一種硫酸鋰濃縮液的生產裝置的製作方法

2023-05-21 20:59:06

本實用新型涉及鋰鹽生產技術領域，具體涉及一種硫酸鋰濃縮液的生產裝置。

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。

而在目前硫酸法生產碳酸鋰生產過程中，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。蒸發濃縮具有以下缺點：

(1)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。這種工藝決定了大量的能源消耗，處理成本和難度較大。

(2)該蒸發濃縮工藝所需設備較多，維護成本和難度較高；

(3)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。

(4)濃縮得到的硫酸鋰濃縮液濃度較高，同時裡面的固體雜質的含量也會隨之增高，而影響到產品的純度。

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硫酸鋰濃縮液的生產裝置，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：一種硫酸鋰濃縮液的生產裝置，該生產裝置包括膜濃縮裝置和精密過濾裝置；

所述膜濃縮裝置包括第一錯流過濾器和使硫酸鋰濃縮液流動進入第一錯流過濾器的液體泵，所述第一錯流過濾器包括第一外殼和設置在第一外殼內部的濃縮膜，所述濃縮膜將第一外殼內腔分為濃縮腔和濾液腔，所述第一外殼上設置有料液入口、第一濃縮液出口和透過液出口，所述料液入口、第一濃縮液出口均與所述濃縮腔連通，所述透過液出口與所述濾液腔連通；

所述精密過濾裝置包括第二錯流過濾器，所述第二錯流過濾器包括第二外殼和設置在第二外殼內部的過濾膜，所述過濾膜將第二外殼內腔分為濾前腔和濾後腔，所述第二外殼上設置有濃縮液入口和第二濃縮液出口，所述濃縮液入口與所述濾前腔連通，所述第二濃縮液出口與所述濾後腔連通，所述濃縮液入口通過管道與所述第一濃縮液出口連通。

採用上述技術方案的有益效果為：採用膜濃縮裝置對硫酸鋰溶液中的鋰離子進行攔截，將多餘的水分分離出去，提高硫酸鋰溶液中總的鋰離子含量，濃縮得到硫酸鋰濃縮液，而分離得到的透過液其純淨度較高，可以繼續循環應用到生產過程中，並採用精密過濾裝置對濃縮得到的硫酸鋰濃縮液進行精密過濾，除去硫酸鋰濃縮液中的固體雜質和一些大分子溶質類雜質，使硫酸鋰濃縮液具有較高的純度；與現有技術中的生產工藝相比，本實用新型採用的膜濃縮技術具有能源消耗小、生產成本低、濃縮效率高、處理難度小、環境汙染小、產品收率高等優點，並且在濃縮之後進行精密過濾，保證了生產得到的硫酸鋰濃縮液具有優良的品質和較高的純度。本實用新型的濃縮和過濾過程中均採用錯流過濾器，溶液平行於濃縮膜的膜面流動，在流經濃縮膜的膜面時產生的剪切力能夠將濃縮膜的膜面滯留的溶質帶走，因此能夠很好地保證濃縮的濃度和過濾精度，同時保證了濃縮膜和過濾膜的過濾通量。

作為優選，所述濃縮膜為RO膜或者NF膜，所述過濾膜為UF膜或者MF膜。

採用上述技術方案的有益效果為：利用RO膜或者NF膜能夠有效的攔截硫酸鋰溶液中的鋰離子，保證對硫酸鋰溶液具有良好的濃縮效果；由於UF膜和MF膜的過濾精度均比較高，利用UF膜或者MF膜作為過濾膜能夠對硫酸鋰溶液中經濃縮後含量增加的雜質進行有效過濾，提高硫酸鋰濃縮液的純度。

進一步地，所述濃縮膜為DTRO膜。

採用上述技術方案的有益效果為：DTRO膜即碟管式反滲透膜，在壓力的作用下，基本只有水分子透過DTRO膜，保證了對鋰離子的有效攔截，對溶液的濃縮倍數高，並且能有效減少膜的結垢，膜汙染較輕，清洗周期長，同時DT的特殊結構及水力學設計使膜組易於清洗，清洗後通量恢復性非常好，從而延長了膜片壽命，因此利用DTRO膜更加利於保持第一錯流過濾器的濃縮的穩定性。

