DE202020101934U1 - System for direct lithium extraction and production of lithium chemicals with low carbon intensity from geothermal brines - Google Patents

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Abstract

System zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beidem in Batteriequalität aus einer Geothermalsole, umfassend:
eine Binärkreislauf-Geothermieanlage (200);
einen hinter der Binärkreislauf-Geothermieanlage angeordneten direkten Lithiumextraktionskreislauf (400), der dazu ausgebildet ist, Lithium oder Lithiumchlorid selektiv aus der Geothermalsole rückzugewinnen, um einen Lithiumkonzentratstrom zu erzeugen, wobei der direkte Lithiumextraktionskreislauf angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage gewonnener Elektrizität, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt;
einen hinter dem direkten Lithiumextraktionskreislauf angeordneten Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid (600), der dazu ausgebildet ist, Wasser aus dem Lithiumkonzentratstrom zu entfernen und diesen gleichzeitig aufzubereiten, um einen aufgewerteten Lithiumchloridkonzentratstrom zu schaffen, wobei dieser Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage gewonnener Elektrizität und/oder gewonnenem Dampf, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt; und
einen hinter dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid angeordneten chemischen Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf (800), der dazu ausgebildet ist, aus dem aufgewerteten Lithiumchloridkonzentratstrom Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beides in Batteriequalität herzustellen, wobei der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage gewonnener Elektrizität und/oder gewonnenem Dampf, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt;

Figure DE202020101934U1_0000
System for the production of lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate or both in battery quality from a geothermal brine, comprising:
a binary cycle geothermal system (200);
a downstream of the binary circuit geothermal system arranged direct lithium extraction circuit (400), which is designed to selectively recover lithium or lithium chloride from the geothermal brine to generate a lithium concentrate stream, the direct lithium extraction circuit being driven by electricity obtained from the binary circuit geothermal system, with none carbon-based fuel is used;
a circuit arranged downstream of the direct lithium extraction circuit for the concentration and processing of lithium chloride (600), which is designed to remove water from the lithium concentrate stream and to treat it at the same time in order to create an upgraded lithium chloride concentrate stream, this circuit being driven for the concentration and processing of lithium chloride is made from electricity and / or steam obtained from the binary-cycle geothermal system, with no carbon-based fuel being used; and
a chemical lithium battery processing circuit (800) arranged downstream of the circuit for the concentration and processing of lithium chloride, which is designed to produce lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate or both in battery quality from the upgraded lithium chloride concentrate stream, the chemical lithium battery processing circuit being driven by the binary circuit geothermal system generated electricity and / or steam that does not use carbon-based fuel;
Figure DE202020101934U1_0000

Description

Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur direkten Lithiumextraktion (DLE) aus Geothermalsolen, und im Besonderen die sequentielle Kombination einer Binärkreislauf-Geothermieanlage, eines DLE-Kreislaufs, eines Kreislaufs zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid und eines chemischen Lithiumbatterieverarbeitungskreislaufs zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beidem in Batteriequalität aus Geothermalsolen.In general, the present invention relates to a system for direct lithium extraction (DLE) from geothermal brines, and in particular the sequential combination of a binary circuit geothermal system, a DLE circuit, a circuit for the concentration and processing of lithium chloride and a chemical lithium battery processing circuit for the production of lithium hydroxide Monohydrate, lithium carbonate or both in battery quality from geothermal brine.

Lithium findet sich in verschiedenen Arten von Rohstoffen einschließlich Solen, Sedimentmaterial und Pegmatiterzen. Solen sind wässrige Rohstoffe, die typischerweise Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium und Kalziumchloride in Lösung mit anderen kationischen wie anionischen Fremdstoffen enthalten. Lithium kann durch zwei verschiedene Klassen von Verarbeitungstechniken aus Solen extrahiert werden: Verdunstungsverfahren und DLE-Verfahren. Bei Verdunstungsverfahren wird Sole an die Oberfläche gepumpt, um das Wasser aus der Sole zu verdunsten und Fremdsalze in großen Becken auszukristallisieren, bevor Lithium am Ende des Systems in ein chemisches Produkt umgewandelt wird. Bei DLE handelt es sich um einen Vorgang, bei dem Lithium gezielt aus der Sole entfernt wird, während der Großteil des Wassers und der Fremdstoffe zur Wiedereinleitung verbleibt. Es gibt drei Hauptklassen von DLE: Adsorption, Ionenaustausch und Lösungsmittelextraktion.Lithium is found in various types of raw materials including brines, sediment material and pegmatite ores. Brines are aqueous raw materials that typically contain lithium, sodium, potassium, magnesium and calcium chlorides in solution with other cationic and anionic foreign substances. Lithium can be extracted from brine by two different classes of processing techniques: evaporative processes and DLE processes. In evaporation processes, brine is pumped to the surface in order to evaporate the water from the brine and to crystallize foreign salts in large basins before lithium is converted into a chemical product at the end of the system. DLE is a process in which lithium is specifically removed from the brine, while most of the water and foreign substances remain for reintroduction. There are three main classes of DLE: adsorption, ion exchange, and solvent extraction.

Verdunstungsverfahren werden hauptsächlich in Südamerika zur Verarbeitung von Solen mit hoher Lithiumkonzentration und von hoher Reinheit eingesetzt, bei denen die Verdunstungsraten hoch sind. Es gibt weltweit viele andere Solen mit niedrigeren Lithiumkonzentrationen und größeren Konzentrationen an Fremdstoffen, die mit Verdunstungsverfahren nicht wirtschaftlich verarbeitet werden können, die aber zur Deckung der Nachfrage nach Lithium für Lithiumionenbatterien in Elektrofahrzeugen erschlossen werden könnten. Einige dieser Solen umfassen niedrigkonzentrierte südamerikanische Salarsolen, Ölfeldsolen und Geothermalsolen.Evaporation processes are mainly used in South America to process brines with high lithium concentration and high purity where the evaporation rates are high. There are many other brines around the world with lower lithium concentrations and higher concentrations of foreign substances that cannot be processed economically using evaporation processes, but which could be developed to meet the demand for lithium for lithium-ion batteries in electric vehicles. Some of these brines include low-concentration South American salar brines, oil field brines, and geothermal brines.

Ölfeld- und Geothermalsolen befinden sich in eingeschlossenen Grundwasserleitern, die tiefer liegen als südamerikanische Salarsole-Grundwasserleiter, üblicherweise mehr als etwa 300 Meter tief. Daher sind sie üblicherweise anoxisch mit einem Redoxpotential (ORP) von weniger als etwa 200 mV. Geothermalsolen sind eine Klasse jener Solen, die durch das Erdinnere auf hohe Temperaturen erhitzt werden und hohen Drücken ausgesetzt sind, sodass die Herstellung von Wärme und Elektrizität aus der in der Sole enthaltenen Energie möglich ist. Einige dieser Solen enthalten Lithium und es kann rentabel sein, das Lithium aus diesen Solen mittels DLE zu extrahieren. Die chemischen Eigenschaften der Sole müssen jedoch möglicherweise verändert werden, bevor die Sole in die DLE eintritt, damit die DLE-Technologie nicht durch einige Bestandteile der Sole beeinträchtigt wird, und nachdem die Sole in der DLE verarbeitet wurde, damit die Sole in den Grundwasserleiter wiedereingeleitet werden kann, ohne dass es zu Ablagerungsproblemen im Schacht oder im Grundwasserleiter selbst kommt. Dies stellt bei Binärkreislauf-Geothermieanlagen eine besondere Herausforderung dar, da diese üblicherweise im Vergleich mit Flash-Dampf-Geothermieanlagen weniger tolerant für Veränderungen der physikalischen Eigenschaften (pH, ORP, Zusammensetzung, Temperatur, Druck) der Sole vor der Wiedereinleitung sind.Oilfield and geothermal brines are located in enclosed aquifers that are deeper than South American salar brine aquifers, usually more than about 300 meters deep. Therefore, they are typically anoxic with a redox potential (ORP) less than about 200 mV. Geothermal brines are a class of brines that are heated to high temperatures by the earth's interior and are exposed to high pressures, so that the production of heat and electricity from the energy contained in the brine is possible. Some of these brines contain lithium and it can be profitable to extract the lithium from these brines using DLE. However, the chemical properties of the brine may need to be changed before the brine enters the DLE so that some components of the brine do not affect the DLE technology, and after the brine has been processed in the DLE so that the brine is reintroduced into the aquifer without depositing problems in the shaft or in the aquifer itself. This poses a particular challenge for binary circuit geothermal systems, as these are usually less tolerant of changes in the physical properties (pH, ORP, composition, temperature, pressure) of the brine before it is reintroduced, compared to flash steam geothermal systems.

Es ist daher erstrebenswert, ein verbessertes System und Verfahren für die DLE aus Geothermalsolen zur Herstellung von Energie mittels Binärkreislauf-Geothermieanlagen bereitzustellen.It is therefore desirable to provide an improved system and method for the DLE from geothermal brine for the production of energy by means of binary circuit geothermal systems.

Es ist ferner erstrebenswert, eine sequentielle Kombination einer Binärkreislauf-Geothermieanlage, eines DLE-Kreislaufs, eines Kreislaufs zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid und eines chemischen Lithiumbatterieverarbeitungskreislaufs zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beidem in Batteriequalität aus Geothermalsolen bereitzustellen.It is also desirable to provide a sequential combination of a binary circuit geothermal system, a DLE circuit, a circuit for concentrating and processing lithium chloride and a chemical lithium battery processing circuit for producing lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate or both in battery quality from geothermal brines.

Zudem ist es erstrebenswert, ein System und Verfahren für direkte Lithiumextraktion aus Geothermalsolen bereitzustellen, bei dem Adsorption, Ionenaustausch, ionische Flüssigkeiten und/oder Lösungsmittelextraktion bei der DLE zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beidem in Batteriequalität aus der Geothermalsole eingesetzt werden.In addition, it is desirable to provide a system and method for direct lithium extraction from geothermal brine, in which adsorption, ion exchange, ionic liquids and / or solvent extraction are used in the DLE for the production of lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate or both in battery quality from the geothermal brine.

Weiterhin ist es erstrebenswert, ein System und Verfahren für direkte Lithiumextraktion aus Geothermalsolen bereitzustellen, bei dem Geothermalenergie aus Förderbohrungen miterzeugt wird, um das System und Verfahren zur Lithiumextraktion mit Energie zu versorgen, wobei kohlenstofffreie Elektrizität und Wärme erzeugt wird, die verwendet wird um Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beides in Batteriequalität ohne den Einsatz kohlenstoffbasierter Kraftstoffe herzustellen.Furthermore, it is desirable to provide a system and method for direct lithium extraction from geothermal brines, in which geothermal energy from production wells is co-generated in order to power the system and method for lithium extraction with energy, whereby carbon-free electricity and heat is generated which is used to generate lithium hydroxide. Produce battery-quality monohydrate, lithium carbonate or both without using carbon-based fuels.

