CN110004457A - 一种适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以碳酸锂为原料采用双极膜法制备氢氧化锂的双极膜装置。包括：阳极液进口，阴极接线柱、阳极液出口、阴极液出口；其特征在于，在靠近夹紧板内侧放置有极液流道板，在极液流道板的内侧放置有铂钽铱电极，在铂钽铱电极开始向内依次放置有对锂截留率大于98%的双极膜，阻碱阳膜、阻酸阴膜为一组的膜组；在极液流道板上分别开设有阳极液进口和阳极液出口，以及阴极液进口和阴极液出口；料液进口和氢氧化锂出口、以及浓酸进口和浓酸出口分别开设于两块夹紧板，与外界连通。由于采用新开发的耐强酸对锂截留率大于98%的双极膜，使装置的整体寿命大幅提高到3年以上、氢氧化锂的收率从原来的95‑98%提高到98%以上、每生产一吨单水氢氧锂转化能耗下降到2000度电以下。
Description
技术领域
本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置。
背景技术
生产碳酸锂的主要原料是盐湖卤水（矿石法由于成本高在全球产能很小），因此规模化生产碳酸锂的企业必须拥有锂资源储量较为丰富的盐湖资源开采权，这使得该行业具备较高的资源壁垒；另一方面，由于全球盐湖绝大多数资源都是高镁低锂型，而从高镁低锂老卤中提纯分离碳酸锂的工艺技术难度很大，之前这些技术仅掌握在少数国外公司手中，这使得碳酸锂行业又具备了技术壁垒。因此，造就了碳酸锂行业的全球寡头垄断格局。
目前全球碳酸锂市场集中度非常高。在我国的几个大型项目投产前，全球主要产能集中在SQM、FMC、和Chemetall三家手中；资料显示，碳酸锂产品虽然存在一定的资源和技术壁垒，但我国具备可开采价值的盐湖还是不少，技术除中信国安、西藏矿业外盐湖集团也面临突破，行业的壁垒正逐渐削弱。
双极膜是一种具有特殊功能的离子交换膜，它在电场作用下其中间层发生水解离，产生H+和OH-离子。而双极膜电渗析技术就是将这种特殊功能复合到普通电渗析中，从而可以实现即时酸/碱的生产/再生，或者酸化和/或碱化。该技术可以广泛应用于食品加工、化工合成和环境保护等领域，由于其技术先进性、经济竞争性和环境友好性，双极膜电渗析技术被誉为一种可持续发展技术。将双极膜电渗析技术应用于传统有机酸或有机碱的生产/再生过程中，不仅可以实现有机酸盐或有机碱盐的转化，而且产生的NaOH或HCl可以回用于生成过程中。
目前国外的双极膜技术在几年前就进行了工业化应用，并针对不同应用领域开发了一系列的双极膜产品。以德国与日本为代表的国外制膜技术属于第三代技术，而制膜设备及支撑布的生产是以德国、日本、瑞士为最先进。以德国为代表的欧洲国家，双极膜技术的产业化程度较高。而日本主要是均相膜电渗析膜、氯碱膜的产业化程度较高。
目前双极膜的应用主要是欧洲国家，主要应用为烟道气脱硫、天然气脱硫、甲醇钠制备、HF与HNO3的回收、甲磺酸制备、二甲基异丙胺再生、氨基酸制备、医药中间体制备等高端领域的应用。而对于葡萄糖酸、乳酸、酒石酸等普通有机酸的制备应用较少，这些产品他们主要是从中国等发展中国家进口，其成本比较他们自己用双极膜生产更便宜。
近几年来，以均相膜为代表的电膜技术在国内外开始活跃，应用领域日益扩大，特别在节能减排、资源回收领域发挥反渗透与蒸发法无可取代的地位。目前以中国科技大学的徐铜文教授为代表的研究队伍，发展了多项国际领先的均相膜、双极膜、扩散渗析膜的制膜理论与方法。水处理中心在八十年代起就开始研究双极膜技术，只是在九十年代后几乎处于停顿状态。另外，目前有多个大学与科研院所都对均相膜、双极膜进行了研究。
