碳酸鋰，是一種無機(jī)化合物，化學(xué)式Li2CO3，分子量73.89，無色單斜系晶體，微溶于水、稀酸，不溶于乙醇、丙酮。熱穩(wěn)定性低于周期表中同族其元素的碳酸鹽，空氣中不潮解，可用硫酸鋰或氧化鋰溶液加入碳酸鈉而得。其水溶液中通入二氧化碳可轉(zhuǎn)化為酸式鹽，煮沸發(fā)生水解。
碳酸鋰可用于鋰化合物及搪瓷、玻璃制造，是制取鋰化合物和金屬鋰的原料，可作鋁冶煉的電解浴添加劑。在玻璃、陶瓷、醫(yī)藥和食品等工業(yè)中應(yīng)用廣泛，亦可用于合成橡膠、染料、半導(dǎo)體、軍事國防工業(yè)、電視機(jī)、原子能、醫(yī)藥、催化劑等方面。用于制取聲學(xué)級單晶，光學(xué)級單晶。
電池級碳酸鋰主要用于制備鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料及磷酸鐵鋰等鋰離子電池正極材料。
高純級碳酸鋰主要應(yīng)用于制備高端鋰離子電池正極材料及電池級氟化鋰的制備；在光電信息方面，高純級碳酸鋰用于制備鉭酸鋰和鈮酸鋰；同時高純級碳酸鋰還應(yīng)用于光學(xué)特種玻璃、磁性材料行業(yè)及超級電容器、醫(yī)藥行業(yè)等。
一、碳酸鋰的主要生產(chǎn)工藝設(shè)備
主要設(shè)備配置：酸化攪拌機(jī)、焙燒窯、單筒冷卻機(jī)、酸化窯、酸化窯配套冷卻窯、原料磨機(jī)、袋式收塵器、風(fēng)機(jī)等
產(chǎn)能：1000-20000噸/年
回轉(zhuǎn)窯直徑：1.5-4.5m
焙燒溫度：~1250℃
酸化溫度：~350℃
熱源：天燃?xì)?、高爐煤氣、煤
以鋰云母、鋰輝石等原料進(jìn)行鋰礦焙燒、酸化生產(chǎn)。
技術(shù)參數(shù)：鋰輝石為原料（不產(chǎn)其它）
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產(chǎn)品 |
年產(chǎn)量（t/a） |
鋰輝石（t/h） |
主機(jī)設(shè)備型號 |
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轉(zhuǎn)化工序 |
酸化工序 |
球磨機(jī) |
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碳酸鋰LiCO3 |
5000 |
5-6 |
焙燒窯：φ2.8×50m;冷卻機(jī): φ2.6×40m |
酸化窯：φ2.8×50m;冷卻機(jī): φ2.4×35m |
φ1.83×6.4m |
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碳酸鋰LiCO3 |
10000 |
10-12 |
焙燒窯：φ3.5×60m;冷卻機(jī): φ2.4×40m |
酸化窯：φ3.5×50m;冷卻機(jī): φ2.4×40m |
φ2.4×8m |
國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)1萬噸碳酸鋰生產(chǎn)線（伴生其他產(chǎn)品）配置清單
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產(chǎn)品 |
年產(chǎn)量（t/a） |
鋰輝石（t/h） |
主機(jī)設(shè)備型號 |
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轉(zhuǎn)化回轉(zhuǎn)窯 |
酸化回轉(zhuǎn)窯 |
球磨機(jī) |
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電池級碳酸鋰LiCO3 |
10000 |
23-35 |
回轉(zhuǎn)窯：φ4.2×90m; 冷卻機(jī): φ2.8×45m |
酸化窯：φ4.3×58m; 冷卻機(jī): φ2.8×45m |
φ3.2×13m |
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工業(yè)級碳酸鋰LiCO3 |
11800 |
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無水氫氧化鋰Li(OH)(Li(OH)>=56.5%) |
10000 |
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無水硫酸鈉（Li2O 0.1%) |
48550 |
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浸出渣殘渣（Li2O 0.3%) |
210000 |
技術(shù)參數(shù)：鋰云母為原料
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產(chǎn)品 |
年產(chǎn)量（t/a） |
混合料量（鋰云母60％左右）（t/h） |
主機(jī)設(shè)備型號 |
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回轉(zhuǎn)窯 |
冷卻機(jī) |
球磨機(jī) |
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碳酸鋰LiCO3 |
2000 |
10-13 |
φ3..0×56m |
φ2.8×25m |
φ1.83×6.4m |
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碳酸鋰LiCO3 |
3000 |
