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碳酸锂用途非常广泛,在玻璃、能源、冶金、电池、医药等重要工业领域都是不可或缺的原料。在全球范围内新能源开发成为热点,动力和储能用锂离子电池得到了飞速的发展,作为核心原材料的碳酸锂,其市场前景十分广阔。当前工业级碳酸锂产品平均粒径小,分布不均匀,晶体产品团聚严重、形貌呈针状,难以过滤回收,含湿量高,杂质含量高,导致后续干燥能耗大,纯度低。解决上述问题的关键是提高产品粒径及控制形貌。基于该生产工艺的问题,本文对碳酸锂的反应结晶过程进行了系统的研究。采用等温溶解平衡法研究了 Li+,Na+/Cl-,CO32--H2O交互四元体系在363.15 K下的固液相平衡数据和相图,具体得出以下结论:Li+,Na+/Cl-,CO32--H2O交互四元体系在363.15 K下的相图由4个单固相结晶区,2个三盐共饱点,5条单变量溶解度曲线组成。由于碳酸锂的溶解度很小,碳酸锂的相区最大,很容易析出晶体,这对后续工艺优化有指导作用。在半间歇操作条件下通过考察反应结晶温度、进料速率、晶种量和搅拌速率对产品平均粒径的影响以及添加剂的量对产品形貌的影响,提供了一种经过优化的制备碳酸锂的反应结晶工艺。通过正交实验确定了最佳实验条件为:LiCl溶液(LiCl质量分数为8.6%200 mL 298.15 K)一次性加入到反应结晶器内。Na2CO3溶液(Na2CO3质量分数为22.0%100 mL 313.15 K)加料速率为0.5 ml·min-1,晶种量(平均粒径为10 μm)为理论碳酸锂产量的2%,搅拌速率为400 r·min-1,反应温度为353.15 K,添加剂六偏磷酸钠量为理论碳酸锂产量的2%。碳酸锂产品平均粒径132 μm,变异系数51.53%的密实的球形碳酸锂,研究表明添加剂对晶体的粒度和形貌起到调控作用。在连续操作条件下设计了正交L9(34)实验来考察在连续操作方式下反应温度、反应物浓度、停留时间和搅拌速率四个因素对产品粒度的影响。得到的最优工艺参数为:反应结晶温度363.15 K,停留时间200 min,碳酸钠质量分数22.0%,搅拌速率600 r·min-1。在最优工艺下加入2%六偏磷酸钠得到了形貌良好,紧密的球形碳酸锂产品,碳酸锂产品的粒度得到很大的提高(平均粒径大于220 μ的产品占67%),纯度达到99.12%,含湿量降低到0.82%。