采用双极膜法制备氢氧化锂也有众多人进行研究，如中国发明专利CN201510526884公开了双极膜法从溶液中回收氢氧化锂工艺；中国发明专利CN201610782830公开了利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置；中国发明专利CN201610794516公开了利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂和碳酸锂的方法；中国发明专利CN201680025927公开了氢氧化锂和碳酸锂的制备方法及其装置；中国发明专利CN201680027677公开了氢氧化锂和碳酸锂的制备方法；中国发明专利CN201710972445公开了一种基于膜分离耦合法的电池级氢氧化锂制备方法等。
以上双极膜法制备氢氧化锂都没有解决双极膜产生的稀酸的去向问题，以及稀硫酸中锂的流失率高的问题也没解决。
而中国发明专利CN201410124047公开了一种由盐湖卤水提取氢氧化锂的方法：首先通过加入碳酸钠除去盐湖卤水中的钙镁离子；得到的低镁锂比卤水通过普通电渗析浓缩后得到浓缩卤水；向浓缩卤水中加入碳酸钠再次除钙镁离子；之后通过多步结晶法加入碳酸钠得到碳酸锂；将碳酸锂再溶后通过电解-双极膜电渗析***制备氢氧化锂。
以及中国发明专利CN201410124102公开了一种由碳酸锂生产氢氧化锂的电解-双极膜电渗析***及其生产方法：包括由一侧至另一侧依序排布的第一碱室、第一料液室、第二碱室、第二料液室及阳极室构成的电解- 双极膜电渗析膜堆；各腔室依次通过阳离子交换膜、双极膜、阳离子交换膜及双极膜间隔。
这几个专利虽然采用了以碳酸锂为原料进行双极膜制备氢氧化锂，但由于碳酸锂的溶解度太小（不到1.5%），造成了双极膜过程的能耗太大，电流太小，膜面积过多造成投资太大。
以上这些缺点都使该这些专利很难正常工业化应用。我们针对以上现状，在前人研究的基础上，针对碳酸锂、硫酸锂、双极膜法制备氢氧化锂的特殊要求，进行了系列研究与开发，经过多方面试验研究，终于开发了以碳酸锂为原料，采用稀硫酸为内循环载体物质的双极膜制备氢氧化锂的制备工艺与装置，并开发出了具有对锂有高截留率的双极膜，并形成双极膜+阳膜+阴膜的三隔室双极膜装置。
发明内容
本发明的主要目的是开发一种以碳酸锂为原料采用双极膜法制备氢氧化锂的双极膜装置。本发明的目的还在于提供一种可以进行经济、环保的双极膜法制备氢氧化锂的运行参数。
本发明通过下述技术方案得以实现的：
一种适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，包括：阳极液进口，阴极接线柱、阳极液出口、阴极液出口；其特征在于，在靠近夹紧板内侧放置有极液流道板，在极液流道板的内侧放置有铂钽铱电极，在铂钽铱电极开始向内依次放置有对锂截留率大于98%的双极膜，阻碱阳膜、阻酸阴膜为一组的膜组；
在极液流道板上分别开设有阳极液进口和阳极液出口，以及阴极液进口和阴极液出口；
料液进口和氢氧化锂出口、以及浓酸进口和浓酸出口分别开设于两块夹紧板，与外界连通。
所述的阻碱阳膜是采用ASTOM公司生产的CMB阳膜。
所述的阻酸阴膜是采用ASTOM公司生产的AHA阴膜。
所述的夹紧板通过紧固螺栓夹紧。
所述的夹紧板上分别连接有阳极接线柱和阴极接线柱。
作为优选，上述一种制备氢氧化锂的双极膜装置中极液流道板之间放置有多组膜组，能够节省能耗与材料成本。
作为优选，上述一种制备氢氧化锂的双极膜装置中对锂截留率大于98%的双极膜的厚度为0.1-0.35毫米。双极膜的厚度是影响能耗与截留率的主要因素之一。
作为优选，上述一种制备氢氧化锂的双极膜装置中对锂截留率大于98%的双极膜控制膜电阻为5-8Ω/cm2，交联度为70-90%，膜厚度为0.15-0.25mm，以提升装置的能耗与截留率。
