本發(fā)明涉及化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電池級(jí)碳酸鋰的制備系統(tǒng)及制備方法。

背景技術(shù)：

碳酸鋰用途廣泛，其在電池、潤(rùn)滑劑、陶瓷、玻璃、冶煉等工業(yè)領(lǐng)域均是不可缺少的原料。近年來(lái)隨著全球新能源開(kāi)發(fā)的熱潮，碳酸鋰在鋰電池中的應(yīng)用越來(lái)越被大家所關(guān)注。目前市場(chǎng)上較多的是工業(yè)級(jí)碳酸鋰，其實(shí)用價(jià)值不如電池級(jí)碳酸鋰。碳酸鋰作為鋰離子動(dòng)力電池的核心原料，制備高純度的電池級(jí)碳酸鋰可以為鋰離子動(dòng)力電池提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前生產(chǎn)碳酸鋰的氫化方式，通常是采用反應(yīng)釜攪拌方式進(jìn)行氫化處理，若反應(yīng)釜容量過(guò)大，投料量過(guò)多，則會(huì)導(dǎo)致攪拌不均勻，因此，由于攪拌方式的限制，使得多數(shù)反應(yīng)釜只能設(shè)計(jì)為1-5m³的裝載容量，在工業(yè)大生產(chǎn)中，反應(yīng)容器的局限性，導(dǎo)致在工業(yè)生產(chǎn)碳酸鋰時(shí)，需要花費(fèi)更多的重復(fù)勞動(dòng)時(shí)間和能耗，才能夠滿(mǎn)足碳酸鋰的大批量生產(chǎn)；同時(shí)，氫化一般在0.2～0.6mpa狀態(tài)下反應(yīng)，反應(yīng)釜需要密封和耐壓，每釜反應(yīng)都要升壓、卸壓，造成二氧化碳浪費(fèi)，生產(chǎn)效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種電池級(jí)碳酸鋰的制備系統(tǒng)，可以提高碳酸鋰的生產(chǎn)容量，減少能量消耗，提高生產(chǎn)效率。

第一方面，本發(fā)明提供了一種電池級(jí)碳酸鋰的制備系統(tǒng)，所述制備系統(tǒng)包括氫化釜、除雜器、過(guò)濾器和分解器；

所述氫化釜包括釜體和設(shè)置在釜體內(nèi)的攪拌軸和攪拌槳葉，所述攪拌軸和攪拌槳葉周?chē)O(shè)置有上下端敞口的導(dǎo)流筒，所述導(dǎo)流筒通過(guò)支架固定于所述釜體的內(nèi)壁；所述釜體上設(shè)置有多個(gè)進(jìn)料管和第一CO₂通入管，所述進(jìn)料管的下端從導(dǎo)流筒上端伸入所述導(dǎo)流筒內(nèi)的攪拌槳葉處；所述釜體的上部和底部分別設(shè)有溢流口和排料口；粗級(jí)碳酸鋰漿料、二氧化碳分別經(jīng)由所述進(jìn)料管、CO₂通入管進(jìn)入所述釜體內(nèi)以發(fā)生氫化反應(yīng)得到初級(jí)氫化液；

所述除雜器設(shè)有沉淀絡(luò)合劑通入管、進(jìn)口管、出口管，所述進(jìn)口管與所述溢流口相連通以使所述初級(jí)氫化液進(jìn)入所述除雜器內(nèi)，所述進(jìn)口管還分支有第二CO₂通入管，所述除雜器用于除去所述初級(jí)氫化液中的雜質(zhì)得到除雜氫化液；

過(guò)濾器，與所述除雜器的出口管相連，所述過(guò)濾器的進(jìn)口處還分支有第三CO₂通入管，所述過(guò)濾器用于濾去所述除雜氫化液中的不溶物得到過(guò)濾液；

分解器，與所述過(guò)濾器的排液口相連，所述分解器用于熱分解所述過(guò)濾液得到分解后的碳酸鋰。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)流筒具有內(nèi)外兩層筒體，內(nèi)外兩層筒體之間形成一空腔，所述第一CO₂通入管與所述導(dǎo)流筒的空腔相連通，在靠近所述攪拌槳葉的內(nèi)層筒體側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有多個(gè)CO₂進(jìn)口。第一CO₂通入管C1與設(shè)有多個(gè)CO₂進(jìn)口的導(dǎo)流筒空腔相連通，可以增大CO₂與粗級(jí)碳酸鋰漿料的接觸面積，提高反應(yīng)效率。

優(yōu)選地，所述進(jìn)料管包括第一管段和第二管段，所述第一管段位于所述導(dǎo)流筒的上端敞口之上，所述第二管段沿著所述導(dǎo)流筒的內(nèi)壁伸入所述攪拌槳葉處，所述第一管段和第二管段之間用法蘭連接。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)流筒為筒狀，所述導(dǎo)流筒具有相對(duì)設(shè)置的上端敞口和下端敞口，所述下端敞口靠近所述攪拌槳葉，所述上端敞口的尺寸大于所述下端敞口的尺寸。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)流筒呈收口式，自上向下延伸的導(dǎo)流筒的筒體部分的端面直徑梯度縮小。

