CN111620357A - 光电加热+连续逆流换热配合漂浮式晒盐提取锂精矿 - Google Patents
光电加热+连续逆流换热配合漂浮式晒盐提取锂精矿 Download PDFInfo
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Abstract
生态保护,强力推动对新能源锂电池、推动对锂资源的需求,我国绝大多数锂资源溶储于青藏高原盐湖中;西藏:盐湖锂资源浓度高、镁/锂比小,风、光资源优异,自然蒸发量巨大,又缺能源矿产资源,非常适宜晒盐提锂;生产中也采用了日光暖棚升温结晶析锂;然而,诸多困难致使产量一直很低;西藏盐湖晒盐提锂停滞不前,一是晒盐池成本极高,二是能量有效采集利用远远不足!满山偏野的光照+呼啸而过的风能,取之不尽,如何多采多用,科学合理利用才是要解决的根本问题。本文推出‘光电加热+连续逆流换热’提取锂精矿大型提锂***专利,利用日光加热、用清洁电力(水、风、光)加热升温助结晶,配合自然蒸发结晶析锂及过程洗锂实现晒盐提取锂精矿产能新突破。
Description
技术领域
本专利用于盐湖晒盐提取碳酸锂精矿等领域,也可用于其他浓缩、提取领域,以及为实现其他目的所采用换热、加热升温场所。
背景技术
我国锂资源80%在青藏高原,绝大部分溶储于盐湖中;西藏好盐湖多在海拔4000+300m一带,由于海拔高、地冻天寒、空气稀薄等因素不适合大规模建设,西藏没有煤炭、石油、天然气能源矿产资源,常年风力大,日照时间长,尤其盐湖富集的阿里地区,年蒸发量大约2300mm,年降雨量极小约150~180mm,此外,西藏盐湖资源属性镁/锂很小,盐湖直接含有碳酸锂等,总之:特别适合于晒盐提取锂盐(本文中:提锂、提锂盐、提锂精矿本质都是提取锂盐碳酸锂,是目标产品,仅纯度不同,习惯用语不同)。
盐湖晒盐提锂(及很多矿石工厂提锂)原理是:Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,如图1,其他杂盐的溶解度随温度升高而增加如图2、图3,正好相反;加热卤水温度升高,结晶析出锂盐沉淀,其他杂盐仍然溶解在卤水里,固液分离即得锂盐。
西藏盐湖晒盐提取锂盐,大规模开发很长时间了,生产中也使用了节能环保的太阳能集热大棚,但由于土建晒盐池造价很高、运行中破损严重、很难修好,以及现行工艺技术无法采集到巨大需求量的能量,在实际生产环节无法大规模生产锂盐......诸多因素,致使巨额投资多年来一直没有取得较大规模产能(实际产量仅为原计划的~10%),当然就没有新项目再敢跟进,处于被动”等待”状态,迫使下游用量大约80%依赖进口。
发明内容
本专利按工艺流程特点总体划分为三大区块,即高温提锂区、中温换热区、低温(常温)收储区,全部生产过程液流都逆向流动,高效换热;要求科学规划,合理布局,精心建设,确保顺利实现,如图4、图5;
1.)高温提锂区:卤水受热(电阻式加热+微波加热+底部高温返流水加热)温度升高,结晶析出锂盐(简称:结晶析锂),同时高温水又溶解杂盐,将特意投放的锂粗盐精洗为锂精矿;
2.)中温换热区:供卤水管与回流水有较大温度差,在换热管槽22区间内充分热交换,卤水温度升高,回流水温度降低,实现节能;
3.)低温(常温)收储区:回流水27流入收储区的特制储卤池的夹层中(即储卤池导热隔离膜32之下),并且越积越多,用余热长久加热待用饱和卤水31;
本专利技术范围之外还需要其他后续处理,需要场地及辅助设施的建设,如锂盐脱水区、包装、运出库区,杂盐处理、堆积区,货物运转区,须在设计中按工艺流程如图6统筹考虑进来;结合地势情况科学规划、设计,参图4、图5。
目标盐湖水在盐湖采用漂浮式晒盐池蒸发、浓缩至碳酸锂饱和,再过度蒸发浓缩约5%以上(保证结晶析出碳酸锂在最冷季节有足够量支持反向溶解,达到最低气温时饱和有余,以确保卤水中的[Li+]达到最高值)参图1。
在最冷季节后期,锂盐反向溶解已完成,此时清澈卤水是最低温度时的锂盐饱和溶液,[Li+]最高,杂盐含量最低,将卤水固液分离,清洁饱和卤水收储于特制双层隔离膜((上层隔离膜是导热膜,将后回流水进入此导热膜下,与卤水换热))的储卤池31中,如图4、图5.
