CN110467205A - 锂盐溶液处理*** - Google Patents

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杨光耀
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Abstract

本发明公开了一种锂盐溶液处理***，包括：盐溶液分解装置、耐碱反渗透膜过滤装置、耐酸反渗透膜过滤装置、一级混合搅拌装置、一级反渗透装置、二级混合搅拌装置、二级反渗透装置，二级反渗透浓缩液出口与盐溶液分解装置的入口相连，二级反渗透清液出口与一级反渗透装置的一次混合液入口相连。本发明降低了能耗、酸碱消耗、生产成本。

Description

锂盐溶液处理***
技术领域
本发明涉及盐溶液处理技术领域，具体涉及一种锂盐溶液处理***。
背景技术
现有的硫酸法生产氢氧化锂工艺，经过焙浸、沉锂、酸化、净化等工序得到精制硫酸锂，精制硫酸锂加入氢氧化钠分解出氢氧化锂，经冷冻析钠去除硫酸钠，析钠母液经一次蒸发结晶、重溶提纯、二次蒸发结晶等工序，得到氢氧化锂产品，整个过程包含两次蒸发结晶，能耗非常大，并且硫酸和氢氧化钠消耗量也非常大。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种锂盐溶液处理工艺，以解决现有技术中锂盐溶液处理工艺耗能大、成本高的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种锂盐溶液处理工艺，包括：
(a)将锂盐溶液分解制备得到氢氧化锂溶液、酸溶液；
(b)分解所得氢氧化锂溶液通过耐碱反渗透膜浓缩得到浓缩氢氧化锂溶液，并过滤得到氢氧化锂滤清液；
(c)分解所得酸溶液通过耐酸反渗透膜浓缩得到浓缩酸溶液，并过滤得到酸滤清液；
(d)将所述氢氧化锂滤清液与酸滤清液混合搅拌得到一次混合液；
(e)将所述一次混合液经过一级反渗透得到以及用于回用的工业纯水以及一级反渗透浓缩液；
(f)将步骤(a)盐溶液分解后所得残液以及步骤(e)一级反渗透得到的一级反渗透浓缩液进行混合搅拌得到二次混合液；
(g)将步骤(f)所得二次混合液通过二级反渗透得到二级反渗透浓缩液以及二级反渗透清液，所述二级反渗透浓缩液返至步骤(a)中进行分解，所述二级反渗透清液重返步骤(e)再次进行一级反渗透。
进一步地，步骤(a)采用双极膜电渗析进行盐溶液分解。
进一步地，所述耐碱反渗透膜过滤装置的截留分子量为80～120D。
进一步地，所述耐酸反渗透膜过滤装置的截留分子量为200～300D。
进一步地，所述耐碱反渗透膜的耐压为120bar，膜壳规格采用8040或4040标准膜壳，耐碱能力为耐受20％NaOH；
所述耐酸反渗透膜的耐压为120bar，膜壳规格采用8040或4040标准膜壳，耐酸能力为25％H2SO4。
进一步地，所述一级反渗透采用卷式反渗透膜，对Na2SO4的截留率≥98％。
进一步地，所述二级反渗透采用高压反渗透膜，对Na2SO4的截留率≥96％。
进一步地，步骤(d)还包括对所得一次混合液进行pH调节。
进一步地，步骤(d)调节混合液pH通过盐溶液分解制备所得氢氧化锂溶液或酸溶液进行调节。
进一步地，耐碱反渗透膜浓缩所得浓缩氢氧化锂溶液浓度＞2mol/L；耐酸反渗透膜浓缩所得浓缩酸溶液浓度＞2mol/L。
根据本发明的另一方面，提供了一种锂盐溶液处理***，包括：
盐溶液分解装置，用于将盐溶液分解制备成氢氧化锂溶液、酸溶液，设有氢氧化锂溶液出口、酸溶液出口以及残液出口；
耐碱反渗透膜过滤装置，设有氢氧化锂溶液入口、氢氧化锂浓溶液出口、氢氧化锂滤清液出口，所述耐氢氧化锂溶液入口与所述氢氧化锂溶液出口相连；