作為優選，該生產裝置還包括料液槽和濃縮液收集箱，所述液體泵通過管道與所述料液槽連通，所述濃縮液收集箱通過管道與所述第二濃縮液出口連通。

採用上述技術方案的有益效果為：液體泵工作使料液槽內的硫酸鋰溶液流入第一錯流過濾器進行濃縮後，得到硫酸鋰濃縮液，硫酸鋰濃縮液流入第二錯流過濾器進行過濾，過濾後的硫酸鋰濃縮液進入濃縮液收集箱進行存儲。

作為優選，所述液體泵為低壓泵，所述膜濃縮裝置還包括保安過濾器和循環泵，所述低壓泵、保安過濾器、循環泵和所述料液入口通過管道依次連通，所述第一濃縮液出口還通過管道連通所述循環泵。

採用上述技術方案的有益效果為：低壓泵使料液槽內的硫酸鋰溶液進入保安過濾器進行過濾，保安過濾器可以防止外部的大顆粒雜質進入而汙染硫酸鋰溶液；循環泵對硫酸鋰溶液進行增壓，增壓後的硫酸鋰溶液從料液副口進入第一錯流過濾器的濃縮腔內，水分子透過濃縮膜進入濾液腔，達到對濃縮腔內的硫酸鋰溶液進行濃縮的目的，經濃縮得到的硫酸鋰濃縮液如果濃度未達到濃度要求時，可以再次經循環泵增壓進入到第一第一錯流過濾器的濃縮腔內進行濃縮。

作為優選，所述濃縮液出口設置有用於檢測硫酸鋰濃縮液濃度的液體濃度傳感器。

採用上述技術方案的有益效果為：通過液體濃度傳感器可以檢測硫酸鋰濃縮液是否達到了濃縮的濃度要求。

作為優選，在所述第一濃縮液出口與所述濃縮液入口連通的管道上設置有第一閥門，在所述第一濃縮液出口與循環泵連通的管道上設置有第二閥門，當所述第一閥門關閉，所述第二閥門打開時，所述第一濃縮液出口與所述循環泵連通，當所述第二閥門關閉，所述第一閥門打開時，所述第一濃縮液出口與所述濃縮液入口連通。

採用上述技術方案的有益效果為：當液體濃度傳感器檢測到從第一濃縮液出口流出的硫酸鋰濃縮液的濃度未達到濃縮要求之前，第一閥門始終保持關閉狀態，第二閥門打開，從第一濃縮液出口流出的硫酸鋰濃縮液繼續流向循環泵方向然後再次進入錯流過濾器進行濃縮，如此循環往復，直至液體濃度傳感器檢測到從第一濃縮液出口流出的硫酸鋰濃縮液的濃度達到濃縮要求之後，第一閥門打開，第二閥門關閉，從第一濃縮液出口流出的硫酸鋰濃縮液即可流入第二錯流過濾器內進行精密過濾。

作為優選，在所述料液槽與低壓泵連通的管道上設置有液體流量傳感器，在所述保安過濾器與循環泵之間的管道上設置有第三閥門，當所述第二閥門打開，所述第三閥門關閉時，所述循環泵與所述第一濃縮液出口連通，所述第一閥門、第二閥門和第三閥門均為電磁閥。

採用上述技術方案的有益效果為：這樣在料液槽排空後，僅對未達到濃縮要求的硫酸鋰濃縮液進行循環濃縮，此時即可關閉第三閥門，並關閉低壓泵，減少能源的浪費，同時也避免硫酸鋰濃縮液向料液槽方向倒流第一閥門、第二閥門和第三閥門均採用電磁閥，可以實現對各個閥門的打開和關閉動作的自動控制。

作為優選，在所述第一濃縮液出口和濃縮液入口連通的管道上設置有減壓泵。

採用上述技術方案的有益效果為：減壓泵起到降低進入第二錯流過濾器內的硫酸鋰濃縮液的壓力，保證過濾的精度，同時也可以起到保護過濾膜的作用，避免過大的壓力對過濾膜造成損壞，延長過濾膜的使用壽命。