優(yōu)選地，所述釜體的釜蓋上還設(shè)有槽鋼，所述槽鋼上自底部向上安裝有攪拌機(jī)架和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接有伸入釜體內(nèi)的攪拌軸，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)所述攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明中的所述氫化釜中加裝導(dǎo)流筒，可以把進(jìn)入釜體內(nèi)的物料料壓入釜底，然后釜底物料經(jīng)過(guò)導(dǎo)流筒外部達(dá)到釜頂，如此循環(huán)；進(jìn)入釜內(nèi)的物料可以在導(dǎo)流筒內(nèi)形成徑向和軸向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物料的均勻混合，還可加速粗級(jí)碳酸鋰漿料與CO₂之間的碰撞，提高反應(yīng)速率。此外，所述進(jìn)料管的特殊結(jié)構(gòu)有利于所述導(dǎo)流筒的安裝和清洗。

優(yōu)選地，所述除雜器內(nèi)設(shè)有在線(xiàn)鈣離子檢測(cè)儀，用于檢測(cè)除雜器中的Ca含量；在所述初級(jí)氫化液進(jìn)入所述除雜器的進(jìn)口管道上還設(shè)有流量計(jì)算儀。通過(guò)計(jì)算流入所述除雜器中的初級(jí)氫化液流量以及Ca含量，來(lái)控制加入至除雜器內(nèi)的沉淀絡(luò)合劑的量。

優(yōu)選地，所述除雜器的出口管設(shè)置在所述除雜器的底部，所述出口管上設(shè)有第一在線(xiàn)pH儀，所述出口管在經(jīng)過(guò)所述第一在線(xiàn)pH儀之后，分為直排管道和回流管道，所述直排管道和回流管道上分別設(shè)有直排閥門(mén)和回流閥門(mén)，所述第一在線(xiàn)pH儀與直排閥門(mén)、回流閥門(mén)，以及第二CO₂進(jìn)氣管的閥門(mén)相聯(lián)鎖，控制所述出口管中的除雜氫化液pH維持在8.5-9.0；所述回流閥門(mén)用于當(dāng)所述出口管中的除雜氫化液pH超過(guò)8.5-9.0時(shí)打開(kāi)，使部分除雜氫化液回流至所述除雜器中。

優(yōu)選地，所述過(guò)濾器的進(jìn)口處設(shè)有氣液混合噴頭，所述氣液混合噴頭用于所述除雜氫化液和CO₂混合得到混合物料。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣液混合噴頭為文丘里混合器。這樣可使得CO₂氣流和夾雜不溶物的除雜氫化液漿料的混合效果較好。

優(yōu)選地，所述第一CO₂通入管、第二CO₂進(jìn)氣管和第三CO₂進(jìn)氣管均與一CO₂供給源相連通。

優(yōu)選地，所述過(guò)濾器內(nèi)設(shè)有多個(gè)過(guò)濾管，所述過(guò)濾管用于在0.1-0.3mPa的壓力下對(duì)通有CO₂的除雜氫化液進(jìn)行過(guò)濾。

優(yōu)選地，所述分解器還設(shè)有一CO₂出口管，所述CO₂出口管與所述CO₂供給源相連通。所述CO₂出口管用于將所述分解器內(nèi)產(chǎn)生的CO₂可以返回至氫化釜、除雜器等設(shè)備中。

優(yōu)選地，所述制備系統(tǒng)還包括第二過(guò)濾器，所述第二過(guò)濾器與所述分解器的排渣口相連，所述第二過(guò)濾器用于分離出所述分解后的碳酸鋰。

本發(fā)明第一方面提供的所述電池級(jí)碳酸鋰的制備系統(tǒng)，所述制備系統(tǒng)包括氫化釜、除雜器、過(guò)濾器和分解器，所述制備系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備之間緊密聯(lián)系，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池級(jí)碳酸鋰的連續(xù)性生產(chǎn)。其中，所述氫化釜內(nèi)的導(dǎo)流筒可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的高速攪拌，得到初級(jí)氫化液；所述除雜器可以除去初級(jí)氫化液中的Ca雜質(zhì)，并調(diào)控通入除雜器內(nèi)的CO₂，使初級(jí)氫化液中未氫化的碳酸鋰進(jìn)一步氫化，得到除雜氫化液；所述過(guò)濾器可以濾去所述除雜氫化液中的不溶物，并在過(guò)濾過(guò)程中使的CO₂與除雜氫化液中的碳酸鋰進(jìn)一步氫化反應(yīng)得到過(guò)濾液；所述分解器可以將所述過(guò)濾液進(jìn)行熱分解得到碳酸鋰。

第二方面，本發(fā)明提供了一種電池級(jí)碳酸鋰的制備方法，包括以下步驟：

(1)將粗級(jí)碳酸鋰漿料置于氫化釜中，并通入二氧化碳，在所述氫化釜中進(jìn)行攪拌反應(yīng)5-8h，得到初級(jí)氫化液，其中，所述初級(jí)氫化液中Li含量穩(wěn)定在7.5-8g/L；

(2)將所述初級(jí)氫化液經(jīng)由所述氫化釜的溢流口進(jìn)入除雜器，向所述除雜器中加入沉淀絡(luò)合劑、通入CO₂，使所述初級(jí)氫化液中的雜質(zhì)沉淀下來(lái)或以絡(luò)合物形式存在，得到除雜氫化液，所述除雜氫化液中的Ca雜質(zhì)含量在1mg/L以?xún)?nèi)；

