Con el rápido desarrollo de los vehículos eléctricos y las energías renovables, la tecnología de las baterías ha adquirido cada vez más importancia como medio clave para almacenar y liberar energía. En la fabricación de baterías, el carbonato de litio para baterías es un material crucial para el cátodo de las baterías de iones de litio, y su proceso de preparación y producción tiene un impacto directo en el rendimiento de la batería. Por lo tanto, en este blog, presentaremos en detalle el proceso de preparación del carbonato de litio para baterías.
El proceso consiste en tostar el concentrado de litio natural para convertirlo en una forma utilizable, seguido de una extracción con ácido sulfúrico para transformar el mineral de litio en un estado líquido de sulfato de litio. El carbonato de litio se prepara añadiendo soluciones de carbonato de calcio y sosa cáustica al litio elemental, filtrando las impurezas para obtener carbonato de litio bruto. El carbonato crudo sufre una reacción de carbonatación con agua y dióxido de carbono, dando lugar a una solución de bicarbonato de litio. A continuación, se aplica la descomposición térmica para extraer carbonato de litio de la solución de bicarbonato de litio.
El sistema de producción de este proyecto consta de tres subsistemas principales. El primer subsistema se encarga del tratamiento previo de las materias primas e incluye procesos como la conversión cristalina y el tostado ácido. El segundo subsistema se dedica a la preparación del carbonato de litio, que implica diversos procesos como la lixiviación, la purificación, la precipitación del litio, la carbonatación, la descomposición térmica, el refinado y la molienda fina. El último subsistema se encarga de preparar el subproducto sulfato sódico, que incluye neutralización, cristalización por evaporación, centrifugación y secado.
Para iniciar el proceso de transformación del litio, el primer paso es transportar los minerales de litio al almacén de materias primas. Estos minerales deben cumplir los requisitos del proceso, por lo que se trituran y se criban para conseguir la granulometría deseada. El siguiente paso es transportar los minerales de litio al silo de materias primas mediante un recuperador y una cinta transportadora. Una vez en el silo, se pesan mediante un alimentador cuantitativo y, a continuación, se transportan a la rampa de alimentación de la cola del horno mediante una cinta transportadora y un elevador de cangilones. Por último, las materias primas se dejan caer a través de una tubería hasta el final del horno rotatorio, donde comienza el proceso de transformación.
En este proceso, la materia prima se calcina a alta temperatura para convertir el piroxeno a-litio en piroxeno β-litio. Toda la calcinación de conversión de cristales es un proceso de producción continuo que utiliza gas natural como combustible principal. A continuación se detallan los pasos:
Materias primas: El piroxeno de litio se introduce en el proceso.
Suministro de combustible: El gas natural se despresuriza y dosifica en la gasolinera in situ antes de entrar en el cabezal del horno rotatorio.
Reacción en horno: el piroxeno a-litio se transforma en piroxeno β-litio mediante calcinación a alta temperatura en un horno rotatorio. Se enciende y combustiona mediante un quemador de bajo contenido en nitrógeno para garantizar que la temperatura del material en la sección de alta temperatura se controla a 1050~1150℃.
Producción continua: Una vez finalizada la reacción del material, el producto se descarga continuamente de la cabeza del horno para mantener la continuidad de la producción.
Tratamiento de gases residuales industriales: Mientras se descarga el producto, el polvo es conducido fuera de la cola del horno y recogido por un colector de bolsas. A continuación, se procede a la desulfuración húmeda y a la desnitrificación SCR para garantizar que los gases de escape cumplen las normas medioambientales y, por último, se descargan en alta atmósfera.
Intercambio de calor y refrigeración: El clinker material de la cabeza del horno ( unos 1.000°C) se intercambia directamente con el aire frío del enfriador de parrilla. El material caliente se descarga desde el horno rotatorio al lecho de parrillas del enfriador de parrillas. Bajo el movimiento alternativo de la varilla de empuje transversal, se forma un lecho de cierto espesor. El ventilador de refrigeración proporciona aire de refrigeración para enfriar el material tostado caliente.
Recuperación de calor: El aire de refrigeración enfriado se convierte en aire caliente a alta temperatura (unos 800°C), que vuelve a entrar en el sistema del horno como aire de combustión, realizando la recuperación de calor y reduciendo el consumo de energía del sistema.
Transporte del producto: Después de que el material tostado se enfría a <100°C a través de la máquina de cribado y enfriamiento, se transporta a través de una cinta transportadora sellada para entrar en el siguiente paso del proceso.
Todo el proceso consigue una transformación continua de α-espodumeno a β-espodumeno controlando la temperatura, el tiempo y el tratamiento de los humos. Además, la recuperación térmica se lleva a cabo durante todo el proceso para mejorar la eficiencia de utilización de la energía.
Los materiales tostados se transportan al molino vertical para su molienda mediante cintas transportadoras y elevadores. Tras el proceso de molienda fina, al menos el 85% del material debe pasar por un tamiz de 200 mallas. A continuación, el material tostado finamente molido se tamiza mediante el selector de polvo, y el polvo se recoge en el colector de polvo. Por último, el material tostado fino que cumple los requisitos se transporta al silo de material tostado fino para su almacenamiento mediante un elevador o una bomba de silo.
