摘要：在冶金和化工提取领域，尤其是锂、钴、镍、稀土等金属的提取过程中，整个工艺流程通常被划分为火法工段（Pyrometallurgy Process）和湿法工段（Hydrometallurgy Process）。它们代表了两种截然不同的技术路线。
1、碳酸锂制备火法与湿法工段定义
在冶金和化工提取领域，尤其是锂、钴、镍、稀土等金属的提取过程中，整个工艺流程通常被划分为火法工段（Pyrometallurgy Process） 和湿法工段（Hydrometallurgy Process）。它们代表了两种截然不同的技术路线。
下面这张图清晰地展示了火法与湿法工段的核心区别、典型工序及在锂云母提锂中的应用：
1. 定义：
火法工段是指在高温条件下（通常远高于100°C），通过一系列熔炼、焙烧、烧结等操作，使原料发生物相转变、化学还原、氧化或挥发等反应，从而初步分离和富集目标组分的过程。其本质是利用热能驱动固体物质间的化学反应。
2. 核心特点：
介质：高温、干燥环境（无液态水或水溶液参与主体反应）。能量：能耗极高，是生产中的主要能耗环节。原料：处理对象多为固体原料（如精矿、辅料）。目的：破坏原料的稳定晶体结构，将目标元素转化为易于后续湿法处理的形式（如可溶性盐）。3. 在锂云母提锂中包含的典型工序：
焙烧 (Roasting)：这是锂云母提锂最核心的火法工序。目的：破坏锂云母稳定的层状硅酸盐结构，将难溶性的锂转变为可溶于水的锂盐。过程：将磨细的锂云母精矿与添加剂（如硫酸盐、石灰石、碳酸钾等）按比例混合，在回转窑或隧道窑中于特定温度（800~1100°C）下进行高温反应。关键反应（以硫酸盐法为例）：Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂·(K/F)₂O (锂云母) + CaSO₄/CaO → Li₂SO₄ + 其他不溶物
1. 定义：
湿法工段是指在水溶液体系（酸性或碱性）中，在相对较低的温度下（通常低于250°C），通过溶解、沉淀、置换、萃取、离子交换等化学或物理化学方法，进行物质的分离、富集和提纯的过程。其本质是利用物质在水溶液中的溶解度、化学性质差异进行分离和纯化。
2. 核心特点：
介质：水溶液（酸、碱、盐溶液）。能量：能耗相对较低，但化学品消耗量大。原料：处理对象可以是固体，但反应是在溶液中进行。目的：对火法产出的中间品进行深度加工，分离杂质，最终得到高纯度的产品。3. 在锂云母提锂中包含的典型工序：
火法工段产出的“熟料”会进入湿法工段进行后续处理，主要包括：
化学沉淀法：调节溶液pH值，使不同杂质分步形成氢氧化物或盐类沉淀（如除铝、除铁）。
溶剂萃取法：利用特定萃取剂选择性分离提取某些杂质或有价元素（如除铁、提铷铯）。离子交换/吸附法：用于深度去除微量杂质离子（如深度除钙、镁）。
沉淀结晶 (Precipitation/Crystallization)：浓缩：蒸发部分水分，提高锂离子浓度。沉锂：向热浓缩液中加入饱和碳酸钠溶液，发生反应：2Li⁺ + Na₂CO₃ → Li₂CO₃↓ + 2Na⁺。过滤、洗涤、干燥：将碳酸锂沉淀与母液分离，洗涤除去附着杂质，干燥后得到成品。目的：从纯净的含锂溶液中回收最终产品——碳酸锂。过程：浓缩：蒸发部分水分，提高锂离子浓度。沉锂：向热浓缩液中加入饱和碳酸钠溶液，发生反应：2Li⁺ + Na₂CO₃ → Li₂CO₃↓ + 2Na⁺。过滤、洗涤、干燥：将碳酸锂沉淀与母液分离，洗涤除去附着杂质，干燥后得到成品。
简单来说，火法是“破局者”，它用高温和蛮力打破矿石稳定的结构，为后续提取打开大门；湿法是“精炼师”，它用精巧的化学方法在水溶液中进行高选择性的分离和提纯，最终得到合格产品。
在锂云母提锂乃至绝大多数现代有色金属提取工艺中，火法工段和湿法工段往往不是二选一，而是前后衔接、相辅相成的关系，共同构成一个完整的提取冶金流程
锂云母制备碳酸锂主要包括以下五个核心工序：原料准备与预处理、焙烧工序、浸出工序、净化除杂工序、沉锂及后处理工序。其简要流程可概括如下：
此阶段目的是将原料处理成适合后续焙烧反应的物理形态。