建设高温提锂区,其下部是返水池2,可以采用全地下式建设/全地上式建设/半地上式开挖建设,池体要设良好隔热保温,防水渗漏及下沉是土建质量的最关键指标,特制渗水监测、渗水汇集排出***:在地基浇筑混凝土前铺三层防渗塑料膜,还要富余布设(中间层要有皱褶状、或凸凹压花状,将来地基小量下沉时保证有较大的变形余地仍然完好不漏);此外最上层膜下横向贯通穿多条塑料细管,细管上特设小孔,将来检测、抽出渗水,平常外露管头防老化、高挂倒置防水倒灌;
返水池2前部有杂盐沉积槽9(中部也可设杂盐沉积槽,按池体长度情况、杂盐结晶情况确定);
返水池2后部建有回流水分配槽8(槽内借机布设有杂盐冲扫管20);
再后建有混凝土隔梁,预埋有地脚螺丝(将来安装固定承接分隔座3);
返水池2最后部分是锂盐沉积池(槽)坑座,向下收缩便于收集锂盐等沉积物,如图7。
高温提锂区,在返水池2上面漂浮着升温提锂池1,升温提锂池结构分三段,即前部、后部、中部,分别详解:
1.)其前部像竹排漂浮着,是用多组并排的U形直通槽组成的并排U形换热槽组合体,如图7,横截面如图A-A,U形直通槽用耐蚀薄钢卷板弯曲折成,U型直通槽组装连接如图B-B,连接后称为并排U形换热槽组,形成足够换热面;换热面上部是卤水,温度较低,换热面下面是返流水,高温较高,自动换热;
2.)后部是沉锂池(或沉积池),呈漏斗状、向下延伸并收缩成小池槽,便于固形物下沉聚集,用耐腐蚀中厚钢板制作(焊接+组装);池槽底部将安装有(抽取式、或刮板式)输送机出锂***(属常规设备,图中未详细画出,仅画出安装中心线),将沉积锂盐等输送到指定脱水站;
小提锂***不装输送机,可以用吸管***池底直接抽取(像化粪池抽污般)。
3.)中间用中厚度耐蚀钢特制的承接分隔座,如图9,固定在池体横梁的地脚螺栓上,承前启后将前部与后部连接贯通;
若卤水处理规模很大、要求提锂池面积也很大时,此时沉积池(槽)可以收缩成二个、或三个...n个深槽(池、斗),如图7(图中只画一个),相应输送设备同时增加。
每一个U形直通槽,在槽内底部通长布设有锂盐冲扫管,如图7、如图A-A,将沉淀盐顺流冲向下游,最终进入锂盐沉积池(槽);
返水池2地板上,每二个U形直通槽中间就形成了一条返回水流通道,在每一条返回水通道上安装一条杂盐冲扫管如图7、如图A-A,通长布设,将沉淀杂盐顺流冲向下游,最终冲入杂盐沉积槽;
杂盐冲扫管***20如图10,由一支总管连接数支支管(管头砸扁平,呈水平一字喷射)、每支支管上连接多组冲头管(管头砸扁),冲头管与支管连接大样如图10a,每组冲头管对称装接,夹角2β,杂盐冲扫***β=30;
锂盐冲扫管***19与杂盐冲扫管***20原理、结构完全相同,锂盐冲扫***β=20-25;
杂盐沉积槽底部安装设置有输送机,送出沉积盐,(常规设备,有抽取抽吸式、或刮板斗提式几大类,各有特点,选型订制安装即可,都能完成输送出沉积盐任务);
锂盐沉积槽(池)底部安装设置输送机,送出沉积盐(样式多,可选用抽吸式);
底部最低点适当位置设有集水坑,还要防渗漏,以免影响地基下沉,集水坑有自动/手动排水***。
提锂池后部的收缩沉积池(槽)安装就位,必须先修整返水池后部的相应部位坑座,如图7、结合面要平滑,贴合度高,没有明显局部对抗,再铺3mm的软橡胶板+三层防渗塑料隔膜+铺2mm软橡胶板,下坐沉积池就位,调整合适后螺栓钉死,并用胶浇灌周围接缝,密封完整不透水,灌缝胶用高弹性耐温(80C)耐老化树脂,灌缝后与土建池结合为一体,没有缝隙渗漏。
中温换热区:由回水管槽、供卤水管组成,详解如下:
1.)回水管槽22用大规格成型的双层中空排水管材(用全圆或半圆截面、U形、梯形截面、半椭圆截面均可)可靠连接组装,成为一段大截面的管渠(通常:封闭的称为管,露天开口的称为渠、明渠,后文统一称为管槽)如图4、图5为管槽呈一字型布置示意图,管槽材料:添加石墨PE塑料(或选更耐老化的),规格超大或特异形状的可特别订制,回流水从此管槽流过:
2.)低温换热供卤水管21沿长度方向从回水管槽22内部穿过,流向相反,如图4、图5,进行热交换节能;为提高效率,供卤管道可用异形管、多组管,走曲线等方式,回水管渠可以走s形三回程或多回程折返延长路径,或采用螺旋流道等紧凑方式延长流道,增加换热面,如图11,管槽要合理设置杂盐沉积排出口(槽)若干套;
3.)若管槽放大很多倍,多回程紧凑排布就成为大型池塘式结构,沉积杂盐不必清除,在池塘中‘永久’沉积,待将来开发利用。
中温换热区若用管槽方式,可用一段开口(明渠)、一段封闭(完整管),即间断开口式结构,管子稳固、保温好,明渠便于安装、检修,二者兼顾;管槽内设支供卤水管均布支撑23,避免供卤水管阻挡结晶杂盐顺流而下,合理设置杂盐汇集排出口(槽)。
中温换热区在大规模生产中可用大截面长流通道结构,此时换热供卤水管可采用以下二种方案:
