一種用於生產硫酸法鋰鹽的系統的製作方法
2023-12-04 14:18:36
本實用新型涉及鋰鹽生產
技術領域：
，尤其涉及一種用於生產硫酸法鋰鹽的系統。
背景技術：
：鋰是一種重要的戰略性資源物質，是現代高科技產品不可或缺的重要原料。我國探明的鋰資源總儲量居世界第二位，但鋰產量只佔全球總產量的5％左右，是鋰產品的淨進口國。碳酸鋰是生產二次鋰鹽和金屬鋰製品的基礎材料，因而成為了鋰行業中用量最大的鋰產品，其他鋰產品其本上都是碳酸鋰的下遊產品。碳酸鋰的生產工藝根據原料來源的不同可以分為鹽湖滷水提取和礦石提取。目前，國外主要採用鹽湖滷水提取工藝生產碳酸鋰，我國則主要採用固體礦石提取工藝。雖然我國也在積極開採鹽湖鋰資源，但由於技術、資源等因素的限制，開發速度相對緩慢。礦石提取鋰主要是採用鋰輝石、鋰雲母等固體鋰礦石生產碳酸鋰和其他鋰產品。從礦石中提取鋰資源的歷史悠久，技術也較成熟，主要生產工藝有石灰燒結法和硫酸法，其中硫酸法是目前使用的主要方法。在除雜後進行板框過濾和蒸發濃縮，之後再進行沉鋰等後續操作，最終製得成品。蒸發濃縮需要蒸汽加熱系統對硫酸鋰溶液進行蒸發，使得溶液中的水分變為氣態逸出，從而實現濃縮的目的。這種工藝具有能源消耗大、處理成本和難度較大、成本高、耗時，效率低，汙染嚴重。除雜後的過濾多採用板框過濾方式，由於濾布孔徑大，導致其精度降低，使得呂后料液中固含量較高，而後工序沒有採用有效手段進行固體雜質攔截，使得產品品質較低；該蒸發濃縮工藝所需設備較多，維護成本和難度較高。蒸發濃縮浪費水資源的同時還對環境造成汙染，不利於企業的可持續健康發展。技術實現要素：本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用於生產硫酸法鋰鹽的系統,具有收率高、純度高、能源消耗小、成本低、處理難度小、節約時間、效率高和無汙染等優點。本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：一種用於生產硫酸法鋰鹽的系統，包括：酸浸裝置、除雜裝置、微濾膜過濾裝置、膜濃縮裝置、沉澱池、過濾器、熱水池和乾燥裝置；所述酸浸裝置用於製備硫酸鋰浸出液；所述除雜裝置與酸浸裝置相連，將硫酸鋰浸出液中的鈣鎂離子形成沉澱；所述微濾膜過濾裝置與除雜裝置相連，將除雜裝置產生的硫酸鋰浸出液過濾得到濾液；所述膜濃縮裝置與微濾膜過濾裝置相連，將濾液進行濃縮，得到透過液和濃縮液；所述沉澱池與膜濃縮裝置的濃縮液出口相連；所述過濾器與沉澱池的出口相連，分離得到碳酸鋰沉澱，所述碳酸鋰沉澱輸送至熱水池內，在熱水池內洗滌後，輸送至乾燥裝置。本實用新型的有益效果是：發明人在多年的研究中，發現蒸發濃縮具有能源消耗大、處理成本和難度較大、成本高、耗時，效率低，汙染嚴重等問題。首次提出了將膜過濾和膜濃縮用於硫酸法鋰鹽生產工藝中。並在除雜裝置和沉澱池之間設置微濾膜過濾裝置和膜濃縮裝置，將硫酸鋰溶液進行深度淨化和濃縮，具有提高產品品質、節能降耗、降低處理成本等優點。通過微濾膜過濾裝置將溶液中的懸浮物攔截，實現固液分離；在酸浸過程中產生懸浮物，如果不去除掉，會影響產品品質以及後續處理工藝難度和成本；而且由於懸浮物的物化特性，容易產生過濾材料堵塞、頻繁更換的(相對於板框壓濾機來說)問題；利用微濾膜將溶液中的懸浮物攔截，實現固液分離，具有精度高、攔截效率高的優點。通過膜濃縮裝置將鋰離子濃度提高至飽和狀態，實現料液濃縮。與現有技術中的蒸發濃縮相比，本實用新型採用的膜過濾和膜濃縮配合使用具有收率高、純度高、能源消耗小、成本低、處理難度小、節約時間、效率高、無汙染等優點。