Avec le développement rapide des véhicules électriques et des énergies renouvelables, la technologie des batteries est devenue de plus en plus importante en tant que moyen clé de stockage et de libération de l'énergie. Dans la fabrication des batteries, le carbonate de lithium de qualité batterie est un matériau essentiel pour la cathode des batteries lithium-ion ; son processus de préparation et de production a un impact direct sur les performances de la batterie. Par conséquent, dans ce blog, nous présenterons en détail le processus de préparation du carbonate de lithium de qualité batterie.
Le processus consiste à griller le concentré de lithium naturel pour le convertir en une forme utilisable, puis à extraire de l'acide sulfurique pour transformer le minerai de lithium en un état liquide de sulfate de lithium. Le carbonate de lithium est préparé en ajoutant des solutions de carbonate de calcium et de soude caustique au lithium élémentaire, en filtrant les impuretés pour obtenir du carbonate de lithium brut. Le carbonate brut subit une réaction de carbonatation avec de l'eau et du dioxyde de carbone, ce qui donne une solution de bicarbonate de lithium. La décomposition thermique est ensuite appliquée pour extraire le carbonate de lithium de la solution d'hydrogénocarbonate de lithium.Le processus consiste à griller le concentré de lithium naturel pour le convertir en une forme utilisable, puis à extraire l'acide sulfurique pour transformer le minerai de lithium en un état liquide de sulfate de lithium. Le carbonate de lithium est préparé en ajoutant des solutions de carbonate de calcium et de soude caustique au lithium élémentaire, en filtrant les impuretés pour obtenir du carbonate de lithium brut. Le carbonate brut subit une réaction de carbonatation avec de l'eau et du dioxyde de carbone, ce qui donne une solution de bicarbonate de lithium. La décomposition thermique est ensuite appliquée pour extraire le carbonate de lithium de la solution d'hydrogénocarbonate de lithium.
Le système de production de ce projet se compose principalement de trois sous-systèmes. Le premier est le système de prétraitement des matières premières, qui comprend des processus tels que le processus de torréfaction par conversion cristalline et le processus de torréfaction acide. Le deuxième est un système de préparation du carbonate de lithium, qui comprend des processus tels que la lixiviation, la purification, la précipitation du lithium, la carbonatation, la décomposition thermique, le raffinage et le broyage fin. Le dernier est le système de préparation des sous-produits du sulfate de sodium, qui comprend des processus tels que la neutralisation, la cristallisation par évaporation, la centrifugation et le séchage, etc.Le système de production de ce projet se compose principalement de trois sous-systèmes. Le premier est le système de prétraitement des matières premières, qui comprend des processus tels que le processus de torréfaction par conversion cristalline et le processus de torréfaction acide. Le deuxième est un système de préparation du carbonate de lithium, qui comprend des processus tels que la lixiviation, la purification, la précipitation du lithium, la carbonatation, la décomposition thermique, le raffinage et le broyage fin. Le dernier est le système de préparation des sous-produits du sulfate de sodium, qui comprend des processus tels que la neutralisation, la cristallisation par évaporation, la centrifugation et le séchage, etc.
Les minerais de lithium sont d'abord transportés vers l'entrepôt de matières premières. Ensuite, les minerais de lithium sont transportés par un récupérateur et une bande transporteuse jusqu'au silo de matières premières. Après avoir été pesées par le doseur, elles sont ensuite acheminées vers la goulotte d'alimentation du four par un convoyeur à bande et un élévateur à godets. Enfin, les matières premières sont acheminées jusqu'à l'extrémité du four rotatif pour commencer le processus de transformation.
Dans ce processus, la matière première est calcinée à haute température pour convertir le pyroxène a-lithium en pyroxène β-lithium. L'ensemble du processus de grillage de conversion des cristaux est un processus de production continu utilisant le gaz naturel comme principal combustible. Les étapes suivantes sont détaillées :
Matières premières : Le pyroxène de lithium A est introduit dans le processus.
