本发明涉及高纯碳酸锂制备技术领域，主要是一种多步法制备电池级碳酸锂的方法。
背景技术：
碳酸锂是制备各种锂化合物的原料，是锂盐产品中产量最大、用途最广的产品。其中高纯碳酸锂在玻璃陶瓷、石油化工、有机合成、药物、电子材料、光工业材料、电极材料等方面有着重要用途。此外，碳酸锂作为一种基础锂盐，还可以用来生产高纯度的氯化锂、溴化锂等高纯二次锂盐或有机锂化合物。
近年来，国内外对碳酸锂产品质量要求越来越高，而大多初级产品都达不到要求，所以研究碳酸锂提纯很有必要。目前，由粗级碳酸锂产品制备高纯碳酸锂产品的纯化方法主要有苛化法、重结晶法、电解法、氢化沉淀法以及氢化分解法。苛化法能够有效去除钙、镁离子，但需要高纯度的石灰乳；重结晶法简单易行，但是碳酸锂溶解度很小，生产周期长，能耗高；电解法得到的碳酸锂产品纯度高而且工艺简单，但此方法对膜的要求较高.电能消耗比较高；氢化沉淀法能够更好地控制产品粒度，但是制备过程中对氢氧化锂的纯度要求很高，这就使生产成本增加；氢化分解法具有较高的操作可行性，回收率高，目前普通采用该工艺。
但是，单一的提纯方法除掉杂质能力有限，或者对原料要求较高，导致除杂效果不理想或者成本偏高。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种多步法制备电池级碳酸锂的方法，依次采用水热法、化学除杂、离子交换，逐步除掉其中杂质，获得高纯碳酸氢锂溶液，碳酸氢锂溶液水热分解即得碳酸锂。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种多步法制备电池级碳酸锂的方法，包括以下几个步骤：
a、称取一定质量的粗级碳酸锂，用饱和碳酸锂溶液洗涤制成，搅拌并过滤，取滤饼；滤液进行冷却、浓缩，循环使用；
b、向步骤a的滤饼中加入一定质量的去离子水，配置成悬浮液，其中悬浮液的固液比为1:10～1:50；并通入二氧化碳，待溶液澄清后过滤取滤液；
c、向步骤b中的滤液中滴加适量的饱和碳酸氢钡溶液，然后滴加少量的高纯氢氧化锂溶液，过滤取滤液；其中，碳酸氢钡的加入量与水热法洗涤后样品中硫酸根摩尔比为1～1.1:1，氢氧化锂的加入量与水热法洗涤后样品中钙镁离子之和的摩尔比为1～1.1:1。
d、将步骤c中的滤液通过离子交换树脂，进一步吸附杂质，即得高纯碳酸氢锂溶液；
e、加热步骤d中的滤液，生成白色沉淀，过滤、干燥，即可得到电池级碳酸锂。
更进一步的，步骤a中采用饱和碳酸锂溶液洗涤，其中洗涤溶液的温度为50～100℃。
更进一步的，步骤e中采用水热法使碳酸氢锂分解生成碳酸锂，其中，水热温度为60～100℃。
本发明的有益效果为：水热法即可除掉大部分的可溶性盐，同时完成镁的转化。化学除杂可以有效的除掉大部分的钙、镁离子和不溶性杂质。离子吸附树脂进一步精制，除掉剩余的杂质。通过三种除杂方法的组合，在优化生产成本的基础上，可以最大限度的除掉粗级碳酸锂中的杂质成分，获得电池级碳酸锂。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
由于钠盐和钾盐的水中溶解度较大，且不容易通过化学方法除掉，而碳酸锂在水中溶解度较小，故可用饱和碳酸锂溶液洗涤粗级碳酸锂，可以除掉钠、钾等可溶性盐杂质，同时可以完成镁的转化。向水热法处理后的碳酸锂悬浮液中通入CO2，进行碳酸氢化，然后加入碳酸氢钡溶液，除掉未分离的硫酸根离子，再加入少量高纯的氢氧化锂溶液，利用OH-与HCO3-产生的CO32-与溶液中的Ca2+、Mg2+等离子产生沉淀，然后过滤，即可除掉不溶性杂质以及大部分的杂质。最后将过滤液通过离子交换树脂精制，进一步除掉杂质离子，即可获得高纯的碳酸氢锂溶液，碳酸氢锂溶液水热分解即得电池级碳酸锂。
本发明是通过如下技术方案来完成的，一种多步法制备电池级碳酸锂的方法，包括以下几个步骤：