(3)所述除雜氫化液經(jīng)由所述除雜器的出口管進(jìn)入過(guò)濾器，向所述過(guò)濾器內(nèi)通入CO₂，使所述除雜氫化液在0.1-0.3mPa的壓力下被濾去不溶物得到過(guò)濾液，所述過(guò)濾液的pH為7.0-8.0；

(4)所述過(guò)濾液在分解器中進(jìn)行熱分解，得到分解后的碳酸鋰。

上述氫化釜、除雜器、過(guò)濾器和分解器為本發(fā)明第一方面的所述制備系統(tǒng)中的設(shè)備。

優(yōu)選地，當(dāng)從所述除雜器流出的除雜氫化液的pH值超過(guò)8.5-9.0時(shí)，降低除雜器流出的除雜氫化液的流量，使部分除雜氫化液回流至所述除雜器，同時(shí)調(diào)整通入到所述除雜器和過(guò)濾器中的CO₂流量，使所述過(guò)濾器排出的過(guò)濾液的pH穩(wěn)定在7.0-8.0。

優(yōu)選地，所述粗級(jí)碳酸鋰漿料為工業(yè)級(jí)碳酸鋰與水的混合物，所述粗級(jí)碳酸鋰漿料的液固比為(20-25):1。

優(yōu)選地，所述粗級(jí)碳酸鋰漿料經(jīng)由所述進(jìn)料管進(jìn)入所述氫化釜中的漿料流量為2-3立方米/小時(shí)。

優(yōu)選地，所述氫化釜中，所述二氧化碳的摩爾量超過(guò)所述粗級(jí)碳酸鋰漿料中碳酸鋰的5-10％。

優(yōu)選地，所述沉淀絡(luò)合劑包括乙二胺四乙酸鈉鹽(即EDTA二鈉)、乙二胺四乙酸、氟化鈉、草酸、硫代乙酰胺和8-羥基蝰林中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述除雜器內(nèi)設(shè)有在線(xiàn)鈣離子檢測(cè)儀，用于檢測(cè)除雜器中的Ca含量。

優(yōu)選地，在所述初級(jí)氫化液進(jìn)入所述除雜器的進(jìn)口管道上還設(shè)有流量計(jì)算儀，通過(guò)計(jì)算流入所述除雜器中的初級(jí)氫化液流量以及Ca含量，來(lái)控制加入的沉淀絡(luò)合劑的量，使得所述除雜氫化液中的Ca雜質(zhì)含量在1mg/L以下。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述沉淀絡(luò)合劑為所述除雜器中Ca的質(zhì)量的1.1-1.5倍。

本發(fā)明第二方面提供的電池級(jí)碳酸鋰的制備方法，其工藝設(shè)計(jì)合理，依次經(jīng)過(guò)初級(jí)氫化、除雜、過(guò)濾、熱分解，并在除雜、過(guò)濾中調(diào)控CO₂的用量，對(duì)粗級(jí)碳酸鋰原料的利用率高，氫化較完全，該制備方法的生產(chǎn)流程短，減少生產(chǎn)中的能量損耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池級(jí)碳酸鋰的連續(xù)生產(chǎn)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)在下面的說(shuō)明書(shū)中部分闡明，一部分根據(jù)說(shuō)明書(shū)是顯而易見(jiàn)的，或者可以通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)施而獲知。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中電池級(jí)碳酸鋰的制備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中氫化釜的攪拌槳葉的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

本申請(qǐng)中各標(biāo)號(hào)如下：

氫化釜100：釜體1，攪拌軸2，攪拌槳葉3，導(dǎo)流筒4，導(dǎo)流筒的支架5，進(jìn)料管6，溢流口N1，排料口N2，夾套8，槽鋼9，攪拌機(jī)架10，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11，冷凝水進(jìn)口N3、冷凝水出口N4，輔料排料口N5，第一CO₂通入管C1，CO₂進(jìn)口7；

除雜器200：沉淀絡(luò)合劑通入管21，進(jìn)口管22，出口管23，第二CO₂通入管C2，直排管道231，回流管道232，直排閥門(mén)V2，回流閥門(mén)V3，輸送泵P1；在線(xiàn)鈣離子檢測(cè)儀T1，在線(xiàn)溫度儀T2，第一在線(xiàn)pH儀T3；

過(guò)濾器300：氣液混合噴頭31，過(guò)濾管32，過(guò)濾器的排液口N6；第三CO₂進(jìn)氣管C3，第二在線(xiàn)pH儀T4；

分解器400：排渣口N7，CO₂出口管C4。

請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供的一種電池級(jí)碳酸鋰的制備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述制備系統(tǒng)包括氫化釜100、除雜器200、過(guò)濾器300和分解器400。