Ehe mit einer detaillierten Beschreibung der Erfindung fortgefahren wird, sollte jedoch angemerkt und daran erinnert werden, dass die folgende Beschreibung der Erfindung, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, nicht als die Erfindung auf die gezeigten und beschriebenen Beispiele (oder Ausführungsformen) beschränkend aufgefasst werden sollte. Fachleute in dem die Erfindung betreffenden Bereich werden in der Lage sein, andere Formen dieser Erfindung im Rahmen des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche auszuarbeiten.Before proceeding with a detailed description of the invention, however, it should be noted and remembered that the following description of the invention, together with the accompanying drawings, should not be construed as limiting the invention to the examples (or embodiments) shown and described. Those skilled in the art to which this invention pertains will be able to use other forms to elaborate this invention within the scope of the appended claims.

Im Allgemeinen betrifft die Erfindung ein System und Verfahren zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beidem in Batteriequalität aus einer Geothermalsole. Das System und das Verfahren umfassen eine Binärkreislauf-Geothermieanlage (kann auch als Binärkreislauf-Geothermiekraftwerk oder Binärkreislauf-Geothermieenergieerzeugungsanlage bezeichnet werden), die einem optionalen Solevorbehandlungskreislauf vorgelagert ist.In general, the invention relates to a system and method for producing lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate or both in battery quality from geothermal brine. The system and the method include a binary circuit geothermal plant (can also be referred to as a binary circuit geothermal power plant or binary circuit geothermal energy generation plant), which is upstream of an optional brine pretreatment circuit.

Ein direkter Lithiumextraktionskreislauf ist hinter der Binärkreislauf-Geothermieanlage und hinter dem optionalen Solevorbehandlungskreislauf angeordnet. Der direkte Lithiumextraktionskreislauf wird angetrieben von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage gewonnener Elektrizität. Der direkte Lithiumextraktionskreislauf ist dazu ausgebildet, Lithium oder Lithiumchlorid gezielt aus der Geothermalsole rückzugewinnen, um einen Lithiumchloridkonzentratstrom herzustellen.A direct lithium extraction circuit is arranged behind the binary circuit geothermal system and behind the optional brine pretreatment circuit. The direct lithium extraction circuit is powered by electricity obtained from the binary circuit geothermal plant. The direct lithium extraction circuit is designed to recover lithium or lithium chloride from the geothermal brine in a targeted manner in order to produce a lithium chloride concentrate stream.

Ein Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid ist hinter dem direkten Lithiumextraktionskreislauf angeordnet und dazu ausgebildet, Wasser aus dem Lithiumchloridkonzentratstrom zu entfernen und diesen gleichzeitig aufzubereiten, um einen aufgewerteten Lithiumchloridkonzentratstrom zu schaffen. Der Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid wird angetrieben von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage gewonnener Elektrizität und/oder gewonnenem Dampf.A circuit for concentrating and processing lithium chloride is arranged behind the direct lithium extraction circuit and is designed to remove water from the lithium chloride concentrate stream and to process it at the same time in order to create an upgraded lithium chloride concentrate stream. The circuit for concentrating and processing lithium chloride is driven by electricity and / or steam obtained from the binary circuit geothermal system.

Das System und das Verfahren umfassen ebenfalls einen hinter dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid angeordneten chemischen Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf. Der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf ist dazu ausgebildet, aus dem aufgewerteten Lithiumchloridkonzentrat einen Lithiumhydroxidstrom oder einen Lithiumcarbonatstrom oder beides zu bilden. Genau wie der Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid wird auch der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf angetrieben von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage gewonnener Elektrizität und Wärme.The system and method also include a downstream lithium chloride concentration and recycling circuit for lithium battery chemical processing. The lithium battery chemical processing circuit is designed to form a lithium hydroxide stream or a lithium carbonate stream or both from the upgraded lithium chloride concentrate. Just like the circuit for concentrating and processing lithium chloride, the chemical lithium battery processing circuit is also powered by electricity and heat obtained from the binary circuit geothermal system.

Der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf kann einen Elektrolysekreislauf umfassen, der dazu ausgebildet ist, aus dem aufgewerteten Lithiumchloridkonzentratstrom einen Lithiumhydroxidkonzentratstrom zu bilden. Der Lithiumhydroxidkonzentratstrom kann an einen Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf weitergeleitet werden, um Lithiumhydroxidmonoxid in Batteriequalität herzustellen. Der Lithiumhydroxidkonzentratstrom könnte auch an einen CO2-Karbonisierungskreislauf weitergeleitet werden, um Lithiumcarbonat in Batteriequalität herzustellen. Zusätzlich kann der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf einen Na2CO3-Karbonisierungskreislauf und einen Lithiumcarbonatverarbeitungskreislauf umfassen, um Lithiumcarbonat in Batteriequalität aus dem aufgewerteten Lithiumchloridkonzentrat herzustellen. Zudem kann der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf einen Na2CO3-Karbonisierungs- und Kalkungskreislauf und einen Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf umfassen, um Lithiumhydroxid-Monohydrat in Batteriequalität herzustellen.The lithium battery chemical processing circuit may include an electrolysis circuit that is configured to form a lithium hydroxide concentrate stream from the upgraded lithium chloride concentrate stream. The lithium hydroxide concentrate stream can be directed to a lithium hydroxide processing loop to produce battery grade lithium hydroxide monoxide. The lithium hydroxide concentrate stream could also be routed to a CO 2 carbonation loop to produce battery grade lithium carbonate. Additionally, the lithium battery chemical processing circuit may include a Na 2 CO 3 carbonation circuit and a lithium carbonate processing circuit to produce battery grade lithium carbonate from the upgraded lithium chloride concentrate. Additionally, the lithium battery chemical processing circuit may include an Na 2 CO 3 carbonation and liming circuit and a lithium hydroxide processing circuit to produce battery grade lithium hydroxide monohydrate.

Das System der vorliegenden Erfindung, insbesondere das System gemäß den beigefügten Ansprüchen, kann für ein Verfahren zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beidem aus einer Geothermalsole verwendet werden.The system of the present invention, in particular the system according to the appended claims, can be used for a process for the production of lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate or both from a geothermal brine.

Im Vorstehenden wurden einige der hierin offenbarten wichtigeren Merkmale der Erfindung in groben Zügen umrissen, damit die folgende detaillierte Beschreibung klarer verstanden und der Beitrag der vorliegenden Erfinder zum Stand der Technik besser gewürdigt werden kann. Die vorliegende Erfindung soll in ihrer Anwendung nicht auf die Einzelheiten der Konstruktion und auf die Anordnung der Bestandteile beschränkt werden, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr kann die Erfindung andere Ausführungsformen betreffen und auf verschiedene andere Arten praktiziert und ausgeführt werden, die hier nicht speziell aufgeführt sind. Schließlich versteht es sich, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dem Zweck der Beschreibung dienen und nicht als einschränkend angesehen werden sollten, es sei denn, die Beschreibung schränkt die Erfindung ausdrücklich derart ein.The foregoing has outlined some of the more important features of the invention disclosed herein in order that the following detailed description may be more clearly understood and the contribution of the present inventors to the prior art may be better appreciated. The present invention is not intended to be limited in its application to the details of construction and the arrangement of components set forth in the following description or illustrated in the drawings. Rather, the invention is capable of other embodiments and of being practiced and carried out in various other ways not specifically listed herein. Finally, it is to be understood that the language and terminology used herein are for the purpose of description and should not be viewed as limiting, unless the description expressly so limits the invention.

Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden in den nachstehenden Beispielen und anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.These and other aspects of the invention are described in more detail in the following examples and with reference to the accompanying drawings.

1 ist ein sequentielles Flussdiagramm eines Beispiels für ein System und Verfahren zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat in Batteriequalität mittels direkter Lithiumextraktion aus Geothermalsolen ohne einen Solevorbehandlungskreislauf gemäß einer hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 1 Figure 13 is a sequential flow diagram of an example of a system and method for producing battery grade lithium hydroxide monohydrate using direct lithium extraction from geothermal brines without a Brine pretreatment circuit according to an exemplary embodiment of the invention disclosed herein.

2 ist ein sequentielles Flussdiagramm eines weiteren Beispiels für ein System und Verfahren zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat in Batteriequalität mittels direkter Lithiumextraktion aus Geothermalsolen mit einem Solevorbehandlungskreislauf gemäß einer hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 2 Figure 3 is a sequential flow diagram of another example of a system and method for producing battery grade lithium hydroxide monohydrate using direct lithium extraction from geothermal brines with a brine pretreatment cycle in accordance with an exemplary embodiment of the invention disclosed herein.

3 ist ein sequentielles Flussdiagramm eines weiteren Beispiels für ein System und Verfahren zur Herstellung von Lithiumcarbonat in Batteriequalität mittels direkter Lithiumextraktion aus Geothermalsolen mit einem Elektrolysekreislauf und einem Kohlendioxid-Karbonisierungskreislauf gemäß einer hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 3 Figure 3 is a sequential flow diagram of another example of a system and method for producing battery grade lithium carbonate using direct lithium extraction from geothermal brines with an electrolytic cycle and a carbon dioxide carbonation cycle in accordance with an exemplary embodiment of the invention disclosed herein.

4 ist ein sequentielles Flussdiagramm eines weiteren Beispiels für ein System und Verfahren zur Herstellung von Lithiumcarbonat in Batteriequalität mittels direkter Lithiumextraktion aus Geothermalsolen mit einem Natriumcarbonat-Karbonisierungskreislauf gemäß einer hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 4th 10 is a sequential flow diagram of another example of a system and method for producing battery grade lithium carbonate using direct lithium extraction from geothermal brines with a sodium carbonate carbonation cycle in accordance with an exemplary embodiment of the invention disclosed herein.

5 ist ein sequentielles Flussdiagramm eines weiteren Beispiels für ein System und Verfahren zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat in Batteriequalität mittels direkter Lithiumextraktion aus Geothermalsolen mit einem Natriumcarbonat-Karbonisierungskreislauf und einem Kalkungsreaktorkreislauf gemäß einer hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 5 Figure 3 is a sequential flow diagram of another example of a system and method for producing battery grade lithium hydroxide monohydrate using direct lithium extraction from geothermal brines with a sodium carbonate carbonation cycle and a lime reactor cycle in accordance with an exemplary embodiment of the invention disclosed herein.

6 ist eine Darstellung eines Beispiels für die Herstellung von chemischen Produkten in Batteriequalität sowohl in Form von Lithiumhydroxid als auch in Form von Lithiumcarbonat gemäß einer hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 6th Figure 13 is an illustration of an example of the manufacture of battery grade chemical products in both lithium hydroxide and lithium carbonate forms in accordance with an exemplary embodiment of the invention disclosed herein.

