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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、醫藥和食品等工業中應用廣泛，亦可用于合成橡膠、染料、半導體、軍事工業、電視機、原子能、醫藥、催化劑等方面。用于制取聲學級單晶，光學級單晶。還可用于治療狂燥性精神病，制作鎮靜劑等。
碳酸鋰在工業生產中有著比較廣泛的應用，也是藥劑學中的重要原料之一，在化工產業的發展中，也扮演者非常重要的角色。
從碳酸鋰中衍生出來的玻璃可以用于烤箱用具。碳酸鋰是低火和高火陶瓷釉的常見成分。它的堿性有利于改變釉料中金屬氧化物著色劑的狀態，尤其是紅色氧化鐵(Fe2O3)。制備碳酸鋰時，水泥凝固更快，可用于瓷磚粘合劑。添加到三氟化鋁中，會形成LiF，為鋁加工提供的電解質。鈷酸鋰制成的鋰離子電池陰極。對于雙相情感障礙的治療，是世界衛生組織基本藥物目錄中很重要的藥物列表。
碳酸鋰生產工藝流程的基本原理是在于硫酸與鋰輝石在250~300℃下發生置換反應，生成硫酸鋰。這一反應只能發生于結構較為疏松的鋰輝石，先將選礦獲得的鋰輝石精礦，在回轉窯中高溫焙燒，冷卻后與足量的硫酸混合，送入250℃酸化回轉爐中進行硫酸焙燒。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PH至11，加碳酸鈉除鈣、鎂、鐵、鋁等雜質。清液蒸發稱含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，得到碳酸鋰產品，回收率在90%左右。
碳酸鋰生產工藝流程生產碳酸鋰收率較高，將鋰輝石與硫酸鹽混合燒結生產，在一定溫度下混合燒結，經一系列物理、化學反應后，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，主要雜質則生成難溶于水的化合物，然后將燒結后的熟料浸出分離，鋰離子進入溶液，經凈化、濃縮、沉淀后得到碳酸鋰產品。
碳酸鋰生產工藝流程生產工業級碳酸鋰的方法有兩種：一是采用傳統的鋰礦石，如鋰輝石、鋰云母等生產，二是采用含鋰鹵水，如鹽湖鹵水、地下鹵水等生產。產品中均含有一定量的水溶性雜質和水不溶性雜質，不能滿足電池級微粉碳酸鋰質量要求，需要精制處理。根據原料的性質及雜質的種類，可采用不同的精制方法除去雜質。