Después de moler finamente la materia prima a través del alimentador de impulsor y la cinta pesadora electrónica, y luego se añade al mezclador de ácido. Adición de ácido sulfúrico desde el tanque de ácido sulfúrico de acuerdo con la proporción, a continuación, mezclar e introducir la mezcla en el horno de acidificación. El proceso consiste en la tostación ácida a una temperatura de 250-280°C durante 30-60 minutos. Durante el proceso de tostación, el β-espodumeno del producto calcinado reacciona con el ácido sulfúrico. Los iones de hidrógeno del ácido sulfúrico sustituyen a los iones de litio en el β-espodumeno, formando Li2SO4 soluble en agua y produciendo clínker acidulado. Tras enfriarse por debajo de 50 °C, el clínker acidulado se transporta al silo de almacenamiento de clínker para su almacenamiento.
El carbonato cálcico en polvo se transporta a la zona de la fábrica en camiones cisterna y se lleva al sistema de alimentación de polvo FT mediante transporte neumático. A continuación, se transporta al tanque de mezcla de lechada mediante un transportador de tornillo, donde se añade en una proporción de alrededor del 30% de contenido sólido de carbonato cálcico. Tras agitarla durante 15 minutos en la primera fase de lavado con agua, la mezcla se bombea al tanque de almacenamiento intermedio de lechada de calcio para su uso posterior.
Extracción Separación de líquidos: Utilizando un filtro de presión de membrana, el lodo obtenido de la lixiviación se somete a una separación sólido-líquido.
Tratamiento del líquido de extracción: El líquido extraído se transfiere a un tanque de almacenamiento para su purificación, con una concentración de sulfato de litio de unos 140g/L.
Tratamiento de los residuos de lixiviación: Tras el lavado y el soplado de aire, se toman medidas para garantizar que el contenido de óxido de litio en el residuo cumpla la norma de 0,3～0,35%.
Transporte al recipiente de purificación: La solución de sulfato de litio del líquido de lixiviación se transporta al recipiente de purificación.
Ajuste de las condiciones de reacción: Dentro del recipiente de purificación, el PH se regula a 10~12 introduciendo soluciones de sosa cáustica y carbonato sódico. Las reacciones de agitación se llevan a cabo a una temperatura controlada de unos 80 °C.
Formación de precipitados: Se produce precipitación, inmovilizando impurezas como hierro, magnesio, aluminio y calcio dentro del precipitado.
Separación sólido-líquido: La filtración mediante una prensa de placas y marcos separa la fase líquida purificada de los componentes sólidos.
Tratamiento del residuo de depuración: El procesamiento del residuo de purificación implica un pretratamiento antes de devolverlo a la fase de lixiviación, lo que mejora su reutilización.
El proceso de precipitación del litio tiene por objeto extraer carbonato de litio de la solución de forma eficaz y con gran pureza. Implica los siguientes pasos clave:
El líquido purificado se mezcla con una solución de carbonato sódico y se calienta hasta ebullición para generar la precipitación de carbonato de litio.
El lodo resultante que contiene carbonato de litio se separa mediante una centrifugadora, obteniéndose carbonato de litio sólido y un licor de precipitación de litio.
El licor de precipitación de litio se dirige al sistema de polvo para su posterior procesamiento.
El sólido de carbonato de litio separado se somete a un lavado con agitación para eliminar las impurezas adheridas.
El producto de carbonato de litio crudo separado se introduce en un tanque de pulpeo continuo, junto con la adición de agua (procedente principalmente de licor madre de sosa cáustica, sistemas de agua reciclada y estaciones de tratamiento de aguas residuales), para crear una lechada. La pasta se introduce continuamente en una torre de reacción de carbonatación para su carbonatación continua. El líquido transparente filtrado de la solución de hidrogenocarbonato de litio resultante se almacena en un depósito de inercia.
La solución de bicarbonato de litio se calienta a más de 90°C, descomponiéndose en precipitado de carbonato de litio, dióxido de carbono y agua. Tras la separación, parte de la solución se enfría para eliminar impurezas, mientras que otra parte se somete a neutralización y pasa al proceso de carbonato de litio refinado.
Mezclar carbonato de litio crudo con agua (proporción 3:1), y agitar a 90°C durante 15-20 minutos. Centrifugar para obtener carbonato de litio húmedo para carbonización. Enviar el agua de lavado separada a lixiviación de pulpa de material acidificante.
La lechada de carbonato de litio se separa mediante una centrifugadora, se seca en una máquina de secado, se muele finamente a 3μm≤d50≤8μm con una trituradora ultrafina de flujo de aire y, a continuación, se envasa automáticamente antes de ser enviada al almacén de productos acabados.
El proceso de producción de sulfato sódico incluye la neutralización, en la que las soluciones de litio y lixiviación reaccionan con ácido sulfúrico concentrado para formar una solución con pH ajustado. El líquido neutralizado se somete a concentración evaporativa, lo que conduce a la cristalización del sulfato de sodio y a la recuperación del licor madre de precipitación de sodio. El sulfato de sodio húmedo se seca para obtener sulfato de sodio anhidro, que se envasa como producto final.
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