Während diese Erfindung in vielen verschiedenen Formen ausführbar ist, werden einige spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den Zeichnungen gezeigt und im Folgenden näher beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Offenbarung als Beispiel für die Prinzipien der Erfindung anzusehen ist und die Erfindung nicht auf die beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränken soll.While this invention can be carried out in many different forms, some specific embodiments of the present invention are shown in the drawings and described in detail below. It should be understood, however, that the present disclosure is to be regarded as an example of the principles of the invention and is not intended to limit the invention to the specific embodiments described.

Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung ein System und Verfahren zur direkten Lithiumextraktion aus Geothermalsolen, und im Besonderen die sequentielle Kombination eines Inhibitoreinspritzungskreislaufs, eines optionalen Solevorbehandlungskreislaufs, eines optionalen Solenachbehandlungskreislaufs, einer Binärkreislauf-Geothermieanlage mit Wärmetauscher zur Herstellung von kohlenstofffreier Wärme für die Lithiumverarbeitung, eines DLE-Kreislaufs, eines Kreislaufs zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid und eines chemischen Lithiumbatterieverarbeitungskreislaufs zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat (LiOH · H20), Lithiumcarbonat (Li2CO3) oder beidem in Batteriequalität aus Geothermalsolen.In general, the present invention relates to a system and method for direct lithium extraction from geothermal brines, and in particular to the sequential combination of an inhibitor injection circuit, an optional brine pretreatment circuit, an optional brine post-treatment circuit, a binary circuit geothermal plant with heat exchanger for producing carbon-free heat for lithium processing Circuit, a circuit for the concentration and processing of lithium chloride and a chemical lithium battery processing circuit for the production of lithium hydroxide monohydrate (LiOH · H 2 0), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or both in battery quality from geothermal brines.

Wie in den 1 bis 5 dargestellt, wird die Geothermalsole aus dem geothermischen Reservoir gewonnen, und grundsätzlich sind die physikalischen Eigenschaften (pH, ORP, Zusammensetzung, Temperatur und Druck) der gewonnenen Sole die gleichen wie die der Sole, die in den DLE-Kreislauf eingespeist wird; diese Eigenschaften können jedoch in den optionalen Vorbehandlungs- und Nachbehandlungskreisläufen verändert werden. Üblicherweise werden nichtkondensierbare Gase wie CO2 nicht in die Atmosphäre freigesetzt, wenn sie aus der Lösung der Sole entweichen können. Dies kann eine Rekompression von Gasen vor der Wiedereinleitung umfassen.As in the 1 to 5 shown, the geothermal brine is obtained from the geothermal reservoir, and basically the physical properties (pH, ORP, composition, temperature and pressure) of the brine obtained are the same as those of the brine that is fed into the DLE circuit; however, these properties can be changed in the optional pre-treatment and post-treatment circuits. Typically, non-condensable gases such as CO 2 are not released into the atmosphere if they can escape from the brine solution. This may include recompression of gases prior to reintroduction.

In einigen Fällen wird ein chemischer Inhibitorkreislauf 100 verwendet, um einen (oder mehrere) chemische(n) Inhibitor(en) zu der gewonnenen Geothermalsole hinzuzufügen, um die Ablagerung von verschiedenen Metallen und Salzen innerhalb des Systems und Verfahrens zu verhindern. Wie in den Zeichnungen veranschaulicht, kann der chemische Inhibitor vor der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 oder alternativ nach der Geothermieanlage oder zu jedem anderen Zeitpunkt im System und Verfahren zu dem Geothermalsolestrom hinzugefügt werden. Der chemische Inhibitor kann Polyphosphate, Phosphatester, Polyacrylsäurederivat, Chelatbildner wie EDTA, andere chemische Wirkstoffe oder eine Kombination von Inhibitoren enthalten. Die chemischen Inhibitoren verhindern, dass abträgliche Bestandteile in der eingespeisten Sole, die schädlich für die Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 und den direkten Lithiumextraktionskreislauf 400 sind, auskristallisieren oder ausfällen.In some cases a chemical inhibitor cycle is used 100 used to add one (or more) chemical inhibitor (s) to the recovered geothermal brine to prevent the deposition of various metals and salts within the system and process. As illustrated in the drawings, the chemical inhibitor can be in front of the binary cycle geothermal plant 200 or alternatively after the geothermal system or at any other point in time in the system and method to be added to the geothermal brine stream. The chemical inhibitor can contain polyphosphates, phosphate esters, polyacrylic acid derivatives, chelating agents such as EDTA, other chemical active ingredients or a combination of inhibitors. The chemical inhibitors prevent harmful components in the fed brine, which are harmful to the binary circuit geothermal system 200 and the lithium direct extraction cycle 400 crystallize or precipitate.

Die Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 kann hinter dem chemischen Inhibitorkreislauf 100 angeordnet sein. Ein Teil der Elektrizität und Wärme aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 wird zum Antrieb der dahinter angeordneten Verarbeitungskreisläufe des Systems und Verfahrens verwendet werden, und ein Teil der Wärme und Energie aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 wird zum Einsatz in Fernwärme-, Stromnetzen und für andere Anwendungen verkauft werden. Thermoelektrische Vorrichtungen können verwendet werden, um in der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 zwischen Wärme und Elektrizität umzuwandeln. In einigen Fällen kann ein Wärmetauscher in der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 verwendet werden, um die Temperatur der Sole auf 10-100°C abzusenken. Der Wärmetauscher kann ebenfalls in der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 verwendet werden, um Dampf herzustellen oder um eine andere Wärmeträgerflüssigkeit mit der Wärme aus der Geothermalsole zu erhitzen. In einigen Fällen werden nichtkondensierbare Gase mittels des in 1 gezeigten Fließschemas in Lösung gehalten.The binary circuit geothermal system 200 can be behind the chemical inhibitor cycle 100 be arranged. Part of the electricity and heat from the binary circuit geothermal system 200 will be used to drive the downstream processing circuits of the system and process, and part of the heat and energy from the binary circuit geothermal system 200 will be sold for use in district heating, power grids and other applications. Thermoelectric devices can be used in the binary cycle geothermal system 200 to convert between heat and electricity. In some cases a heat exchanger can be installed in the binary circuit geothermal system 200 can be used to lower the temperature of the brine to 10-100 ° C. The heat exchanger can also be used in the binary circuit geothermal system 200 can be used to produce steam or to heat another heat transfer fluid with the heat from the geothermal brine. In some cases it will be non-condensable gases using the in 1 kept in solution.

Wie in den 2 bis 5 dargestellt, kann ein Solevorbehandlungskreislauf 300 zwischen der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 und dem DLE-Kreislauf 400 angeordnet sein. Der Solevorbehandlungskreislauf 300 gewährleistet eine „Vorbehandlung“, um abträgliche Bestandteile (z. B. Siliciumdioxid, Eisen, Mangan, Zink, Aluminium, Kupfer, Titan, Barium, Blei und andere Übergangsmetalle oder andere Elemente) als Oxide, Hydroxide und Oxyhydroxide aus dem Solestrom zu entfernen, welche schädlich für den DLE-Kreislauf 400 sind, da sie ihn durch Feststoffe verstopfen oder die Adsorptionsstelle im DLE-Kreislauf 400 negativ beeinflussen können. In einigen Fällen werden diese schädlichen Bestandteile gemeinsam extrahiert und in einigen Fällen separat.As in the 2 to 5 shown, a brine pretreatment cycle 300 between the binary circuit geothermal system 200 and the DLE cycle 400 be arranged. The brine pretreatment cycle 300 guarantees a "pretreatment" in order to remove harmful constituents (e.g. silicon dioxide, iron, manganese, zinc, aluminum, copper, titanium, barium, lead and other transition metals or other elements) as oxides, hydroxides and oxyhydroxides from the brine flow, which are harmful to the DLE cycle 400 because they clog it with solids or the adsorption point in the DLE circuit 400 can affect negatively. In some cases these harmful components are extracted together, and in some cases separately.

Wie in den 2 bis 5 veranschaulicht, kann der Vorbehandlungskreislauf 300 einen Niederdruck-Entspanner umfassen, um den Druck der Sole zu verringern. In einigen Fällen der Vorbehandlung wird der Druck zwischen etwa 1 bis etwa 40 Bar gehalten, die Temperatur zwischen etwa 10 °C und etwa 100 °C, der pH-Wert zwischen etwa 4 bis etwa 8 und das ORP zwischen etwa -600 mV bis etwa +800 mV. In einigen Fällen werden nichtkondensierbare Gase wie CO2, CH4, H2S u. a., die aus der Solelösung austreten, aufgefangen, rückkomprimiert und nach dem DLE-Kreislauf 400 und vor oder nach einem optionalen Solenachbehandlungskreislauf 500 in die Sole wiedereingeleitet. Diese nichtkondensierbaren Gase können dann in dem chemischen Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf 800 verwendet oder aufbereitet und verkauft werden.As in the 2 to 5 illustrated, the pre-treatment cycle 300 comprise a low pressure vent to reduce the pressure of the brine. In some cases of pretreatment, the pressure is maintained between about 1 to about 40 bar, the temperature between about 10 ° C and about 100 ° C, the pH between about 4 to about 8 and the ORP between about -600 mV to about +800 mV. In some cases, non-condensable gases such as CO 2 , CH 4 , H 2 S and others that emerge from the brine solution are captured, recompressed and after the DLE cycle 400 and before or after an optional brine aftertreatment cycle 500 reintroduced into the brine. These non-condensable gases can then be found in the lithium battery chemical processing circuit 800 used or processed and sold.

Wie in den 2 bis 5 veranschaulicht, kann der Solestrom in dem Vorbehandlungskreislauf 300 oxidiert und/oder Veränderungen im pH-Wert ausgesetzt werden, um die abträglichen Bestandteile gezielt aus dem Solestrom auszufällen. Eine Base und/oder ein Oxidans wird zur Vorbehandlung der Sole verwendet. Basen, die verwendet werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf NaOH, Ca(OH)2, KOH, Na2CO3, K2CO3, RbOH, Mg(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2, MgCO3, SrCO3, CO2, Fe(OH)3, Fe(OH)2, LiOH oder eine Kombination hiervon. Oxidantien, die verwendet werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Luft, O2, Cl2, H2O2, KMnO4, KOCl, LiOCl, NaOCl oder eine Kombination hiervon. In manchen Fällen werden Lösungen, die in dem Vorbehandlungskreislauf 300 hinzugefügt werden, desoxygeniert. Zudem können Eisen(III)-chloride und andere Wirkstoffe zur Gerinnung und Bildung von Kristallisationskeimen eingesetzt werden. Wenn sich im Vorbehandlungskreislauf 300 Fällungsprodukte bilden, werden die festen Fällungsprodukte unter Verwendung von Filtern, Klärmitteln, Zentrifugen oder anderen Mitteln zur Entfernung von festen Fällungsprodukten aus dem salzhaltigen Solestrom entfernt. In einigen Fällen wird ein Fällungsproduktestrom zur Bildung von Kristallisationskeimen in dem Vorbehandlungskreislauf 300 wiederverwendet. Zudem können die Temperatur und/oder der Druck des Solestroms im Vorbehandlungskreislauf 300 und vor dem DLE-Kreislauf 400 mittels Wärmetauschern, Ventilen oder anderer Vorrichtungen verändert werden.As in the 2 to 5 illustrated, the brine flow in the pretreatment circuit 300 oxidized and / or exposed to changes in the pH value in order to specifically precipitate the harmful components from the brine stream. A base and / or an oxidant is used to pretreat the brine. Bases that can be used include, but are not limited to, NaOH, Ca (OH) 2 , KOH, Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , RbOH, Mg (OH) 2 , Sr (OH) 2 , Ba ( OH) 2 , MgCO 3 , SrCO 3 , CO 2 , Fe (OH) 3 , Fe (OH) 2 , LiOH or a combination thereof. Oxidants that can be used include, but are not limited to, air, O 2 , Cl 2 , H 2 O 2 , KMnO 4 , KOCl, LiOCl, NaOCl, or a combination thereof. In some cases, solutions are used in the pretreatment circuit 300 are added, deoxygenated. In addition, iron (III) chlorides and other active ingredients can be used to coagulate and form crystallization nuclei. If in the pre-treatment cycle 300 Forming precipitation products, the solid precipitation products are removed from the saline brine stream using filters, clarifiers, centrifuges or other means for removing solid precipitation products. In some cases, a precipitate stream is used to nucleate the pretreatment circuit 300 reused. In addition, the temperature and / or the pressure of the brine flow in the pretreatment circuit 300 and before the DLE cycle 400 can be changed by means of heat exchangers, valves or other devices.