所述氫化釜100包括釜體1和設(shè)置在釜體1內(nèi)的攪拌軸2和攪拌槳葉3，所述攪拌槳葉3設(shè)置所述攪拌軸1的底部，所述攪拌軸2和攪拌槳葉3周?chē)O(shè)置有上下端敞口的導(dǎo)流筒4，所述導(dǎo)流筒4通過(guò)支架5固定于所述釜體1的內(nèi)壁。本申請(qǐng)中，所述攪拌軸2沿上下方向設(shè)置，所述導(dǎo)流筒4與所述攪拌軸2、攪拌槳葉3同軸設(shè)置；所述導(dǎo)流筒4的上端、下端敞口相通。顯然地，所述導(dǎo)流筒4的最大橫截面外徑小于所述釜體1的橫截面內(nèi)徑。這樣設(shè)計(jì)是為了保證釜體1與導(dǎo)流筒4之間具有間隔空間。

所述釜體1上設(shè)置有多個(gè)進(jìn)料管6，所述進(jìn)料管6的下端從導(dǎo)流筒4上端伸入所述導(dǎo)流筒4的內(nèi)腔。其中，所述進(jìn)料管6包括第一管段61和第二管段62，所述第一管段61位于所述導(dǎo)流筒4的上端敞口之上，所述第二管段62沿著所述導(dǎo)流筒4的內(nèi)壁伸入所述攪拌槳葉3處，所述第一管段61和第二管段62之間用法蘭63連接。本申請(qǐng)中，所述進(jìn)料管6的下端插入攪拌槳葉3處，進(jìn)入導(dǎo)流筒4前用法蘭63連接；所述第一管段61和第二管段62可以拆卸，這樣有利于導(dǎo)流筒4的安裝和清洗。

優(yōu)選地，所述第二管段62呈折線(xiàn)型，所述第二管段62包括第一子管段和第二子管段，所述第一子管段平行于豎直方向，所述第二子管段平行于所述導(dǎo)流筒4內(nèi)壁，并與所述第一子管段形成一折角。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述折角的大小為120-160°。

所述釜體1上還設(shè)置有第一CO₂通入管C1。所述導(dǎo)流筒4具有內(nèi)外兩層筒體，內(nèi)外兩層筒體之間形成一空腔，所述第一CO₂通入管C1與所述導(dǎo)流筒4的空腔相連通，在靠近所述攪拌槳葉的導(dǎo)流筒4的內(nèi)層筒體側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有多個(gè)CO₂進(jìn)口7。本申請(qǐng)中，第一CO₂通入管C1與設(shè)有多個(gè)CO₂進(jìn)口的導(dǎo)流筒空腔相連通，可以增大CO₂與粗級(jí)碳酸鋰漿料的接觸面積，提高反應(yīng)效率。

所述釜體1的上部和底部分別設(shè)有溢流口N1和排料口N2。粗級(jí)碳酸鋰漿料經(jīng)由所述進(jìn)料管6進(jìn)入所述釜體內(nèi)，二氧化碳經(jīng)由所述CO₂通入管C1、CO₂進(jìn)口7進(jìn)入所述釜體1內(nèi)。粗級(jí)碳酸鋰漿料和二氧化碳在所述氫化釜100內(nèi)發(fā)生氫化反應(yīng)得到初級(jí)氫化液。

本申請(qǐng)一實(shí)施方式中，所述導(dǎo)流筒4通過(guò)至少一個(gè)支架5與釜體1內(nèi)壁焊接。所述支架5設(shè)置在所述導(dǎo)流筒4的上下兩端，所述支架5的設(shè)置方向垂直于豎直方向。

本申請(qǐng)一實(shí)施方式中，所述導(dǎo)流筒4為筒狀，所述導(dǎo)流筒4具有相對(duì)設(shè)置的上端敞口和下端敞口，所述下端敞口靠近所述攪拌槳葉3，所述上端敞口的尺寸大于所述下端敞口的尺寸。

所述釜體1內(nèi)加裝上大下的導(dǎo)流筒4，導(dǎo)流筒4把從進(jìn)料管6進(jìn)來(lái)的上部物料通過(guò)下壓式攪拌壓入釜底，然后釜底物料經(jīng)過(guò)導(dǎo)流筒4外部達(dá)到釜頂，如此循環(huán)；進(jìn)入釜內(nèi)的物料在導(dǎo)流筒4內(nèi)形成徑向和軸向流動(dòng)，可以使物料混合均勻，還可加速顆粒球體間碰撞，有利于形成緊密的球形顆粒。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述導(dǎo)流筒4呈收口式，自上向下延伸的導(dǎo)流筒4的筒體部分的端面直徑梯度縮小。本申請(qǐng)另一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述導(dǎo)流筒4為錐形。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述下端敞口的直徑d與所述上端敞口的直徑D的比值在0.1-0.6。更優(yōu)選為0.1-0.45。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)流筒4的高度為所述釜體1直段的0.3-0.6。其中，所述釜體1直段是指除釜體底部之外的釜體部分。

請(qǐng)參見(jiàn)圖2，圖2為氫化釜中攪拌槳葉的結(jié)構(gòu)示意圖。所述攪拌槳葉3的邊沿呈弧形，所述攪拌槳葉3不與所述攪拌軸2相垂直。所述攪拌槳葉3與所述攪拌軸2的夾角為30-60°。這樣可以降低攪拌阻力，提高攪拌轉(zhuǎn)速，降低功率消耗，便于形成攪拌均勻的物料。在本申請(qǐng)一實(shí)施例中，所述攪拌槳葉3槳葉向下呈45度角。所述攪拌槳葉3為3組。在其他實(shí)施方式中，攪拌槳葉還可以為1、2、4、5或6片。