15-18 |
Φ3.5×60m |
Φ2.5×23m |
φ1.83×6.4m |
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碳酸鋰LiCO3 |
4000 |
20-23 |
φ4×65m |
φ3.2×28m |
φ1.83×6.4m |
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碳酸LiCO3 |
5000 |
25-30 |
φ4.2×72m |
φ3×45m |
φ3.2×13m |
二、碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程
碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程是將鋰精礦進(jìn)行
轉(zhuǎn)型焙燒、酸化焙燒、浸取、凈化處理、濃縮處理、沉鋰處理、清洗、干燥處理、粉碎、包裝加工而成。具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)工藝簡單,充分利用資源,成本低等特點，適宜鋰離子電池原材料的生產(chǎn)應(yīng)用。
碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程的基本原理是在于硫酸與鋰輝石在250~300℃下發(fā)生置換反應(yīng)，生成硫酸鋰。這一反應(yīng)只能發(fā)生于結(jié)構(gòu)較為疏松的鋰輝石，先將選礦獲得的鋰輝石精礦，在回轉(zhuǎn)窯中高溫焙燒，冷卻后與足量的硫酸混合，送入250℃酸化回轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行硫酸焙燒。冷卻后水浸，加石灰石控制PH值，得到含10%左右的粗鋰液，用石灰調(diào)PH至11，加碳酸鈉除鈣、鎂、鐵、鋁等雜質(zhì)。清液蒸發(fā)稱含20左右的硫酸鋰凈化液，加入碳酸鈉沉淀成碳酸鋰。離心脫水，得到碳酸鋰產(chǎn)品，回收率在90%左右。
碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)碳酸鋰收率較高，將鋰輝石與硫酸鹽混合燒結(jié)生產(chǎn)，在一定溫度下混合燒結(jié)，經(jīng)一系列物理、化學(xué)反應(yīng)后，所配入的硫酸鹽中的金屬元素，將礦石中鋰置換生成可溶性的硫酸鹽，主要雜質(zhì)則生成難溶于水的化合物，然后將燒結(jié)后的熟料浸出分離，鋰離子進(jìn)入溶液，經(jīng)凈化、濃縮、沉淀后得到碳酸鋰產(chǎn)品。
碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)工業(yè)級碳酸鋰的方法有兩種：一是采用傳統(tǒng)的鋰礦石，如鋰輝石、鋰云母等生產(chǎn)，二是采用含鋰鹵水，如鹽湖鹵水、地下鹵水等生產(chǎn)。產(chǎn)品中均含有一定量的水溶性雜質(zhì)和水不溶性雜質(zhì)，不能滿足電池級微粉碳酸鋰質(zhì)量要求，需要精制處理。根據(jù)原料的性質(zhì)及雜質(zhì)的種類，可采用不同的精制方法除去雜質(zhì)。
(一)碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程有如下幾種：
1、碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程-硫酸法生產(chǎn)工藝流程介紹：
硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰收率較高，并可處理Li2O3含量僅1.0～1.5％的礦石。但是相當(dāng)數(shù)量的硫酸和純堿變成了價值較低的Na2SO4，應(yīng)盡可能降低硫酸的配量。此方法最大優(yōu)點是浸取燒結(jié)所得的溶液中含有110～150g/ L硫酸鋰，經(jīng)過浸取即可得到比較純凈的溶液。硫酸法也可用來處理鋰云母和磷鋁石。
2、碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程--鋰輝石與硫酸鹽混合燒結(jié)法生產(chǎn)工藝流程介紹：
將鋰輝石精礦與K2SO4(或CaSO4或兩者混合物)，在一定溫度下混合燒結(jié)，經(jīng)一系列物理、化學(xué)反應(yīng)后，所配人的硫酸鹽中的金屬元素將礦石中鋰置換生成可溶性的硫酸鹽，主要雜質(zhì)則生成難溶于水的化合物，然后將燒結(jié)后的熟料浸出分離，鋰離子進(jìn)入溶液，經(jīng)凈化、濃縮、沉淀后得到碳酸鋰產(chǎn)品。在處理鋰輝石時，先使α-型轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)較疏松、易反應(yīng)的β-型。這種相變實際上是結(jié)合在燒結(jié)過程中同時進(jìn)行的。鋰輝石與硫酸鹽混合燒結(jié)法優(yōu)點是：具有通用性，能分解所有的鋰礦石。缺點是：生產(chǎn)過程中，若使用K2SO4作為硫酸鹽，會消耗大量的鉀鹽，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)品也常被鉀污染。
鋰輝石工藝流程圖
鋰云母工藝流程圖
3、碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程--碳酸鈉加壓浸出法生產(chǎn)工藝流程介紹：
碳酸鈉加壓浸出法工藝過程是：
（1）將鋰輝石加工制得的β-鋰輝石，粉碎研磨至平均粒度為0.074mm；