Wie in den 2-5 dargestellt, ist der DLE-Kreislauf 400 hinter der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 und dem eventuell vorhandenen Solevorbehandlungskreislauf 300 angeordnet. Im DLE-Kreislauf 400 werden Adsorption, Ionenaustausch, ionische Flüssigkeiten und/oder Lösungsmittelextraktion eingesetzt, um Lithium gezielt aus dem Geothermalsolestrom zu entfernen, um einen Lithiumchloridkonzentratstrom zu schaffen.As in the 2-5 shown is the DLE cycle 400 behind the binary circuit geothermal system 200 and any existing brine pretreatment circuit 300 arranged. In the DLE cycle 400 Adsorption, ion exchange, ionic liquids and / or solvent extraction are used to specifically remove lithium from the geothermal brine flow in order to create a lithium chloride concentrate flow.

Im DLE-Kreislauf 400 kann bei dem System und Verfahren ein Metalloxid-Ionenaustauschmaterial verwendet werden, welches LiaTibMncFedSbeCufVgOh umfassen könnte, wobei [a-f] Zahlen zwischen 0 und 1 sind und h eine Zahl zwischen 1 und 10 ist. In dem System und Verfahren kann ein hydratisiertes, auf Aluminium basierendes Sorbens eingesetzt werden, das umfassen kann, aber nicht beschränkt ist auf ein gefertigtes, auf Harz basierendes, Aluminiumoxid-getränktes Adsorbens, ein Lithiumaluminiumoxid-Interkalationsadsorbens, ein Aluminiumoxid-getränktes Ionenaustauscherharz oder ein auf Aluminiumoxid basierendes Adsorbens. Alle denkbaren Ionenaustauschmaterialien oder Adsorbentien können, müssen aber nicht durch ein Polymer gebunden sein, umfassend, aber nicht beschränkt auf Polyamid, aromatisches Polyamid, Polyvinylamin, Polypyrrolidin, Polyfuran, Polyethersulfon, Polysulfon, Polypiperazinamid, Polybenzimidazol, Polyoxadiazol, acetylierte Cellulose, Cellulose, ein Polymer mit alternativer Funktionalisierung aus Sulfonierung, Carboxylierung, Phosphorylierung oder Kombinationen daraus, anderer Polymerschicht oder Kombinationen daraus. Kronenether können für die Funktionalisierung der Ionenaustauschmaterialen oder Sorbentien verwendet werden.In the DLE cycle 400 For example, a metal oxide ion exchange material may be used in the system and method, which could include Li a Ti b Mn c Fe d Sb e Cu f V g O h , where [af] are numbers between 0 and 1 and h is a number between 1 and 10 is. A hydrated aluminum-based sorbent may be employed in the system and method, which may include, but is not limited to, a fabricated resin-based, alumina-impregnated adsorbent, a lithium-alumina intercalation adsorbent, an alumina-soaked ion exchange resin, or a Alumina based adsorbent. All conceivable ion exchange materials or adsorbents can, but need not be bound by a polymer, including, but not limited to, polyamide, aromatic polyamide, polyvinylamine, polypyrrolidine, polyfuran, polyethersulfone, polysulfone, polypiperazinamide, polybenzimidazole, polyoxadiazole, acetylated cellulose, cellulose, a polymer with alternative functionalization from sulfonation, carboxylation, phosphorylation or combinations thereof, other polymer layers or combinations thereof. Crown ethers can be used for the functionalization of the ion exchange materials or sorbents.

In dem System und Verfahren können eine ionische Flüssigkeit oder ein Lösungsmittelextraktionsverfahren eingesetzt werden, die umfassen können, aber nicht beschränkt sind auf Perfluorether (PFE), Hydrofluorether (HFE), Perfluorpolyether (PFPE), Hydrofluorpolyether (HFPE), perfluorierte Amine (PFA), vorzugsweise ternär (PFTA), hydrofluorierte Amine (HFA), vorzugsweise ternär (HFTA), perfluorierte Polyamine (PFPA), hydrofluorierte Polyamine (HFPA), perfluorierte Thioether (PFTE), hydrofluorierte Thioether (HFTE), perfluorierte Polythioether (PFPTE), hydrofluorierte Polythioether (HFPTE), hydrofluorierte Thioetheramine (HFTEA), perfluorierte Azacyclohexane, perfluorierte Etheramine, hydrofluorierte Etheramine (HFEA), perfluorierte Thioetheramine, perfluorierte Ethylenalkohole, perfluorierte Cyclohexane, hydrofluorierte Cyclohexane, perfluorierte Decaline, perfluorierte cyclische Ether, hydrofluorierte cyclische Ether, perfluorierte cyclische Thioether, hydrofluorierte cyclische Thioether, ionische hydrophobe Flüssigkeiten, die auf Bis(trifluoromethylsulfonyl)imid(TF2N-)ionen basieren können, und/oder andere lithiumselektive Flüssigkeiten oder Lösungsmittel, die lithiumselektive funktionelle Gruppen enthalten.An ionic liquid or solvent extraction process may be employed in the system and method, which may include, but are not limited to, perfluoroethers (PFE), hydrofluoroethers (HFE), perfluoropolyethers (PFPE), hydrofluoropolyethers (HFPE), perfluorinated amines (PFA), preferably ternary (PFTA), hydrofluorinated amines (HFA), preferably ternary (HFTA), perfluorinated polyamines (PFPA), hydrofluorinated polyamines (HFPA), perfluorinated thioethers (PFTE), hydrofluorinated thioethers (HFTE), perfluorinated polythioethers (PFPTE), hydrofluorinated Polythioether (HFPTE), hydrofluorinated Thioetheramine (HFTEA), perfluorocarbons Azacyclohexane, perfluorinated ether amines, hydrofluorinated ether amines (HFEA), perfluorocarbons Thioetheramine, perfluorinated ethylene alcohols, perfluorinated cyclohexanes, hydrofluorinated cyclohexanes, perfluorinated decalins, perfluorinated cyclic ethers, hydrofluorinated cyclic ethers, perfluorinated cyclic thioether, hydrofluorinated cyclic thioethers, ionic hydrophobic liquids that can be based on bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (TF2N-) ions, and / or other lithium-selective liquids or solvents that contain lithium-selective functional groups.

In einigen Fällen werden NaOH, Na2CO3, CaCO3, Ca(OH)2, KOH, K2CO3 oder andere Verbindungen verwendet, um den pH-Wert des in dem DLE-Kreislauf 400 hergestellten Lithiumchloridkonzentratstroms von etwa 0,5 auf etwa 5 und/oder etwa 5 auf etwa 13 zu erhöhen und etwaige mehrwertige Ionen aus dem Lithiumchloridkonzentratstrom zu entfernen. In einigen Fällen werden Ausfällungstechniken verwendet, um die Kristallisation von Fremdstoffen während der chemischen Beseitigung zu beschleunigen und zu begünstigen. Desoxygeniertes Wasser mit oder ohne Salze(n), Säure, Base, CO2 oder andere(n) Chemikalien kann ebenfalls verwendet werden, um das Lithium aus dem DLE-Kreislauf 400 herauszulösen, um den Lithiumchloridkonzentratstrom mit einer Lithiumkonzentration zwischen 0,5-10 g/L herzustellen zur weiteren Verarbeitung in dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid 600, in dem Elektrolysekreislauf 700 und in dem chemischen Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf 800 zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beidem in Batteriequalität aus dem Geothermalsolestrom.In some cases, NaOH, Na 2 CO 3 , CaCO 3 , Ca (OH) 2 , KOH, K 2 CO 3 or other compounds are used to adjust the pH of the DLE circuit 400 produced lithium chloride concentrate stream from about 0.5 to about 5 and / or about 5 to about 13 and to remove any polyvalent ions from the lithium chloride concentrate stream. In some cases, precipitation techniques are used to accelerate and promote the crystallization of foreign matter during chemical removal. Deoxygenated water with or without salt (s), acid, base, CO 2 or other chemical (s) can also be used to get the lithium out of the DLE cycle 400 dissolve in order to produce the lithium chloride concentrate stream with a lithium concentration between 0.5-10 g / L for further processing in the circuit for the concentration and preparation of lithium chloride 600 , in the electrolysis circuit 700 and in the lithium battery chemical processing circuit 800 for the production of lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate or both in battery quality from geothermal brine.

In dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid 600 wird der Lithiumchloridkonzentratstrom weiterverarbeitet, um Wasser aus dem Lithiumchloridkonzentratstrom zu entfernen und optional den Lithiumchloridkonzentratstrom gleichzeitig aufzubereiten. Der Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid 600 kann die Verwendung von Elektroentionisierung, Umkehrosmose, thermischer Verdampfung, Sonnenverdampfung, solarthermischer Verdampfung, konzentrierter Sonnenverdampfung, Verdunstungsteichen, Vakuumdestillation, mehrstufiger Entspannungsdestillation, Multieffektdestillation, Destillation mit Brüdenverdichtung, Gefrier-Auftau-Verfahren, Elektrodialyse, Elektrodialyseumkehr, Membrandestillation, einem Membranentwässerungssystem, Chemieabsorption, chemischer Koordination, mechanischer Brüdenverdichtung, thermischer Brüdenverdichtung, Einstufenverdampfern, Mehrstufenverdampfern, Abblasverdampfern, Vortex-Verdampfung, Rotationsverdampfung, Fallfilmverdampfern, Zwangsumlaufverdampfern, Plattenverdampfern, Oslo-Verdampfern oder Kombinationen davon umfassen, um Wasser aus dem Lithiumchloridkonzentratstrom zu entfernen und optional den Lithiumchloridkonzentratstrom gleichzeitig aufzubereiten.In the circuit for concentrating and processing lithium chloride 600 the lithium chloride concentrate stream is processed further in order to remove water from the lithium chloride concentrate stream and optionally to process the lithium chloride concentrate stream at the same time. The circuit for concentrating and processing lithium chloride 600 The use of electrodeionization, reverse osmosis, thermal evaporation, solar evaporation, solar thermal evaporation, concentrated solar evaporation, evaporation ponds, vacuum distillation, multi-stage expansion distillation, multi-effect distillation, distillation with vapor compression, freeze-thawing, a membrane degassing system, electrodialysis, electrodialysis Coordination, mechanical vapor compression, thermal vapor compression, single-stage evaporators, multi-stage evaporators, blow-off evaporators, vortex evaporation, rotary evaporation, falling film evaporators, forced circulation evaporators, plate evaporators, Oslo evaporators or combinations thereof to simultaneously remove water from the lithium chloride concentrate stream and, optionally, the chloride stream.

