锂加工-锂辉石应用
 
       电动汽车（EV）市场正在经历一场由锂离子电池技术驱动的革命，将彻 底改变交通领域。预计锂离子电池需求量将从2024年的1500千兆瓦时（GWh）增至2030年的4900千兆瓦时1。为满足这一需求，高纯度氢氧化锂和碳酸锂成为制造电池的核心原材料。
       锂的主要来源是盐湖卤水（Salars）或矿床（主要是锂辉石矿）。锂辉石矿石含锂量可达6%（重量百分比），通过传统采矿作业（参见图1）从地下矿脉中提取。开采方式根据矿脉位置分为：地下坑道开采（适用于深层矿体）；露天剥离开采（适用于浅层矿体）。

采矿应用

       采矿作业通常包括从围岩中开采富锂矿石，随后进行破碎和研磨作业，通过重力分选或浮选法实现矿体与废石的分离，并进行运输。涉及多种机械设备，包括破碎机、机械铲、大容量运输卡车、输送带、控制系统、旋转设备以及远程发电机。水处理和燃料调节系统同样是采矿作业的关键环节。表1详细列出了采矿过程中液压油、润滑油、柴油、工艺流体及水处理等领域的分离应用场景。

锂精炼： 从锂辉石精矿到电池级碳酸锂（Li2CO3）

锂辉石精矿经加工转化为碳酸锂，该物质是制造锂离子电池的核心原料。碳酸锂生产工艺流程详见图2图示说明。

       首道工序为锂辉石矿的煅烧/热爆处理，在1100℃高温条件下进行。此阶段通过改变锂辉石的晶体结构，使物料孔隙结构开放化，从而提高后续浸出效率。为抑 制窑炉细颗粒物逸散，可配置热气体反吹过滤系统（1）。后续工艺包含250℃硫酸焙烧及中和水浸工序。此时锂元素转化为硫酸锂盐溶液，并含有溶解态杂质及尾矿成分。常规处理流程采用砂滤器去除主体尾矿固形物，再通过筒式过滤器（2）截留残余微细颗粒。通过化学沉淀法去除液相中溶解态有害杂质。配置筒式过滤器（3）对注入的沉淀药剂进行预处理，防止杂质成分混入硫酸锂溶液流。
 
       采用压滤设备实现沉淀杂质与硫酸锂料液的固液分离。后续通过多效蒸发装置进行料液浓缩。在蒸发器下游可安装可再生烛式过滤器（4），用于脱除残余微细颗粒物，此类颗粒可能对主要用于去除二价阳离子（如Ca2+、Mg2+）的离子交换树脂床层产生不良影响。
 
       在离子交换树脂下游配置筒式过滤器（5），用于阻截可能夹带的树脂颗粒及其他固体杂质。
 
       碳酸钠溶液在注入硫酸锂料液前，需经筒式过滤器（6）实施精 密过滤。该工序引发化学反应生成目标产物碳酸锂，副产物硫酸钠则保持溶解态留存于液相。反应后料液进入碳酸锂结晶系统。结晶器采用真空脱水技术同步实现料液浓缩与冷却，促进碳酸锂晶体析出。通过离心机实现固液分离，所得碳酸锂固体溶解于高纯冷凝水进行深度提纯。碳酸锂溶液经二次结晶器再次冷却浓缩，生成zui终碳酸锂产品并由二次离心机收集。可配置可再生烛式过滤器（7），用于捕集离心工序中母液携带及产品水洗过程中逸出的微细碳酸锂颗粒。然后碳酸锂经干燥、研磨至特定粒径分布后包装成品。 
本流程基于现行工业化装置，该新兴领域尚有诸多创新工艺处于研发阶段。
材料纯度质量标准

       锂离子电池对制造材料的纯度有严格的要求。杂质可能导致充电性能下降（包括电动汽车续航里程缩短、充电频率增加、低温环境下电池启动困难），在ji端情况下甚至可能引发电池起火。当前锂转化工艺面临的主要挑战在于能否稳定生产出符合高纯度标准的锂产品。表2中列出了针对电池级碳酸锂的纯度要求。碳酸锂的zui低纯度要求为99.5 wt.%。

       优化过滤分离工艺既可提升高纯度产品生产的工艺稳定性，又能提高产品收率、降低返工率及运行成本。
EV电池价值链

       动力电池（EV）价值链中的各个阶段如图3所示。对于每个环节而言，过滤分离技术对实现工艺收率、产品纯度及生产可靠性目标具有决定性作用。对于基础材料而言，文中所述的镍、钴、铝以及锂等材料都需要进行开采以及特殊加工处理。活性材料涵盖化学品、特种化学品和高分子材料的处理，以制造构成电池的基本组件，包括隔膜、电解液以及正ji/负ji材料。这些电池电芯还使用化学品和特殊化学品，这些化学品在壳体成型、电解液灌注、浆料制备等工序中必 须达到严格的纯度标准。电池组集成微电子器件与车规级组件，须实施洁净度实时监测。

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