（2）按 Li2O量配比加入3.5～7倍碳酸鈉混勻（Na2CO3+LiOH=Li2CO3+2NaOH），在反應(yīng)器中于200℃加壓浸出，并通入 CO2 氣體，即生成可溶性 LiHCO3；
（3）過濾除去殘渣（沸石），加熱至95℃逐出CO2，經(jīng)沉淀、過濾、濾餅烘干，制備出碳酸鋰產(chǎn)品。
碳化法工藝制取碳酸鋰優(yōu)點是：生產(chǎn)工藝中中省掉了產(chǎn)品洗滌和析鈉工序，簡化了操作，節(jié)約了能耗。因此，采用碳化法工藝優(yōu)于硫酸法。
4、碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程--氯化焙燒法生產(chǎn)工藝流程介紹：
氯化焙燒法生產(chǎn)工藝流程主要是利用氯化劑使礦石中的鋰及其它有價金屬轉(zhuǎn)化為氯化物進(jìn)行提取的。氯化焙燒法生產(chǎn)工藝有兩種：一種是中溫氯化法。在低于堿金屬氯化物沸點的溫度下制得含氯化物的燒結(jié)塊，經(jīng)過溶出使之與雜質(zhì)分離；另一種是高溫氯化或氯化揮發(fā)焙燒。在高于其沸點的溫度下進(jìn)行焙燒，使氯化物成為氣態(tài)揮發(fā)出來與雜質(zhì)分離。這兩種方法都可用來處理各種含鋰礦石。氯化劑為鉀、鈉、銨和鈣的氯化物。氯化焙燒法優(yōu)點是：流程簡單，不消耗貴重試劑。缺點是：LiCl的收集較難，爐氣腐蝕性強(qiáng)。
5、碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程--石灰石焙燒法生產(chǎn)工藝流程介紹：
石灰石焙燒法生產(chǎn)工藝流程的主要優(yōu)點是實用性很普遍，因為它適用于分解幾乎所有的鋰礦物。反應(yīng)過程不需要稀缺的試劑(分解時使用天然產(chǎn)物——石灰石)；可以利用媒、石油或煤氣作燃料。缺點是浸出液中鋰含量低，蒸發(fā)能耗大，鋰的回收率較低，并且浸取以后得到的礦泥有凝聚性，給設(shè)備的維護(hù)帶來了困難。
碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程以鋰輝石為原料生產(chǎn)碳酸鋰，工業(yè)上比較成熟的工藝是硫酸法生產(chǎn)工藝。此工藝的基本原理是在于硫酸與鋰輝石在250~300℃下發(fā)生置換反應(yīng)，生成硫酸鋰。這一反應(yīng)只能發(fā)生于結(jié)構(gòu)較為疏松的鋰輝石，先將選礦獲得的鋰輝石精礦，在回轉(zhuǎn)窯中高溫焙燒，冷卻后與足量的硫酸混合，送入250℃酸化回轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行硫酸焙燒。冷卻后水浸，加石灰石控制PH值，得到含10%左右的粗鋰液，用石灰調(diào)PH至11，加碳酸鈉除鈣、鎂、鐵、鋁等雜質(zhì)。清液蒸發(fā)稱含20左右的硫酸鋰凈化液，加入碳酸鈉沉淀成碳酸鋰。離心脫水，得到碳酸鋰產(chǎn)品，回收率在90%左右。硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰收率較高，將鋰輝石與硫酸鹽混合燒結(jié)生產(chǎn)，在一定溫度下混合燒結(jié)，經(jīng)一系列物理、化學(xué)反應(yīng)后，所配入的硫酸鹽中的金屬元素，將礦石中鋰置換生成可溶性的硫酸鹽，主要雜質(zhì)則生成難溶于水的化合物，然后將燒結(jié)后的熟料浸出分離，鋰離子進(jìn)入溶液，經(jīng)凈化、濃縮、沉淀后得到碳酸鋰產(chǎn)品。
碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程工作原理：將含Li2O 6％鋰輝石精礦在1100～1250℃溫度下加熱，由α型（單晶體）轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;型（松散4面晶體）。p鋰輝石與按理論計算過量40％的硫酸混合，并在250～300℃溫度下焙燒。焙燒料用水浸出，液固比為1．5～2，溫度為80℃，凈浸時間30min，物料細(xì)度0．074mm(+200目)占10％～15％。浸出料漿進(jìn)行過濾，濾渣經(jīng)4～5次反向洗滌后送渣場。浸出液加純堿在常溫下除去鈣、鎂、硅、鐵等雜質(zhì)后，由含Li2O 50～60g／l。濃縮至180～200g／L。濃縮液加入按理論計算過量系數(shù)為1．05的純堿，在95℃溫度下攪拌沉淀碳酸鋰。粗碳酸鋰用95℃純水洗滌后，于350℃下干燥。沉鋰母液回收硫酸鈉后再返回蒸發(fā)過程進(jìn)一步回收鋰。
回轉(zhuǎn)窯分別用于鋰輝石精礦轉(zhuǎn)型焙燒及硫酸化焙燒，用重油或燃?xì)庵苯蛹訜?。用于轉(zhuǎn)型焙燒的回轉(zhuǎn)窯計算，可按熟料單位實際產(chǎn)能為20～30kg／(m2．h)估計，亦可用下列經(jīng)驗公式計算：G=1．675D 2.29式中G為窯產(chǎn)能，t／h；D為窯內(nèi)徑，m。用于硫酸化焙燒的回轉(zhuǎn)窯計算可按酸化料單位實際產(chǎn)能為82～95kg／(m2 ．h)估計，亦可用下列公式計算：G=3．015D 2.762式中G為窯產(chǎn)能，t／h；D為窯內(nèi)徑，m。
浸出料漿的過濾，生產(chǎn)中均采用外濾式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)，常用規(guī)格按過濾面積計為20～100m2 ，其生產(chǎn)產(chǎn)能按濾渣(干基)計為200～220kg／(m2 ．h)。