作为优选，本发明所述的对锂截留率大于98%的双极膜是通过以下方法制备获得。原材料包括：厚度为0.1-0.15毫米的聚乙烯、聚丁二烯、石墨烯；
所述的制备过程是：
（A）底膜原料准备
聚乙烯、聚丁二烯、石墨烯按照质量比例为100：5-50：1-10备料；
（B）制备底膜
在聚乙烯、聚丁二烯中掺入石墨烯制备得到底膜；
（C）制备双极膜
采用含浸法，将底膜的阳面层采用冰乙酸进行羧基化，底膜的阴面采用氯***进行氯乙基化，然后再用间苯二胺进行季胺化，得到对锂截留率大于98%的双极膜；所述的对锂截留率大于98%的双极膜的指标包括：对锂截留率大于98%、控制膜电阻为5-8Ω/cm2，交联度为70-90%，膜厚度为0.15-0.25mm。使用本发明的双极膜，使双极膜法制备氢氧化锂的电流效率、氢氧化锂的浓度与纯度大幅提高。并且耗电少、速度快，膜的使用面积减少40%以上
作为优选，本发明所述的双极膜装置中的浓缩液质量浓度达10-15%时进入双极膜的盐室，淡液质量浓度达0.05-0.5%时进入双极膜酸室；碱室以纯水为进水，进行双极膜制备氢氧化锂；双极膜装置极液采用质量浓度为0.5%的硫酸+2.0%的硫酸锂；阴极液与阳极液分别单独循环，流量为1.0-3.0m3/h；盐室、酸室、碱室的流量为3-12m3/h，操作压力0.02-0.08MPa，操作温度为25-38℃。运行电压为50-500V，运行电流为100-300A。
作为优选，上述一种制备氢氧化锂的双极膜装置中还可设置与之连通的预处理部件，在预处理部件中设置有通过双极膜装置自身制备得到的稀硫酸的连接出口，稀硫酸经过连接出口与预处理部件联通，并将预处理部件中的料液溶解至硫酸锂浓度为1.0-10%，再用0.45微米的微滤膜过滤；滤液中用装置自身制备的氢氧化锂调节pH值至9-10，再用孔径为0.01-0.1微米的微滤膜进行过滤，滤液再用稀硫酸调节pH至3-6。所述的0.45微米的微滤膜是是微滤膜的一个常用型号。
在本发明双极膜装置还可与预处理部件、电渗析浓缩部件、双极膜部件、单多价酸分离电渗析部件构成以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产***。其中双极膜部件的双极膜采用对锂截留率大于98%的双极膜；单多价酸分离电渗析部件的阴膜采用耐酸单多价分离阴膜。所述的单多价酸分离电渗析部件的阴膜以常规的耐酸阻酸阴膜为基膜，表面采用等离子活化，再采用电沉积法在膜表面涂覆厚度为1-5微米的萘磺酸涂层，而形成了耐酸单多价酸分离阴膜。单多价酸分离电渗析部件属于双极膜装置之前的电渗析浓缩步骤。
本发明双极膜装置适用于是以工业级碳酸锂（按照国标）为原料来制备氢氧化锂，其过程如下：通过将双极膜装置自身制备的稀硫酸进行溶解至硫酸锂浓度为1.0-10%，并用0.45微米的微滤膜过滤。滤液中用自身制备氢氧化锂调节pH值至9-10，再用孔径为0.01-0.1微米的微滤膜进行过滤，滤液再用稀硫酸调节pH至3-6。然后，滤液与双极膜出来的稀盐液一起进入电渗析浓缩部件，浓缩液浓度达10-15%进入双极膜的盐室，淡液浓度达0.05-0.5%进入双极膜酸室；在双极膜部件中，碱室以纯水为进水，进行双极膜制备氢氧化锂。双极膜装置极液采用0.5%的硫酸+2.0%的硫酸锂；阴极液与阳极液分别单独循环，流量为1.0-3.0m3/h；盐室、酸室、碱室的流量为3-12m3/h，操作压力0.02-0.08MPa，操作温度为25-38℃。运行电压为50-500V，运行电流为100-300A；双极膜部件产生的氢氧化锂部分作为碱进预处理部件中进行pH调节，其余的成为氢氧化锂产品。