1.)用导热塑料膜粘结搭建成U形通道模式,即全塑换热面,如图8b,形成全塑并排U形换热槽组结构,此时回流水管槽要用平底梯形截面,好施工。
2.)也可以用钢塑搭配换热面,先用耐蚀薄钢卷板弯曲成矮小U形直通槽瓦(两侧高度不足),再接上导热塑料片加高,翻过横杆并连接相邻矮小U形直通槽瓦,如图8a,形成足够换热面。常压换热,露天渠段加盖保温,还要增设二级水泵,将卤水送到高温提锂池。
低温(常温)收储区,在夏季建成,冬春最冷时收集饱和卤水,成储卤池;在次年夏季提锂生产时又收集回流水(在导热膜下),成为收集回水池,二池位置重合,彼消此涨。
回水池原来无水,正常生产时回流水连续流进来,聚集在导热隔膜下面,对储卤池中饱和卤水自然加热,为节能在池面温度较高区域漂浮双层中空加气塑料泡膜保温,防风吹、防蒸发散热;
考虑节约土地、节省投资,低温区也可以搭建在湖面上,此时回流水中余热在低温区就不能利用了,就要在中温区特别延长换热流道,极力吸收余热才是。
辅助设施安装及管道、阀门、水泵等附件安装:
1.)电加热器及支吊架安装;
2.)日光直接、间接加热器及支吊架安装;
3.)微波加热器及支吊架安装;
4.)在返水池2回流水出口,装有水流量调节结构一放水门浮球调节***12,保证水位在适当范围;例如,水位升高,漂浮球上移,其下联动的出水口加大,排水增加,水位回落下来,漂浮球下落,联动出水口关小,出水减小,水位升高,如此周而复始,在设定范围动态平衡;
5.)各阶段制作、安装配水管***,锂盐冲扫***,杂盐冲扫***,耐蚀水泵、耐蚀快开阀门等管路附件;
6.)其他所有器材安装;
所用材料90℃范围内耐盐湖卤水、工艺卤水腐蚀,换热器件还要导热性较好,普通钢材可浸挂塑胶防腐。
正常运行时,水流工艺路径为:
饱和卤水自储卤池较高温部位被吸进水泵如图4、图5,加压后经导热管道输送,穿过中温区换热管槽,到达高温区提锂池的供卤分配管14,经分配支管15,分别流入提锂池各U形通道中,伴随电力加热(电阻式加热16+微波加热18)后温度升高,在提锂池中升温、结晶析锂、洗锂后在最后部位上穿内洗锂床4流出(此时此地水温温度最高,已完成提锂任务),开始返流,经过外洗锂床5洗锂后(此时溶解了大量杂盐),通过返水分配槽8进入返水池并列U形换热槽组下,加热上面的卤水,边流淌、边换热边降温、边结晶沉淀杂盐(流出返水池2后进入中温区换热管槽22,流淌中加热管槽内的低温供卤管,完成本段换热后流出中温区,携带大量结晶杂盐最后流进收储池(终极池),与其上部(或周围)储卤池中的卤水‘长久’换热,如图6、图4、图5;
卤水流动全都是逆向流动,有较大温差进行高效换热,形成了对供给卤水的加热;同时回流水失去热能降温,并且伴有杂盐析出,未沉积的流向回水池。
回水池底部结晶析出杂盐是化工原料,按需要处理,选址及建设时要综合考虑暂时、长期堆积,才好应对,资源珍贵,生态环保至上。
节能方式,所有设施建设时有隔热保温,除正常换热面外,其余外漏面有良好保温;各池(湖)水面升温区(热水区域)要漂浮低成本隔热良好的泡沫塑料保温节能,防止蒸发等散热;提锂区高温水面要有防散热、防蒸发双层或三层充气泡塑料保温盖单、盖板,不锈蚀、重量轻、保温好,设计有线型轨道横向拉盖(或翻转盖板式、卷绕式盖单等)。
提锂是非常耗能的,西藏盐湖严重缺乏其他能源,日光又很充裕,加强太阳能利用尤为重要,(光伏发电转换效率普遍10-15%,单晶硅最好的21%,价格较贵):科技在进步,在利用现有清洁光伏、风能、水能的同时,可以探索使用热管换热节能/螺杆热泵榨取热能/地热能,重点加强聚光直接照射加热卤水、照射第三方物品,间接加热卤水:
1.)直接加热:用透镜聚光、用反光镜聚光,从四面八方汇集阳光照射到提锂池水面加热卤水;或照射收(受)光发热体,其下部***卤水传热;例如照射到下半截***卤水中的铜板(收受光发热体),上部高效收(受)光发热,下部水中降温;
2.)间接加热:透镜聚光、用反光镜聚光,从四面八方汇集阳光照射到低压(接近常压)水蒸发器,将蒸汽用绝热管引到提锂池加热卤水;
探索研究好材料:对光高接收、高反射、高折射、高热传导性,以及更好方式方法,可实现利用大量日光加热卤水;
安全方面:人员安全、用电安全、微波安全、机器运转安全、化学物品中毒、烧伤等,还备有急救药品,要常抓学懂慎行;
生产中有;要拉警戒,设路标,设隔离栏杆;用电加热、微波加热,要有安全用电,用微波措施,及自动控制措施;总之,安全是重中之重!必须要做好安全防护工作,保证生产顺利进行。
附图说明
各图名称及图中(图4、图5)编号说明:
图1.碳酸锂在水中溶解度
图2.杂盐溶解度
图3.盐类溶解度
图4.立面高差分布示意图
图5.平面布置示意图
图6.工艺流程图