蒸發(fā)器用于濃縮沉鋰用的凈化液，生產(chǎn)中采用的是自然循環(huán)外加熱式。三效真空蒸發(fā)，按生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)蒸發(fā)強(qiáng)度為15～20kg／(m2 ．h)，蒸發(fā)每公斤水的蒸汽耗量為0．4～0．45kg。
紅外干燥機(jī)，其型式為國產(chǎn)LH - 1、LH - 3型，實際生產(chǎn)能力為300kg／h，亦有的采用渦輪式干燥機(jī)，其生產(chǎn)能力為2～3t／h。
碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程車間配置 ：按生產(chǎn)特點，分火法(轉(zhuǎn)型焙燒及硫酸化焙燒)和濕法(浸出過濾、凈化、蒸發(fā)、沉鋰、產(chǎn)品干燥、包裝和母液回收)分區(qū)布置。濕法部分為從母液中回收硫酸鈉，其產(chǎn)量比主產(chǎn)品約多一倍，溶液腐蝕性強(qiáng)，宜與產(chǎn)品生產(chǎn)工序分開布置?；剞D(zhuǎn)窯尾氣及凈化、沉鋰、硫酸鈉回收等工序均宜配置于高層。轉(zhuǎn)型焙燒要排出含塵煙氣、硫酸化焙燒的煙氣中含有二氧化硫，配置時要考慮風(fēng)向?qū)穹ú糠趾椭車h(huán)境的影響。
碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程技術(shù)特點：轉(zhuǎn)型焙燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)凈化處理其含塵量達(dá)到150mg／m3 以下后排放；硫酸化焙燒產(chǎn)生的煙氣含有二氧化硫尾氣須經(jīng)凈化后達(dá)到250mg／m3 以下方能放空；煙氣洗水須凈化處理后排放；為了保證生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量、回轉(zhuǎn)窯不變形和較好的轉(zhuǎn)化率及浸出率，火法部分不能停電及停水；沉鋰母液及含硫酸鈉溶液對一般廠房的混凝土結(jié)構(gòu)有較大的腐蝕性，需采取防腐措施。
碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程以工業(yè)級碳酸鋰為原料生產(chǎn)高純碳酸鋰，有苛化法、電解法、氫化分解法等。苛化法是將工業(yè)碳酸鋰用石灰苛化，經(jīng)除雜處理后轉(zhuǎn)化成氫氧化鋰，再用二氧化碳碳化制取高純碳酸鋰；電解法是用鹽酸處理工業(yè)碳酸鋰，除去酸不溶物和鈣鎂等雜質(zhì)后，通過電解制得高純氫氧化鋰溶液，之后，利用二氧化碳碳化法制取高純碳酸鋰；氫化分解法是將碳酸鋰轉(zhuǎn)化成溶解度較大的碳酸氫鋰，而大部分雜質(zhì)(如Ca2+、Mg2+等)不被氫化，以不溶性碳酸鹽的形式通過過濾除去，然后加熱碳酸氫鋰溶液制得高純碳酸鋰。
（二）碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程特點分析：
1、第一代碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程特點：石灰石焙燒法具有工藝操作簡單、原料價格相對較低等幾方面優(yōu)勢，由于受到諸多因素的影響，存在著蒸發(fā)環(huán)節(jié)能源消耗高、鋰資源回收率相對較低、浸出液鋰含量低以及石灰石配比相對較高等缺點。硫酸法提鋰具有能源消耗相對較低、物料流通量小以及生產(chǎn)效率高等一系列應(yīng)用優(yōu)勢，尤其是在操作過程中，液固相易混合較為均勻，使得提鋰工藝中浸出液內(nèi)鋰含量高，鋰的回收率也較高。但在該工藝中硫酸、碳酸鈉等輔助材料消耗量較大，能耗較高，工作環(huán)境較差等不足。
2、第二代碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程特點：冷凍析出十水硫酸鈉的工藝可用于氫氧化鋰生產(chǎn)，也可應(yīng)用于碳酸鋰沉鋰母液的處理，即為“冷析”工藝，不再熱析處理沉鋰母液。由于沉鋰母液中含有飽和碳酸鋰和過量的純堿，經(jīng)冷析后的母液（析鈉母液）利用碳酸鋰的反溶解度（溶解度隨溫度升高而降低）特點，升溫析出碳酸鋰，析出碳酸鋰后的母液（熱析母液）主要成分為碳酸鈉，可循環(huán)使用，節(jié)省了傳統(tǒng)工藝中碳酸鈉的消耗及因中和碳酸根消耗的硫酸。此外由于冷析時硫酸鈉帶走了十個結(jié)晶水使母液得到了濃縮并由硫酸鈉帶走了部分雜質(zhì)，使熱析的碳酸鋰品質(zhì)能夠與初級沉鋰的碳酸鋰品質(zhì)一致，提高了一次性沉鋰收率。二代技術(shù)相較于一代技術(shù)有了很大的進(jìn)步，突出表現(xiàn)在過程簡化、成本降低、鋰收率提高、酸堿等消耗減少。
3、第三代碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程特點：生產(chǎn)工藝可實現(xiàn)全流程自動化控制，化學(xué)計量更加精確，硫酸、碳酸鈉或氫氧化鈉等輔材消耗量小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能滿足下游客戶需求；生產(chǎn)過程中能耗減少，環(huán)境友好，生產(chǎn)工廠中可實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。規(guī)模效益明顯。