所述釜體1包括釜蓋和釜身，所述釜蓋和釜身通過(guò)法蘭連接固定。

所述釜體1的釜蓋上還設(shè)有槽鋼9，所述槽鋼9上自底部向上安裝有攪拌機(jī)架10和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11，用于支撐所述攪拌機(jī)架10和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11。所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11連接有伸入釜體1內(nèi)的攪拌軸2，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11用于驅(qū)動(dòng)所述攪拌軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)。所述攪拌機(jī)架10具有雙層支點(diǎn)。所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11包括電機(jī)和電機(jī)下端連接的減速機(jī)。所述減速機(jī)的減速比較低，所述槽鋼和雙層支點(diǎn)的攪拌機(jī)架，有助于所述氫化釜在實(shí)現(xiàn)高攪拌速度的同時(shí)保持較高穩(wěn)定性。

所述釜蓋上圍繞所述攪拌軸2的軸口設(shè)有多個(gè)進(jìn)料口(圖未示)，多個(gè)所述進(jìn)料管6的上端分別穿出多個(gè)進(jìn)料口。

所述釜體1的底部設(shè)有排料口N2，主要用于在每個(gè)生產(chǎn)周期結(jié)束情況下排出釜內(nèi)物料。所述釜體1的上部設(shè)有溢流口N1，用于溢流出初級(jí)氫化液，作為后續(xù)除雜器的原料。

所述釜體1外周還圍設(shè)有夾套8，所述夾套8上設(shè)置有冷凝水進(jìn)口N3、冷凝水出口N4。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述冷凝水進(jìn)口N3位于所述夾套8的底部，所述冷凝水出口N4位于所述夾套8的上部。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述溢流口N1與所述冷凝水出口N4分別設(shè)置在所述釜體1上部的不同側(cè)。

優(yōu)選地，所述釜體1的底部為球冠型，所述釜體1的底部設(shè)有釜體封頭，所述釜體封頭上設(shè)有所述排料口N2，以及輔料排料口N5。所述輔料排料口N5用于在釜體底部的排料口N2出現(xiàn)異常情況下排出釜內(nèi)物料等。

所述夾套8的底部設(shè)有夾套封頭，所述夾套封頭上設(shè)有所述冷凝水進(jìn)口N3。

本申請(qǐng)中，所述氫化釜100的釜體內(nèi)加裝導(dǎo)流筒4，可以把進(jìn)入釜體內(nèi)的物料料壓入釜底，然后釜底物料經(jīng)過(guò)導(dǎo)流筒4的外部達(dá)到釜頂，如此循環(huán)；進(jìn)入釜內(nèi)的物料可以在導(dǎo)流筒4內(nèi)形成徑向和軸向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物料的均勻混合，還可加速粗級(jí)碳酸鋰漿料與CO₂之間的碰撞，提高反應(yīng)速率。此外，所述進(jìn)料管的特殊結(jié)構(gòu)有利于所述導(dǎo)流筒的安裝和清洗。

進(jìn)一步地，所述制備系統(tǒng)上設(shè)有用于監(jiān)測(cè)氫化釜內(nèi)溫度的在線(xiàn)溫度儀T2，所述在線(xiàn)溫度儀T2與通入所述氫化釜100夾套內(nèi)的冷凝水開(kāi)關(guān)信號(hào)聯(lián)鎖(圖1中的虛線(xiàn)代表存在聯(lián)鎖作用)。

在本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述在線(xiàn)溫度儀T2也可設(shè)置在所述除雜器200內(nèi)，由于所述氫化釜100內(nèi)生成的初級(jí)氫化液不斷溢流到所述除雜器200內(nèi)，設(shè)置在所述除雜器200內(nèi)的溫度儀也反映所述氫化釜100內(nèi)的溫度。

在本發(fā)明另一實(shí)施方式中，所述氫化釜100上設(shè)有監(jiān)測(cè)氫化釜內(nèi)溫度的在線(xiàn)溫度儀T2。

優(yōu)選地，氫化釜100內(nèi)的溫度控制在30℃以下。進(jìn)一步優(yōu)選為10-30℃。

當(dāng)所述氫化釜100內(nèi)的溫度高于30℃時(shí)，冷凝水開(kāi)關(guān)打開(kāi)，并根據(jù)氫化釜100內(nèi)的溫度高低來(lái)調(diào)節(jié)冷凝水開(kāi)關(guān)的開(kāi)度以控制夾套8內(nèi)冷凝水流量。冷凝水開(kāi)關(guān)的開(kāi)度可以由位于冷凝水的進(jìn)口管道上的冷凝水閥門(mén)V4來(lái)調(diào)節(jié)。

除雜器200上設(shè)有沉淀絡(luò)合劑通入管21、進(jìn)口管22、出口管23，所述進(jìn)口管22與所述溢流口N1相連通以使所述初級(jí)氫化液進(jìn)入所述除雜器200內(nèi)，所述進(jìn)口管22還分支有第二CO₂通入管，所述除雜器200用于除去所述初級(jí)氫化液中的雜質(zhì)得到除雜氫化液。