图7.高温提锂区***示意图、A-A剖面示意图、B-B组装示意图
图8.换热面示意图,a图钢塑混合换热面示意图、b图全塑换热面示意图
图9.承接分隔座示意图
图10.冲扫管***示意图(锂盐冲扫、杂盐冲扫原理结构完全雷同),a图支管、喷头管连接旋转放大示意图
图11.中温换热示意图,a图三回程S形流道、b图其他多回程流道示意图
序号:1升温提锂池及提锂液 2返水池及返流水 3承接分隔座 4内洗盐床 5外洗盐床(槽.深) 6锂盐沉积槽 7锂盐送出***(散料输送机) 8返水分配槽 9杂盐沉积槽 10杂盐送出***(输送机) 11出水管(可设多支) 12放水门及漂浮控制*** 13供卤水管(可多支并给) 14供卤分配管 15分配支管(每条通道1支) 16光电加热器及支吊架 17锂粗盐投洗器 18微波加热及支吊*** 19锂盐冲扫*** 20杂盐冲扫***(冲扫管) 21换热供卤水管22换热管槽及盖板 23供卤管均布支撑 24快开阀门(多台) 25供给卤水泵(多台) 26回水管(可设多支) 27回水池及回水 28回水池中沉积杂盐 29底层隔离膜 30结晶锂盐 31储卤池中待用饱和卤水 32储卤池导热隔离膜 33储卤池漂浮管
图4立面高差分布示意图中,各设施高程位置不是实际位置,仅为明了表达逻辑关系、为看清各工艺环节关联关系、力求图面简洁所画;实际生产中各处理环节可依此指导思想确定。
图5平面布置示意图中,各设施位置不是实际位置,仅为明了表达逻辑关系、为看清各工艺环节关联关系、力求图面简洁所画。
从立面高差分布图图4、平面布设示意图图5看到:待用饱和清洁卤水31在储卤池中受回流水27加热,温度小有升高,通过给卤泵25,流经快开阀24,进入导热良好的换热管道21,在中温换热管槽22内换热传输,之后进入供卤水管13,流入供卤分配管14,经分配支管15,流入U型直通槽即升温提锂池1,沿途换热,温度有明显升高;流淌中又受光加热器16(n组)加热,再溶解锂粗盐投放器17(m组)投入粗盐中的杂盐,进入最后沉积池,受微波加热器18微波照射再度升温,达最高温度,一路升温、一路结晶析锂到此为止,再向上穿过内洗盐床4,流经外洗盐床5,溶解了大量杂盐,通过返水分配槽8进入返水池即并排U型直通换热槽组下面,流淌中加热上部卤水,自身温度降低,结晶析出出杂盐而沉积于杂盐沉积槽9中,最后流出高温区返水池,进入中温换热区,换热后再流入回水池,走完了完整的升温提锂循环。
图7高温提锂区***中,为避免图面混乱,返水池2中:支撑U形换热槽的横杆(平杆)、立杆(柱)未画出,在A-A图中局部示意画出(全是密密麻麻的横竖线条,好理解,免画),横、竖杆材料:选用截面圆形、椭圆形、多边形、工字形,T形、角钢、槽钢等各类正、异形钢材,材质用耐蚀钢为好,若用普通钢材,要挂塑胶防腐蚀,见图8;
若杂盐冲扫管正中布置,立柱可一左一右微偏避让,绕开;或杂盐冲扫管偏置,让开立柱;总之,必须避让,另外,立柱不能阻挡杂盐冲扫***的冲头管喷射,设计中着意避让;
图7 B_B中,J为U形槽接缝位置,两条接缝时对称布置,接缝不设在最底部。
高温区返水池2,建设时可建成全地下式、全地上是、半地下式,其实都是要建设一个面积一样、体积一样的水池,只是地面露出高度不同,所以,没有分别画图,综合看,半地下式优越点。
图4、图5中,中温区换热管槽22,呈一字直通式,只为图面简单,好理解原理;换热管槽22内换热供卤水管21只画二支,只为易理解设计意图,实际生产中要布设成s形三回程、更多回程式/或螺旋流道式,如图11,增长流道,增加换热面积,延长换热时间,增加换热量,同时结构紧凑,易于建设,利于节能,便于管理,费用低。
供卤水管,可以多管并给,设计中要平衡增加换热能力与降低成本的矛盾,按处理能力设计供给卤水泵位置、数量、规格参数,设计管径、数量,管道走向及分合要节能,减少水流阻力等,管线各种附件,生产中所用检测设施须配齐全,图中不能一一表达。
杂盐送出***10,可以设在左侧、可以右侧;锂盐送出***7可以设在左侧、右侧、后侧,设计中综合现场情况合理确定,图4、图5中示意画出一种。
储卤池底部的结晶盐,最初是碳酸锂,之后有杂盐析出,随着时日后延,杂盐占比增加,收取时要区别对待。
进给卤水泵(2台以上工作,备用1台为宜),图中只画出2台示意;还有情形需要再设泵站...没有再画出;
各图技术要求汇总:
1.)光电加热器16(n组),是指一定数量、某种方式的光加热器+电力加热器,光电加热不要求1∶1配置,按实际需要确定;粗盐投放及洗池按实际需要确定;
2.)所有管道线路参与换热的选用导热性良好的,不参与换热的要有高效可靠保温措施;
3.)所有管道线路,按要求安装快速阀门,各监测点安装相应检查仪表、设施,需要联动的必须自动联动,保证安全顺利生产;
4.)生产厂区电力不稳,电器设施要有可靠保护措施;