Alimentation en combustible : Le gaz naturel, en tant que combustible, est dépressurisé et mesuré à la station-service du site, puis entre dans la tête du four rotatif.
Réaction au four : le pyroxène a-lithium est transformé en pyroxène β-lithium par calcination à haute température dans un four rotatif. Il est enflammé et brûlé par un brûleur à faible teneur en azote pour s'assurer que la température du matériau dans la section à haute température est contrôlée à 1050~1150℃.
Production continue : Une fois la réaction du matériau terminée, le produit est continuellement déchargé de la tête du four afin de maintenir la continuité de la production.
Traitement des gaz résiduels industriels : Pendant que le produit est déchargé, la poussière est évacuée de la queue du four et collectée par un collecteur à sacs. Ensuite, une désulfuration par voie humide et une dénitrification SCR sont effectuées pour s'assurer que les gaz d'échappement répondent aux normes environnementales, avant d'être évacués en altitude.
Échange de chaleur et refroidissement : Le clinker matériau provenant de la tête du four ( environ 1 000°C) est directement échangé avec l'air froid dans le refroidisseur à grille. Le matériau chaud est déchargé du four rotatif vers le lit de grilles du refroidisseur à grille. Sous le mouvement alternatif de la tige de poussée transversale, une certaine épaisseur de lit est formée. Le ventilateur de refroidissement fournit de l'air de refroidissement pour refroidir la matière grillée chaude.
Récupération de la chaleur : L'air de refroidissement refroidi devient de l'air chaud à haute température (environ 800°C), qui réintègre le système du four en tant qu'air de combustion, ce qui permet de récupérer la chaleur et de réduire la consommation d'énergie du système.
Transport du produit : Après que le produit torréfié a été refroidi à 100°C par la machine de criblage et de refroidissement, il est transporté par une bande transporteuse étanche pour passer à l'étape suivante du processus.
L'ensemble du processus permet une transformation continue de l'α-spodumène en β-spodumène en contrôlant la température, le temps et le traitement des fumées. En outre, la récupération thermique est effectuée tout au long du processus afin d'améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'énergie.
Les matières grillées sont acheminées vers le broyeur vertical par des bandes transporteuses et des élévateurs. Après le processus de broyage fin, la proportion de matière sous le tamis de 200 mesh n'est pas inférieure à 85%. La matière finement torréfiée est criblée par le sélecteur de poudre et la poussière est recueillie par un dépoussiéreur. Enfin, la matière finement torréfiée qui répond aux exigences est transportée vers le silo de matière finement torréfiée pour y être stockée à l'aide d'un élévateur ou d'une pompe de silo.
Après le broyage fin de la matière première par l'intermédiaire de l'alimentateur à roue et du peseur électronique à bande, elle est ensuite ajoutée au mélangeur d'acide. L'ajout d'acide sulfurique à partir du réservoir d'acide sulfurique en fonction de la proportion, puis le mélange et l'introduction du mélange dans le four d'acidification. Le processus implique un grillage à l'acide à une température de 250-280°C pendant une durée de 30-60 minutes. Pendant le processus de grillage, le β-spodumène dans le produit calciné réagit avec l'acide sulfurique. Les ions hydrogène de l'acide sulfurique remplacent les ions lithium dans le β-spodumène, formant du Li2SO4 soluble dans l'eau et produisant du clinker acidulé. Après refroidissement à une température inférieure à 50°C, le clinker acidulé est acheminé vers le silo de stockage du clinker pour y être stocké.
Le carbonate de calcium en poudre est transporté vers l'usine par camion-citerne et acheminé vers le système d'alimentation en poudre FT par transport pneumatique. Il est ensuite transporté vers le réservoir de mélange de boues par un convoyeur à vis, où il est ajouté dans un rapport d'environ 30 % de contenu solide de carbonate de calcium. Après avoir été remué pendant 15 minutes lors de la première étape de lavage à l'eau, le mélange est pompé vers le réservoir tampon de boue de calcium en vue d'une utilisation ultérieure.
