湖北省锂基材料制备技术研发中心

——湖北大学天沭设计院锂基材料制备技术简介

一、前言

 具有化工石化医药行业（化工工程）专业乙级资质的湖北大学天沭新能源材料工业研究设计院，于2017年12月27日被湖北省科技厅认定为湖北省锂基材料制备技术研发中心。

 锂基材料(氢氧化锂、碳酸锂等)是制造金属锂及其同位素、各种精细锂盐的主要原料，可广泛应用于锂电池、钴、镍的提取技术、化工、冶金、医药、飞机、新能源汽车、电子信息、核能发电、非金属矿物表面改性、催化剂等众多领域，具有极高的应用前景和战略价值。

 矿石提锂有锂辉石提锂和锂云母提锂两种方法。近年来，伴随着科技进步，以碳酸锂和氢氧化锂等锂化工产品为核心衍生出越来越多元的应用链，形成旺盛的下游需求。一方面，混合动力及纯电动汽车的发展在世界范围内已经带动电池级碳酸锂、电池级氢氧化锂等产品的爆发性需求；另一方面，数码3C产品对锂电池的需求依然旺盛，玻璃陶瓷等传统领域长期保持平稳。综合来看，锂的需求量将保持强劲的增长态势，其价格由2015年前的4万元左右涨至2015年底12万元，2016年上半年最高达到17万元。而根据各国发布的新能源汽车产业长期规划，对动力电池的重要材料碳酸锂、氢氧化锂带来巨大的市场机遇和广阔的发展前景。

 根据行业数据服务商Roskill的预测，到2026年全球锂需求量将达到100多万吨，年复合增长率将达到18%，其中主要的推动力来自于电池行业尤其是新能源汽车电池。2017年国内生产碳酸锂8.33万吨，氢氧化锂3.99万吨，氯化锂1.6万吨，锂盐总产量13.5万吨（折合碳酸锂当量），同比增长约44.3%，正极材料总产量超过30万吨，目前中国锂盐总产能达到20万吨。尽管各方均在努力提高生产量，但综合锂资源分布与开发、锂盐生产线的设计、建设、运营等情况，预计到2025年每年仍有大量的锂盐供应缺口。

 湖北大学天沭新能源材料工业研究设计院与湖北大学经过多年的科学研究和技术研发,通过自主知识产权的锂基材料工艺制备技术及装备，在锂辉石及锂云母提锂技术方面取得系列重大突破。

 在研究硅酸盐科学与天然矿物的结晶矿物学的基础上，我院以微观结构为主要研究手段，结合结晶学及相关学科，通过学校教育部重点试验室和湖北省重点试验室开展对锂基材料微观结构深入研究。结构决定性能，锂盐材料的各种特性如（亚）晶界、缺陷、晶体取向、颗粒边界和孔隙度等，均可从其微观结构方面人手，通过对原料和产品的结构分析研究，查明显微结构变化特征与生产过程中的不同温度和气氛等条件的内在关联，以确定由于外界条件和物质内部结构引起物质性能改变的原因，从而改进生产工艺，提高产品品质，降低原料消耗等，达到掌握锂辉石/锂云母的晶体结构变化原理及其提锂技术。

 在锂电池材料领域，我院涵盖了从正极材料（钴酸锂、镍酸锂、钴镍锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等）、负极材料（石墨及钛酸锂）、电解液、隔膜、铝壳，以及与此有关的原材料资源产品等，贯通锂基材料上、中、下游全产业链。

 在工业化生产实践中，我们通过对原有工艺生产线及生产装备进行了优化和创新，在锂辉石/锂云母提锂技术上实现差热焙烧晶型转换，以及酸化焙烧、浸出（过滤）、冷冻析晶等一系列重大关键技术应用，并创造性研究开发的系列具有自主知识产权的新技术、新工艺和新装备。应用在转型段锂辉石差热焙烧晶型转化新工艺、锂辉石预热蓄能转化关键技术与装备，以及短焰差热高辐射燃烧器、β-锂辉石晶型稳定冷却关键技术与装备、陶瓷雾化高混酸度关键技术与装备、析晶冷却搅拌处理技术及装备、酸雾处理关键技术及装备、动态在线干燥器、粒径切割分离器、防粘结提升机、均匀辐射酸化窑、高传热速冷却窑等生产工艺中。

 应用在化工段其液体密闭管道输送入灌系统无废水排放，料浆灌、冷冻灌等重要介质或腐蚀采用不锈钢材质，先进MVR蒸发浓缩工艺降低系统能耗，高效成套冷冻装置提高结晶效率，碳酸锂和氢氧化锂工艺生产相结合优化工艺流程节省建设投资，差热法专有技术和专用装备大幅提高锂精矿转型率和酸化率，新的过滤设备和浸出渣的洗涤方式减少外排渣带锂损失状况，先进工艺及节能措施大幅降低十水硫酸钠的带锂及无水硫酸钠的带锂损失，新技术实现CO₂循环再利用节约CO₂用量80%。

 湖北大学天沭新能源材料工业研究设计院现已与百杰瑞新材料股份有限公司（荆门）等多家企业签订了转型酸化工段、化工工段生产电池级碳酸锂、氢氧化锂工程设计合同，累计总量电池级碳酸锂达到6万吨，电池级氢氧化锂达到5万吨。

二、锂基材料制备工艺技术创新点：

1、采用在线烘干，可充分利用窑尾废气烘干物料，热利用率高，降低系统热耗；

2、干物料入预热器，可减小预热器的负荷，减小预热器直径，提高入窑温度，晶形转换温差小，晶转率高；

3、干物料入预热器，可减少水蒸气的蒸发量，从而减小尾排风机的风量，风机功率减小，节约电耗；

4、烘干物料均化后入预热器和回转窑培烧，原料成分稳定，培烧后产品质量稳定、操作容易控制；

5、物料分级选粉阶段采用我院自主研发的专用分级式选粉机，针对物料的物理化学特性，针对性的设计分散，分级，选粉阶段，实现科学合理的粒径切割，使物料颗粒分布更均匀，粒径分布更窄；

6、高温高湿粉尘处理克服了传统袋式收尘只能处理干物料的技术难题，处理水分15%的湿性粉尘实现良好的料汽分离，捕集产品水分小于0.5%，单位时间处理量大，湿性粉尘处理量大，无堵塞，无结露；

7、生料计量采用德国菲斯特计量称，此称计量精确、误差小，仅为±0.5%，可减小因原料波动引起的质量不稳定，节约能源；

8、转型料冷却采用专用的篦冷机，冷却效果好，转型料温度低，余热可充分回收利用；

9、专用磨内结构主要克服了球磨机物料控制流量、物料扬料提升、气料流动、粉磨产量与加大研磨机械能的高效利用难题，颗粒形貌修行优化匹配等关键的技术难题，提升了研磨的能力；

10、所有扬尘点均采用袋式收尘器进行收尘，排放浓度满足环保要求，生产环境干净。

三、新工艺生产线与传统工艺生产线技术指标对比：

相关链接:

湖北省科学技术厅http://www.hbstd.gov.cn/sjb/kjyw/tzgg/67728.htm