双极膜部件出来的稀混酸进单多价酸分离电渗析部件进行分离，分出的少量单价杂酸经中和后排放，分离出来的稀硫酸继续对下一批的碳酸锂进行溶解，至此一个以稀硫酸为循环载体的双极膜制备氢氧化锂过程结束。
该双极膜装置与其他专利双极膜装置相比具有以下优点：
（1）由于采用新开发的耐强酸对锂截留率大于98%的双极膜，使装置的整体寿命大幅提高到3年以上、氢氧化锂的收率从原来的95-98%提高到98%以上、每生产一吨单水氢氧锂转化能耗下降到2000度电以下。
（2）由于采用了以稀硫酸为内循环载体物质，使整个生产过程无稀酸排放，避免了锂随稀酸排放的流失，同时也大幅提高了双极膜盐室的电导率，增了装置的电流效率与生产能力。
（3）在本装置中增加的高精度微滤膜，使料液的预处理精度大幅提高，降低树脂脱硬的强度，节省了能耗。
（4）由于采用了单多价酸分离电渗析过程，使以稀硫酸为内循环载体物质在循环过程中的单价酸，如盐酸、氢氟酸、硝酸分离出循环体系，从而避免物料中的氯离子、氟离子、硝酸根等单价阴离子的累积的问题。
（5）采用了膜尺寸550mm*1100mm、组数为60-240组的膜组器，大幅提高单个膜膜组器的处理能力，降低了设备投资成本。
附图说明
图1为本发明的制备氢氧化锂的双极膜装置实现的流程结构示意图。
图2为本发明的双极膜部件结构示意图。
图3为本发明的制备氢氧化锂的双极膜装置双极膜部件原理图。
图4为本发明所述装置适用工业级碳酸锂制备氢氧化锂的工艺路线。
图5为本发明所述装置适用回收碳酸锂制备氢氧化锂的工艺路线。
其中：1、阳极液进口，2、对锂截留率大于98%的双极膜，3、耐强碱的阻碱专用阳膜，4、耐强酸的阻酸专用阴膜，5、阴极液进口，6、紧固螺栓，7、料液进口，8、极液流道板，9、阳极接线柱，10、夹紧板，11、氢氧化锂出口，12、浓酸出口，13、阴极接线柱，14、浓酸进口，15、铂钽铱电极，16、阳极液出口，17、阴极液出口。
具体实施方式
实施例1
根据图1、图2、图3所示，安装一套制备氢氧化锂的双极膜装置，包括预处理部件、电渗析浓缩部件、双极膜部件、单多价酸分离电渗析部件。其中有阳极液进口1，阴极接线柱13、阳极液出口16、阴极液出口17；在靠近夹紧板10内侧放置有极液流道板8，在极液流道板8的内侧放置有铂钽铱电极15，在铂钽铱电极15开始向内依次放置有对锂截留率大于98%的双极膜2、耐强碱的阻碱专用阳膜3、耐强酸的阻酸专用阴膜4为一组的膜组；在两块极液流道板8上分别开设有阳极液进口1和阳极液出口16，以及阴极液进口5和阴极液出口17；料液进口7和氢氧化锂出口11、以及浓酸进口14和浓酸出口12分别开设于两块夹紧板10，与外界连通；夹紧板10通过紧固螺栓6夹紧；在夹紧板10上分别连接有阳极接线柱9和阴极接线柱13。
双极膜装置中双极膜部件的对锂截留率大于98%的双极膜2是以厚度为0.1毫米的聚乙烯与聚丁二烯中掺和石墨烯制底膜，三者比例为100：20：5，再用含浸法进行双极膜的制备，阳面层采用冰乙酸进行羧基化，阴面采用氯***取代普通的氯甲醚进行氯乙基化，再用间苯二胺胺取代普通的三甲胺进行季胺化形成对锂截留率大于98%的双极膜2，控制膜电阻为6Ω/cm2，交联度为80%，膜厚度为0.15mm。采用尺寸为550*1100mm的本发明的双极膜+ASTOM的CMB阳膜+ASTOM的AHA阴膜共120组成为双极膜部件。
单多价酸分离电渗析部件的阴膜以常规的耐酸阻酸阴膜为基膜，表面采用等离子活化，再采用电沉积法在膜表面涂覆厚度为3微米的萘磺酸涂层，而形成了耐酸单多价酸分离阴膜。
以碳酸锂为原料，用装置自身制备的稀硫酸进行溶解至硫酸锂浓度为3%，并用0.45微米的微滤膜过滤。滤液中用自身制备氢氧化锂调节pH值至9.5，再用孔径为0.05微米的微滤膜进行过滤，滤液再用稀硫酸调节pH至4。