5.)储卤池中自然蒸发结晶物,初期是纯碳酸锂,之后会有伴有杂盐,若时间长久,会结晶析出全盐(所有组分都饱和析出),要合理应对。
具体实施方式
对目标盐湖及周围地貌详细考察、综合规划,作出科学设计。
在湖面设计指定位置快速搭建漂浮式晒盐池及配套设施,灌入清洁盐湖水,风吹日晒,自然蒸发、浓缩达到[Li+]饱和;
再过度蒸发、浓缩约5%以上,保证期间结晶析出碳酸锂量在最冷季节有足够量支持反向溶解,提高卤水中的[Li+]达最高值;
在最冷季节,水温降低,[Li+]反向溶解,在最冷季节后期,[Li+]反向溶解完成后,将晒盐池中卤水固液分离,清澈卤水是最低温时的锂盐饱和溶液,[Li+]最高,杂盐含量最低,收储于早已按规划、设计、建成的特制储卤池中待用。
建设提锂场区,升温提锂从工艺上分为高温区、中温区、低温区三大块,在晒盐开始后开工建设,盐湖地区气温低、冬季来临早,每年仅六月~九月可施工,土建必须当年早早完成;
低温区,即常温区,土建工作简单,在低洼地,用推土机、装载机等修建一个大坑池可足够容纳晒盐池中水量(及将来扩大产能水量),坑池地表大致修理平整、光园,压实,不能有局部突然高、低形貌出现,以防将来损坏储水池底层隔离膜;该池当年冬季投入使用,收储卤水;
储卤池是将双层塑料隔离膜铺到已经土建完好的坑池里,上层隔离膜是导热膜,导热膜上面装待用饱和卤水,下面将来正常生产时收储回流水,回流水中热量通过导热隔膜传入卤水被利用,底层隔离膜防止回流水渗漏;每层隔离膜要求独立、完好无裂缝,接缝严密无渗漏(拼接胶黏时绝对不能有互相连接出现);
实际中也可以边灌水边外接扩展(特种黏胶30分钟完全成形);
高温提锂区分为二部分,下部为返水池、上部为漂浮升温提锂池,分别详解。
返水池就是一个按土建方式修建的巨大水池,如图7,前部有沉积杂盐的池槽,称杂盐沉积槽9(可按需要分段设数个);中部有返回水分配槽8,再后有一道隔梁,隔梁上预埋有地脚螺栓;最后部分是向下收缩的下降坑池基座;由于要长期使用,按照土建要求精心建设(大小尺寸、深浅、结实、耐用、保温、防渗漏、渗漏水有汇集抽取自动***,地表不积水…建好返水池)。
返水池前部建有杂盐沉积槽,沉积槽底部设置抽取(或刮板式、链板上、斗式提升式等择优选用)成套输送机***10,如图7,采用抽取方式送出杂盐用水多,分离出的液体按温度高低引入换热管槽的等温位置,继续参加换热;分离出的固体杂盐用作其他化工原料,也可考虑余热回收;
返水池:建设面积大,工作温度高,地基年温差大,好在载荷均匀、承重不大(水池暂考虑不超过3m-5m深),渗漏造成地基下沉是破损的根源,建设时除了常规土建防渗漏要求外,特别要求:
1.)特制防渗水监测、渗水汇集排出***,即在浇筑混凝土前铺三层防渗漏塑料化纤膜,还要富余布设(中间层要有密集皱褶状、或凸凹压花状,将来地基小量下沉变形时保证有较大的变形余量相应延伸应对,小变形中完好不漏);塑料化纤膜要完整铺上地面来,或从地下某处引到较低排水位置去,使渗漏水远离地基;
2.)中间层防渗漏塑料化纤膜上面横向贯通穿多条塑料细管,细管上特定位置剪有小孔,细管端头甩出地面,将来从端头抽吸,检测渗漏情况,并抽出渗水;平常外露管头高挂、倒置防水倒灌,管头要有防老化措施;
这样既是有渗漏,渗漏水被及时排除,不能破坏地基,返水池体不受影响,仍然正常工作。
返水池2前部有杂盐沉积槽9(按池体长度、杂盐结晶情况确定,中部也可增设杂盐沉积槽及排盐装置)
返水池2后部建有回流水分配槽8(槽内布设有杂盐冲扫管20);
再后建有混凝土隔梁,隔梁预埋有地脚螺丝(将来安装固定承接分隔座3);
返水池2最后部分是锂盐沉积池(槽)坑座,向下收缩便于收集锂盐等沉积物,如图7。
漂浮升温提锂池是组装结构,分前部、后部、中部分别详解:
漂浮升温提锂池前部是并排U形换热槽组,漂浮在返水池2中,是用多件U形直通槽连接组成的并列U形直通道,如图7A-A,图B-B是U形直通槽连接装配大样,形成大量换热面,称为并列U形换热槽组;图B-B中J表明所用薄钢卷板宽度不足进行拼接产生接缝位置,U形槽高深时,接缝数增加,接缝不必设在最低位置,具体制作:
U形槽用耐腐蚀钢薄板卷材弯折成型:通常卷板宽度B1=800mm、B2=1100mm两种,单板宽度不足,必须拼接,拼接后宽带B为:B1+B2、B1+B2+B1、B2+B1+B2、3B1、3B2...;这样接缝不在最低位,当用二卷薄卷板拼接时,展开卷板,沿纵向一条接缝拼接成B=B1+B2,再弯折成U形直通槽,长度按设计确定(卷板长度可在钢厂特订),接缝要求不在U形槽最低位,将U形槽挂在早已布设的支架上,用特制可回用快速膨胀螺丝锁住,如图7B-B,成为并排U形换热槽组;
(拼接板宽度B,未计算折叠量)