耐酸反渗透膜过滤装置，设有酸溶液入口、酸浓溶液出口、酸滤清液出口，所述耐酸溶液入口与所述酸溶液出口相连；
一级混合搅拌装置，分别与所述氢氧化锂滤清液出口、酸滤清液出口相连，用于混合氢氧化锂滤清液与酸滤清液得到一次混合液；
一级反渗透装置，设有一次混合液入口、一级反渗透浓缩液出口、纯水出口，所述混合液入口与一级混合搅拌装置的出口相连；
二级混合搅拌装置，分别与残液出口、以及反渗透浓缩液出口相连，用于混合残液以及一级反渗透浓缩液得到二次混合液；
二级反渗透装置，设有二次混合液入口、二级反渗透浓缩液出口、二级反渗透清液出口，所述二级反渗透浓缩液出口与盐溶液分解装置的入口相连，所述二级反渗透清液出口与一级反渗透装置的一次混合液入口相连。
进一步地，所述盐溶液分解装置为双极膜电渗析装置。
进一步地，所述双极膜电渗析装置包括依次排列的双极膜、阴离子膜、阳离子膜，其中双极膜阳离子侧朝向阴离子膜，双极膜阴离子侧朝向阳离子膜，双极膜、阴离子膜、阳离子膜构成处理单元，处理单元最外侧分别设有阳极板和阴极板，还包括正级接阳极板、负极接阴极板的整流装置、与阳极板所在空腔、阴板板所在空腔以及整流装置分别相连的燃料电池。
进一步地，所述耐碱反渗透膜过滤装置的截留分子量为80～120D。
进一步地，所述耐酸反渗透膜过滤装置的截留分子量为200～300D。
进一步地，所述耐碱反渗透膜的耐压为120bar，膜壳规格采用8040或4040标准膜壳，耐碱能力为耐受20％NaOH；
所述耐酸反渗透膜的耐压为120bar，膜壳规格采用8040或4040标准膜壳，耐酸能力为25％H2SO4。
进一步地，所述一级反渗透装置采用卷式反渗透膜。
进一步地，所述二级反渗透装置采用高压反渗透膜。
进一步地，所述一级混合搅拌装置连有调节一级混合液pH的碱平衡阀、酸平衡阀。
进一步地，所述碱平衡阀的碱液进口与氢氧化锂溶液出口相连，所述酸平衡阀的酸液进口与酸溶液进口相连。
本发明直接将锂盐分解为氢氧化锂溶液和酸溶液，从而省去了氢氧化钠消耗，节约了药剂成本，制备所得氢氧化锂溶液、酸溶液经过耐碱反渗透装置浓缩后含水量减少可以减小蒸发量，并且只需一步蒸发就可获得氢氧化锂产品，能耗大幅下降，得到的酸溶液，经过膜浓缩后，可回收用于浸取，减少了酸溶液的消耗量。由此本发明大大降低了能耗以及酸碱消耗，降低了氢氧化锂的生产成本。
可见，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明锂盐溶液处理工艺的设备流程示意图。
图2为本发明中双极膜电渗析装置的结构示意图。
上述附图中的有关标记为：
1：双极膜电渗析装置；
11：整流装置；
12：燃料电池；
13：阳极板；
14：阴极板；
15：双极膜；
16：阴离子膜；
17：阳离子膜；
2：耐碱反渗透膜过滤装置；
3：碱平衡阀；
4：酸平衡阀；
5：耐酸反渗透膜过滤装置；
6：一级混合搅拌装置；
7：一级反渗透装置；
8：二级混合搅拌装置；
9：二级反渗透装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
如图1所示，为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种锂盐溶液处理工艺，包括：
(a)将锂盐溶液分解制备得到氢氧化锂溶液、酸溶液；
(b)分解所得氢氧化锂溶液通过耐碱反渗透膜浓缩得到浓缩氢氧化锂溶液，并过滤得到氢氧化锂滤清液；
(c)分解所得酸溶液通过耐酸反渗透膜浓缩得到浓缩酸溶液，并过滤得到酸滤清液；
(d)将所述氢氧化锂滤清液与酸滤清液混合搅拌得到一次混合液；
(e)将所述一次混合液经过一级反渗透得到以及用于回用的工业纯水以及一级反渗透浓缩液；