目前國內(nèi)大多數(shù)利用鋰輝石生產(chǎn)鋰鹽的企業(yè)采用的碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程多是硫酸法處理鋰輝石精礦，硫酸鋰溶液凈化除雜后，加入碳酸鈉生產(chǎn)碳酸鋰產(chǎn)品，或用冷凍法生產(chǎn)氫氧化鋰，即一代技術(shù)與二代技術(shù)的結(jié)合。對于母液的處理部分企業(yè)仍然沿用一代技術(shù)，部分使用二代或一代二代的結(jié)合。行業(yè)主流企業(yè)如天齊鋰業(yè)、贛鋒鋰業(yè)、江蘇容匯鋰業(yè)等均以二代技術(shù)為主。
（三）碳酸鋰生產(chǎn)工藝過程
1、原材料的精選
含鋰的原礦石一般有鋰輝石、鋰云母、鋰長石，錳，鎳，鈷 （稀缺資源）等。要加工碳酸鋰,首先需要對鋰礦石進(jìn)行破碎、磨粉、選礦等工序。在這個加工的過程中使用到的設(shè)備主要包括振動給料機(jī)、鄂式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、振動篩等。
2
、焙浸工段
轉(zhuǎn)化焙燒：鋰輝石精礦從精礦庫人工送至斗式提升機(jī)提升至精礦倉，再經(jīng)圓盤給料機(jī)和螺旋給料機(jī)加入碳酸鋰回轉(zhuǎn)窯窯尾，利用窯尾預(yù)熱段高溫氣體干燥精礦，精礦在煅燒段約1200℃左右的溫度下進(jìn)行晶型轉(zhuǎn)化焙燒，由α型(單斜晶系，密度3150kg/m3)轉(zhuǎn)化為β型鋰輝石（四方晶系，密度2400kg/m3，即焙料），轉(zhuǎn)化率約98%。
酸化焙燒：焙料經(jīng)冷卻段降溫后由窯頭出料，再經(jīng)自然冷卻和球磨機(jī)研磨細(xì)到0.074mm粒級在90%以上后，輸送到酸化焙燒窯尾礦倉，再經(jīng)給料機(jī)和螺旋輸送機(jī)加入混酸機(jī)中與濃硫酸(93%以上)按一定比例(濃硫酸按焙料中鋰當(dāng)量過剩35%計，每噸焙料需濃硫酸約0.21t)混合均勻后，加入酸化焙燒室中，在250～300℃左右的溫度下進(jìn)行密閉酸化焙燒30～60min，焙料中β型鋰輝石同硫酸反應(yīng)，酸中氫離子置換β型鋰輝石中的鋰離子，使其中的Li2O與SO42-結(jié)合為可溶于水的Li2SO4，得到酸化熟料。
調(diào)漿浸出和洗滌：熟料經(jīng)冷卻漿化，使熟料中可溶性硫酸鋰溶入液相，為減輕溶液對浸出設(shè)備的腐蝕，用石灰石粉漿中和熟料中的殘酸，將pH值調(diào)至6.5～7.0，并同時除去大部分鐵、鋁等雜質(zhì)，浸出液固比約2.5，浸出時間約0.5h。浸出料漿經(jīng)過濾分離得到浸出液，約含Li2SO4100g/L(Li2O27g/L)，濾餅即為浸出渣，含水率約35%。浸出渣附著液中含硫酸鋰，為減少鋰損失，浸出渣經(jīng)逆向攪拌洗滌，洗液再返回調(diào)漿浸出。
浸出液凈化：焙料在酸化焙燒時，除堿金屬能和硫酸起反應(yīng)生產(chǎn)可溶性的相應(yīng)硫酸鹽外，其他的鐵、鋁、鈣、鎂等也與硫酸反應(yīng)生產(chǎn)相應(yīng)的硫酸鹽。在浸出過程中雖能除去熟料中的部分雜質(zhì)，但其余雜質(zhì)仍留在浸出液中，需繼續(xù)凈化除去，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。浸出液凈化采用堿化除鈣法，用堿化劑石灰乳(含CaO100～150g/L)堿化浸出液，將pH值提高至11～12，使鎂、鐵水解成氫氧化物沉淀。再用碳酸鈉溶液(含Na2CO3300g/L)與硫酸鈣反應(yīng)生產(chǎn)碳酸鈣沉淀，從而除去浸出液中的鈣和堿化劑石灰乳帶入的鈣。堿化除鈣料漿經(jīng)液固分離，所得溶液即為凈化液，鈣鋰比小于9.6×10－4，濾餅即為鈣渣，返回調(diào)漿浸出。
凈化液蒸發(fā)濃縮：凈化液因硫酸鋰濃度低，鋰沉淀率低，不能直接用于鋰沉淀或制氯化鋰，需先用硫酸將凈化液調(diào)至pH6～6.5，經(jīng)三效蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮，使?jié)饪s液中硫酸鋰濃度達(dá)200g/L(含Li2O60g/L)。濃縮液經(jīng)壓濾分離，濾液即完成液供下工序使用，濾餅即完渣返回調(diào)漿浸出。
3、碳酸鋰生產(chǎn)工段
完成液與純堿液(含Na2CO3300g/L)加入蒸發(fā)沉鋰槽中，進(jìn)行蒸發(fā)沉鋰(沸騰后恒溫2h)，因碳酸鋰溶解度小而沉淀下來，鋰沉淀率約85%。鋰沉淀后用離心機(jī)趁熱分離出一次粗碳酸鋰(含濾液小于10%)和一次沉鋰母液。
一次沉鋰母液中含大量硫酸鈉和較高硫酸鋰(約占總量的15%)，加入純堿液(含Na2CO3300g/L)進(jìn)行二次沉鋰，得二次粗品和二次母液，母液經(jīng)酸中和，氫氧化鈉調(diào)pH后，經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、離心分離出副產(chǎn)品無水硫酸鈉和析鈉母液，無水硫酸鈉經(jīng)氣流干燥、包裝得副產(chǎn)品元明粉。析鈉母液返回調(diào)配一次母液。
一次粗碳酸鋰和二次粗品附著液含Na2SO4等雜質(zhì)，再用凈水于90℃左右進(jìn)行攪洗，洗液送去配堿，洗滌后用離心機(jī)趁熱分離出濕的精碳酸鋰，再經(jīng)遠(yuǎn)紅外線干燥機(jī)烘干，磁選除去干燥機(jī)脫落的鐵絲屑等雜物，后經(jīng)氣流粉碎、包裝入庫。
本項目主要新增電池級碳酸鋰生產(chǎn)能力。從整體生產(chǎn)工藝看，電池級碳酸鋰和工業(yè)級碳酸鋰基本一致，區(qū)別在于蒸發(fā)和沉鋰兩個工段工藝控制條件不同，即凈化液蒸發(fā)濃縮時通過比重計測定終點完成液的比重和通過火焰光度計測定完成液中Li2O濃度以保證完成液終點濃度在工藝要求范圍內(nèi)；沉鋰時通過電磁流量計顯示調(diào)節(jié)閥門的不同開度控制加料速度，通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制攪拌器的攪拌速度。上述工藝控制條件均屬公司關(guān)鍵技術(shù)。