作為優選，所述膜濃縮裝置還包括透過液收集箱，所述透過液收集箱通過管道與所述透過液出口連通，所述透過液收集箱與透過液出口連通的管道上設置有第四閥門，所述第一外殼上設置有與所述濾液腔連通的清洗接口，所述清洗接口外接清洗管，所述清洗管上設置有清洗閥門，所述清洗接口和第四閥門均為電磁閥。

採用上述技術方案的有益效果為：通過清洗接口連接清洗裝置，可以定期對濃縮膜進行清洗，進一步保證了濃縮膜的過濾通量；清洗閥門和第四閥門採用電磁閥可以實現自動控制打開和關閉的動作。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1、料液槽，2、液體流量傳感器，3、低壓泵，4、保安過濾器，5、第三閥門，6、循環泵，7、第一錯流過濾器，8、透過液收集箱，9、第四閥門，10、液體濃度傳感器，11、第一閥門，12、第二閥門，13、減壓泵，14、第二錯流過濾器，15、濃縮液收集箱，100、膜濃縮裝置，200、精密過濾裝置。

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。

實施例

如圖1所示，一種硫酸鋰濃縮液的生產裝置，該生產裝置包括依次連接的料液槽1、膜濃縮裝置100、精密過濾裝置200和濃縮液收集箱15。

所述精密過濾裝置200包括第二錯流過濾器14和減壓泵13。所述第二錯流過濾器14包括第二外殼和設置在第二外殼內部的過濾膜，所述過濾膜為UF膜(即超濾膜)或者MF膜(即微濾膜)，在壓力的作用下，水和硫酸鋰溶質透過膜，而大於膜孔的微粒、大分子等(主要是硫酸鈣等雜質)由於篩分作用被截留，從而使硫酸鋰濃縮液得到淨化。在本實施例中，所述過濾膜優選採用UF膜。

所述過濾膜將第二外殼內腔分為濾前腔和濾液腔，所述第二外殼上還設置有濃縮液入口和第二濃縮液出口，所述濃縮液入口與所述濾前腔連通，所述第二濃縮液出口與所述濾後腔連通，所述第二濃縮液出口與所述濃縮液收集箱15通過管道連接。

所述膜濃縮裝置100包括液體泵、保安過濾器4、第三閥門5、循環泵6、第一錯流過濾器7、第四閥門9、透過液收集箱8、液體濃度傳感器10、第一閥門11和第二閥門12，所述液體泵為低壓泵3。所述料液槽1、低壓泵3、保安過濾器4、第三閥門5和循環泵6的進口通過管道依次連接，在所述料液槽1與低壓泵3連通的管道上設置有液體流量傳感器2。

所述第一錯流過濾器7包括第一外殼和設置在第一外殼內部的濃縮膜，所述濃縮膜為RO膜(即反滲透膜)，在壓力的作用下，基本只有水分子透過濃縮膜，保證了對鋰離子的有效攔截。所述濃縮膜也可以採用NF膜(即納濾膜)，其濃縮倍數相對採用RO膜更低，適用於濃縮濃度要求低的硫酸鋰溶液的生產。在本實施例中，所述濃縮膜優選採用DTRO膜。DTRO膜即碟管式反滲透膜，適合於處理過濾高濃度的液體，能有效減少膜的結垢，膜汙染較輕，清洗周期長，同時DT的特殊結構及水力學設計使膜組易於清洗，清洗後通量恢復性非常好，從而延長了膜片壽命，因此利用DTRO膜更加利於保持第一錯流過濾器7過濾濃縮的穩定性。

所述濃縮膜將第一外殼內腔分為濃縮腔和濾液腔，所述第一外殼上還設置有料液入口、第一濃縮液出口、透過液出口和清洗接口，所述料液入口、第一濃縮液出口均與所述濃縮腔連通，所述透過液出口、清洗接口均與所述濾液腔連通。