漂浮升温提锂池后部是漏斗状、向下收缩成小沉积池(槽),便于固形物下沉聚集易于收集输送出去;采用耐腐蚀中厚钢板制作(焊接+组装);
提锂池后部的收缩沉积池安装就位时,必须先修整返水池的对应部位,即最后部份的下降坑池,要平滑,没有明显对抗/再清理干净后铺一层3mm的橡胶板/再铺三层防渗塑料隔膜/再铺3mm橡胶板,橡胶板接头接缝下面垫无损塑料膜后用胶接起来,完整不透水,再将收缩沉锂斗坐上,查验合格后与特制承接封板连接,最后用高弹性耐高温(90C)耐老化树脂灌缝(与土建池结合为一体,没有缝隙渗漏);
锂盐沉积物输送机7安装:
1.)提锂池后部是主要加热升温区位,温度快速升高,锂盐会大量结晶析出;2.)还有本部位的精洗锂矿沉淀;
3.)前部并排U形换热槽组中温度升高结晶析出锂盐及精洗锂矿顺流汇集过来,统统下沉,要便于收集;因此,此段形状像收缩漏斗状,向下收缩至底部锂盐沉积池(槽),池(槽)底设置有抽取(或其他形式)输送机出锂***,如图7中所示输送机7,
输送机7,将沉积锂盐输送到指定脱水工位,在专业脱水工位固液分离,分离出的低温液体引入提锂沉淀池,继续析锂;分离出的高温液体引入返回水池中,参加换热;分离出的固体盐即为目标产品---高纯锂精矿,包装运出。
漂浮升温提锂池中间是一个用中厚度耐蚀钢特制的承接分隔座3如图9,承前启后将前部与后部有机连接贯通,并固定在返水池2的横梁地脚螺栓上。
每一个U形直通槽内底部通长布设有锂盐冲扫管装置,如图10,多管连接构成冲扫***,用水泵加压喷射出高速水流,顺利冲扫沉积物顺流而下,最终进入到锂盐沉积池(槽),被输送机送到脱水工位。
中温换热区:由换热管槽22与逆流而上的换热供卤水管21组成。
中温换热区换热管槽22的建设:按设计要求,开挖出相应坑池,土建按规范要求进行正常地基处理,之后铺三层塑料化纤防渗层,(要求完整铺出地面,)再铺3mm厚橡胶板(聚酯泡板)防护,换热槽管表面层用成型的双层中空排水管(采用全圆或半圆截面、U形、梯形截面、半椭圆截面均可,材质为PE+石墨碳素粉注塑)可靠组装,接缝要(穿夹板可靠接牢)涂胶封闭;
规格超大或特异时可特别订制,中空结构保温好,施工速度快,安装坡度i=0.01-0.02顺流,易清理杂盐沉积物;末尾端底部接有较大口径排(回)水管26,连接到返水回水池27如图4、图5,图中换热管槽呈一字型,是为图面简洁、便于理解设计原理;
中温换热区实际宜设计成s型三回程甚至更多,或其他回程式如图11,(也可采用螺旋流道式),增加换热流程,减少外界热损失,达高效节能;换热区要合理设置杂盐沉积池(槽)及排出、输送机;
本区换热是低成本,高收效利用,经济性强,要尽量充分;(高温区换热成本太高,低温区换热卤水体量大,温度升高不多,大面积、长时间在与大自然换热,最终大量散失,收效低)。
中温换热区在大规模生产中可用大截面长流通道结构,此时供卤水管可采用导热塑料膜粘结搭建成型的U形通道模式如图8b,构成全塑纤式并排U形换热槽组结构;在平底回水换热管槽中,U形通道是等高的;在园底、斜底回水管槽中,U形通道不等高。
中、低温换热区,U形换热槽也可用钢+塑混合式:用一卷耐腐蚀钢薄板卷材,展开后,弯折成型(如圆形、椭圆形的一部分,U形、梯形等小矮圆弧瓦),因高度不足,相邻二件小矮圆弧瓦用导热塑胶片弥补连接,成为钢塑混合式U形换热槽组,简称钢塑U形换热槽组,如图8a;
塑料成本低、耐腐蚀、施工方便,可以豪花加大换热面积,低成本提高换热量;耐蚀钢制换热面,强度高、耐高温,造价高,总体用量要减小,钢、塑结合,合情合理节约资金。
中温换热区若采用较大型池塘式结构,沉积杂盐不必清除,在池塘中永久沉积,待将来开发利用。
中温换热区换热管槽可以全开口,即明渠,将后好检查、好保养,但散热严重、安全性差;若用全封闭管,无法穿管、无法检修;折中后采用一段开口、一段封闭,即间断开口式,各段长度设计确定,这样结构稳固性强,照顾了保温节能、穿管、清理、检修难点;本区所有开口明渠要盖保温板、保温单可靠保温,还要设明显的防护安全标识、栏杆等;
,在换热管槽内装设有多根供卤水管,管道材料要导热性好、耐盐碱腐蚀,,要用定位支撑架23(像米字形塑料薄片,不占流通面积,将卤水管道分隔、限位)固定位置,防止乱窜;管道走向不能成标准直线,要有s波浪形或采用局部小螺旋布置(相邻两段必用正、反螺旋,前段扭曲、后段修正,否则会成螺丝状,对冲扫杂盐不利),扰动流水利于换热,槽管内截面最低部位要便于流淌杂盐,在底部一定范围内不得布设管道。
提高换热能力,与总体经济性统筹兼顾,矛盾对立统一,高换热要求管道越细换热性能越高,要求管道小表面积大,但造价高,流动阻力大,架设难度大等经济性变差,所以要统筹权衡,设置在合理区域。