4、無水氯化鋰工段
焙浸工段得到的完成液與氯化鈣溶液進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后分離得到CaSO4·2H2O送去加工制得CaSO4產(chǎn)品。分離后得到LiCl稀溶液，依次加入β型-活性Al2O3、Na2CO3和NaOH溶液，去除LiCl稀溶液中的SO42-、Ca2+、Mg2+等雜質(zhì)，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮將LiCl濃度提高到400～500g/L后，進(jìn)行冷卻過濾，分離出固體NaCl，得到LiCl濃溶液。LiCl濃溶液輸送到精制釜中，并加入公司自產(chǎn)的精制劑(害重金屬)與Na+進(jìn)行置換反應(yīng)，控制反應(yīng)終點溶液中Na+/LiCl比值小于30ppm，經(jīng)過分離后得到LiCl完成液，將完成液進(jìn)行噴霧干燥后得到顆粒均勻的無水氯化鋰產(chǎn)品。
5、產(chǎn)品的烘干干燥
純化后的碳酸鋰需要進(jìn)行干燥處理，以去除水分。干燥方法通常有真空干燥和烘干箱干燥兩種。真空干燥將碳酸鋰放入真空干燥器中，通過減壓和加熱的方式使其水分蒸發(fā)。烘干箱干燥卻是將碳酸鋰放入烘干箱中，以適當(dāng)?shù)臏囟群蜁r間進(jìn)行干燥，兩種方法均需控制干燥時間和溫度，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。
三、碳酸鋰煅燒回轉(zhuǎn)窯耐火材料配置
以4.2×70米碳酸鋰回轉(zhuǎn)窯耐火材料配置（198×250×122/107.5）為例
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序號 |
部位 |
材料名稱 |
數(shù)量 |
密度 |
單重 |
重量 |
備注 |
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1 |
前后窯口L=1.6米 |
剛玉碳化硅澆注料 |
8.1m³ |
2.9 |
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23.5 |
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2 |
高溫帶L=20米（108） |
復(fù)合改性磷酸鹽磚 |
11000塊 |
2.9 |
16.5 |
181.5 |
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3 |
過渡帶L=20米 |
復(fù)合抗剝落高鋁磚 |
11000塊 |
2.5 |
14.2 |
156.2 |
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4 |
預(yù)熱帶L=28.4米 |
復(fù)合低氣孔耐磨磚 |
15650塊 |
2.3 |
13 |
203.45 |
19氣孔 |
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5 |
窯頭罩（6×2米） |
高鋁低水泥澆注料 |
4m³ |
2.4 |
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9.6 |
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鋼纖維澆注料 |
4m³ |
2.6 |
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10.4 |
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二級高鋁磚 |
10m³ |
2.4 |
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24 |
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高溫硅酸鈣板 |
4m³ |
220 |
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0.88 |
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6 |
單筒冷卻器（4×20） |
二級高鋁磚 |
29m³ |
2.3 |
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67 |
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7 |
磷酸鹽泥漿 |
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12 |
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合計 |
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688.97 |
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注：本設(shè)計采用耐火磚復(fù)合層保溫材料，以此降低轉(zhuǎn)窯外殼溫度，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
