毕业设计论文-年产2000吨电池级碳酸锂生产项目工程设计

毕业设计论文-年产2000吨电池级碳酸锂生产项目工程设计内容摘要：

...............................................31 销售成本预算 .................................................................................31 期间费用 ........................................................................................31 利息 ................................................................................................31 税金 ................................................................................................31 利润表预算 .....................................................................................32 投资项目现金流量表 ......................................................................32 周展帆 年产 2020 吨电池级碳酸锂生产项目工程设计 VIII 静态投资回收期 .............................................................................32 内部收益率 .....................................................................................32 盈亏临界点分析 ...........................................................................33 敏感分析 ......................................................................................33 参考文献 ....................................................................................................36 外文文献 ....................................................................................................37 中文译文 ....................................................................................................40 江西理工大学应用科学学院 1 第一章 文献综述 碳酸锂简介 碳酸锂，一种无机化合物，化学式为 Li2CO3，为无色单斜晶系结晶体或白色粉末。 密度。 熔点 618℃。 溶于稀酸。 微溶于水，在冷水中溶解度较热水下大。 不溶于醇及丙酮。 可用于制陶瓷、药物、催化剂等。 常用的锂离子电池原料。 碳酸锂的用途及研究状况 我国是一个锂资源储量大国，已探明的锂资源居世界第二，仅仅次于玻利维亚。 其中卤水锂资源储量极为丰富，占全国锂资源储量的 79%，潜在的经济价值极大。 开发利用这些资源对于满足国内需求，促进地区经济发展具有重要的现实意义。 盐湖盐湖卤水受自身条件的限制，初级锂工业品大都是技术级 Li2CO3。 随着卤水提锂技术的成熟，技术级 Li2CO3的国际市场供求已趋于饱和，且由于开发成本降低，价格大幅度下降，而开发高纯 Li2CO3可以增加产品附加值，利于盐湖锂产品系列化开发与锂产业链的延伸。 