低温(常温)收储区,此区在去年夏、秋季建成,是本项目最先建设的部份,冬春收集卤水成储卤池,正常升温提锂时,现又收集回流水在导热膜下,成为回水池,二池一膜相隔,位置重合,彼消此涨;在接受回水前要检查完善;并将最底层隔离膜向外延伸,原有长度不足时,用特制胶粘接外接加宽即可,可靠保证收储回水及沉积杂盐。
回水池原来无水,正常升温提锂时流入较热回流水,积水成渊,并对储卤池中饱和卤水加热,为节能在池面温度较高区域漂浮双层中空加气泡塑料膜保温,防风吹、防蒸发散热;
为再次充分节能,可以将回水池向前部延伸为对流通道,换得之热能立即送走转变为有效利用能,否则在池塘中换热后大量热能也会散失,
低温区也可以建在湖面上,节约用地、节省投资,此时回流水中余热就几乎不能利用了,就要在中温区特别延长换热流道,极力吸收余热。
回水池底部结晶析出杂盐及其他池冲下来的杂盐是化工原料,若暂时不用将在此池长期堆积,等待开发,这样在池位选址、建设时要充分考虑到该因素,合理应对,资源珍贵,生态至上,开发利用要兼顾,还要报批许可。
节能方式,所有设施建设时有隔热保温,除正常换热面外,其余外漏面有良好保温;各池(湖)水面升温区(热水区域)要漂浮低成本隔热良好的泡沫塑料保温节能,防止蒸发等散热;提锂区高温水面要有防散热、防蒸发双层或三层充气泡塑料保温盖单、盖板,不锈蚀、重量轻、保温好,设计有线型轨道横向拉盖(或翻转盖板式、卷绕式盖单等)。
提锂是非常耗能的,西藏盐湖严重缺乏其他能源,日光又很充裕,加强太阳能利用尤为重要,(光伏发电转换效率普遍10-15%,单晶硅最好的转换率21%):
1.)直接加热:用透镜聚光、用反光镜聚光,从四面八方汇集阳光照射到提锂池水面加热卤水;
2.)间接加热:透镜聚光、用反光镜聚光,从四面八方汇集阳光照射到低压(接近常压)水蒸发器,加热沸腾后将蒸汽用绝热管引到提锂池加热卤水;或照射收(受)光发热体,其下部***卤水传热;例如照射到铜板(收受光发热体),铜板上部高效收(受)光发热,下部***水中换热降温;
探索研究好材料:对光高接收、高反射、高折射、高热传导性,以及更好方式方法,可实现利用大量日光加热卤水;
科技无止尽,在利用清洁光伏、风电、水电的同时,还要探索使用热管换热节能/螺杆热泵榨取热能/地热能,尤其探索聚光照射直接加热卤水升温、聚光照射加热其他物件间接传热加热卤水,研究开发高精尖光学材料,如光高反射、高折射、高吸收(受)、高转换、高传导(光纤类),热能高传导方式及材料。
辅助设施安装及管道、阀门、水泵等附件安装:
1.)电加热器及支吊架安装;
2.)日光直接、间接加热器及支吊架安装;
3.)微波加热器及支吊架安装;
4.)粗锂盐投盐器、粗锂盐内洗床、粗锂盐外洗床安装:
5.)在返水池2回流水出口,装有水流量调节结构---放水门浮球调节***12,保证水位在适当范围;例如,水位升高,漂浮球上移,其下联动的出水口加大,排水增加,水位回落下来,漂浮球下落,联动出水口关小,出水减小,水位升高,如此周而复始,在设定范围动态平衡;
6.)各阶段制作、安装配水管***,锂盐冲扫管***,杂盐冲扫***,耐蚀水泵、耐蚀快开阀门等管路附件;集(积)水排水手动/自动***
7.)立管(立柱)支撑,要全挂塑胶防腐,在地面要设放大脚插座;其他必要器材安装;所用材料90℃范围内耐盐湖卤水、工艺卤水腐蚀,换热器件还要导热性较好,普通钢材可浸挂塑胶防腐。
安全方面:人员安全、用电安全、微波安全、强光照射安全、机器运转安全、化学物品中毒、烧伤等,还备有急救药品,要常抓学懂慎行;
高温区提锂池是高温区,微波加热段温度最高,接近沸腾点,生产时所有水面要有防散热、防蒸发双层或三层充气泡保温盖单、盖板,不锈蚀、重量轻、保温好,有线型轨道横向拉盖(或翻转盖板盖单);还要拉警戒,设路标,设隔离栏杆;用电加热、微波加热,要有安全用电,用微波措施,还要有自动控制安全生产措施;总之,安全是重中之重!必须要做好安全防护工作,保证生产顺利进行。
生产现场;要拉警戒,设路标,设隔离栏杆;用电加热、微波加热,要有安全用电,用微波措施,及自动控制措施;总之,安全是重中之重!必须要做好安全防护工作,保证生产顺利进行。
文中所述耐蚀---特指材料在沸腾点温度(约86℃)内对处理卤水耐腐蚀。
Claims (10)
1.西藏盐湖晒盐提锂停滞在原计划产量约10%处,除了晒盐池成本极高外,另一致命原
因是卤水有效吸收的能量远远不足,在一个晒盐池上安装日光采暖大棚采集到的热能很有
限,与需求比太少了!满山偏野的光照+呼啸而过的风能,取之不尽,如何多采多用,科学合
理利用才是要解决的根本问题。 西藏清洁能源发展迅速,水电大量开发,风力发电、光伏发
电到处铺开蓬勃发展,发电成本也大幅降低了,必须利用电力加热助力晒盐提锂进入推行
阶段,随着技术的进步,并将继续向更有利方向发展;为助力我国西藏晒盐提锂走出困局,
唤醒世代沉睡的盐湖,为新能源事业提供充足的锂资源,本专利推出一套完整的大规模晒