本實用新型所述的淨化濃縮工藝適用於鋰鹽生產過程中的淨化和濃縮，鋰鹽可以為碳酸鋰，也可以氫氧化鋰或者其他含鋰的化合物等等。在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。進一步，所述膜濃縮裝置為納濾膜濃縮裝置或反滲透膜濃縮裝置。採用上述進一步方案的有益效果是：通過納濾膜濃縮裝置或反滲透膜濃縮裝置可以進一步提高濃縮效果，將硫酸鋰溶液富集到鋰含量為40-50g/L的濃縮液，便於後續工藝的進行。進一步，所述納濾膜濃縮裝置的孔徑截留物質的分子量為100以上。採用上述進一步方案的有益效果是：一方面可以保證濃縮的的終濃度，一方面可以保證通量，濃縮效率高。進一步，所述微濾膜過濾裝置的微濾膜的孔徑為1-5微米。採用上述進一步方案的有益效果是：進一步提高溶液中的懸浮物的過濾效果，實現固液分離，避免對後期產品的影響。如果孔徑過小，過濾精度提高但是通量降低；如果孔徑過大，通量升高但是過濾精度降低。進一步，還包括焙燒裝置、冷卻裝置和磨礦裝置；所述焙燒裝置用於對鋰輝石焙燒；所述冷卻裝置與焙燒裝置相連，用於冷卻焙燒後的鋰輝石，得到鋰輝石焙砂；所述磨礦裝置與冷卻裝置相連，用於將鋰輝石焙砂製得鋰輝石礦粉，所述鋰輝石礦粉輸送至酸浸裝置中。進一步，所述酸浸裝置包括酸化窯和浸出槽，所述酸化窯的出口與浸出槽的入口相連，所述浸出槽的出口與除雜裝置相連。採用上述方案的有益效果是：通過上述裝置可以成功製備硫酸鋰浸出液，並用於後續的工藝中。進一步，所述膜濃縮裝置的透過液的出口與水回用系統相連。採用上述進一步方案的有益效果是：膜濃縮裝置產生的透過液返回水回用系統，可以循環利用，具有環保、節約用水等優點，顯著降低了成本。附圖說明圖1為本實用新型所述用於生產硫酸法鋰鹽的系統結構示意圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下：1、焙燒裝置，2、冷卻裝置，3、磨礦裝置，4、酸化窯，5、浸出槽，6、除雜裝置，7、微濾膜過濾裝置，8、膜處理濃縮裝置，9、沉澱池，10、真空過濾器，11、熱水池，12、乾燥裝置，13、水回用系統。具體實施方式以下結合附圖對本實用新型的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本實用新型，並非用於限定本實用新型的範圍。如圖1所示，一種用於生產硫酸法鋰鹽的系統，包括：焙燒裝置1、冷卻裝置2、磨礦裝置3、酸浸裝置、除雜裝置6、微濾膜過濾裝置7、膜濃縮裝置8、沉澱池9、過濾器、熱水池11和乾燥裝置12；所述焙燒裝置1用於對鋰輝石焙燒；所述冷卻裝置2與焙燒裝置1相連，用於冷卻焙燒後的鋰輝石，得到鋰輝石焙砂；所述磨礦裝置3與冷卻裝置2相連，用於將鋰輝石焙砂製得鋰輝石礦粉，所述鋰輝石礦粉輸送至酸浸裝置中。所述酸浸裝置用於製備硫酸鋰浸出液；所述酸浸裝置包括酸化窯4和浸出槽5，所述酸化窯4的出口與浸出槽5的入口相連，所述浸出槽5的出口與除雜裝置相連。所述除雜裝置6與酸浸裝置相連，將硫酸鋰浸出液中的鈣鎂離子形成沉澱。所述微濾膜過濾裝置7與除雜裝置6相連，將除雜裝置6產生的硫酸鋰浸出液過濾得到濾液，同時去除鈣鎂等雜質以及懸浮物；所述膜濃縮裝置8與微濾膜過濾裝置7相連，將濾液進行濃縮，得到透過液和濃縮液；所述膜濃縮裝置8的透過液的出口與水回用系統13相連。所述沉澱池9與膜濃縮裝置8的濃縮液出口相連；所述過濾器與沉澱池9的出口相連，分離得到碳酸鋰沉澱，所述碳酸鋰沉澱輸送至熱水池11內，在熱水池11內洗滌後，輸送至乾燥裝置12。所述過濾器為真空過濾器10。