Die Lithiumkonzentration in dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid 600 erhöht sich von zwischen etwa 0,5 bis 10g/L im DLE-Kreislauf 400 auf etwa 1 bis 100 g/L Lithium im aufbereiteten Lithiumchloridkonzentratstrom des Kreislaufs zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid 600. Optional können Ausfrieren, Zentrifugaltechniken, Lösungsmittelextraktion und andere Techniken verwendet werden, um Wasser aus dem Lithiumchloridkonzentratstrom zu entfernen. Ionenaustauscherharze können verwendet werden, um die Konzentration mehrwertiger Ionen unter 1 ppm, unter 100 ppb oder unter 10 ppb im Lithiumchloridkonzentratstrom zu verringern. In einigen Fällen ersetzen die Harze mehrwertige Ionen mit Na, Li, K, H oder anderen Spezies. In einigen Fällen kann Lösungsmittelextraktion eingesetzt werden, um Lithium zu einer hohen Reinheit aufzubereiten und es gleichzeitig von Na und K zu trennen. In einigen Fällen kann fraktionelle Kristallisation eingesetzt werden, um Na, K oder andere Fremdsalze im Lithiumchloridkonzentratstrom nach der Verdunstung zu entfernen.The lithium concentration in the lithium chloride concentration and conditioning circuit 600 increases by between about 0.5 to 10g / L in the DLE circuit 400 to about 1 to 100 g / L lithium in the processed lithium chloride concentrate stream of the circuit for the concentration and processing of lithium chloride 600 . Optionally, freezing, centrifugal techniques, solvent extraction, and other techniques can be used to remove water from the lithium chloride concentrate stream. Ion exchange resins can be used to reduce the concentration of polyvalent ions below 1 ppm, below 100 ppb, or below 10 ppb in the lithium chloride concentrate stream. In some cases the resins replace polyvalent ions with Na, Li, K, H, or other species. In some cases, solvent extraction can be used to process lithium to a high purity while separating it from Na and K. In some cases, fractional crystallization can be used to remove Na, K or other extraneous salts in the lithium chloride concentrate stream after evaporation.

Der Lithiumchloridkonzentratstrom aus dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid 600 wird in den chemischen Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf 800 eingeleitet. Je nach gewünschter Art des Lithiumprodukts in Batteriequalität kann der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf 800 Lithiumhydroxid-Monohydrat (LiOH*H2O), Lithiumcarbonat (Li2CO3) oder beides in Batteriequalität aus dem Lithiumchloridkonzentratstrom herstellen.The lithium chloride concentrate stream from the circuit for concentrating and processing lithium chloride 600 is used in the lithium battery chemical processing cycle 800 initiated. Depending on the type of battery grade lithium product desired, the lithium battery chemical processing circuit 800 Produce lithium hydroxide monohydrate (LiOH * H 2 O), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or both in battery quality from the lithium chloride concentrate stream.

Wie in den 1 bis 5 veranschaulicht, kann der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf 800 einen Elektrolysekreislauf 700 umfassen, der Lithiumsalze in dem aufbereiteten Lithiumchloridkonzentratstrom in Lithiumhydroxid umwandelt, welches nachgelagert in einem Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf 1100 weiter auskristallisiert wird als Lithiumhydroxid-Monohydrat. Die Elektrolysezelle im Elektrolysekreislauf 700 kann eine einkammerige oder mehrkammerige elektrochemische Zelle oder Elektrolysezelle sein. Die elektrochemische Zelle umfasst eine Anodenkammer mit einer Anodenelektrode und eine Kathodenkammer mit einer Kathodenelektrode. Die Elektroden können Mischmetalloxid-Elektroden, Gasdiffusionselektroden o. ä. sein, und die Anodenkammer und die Kathodenkammer können durch eine geeignete monopolare oder bipolare Membran getrennt sein. Die Membranen der elektrochemischen Zelle oder Elektrolysezelle können aus einer funktionalisierten Polymerstruktur bestehen, etwa aus Nafion®, sulfoniertem Tetrafluorethylen, sulfoniertem Fluorpolymer, MK40-Copolymeren, verschiedenen Polymeren, Zusammensetzungen von Polymeren, anderen Membranmaterialien, Verbundstoffen oder Kombinationen davon. Die Polymerstrukturen der Austauschmembran können mit Sulfongruppen, Carboxygruppen, Phosphatgruppen, anderen negativ geladenen funktionellen Gruppen oder Kombinationen davon funktionalisiert werden. Eine wasserdurchlässige Membran kann ein Gewebe, ein Polymer, einen Verbundstoff oder Metallstützen umfassen. In einigen Fällen entstehen in der Elektrolysezelle Chlorgase und Wasserstoffgase, die zu HCl reagiert werden können. Das HCl kann entweder in dem Verfahren verbraucht und/oder verkauft werden. Das HCl kann verwendet werden, um im Vorbehandlungskreislauf 300 entstehende Fremdstoffablagerungen im Nachbehandlungskreislauf 500 aufzulösen.As in the 1 to 5 illustrated, the lithium battery chemical processing cycle 800 an electrolysis circuit 700 which converts lithium salts in the processed lithium chloride concentrate stream to lithium hydroxide, which is downstream in a lithium hydroxide processing circuit 1100 It crystallizes out further as lithium hydroxide monohydrate. The electrolysis cell in the electrolysis circuit 700 can be a single-chamber or multi-chamber electrochemical cell or electrolysis cell. The electrochemical cell comprises an anode chamber with an anode electrode and a cathode chamber with a cathode electrode. The electrodes can be mixed metal oxide electrodes, gas diffusion electrodes or the like, and the anode chamber and the cathode chamber can be separated by a suitable monopolar or bipolar membrane. The membranes of the electrochemical cell or electrolysis cell can consist of a functionalized polymer structure such as Nafion®, sulfonated Tetrafluoroethylene, sulfonated fluoropolymer, MK40 copolymers, various polymers, compositions of polymers, other membrane materials, composites, or combinations thereof. The polymer structures of the exchange membrane can be functionalized with sulfone groups, carboxy groups, phosphate groups, other negatively charged functional groups, or combinations thereof. A water permeable membrane can comprise a fabric, a polymer, a composite, or metal supports. In some cases, chlorine gases and hydrogen gases are produced in the electrolysis cell, which can react to form HCl. The HCl can either be consumed and / or sold in the process. The HCl can be used in the pre-treatment cycle 300 resulting foreign matter deposits in the aftertreatment cycle 500 dissolve.

Wie in 2 veranschaulicht, kann der Lithiumhydroxidstrom von dem Elektrolysekreislauf 700 an den Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf 1100 weitergeleitet werden, in dem Lithiumhydroxid auskristallisiert wird als Lithiumhydroxid-Monohydrat. In dem Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf 1100 wird das auskristallisierte Lithiumhydroxid-Monohydrat gewaschen, getrocknet und zerkleinert, um Lithiumhydroxid-Monohydrat in Batteriequalität herzustellen.As in 2 As illustrated, the lithium hydroxide stream from the electrolytic circuit can be used 700 to the lithium hydroxide processing loop 1100 be passed on, in which lithium hydroxide is crystallized out as lithium hydroxide monohydrate. In the lithium hydroxide processing circuit 1100 the crystallized lithium hydroxide monohydrate is washed, dried and crushed to produce battery grade lithium hydroxide monohydrate.

Wie in 3 veranschaulicht, kann der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf 800 einen hinter dem Elektrolysekreislauf 700 angeordneten CO2-Karbonisierungs- und Lithiumcarbonatherstellungskreislauf 1000 umfassen. In dieser Ausführungsform wird der Lithiumhydroxidkonzentratstrom aus dem Elektrolysekreislauf 700 in den CO2-Karbonisierungs- und Lithiumcarbonatherstellungskreislauf 1000 eingeleitet, um Lithiumcarbonat zu bilden. Das Lithiumcarbonat wird dann gewaschen, getrocknet und zerkleinert, um Lithiumcarbonat in Batteriequalität herzustellen. Der CO2-Karbonisierungskreislauf 1000 wird angetrieben von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 gewonnener Elektrizität und Wärme. Sie verbrauchen keinen kohlenstoffbasierten Kraftstoff.As in 3 illustrated, the lithium battery chemical processing cycle 800 one behind the electrolysis circuit 700 arranged CO 2 carbonization and lithium carbonate production cycle 1000 include. In this embodiment, the lithium hydroxide concentrate stream is from the electrolytic cycle 700 into the CO 2 carbonation and lithium carbonate production cycle 1000 initiated to form lithium carbonate. The lithium carbonate is then washed, dried and crushed to produce battery grade lithium carbonate. The CO 2 carbonization cycle 1000 is powered by the binary cycle geothermal system 200 generated electricity and heat. They don't use any carbon based fuel.

Wie in 4 veranschaulicht, umfasst der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf 800 einen hinter dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid 600 angeordneten Na2CO3-Karbonisierungskreislauf 900. Der Na2CO3-Karbonisierungskreislauf 900 ist dazu ausgebildet, Lithiumcarbonat aus dem aufbereiteten Lithiumchloridkonzentratstrom des Kreislaufs zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid 600 zu bilden. Das Lithiumcarbonat wird dann in einem Lithiumcarbonatverarbeitungskreislauf 1300 gewaschen, getrocknet und zerkleinert, um Lithiumcarbonat in Batteriequalität herzustellen. Der Na2CO3-Karbonisierungskreislauf 900 und der Lithiumcarbonatverarbeitungskreislauf 1300 werden angetrieben von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 gewonnener Elektrizität und Wärme. Sie verbrauchen keinen kohlenstoffbasierten Kraftstoff.As in 4th illustrated includes the lithium battery chemical processing circuit 800 one behind the circuit for concentrating and processing lithium chloride 600 arranged Na 2 CO 3 carbonization circuit 900. The Na 2 CO 3 carbonization circuit 900 is designed to convert lithium carbonate from the processed lithium chloride concentrate stream of the circuit for the concentration and processing of lithium chloride 600 to build. The lithium carbonate is then put into a lithium carbonate processing loop 1300 washed, dried and crushed to make battery grade lithium carbonate. The Na 2 CO 3 carbonization cycle 900 and the lithium carbonate processing cycle 1300 are powered by the binary circuit geothermal system 200 generated electricity and heat. They don't use any carbon based fuel.