滤液与双极膜出来的稀盐液一起进入电渗析浓缩部件，浓缩液浓度达10%后进入双极膜的盐室，淡液浓度0.2%进入双极膜酸室；在双极膜部件中，碱室以纯水为进水，进行双极膜制备氢氧化锂。双极膜装置极液采用0.5%的硫酸+2.0%的硫酸锂；阴极液与阳极液分别单独循环，流量为1.5m3/h；盐室、酸室、碱室的流量为3m3/h，操作压力0.04MPa，操作温度为30℃。运行电压为200V，运行电流为200A；双极膜部件产生的氢氧化锂部分做为碱进预处理部件中进行pH调节，其余的成为氢氧化锂产品。
双极膜部件出来的稀混酸进单多价酸分离电渗析部件进行分离，分出的少量单价杂酸经中和后排放，分离出来的稀硫酸继续对下一批的碳酸锂进行溶解。整个双极膜装置处理电流效率高达85%，总能耗为1800度电/吨为时单水氢氧化锂。锂损失率0.3%，得到的氢氧化锂浓度达10%，纯度达99.8%。
实施例2
根据图1、图2、图3所示，安装一套制备氢氧化锂的双极膜装置与实施例相似结构，包括预处理部件、电渗析浓缩部件、双极膜部件、单多价酸分离电渗析部件。双极膜装置中双极膜部件的对锂截留率大于98%的双极膜2是以厚度为0.1毫米的聚乙烯与聚丁二烯中掺和石墨烯制底膜，三者比例为100：30：8，再用含浸法进行双极膜的制备，阳面层采用冰乙酸进行羧基化，阴面采用氯***取代普通的氯甲醚进行氯乙基化，再用间苯二胺胺取代普通的三甲胺进行季胺化形成对锂截留率大于98%的双极膜2，控制膜电阻为5Ω/cm2，交联度为75%，膜厚度为0.12mm。采用尺寸为550*1100mm的本发明的双极膜+ASTOM的CMB阳膜+ASTOM的AHA阴膜共120组成为双极膜部件。
单多价酸分离电渗析部件的阴膜以常规的耐酸阻酸阴膜为基膜，表面采用等离子活化，再采用电沉积法在膜表面涂覆厚度为2.5微米的萘磺酸涂层，而形成了耐酸单多价酸分离阴膜。
以碳酸锂为原料，用装置自身制备的稀硫酸进行溶解至硫酸锂浓度为2%，并用0.45微米的微滤膜过滤。滤液中用自身制备氢氧化锂调节pH值至9.5，再用孔径为0.05微米的微滤膜进行过滤，滤液再用稀硫酸调节pH至4。
滤液与双极膜出来的稀盐液一起进入电渗析浓缩部件，浓缩液浓度达8%进入双极膜的盐室，淡液浓度达0.3%进入双极膜酸室；在双极膜部件中，碱室以纯水为进水，进行双极膜制备氢氧化锂。双极膜装置极液采用0.5%的硫酸+2.0%的硫酸锂；阴极液与阳极液分别单独循环，流量为1.5m3/h；盐室、酸室、碱室的流量为4m3/h，操作压力0.05MPa，操作温度为30℃。运行电压为180V，运行电流为180A；双极膜部件产生的氢氧化锂部分做为碱进预处理部件中进行pH调节，其余的成为氢氧化锂产品。
双极膜部件出来的稀混酸进单多价酸分离电渗析部件进行分离，分出的少量单价杂酸经中和后排放，分离出来的稀硫酸继续对下一批的碳酸锂进行溶解。整个双极膜装置处理电流效率高达86%，总能耗为1700度电/吨为时单水氢氧化锂。锂损失率0.2%，得到的氢氧化锂浓度达8%，纯度达99.8%。
实施例3
根据图1、图2、图3所示，安装一套制备氢氧化锂的双极膜装置与实施例相似结构，包括预处理部件、电渗析浓缩部件、双极膜部件、单多价酸分离电渗析部件。双极膜装置中双极膜部件的对锂截留率大于98%的双极膜2是以厚度为0.15毫米的聚乙烯与聚丁二烯中掺和石墨烯制底膜，三者比例为100：40：9，再用含浸法进行双极膜的制备，阳面层采用冰乙酸进行羧基化，阴面采用氯***取代普通的氯甲醚进行氯乙基化，再用间苯二胺胺取代普通的三甲胺进行季胺化形成对锂截留率大于98%的双极膜2，控制膜电阻为6Ω/cm2，交联度为75%，膜厚度为0.15mm。采用尺寸为550*1100mm的本发明的双极膜+ASTOM的CMB阳膜+ASTOM的AHA阴膜共60组成为双极膜部件。