所述膜濃縮裝置8為納濾膜濃縮裝置8或反滲透膜濃縮裝置8。所述納濾膜濃縮裝置8的孔徑截留物質的分子量為100-300。所述微濾膜過濾裝置7的微濾膜的孔徑為1-5微米。本實用新型對於膜過濾以及膜濃縮過程中的膜材料沒有特殊嚴格的限制。均可以從市售獲得或者常規方法製備。微濾膜根據成膜材料分為無機膜和有機高分子膜，無機膜又分為陶瓷膜、金屬膜和金屬間化合物多孔材料，有機高分子膜又分為天然高分子膜和合成高分子膜；根據膜的形式又分為平板膜、管式膜、卷式膜和中空纖維膜；根據制膜原理，高分子膜的製備方法分為溶出法(幹-溼法)、拉伸成孔法、相轉化法、熱致相法，浸塗法、輻照法、表面化學改性法、核徑跡法、動力形成法等，無機膜的製備方法主要有溶膠-凝膠法、燒結法、化學沉澱法等。應用較廣的應該屬於有機高分子中空纖維膜，主要的微濾膜品種有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碸(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)等。納濾膜的材質為高分子材料，主要是聚醯胺(PA)、聚乙烯醇(PvA)、磺化聚碸(sPS)、磺化聚醚碸(sPEs)、醋酸纖維素(cA)及其衍生物等。常見的反滲透膜材料有兩大類，即醋酸纖維素膜元件和複合膜元件。(1)醋酸纖維素膜元件一般用纖維素經酯化生成三醋酸纖維，再經二次水解成混合一、二、三醋酸纖維。影響膜的脫鹽率與產水量最重要的因素是乙醯含量高則脫鹽率高，但產水量少。醋酸纖維素膜本質上的弱點是，隨時間的推移，酯基官能團將水解，同時脫鹽率逐漸下降而流量增加，隨著水解作用的加強，膜更易受到微生物侵襲，同時膜本身也將失去它的功能和完整性。(2)複合膜元件複合膜的主要支持結構是經砑光機砑光後的聚酯無紡織物，其表面無鬆散纖維並且堅硬光滑，由於聚酯無紡織物非常不規則並且太疏鬆，不適合作為鹽屏障層的底層，因而將微孔工程塑料聚碸澆注在非紡織物表面上，聚碸層表面的孔控制在大約15nm，屏障層採用高交聯度的芳香聚醯胺，厚度大約在0.2um。高交聯度芳香聚醯胺由苯三醯氯和苯二胺聚合而成。在具體操作時，利用上述系統可以採取下面的工藝進行硫酸法鋰鹽的生產。1)酸浸：將預處理後的鋰輝石礦粉浸入硫酸溶液中，得到硫酸鋰浸出液。預處理的具體方法為：取鋰輝石精礦置於焙燒裝置1中，在1100-1200℃下對鋰輝石精礦焙燒0.5-2小時，之後輸送至冷卻裝置2，在冷卻裝置2中冷卻降溫至80-145℃，得鋰輝石焙砂；將鋰輝石焙砂輸送至磨礦裝置3中，利用磨礦裝置3對鋰輝石焙砂進行磨礦，得粒徑小於80目的鋰輝石礦粉。酸浸的反應條件為：向鋰輝石礦粉中加入濃度93％-98％的硫酸，並在酸化窯4中於250-300℃的條件下焙燒，得到酸熟料，控制酸熟料的殘酸質量百分含量為3％-6％；將酸熟料置於浸出槽5中，向酸熟料中加入碳酸鈣，碳酸鈣的加入摩爾量為殘酸摩爾量的1.1倍，得混合物，向混合物中加水，當混合物的pH值在5.5-6.0時，進行過濾，得到固含量10％以上的硫酸鋰浸出液。2)將硫酸鋰浸出液採用除雜裝置6進行除雜處理，沉澱鈣鎂離子，得到經除雜處理的含有鋰的浸出液。3)膜過濾：將步驟2)經除雜處理的含有鋰的浸出液利用微濾膜過濾裝置7進行膜過濾，膜過濾的孔徑為1-5μm，膜過濾的溫度為0-100℃，膜過濾的壓力為0.02-0.2Mpa，得到濾液和固體雜質。4)膜濃縮：將步驟3)得到的濾液利用納濾膜濃縮裝置或反滲透膜濃縮裝置進行膜濃縮，得到透過液和濃縮液(將硫酸鋰溶液富集到鋰含量為50g/L的濃縮液)，將透過液返回水回用系統13。