一种钠离子电池用超低盐高纯碳酸钠的生产方法与流程

本发明属于无机化合物制备，涉及一种碳酸钠的生产方法，特别涉及一种钠离子电池用超低盐高纯碳酸钠的生产方法。

背景技术：

1、市场上主要的二次电池主要有镍氢电池、镍铬电池、铅酸电池、锂电池、聚合物锂电池等。锂离子因标准电势高，能量密度高、比容量大等优势，近年来被广泛应用于电池领域。钠、钾、锂同为元素周期表ia族碱金属元素，物理化学性质相似，理论上都可以作为二次电池的金属离子载体。钠作为锂的替代资源，成本低、储量大的优势开始显现，如碳酸钠在钠电池领域得到越来越广泛的关注。作为钠离子电池的重要原料，纯碱的纯度要求也越来越高，尤其是纯碱中含盐量，要求氯离子含量≤100ppm，甚至更低的要达到10-20ppm。

2、根据质量等级，碳酸钠可分为工业级碳酸钠、试剂级碳酸钠、电池级碳酸铵。工业纯碱的生产工艺主要有氨碱法（索尔维法）、井下循环制纯碱法、联碱法（侯氏制碱法），或天然碱直接制纯碱的方法。氨碱法（索尔维法）和井下循环制纯碱法均采用氯化钠、石灰石和氨作为原料，将原料卤水通过精制、吸氨、碳化（co2来源于石灰石煅烧），制得nahco3，再经过滤、煅烧等工序制得碳酸钠；联碱法（侯氏制碱法）是采用氨气与水、二氧化碳反应成碳酸氢铵，再与氯化钠反应制得碳酸氢钠和氯化铵（作为氮肥），碳酸氢钠再经过滤、煅烧等工序制得碳酸钠；天然碱直接制纯碱法采用矿石溶解、澄清、蒸发结晶制得碳酸氢钠，碳酸氢钠再经过滤、煅烧等工序制得碳酸钠。i类工业纯碱中盐分指标要求控制在0.3wt%以下，已无法满足钠离子电池用碳酸钠的要求。行业内制备低盐碳酸钠多采用源头卤水净化、一水碱或者轻质纯碱洗涤、重结晶的方法，但精制卤中杂质含量仍较高，达不到预想纯度；洗涤、重结晶时，碳酸钠的溶解度较大易造成大量固体损失，增加系统能耗；且一水碱洗涤后水分饱和，易导致系统结疤，影响正常生产，且碳酸钠溶解度随温度变化不太明显，采用重结晶的方法效果较差，能耗高，且破坏系统水平衡，大大增加成本。

3、因此，迫切需要研发一种方便可行，损失率低，工艺简单易操作的方法来减少碳酸钠中杂质含量，生产高纯度碳酸钠。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钠离子电池用超低盐高纯碳酸钠的生产方法。本发明为避免碳酸钠的溶解度高，比表面积大杂质难去除等问题，创造性的采用碳酸氢钠晶浆洗涤后再煅烧制超低盐高纯碳酸钠的方法。利用淘洗原理和晶体生长原理，通过将细小晶粒洗涤掉来提高溶液的过饱和度，使晶体的生产速率和设备的生产能力提高，从而提高晶体的平均粒度，使碳酸氢钠结晶的比表面积减小，大大提高固体洗涤效果，并延长结晶时间，待碳酸氢钠水洗达到要求后直接煅烧生产超低盐高纯碳酸钠。所得超低盐高纯碳酸钠杂质含量大幅度降低，工艺简单易操作，能耗低，同时可结合碳酸钠生产工艺，可以充分利用生产洗涤水，不造成其他污染。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种钠离子电池用超低盐高纯碳酸钠的生产方法，包括以下步骤：将制碱工艺生产的碳酸氢钠晶浆稠厚、离心分离，去掉大部分水分，并带走大量cl-等杂质后，送入真空带滤机。在带滤机上加多道洗水，进行洗涤抽滤，利用淘洗原理和晶体生长原理，将碳酸氢钠晶浆中细小晶粒洗涤掉来提高溶液的过饱和度，使晶体的生产速率和设备的生产能力提高，从而提高晶体的平均粒度，使碳酸氢钠结晶的比表面积减小，大大提高固体洗涤效果。带滤机洗涤后的滤饼经皮带送至调浆桶进行调浆，晶体生长，离心分离后，再通过绞龙将湿料送至调浆桶进行调浆，再经离心机离心分离，出来的湿料经湿料绞龙送至煅烧炉煅烧，煅烧后无需纯化，得到的产品即为超低盐高纯碳酸钠，产品纯度达99.9%以上，产品中氯离子含量低于20ppm。