另一方 面随着锂产品在高科技领域的应用范围不断扩大，国内外对锂盐的需求量也日益增长，对产品的纯度要求也越来越高因此开发高附加值的高纯锂眼产品已经势在必行。 在陶瓷和玻璃熔炼时加碳酸锂，可以降低加工熔点，降低热膨胀系数和粘度，大大改善其性能，是目前高级陶瓷和玻璃的发展方向；在炼铝中加入碳酸锂，可以降低冰晶石的熔点 300－ 500℃，节能三分之一，还可以降低物料的粘性，提高导电性，有利于提高产量，同时可减少有毒化合物的加入，有利于环保。 润滑脂生产中加入碳酸锂的下游产品 —— 氢氧化锂而制成的锂基润滑脂，在较大的温度变动范围 能保持较好的润滑特性，有较好的防水、防氧化、防硬化性能。 是目前航空、海运、军事及高档汽车等领域所必不可少的高级润滑脂。 锂离子电池是近年来能源主要发展方向，也是未来动力电池的发展方向，是世界各国投入巨资发展的高技术产业。 其主要原料为碳酸锂，成为碳酸锂新的急剧增长的应用行业。 从近几年的锂离子电池产量增速看，基本维持在 50%左右。 由于下游应用领域的不断扩展， 如在航空航天领域的应用，美国宇航局（ NASA）已将锂离子电池用在火星探针上，一些国家也已经将锂离子电池用到卫星上，由于锂离子电池能量高，重量轻，其已经成为 航空航天活动的重要组成部分。 另外由于高油价和环境问题，锂离子电池在电动车领域的应用，也正在快速增长。 资料显示，在未来的几年内锂离子电池将持续以 30％以上的速度快速增长，这是目前导致碳酸锂急剧涨价的原因之一。 高纯度 Li2CO3 是磁性材料行业、原子能工业、电子工业和化学仪器行业等的必需品，在光电信息方面， %（ 5N）的高纯 Li2CO3 是制备表面弹性波元钽酸锂和铌酸锂单品周展帆 年产 2020 吨电池级碳酸锂生产项目工程设计 2 的主要原料。 在电子工业方面 ,近年来 ,作为锂离子电池的在电子工业方面 正 极材料 (如 LiCoO、 LiMn2O4 等 ) 及电解质原料使 用的高纯 Li2CO3 越来越受到人们的重视。 另外 高 纯 Li2CO3 作为一种基础锂盐 ,还可用来生产高纯度的氯化锂 、溴化锂等高纯二次锂盐 ,进而电解生产出金属锂后 ,又可衍生出许多有机锂化合物 ,如丁基锂 、甲基锂等。 我国是一个锂资源储量大国，已探明的锂资源居世界第二，仅仅次于玻利维亚。 其中卤水锂资源储量极为丰富，占全国锂资源储量的 79%，潜在的经济价值极大。 开发利用这些资源对于满足国内需求，促进地区经济发展具有重要的现实意义。 盐湖盐湖卤水受自身条件的限制，初级锂工业品大都是技术级 Li2CO3。 随着卤水 提锂技术的成熟，技术级 Li2CO3的国际市场供求已趋于饱和，且由于开发成本降低，价格大幅度下降，而开发高纯 Li2CO3可以增加产品附加值，利于盐湖锂产品系列化开发与锂产业链的延伸。 另一方面随着锂产品在高科技领域的应用范围不断扩大，国内外对锂盐的需求量也日益增长，对产品的纯度要求也越来越高因此开发高附加值的高纯锂眼产品已经势在必行。 高纯 Li2CO3的制备研究国外起步较早 ,始于上世纪 70 年代 ,其中日本一直处于领先地位。 我 国新疆有色金属研究所在高纯 Li2CO3的研究领域始终处于国内领先地位 ,是国内 高纯锂盐的重要研发基地。 该所早在上世纪 70 年代就开始进行高纯 Li2CO3的研制 , 1983 ～ 1985 年间就完 成了军用荧光粉级 ( 3N )高纯 Li2CO3的研制 2020 年由该所主持开发的超高纯 (5N) Li2CO3经国家技术部门鉴定 ,产品技术指标达国内领先水平 ,为国内 最高纯度。 近 年 来 ， 随着高纯 Li2CO3需求量的不断增加 ,我国四川射洪锂业有限责任公司 、上海中锂实业有限公司 、中信国安锂业科技有限责任公司等多家单位也都进行了大量的开发研究工作。 电池级碳酸锂制取方法与指 标 碳酸锂是锂盐工业的基础原料，不仅可以直接使用，还可以作为原料制备各种附加值高的锂盐及其化合物。 高技术应用领域如彩色萤光粉、药用及锂电池等电子材料对碳酸锂质量的要求很高，工业级碳酸锂 (GB/T110752020)必须通过精制除去其中的无机盐类等杂质才能达到各种不同专用品的质量指标要求。 碳酸锂的精制方法 工业级碳酸锂的生产方法有两种：一是采用传统的锂矿石，如锂辉石、锂云母等生产，二是采用含锂卤水，如盐湖卤水、地下卤水等生产。 