5)沉鋰：將濃縮液輸送至沉澱池9中，並向濃縮液中加入純鹼飽和溶液，使碳酸鋰沉澱，利用真空過濾器10過濾分離，得到碳酸鋰沉澱。6)在熱水池11中，將碳酸鋰沉澱利用熱水洗滌碳酸鋰，熱水的溫度為40-90℃，分離，利用乾燥裝置12乾燥，製得成品碳酸鋰。本實用新型實施例中的膜過濾的微濾膜的材質為陶瓷膜或金屬間化合物多孔材料，尤其採用金屬間化合物多孔材料的過濾效果更好，由於酸浸過程後產生的浸出液中，過濾性能差極易堵塞，通過金屬間化合物多孔材料並設置合適的過濾條件可以保證長時間穩定運行、過濾效果好。本實用新型實施例中的膜濃縮的材料為高分子材料。下面通過一些具體的實施例來進行具體介紹。實施例1硫酸法鋰鹽的生產工藝包括以下步驟：1)酸浸：將預處理後的鋰輝石礦粉浸入硫酸溶液中，得到硫酸鋰浸出液。預處理的具體方法為：取鋰輝石精礦置於焙燒裝置1中，在1100℃下對鋰輝石精礦焙燒0.5小時，之後輸送至冷卻裝置2，在冷卻裝置2中冷卻降溫至80℃，得鋰輝石焙砂；將鋰輝石焙砂輸送至磨礦裝置3中，利用磨礦裝置3對鋰輝石焙砂進行磨礦，得粒徑小於80目的鋰輝石礦粉。酸浸的反應條件為：向鋰輝石礦粉中加入濃度93％-98％的硫酸，並在酸化窯4中於250℃的條件下焙燒，得到酸熟料，控制酸熟料的殘酸質量百分含量為3％；將酸熟料置於浸出槽5中，向酸熟料中加入碳酸鈣，碳酸鈣的加入摩爾量為殘酸摩爾量的1.1倍，得混合物，向混合物中加水，當混合物的pH值在5.5時，進行過濾，得到固含量10％以上的硫酸鋰浸出液。2)將硫酸鋰浸出液採用除雜裝置6進行除雜處理，沉澱鈣鎂離子，得到經除雜處理的含有鋰的浸出液。3)膜過濾：將步驟2)經除雜處理的含有鋰的浸出液利用微濾膜過濾裝置7進行膜過濾，膜過濾的孔徑為1μm，膜過濾的溫度為0℃，膜過濾的壓力為0.02Mpa，得到濾液和固體雜質。4)膜濃縮：將步驟3)得到的濾液利用納濾膜濃縮裝置進行膜濃縮，得到透過液和濃縮液(將硫酸鋰溶液富集到鋰含量為50g/L的濃縮液)，使用納 濾膜進行膜濃縮時，溫度為0℃，壓力為10Mpa，截留物質的分子量為100，將透過液返回水回用系統13。5)沉鋰：將濃縮液輸送至沉澱池9中，並向濃縮液中加入純鹼飽和溶液，使碳酸鋰沉澱，利用真空過濾器10過濾分離，得到碳酸鋰沉澱。6)在熱水池11中，將碳酸鋰沉澱利用熱水洗滌碳酸鋰，熱水的溫度為40℃，分離，利用乾燥裝置12乾燥，製得成品碳酸鋰。實施例2硫酸法鋰鹽的生產工藝包括以下步驟：1)酸浸：將預處理後的鋰輝石礦粉浸入硫酸溶液中，得到硫酸鋰浸出液。預處理的具體方法為：取鋰輝石精礦置於焙燒裝置1中，在1200℃下對鋰輝石精礦焙燒2小時，之後輸送至冷卻裝置2，在冷卻裝置2中冷卻降溫至145℃，得鋰輝石焙砂；將鋰輝石焙砂輸送至磨礦裝置3中，利用磨礦裝置3對鋰輝石焙砂進行磨礦，得粒徑小於80目的鋰輝石礦粉。酸浸的反應條件為：向鋰輝石礦粉中加入濃度98％的硫酸，並在酸化窯4中於300℃的條件下焙燒，得到酸熟料，控制酸熟料的殘酸質量百分含量為6％；將酸熟料置於浸出槽5中，向酸熟料中加入碳酸鈣，碳酸鈣的加入摩爾量為殘酸摩爾量的1.1倍，得混合物，向混合物中加水，當混合物的pH值在6.0時，進行過濾，得到固含量10％以上的硫酸鋰浸出液。2)將硫酸鋰浸出液採用除雜裝置6進行除雜處理，沉澱鈣鎂，得到經除雜處理的含有鋰的浸出液。3)膜過濾：將步驟2)經除雜處理的含有鋰的浸出液利用微濾膜過濾裝置7進行膜過濾，膜過濾的孔徑為5μm，膜過濾的溫度為100℃，膜過濾的壓力為0.2Mpa，得到濾液和固體雜質。