(f)将步骤(a)盐溶液分解后所得残液以及步骤(e)一级反渗透得到的一级反渗透浓缩液进行混合搅拌得到二次混合液；
(g)将步骤(f)所得二次混合液通过二级反渗透得到二级反渗透浓缩液以及二级反渗透清液，所述二级反渗透浓缩液返至步骤(a)中进行分解，所述二级反渗透清液重返步骤(e)再次进行一级反渗透。
步骤(a)采用双极膜电渗析进行盐溶液分解。
所述耐碱反渗透膜过滤装置的截留分子量为80～120D。
所述耐酸反渗透膜过滤装置的截留分子量为200～300D。
耐碱反渗透膜膜和耐碱反渗透膜的主要作用是浓缩溶液，在选择截留分子量时，本发明所用耐酸膜和耐碱膜对目标溶液中溶质的截留率均＜90％，使部分溶质透过膜分离层，以降低膜两侧溶液渗透压的压差，在相同的操作压力下可获得比高截留率的膜更高的浓水侧溶液浓度。
所述耐碱反渗透膜：性能参数：耐压120bar，截留分子量80～120D，膜壳规格：8040或4040标准膜壳，耐碱能力：耐受20％NaOH。
所述耐酸反渗透膜：性能参数：耐压120bar，截留分子量200～300D，膜壳规格：8040或4040标准膜壳，耐酸能力：耐受25％H2SO4。
所述一级反渗透采用卷式反渗透膜，对Na2SO4的截留率≥98％。
所述二级反渗透采用高压反渗透膜，对Na2SO4的截留率≥96％。
步骤(d)还包括对所得一次混合液进行pH调节。
步骤(d)调节混合液pH通过盐溶液分解制备所得氢氧化锂溶液或酸溶液进行调节。
耐碱反渗透膜浓缩所得浓缩氢氧化锂溶液浓度＞2mol/L；耐酸反渗透膜浓缩所得浓缩酸溶液浓度＞2mol/L。
本发明锂盐溶液处理***，包括：
盐溶液分解装置，用于将盐溶液分解制备成氢氧化锂溶液、酸溶液，设有氢氧化锂溶液出口、酸溶液出口以及残液出口；
耐碱反渗透膜过滤装置2，设有氢氧化锂溶液入口、氢氧化锂浓溶液出口、氢氧化锂滤清液出口，所述耐氢氧化锂溶液入口与所述氢氧化锂溶液出口相连；
耐酸反渗透膜过滤装置5，设有酸溶液入口、酸浓溶液出口、酸滤清液出口，所述耐酸溶液入口与所述酸溶液出口相连；
一级混合搅拌装置6，分别与所述氢氧化锂滤清液出口、酸滤清液出口相连，用于混合氢氧化锂滤清液与酸滤清液得到一次混合液；
一级反渗透装置7，设有一次混合液入口、一级反渗透浓缩液出口、纯水出口，所述混合液入口与一级混合搅拌装置6的出口相连；
二级混合搅拌装置8，分别与残液出口、以及反渗透浓缩液出口相连，用于混合残液以及一级反渗透浓缩液得到二次混合液；
二级反渗透装置9，设有二次混合液入口、二级反渗透浓缩液出口、二级反渗透清液出口，所述二级反渗透浓缩液出口与盐溶液分解装置的入口相连，所述二级反渗透清液出口与一级反渗透装置7的一次混合液入口相连。
所述盐溶液分解装置为双极膜电渗析装置1。
所述双极膜电渗析装置1包括依次排列的双极膜15、阴离子膜16、阳离子膜17，其中双极膜15阳离子侧朝向阴离子膜16，双极膜15阴离子侧朝向阳离子膜17，双极膜15、阴离子膜16、阳离子膜17构成处理单元，处理单元最外侧分别设有阳极板13和阴极板14，还包括正级接阳极板13、负极接阴极板14的整流装置11、与阳极板13所在空腔、阴板板所在空腔以及整流装置11分别相连的燃料电池12。
进一步地，所述耐碱反渗透膜过滤装置的截留分子量为80～120D。
进一步地，所述耐酸反渗透膜过滤装置的截留分子量为200～300D。
进一步地，所述耐碱反渗透膜的耐压为120bar，膜壳规格采用8040或4040标准膜壳，耐碱能力为耐受20％NaOH；所述耐酸反渗透膜的耐压为120bar，膜壳规格采用8040或4040标准膜壳，耐酸能力为耐受25％H2SO4。
所述一级反渗透装置7采用卷式反渗透膜。
所述二级反渗透装置9采用高压反渗透膜。