所述除雜器200內(nèi)設(shè)有在線(xiàn)鈣離子檢測(cè)儀T1，用于檢測(cè)除雜器200中的Ca²⁺含量。在所述初級(jí)氫化液進(jìn)入所述除雜器200的進(jìn)口管22道上還設(shè)有流量計(jì)算儀V1。通過(guò)計(jì)算流入所述除雜器200中的初級(jí)氫化液流量以及Ca²⁺含量，來(lái)控制加入至除雜器200內(nèi)的沉淀絡(luò)合劑的量。

所述除雜器200內(nèi)設(shè)有攪拌器，以便于除雜器內(nèi)的物料攪拌均勻。

所述除雜器200的出口管23設(shè)置在所述除雜器200的底部，所述出口管23上設(shè)有第一在線(xiàn)pH儀T3，所述出口管23在經(jīng)過(guò)所述第一在線(xiàn)pH儀T3之后，分為直排管道231和回流管道232，所述直排管道231和回流管道232上分別設(shè)有直排閥門(mén)V2和回流閥門(mén)V3，所述第一在線(xiàn)pH儀T3與直排閥門(mén)V2、回流閥門(mén)V3，以及第二CO₂進(jìn)氣管C2的閥門(mén)相聯(lián)鎖，控制所述出口管23中的除雜氫化液pH維持在8.5-9.0；所述回流閥門(mén)V3用于當(dāng)所述出口管23中的除雜氫化液pH超過(guò)8.5-9.0時(shí)打開(kāi)，使部分除雜氫化液回流至所述除雜器200中。

進(jìn)一步地，所述除雜器200的出口管23上設(shè)有一輸送泵P1，用于將所述除雜器200內(nèi)的除雜氫化液輸送至過(guò)濾器300或部分回流至除雜器200。所述輸送泵P1位于所述第一在線(xiàn)pH儀T3之前。即，所述除雜氫化液先經(jīng)過(guò)所述輸送泵P1，再經(jīng)過(guò)所述第一在線(xiàn)pH儀T3。

過(guò)濾器300，與所述除雜器200的出口管23相連，以使所述除雜氫化液進(jìn)入所述過(guò)濾器300內(nèi)，所述過(guò)濾器300的進(jìn)口處還分支有第三CO₂通入管，所述過(guò)濾器300用于濾去所述除雜氫化液中的不溶物得到過(guò)濾液。

所述過(guò)濾器300內(nèi)設(shè)有多個(gè)過(guò)濾管32，所述過(guò)濾管32用于在0.1-0.3mPa的壓力下對(duì)通有CO₂的除雜氫化液進(jìn)行過(guò)濾。

所述過(guò)濾器300的進(jìn)口處設(shè)有氣液混合噴頭31，所述氣液混合噴頭31用于所述除雜氫化液和CO₂混合得到混合物料。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣液混合噴頭31為文丘里混合器。這樣可使得CO₂氣流和夾雜不溶物的除雜氫化液漿料的混合效果較好。

所述過(guò)濾器300的排液口N6處設(shè)有第二在線(xiàn)pH儀T4，用于檢測(cè)從所述過(guò)濾器300排出的過(guò)濾液的pH值。

本申請(qǐng)中，所述第一CO₂通入管C1、第二CO₂進(jìn)氣管C2和第三CO₂進(jìn)氣管C3上分別設(shè)置多個(gè)CO₂進(jìn)氣閥。作為本發(fā)明的另外一種實(shí)施方式，所述氫化釜100、除雜器200、過(guò)濾器300中的第一CO₂通入管C1、第二CO₂進(jìn)氣管C2和第三CO₂進(jìn)氣管C3也可以由一個(gè)總閥門(mén)(例如三通閥門(mén))來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)度。

優(yōu)選地，所述第一CO₂通入管C1、第二CO₂進(jìn)氣管C2和第三CO₂進(jìn)氣管C3均與一CO₂供給源相連通。該CO₂供給源可以是CO₂氣體儲(chǔ)罐，也可以是液化的CO₂儲(chǔ)罐。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一CO₂通入管C1與一液化的CO₂儲(chǔ)罐相連，供給所述氫化釜100液化的CO₂。所述液化的CO₂在進(jìn)入所述釜體內(nèi)的過(guò)程中變成CO₂氣體。所述液化的CO₂在變成CO₂氣體的氣化過(guò)程中會(huì)吸熱，可降低所述氫化釜100內(nèi)的溫度，促進(jìn)碳酸鋰和CO₂之間氫化反應(yīng)的進(jìn)行。

分解器400，與所述過(guò)濾器300的排液口N6相連，所述分解器400用于熱分解所述過(guò)濾液得到分解后的碳酸鋰。

本申請(qǐng)中，所述分解器400主要用于對(duì)所述過(guò)濾器300排出的過(guò)濾液(碳酸氫鋰)進(jìn)行加熱，使得其分解變成碳酸鋰，同時(shí)生成的CO₂可以返回至氫化釜100、除雜器200、過(guò)濾器300中，以進(jìn)行循環(huán)使用。

所述分解器400還設(shè)有一CO₂出口管C4，所述CO₂出口管C4與所述CO₂供給源相連通。所述CO₂出口管C4用于將所述分解器400內(nèi)產(chǎn)生的CO₂可以返回至氫化釜100、除雜器200等設(shè)備中。