盐提锂工艺、技术装备专利技术,其特征:
用本专利特别检测渗漏、防渗漏措施按土建方式建设高温区高温返水池---在此区段,卤水受热温度达最高点附近,析锂、洗锂之后返回进入返水池,用高温返回水加热其上部的卤水升温;建设方式可选择全部地下式/全部地上式/半地下、半地上式,依山傍湖,按实际地貌科学规划、建设,本专利特别检测渗漏、防渗漏措施,保证设施多年完好运行。
2.组装漂浮升温池+沉锂池(汇集池)---在提锂环节中,漂浮池漂浮在高温返水池前部,是用并排u形直通槽按适当间距并排联接组装成的换热面,隔离流进卤水与返回流出水,并使充分交换热量,结晶沉集锂盐;在后部,是沉积锂盐等固形物的汇集池,用耐腐蚀中厚度钢材制成向下收口的斗状体,方便固形物下沉收集;漂浮池与沉锂池中间用承接分隔座连接;它们组成卤水升温析锂及洗锂的核心区段。
3.建造中温换热池(土建地基按本专利特别检测渗漏、防渗漏措施)---是回流水继续加热供卤通道(供卤管道)中卤水的重要区段;除用传统土建方法建造外,可在土建池坑开挖修整、地基特别防渗漏处理完成后,用轻薄塑料类大型器件---例如:大型中空双层排水管、排水渠拼接建成,也可以用防水塑料化纤膜片制品现场拼接组建,确保不漏水即可,制成低价池体。
4.中温区供卤通道有三种方式可选:
1)用多支管道(包括异形截面管道)输送卤水,穿过中温区回水管槽即换热池,进行换热;
2)用导热塑料膜片连续反向弯折成波浪状(正弦曲线状)成为换热面,隔离上下水体(其上部为低温卤液、下部为高温回水);
3)用全钢U型直通槽,或用钢、塑混合换热面进行换热。
5.低温区为储卤池与回水池,上下重叠池方式(用导热膜隔离,依连重叠),节约土地资源,节约建设费用,回流水加热储卤池中卤水,低成本高效长久换热;取卤点设在较高温处,最经济,最生态。
6.卤水受热方式及换热技术:有常规的电阻式加热+高温区返水池传导加热+中温池传导换热+回水池长久传导加热+专制“超大水体微波立体加热”+利用聚光直接照射水面加热卤水或日光间接加热卤水;
换热技术上(材料、设施):利用碳纤维、碳纳米管等高导热能,添加制成轻薄高导热塑料片+耐卤腐蚀薄钢板组合件,组合集成巨大换热面积的敞口常压容器充分换热,设计日光回路利用聚合太阳光照能直接加热卤水,也可照射第三物品后传导热能,实现间接加热卤水;还要用类似热管传导等新技术。
7.换热工艺流程,采用连续逆流换热,即:高温区逆流换热;中温区回流管槽逆流换热;低温区回水收储池长久逆流换热;中温区换热布局上,可用s形三回程折叠式(甚至更多回程)以及其他形式的布局,增加了流道的长度,增加了换热面积,延长了换热时间,实现了多换热,实现低成本高效换热;符合条件的位置还要利用太阳光照能量直接、间接加热卤水。
8.金属换热面、非金属混合换热面,大型U形直通槽制作、成排组装换热面:
1.)高温区必须用全钢换热面,用耐腐蚀薄钢卷板(产品宽带B1=800、B2=1100mm,),沿纵向长度方向拼接后宽度B为(B1+B2\B1+B2+B1\B2+B1+B2/3B1/3B2...)折成U形,接缝不在最低位置处,按要求并排组装,长度上不搭接为好;
2.)较低温区域,可用全塑换热面,用导热防渗漏塑料、化纤布片,直接搭在每个横杆上,调整横杆两侧的下垂量,自然形成连续成排U形直通道;因塑料宽度有限,接缝要纵向设置搭在架杆最高位区域;
3.)金属-非金属混合搭配换热面,即用一卷薄钢板,弯折成U形长条瓦状(圆形、椭圆、抛物线、U...规则、不规则线形等),就位坐地后,高度不足之处,用塑料化纤布片翻过横杆连接起来,形成金属+非金属混合式并排U形直通槽换热组。
9.节能、新技术---提锂过程中,能耗特别巨大,节能非常重要;
节能方面:所有设施建设时有良好的隔热保温层,除正常换热面外,其余外漏面有良好保温措施;储卤池及回水池水面升温区(水温较高区域)要漂浮低成本、隔热优良的泡沫塑料布保温节能,以防蒸发、对流等直接散热;
换热流道做成曲面、凸凹、设鳍片等,扰动水流提高换热能力;
新技术方面:充分利用绝好的太阳能资源,设置光回路,聚光采得强光,直接照射卤水升温、或照射第三方后再高效传输热能加热卤水,实现间接加热;加大热管换热节能技术利用、推行螺杆热泵榨取热能技术应用。
10.对提锂原料卤水要求:1.)目标盐湖水用漂浮式晒盐池蒸发、浓缩至碳酸锂饱和后,再过度蒸发、浓缩约5%以上(保证期间结晶析出碳酸锂在最冷季节有足够量支持反向溶解,提高卤水中的[Li+]达最高位);
2.)在最冷季节后期,反向溶解完成后,将卤水固液分离,清澈卤水是最低温时的锂盐饱和溶液,[Li+]最高,杂盐含量最低,收储于早已按规划、设计、建成的特制储卤池中待用。
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