废旧锂电池制备氢氧化锂工艺

随着新能源汽车和储能产业的爆发式增长，锂资源需求激增，但锂矿石和盐湖提锂的供应面临瓶颈。与此同时，废旧锂离子电池的规模化退役催生了庞大的回收市场。锂电池回收不仅能缓解资源短缺，还能减少环境污染。目前，锂电池回收的核心价值在于提取锂、钴、镍等有价金属，其中锂元素通常以碳酸锂形式回收。然而，在高性能电池材料（如高镍三元正极）的生产中，氢氧化锂因其更优的热稳定性和振实密度，逐渐取代碳酸锂成为主流原料。因此，如何将回收的碳酸锂高效转化为氢氧化锂，成为提升回收产业链附加值的关键环节。

工艺路线解析

目前，从碳酸锂制备单水氢氧化锂的工业化方法主要包括碳酸锂石灰苛化法、硫酸锂氢氧化钠苛化法和硫酸锂双极膜电解法。以下从原理、流程及优缺点展开分析：

1. 碳酸锂石灰苛化法

原理：利用氢氧化钙与碳酸锂反应生成氢氧化锂和碳酸钙沉淀。
流程：

1. 苛化反应：碳酸锂与精制石灰乳在加热条件下反应，生成氢氧化锂溶液和碳酸钙沉淀。

   $${\text{Li}}_2{\text{CO}}_3+{\text{Ca(OH)}}_2\to 2\text{LiOH}+{\text{CaCO}}_3\downarrow$$

2. 固液分离：过滤去除碳酸钙，得到低浓度氢氧化锂溶液（约3.5%）。

3. 蒸发结晶：溶液浓缩后结晶、干燥，获得电池级单水氢氧化锂。
   优点：技术成熟、设备投资低、副产品碳酸钙可深加工利用。
   缺点：能耗较高（450 kg标煤/吨产品）、工艺流程长、占地大。

2. 硫酸锂氢氧化钠苛化法

原理：通过硫酸酸化碳酸锂制得硫酸锂，再与氢氧化钠反应生成氢氧化锂和硫酸钠。
流程：

1. 酸化溶解：碳酸锂与硫酸反应生成硫酸锂溶液。

2. 苛化冷冻：加入氢氧化钠后低温冷冻析出芒硝（十水硫酸钠）。

3. 蒸发浓缩：分离硫酸钠后，母液蒸发结晶获得氢氧化锂。
   优点：省去碳酸锂制备环节，适用于矿石提锂企业。
   缺点：副产硫酸钠需额外处理（如制备元明粉），能耗较高（电耗12,000 kW·h/吨）。

3. 硫酸锂双极膜电解法

原理：利用双极膜电渗析技术，在电场作用下将硫酸锂分解为氢氧化锂和硫酸。
流程：

1. 预处理：硫酸锂溶液深度除杂，确保电解液纯度。

2. 电解分离：双极膜系统将锂离子迁移至阴极室生成氢氧化锂，硫酸根返回阳极室循环利用。

3. 结晶干燥：电解液浓缩结晶后得到高纯度单水氢氧化锂。
   优点：

• 环保性高：无废渣排放，硫酸可循环利用，副产二氧化碳可回收为干冰。

• 能耗低：电耗10,000 kW·h/吨，综合成本最优。
  缺点：设备投资高（约是传统工艺的2倍），对电解膜寿命和维护要求严格。

工艺对比与选择建议

根据年产1万吨氢氧化锂的规模化数据（表1），结合技术指标（表2），三种工艺的核心差异如下：

选择建议：

• 初期投资受限：优先选择石灰苛化法，技术成熟且可快速回本。

• 环保与长期效益：推荐双极膜电解法，尽管初期投入高，但能耗低、副产品少，符合碳中和趋势。

• 资源整合型：若企业已具备硫酸锂生产线（如矿石提锂），可采用硫酸钠苛化法，降低中间环节成本。

未来展望

1. 技术融合：双极膜电解法与智能化控制结合，可进一步提升效率和稳定性。

2. 副产品增值：碳酸钙用于建材、二氧化碳用于食品工业，延伸产业链。

3. 政策驱动：随着环保法规趋严，绿色工艺（如电解法）将获得更多政策支持。

结语

废旧锂电池回收制备氢氧化锂，不仅是资源循环的关键路径，更是新能源产业可持续发展的必然选择。企业需根据自身资金、技术储备及市场定位，合理选择工艺路线。未来，随着技术进步和政策倾斜，绿色高效的双极膜电解法有望成为主流，推动锂电回收产业迈向更高附加值的新阶段。