所述循環泵6的出口通過管道與所述料液入口連接，所述透過液收集箱8通過管道與所述透過液出口連接，所述第四閥門9設置在所述透過液收集箱8與透過液出口連通的管道上，所述清洗接口外接清洗管，所述清洗管上設置有清洗閥門(清洗管道和清洗閥門未在圖中示出，清洗管道和清洗閥門均為現有技術中的部件，二者在本實用新型中的設置，本領域技術人員根據說明書中本部分的描述即可充分理解並重現其結構)。

所述液體濃度傳感器10設置在所述第一濃縮液出口處，對第一濃縮液出口處的硫酸鋰濃縮液進行濃度檢測。所述第一濃縮液出口還設置有一端與其連通的管道，該管道另一端通過三通接頭另外連接兩根管道，該兩根管道中的其中一根上設置所述第一閥門11並連通至所述第二錯流過濾器14的濃縮液入口，另一根上設置所述第二閥門12並連通至所述第三閥門5與循環泵6之間的管道。所述減壓泵13設置在所述第一閥門11與第二錯流過濾器14的濃縮液入口連通的管道上。

作為優選，所述清洗閥門、第四閥門9、第一閥門11、第二閥門12和第三閥門5均為電磁閥。

本實用新型的生產裝置配置有控制系統，該控制系統可以接收液體流量傳感器2和液體濃度傳感器10的信號，並可以對低壓泵3、循環泵6、減壓泵13、第一閥門11、第二閥門12、第三閥門5、第四閥門9和清洗閥門進行自動控制。

使用本實用新型的生產裝置進行硫酸鋰濃縮液的生產時，所述控制系統控制低壓泵3工作使料液槽1內的硫酸鋰溶液進入保安過濾器4，防止外部的大顆粒雜質進入而汙染硫酸鋰溶液，此時第三閥門5處於打開狀態，同時循環泵6工作對硫酸鋰溶液進行增壓，增壓後的硫酸鋰溶液從料液入口進入第一錯流過濾器7的濃縮腔內，水分子透過濃縮膜進入濾液腔，達到對濃縮腔內的硫酸鋰溶液進行濃縮的目的。

在整個濃縮過程中，控制系統控制第四閥門9保持打開狀態，使濾液腔連通透過液收集箱8，濃縮得到的濾過液可以從濾過液出口流入透過液收集箱8進行保存。濃縮得到的硫酸鋰濃縮液從第一濃縮液出口流出，當液體濃度傳感器10檢測到硫酸鋰溶液未達到濃度要求時，所述控制系統控制所述第一閥門11關閉，控制所述第二閥門12打開，所述第一濃縮液出口與所述循環泵6連通，未達到濃度要求的硫酸鋰濃縮液再次進入第一錯流過濾器7內進行濃縮，這樣避免未達到濃度要求的硫酸鋰濃縮液流向第二錯流過濾器14中，此時減壓泵13不工作；當液體濃度傳感器10檢測到硫酸鋰濃縮液已達到濃度要求時，所述控制系統控制所述第二閥門12關閉，控制所述第一閥門11打開，所述濃縮液出口與減壓泵13以及第二錯流過濾器14連通，同時控制系統控制減壓泵13開始工作，達到濃度要求的硫酸鋰濃縮液即可流向第二錯流過濾器14進行過濾，經第二錯流過濾器14過濾後的硫酸鋰濃縮液從第二濃縮液出口流入濃縮液收集箱15內進行保存。

在料液槽11排空後，液體流量傳感器2檢測不到液體通過，所述控制系統控制所述第三閥門5關閉，並控制低壓泵3停止工作。此時，硫酸鋰濃縮液僅進行循環濃縮工作，這樣既減少了能源的浪費，同時也避免硫酸鋰濃縮液向料液槽1方向倒流。

為了保證濃縮膜的膜通量，延長濃縮膜的使用壽命，需要定期對濃縮膜進行清洗，通過清洗接口外接清洗裝置，清洗時，所述控制系統控制所述清洗閥門打開，控制所述第四閥門9關閉，避免清洗液從透過液出口流出。

另外，也可以在第二外殼上設置清洗接口，並設置閥門，連接清洗裝置對過濾膜進行定期的清洗。

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。