所述制備系統(tǒng)還包括第二過(guò)濾器300，所述第二過(guò)濾器300與所述分解器400的排渣口N7相連，所述第二過(guò)濾器300用于分離出所述分解后的碳酸鋰。

本發(fā)明實(shí)施例提供了電池級(jí)碳酸鋰的制備系統(tǒng)，所述制備系統(tǒng)包括氫化釜100、除雜器200、過(guò)濾器300和分解器400，所述制備系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備之間緊密聯(lián)系，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池級(jí)碳酸鋰的連續(xù)性生產(chǎn)。其中，所述氫化釜100內(nèi)的導(dǎo)流筒可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的高速攪拌，得到初級(jí)氫化液；所述除雜器200可以除去初級(jí)氫化液中的Ca雜質(zhì)，并調(diào)控通入除雜器200內(nèi)的CO₂，使初級(jí)氫化液中未氫化的碳酸鋰進(jìn)一步氫化，得到除雜氫化液；所述過(guò)濾器300可以濾去所述除雜氫化液中的不溶物，并在過(guò)濾過(guò)程中使的CO₂與除雜氫化液中的碳酸鋰進(jìn)一步氫化反應(yīng)得到過(guò)濾液；所述分解器400可以將所述過(guò)濾液進(jìn)行熱分解得到碳酸鋰。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種電池級(jí)碳酸鋰的制備方法，包括以下步驟：

(1)將粗級(jí)碳酸鋰漿料置于氫化釜100中，并通入二氧化碳，在所述氫化釜100中進(jìn)行攪拌反應(yīng)5-8h，得到初級(jí)氫化液，其中，所述初級(jí)氫化液中Li含量穩(wěn)定在7.5-8g/L；

(2)將所述初級(jí)氫化液經(jīng)由所述氫化釜100的溢流口N1進(jìn)入除雜器200，向所述除雜器200中加入沉淀絡(luò)合劑、通入CO₂，使所述初級(jí)氫化液中的雜質(zhì)沉淀下來(lái)或以絡(luò)合物形式存在，得到除雜氫化液，所述除雜氫化液中的Ca雜質(zhì)含量在1mg/L以?xún)?nèi)；

(3)所述除雜氫化液經(jīng)由所述除雜器200的出口管23進(jìn)入過(guò)濾器300，向所述過(guò)濾器300內(nèi)通入CO₂，使所述除雜氫化液在0.1-0.3mPa的壓力下被濾去不溶物得到過(guò)濾液，所述過(guò)濾液的pH為7.0-8.0；

(4)所述過(guò)濾液在分解器400中進(jìn)行熱分解，得到分解后的碳酸鋰。

上述氫化釜100、除雜器200、過(guò)濾器300和分解器400為本發(fā)明第一方面的所述制備系統(tǒng)中的設(shè)備。

優(yōu)選地，所述粗級(jí)碳酸鋰漿料為工業(yè)級(jí)碳酸鋰與水的混合物。所述工業(yè)級(jí)碳酸鋰是指產(chǎn)品純度較低，雜質(zhì)含量達(dá)不到電池級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鋰。

優(yōu)選地，所述粗級(jí)碳酸鋰漿料中，工業(yè)級(jí)碳酸鋰與水的液固比為(20-25):1Kg/L。

優(yōu)選地，所述粗級(jí)碳酸鋰漿料經(jīng)由所述進(jìn)料管進(jìn)入所述氫化釜100中的漿料流量為2-3立方米/小時(shí)。

優(yōu)選地，所述氫化釜100中，所述二氧化碳的摩爾量超過(guò)所述粗級(jí)碳酸鋰漿料中碳酸鋰的5-10％。

本申請(qǐng)中，所述沉淀絡(luò)合劑包括乙二胺四乙酸鈉鹽(即EDTA二鈉)、乙二胺四乙酸、氟化鈉、草酸、硫代乙酰胺和8-羥基蝰林中的一種或多種，但不限于此。

所述除雜器200內(nèi)設(shè)有在線(xiàn)鈣離子檢測(cè)儀T1，用于檢測(cè)除雜器200中的Ca²⁺含量。

優(yōu)選地，在所述初級(jí)氫化液進(jìn)入所述除雜器200的進(jìn)口管22道上還設(shè)有流量計(jì)算儀V1，通過(guò)計(jì)算流入所述除雜器200中的初級(jí)氫化液流量以及Ca ²⁺含量，來(lái)控制加入的沉淀絡(luò)合劑的量，使得所述除雜氫化液中的Ca²⁺雜質(zhì)含量在1mg/L以下。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述沉淀絡(luò)合劑為所述除雜器200中Ca²⁺質(zhì)量的1.1-1.5倍。