单多价酸分离电渗析部件的阴膜以常规的耐酸阻酸阴膜为基膜，表面采用等离子活化，再采用电沉积法在膜表面涂覆厚度为3.5微米的萘磺酸涂层，而形成了耐酸单多价酸分离阴膜。
以碳酸锂为原料，用装置自身制备的稀硫酸进行溶解至硫酸锂浓度为5%，并用0.45微米的微滤膜过滤。滤液中用自身制备氢氧化锂调节pH值至10，再用孔径为0.05微米的微滤膜进行过滤，滤液再用稀硫酸调节pH至4。
滤液与双极膜出来的稀盐液一起进入电渗析浓缩部件，浓缩液浓度达10%进入双极膜的盐室，淡液浓度达0.2%进入双极膜酸室；在双极膜部件中，碱室以纯水为进水，进行双极膜制备氢氧化锂。双极膜装置极液采用0.5%的硫酸+2.0%的硫酸锂；阴极液与阳极液分别单独循环，流量为1.5m3/h；盐室、酸室、碱室的流量为3m3/h，操作压力0.04MPa，操作温度为35℃。运行电压为100V，运行电流为200A；双极膜部件产生的氢氧化锂部分做为碱进预处理部件中进行pH调节，其余的成为氢氧化锂产品。
双极膜部件出来的稀混酸进单多价酸分离电渗析部件进行分离，分出的少量单价杂酸经中和后排放，分离出来的稀硫酸继续对下一批的碳酸锂进行溶解。整个双极膜装置处理电流效率高达88%，总能耗为1900度电/吨为时单水氢氧化锂。锂损失率0.1%，得到的氢氧化锂浓度达12%，纯度达99.9%。
本发明所用碳酸锂的指标如下：GB/T 11075-2013，YS/T 582-2013。
本发明生产获得的氢氧化锂的产品指标如下：GB/T 8766-2013，GB/T 26008-2010。
实施例4
本发明所述双极膜装置适用于以下两种碳酸锂制备氢氧化锂工艺路线。
第一种，适用于工业级的碳酸锂制备氢氧化锂工艺路线。
如图4所示，其工艺路线包括以下步骤：
A.工业级的碳酸锂加入质量浓度为5%左右的稀硫酸，溶解后生成硫酸锂溶液和二氧化碳气体，二氧化碳气体排除。
B.步骤A得到的硫酸锂溶液经过电渗析浓缩，得到硫酸锂浓液。
C.步骤B得到的硫酸锂浓液经过精密过滤器得到精制硫酸锂溶液，精密过滤器的作用是排除硫酸锂浓液内的杂质。
精密过滤器可以为板式过滤器或者超滤过滤器。
D.将步骤C得到的精制硫酸锂溶液通过双极膜电渗析***处理，得到质量浓度为5%左右的稀硫酸、质量浓度为8%的硫酸锂和质量浓度为5%的氢氧化锂；该稀硫酸含微量硫酸锂杂质。
质量浓度为5%的氢氧化锂使用MVR进行浓缩结晶，然后依次进行消磁、洗涤烘干、破碎和分级包装，完成工业级的碳酸锂制备氢氧化锂的工艺处理。
质量浓度为5%左右的稀硫酸返回至步骤A中循环使用。
质量浓度为8%的硫酸锂返回至步骤B中，经过电渗析浓缩得到硫酸锂浓液。
第二种，适用于回收碳酸锂制备氢氧化锂工艺路线。
如图5所示，其工艺路线包括以下步骤：
a.回收碳酸锂先进行水洗和过滤，然后将滤饼加入稀硫酸溶解。溶解后生成硫酸锂溶液和二氧化碳气体，二氧化碳气体排除。
b.步骤a得到的硫酸锂溶液依次经过碱洗、过滤、树脂交换、精过滤和电渗析浓缩，得到硫酸锂浓液。
c.步骤b得到的硫酸锂浓液经过双极膜电渗析***处理，得到稀硫酸、硫酸锂和氢氧化锂；该稀硫酸含微量硫酸锂杂质。
氢氧化锂使用MVR进行浓缩结晶，然后依次进行消磁、洗涤烘干、破碎和分级包装，完成回收碳酸锂制备氢氧化锂的工艺处理。
Claims (9)
1.一种适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，包括：阳极液进口（1），阴极接线柱（13）、阳极液出口（16）、阴极液出口（17）；其特征在于，在靠近夹紧板（10）内侧放置有极液流道板（8），在极液流道板（8）的内侧放置有铂钽铱电极（15），在铂钽铱电极（15）开始向内依次放置有对锂截留率大于98%的双极膜（2），阻碱阳膜、阻酸阴膜为一组的膜组；
