。

（2）高温氯化或氯化挥发焙烧是在高于其沸点的温度下进行焙烧，使氯化物成为气态挥发出来与杂质分离。

氯化焙烧法优点是：流程简单，不消耗贵重试剂。缺点是：LiCl的收集较难，炉气腐蚀性强。

氯化焙烧法工艺流程如下图：

氯化焙烧法制取碳酸锂工艺流程图

（二）盐湖卤水为原料制取碳酸锂工艺

与以锂辉石为原料制备碳酸锂相比，从盐湖卤水中制取碳酸锂，不仅锂的含量较高，而且资源丰富，同时耗能低、产品价格低廉。目前，已成为国内外公司开发生产锂盐的主要研究方向。盐湖卤水为原料制取碳酸锂工艺主要有：蒸发沉淀法、煅烧法、溶剂萃取法、电渗析法、铝酸盐沉淀法、吸附法等。

1、蒸发沉淀法

目前，蒸发沉淀法已实现工业化生产。主要工艺过程是：

（1）利用太阳能在蒸发池中将含锂卤水进行蒸发浓缩；

（2）当锂含量达到适当浓度后，通过脱硼，除镁、钙等分离工序；

（3）加入纯碱使锂以碳酸锂的形式沉淀析出。

蒸发沉淀法优点是：工艺过程简单；能耗小；成本低；比较适宜碱土金属含量少、镁锂比低的卤水。

蒸发沉淀法工艺流程图

2、煅烧法

煅烧法主要是针对镁锂比较高的盐湖卤水提锂提出的技术。主要工艺过程是以含锂水氯镁石饱和卤水为原料，采用喷雾干燥、煅烧、加水洗涤、蒸发浓缩、加碱沉淀等生产工序，从高镁锂比盐湖卤水中进行镁锂分离，制取价高质优的碳酸锂、高纯氧化镁。其工艺流程图如下：

煅烧法工艺流程图

煅烧法优点是：可以有效综合利用综合利用盐湖资源。缺点是：工艺能耗较高；对设备的腐蚀也相当严重，因此，在大规模的工业化生产中对设备的选型是重中之中。

3、溶剂萃取法

溶剂萃取法工艺过程是：（1）将盐湖卤水经盐田日晒分步析出氯化钠、光卤石及部分水氯镁石，得到的浓缩卤水，经酸化后进入萃取槽；

（2）采用磷酸三丁酯（TBP）为萃取剂，HCl为反萃取剂，FeCl₃为络合剂，经多级逆流萃取洗涤、反萃取、洗酸等阶段，萃余液排放，空有机相返回萃取阶段使用。

（3）得到的反萃取液经成品工序的蒸发浓缩、焙烧、浸取、去除杂质，再蒸发浓缩、纯碱沉淀制取 Li₂CO₃产品。

溶剂萃取法工艺流程图

溶剂萃取法优点是：适合从高镁锂比盐湖卤水中提取碳酸锂，而且工艺可行。缺点是：在萃取工艺中需要处理的卤水量大、对设备的腐蚀性较大。

4、电渗析

电渗析是目前比较环保的新型工艺。中科院青海盐湖研究所研究开发出以含锂浓缩卤水为原料，通过一级或多级电渗析器，利用阴、阳一价选择性离子交换膜进行循环（连续式 、连续部分循环式或批量循环式）工艺浓缩锂，获得富锂低镁卤水。然后通过深度除杂、精制浓缩，经转化干燥便可制取碳酸锂产品。

电渗析最大优点是解决了高镁锂比盐湖卤水中镁和其它杂质分离的难题，成为目前青海高镁锂比卤水提取碳酸锂的一个经济实用的工艺技术。

5、吸附法

吸附剂法是首先利用有选择性的吸附剂将卤水中的锂离子吸附，然后再将锂离子洗脱下来，达到锂离子与其它离子分离，便于后续工序转化利用。吸附剂法的关键是研究性能优良的吸附剂。目前常用的有：铝盐吸附剂、锑酸盐吸附剂、层状吸附剂、离子筛型氧化物吸附剂等。其工艺流程图如下

吸附法工艺流程图

吸附法优点是：生产工艺比较简单；能耗较低。缺点是：采用的吸附剂多为粉末状，其流动性、渗透性较差，溶损率也相当大。

（三）海水中制取碳酸锂的生产工艺

海水中制取碳酸锂，吸附剂法被认为是最有前景的工艺技术，关键是寻求吸附选择性好 、循环利用率高和成本相对较低的吸附剂。其工艺流程图如下：

海水中制取碳酸锂工艺流程图

三、碳酸锂应用

1、玻璃制造领域

碳酸锂在玻璃制造中，主要是应用在阴极显像管、耐热玻璃、玻璃纤微及光学玻璃的生产过程中，碳酸锂不仅能降低玻璃的熟化、熔化温度，提高玻璃的密度和强度，而且还可以改善玻璃的粘性、热膨胀性等许多重要性质。

碳酸锂在玻璃制造领域应用

2、陶瓷领域应用

在陶瓷制造过程中，加入适量的碳酸锂，不仅可亿增加产品的透明度和增加耐磨性，而且能够降低膨胀系数和熔融温度，进而减少燃料消耗，延长熔炉寿命。

碳酸锂在陶瓷领域应用

3、医药领域应用

在医药领域，碳酸锂可以用作安眠药和镇定剂，还可以治疗神经性厌食、病理性性欲亢进、痉挛斜颈、关节炎、癫痫等，且已成为治疗狂燥症的首选药物。

碳酸锂在医药领域应用

4、有色金属冶炼领域

在铝冶炼工业领域，用含有0.4%～1.5%碳酸锂的炭质材料代替普通的活性碳材料作阳极，能将阳极的过电位降低150～200mV，生产每吨铝可节约用电 300～600 kW·h。

碳酸锂在有色金属冶炼领域应用

5、锂电池电极材料

碳酸锂是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。目前，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。它是制取金属 Li、LiOH、LiB r等的主要原料，不仅用于锂离子电池，而且应用于表面弹性波元件材料钽酸锂、铌酸锂。

碳酸锂应用于锂电池电极材料

作者：李波涛

参考文献：

1、汪剑岭等，硫酸盐法从锂云母制取碳酸锂的研究。

2、张绍成，冉广芬，吸附法盐湖卤水提锂工艺试验。

3、袁俊生，级志永，海水提锂研究进展。

4、游清治，锂在玻璃陶瓷工业中的应用。