所述除雜器200內(nèi)設(shè)有攪拌器。這樣可使得初級(jí)氫化液與沉淀絡(luò)合劑、CO₂等之間的反應(yīng)較充分。

所述除雜器200的出口管23上設(shè)有第一在線(xiàn)pH儀T3，所述出口管23在經(jīng)過(guò)所述第一在線(xiàn)pH儀T3之后，分為直排管道231和回流管道232，所述直排管道231和回流管道232上分別設(shè)有直排閥門(mén)V2和回流閥門(mén)V3，所述第一在線(xiàn)pH儀T3與直排閥門(mén)V2、回流閥門(mén)V3，以及第二CO₂進(jìn)氣管C2的閥門(mén)相聯(lián)鎖，控制所述出口管23中的除雜氫化液pH維持在8.5-9.0；所述回流閥門(mén)V3用于當(dāng)所述出口管23道中的除雜氫化液pH超過(guò)8.5-9.0時(shí)打開(kāi)，使部分除雜氫化液回流至所述除雜器200中。

當(dāng)所述除雜氫化液的pH值超過(guò)8.5-9.0時(shí)，打開(kāi)所述回流閥門(mén)V3，使部分氫化液回流至所述除雜器200中，降低所述直排管道231的流量。此時(shí)并通過(guò)CO₂進(jìn)氣閥控制通入到除雜器200和過(guò)濾器300中的CO₂量，使過(guò)濾器300排出的過(guò)濾液的pH值穩(wěn)定在7.0-8.0，這樣可保證原料中的碳酸鋰完全氫化。同時(shí)隨著工藝的繼續(xù)，除雜器200的出口管的除雜氫化液pH會(huì)維持在8.5-9.0。

本申請(qǐng)中，如果全部關(guān)閉所述除雜器200的直排閥門(mén)V2的話(huà)，會(huì)使制備電池級(jí)碳酸鋰的連續(xù)性受到影響。本申請(qǐng)中在所述除雜器200的出口管23道中的氫化液pH超過(guò)8.5-9.0時(shí)，直排閥門(mén)V2和回流閥門(mén)V3同時(shí)打開(kāi)，降低所述直排管道231的流量，仍然可以滿(mǎn)足電池級(jí)碳酸鋰的制備需求，同時(shí)后續(xù)過(guò)濾器300內(nèi)還通有高壓CO₂，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)除雜氫化液中碳酸鋰的進(jìn)一級(jí)深度氫化。但如果進(jìn)入過(guò)濾器300的除雜氫化液中的碳酸鋰沒(méi)有反應(yīng)完全，而且進(jìn)入過(guò)濾器300時(shí)的除雜氫化液的流量又很大，這樣在過(guò)濾器中就不能保證全部反應(yīng)，最終會(huì)影響電池級(jí)碳酸鋰的純度。

所述過(guò)濾器300的排液口N6處設(shè)有第二在線(xiàn)pH儀T4，用于檢測(cè)從所述過(guò)濾器300排出的過(guò)濾液的pH值。

所述過(guò)濾器300內(nèi)設(shè)有多個(gè)過(guò)濾管32，在通入CO₂的情況下，所述除雜氫化液在0.1-0.3mPa的壓力下被所述過(guò)濾管32過(guò)濾。流入所述過(guò)濾器300內(nèi)的除雜氫化液，在過(guò)濾器300中，其含有的少量碳酸鋰邊與CO₂反應(yīng)變成碳酸氫鋰，邊被過(guò)濾，減少不溶性碳酸鋰被過(guò)濾掉的風(fēng)險(xiǎn)。

除雜器200中存在一些不溶解的固體物(包括一些不溶與水的碳酸鋰)，在Ca²⁺與沉淀絡(luò)合劑反應(yīng)時(shí)，該不溶固體物可起到沉核劑的作用，加速CaF等細(xì)小顆粒的沉淀，可以提高后續(xù)過(guò)濾器300的過(guò)濾效率；同時(shí)經(jīng)過(guò)初步氫化與除雜工序后再一起過(guò)濾，可以縮短生產(chǎn)流程，減少生產(chǎn)中的能量損耗。

所述過(guò)濾器300內(nèi)帶有0.1～0.3mpa壓力，可以保證碳酸鋰與CO₂進(jìn)一步反應(yīng)，保證碳酸鋰完全氫化；進(jìn)入所述過(guò)濾器300的混合漿料在經(jīng)所述過(guò)濾管32過(guò)濾后，過(guò)濾液排出至分解器400中，固體留在過(guò)濾器300內(nèi)；過(guò)濾液在后續(xù)分解器400中分解得到碳酸鋰和CO₂，過(guò)濾液中夾雜的多余溶解的CO₂也在后續(xù)分解器400內(nèi)分離出，并返回氫化釜100和除雜器200等設(shè)備中循環(huán)利用。分解得到的碳酸鋰后期經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌，可以得到電池級(jí)碳酸鋰產(chǎn)品，洗滌得到母液和洗水可用于制備粗級(jí)碳酸鋰漿料，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，整個(gè)過(guò)程無(wú)廢水產(chǎn)生，綠色環(huán)保。

本發(fā)明實(shí)施例提供的電池級(jí)碳酸鋰的制備方法，其工藝設(shè)計(jì)合理，依次經(jīng)過(guò)初級(jí)氫化、除雜、過(guò)濾、熱分解，并在除雜、過(guò)濾中調(diào)控CO₂的用量，對(duì)粗級(jí)碳酸鋰原料的利用率高，氫化較完全，該制備方法的生產(chǎn)流程短，減少生產(chǎn)中的能量損耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池級(jí)碳酸鋰的連續(xù)生產(chǎn)。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。