4)膜濃縮：將步驟3)得到的濾液利用反滲透膜濃縮裝置進行膜濃縮，得 到透過液和濃縮液(將硫酸鋰溶液富集到鋰含量為40g/L的濃縮液)，使用納濾膜進行膜濃縮時，溫度為40℃，壓力為20Mpa，截留物質的分子量為300，將透過液返回水回用系統。5)沉鋰：將濃縮液輸送至沉澱池9中，並向濃縮液中加入純鹼飽和溶液，使碳酸鋰沉澱，利用真空過濾器10過濾分離，得到碳酸鋰沉澱。7)在熱水池11中，將碳酸鋰沉澱利用熱水洗滌碳酸鋰，熱水的溫度為90℃，分離，利用乾燥裝置12乾燥，製得成品碳酸鋰。實施例3硫酸法鋰鹽的生產工藝包括以下步驟：1)酸浸：將預處理後的鋰輝石礦粉浸入硫酸溶液中，得到硫酸鋰浸出液。預處理的具體方法為：取鋰輝石精礦置於焙燒裝置1中，在1150℃下對鋰輝石精礦焙燒1小時，之後輸送至冷卻裝置2，在冷卻裝置2中冷卻降溫至120℃，得鋰輝石焙砂；將鋰輝石焙砂輸送至磨礦裝置3中，利用磨礦裝置3對鋰輝石焙砂進行磨礦，得粒徑小於80目的鋰輝石礦粉。酸浸的反應條件為：向鋰輝石礦粉中加入濃度95％的硫酸，並在酸化窯4中於280℃的條件下焙燒，得到酸熟料，控制酸熟料的殘酸質量百分含量為5％；將酸熟料置於浸出槽5中，向酸熟料中加入碳酸鈣，碳酸鈣的加入摩爾量為殘酸摩爾量的1.1倍，得混合物，向混合物中加水，當混合物的pH值在5.8時，進行過濾，得到固含量10％以上的硫酸鋰浸出液。2)將硫酸鋰浸出液採用膜過濾除雜裝置6進行除雜處理，沉澱鈣鎂離子，得到經除雜處理的含有鋰的浸出液。3)膜過濾：將步驟2)經除雜處理的含有鋰的浸出液利用微濾膜過濾裝置7進行膜過濾，膜過濾的孔徑為2μm，膜過濾的溫度為50℃，膜過濾的壓力為0.1Mpa，得到濾液和固體雜質。4)膜濃縮：將步驟3)得到的濾液利用納濾膜濃縮裝置進行膜濃縮，得到 透過液和濃縮液(將硫酸鋰溶液富集到鋰含量為45g/L的濃縮液)，使用納濾膜進行膜濃縮時，溫度為20℃，壓力為15Mpa，截留物質的分子量為200，將透過液返回水回用系統13。5)沉鋰：將濃縮液輸送至沉澱池9中，並向濃縮液中加入純鹼飽和溶液，使碳酸鋰沉澱，利用真空過濾器10過濾分離，得到碳酸鋰沉澱。6)在熱水池11中，將碳酸鋰沉澱利用熱水洗滌碳酸鋰，熱水的溫度為60℃，分離，利用乾燥裝置12乾燥，製得成品碳酸鋰。發明人在研究中還進行了膜過濾孔徑的調整試驗，具體操作為：在實施例1的基礎調整膜過濾的孔徑，其他的參數以及步驟不變。試驗結果如表1。根據表1的實驗結果，可以看出，孔徑越小，固體的顆粒攔截率越高，當孔徑為0.1-5微米之間時，固體顆粒攔截率均可以達到90％以上，尤其孔徑在0.1-1微米之間，固體顆粒攔截率均可以達到99.9％。但是，發明人在研究中發現，孔徑在0.1-1微米之間，通量很低，過濾時間較長且容易阻塞顧慮孔，使製得的成品碳酸鋰的收率下降、成本升高。因此，綜合考慮後，將膜過濾的孔徑在1-5微米之間，可以同時保證固體顆粒攔截率效果好，通量好、成品碳酸鋰的收率高、成品碳酸鋰的純度高。表1膜過濾的孔徑(微米)固體顆粒攔截率膜過濾通量(m3/h.㎡)0.199.9％0.20.599.9％0.31(即實施例1)99.9％0.6395％0.7592％0.8788％0.851086％0.91582.5％1.01881％1.12078％1.2在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語「相連」「連接」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連,例如：管道、傳送帶等連接，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3