Extraction Séparation des liquides : La boue obtenue par lixiviation est soumise à une séparation solide-liquide à l'aide d'un filtre à membrane sous pression.
Traitement du liquide d'extraction : le liquide extrait est transféré dans un réservoir de stockage pour être purifié, avec une concentration de sulfate de lithium d'environ 140 g/l.
Traitement des résidus de lixiviation : Après lavage et soufflage d'air, des mesures sont prises pour que la teneur en oxyde de lithium du résidu soit conforme à la norme de 0,3～0,35 %.
Transport vers la cuve de purification : La solution de sulfate de lithium provenant du liquide de lixiviation est transportée vers la cuve de purification.
Ajustement des conditions de réaction : Dans le récipient de purification, le pH est régulé à 10~12 en introduisant des solutions de soude caustique et de carbonate de sodium. Les réactions d'agitation sont menées à une température contrôlée d'environ 80°C.
Formation de précipitations : La précipitation se produit, immobilisant les impuretés telles que le fer, le magnésium, l'aluminium et le calcium dans le précipité.
Séparation solide-liquide : La filtration à l'aide d'une presse à plateaux et à cadres sépare la phase liquide purifiée des composants solides.
Traitement des résidus de purification : Le traitement du résidu de purification implique un prétraitement avant de le renvoyer dans la phase de lixiviation, ce qui améliore sa réutilisation.
Le processus de précipitation du lithium vise à extraire efficacement et avec une grande pureté le carbonate de lithium de la solution. Il comprend les étapes clés suivantes :
Le liquide purifié est mélangé à une solution de carbonate de sodium et chauffé jusqu'à ébullition pour générer une précipitation de carbonate de lithium.
La boue contenant du carbonate de lithium qui en résulte est séparée à l'aide d'une centrifugeuse, ce qui permet d'obtenir du carbonate de lithium solide et une liqueur de précipitation du lithium.
La liqueur de précipitation du lithium est dirigée vers le système de poudrage pour un traitement ultérieur.
Le carbonate de lithium solide séparé subit un lavage sous agitation pour éliminer les impuretés attachées.
Le carbonate de lithium brut séparé est introduit dans un réservoir de dépulpage continu, avec l'ajout d'eau (provenant principalement de la liqueur mère de la soude caustique, des systèmes d'eau recyclée et des stations d'épuration des eaux usées), afin de créer une boue. La boue est introduite en continu dans une tour de réaction de carbonatation pour une carbonatation continue. Le liquide clair filtré de la solution d'hydrogénocarbonate de lithium qui en résulte est stocké dans un réservoir tampon.
La solution de bicarbonate de lithium est chauffée à plus de 90°C, se décomposant en précipité de carbonate de lithium, en dioxyde de carbone et en eau. Après séparation, une partie de la solution est refroidie pour éliminer les impuretés, tandis qu'une autre partie est neutralisée et passe au processus de carbonate de lithium raffiné.
Mélanger le carbonate de lithium brut avec de l'eau (rapport 3:1), agiter à 90°C pendant 15-20 minutes. Centrifuger pour obtenir du carbonate de lithium humide pour la carbonisation. Envoyer l'eau de lavage séparée à la lixiviation acidifiante de la pâte à papier.
La boue de carbonate de lithium est séparée à l'aide d'une centrifugeuse, séchée dans une machine de séchage, finement broyée à 3μm≤d50≤8μm à l'aide d'un broyeur ultrafin à flux d'air, puis emballée automatiquement avant d'être envoyée à l'entrepôt de produits finis.
Le processus de production du sulfate de sodium comprend la neutralisation, où le lithium et les solutions de lixiviation réagissent avec de l'acide sulfurique concentré pour former une solution au pH ajusté. Le liquide neutralisé subit une concentration par évaporation, ce qui entraîne la cristallisation du sulfate de sodium et la récupération de la liqueur mère de précipitation du sodium. Le sulfate de sodium humide est séché pour obtenir du sulfate de sodium anhydre, qui est ensuite conditionné comme produit final.
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