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鋰加工-鋰輝石應(yīng)用
 
       電動(dòng)汽車（EV）市場正在經(jīng)歷一場由鋰離子電池技術(shù)驅(qū)動(dòng)的革命，將徹 底改變交通領(lǐng)域。預(yù)計(jì)鋰離子電池需求量將從2024年的1500千兆瓦時(shí)（GWh）增至2030年的4900千兆瓦時(shí)1。為滿足這一需求，高純度氫氧化鋰和碳酸鋰成為制造電池的核心原材料。
       鋰的主要來源是鹽湖鹵水（Salars）或礦床（主要是鋰輝石礦）。鋰輝石礦石含鋰量可達(dá)6%（重量百分比），通過傳統(tǒng)采礦作業(yè)（參見圖1）從地下礦脈中提取。開采方式根據(jù)礦脈位置分為：地下坑道開采（適用于深層礦體）；露天剝離開采（適用于淺層礦體）。

采礦應(yīng)用

       采礦作業(yè)通常包括從圍巖中開采富鋰礦石，隨后進(jìn)行破碎和研磨作業(yè)，通過重力分選或浮選法實(shí)現(xiàn)礦體與廢石的分離，并進(jìn)行運(yùn)輸。涉及多種機(jī)械設(shè)備，包括破碎機(jī)、機(jī)械鏟、大容量運(yùn)輸卡車、輸送帶、控制系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)設(shè)備以及遠(yuǎn)程發(fā)電機(jī)。水處理和燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)同樣是采礦作業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。表1詳細(xì)列出了采礦過程中液壓油、潤滑油、柴油、工藝流體及水處理等領(lǐng)域的分離應(yīng)用場景。

鋰精煉： 從鋰輝石精礦到電池級碳酸鋰（Li2CO3）

鋰輝石精礦經(jīng)加工轉(zhuǎn)化為碳酸鋰，該物質(zhì)是制造鋰離子電池的核心原料。碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程詳見圖2圖示說明。

       首道工序?yàn)殇囕x石礦的煅燒/熱爆處理，在1100℃高溫條件下進(jìn)行。此階段通過改變鋰輝石的晶體結(jié)構(gòu)，使物料孔隙結(jié)構(gòu)開放化，從而提高后續(xù)浸出效率。為抑 制窯爐細(xì)顆粒物逸散，可配置熱氣體反吹過濾系統(tǒng)（1）。后續(xù)工藝包含250℃硫酸焙燒及中和水浸工序。此時(shí)鋰元素轉(zhuǎn)化為硫酸鋰鹽溶液，并含有溶解態(tài)雜質(zhì)及尾礦成分。常規(guī)處理流程采用砂濾器去除主體尾礦固形物，再通過筒式過濾器（2）截留殘余微細(xì)顆粒。通過化學(xué)沉淀法去除液相中溶解態(tài)有害雜質(zhì)。配置筒式過濾器（3）對注入的沉淀藥劑進(jìn)行預(yù)處理，防止雜質(zhì)成分混入硫酸鋰溶液流。
 
       采用壓濾設(shè)備實(shí)現(xiàn)沉淀雜質(zhì)與硫酸鋰料液的固液分離。后續(xù)通過多效蒸發(fā)裝置進(jìn)行料液濃縮。在蒸發(fā)器下游可安裝可再生燭式過濾器（4），用于脫除殘余微細(xì)顆粒物，此類顆?？赡軐χ饕糜谌コr(jià)陽離子（如Ca2+、Mg2+）的離子交換樹脂床層產(chǎn)生不良影響。
 
       在離子交換樹脂下游配置筒式過濾器（5），用于阻截可能夾帶的樹脂顆粒及其他固體雜質(zhì)。
 
       碳酸鈉溶液在注入硫酸鋰料液前，需經(jīng)筒式過濾器（6）實(shí)施精 密過濾。該工序引發(fā)化學(xué)反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物碳酸鋰，副產(chǎn)物硫酸鈉則保持溶解態(tài)留存于液相。反應(yīng)后料液進(jìn)入碳酸鋰結(jié)晶系統(tǒng)。結(jié)晶器采用真空脫水技術(shù)同步實(shí)現(xiàn)料液濃縮與冷卻，促進(jìn)碳酸鋰晶體析出。通過離心機(jī)實(shí)現(xiàn)固液分離，所得碳酸鋰固體溶解于高純冷凝水進(jìn)行深度提純。碳酸鋰溶液經(jīng)二次結(jié)晶器再次冷卻濃縮，生成zui終碳酸鋰產(chǎn)品并由二次離心機(jī)收集。可配置可再生燭式過濾器（7），用于捕集離心工序中母液攜帶及產(chǎn)品水洗過程中逸出的微細(xì)碳酸鋰顆粒。然后碳酸鋰經(jīng)干燥、研磨至特定粒徑分布后包裝成品。 
本流程基于現(xiàn)行工業(yè)化裝置，該新興領(lǐng)域尚有諸多創(chuàng)新工藝處于研發(fā)階段。
材料純度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

       鋰離子電池對制造材料的純度有嚴(yán)格的要求。雜質(zhì)可能導(dǎo)致充電性能下降（包括電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程縮短、充電頻率增加、低溫環(huán)境下電池啟動(dòng)困難），在ji端情況下甚至可能引發(fā)電池起火。當(dāng)前鋰轉(zhuǎn)化工藝面臨的主要挑戰(zhàn)在于能否穩(wěn)定生產(chǎn)出符合高純度標(biāo)準(zhǔn)的鋰產(chǎn)品。表2中列出了針對電池級碳酸鋰的純度要求。碳酸鋰的zui低純度要求為99.5 wt.%。

       優(yōu)化過濾分離工藝既可提升高純度產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝穩(wěn)定性，又能提高產(chǎn)品收率、降低返工率及運(yùn)行成本。
EV電池價(jià)值鏈

       動(dòng)力電池（EV）價(jià)值鏈中的各個(gè)階段如圖3所示。對于每個(gè)環(huán)節(jié)而言，過濾分離技術(shù)對實(shí)現(xiàn)工藝收率、產(chǎn)品純度及生產(chǎn)可靠性目標(biāo)具有決定性作用。對于基礎(chǔ)材料而言，文中所述的鎳、鈷、鋁以及鋰等材料都需要進(jìn)行開采以及特殊加工處理?；钚圆牧虾w化學(xué)品、特種化學(xué)品和高分子材料的處理，以制造構(gòu)成電池的基本組件，包括隔膜、電解液以及正ji/負(fù)ji材料。這些電池電芯還使用化學(xué)品和特殊化學(xué)品，這些化學(xué)品在殼體成型、電解液灌注、漿料制備等工序中必 須達(dá)到嚴(yán)格的純度標(biāo)準(zhǔn)。電池組集成微電子器件與車規(guī)級組件，須實(shí)施潔凈度實(shí)時(shí)監(jiān)測。

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