Nun zu 5 kommend, kann der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf 800 einen Na2CO3-Karbonisierungs- und Kalkungskreislauf 1200 umfassen. Der aufbereitete Lithiumchloridkonzentratstrom wird mittels Na2CO3-Karbonisierung in Lithiumcarbonat umgewandelt und dann wird das Lithiumcarbonat in einem Kalkungsreaktor mit Löschkalk reagiert, um Lithiumhydroxid herzustellen. Das Lithiumhydroxid wird nachgelagert in dem Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf 1100 als Lithiumhydroxid-Monohydrat auskristallisiert. Das Lithiumhydroxid-Monohydrat wird dann in dem Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf 1100 gewaschen, getrocknet und zerkleinert, um Lithiumhydroxid-Monohydrat in Batteriequalität herzustellen. Der Na2CO3-Karbonisierungs- und Kalkungskreislauf 1200 und der Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf 1100 werden angetrieben von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage 200 gewonnener Elektrizität und Wärme. Sie verbrauchen keinen kohlenstoffbasierten Kraftstoff.now to 5 coming, can the chemical lithium battery processing circuit 800 a Na 2 CO 3 carbonization and liming cycle 1200 include. The processed lithium chloride concentrate stream is converted into lithium carbonate by means of Na 2 CO 3 carbonation and then the lithium carbonate is reacted with slaked lime in a lime reactor to produce lithium hydroxide. The lithium hydroxide is placed downstream in the lithium hydroxide processing loop 1100 crystallized out as lithium hydroxide monohydrate. The lithium hydroxide monohydrate is then placed in the lithium hydroxide processing loop 1100 washed, dried and crushed to produce battery grade lithium hydroxide monohydrate. The Na 2 CO 3 carbonization and liming cycle 1200 and the lithium hydroxide processing circuit 1100 are powered by the binary circuit geothermal system 200 generated electricity and heat. They don't use any carbon based fuel.

Zusätzlich könnte der aufgewertete Lithiumchloridkonzentratstrom aus dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid 600 geteilt werden, wobei ein Teil des Konzentratstroms dem Elektrolysekreislauf 700 zugeführt werden könnte, um Lithiumhydroxid-Monohydrat zu bilden, wie in den 1 bis 2 veranschaulicht, oder um Lithiumcarbonat zu bilden, wie in 3 veranschaulicht. Der andere Teil des aufgewerteten Lithiumchloridkonzentratstroms könnte an den Na2CO3-Karbonisierungskreislauf 900 weitergeleitet werden, um Lithiumcarbonat zu bilden, wie in 4 veranschaulicht, und/oder an den Na2CO3-Karbonisierungs- und Kalkungskreislauf 1200, um Lithiumhydroxid-Monohydrat zu bilden, wie in 5 veranschaulicht.In addition, the upgraded lithium chloride concentrate stream from the circuit for the concentration and processing of lithium chloride could 600 be divided, with part of the concentrate stream going to the electrolysis circuit 700 could be added to form lithium hydroxide monohydrate, as in US Pat 1 to 2 illustrated, or to form lithium carbonate, as in 3 illustrated. The other portion of the upgraded lithium chloride concentrate stream could be directed to the Na 2 CO 3 carbonation loop 900 to form lithium carbonate, as in FIG 4th illustrated, and / or to the Na 2 CO 3 carbonization and liming cycle 1200 to form lithium hydroxide monohydrate, as in 5 illustrated.

Die in dem System und Verfahren entstehenden Abfallstoffe können an den Nachbehandlungskreislauf 500 weitergeleitet werden zur Auflösung unter Zugabe von Säure (z. B. HCl, H2SO4, HNO3), Zugabe von Base oder ohne chemische Veränderung vor der Wiedereinleitung in das geothermische Reservoir. In einigen Fällen werden Sulfidsalze, Bisulfitsalze, Eisensalze, Heizkessel, andere Sauerstoffzehrungsmethoden und andere Verfahren verwendet, um die physikalischen Eigenschaften der Sole vor der Wiedereinleitung anzupassen (pH-Wert, ORP, Zusammensetzung, Temperatur, Druck). Der Druck kann auf etwa 1 Bar bis etwa 40 Bar Druck angepasst werden, die Temperatur auf etwa 10°C bis etwa 100°C, der pH-Wert kann korrigiert werden auf zwischen etwa 4 und etwa 8 und das ORP auf zwischen etwa -400 mV bis etwa -600mV.The waste materials generated in the system and process can be sent to the aftertreatment cycle 500 are passed on for dissolution with the addition of acid (e.g. HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 ), addition of base or without chemical change before being fed back into the geothermal reservoir. In some cases, sulfide salts, bisulfite salts, iron salts, boilers, other oxygen scavenging methods and other procedures are used to adjust the physical properties of the brine (pH, ORP, composition, temperature, pressure) before re-introduction. The pressure can be adjusted to around 1 bar to around 40 bar, the temperature to around 10 ° C to around 100 ° C, and the pH value can be adjusted to between about 4 and about 8 and the ORP to between about -400 mV to about -600 mV.

Es versteht sich, dass die Begriffe „einschließen“, „enthalten“, „umfassen“ und grammatikalische Varianten davon das Hinzufügen einer oder mehrerer Bestandteile, Eigenschaften, Schritte oder Ganzzahlen oder Gruppen davon nicht ausschließen und dass die Begriffe als präzisierte Bestandteile, Eigenschaften, Schritte oder Ganzzahlen auszulegen sind.It is understood that the terms “include”, “contain”, “comprise” and grammatical variants thereof do not exclude the addition of one or more components, properties, steps or integers or groups thereof and that the terms are used as more precise components, properties, steps or integers are to be interpreted.

Wenn in der Beschreibung oder den Ansprüchen auf „ein zusätzliches“ Element Bezug genommen wird, so schließt dies nicht das Vorhandensein von mehr als einem zusätzlichen Element aus.When reference is made to “an additional” element in the specification or claims, this does not preclude the presence of more than one additional element.

Es versteht sich, dass wenn in den Ansprüchen oder in der Beschreibung auf „ein“ Element Bezug genommen wird, eine solche Bezugnahme nicht so auszulegen ist als gäbe es lediglich genau ein solches Element.It should be understood that when reference is made to “a” element in the claims or the description, such reference is not to be construed as if there is only precisely one such element.

Es versteht sich, dass der Hinweis in der Beschreibung darauf, dass ein Bestandteil, eine Eigenschaft, eine Struktur oder ein Kennzeichen enthalten sein „mag“, „möge“, „kann“ oder „könnte“ bedeutet, dass dieser spezielle Bestandteil, diese Eigenschaft, diese Struktur oder dieses Kennzeichen nicht enthalten sein muss.It is understood that the reference in the description to the fact that a component, a property, a structure or a characteristic may be included “may”, “may”, “may” or “could” means that this particular component, this property , this structure or this identifier does not have to be included.

Obwohl gegebenenfalls Zustandsdiagramme, Flussdiagramme oder beides verwendet werden können, um Ausführungsformen zu beschreiben, ist die Erfindung nicht auf diese Diagramme oder die entsprechenden Beschreibungen beschränkt. Beispielsweise muss sich der Fluss nicht durch jede abgebildete Box oder jeden abgebildeten Zustand bewegen oder in genau derselben Reihenfolge wie dargestellt und beschrieben.Although state diagrams, flow diagrams, or both may be used to describe embodiments, the invention is not limited to these diagrams or the descriptions thereof. For example, the flow need not move through each depicted box or state or in exactly the same order as depicted and described.

Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung können ausgeführt werden durch manuelle, automatische oder kombinierte Durchführung oder Vervollständigung ausgewählter Schritte oder Aufgaben.Systems and methods of the present disclosure can be carried out by performing or completing selected steps or tasks manually, automatically, or in combination.

Der Begriff „Verfahren“ kann sich beziehen auf Arten, Mittel, Techniken und Prozeduren zum Lösen einer gestellten Aufgabe, wobei jene Arten, Mittel, Techniken und Prozeduren, die entweder bekannt sind oder von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung leicht aus bekannten Arten, Mitteln, Techniken und Prozeduren abgeleitet werden können, enthalten sein können, ohne hierauf beschränkt zu sein.The term "method" may refer to ways, means, techniques and procedures for solving a posed problem, using those ways, means, techniques and procedures either known or easily known by those skilled in the art to those skilled in the art , Techniques and procedures derived, may be included, but are not limited to.

Für Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird der Begriff „mindestens“, gefolgt von einer Zahl, hier verwendet, um den Beginn eines Bereichs, der mit dieser Zahl beginnt, zu bezeichnen (welcher, je nach definierter Variable, ein Bereich mit oder ohne Obergrenze sein kann). Zum Beispiel bedeutet „mindestens 1“ 1 oder mehr als 1. Der Begriff „höchstens“, gefolgt von einer Zahl, wird hier verwendet, um das Ende eines Bereichs zu bezeichnen, der mit dieser Zahl endet (welcher, je nach definierter Variable, ein Bereich sein kann, der 1 oder 0 als Untergrenze hat oder ein Bereich, der keine Untergrenze hat). Zum Beispiel bedeutet „höchstens 4“ 4 oder weniger als 4, und „höchstens 40%“ bedeutet 40% oder weniger als 40%. Annäherungsbegriffe (z. B. „etwa“, „im Wesentlichen“, „ungefähr“ usw.) sollten gemäß ihrer im zugehörigen Stand der Technik verwendeten gewöhnlichen und üblichen Bedeutung interpretiert werden, sofern nichts Gegenteiliges angegeben wird. Wenn keine spezifische Definition und kein Vorhandensein einer gewöhnlichen und üblichen Verwendung im zugehörigen Stand der Technik vorliegen, sollten derartige Begriffe so interpretiert werden, dass sie ± 10% des Basiswerts betragen.For purposes of the present disclosure, the term “at least” followed by a number is used here to denote the beginning of a range beginning with that number (which, depending on the defined variable, can be a range with or without an upper limit ). For example, “at least 1” means 1 or more than 1. The term “at most” followed by a number is used here to denote the end of a range that ends with that number (which, depending on the defined variable, a Can be a range that has 1 or 0 as a lower limit or a range that has no lower limit). For example, “4 or less” means 4 or less than 4, and “40% or less” means 40% or less than 40%. Approximate terms (e.g., “about,” “substantially,” “approximately”, etc.) should be interpreted in accordance with their common and customary meanings used in the related art, unless otherwise indicated. In the absence of a specific definition and common and customary usage in the related art, such terms should be interpreted to be ± 10% of the base value.