工艺流程：破碎与磨粉：采用立式磨粉机或欧版磨粉机将锂云母矿石破碎并磨成细粉，通常要求粒度在80-2500目之间（特别是-200目＞95%），以增加反应接触面积。
配料混合：将锂云母粉与添加剂按一定比例均匀混合。添加剂根据所选工艺路线不同而多样，例如：
石灰石烧结法：锂云母与石灰石按质量比1:(2.5~3)混合。
碳酸钾混合烧结法：锂云母与碳酸钾按质量比1:(0.3~0.9)（常用1:0.4~0.7）混合。
硫酸盐法：锂云母与硫酸盐按质量比1:(0.5~3)混合。
复合盐法：例如采用CaCl₂ + Na₂CO³作为添加剂。
生产过程控制点：原料品质：锂云母精矿中Li₂O品位（通常要求>3%）、杂质含量（如铁、铝等）。粉体粒度：粒度分布需稳定在目标范围内，是影响焙烧效果的关键。混合均匀度：确保锂云母与添加剂混合均匀，以避免局部反应不完全。质量控制指标：
锂云母粉粒度：-200目 ≥ 95%
混合料均匀度：无肉眼可见分离现象，成分分析波动范围±5%以内。
焙烧是破坏锂云母稳定晶体结构、将锂转化为可溶性形式的关键步骤。
工艺流程：将混合好的物料送入回转窑等焙烧设备中，在特定温度下进行高温焙烧。
不同工艺路线温度不同：
石灰石烧结法：1150~1250℃
碳酸钾水蒸气氛围烧结法：600~1000℃（常用700~900℃）
硫酸盐法：~950℃
复合盐法（如CaCl₂+Na₂CO³）：900℃
焙烧时间通常在0.5至5小时之间。
反应过程产生的含氟、含氯等有害尾气需经过净化处理（如用石灰乳吸收固氟）后才能排放。
2.生产过程控制点：
焙烧温度：必须精确控制，温度过低反应不完全，过高则可能导致物料熔融结窑。焙烧时间：保证足够的反应时间。
窑内气氛：某些工艺（如碳酸钾法）需在流动水蒸气氛围下进行。
尾气处理：确保尾气处理系统有效运行，氟的回收率需符合环保要求。
3.质量控制指标：
熟料转化率：>90%（以酸溶性锂转化率为准）窑尾气氟含量：低于国家排放标准此阶段目的是将焙烧熟料中的可溶性锂尽可能高效地转移到溶液中。
工艺流程：浸出方式：可采用常温搅拌浸出、或加热浸出（30-150℃），甚至压煮浸出（100-150℃，0.5-3h）。
液固比（液体与固体的质量比）通常在(1:1) 到 (4:1) 之间。
浸出时间从20分钟到数小时不等。
破碎与磨细：将焙烧后的熟料再次磨细至80-200目，以利于浸出。
浸出：用洗液、水或沉锂母液等作为浸出剂，在特定条件下进行浸出。
过滤与洗涤：浸出后的料浆经过滤得到含锂浸出液和残渣。滤渣需用水洗涤，洗液可返回浸出工序，以提高锂的回收率。
2.生产过程控制点：
浸出温度：影响浸出速率和效率。
液固比：影响锂的浸出浓度和回收率，液固比过高可能导致后续蒸发成本增加。
浸出时间：保证反应充分进行。
搅拌效率：确保固液充分接触。
3.质量控制指标：
锂浸出率：通常要求 > 90% (先进工艺可达95%以上)浸出液锂浓度：尽可能高，以减少后续蒸发负荷。滤渣含锂量：四、净化除杂工序
浸出液成分复杂，含有氟、铝、铁、钙、镁、硅等多种杂质，必须去除才能获得纯净的锂产品。
工艺流程（多种方法常组合使用）：化学沉淀法：
除氟：通常在浸出后或浸出同时进行，可加入石灰或其他除氟剂。
除铝、铁等：常用石灰乳调pH至7-8，使铝、铁、镁等形成氢氧化物沉淀。有时需分段调pH以提高选择性。
除钙、镁：加入碳酸钠生成碳酸钙沉淀；深度除钙可加入Na₂CO₃或EDTA。
溶剂萃取法：
利用萃取剂（如P204）选择性分离杂质离子。如在pH=2.5下萃取除去Al³⁺、Fe³⁺、Mn²⁺等，萃取率可达99%以上，而锂损失很小。
离子交换/树脂吸附法：
用于深度除杂，特别是去除微量钙镁离子。
2.生产过程控制点：
pH值控制：这是沉淀法除杂的核心控制参数，直接决定杂质沉淀效果和锂损失率。
试剂加入量与速度：需精确计量，避免过量或不足。
反应温度与时间：影响沉淀物的形态和过滤性能。
絮凝剂的使用：促进沉淀物凝聚，加快沉降速度。
3.质量控制指标：
净化后液主要杂质含量（参考值）：
Al³⁺:
Fe³⁺:
Ca²⁺/Mg²⁺:
锂损失率：
这是将溶液中锂离子转化为最终产品碳酸锂的阶段。
工艺流程：浓缩蒸发：