所述一级混合搅拌装置6连有调节一级混合液pH的碱平衡阀3、酸平衡阀4。
所述碱平衡阀3的碱液进口与氢氧化锂溶液出口相连，所述酸平衡阀4的酸液进口与酸溶液进口相连。
如图1所示，盐溶液MaX(其中M代表一价金属离子，X代表酸根离子，例如：当M＝Li+，a＝2，X＝SO42-时，盐溶液为硫酸锂)进入双极膜电渗析装置盐水入口1，在电流作用下分解为MOH稀溶液和HaX稀溶液，其中MOH从碱液出口流出，HaX从酸液出口流出，未分解的MaX以残液形式从残液出口流出；大部分稀MOH溶液流入耐碱反渗透膜2原水口，经耐碱反渗透膜浓缩后形成浓度＞2mol/L的MaX溶液从耐碱渗透膜膜浓水口流出；大部分稀HaX溶液流入耐酸反渗透膜4原水口，经耐酸反渗透膜膜浓缩后形成浓度＞2mol/L的HaX溶液从耐酸反渗透膜膜浓水口流出；耐碱渗透膜膜产水口流出的溶液和耐酸反渗透膜膜产水口流出的溶液进入到中和槽6中进行中和，通过碱平衡阀3向中和槽添加少量MOH稀溶液或通过酸平衡阀4向中和槽添加少量HaX稀溶液，控制中和槽中的溶液pH6～8；中和槽中调节好pH值的溶液从中和槽出水口流出进入到卷式反渗透膜7原水口，卷式反渗透膜的产水作为工业纯水回用，卷式反渗透膜的浓水与从双极膜电渗析装置出来的残液在混合槽8中混合后进入到高压反渗透膜9原水口，经高压反渗透膜浓缩后形成浓度＞2mol/L的MaX溶液从高压反渗透膜浓水口出来返回双极膜电渗析装置，高压反渗透膜产水从高压反渗透膜产水口出来回到卷式反渗透膜进行循环。
如图2所示，双极膜15、阴离子膜16、阳离子膜17依次排列，其中双极膜阳离子侧朝向阴离子膜，双极膜阴离子侧朝向阳离子膜，以此形成处理单元，多组处理单元可相互串联，串联级数4～20级；串联单元最外侧分别是阳极板13和阴极板14，极板材料可以是石墨、合金或金属镀层板，其中与最外侧双极膜阴极侧相临的为阳级板，与最外侧双极膜15阳极侧相临的为阴极板14；双极膜15与阴离子膜16构成的空腔为酸室，双极膜15与阳离子膜17构成的空腔为碱室，阴离子膜16与阳离子膜17构成的空腔为盐室，阳极板13所在空腔为阳极室，阴板板14所在空腔为阴极室，不同类型的室相互隔离，同类型的室通过管道连通。
整流装置11的正级接阳极板13，整流装置负极接阴极板，阴极室排气口接氢氧燃料电池②氢气入口，阳极室排气口接氢氧燃料电池12氧气入口，氢氧燃料电池12正级和负极分别接回到整流装置馈电端子正负极。
原理：
双极膜15由阴离子交换层和阳离子交换层构成，阴离子交换层和阳离子交换层之间形成界面层，在极板外加的反向电场作用下，界面层内阴离子移向阴离子交换层，阳离子移向阳离子交换层，从而使界面层内阴阳离子耗尽，当界面层的氢离子和氢氧根离子的浓度积小于水的离子积时，水在双极膜界面层发生离解，氢离子穿过阳离子交换层，氢氧根离子穿过阴离子交换层，只要外电场持续存在，水就会持续离解为氢离子和氢氧根离子；
MaX盐溶液经分配管路进入各个盐室，在极板的外加电场作用下，M+离子越过阳离子膜进入碱室，与来自双极膜的氢氧根离子结合成MOH，经管道汇集后从碱液出口流出，Xa-离子越过阴离子膜进入酸室，与来自双极膜的氢离子结合成HaX，经管道汇集后从酸液出口流出，盐室内残余的溶液经管道汇集后从残液口流出；
在阳极板13上，氢氧根离子发生电化学反应产生氧气，在阴极板14上，氢离子发生电化学反应产生氢气，氢气在阴极室聚集后，从氢气出口出来进入氢氧燃料电池12氢气入口，氧气在阳极室聚集后，从氧气出口出来进入氢氧燃料电池氧气入口，氢和氧在燃料电池中重新生成水并释放电能。
整流装置具有以下功能：
1、将外部电源转化为直流电；
2、调整阴极板和阳极板之间的电压；
3、通过馈电端子回收燃料电池释放的电能，从而减少外部电源负载，降低能耗。