产品中均含有一定量的水溶性杂质和水不溶性杂质，不能满足电池级微粉碳 酸锂质量要求，需要精制处理。 根据原料的性质及杂质的种类，可采用不同的精制方法除去杂质。 以工业级碳酸锂为原料生产高纯碳酸锂，有苛化法、电解法、氢化分解法等。 苛化法是将工业碳酸锂用石灰苛化，经除杂处理后转化成氢氧化锂，再用二氧化碳碳化制取高纯碳酸锂；电解法是用盐酸处理工业碳酸锂，除去酸不溶物和钙镁等杂质后，通过电解制得高纯氢氧化锂溶液，之后，利用二氧化碳碳化法制取高纯碳酸锂；氢化分解法是将碳酸锂转化成溶解度较大的碳酸氢锂，而大部分杂质 (如 Ca2+、 Mg2+等 )不被氢化，以不溶性碳酸盐的形式通过过滤除去，然后 加热碳酸氢锂溶液制得高纯碳酸锂。 目前，我国工业级碳酸锂主要从智利和美国进口，且大多为卤水法产品。 本中心根据市场供应的工业级碳酸锂产品的性质及含杂质的种类，经过实验室条件实验，确定了合适的工艺流程及工艺操作参数，并据此建成一套 500t/a 电池级碳酸锂生产装置。 该装置可以根据不同用户需要，生产多种规格、多种粒径的高纯碳酸锂产品。 江西理工大学应用科学学院 3 产品质量及其应用 电池级微粉碳酸锂系白色粉末，体积质量 ，熔点 618℃，沸点 735℃，微溶于水，不溶于醇，易溶于酸，主要用于电池行业制造钴酸锂、镍酸锂、锰 酸锂等电极材料，也用于充电锂电池中作非水溶液电解质等，具有良好的电化学性能，应用领域还在不断扩大。 电池级微粉碳酸锂产品的质量指标见表。 表 产品质量指标 项目 指标 /% 优级品 一级品 合格品 Li2CO3 Na K Mg Ca Fe 2 Pb 5 Cu 2 Ni 2 Mn 5 Si Cl SO4 D50/μm 5 5 7 周展帆 年产 2020 吨电池级碳酸锂生产项目工程设计 4 第二章 电池级碳酸锂的生产工艺简介 NH4HCO3 沉淀法 该法是用 NH4HCO3 与经过纯化的 可溶性锂盐的碱性溶液反应沉淀出高纯度的 Li2CO3。 但 NH4HCO3 的加入速度要 控制好以免反应效果不佳。 同时反应温度的控制也非常关键 ,提高反应温度可减少杂质 的 含量 ,但温度过高 ,会增加 NH4HCO3 的消耗。 LiOH 溶液 NH4HCO3 沉淀法 将 LiOH 与 NH4HCO3经过精制纯化达到一定的纯度后即可反应得到高纯度的 Li2CO3。 该法引入的杂质离子较少 ,最后产品中残留的铵可在烘干或灼烧时除去。 这一方法在早期的高纯 NH4HCO3的制备工艺中应用较多。 Li2SO4 溶液氨水 NH4HCO3 沉淀法 以 ( N H4)2CO3作沉淀剂直接从 含锂的硫酸盐溶液中制备较纯碳酸锂。 (N H4)2CO3可由 N H4HCO3和 NH3H 2O 反应制取。 该法由于反应物杂质较多 ,所以产品难以保证很高的纯度。 但作为一种工艺方法仍具有一定的意义和使用前景。 LiOH 溶液 CO2 沉淀法 将粗 Li2CO3用精制的石灰乳苛化 , 其 中 钙 、镁杂质分别以 CaCO3及 Mg (OH)2的形式沉淀出来。 过滤后 , 得到 LiOH 溶液 , 降低温度时 ,少部分 LiOH 以 LiOHH2O 的形式结晶出来。 然后在适当的温度和压力下向上述的 LiOH 溶液中通入高纯 CO2气 体 , 反 应 生 成 Li2CO3沉淀。 过滤出沉淀 ,经烘干后便可制得试剂级的 Li2CO3。 其原理可表述为 : Ca (OH)2+ Li2CO3=2LiOH + CaCO3↓ 2LiOH + CO2=Li2CO3↓+ H2O 此方法需要精制的石灰乳 ,纯度要求很高。 而且对于苛化时 ,Li2CO3与石灰乳用量的比例 关系 、苛化时间 、温度等都有较严格的要求 ,为此进行了深入的研究 ,得出苛化适合在溶液沸腾时进行 ,苛化时间控制在 30 分钟为宜。 对所制得的 Li2CO3中硅的污染要求 不太高的制药 、添加剂行业来说 ,使用试剂级的石灰乳即可。 特别值得注意的是该方法制得的产品中钙 、镁杂质含量能降低到 5 10 3%左右。 日本及俄罗斯的开发人员直接用纯净的 Li2CO3。 该法中的温度控制非常重要，因为CO2的溶解度随温度的升高而减小，温度太高的利用率低，温度太低则反应速度慢，二者均影响产率，一般反应温度在 50℃左右效果。