四、碳酸鋰回轉(zhuǎn)窯耐火材料的施工方案
1、工程特點
窯體總長72m，窯殼內(nèi)徑4.5m，砌筑后內(nèi)徑4.0m，窯尾段長度28.4m為復(fù)合低氣孔耐磨磚段，中部長度20.0m為復(fù)合抗剝落高鋁磚段，窯頭長度20.0m為復(fù)合改性磷酸鹽磚。設(shè)計日產(chǎn)量為40噸/天。
回轉(zhuǎn)窯設(shè)置了擋磚圈。由于回轉(zhuǎn)窯窯體本身有3.5%的斜度，所以耐火磚有向低端滑動的趨勢，設(shè)置擋磚圈后可以消除磚的軸向滑動。起到固定耐火磚的作用，而且加擋磚圈后可以增強(qiáng)窯體剛度，減小窯體彎曲與變形。擋磚圈分別設(shè)置在距窯頭端面的1、11、28、40 m處，厚度為50 mm。
2、回轉(zhuǎn)窯各部位耐火材料施工技術(shù)方法
2.1 窯頭、窯頭罩、冷卻器耐火澆注料施工
這幾個單項工程有一個共同點，那就是全部靠爐皮的耐熱砼墻結(jié)構(gòu)。即先在鐵皮上焊錨固釘粘硅酸鈣絕熱板，然后支模打料。這就決定了施工順序必須是先下后上，支好的墻模用內(nèi)架作支撐，支一步架，澆注一步架。施工順序如下：
下部砼澆注→砌磚→預(yù)熱器頂部掛磚→上部砼澆注。
錨固件和硅酸鈣絕熱板的安裝方法：澆注前要先焊接錨固件和鋪設(shè)硅酸鈣絕熱板。錨固件按照內(nèi)襯≥200mm用230mm×230mm的方陣進(jìn)行焊接，內(nèi)襯<200mm用150mm×150mm的方陣進(jìn)行焊接。錨固件點陣邊緣與結(jié)構(gòu)件之間的最小距離為130 mm，最大距離為350mm。錨固件點陣邊緣與預(yù)留孔 （如電偶孔）邊緣的最小距離為75mm，最大為200mm。錨固件焊接完，要在表面涂一層瀝青（目的是留出膨脹縫防止錨固件膨脹對澆注料的影響），將硅酸鈣絕熱板鋪設(shè)好，施工前在硅酸鈣絕熱板表面刷紅丹漆進(jìn)行防水處理。
窯頭、窯頭罩、冷卻器使用了大量的澆注料，因此澆注時需要使用木質(zhì)模板。模板在現(xiàn)場進(jìn)行加工，要求尺寸合適并具有一定強(qiáng)度，模板接縫處應(yīng)對齊封嚴(yán)，以防止襯里出現(xiàn)梯狀和漏漿；模板表面要光滑，為防止粘模，模板安裝前應(yīng)將其表面涂刷適量的隔離劑。
澆注料應(yīng)采用強(qiáng)力攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，嚴(yán)禁不同牌號的澆注料混合使用，攪拌時先進(jìn)行不加水干攪，時間控制在5min以上，干攪均勻后再加水，施工所用的水為飲用水，加水后攪拌時間不得低于5 min，應(yīng)攪拌均勻，不得有干料夾帶和結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。攪拌好的料在30 min內(nèi)用完，凝結(jié)后的料不能再加水?dāng)嚢枋褂谩?br />
模板內(nèi)一次裝料高度不得超過400 mm，料加入模板后攤平，使用振動棒振動。要保證快插、慢撥，振動棒要插入到下層，表面及四角都要振動。振動直至表面泛漿、排氣很少、料面不沉降為止。振動棒撥出時要輕輕緩慢拉出，以防留下孔洞和漏振。當(dāng)澆注料具有脫模強(qiáng)度后才可脫模，脫模時不能對模板和墻體進(jìn)行強(qiáng)力敲擊，以免使墻體內(nèi)部留下裂紋，從而影響澆注料的使用壽命。
2.2回轉(zhuǎn)窯窯體施工
窯體砌筑前必須嚴(yán)格按規(guī)程檢查，合格后方可施工。規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)為：窯體焊接合格、輔助傳動運轉(zhuǎn)有效、完全清除窯殼內(nèi)壁的灰塵及渣屑、對窯體內(nèi)襯磚按照厚度逐塊檢查，分類堆放待用，厚度級差按照5mm區(qū)分；凡經(jīng)加工后制品尺寸小于原整磚尺寸2/3的磚不得砌入窯內(nèi)。
窯體砌筑根據(jù)耐材結(jié)構(gòu)形式及耐材運輸條件，計劃施工順序如下：從窯頭向窯尾砌筑，鎂鋁尖晶石-高鋁磚-預(yù)制塊焊接-粘土磚-窯兩頭澆注料。窯體砌筑前必須試車完畢，運轉(zhuǎn)正常并有制動裝置，以防窯體因耐火材料的偏重而發(fā)生回轉(zhuǎn)；砌筑需轉(zhuǎn)窯時以最慢的速度運轉(zhuǎn)，砌筑完畢后窯體不準(zhǔn)隨意轉(zhuǎn)動。
砌筑內(nèi)襯的縱向基準(zhǔn)線，可用垂吊、激光經(jīng)緯儀放線，縱向控制線應(yīng)平行于基準(zhǔn)線且等分窯體，設(shè)置4條縱向控制線，用白鉛油標(biāo)記于窯體內(nèi)側(cè)。砌筑內(nèi)襯的環(huán)向基準(zhǔn)線用垂吊轉(zhuǎn)動法劃出，并應(yīng)按濕砌2米一段，干砌2米一段放控制線，劃在窯體上。
復(fù)合改性磷酸鹽磚內(nèi)襯采用干砌，環(huán)砌法（或者濕砌筑法），磚與磚之間的放射縫中夾入薄鋼板δ=1mm，每2環(huán)加1mm厚紙板膨脹縫，磚環(huán)應(yīng)相互平行并同軸向中心線垂直，由于鎂鋁尖晶石磚怕水，故加工鎂鋁尖晶石磚時采用特殊鋸片進(jìn)行干切；靠窯體砌高鋁磚時，高鋁磚下部凹槽處放置硅酸鋁纖維氈，起到降低窯溫的作用，高鋁磚采用濕砌環(huán)砌法，砌筑時磚應(yīng)緊靠窯體，其間縫隙不應(yīng)大于1mm 。
每4m為一段，每段砌體轉(zhuǎn)窯分三次進(jìn)行。砌筑時，應(yīng)從窯體的下弧開始沿圓周方向，同時均衡地向兩邊進(jìn)行，砌過半周1-2層磚后，即開始支撐加固。沿內(nèi)襯的最后幾列設(shè)置方木，方木應(yīng)壓住最外列磚磚厚的3/4，在方木之間沿長度方向每隔1-1.2M用頂撐支撐，全部支撐完畢后，要反復(fù)檢查支撐是否牢固，并在方木和磚之間的縫隙內(nèi)用木楔楔緊。