本发明通过上述技术方案将锂盐分解为氢氧化锂溶液和酸溶液，从而省去了氢氧化钠消耗，节约了药剂成本，制备所得氢氧化锂溶液、酸溶液经过耐碱反渗透装置浓缩后含水量减少可以减小蒸发量，并且只需一步蒸发就可获得氢氧化锂产品，能耗大幅下降，得到的酸溶液，经过膜浓缩后，可回收用于浸取，减少了酸溶液的消耗量。由此本发明大大降低了能耗以及酸碱消耗，降低了氢氧化锂的生产成本。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.锂盐溶液处理***，其特征在于，包括：
盐溶液分解装置，用于将盐溶液分解制备成氢氧化锂溶液、酸溶液，设有氢氧化锂溶液出口、酸溶液出口以及残液出口；
耐碱反渗透膜过滤装置(2)，设有氢氧化锂溶液入口、氢氧化锂浓溶液出口、氢氧化锂滤清液出口，所述耐氢氧化锂溶液入口与所述氢氧化锂溶液出口相连；
耐酸反渗透膜过滤装置(5)，设有酸溶液入口、酸浓溶液出口、酸滤清液出口，所述耐酸溶液入口与所述酸溶液出口相连；
一级混合搅拌装置(6)，分别与所述氢氧化锂滤清液出口、酸滤清液出口相连，用于混合氢氧化锂滤清液与酸滤清液得到一次混合液；
一级反渗透装置(7)，设有一次混合液入口、一级反渗透浓缩液出口、纯水出口，所述混合液入口与一级混合搅拌装置(6)的出口相连；
二级混合搅拌装置(8)，分别与残液出口、以及反渗透浓缩液出口相连，用于混合残液以及一级反渗透浓缩液得到二次混合液；
二级反渗透装置(9)，设有二次混合液入口、二级反渗透浓缩液出口、二级反渗透清液出口，所述二级反渗透浓缩液出口与盐溶液分解装置的入口相连，所述二级反渗透清液出口与一级反渗透装置(7)的一次混合液入口相连。
2.如权利要求1所述的锂盐溶液处理***，其特征在于，所述盐溶液分解装置为双极膜电渗析装置(1)。
3.如权利要求1所述的锂盐溶液处理***，其特征在于，所述双极膜电渗析装置(1)包括依次排列的双极膜(15)、阴离子膜(16)、阳离子膜(17)，其中双极膜(15)阳离子侧朝向阴离子膜(16)，双极膜(15)阴离子侧朝向阳离子膜(17)，双极膜(15)、阴离子膜(16)、阳离子膜(17)构成处理单元，处理单元最外侧分别设有阳极板(13)和阴极板(14)，还包括正级接阳极板(13)、负极接阴极板(14)的整流装置(11)、与阳极板(13)所在空腔、阴板板所在空腔以及整流装置(11)分别相连的燃料电池(12)。
4.如权利要求1所述的锂盐溶液处理***，其特征在于，所述耐碱反渗透膜过滤装置(2)的截留分子量为80～120D。
5.如权利要求1所述的锂盐溶液处理***，其特征在于，所述耐酸反渗透膜过滤装置(5)的截留分子量为200～300D。
6.如权利要求1所述的锂盐溶液处理***，其特征在于，所述耐碱反渗透膜的耐压为120bar，膜壳规格采用8040或4040标准膜壳，耐碱能力为耐受20％NaOH；所述耐酸反渗透膜的耐压为120bar，膜壳规格采用8040或4040标准膜壳，耐酸能力为耐受25％H2SO4。
7.如权利要求1所述的锂盐溶液处理***，其特征在于，所述一级反渗透装置(7)采用卷式反渗透膜。
8.如权利要求1所述的锂盐溶液处理***，其特征在于，所述二级反渗透装置(9)采用高压反渗透膜。
9.如权利要求1所述的锂盐溶液处理***，其特征在于，所述一级混合搅拌装置(6)连有调节一级混合液pH的碱平衡阀(3)、酸平衡阀(4)。
10.如权利要求1所述的锂盐溶液处理***，其特征在于，所述碱平衡阀(3)的碱液进口与氢氧化锂溶液出口相连，所述酸平衡阀(4)的酸液进口与酸溶液进口相连。
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