Wenn in diesem Dokument ein Bereich angegeben wird mit „(eine erste Zahl) bis (eine zweite Zahl)“ oder „(eine erste Zahl) - (eine zweite Zahl)“, so ist damit ein Bereich gemeint, dessen Untergrenze die erste Zahl und dessen Obergrenze die zweite Zahl ist. Zum Beispiel ist 25 bis 100 zu verstehen als ein Bereich, dessen Untergrenze 25 und dessen Obergrenze 100 ist. Weiterhin sollte beachtet werden, dass, wenn ein Bereich angegeben wird, jeder mögliche Unterbereich oder jedes mögliche Intervall innerhalb dieses Bereichs ebenfalls vorgesehen sind, solange aus dem Kontext nichts Gegenteiliges hervorgeht. Wenn in der Beschreibung beispielsweise ein Bereich von 25 bis 100 angegeben wird, so ist vorgesehen, dass dieser Bereich ebenfalls Unterbereiche wie etwa 26-100, 27-100 usw., 25-99, 25-98 usw. sowie jede andere mögliche Kombination von unteren und oberen Werten innerhalb des genannten Bereichs, z. B. 33-47, 60-97, 41-45, 28-96 usw., umfasst. Es ist zu beachten, dass in diesem Absatz ganzzahlige Bereichswerte nur zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet werden und Dezimal- und Bruchwerte (z. B. 46,7 - 91,3) auch als mögliche Unterbereichsendpunkte verstanden werden sollten, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird.When a range is specified in this document with “(a first number) to (a second number)” or “(a first number) - (a second number)”, this means a range whose lower limit is the first number and the upper limit of which is the second number. For example, 25 to 100 is to be understood as a range, its lower limit 25th and its upper limit 100 is. It should also be noted that when a range is specified, any possible sub-range or interval within that range is also provided, unless the context indicates otherwise. For example, when the specification indicates a range from 25 to 100, it is intended that this range also include sub-ranges such as 26-100, 27-100, etc., 25-99, 25-98, etc., and any other possible combination of lower and upper values within the stated range, e.g. 33-47, 60-97, 41-45, 28-96, etc. includes. It should be noted that in this paragraph whole-number range values are used for illustrative purposes only and decimal and fractional values (e.g. 46.7 - 91.3) should also be understood as possible sub-range endpoints, unless expressly excluded .

Es ist zu beachten, dass, wenn hier auf ein Verfahren Bezug genommen wird, das zwei oder mehr definierte Schritte umfasst, diese definierten Schritte in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden können (es sei denn, diese Möglichkeit wird im Kontext ausgeschlossen) und dass das Verfahren ebenfalls einen oder mehrere andere Schritte umfassen kann, welche vor einem der definierten Schritte ausgeführt werden, zwischen zwei der definierten Schritte oder nach allen definierten Schritten (es sei denn, diese Möglichkeit wird im Kontext ausgeschlossen).It should be noted that when reference is made herein to a method comprising two or more defined steps, these defined steps can be performed in any order or simultaneously (unless this possibility is excluded in the context) and that the Method can also comprise one or more other steps which are carried out before one of the defined steps, between two of the defined steps or after all defined steps (unless this possibility is excluded in the context).

Darüber hinaus können zusätzliche Aspekte der vorliegenden Erfindung in einem oder mehreren beigefügten und/oder hiermit eingereichten Anhängen gefunden werden, deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme so berücksichtigt werden, als wären sie an dieser Stelle vollständig dargelegt.In addition, additional aspects of the present invention may be found in one or more appendices attached and / or filed herewith, the disclosures of which are incorporated herein by reference as if fully set forth at this point.

Die Erfindung ist also gut dazu geeignet, die Aufgaben auszuführen und die oben erwähnten sowie die der Erfindung innewohnenden Ziele und Vorteile zu erreichen. Während das erfindungsgemäße Konzept hierin unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben und veranschaulicht wurde, können, zusätzlich zu den hier gezeigten oder vorgeschlagenen, verschiedene Änderungen und weitere Modifikationen von Fachleuten vorgenommen werden, ohne vom Geist des erfinderischen Konzepts abzuweichen, dessen Umfang durch die folgenden Ansprüche zu bestimmen ist.Thus, the invention is well adapted to carry out the objects and achieve the objects and advantages mentioned above as well as those inherent in the invention. While the inventive concept has been described and illustrated herein with reference to certain exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings, in addition to those shown or suggested herein, various changes and other modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the inventive concept, the scope of which is to be determined by the following claims.

Claims (14)