净化后的含锂溶液通常先经蒸发浓缩，将Li⁺浓度提升至14-20g/L左右，以减少沉锂体积和碳酸钠消耗量。
沉淀反应：
碳酸钠沉淀法：向热浓缩液中加入饱和碳酸钠溶液（通常为理论量的105-110%），在90-95℃下反应一段时间，生成碳酸锂沉淀。
反应方程式：2Li⁺ + Na₂CO₃ → Li₂CO₃↓ + 2Na⁺
二氧化碳碳化法：这是一种更先进的方法。向净化后的Li⁺溶液或LiOH溶液中通入CO₂气体，生成可溶性的碳酸氢锂，然后热解得到高纯碳酸锂。反应方程式：Li₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2LiHCO₃，然后 2LiHCO₃ → Li₂CO₃↓ + CO₂↑ + H₂O (加热)。
过滤与洗涤：
将碳酸锂沉淀与母液分离，并用热水洗涤数次，以除去吸附的钠、钾、硫酸根等杂质离子。洗涤次数和水量对产品纯度至关重要。
干燥与包装：
滤饼经110℃左右干燥后，粉碎至所需粒度，然后包装为成品。
2.生产过程控制点：
沉锂浓度与温度：影响碳酸锂的粒度、形貌和回收率。
碳酸钠加入速度与方式：采用反滴定（将锂液加入钠液中）或螺旋喷雾等方式，可改善产品晶型和纯度。
CO₂通气速率与碳化温度（若采用碳化法）：影响碳化效率。
洗涤水水质（需用热水）、用量和洗涤效果：直接影响产品纯度。
干燥温度与时间：避免局部过热或结块。
3.质量控制指标：
Na: K: Ca: Fe: SO₄²⁻:工业级：≥ 99.0%
电池级：≥ 99.5%
碳酸锂产品纯度：杂质含量（电池级举例，大致要求）：水分含量：粒度分布（D50）：根据客户要求（如5-20μm）3、单耗问题利用锂云母制备碳酸锂是一个复杂但技术日益成熟的工艺过程。这个过程不仅主产品碳酸锂有价值，还会产生多种副产品。各产品的单耗（生产单位产品所消耗的原料量）会受到矿石品位、工艺路线及技术水平等因素显著影响。
下面这张表格汇总了以2.5%品位（Li₂O）锂云母精矿为原料，采用当前主流的硫酸盐焙烧法 生产1吨电池级碳酸锂（LCE） 时，主要原料的大致单耗、副产品产出情况以及关键的工艺步骤和考量。
理解表格中的数据需要注意以下几点：
品位决定命运：矿石的初始锂品位（Li₂O含量）是决定原料单耗的最核心因素。例如，使用0.4%品位的原矿和生产1吨碳酸锂所产生的锂渣量，会远高于使用2.5%品位的精矿。2.技术提升效益：先进的工艺（如低温焙烧、高效回收技术）能提高锂的回收率（目前先进水平可达80%以上），这意味着处理同样品位的矿石，可以得到更多的碳酸锂，从而降低单位产品的原料单耗。3.副产品的价值：副产品的种类和数量强烈依赖于具体的生产工艺和矿石的化学成分。
例如，可产出氟化钙、硫酸铝铷、硫酸铝铯和明矾、钾钠混盐。
若能高效分离并提纯铷（Rb）、铯（Cs）等高价值稀有元素，能极大改善项目 economics。4.循环利用降单耗：许多先进工艺注重介质的循环利用，如将沉淀母液、萃余液返回前端浸出工序，或从锂渣中回收钾盐再用作焙烧辅料。这能有效降低新鲜化学品的消耗量，从而降低表观单耗和生产成本。
以锂云母为原料制备碳酸锂是一个技术密集、需多环节精细管控的复杂过程。选择何种工艺路线（如硫酸法、石灰石法、硫酸盐法、复盐法等）取决于原料特性、目标产品等级、成本控制和环保要求等多种因素。
目前工艺的优化方向主要集中在：
提高锂的回收率：通过优化焙烧和浸出条件，减少渣中含锂量；母液循环利用。
降低试剂和能耗：如采用CO₂反萃或碳化法减少碳酸钠用量；萃余液和洗液循环使用以降低水耗和废水量。
产品高值化：开发电池级碳酸锂的直接制备工艺，并加强铷、铯等有价元素的综合回收。
绿色环保：加强氟、氯等有害元素的回收与无害化处理，减少三废排放，实现清洁生产。
总的来说，锂云母提锂是一个“吃干榨尽” 的复杂系统。主产品碳酸锂的经济性在很大程度上受副产品处理和价值回收的制约。
目前行业的主要发展趋势是：
持续降本：通过技术迭代（如低温焙烧）降低能耗，提高回收率。
环保与合规：重点解决锂渣的巨大出路问题，通过开发其在建材等领域的规模化应用来实现资源化，避免环境风险。
综合利用：越来越注重钾、铷、铯、氟等元素的协同提取，提升整体项目价值。
来源：锂电百科一点号