4、本发明的进一步改进方案为：

5、所述洗涤纯化包括三道洗涤工序，具体为第一道洗涤工序、第二道洗涤工序以及第三道洗涤工序。

6、进一步的，所述第一道洗涤工序为：将碳酸氢钠晶浆稠厚至结晶含量30-50%，进入离心机内离心分离后，离心机内加洗水洗涤结晶中部分盐分和杂质，得到湿碳酸氢钠。其中，洗水加入速度为1-3m3/h。

7、进一步的，所述碳酸氢钠晶浆来源于氨碱法（索尔维法）、井下循环制纯碱法、联碱法（侯氏制碱法），或天然碱直接制纯碱的工艺。

8、进一步的，所述碳酸氢钠晶浆中nacl质量百分含量≤0.7%，so42-质量百分含量≤0.1%，水不溶物质量百分含量≤0.1%，铁元素质量百分含量≤0.1%，钾元素质量百分含量≤0.1%。

9、进一步的，所述第二道洗涤工序为：经稠厚、离心分离去掉大部分水分，并带走大量cl-等杂质的湿碳酸氢钠，送至真空带滤机，在带滤机上加多道洗水（3-10道洗水），进行洗涤抽滤，将碳酸氢钠晶浆中细小晶粒洗涤掉来提高溶液的过饱和度，提高晶体的平均粒度，使碳酸氢钠结晶的比表面积减小，大大提高固体洗涤效果。

10、进一步的，所述湿碳酸氢钠的含水率＜15%，带滤机上设计加3-10道洗水，可根据产品纯度要求选择洗涤次数，增加生产灵活性。

11、进一步的，所述第三道洗涤工序为：带滤机洗涤后的滤饼经皮带送至含有搅拌器的调浆桶内，加入干净洗水进行调浆，晶体生长，经离心分离后，再通过绞龙将湿料送至下一个调浆桶进行调浆，再经离心机离心分离，得超低盐高纯潮碳酸氢钠。

12、进一步的，所述滤饼含水率＜8%，调浆桶内固液比为（1-4）﹕1。两个调浆桶和两台离心机串联使用，可根据生产需要选择淘洗次数，从而实现柔性生产，降低生产能耗。

13、进一步的，所述煅烧的过程为：将得到的超纯潮碳酸氢钠送至煅烧装置，煅烧后的产品经粉体流冷却器冷却后，包装得到超低盐高纯碳酸钠。

14、进一步的，所述超纯潮碳酸氢钠中nacl质量百分含量≤0.01%，so42-质量百分含量≤0.01%，水不溶物质量百分含量≤0.01%，铁元素质量百分含量≤0.005%，钾元素质量百分含量≤0.02%。

15、进一步的，所述煅烧为电煅烧炉煅烧、蒸汽煅烧炉煅烧或旋转窑煅烧，所述煅烧的温度为280-340℃。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、钠离子电池级碳酸钠要求碳酸钠杂质很低，尤其是氯离子含量，即要求必须是超低盐高纯碳酸钠。本发明打破传统的生产超低盐高纯碳酸钠使用一水碱洗涤或者纯碱二次洗涤、二次结晶的方法，避免碳酸钠的溶解度高，比表面积大杂质难去除、生产工艺复杂难控制等问题。独辟蹊径地采用碳酸氢钠晶浆经多次洗涤后再煅烧制超低盐高纯碳酸钠，本方法通过将细小晶粒洗涤掉来提高溶液的过饱和度，从而提高晶体的平均粒度，使碳酸氢钠结晶的比表面积减小，大大提高固体洗涤效果，待碳酸氢钠水洗达到要求后直接煅烧生产超低盐高纯碳酸钠。该方法制得的产品纯度达99.9%以上，氯离子含量低于20ppm，其他指标亦能够达到gb/t 639-2008《化学试剂 碳酸钠》化学纯标准要求，且工艺简单易操作，能耗低，同时可结合碳酸钠生产工艺，充分利用生产洗涤水，不造成其他污染。

18、本发明利用同等条件下碳酸氢钠的溶解度低于碳酸钠的溶解度，将碳酸氢钠水洗后煅烧生产超低盐高纯碳酸钠。在这个过程中，碳酸氢钠经过工艺水洗得到超纯潮碳酸氢钠，洗涤至nacl质量百分含量≤0.01%，so42质量百分含量≤0.01%，水不溶物质量百分含量≤0.01%，铁元素质量百分含量≤0.005%，钾元素质量百分含量≤0.02%，然后经煅烧得到超低盐高纯碳酸钠。

19、三、本发明基于工业碳酸钠生产工艺，只需要增加洗涤、煅烧、干燥等装置，可根据生产需要实现柔性生产，同时大大提高碳酸钠产品质量，延长了产业链；且在不改变公司现有制碱工艺主体装置的基础上，利用原来的制碱系统回收利用洗水，维持系统水平衡，实现洗水在系统内循环，不造成资源浪费，不造成废液排放，同时可以利用掉洗水中的盐分参与生产。