a、称取一定质量的粗级碳酸锂，用饱和碳酸锂溶液洗涤制成，搅拌并过滤，取滤饼；滤液进行冷却、浓缩，循环使用；采用饱和碳酸锂溶液洗涤，其中洗涤溶液的温度为50～100℃。在水热洗涤中，一些可溶性的离子可能重新结合生成不溶性物质，可能存在的化学反应如下：Ca2++CO32-＝CaCO3↓，Mg2++CO32-＝MgCO3↓，Ca2++SO42-＝CaSO4↓。同时，由于氢氧化镁的溶解度较碳酸镁小，在热水中，可以发生如下反应：MgCO3+H2O＝Mg(OH)2↓+CO2。
b、向步骤a的滤饼中加入一定质量的去离子水，配置成悬浮液，其中悬浮液的固液比为1:10～1:50；并通入二氧化碳，待溶液澄清后过滤取滤液；向碳酸锂样品的悬浮液中通入二氧化碳，发生如下反应：Li2CO3+CO2+H2O＝2LiHCO3，CaCO3+CO2+H2O＝Ca(HCO3)2。
c、向步骤b中的滤液中滴加适量的饱和碳酸氢钡溶液，然后滴加少量的高纯氢氧化锂溶液，过滤取滤液；其中，碳酸氢钡的加入量根据步骤a滤饼中硫酸根离子含量而定，其加入量与水热法洗涤后样品中硫酸根摩尔比为1～1.1:1。氢氧化锂的加入量根据步骤a滤饼中钙离子和镁离子含量而定，其加入量与水热法洗涤后样品中钙镁离子之和的摩尔比为1～1.1:1。
加入饱和碳酸氢钡溶液，滴加的钡离子与溶液中硫酸根结合成硫酸钡，发生如下反应：Ba2++SO42-＝BaSO4↓。加入氢氧化锂溶液，少量的氢氧根离子中一部分与溶液中碳酸氢根离子生成碳酸根离子，碳酸根离子与残留的钙离子结合成碳酸钙，另一部分直接与镁离子生成氢氧化镁，反应方程式如下：OH-+HCO3-＝CO32-+H2O，Ca2++CO32-＝CaCO3↓，Mg2++OH-＝Mg(OH)2↓。
d、将步骤c中的滤液通过离子交换树脂，进一步吸附杂质，即得高纯碳酸氢锂溶液；
e、加热步骤d中的滤液，生成白色沉淀，过滤、干燥，即可得到电池级碳酸锂。采用水热法使碳酸氢锂分解生成碳酸锂，其中，水热温度为60～100℃。
实施例1
称量20g粗级碳酸锂，加入50mL温度为80℃的饱和碳酸锂溶液，搅拌并过滤，取滤饼，滤液冷却、浓缩，循环使用，测量滤饼中残留硫酸根离子含量和钙镁离子含量。向滤饼中加入400mL去离子水，配置成固液比1:20的粗级碳酸锂悬浮液，通入二氧化碳至悬浮液变澄清，过滤取滤液。向滤液中滴加饱和碳酸氢钡溶液，滴加量与残留硫酸根离子摩尔比为1:1；然后向滤液中加入少量高纯氢氧化锂溶液，加入量与水热法洗涤后样品中钙镁离子之和的摩尔比为1:1；过滤，取滤液。将滤液通过离子交换树脂，即得高纯碳酸氢锂溶液，加热至90℃，过滤，干燥，即得电池级碳酸锂，称量样品质量，并测量样品中物质含量。
实施例2
称量20g粗级碳酸锂，加入50mL温度为90℃的饱和碳酸锂溶液，搅拌并过滤，取滤饼，滤液冷却、浓缩，循环使用，测量滤饼中残留硫酸根离子含量和钙镁离子含量。向滤饼中加入600mL去离子水，配置成固液比1:30的粗级碳酸锂悬浮液，通入二氧化碳至悬浮液变澄清，过滤取滤液。向滤液中滴加饱和碳酸氢钡溶液，滴加量与残留硫酸根离子摩尔比为1:1；然后向滤液中加入少量高纯氢氧化锂溶液，加入量与水热法洗涤后样品中钙镁离子之和的摩尔比为1:1；过滤，取滤液。将滤液通过离子交换树脂，即得高纯碳酸氢锂溶液，加热至90℃，过滤，干燥，即得电池级碳酸锂，称量样品质量，并测量样品中物质含量。
实施例3
称量20g粗级碳酸锂，加入50mL温度为90℃的饱和碳酸锂溶液，搅拌并过滤，取滤饼，滤液冷却、浓缩，循环使用，测量滤饼中残留硫酸根离子含量和钙镁离子含量。向滤饼中加入400mL去离子水，配置成固液比1:20的粗级碳酸锂悬浮液，通入二氧化碳至悬浮液变澄清，过滤取滤液。向滤液中滴加饱和碳酸氢钡溶液，滴加量与残留硫酸根离子摩尔比为1:1；然后向滤液中加入少量高纯氢氧化锂溶液，加入量与水热法洗涤后样品中钙镁离子之和的摩尔比为1.05:1；过滤，取滤液。将滤液通过离子交换树脂，即得高纯碳酸氢锂溶液，加热至90℃，过滤，干燥，即得电池级碳酸锂，称量样品质量，并测量样品中物质含量。
实施例结果如下：
可以理解的是，上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效交换的方式所获得的技术方案均属于本发明的保护范围。