在极液流道板（8）上分别开设有阳极液进口（1）和阳极液出口（16），以及阴极液进口（5）和阴极液出口（17）；
料液进口（7）和氢氧化锂出口（11）、以及浓酸进口（14）和浓酸出口（12）分别开设于两块夹紧板（10），与外界连通。
2.如权利要求1所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述的夹紧板（10）通过紧固螺栓（6）夹紧。
3.如权利要求1所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述的夹紧板（10）上分别连接有阳极接线柱（9）和阴极接线柱（13）。
4.如权利要求1所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述极液流道板（8）之间放置有多组膜组。
5.如权利要求1所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述对锂高截留率大于98%的双极膜的厚度为0.1-0.35毫米。
6.如权利要求1所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述对锂高截留率大于98%的双极膜的控制膜电阻为5-8Ω/cm2，交联度为70-90%，膜厚度为0.15-0.25mm。
7.如权利要求1-6中任一项所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述对锂高截留率大于98%的双极膜的是通过以下方法制备获得，原材料包括：厚度为0.1-0.15毫米的聚乙烯、聚丁二烯、石墨烯；
所述的制备过程是：
X1.底膜原料准备
聚乙烯、聚丁二烯、石墨烯按照质量比例为100：5-50：1-10备料；
X2.制备底膜
在聚乙烯、聚丁二烯中掺入石墨烯制备得到底膜；
X3.制备双极膜
采用含浸法，将底膜的阳面层采用冰乙酸进行羧基化，底膜的阴面采用氯***进行氯乙基化，然后再用间苯二胺进行季胺化，得到对锂截留率大于98%的双极膜（2）；所述的对锂截留率大于98%的双极膜（2）的指标包括：对锂截留率大于98%、控制膜电阻为5-8Ω/cm2，交联度为70-90%，膜厚度为0.15-0.25mm。
8.如权利要求1-6中任一项所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：浓缩液质量浓度达10-15%时进入双极膜的盐室，淡液质量浓度达0.05-0.5%时进入双极膜酸室；碱室以纯水为进水，进行双极膜制备氢氧化锂；双极膜装置极液采用质量浓度为0.5%的硫酸+2.0%的硫酸锂；阴极液与阳极液分别单独循环，流量为1.0-3.0m3/h；盐室、酸室、碱室的流量为3-12m3/h，操作压力0.02-0.08MPa，操作温度为25-38℃，运行电压为50-500V，运行电流为100-300A。
9.如权利要求1-6中任一项所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：还可设置与之连通的预处理部件，在预处理部件中设置有通过双极膜装置自身制备得到的稀硫酸的连接出口，稀硫酸经过连接出口与预处理部件联通，并将预处理部件中的料液溶解至硫酸锂浓度为1.0-10%，再用0.45微米的微滤膜过滤；滤液中用装置自身制备的氢氧化锂调节pH值至9-10，再用孔径为0.01-0.1微米的微滤膜进行过滤，滤液再用稀硫酸调节pH至3-6。
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