第一次轉(zhuǎn)窯，將窯體旋轉(zhuǎn)至圓周的四分之一。隨即檢查砌體是否因轉(zhuǎn)窯而產(chǎn)生松動、裂紋和與窯體脫離的情況，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)予補(bǔ)救和糾正。然后開始從窯體下半部沿圓周方向，繼續(xù)將內(nèi)襯砌至窯的水平直徑以上1-2 層磚，再次支撐加固和第二次轉(zhuǎn)窯，最后砌筑剩余的1/4周窯襯。
當(dāng)窯襯砌至最后剩4-5列磚時，進(jìn)行鎖口磚砌筑前，要通過干擺磚的方法，檢查鎖口尺寸是否合適，并用短木將鎖口處兩側(cè)砌體撐牢，然后進(jìn)行第三次轉(zhuǎn)窯，將鎖口磚處轉(zhuǎn)至窯下方，依次取下木方隨即砌筑鎖口磚，鎖口用鋼板鎖片可采用2-2.5mm鋼板，鎖口縫中不得超過一塊鋼板鎖片，每環(huán)鎖口區(qū)不應(yīng)超過6塊鎖片，并應(yīng)均勻地分布在鎖口區(qū)內(nèi)。鎖磚均應(yīng)從側(cè)面打入拱內(nèi)，如果現(xiàn)有磚型不能正好鎖緊，那么有必要對最后1-2塊磚進(jìn)行加工，鎖磚應(yīng)具有正確的楔形和平整的表面，當(dāng)需要加工時，加工后磚的厚度不得小于整磚厚度的2/3。當(dāng)鎖磚因為擋磚圈或砌到最后一塊不能從側(cè)面打入時，可將鎖口兩側(cè)磚加工成鎖口上下尺寸相等，然后將與鎖口尺寸相適應(yīng)的鎖磚從上面打入，并將其兩側(cè)用鐵板塞緊。
窯體中部高鋁磚段采用濕砌環(huán)砌法，磚與磚和環(huán)與環(huán)之間均打灰（高鋁火泥）砌筑，磚環(huán)應(yīng)相互平行并同軸向中心線垂直，其砌筑方式和鎂磚段基本相同。窯尾粘土磚段砌筑同樣采用濕砌環(huán)砌法，砌筑粘土磚時，磚與磚和環(huán)與環(huán)之間均打灰（粘土火泥）砌筑，與襯砌的輕質(zhì)高鋁磚之間不打灰。全部窯體砌筑完成、檢查、緊固后，不宜再進(jìn)行轉(zhuǎn)窯。并應(yīng)及時點火烘窯，點火前應(yīng)用帶楔形的鋼板，對干砌的砌體進(jìn)行最后的緊固，使磚環(huán)與窯體嚴(yán)密貼合。
3、回轉(zhuǎn)窯施工質(zhì)量保證措施。
3.1窯體安裝完畢，必須經(jīng)過檢查和空運轉(zhuǎn)合格后，才能進(jìn)行內(nèi)襯工程的施工。窯體內(nèi)壁要仔細(xì)地除去灰塵和渣屑，磚應(yīng)緊靠窯體，如有間隙必須在3mm之內(nèi)，并用粘土泥漿填實。
3.2砌筑內(nèi)襯時使用的縱向基準(zhǔn)線和環(huán)向基準(zhǔn)線，可根據(jù)窯軸線測出，并分別劃在窯體上，環(huán)向基準(zhǔn)線每2m劃一道，縱向基準(zhǔn)線劃六道。每圈磚都應(yīng)與窯軸垂直，窯襯砌體與窯體力求同心，每塊磚要盡可能精確地砌在應(yīng)砌的準(zhǔn)確位置上。
3.3窯內(nèi)襯砌完后至點火前，不得快速轉(zhuǎn)窯，每間隔2天對窯體進(jìn)行1/4圈轉(zhuǎn)動，防止單一方向由于重力作用而窯體變形。
五、碳酸鋰回轉(zhuǎn)窯烘爐方案及烘爐曲線
1、烘爐準(zhǔn)備
1)檢查耐火材料的砌筑和澆注是否符合規(guī)范要求;2)準(zhǔn)備烘爐所用材料,如燃料、工具、水、壓縮空氣等;3)整套系統(tǒng)的其他準(zhǔn)備工作,例如:消防系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、環(huán)境條件等。
2、烘爐曲線
回轉(zhuǎn)窯砌體的主要材料是高鋁磚、莫來石磚、高鋁澆注料等。根據(jù)回轉(zhuǎn)窯砌體的特點,典型的烘爐曲線如圖5所示。由圖可知,烘爐升溫過程主要包括3個關(guān)鍵溫度點:
第一個溫度點是150℃。此溫度點主要是完成砌體中游離水的蒸發(fā)。因為水在100℃時變?yōu)樗魵?但蒸發(fā)不快,故必須大于100℃時才能有效干燥。根據(jù)經(jīng)驗選150℃為宜,此階段脫水量不大,不能太快。如果水分排出太快,內(nèi)部殘存水分?jǐn)U散速度趕不上表面蒸發(fā)速度,內(nèi)部水會受熱變成蒸汽產(chǎn)生膨脹致使泥漿收縮發(fā)生龜裂,降低粘接強(qiáng)度,削弱砌體強(qiáng)度,澆注料更是如此。因此,由常溫至150℃的過程中,升溫不能太快,控制在10℃·h-1為宜,當(dāng)達(dá)到150℃時,還必須保溫一段時間,保證砌體充分干燥。
第二個溫度點是300℃。在此溫度點,主要是消除砌體中水分蒸發(fā)引起的膨脹及熱應(yīng)力?？紤]到高鋁磚的線膨脹系數(shù)較大,由150～300℃的過程中,升溫也不宜太快。高鋁磚一般按30～50℃·h-1升溫,可使耐火磚的膨脹均勻而且穩(wěn)定。
第三個溫度點是600℃。此溫度點主要是完成砌體中結(jié)晶水的蒸發(fā)。烘爐過程中,爐內(nèi)在此溫度點持續(xù)至少48 h,以使砌體中盡可能多的結(jié)晶水析出,使砌體徹底干燥。
在降溫初期,應(yīng)避免大量冷空氣進(jìn)入爐膛,導(dǎo)致降溫速度過快,影響砌體的強(qiáng)度。當(dāng)爐內(nèi)溫度降低到150℃以下時,可讓砌體自然冷卻,烘爐完成。
3、烘爐后的檢查
烘爐后的檢查主要為耐火材料砌體的檢查。觀察耐火材料烘干情況,檢查耐火磚的磚縫,如果出現(xiàn)松動,可用鎖縫鋼板緊固;檢查耐火材料是否出現(xiàn)裂縫,如果出現(xiàn)裂縫大于3 mm,應(yīng)用耐火澆注料填縫。