System zur Herstellung von Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beidem in Batteriequalität aus einer Geothermalsole, umfassend: eine Binärkreislauf-Geothermieanlage (200); einen hinter der Binärkreislauf-Geothermieanlage angeordneten direkten Lithiumextraktionskreislauf (400), der dazu ausgebildet ist, Lithium oder Lithiumchlorid selektiv aus der Geothermalsole rückzugewinnen, um einen Lithiumkonzentratstrom zu erzeugen, wobei der direkte Lithiumextraktionskreislauf angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage gewonnener Elektrizität, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt; einen hinter dem direkten Lithiumextraktionskreislauf angeordneten Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid (600), der dazu ausgebildet ist, Wasser aus dem Lithiumkonzentratstrom zu entfernen und diesen gleichzeitig aufzubereiten, um einen aufgewerteten Lithiumchloridkonzentratstrom zu schaffen, wobei dieser Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage gewonnener Elektrizität und/oder gewonnenem Dampf, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt; und einen hinter dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid angeordneten chemischen Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf (800), der dazu ausgebildet ist, aus dem aufgewerteten Lithiumchloridkonzentratstrom Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumcarbonat oder beides in Batteriequalität herzustellen, wobei der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage gewonnener Elektrizität und/oder gewonnenem Dampf, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt;System for the production of lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate or both in battery quality from a geothermal brine, comprising: a binary cycle geothermal system (200); a downstream of the binary circuit geothermal system arranged direct lithium extraction circuit (400), which is designed to selectively recover lithium or lithium chloride from the geothermal brine to generate a lithium concentrate stream, the direct lithium extraction circuit being driven by electricity obtained from the binary circuit geothermal system, with none carbon-based fuel is used; a circuit arranged downstream of the direct lithium extraction circuit for the concentration and processing of lithium chloride (600), which is designed to remove water from the lithium concentrate stream and to treat it at the same time in order to create an upgraded lithium chloride concentrate stream, this circuit being driven for the concentration and processing of lithium chloride is made from electricity and / or steam obtained from the binary-cycle geothermal system, with no carbon-based fuel being used; and a chemical lithium battery processing circuit (800) arranged downstream of the circuit for the concentration and processing of lithium chloride, which is designed to produce lithium hydroxide monohydrate, lithium carbonate or both in battery quality from the upgraded lithium chloride concentrate stream, the chemical lithium battery processing circuit being driven by the geothermal energy obtained from the binary circuit Electricity and / or recovered steam that does not use carbon-based fuel; System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen vor der Binärkreislauf-Geothermieanlage (200) angeordneten chemischen Inhibitorkreislauf (100).System according to Claim 1 , further comprising a chemical inhibitor circuit (100) arranged in front of the binary circuit geothermal system (200). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Solevorbehandlungskreislauf (300), der dazu ausgebildet ist, schädliche Bestandteile als Oxide, Hydroxide und/oder Oxyhydroxide aus der Geothermalsole zu entfernen, wobei der Solevorbehandlungskreislauf zwischen der Binärkreislauf-Geothermieanlage (200) und dem direkten Lithiumextraktionskreislauf (400) angeordnet ist, wobei der Solevorbehandlungskreislauf vorzugsweise dazu ausgebildet ist, die Geothermalsole zu oxidieren und/oder einen pH-Wert der Geothermalsole zu verändern, um die schädlichen Bestandteile aus der Geothermalsole selektiv abzuscheiden.System according to one of the preceding claims, further comprising a brine pretreatment circuit (300) which is designed to remove harmful components as oxides, hydroxides and / or oxyhydroxides from the geothermal brine, wherein the brine pretreatment circuit between the binary circuit geothermal plant (200) and the direct Lithium extraction circuit (400) is arranged, wherein the brine pretreatment circuit is preferably designed to oxidize the geothermal brine and / or to change a pH value of the geothermal brine in order to selectively separate the harmful components from the geothermal brine. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der direkte Lithiumextraktionskreislauf (400) ferner dazu ausgebildet ist, Lithium oder Lithiumchlorid selektiv aus der Geothermalsole rückzugewinnen durch Adsorption, Ionenaustausch, ionische Flüssigkeiten und/oder Lösungsmittelextraktion, um Lithium gezielt aus der Geothermalsole zu entfernen, um den Lithiumchloridkonzentratstrom zu bilden.System according to one of the preceding claims, wherein the direct lithium extraction circuit (400) is further designed to selectively recover lithium or lithium chloride from the geothermal brine by adsorption, ion exchange, ionic liquids and / or solvent extraction in order to remove lithium from the geothermal brine in a targeted manner in order to achieve the To form lithium chloride concentrate stream. System nach Anspruch 4, wobei bei der Adsorption ein gefertigtes, auf Harz basierendes, Aluminiumoxid-getränktes Adsorbens, ein Lithiumaluminiumoxid-Interkalationsadsorbens, ein Aluminiumoxid-getränktes Ionenaustauscherharz oder ein auf Aluminiumoxid basierendes Adsorbens verwendet wird, wobei bei dem Ionenaustausch ein Metalloxid-Ionenaustauschmaterial verwendet wird, welches vorzugsweise LiaTibMncFedSbeCufVgOh umfasst, wobei [a-f] Zahlen zwischen 0 und 1 sind und h eine Zahl zwischen 1 und 10 ist, oder LiaTibMncFedSbeCufVgOh umfasst, wobei [a-f] Zahlen zwischen 0 und 1 sind und h eine Zahl zwischen 1 und 10 ist, und/oder wobei bei der Lösungsmittelextraktion Perfluorether (PFE), Hydrofluorether (HFE), Perfluorpolyether (PFPE), Hydrofluorpolyether (HFPE), perfluorierte Amine (PFA), vorzugsweise ternär (PFTA), hydrofluorierte Amine (HFA), vorzugsweise ternär (HFTA), perfluorierte Polyamine (PFPA), hydrofluorierte Polyamine (HFPA), perfluorierte Thioether (PFTE), hydrofluorierte Thioether (HFTE), perfluorierte Polythioether (PFPTE), hydrofluorierte Polythioether (HFPTE), hydrofluorierte Thioetheramine (HFTEA), perfluorierte Azacyclohexane, perfluorierte Etheramine, hydrofluorierte Etheramine (HFEA), perfluorierte Thioetheramine, perfluorierte Ethylenalkohole, perfluorierte Cyclohexane, hydrofluorierte Cyclohexane, perfluorierte Decaline, perfluorierte cyclische Ether, hydrofluorierte cyclische Ether, perfluorierte cyclische Thioether, hydrofluorierte cyclische Thioether, ionische hydrophobe Flüssigkeiten, die auf Bis(trifluoromethylsulfonyl)imid(TF2N-)ionen basieren können, verwendet werden.System according to Claim 4 , wherein a manufactured, resin-based, alumina-impregnated adsorbent, a lithium-alumina intercalation adsorbent, an alumina-soaked ion exchange resin or an alumina-based adsorbent is used in the adsorption, wherein in the ion exchange a metal oxide ion exchange material is used, which is preferably Li a Ti b Mn c Fe d Sb e Cu f V g O h , where [af] are numbers between 0 and 1 and h is a number between 1 and 10, or Li a Ti b Mn c Fe d Sb e Cu f V g O h comprises, where [af] are numbers between 0 and 1 and h is a number between 1 and 10, and / or where in the solvent extraction perfluoroether (PFE), hydrofluoroether (HFE), perfluoropolyether (PFPE), hydrofluoropolyether ( HFPE), perfluorinated amines (PFA), preferably ternary (PFTA), hydrofluorinated amines (HFA), preferably ternary (HFTA), perfluorinated polyamines (PFPA), hydrofluorinated polyamines (HFPA), perfluorinated thioethers (PFTE), hydrofluorinated T hioethers (HFTE), perfluorinated polythioethers (PFPTE), hydrofluorinated polythioethers (HFPTE), hydrofluorinated thioetheramines (HFTEA), perfluorinated azacyclohexanes, perfluorinated etheramines, hydrofluorinated etheramines (HFEA), perfluorinated hydrofluorinated, perfluorinated cyclohexanes, perfluorinated cyclohexanes, perfluorinated cyclohexanes, perfluorinated perfluorohexanes, perfluorinated cyclohexanes, perfluorinated cyclohexanes, perrofluorinated ethyl perfluorinated cyclic ethers, hydrofluorinated cyclic ethers, perfluorinated cyclic thioethers, hydrofluorinated cyclic thioethers, ionic hydrophobic liquids, the based on bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (TF2N-) ions can be used. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf (800) ferner einen Elektrolysekreislauf (700) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Lithiumhydroxidkonzentratstrom zu bilden aus dem aufgewerteten Lithiumchloridkonzentratstrom des Kreislaufs zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid (600).The system of any preceding claim, wherein the lithium battery chemical processing circuit (800) further comprises an electrolysis circuit (700) configured to generate a lithium hydroxide concentrate stream from the upgraded lithium chloride concentrate stream of the lithium chloride concentration and processing circuit (600). System nach Anspruch 6, wobei der Elektrolysekreislauf (700) eine elektrochemische Zelle oder eine Elektrodialysezelle umfasst mit einer Anodenkammer mit einer Anodenelektrode und einer Kathodenkammer mit einer Kathodenelektrode, wobei die elektrochemische Zelle oder Elektrodialysezelle vorzugsweise eine einkammerige oder mehrkammerige elektrochemische Zelle oder Elektrolysezelle umfasst, und wobei der Elektrolysekreislauf vorzugsweise angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage (200) gewonnener Elektrizität und Wärme, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt.System according to Claim 6 , wherein the electrolysis circuit (700) comprises an electrochemical cell or an electrodialysis cell with an anode chamber with an anode electrode and a cathode chamber with a cathode electrode, wherein the electrochemical cell or electrodialysis cell preferably comprises a single-chamber or multi-chamber electrochemical cell or electrolysis cell, and wherein the electrolysis circuit is preferably driven is generated from electricity and heat obtained from the binary circuit geothermal system (200), whereby no carbon-based fuel is used. System nach einem der Ansprüche 6 und 7, ferner umfassend einen hinter dem Elektrolysekreislauf (700) angeordneten Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf (1100), der dazu ausgebildet ist, aus dem Lithiumhydroxidkonzentratstrom des Elektrolysekreislaufs Lithiumhydroxid-Monohydrat zu bilden, wobei der Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf vorzugsweise dazu ausgebildet ist, Lithiumhydroxid-Monohydrat in Batteriequalität aus dem Lithiumhydroxidkonzentratstrom zu erzeugen, und wobei der Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf vorzugsweise angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage (200) gewonnener Elektrizität und Wärme, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt.System according to one of the Claims 6 and 7th , further comprising a lithium hydroxide processing circuit (1100) arranged downstream of the electrolysis circuit (700), which is designed to form lithium hydroxide monohydrate from the lithium hydroxide concentrate stream of the electrolysis circuit, the lithium hydroxide processing circuit preferably being designed to generate lithium hydroxide monohydrate in battery quality from the lithium hydroxide concentrate stream , and wherein the lithium hydroxide processing circuit is preferably powered by electricity and heat derived from the binary circuit geothermal system (200), with no carbon-based fuel being used. System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf (800) ferner einen hinter dem Elektrolysekreislauf (700) angeordneten CO2-Karbonisierungskreislauf (1000) umfasst, der dazu ausgebildet ist, Lithiumcarbonat aus dem Lithiumhydroxidkonzentratstrom des Elektrolysekreislaufs zu bilden, und wobei der CO2-Karbonisierungskreislauf vorzugsweise angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage (200) gewonnener Elektrizität und Wärme, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt.System according to one of the Claims 6 to 8th wherein the chemical lithium battery processing circuit (800) further comprises a CO 2 carbonization circuit (1000) arranged downstream of the electrolysis circuit (700), which is designed to form lithium carbonate from the lithium hydroxide concentrate stream of the electrolysis circuit, and wherein the CO 2 carbonization circuit is preferably driven of electricity and heat obtained from the binary circuit geothermal system (200), whereby no carbon-based fuel is used. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der chemische Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf (800) ferner einen hinter dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid (600) angeordneten Na2CO3-Karbonisierungskreislauf (900) umfasst, der dazu ausgebildet ist, einen Lithiumcarbonatkonzentratstrom aus dem Lithiumchloridkonzentratstrom des Kreislaufs zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid zu bilden, und wobei der Na2CO3-Karbonisierungskreislauf vorzugsweise angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage (200) gewonnener Elektrizität und Wärme, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt.System according to one of the preceding claims, wherein the chemical lithium battery processing circuit (800) further comprises a downstream of the circuit for the concentration and processing of lithium chloride (600) arranged Na 2 CO 3 carbonization circuit (900), which is designed to generate a lithium carbonate concentrate stream from the lithium chloride concentrate stream of the circuit for concentrating and processing lithium chloride, and wherein the Na 2 CO 3 carbonization circuit is preferably driven by electricity and heat obtained from the binary circuit geothermal system (200), with no carbon-based fuel being used. System nach Anspruch 10, ferner umfassend einen hinter dem Na2CO3-Karbonisierungskreislauf (900) angeordneten Lithiumcarbonatverarbeitungskreislauf (1300), der dazu ausgebildet ist, Lithiumcarbonat in Batteriequalität aus dem Lithiumcarbonatkonzentratstrom herzustellen.System according to Claim 10 , further comprising a lithium carbonate processing circuit (1300) arranged downstream of the Na 2 CO 3 carbonization circuit (900), which is designed to produce lithium carbonate in battery quality from the lithium carbonate concentrate stream. System nach einem der Ansprüche 10 und 11, wobei der Na2CO3-Karbonisierungskreislauf (900) ferner einen hinter dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid (600) angeordneten Na2CO3-Karbonisierungs- und Kalkungskreislauf (1200) umfasst, der dazu ausgebildet ist, den Lithiumcarbonatkonzentratstrom aus dem aufgewerteten Lithiumchloridkonzentratstrom des Kreislaufs zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid zu bilden, wobei der Na2CO3-Karbonisierungs- und Kalkungskreislauf vorzugsweise angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage (200) gewonnener Elektrizität und Wärme, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt.System according to one of the Claims 10 and 11 , wherein the Na 2 CO 3 carbonization circuit (900) further comprises an Na 2 CO 3 carbonization and liming circuit (1200) arranged downstream of the circuit for the concentration and processing of lithium chloride (600), which is designed to remove the lithium carbonate concentrate stream from the to form upgraded lithium chloride concentrate stream of the circuit for the concentration and processing of lithium chloride, whereby the Na 2 CO 3 carbonization and liming circuit is preferably driven by electricity and heat obtained from the binary circuit geothermal system (200), whereby no carbon-based fuel is used. System nach Anspruch 12, ferner umfassend einen hinter dem Na2CO3-Karbonisierungs- und Kalkungskreislauf (1200) angeordneten Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf (1100), der dazu ausgebildet ist, aus dem Lithiumcarbonatkonzentratstrom des Na2CO3-Karbonisierungs- und Kalkungskreislaufs Lithiumhydroxid-Monohydrat zu bilden, wobei der Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf vorzugsweise dazu ausgebildet ist, Lithiumhydroxid-Monohydrat in Batteriequalität aus dem Lithiumhydroxidkonzentrat zu erzeugen, und wobei der Lithiumhydroxidverarbeitungskreislauf vorzugsweise angetrieben wird von aus der Binärkreislauf-Geothermieanlage (200) gewonnener Elektrizität und Wärme, wobei kein kohlenstoffbasierter Treibstoff zum Einsatz kommt.System according to Claim 12 , further comprising a lithium hydroxide processing circuit (1100) arranged downstream of the Na 2 CO 3 carbonization and liming circuit (1200), which is designed to form lithium hydroxide monohydrate from the lithium carbonate concentrate stream of the Na 2 CO 3 carbonization and liming circuit, the Lithium hydroxide processing circuit is preferably designed to produce lithium hydroxide monohydrate in battery quality from the lithium hydroxide concentrate, and wherein the lithium hydroxide processing circuit is preferably driven by electricity and heat obtained from the binary circuit geothermal plant (200), with no carbon-based fuel being used. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen hinter der Binärkreislauf-Geothermieanlage (200), hinter dem direkten Lithiumextraktionskreislauf (400), hinter dem Kreislauf zur Konzentration und Aufbereitung von Lithiumchlorid (600) und hinter dem chemischen Lithiumbatterieverarbeitungskreislauf (800) angeordneten Solenachbehandlungskreislauf (500), wobei der Solenachbehandlungskreislauf (500) vorzugsweise dazu ausgebildet ist, die durch das System produzierten Abfallstoffe vor Wiedereinleitung der Geothermalsole zusammenzuführen.System according to one of the preceding claims, further comprising a downstream of the binary circuit geothermal plant (200), downstream of the direct lithium extraction circuit (400), downstream of the circuit for the concentration and processing of lithium chloride (600) and after the chemical lithium battery processing circuit (800) arranged brine aftertreatment circuit (500), wherein the brine aftertreatment circuit (500) is preferably designed to merge the waste materials produced by the system before the re-introduction of the geothermal brine.
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DE102022130083A1 (en) 2022-11-14 2024-05-16 EnBW Energie Baden-Württemberg AG Process and apparatus for the extraction of lithium carbonate from brine

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