利用高溫蒸汽快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了利用高溫蒸汽快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的方法及系統(tǒng)，通過使用高溫蒸汽直接加熱鹵水，同時利用冷凝器將產(chǎn)生的蒸汽排出，可以高效地將鹵水濃縮或制備碳酸鋰結晶，同時副產(chǎn)淡水。本發(fā)明方法使用蒸汽對鹵水進行加熱，具有加熱速度快，加熱均勻的優(yōu)勢，有利于減少設備中的夾套或換熱管等加熱裝置的設置，避免溫差過大引起鹽的結塊。蒸汽在加熱的同時，還可以起到攪拌鹵水的作用，有利于減少設備中的攪拌裝置的設置。通過將蒸汽通過熱交換機冷凝，可以將產(chǎn)生的蒸汽自動吸出，減少了真空泵的設置，有利于降低設備的復雜程度。蒸汽冷凝釋放的熱被盡可能的回收利用，既可以用于鹵水的預熱，也可以用于預熱其他介質(zhì)，能源利用率高。
【專利說明】
利用高溫蒸汽快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的方法及系統(tǒng)，特別是適用于高原地區(qū)的快速制備碳酸或濃縮鹵水的方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]鋰是原子量最小的金屬元素，具有電位最負、電化當量最大、高比熱、高電導率和化學活性強等特殊性能，是制造一次性電池、充電動力電池、航空航天用結構材料等的理想金屬材料。隨著全球對新能源替代傳統(tǒng)礦石源(石油、煤炭、頁巖氣等)的要求越來越緊迫，鋰電池充當了新能源發(fā)電、輸變電、儲電的樞紐與核心角色。同時全球鋰原料-碳酸鋰的供不應求，造成了碳酸鋰在2015年短短一年內(nèi)，交易價格由人民幣4萬元上漲到了人民幣16萬
J L ο
[0003]鋰資源是典型的寡頭壟斷戰(zhàn)略性資源，絕大多數(shù)分布于智利、中國、美國、阿根廷與玻利維亞，中國已探明鋰資源儲量位居全球第二。鋰在自然界主要存在于鹽湖鹵水中，少量存在于鋰輝石和鋰云母中。中國的鹽湖鋰資源儲量占中國工業(yè)儲量的85%以上。
[0004]在各種傳統(tǒng)鹽湖提鋰的方法中，由于普遍共生的鎂元素和鋰元素位于元素周期表對角，擁有極其接近的物理和化學特性，鎂鋰的分離是各種提鋰工藝的核心難點。傳統(tǒng)鎂鋰分離的方法中，離子吸附法對吸附劑要求高，造粒困難，滲透性能差，在吸附和脫吸的過程中，吸附劑易于損耗，鋰的損耗量超過50%;煅燒法因運行溫度高，能耗高，結塊嚴重，設備腐蝕嚴重;萃取法的萃取和反萃取工藝流程長，藥劑消耗量大，毒性大，對環(huán)境不友好；因此，盡管中國坐擁優(yōu)勢鹽湖鋰資源，但是成熟的工業(yè)化鹽湖提鋰技術仍處于小規(guī)模范圍或停滯狀態(tài)，在此背景下，鋰的上下游產(chǎn)業(yè)鏈被嚴重制約，中國的新能源產(chǎn)業(yè)如電池、汽車等，不得不被迫承受原材料瘋漲之痛。
[0005]傳統(tǒng)從鹽湖中提取鋰鹽的方法以曬鹽法為主，這種方法極為依賴氣候，結晶周期長，品位不高且不穩(wěn)定，無法滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種利用高溫蒸汽快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的方法及系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明所采取的技術方案是:
利用高溫蒸汽快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的方法，包括如下步驟:
1)將鹵水引入反應釜內(nèi)；
2)將200°C以上的高溫蒸汽引入鹵水中，對鹵水進行加熱，同時將釜內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽排出；
3)將排出的蒸汽通過冷凝器冷卻并收集其中的冷凝水；
4)待鹵水濃縮至預定值或析出足量碳酸鋰后，停止通入高溫蒸汽。
[0008]作為上述方法的進一步改進，將鹵水預熱至不低于50°C再向鹵水中引入高溫蒸汽。
[0009]作為上述方法的進一步改進，鹵水中鋰離子的含量不低于2g/L。
[0010]作為上述方法的進一步改進，高溫蒸汽為過熱蒸汽。
[0011]作為上述方法的進一步改進，高溫蒸汽的溫度不低于250°C。
[0012]利用高溫蒸汽快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的系統(tǒng)，包括反應釜，反應釜設有鹵水進口、上方設有蒸汽排出口，下方設有出料口，反應釜內(nèi)設有開口朝下的多根蒸汽管，蒸汽排出口與冷凝器相連。
[0013]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，蒸汽管的出口端傾斜排布。更進一步的蒸汽管的出口端傾斜排布成環(huán)狀。
[0014]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，蒸汽管設有用于防止倒吸的裝置。更進一步的，防止倒吸的裝置為單向閥。
[0015]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，蒸汽排出口下方設有網(wǎng)罩。
[0016]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，冷凝器設有冷凝水收集器。
[0017]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，冷凝水收集器設有連接至反應釜內(nèi)沖洗器的管路。
[0018]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，冷凝水收集器與沖洗器之間的管路上設有加熱器。
[0019]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，冷凝器外設有容納冷卻介質(zhì)的夾套。冷凝器外部的冷卻介質(zhì)為鹵水。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明方法使用蒸汽對鹵水進行加熱，具有加熱速度快，加熱均勻的優(yōu)勢，有利于減少設備中的夾套或換熱管等加熱裝置的設置，避免溫差過大引起鹽的結塊。蒸汽在加熱的同時，還可以起到攪拌鹵水的作用，有利于減少設備中的攪拌裝置的設置。通過將蒸汽通過熱交換機冷凝，可以將產(chǎn)生的蒸汽自動吸出，減少了真空栗的設置，有利于降低設備的復雜程度。蒸汽冷凝釋放的熱被盡可能的回收利用，既可以用于鹵水的預熱，也可以用于預熱其他介質(zhì)，能源利用率高。鹵水的濃縮和碳酸鋰結晶既可以在不同的反應釜進行，也可以同一反應釜內(nèi)進行，使用靈活方便。
[0021]本發(fā)明方法用于濃縮鹵水時，具有濃縮速度快，濃縮效果好的特點，可以滿足批量連續(xù)生產(chǎn)時對濃縮鹵水的需求。
[0022]本發(fā)明方法用于碳酸鋰制備時，可以快速加熱鹵水，在蒸發(fā)大量水的同時使鹵水劇烈沸騰，產(chǎn)生的蒸汽通過冷凝器冷凝后體積迅速減少，使得蒸汽可以快速被抽出。在這一過程中，碳酸鋰的析出量遠超鹵水的蒸發(fā)量，出乎意料地超量析出。同時，蒸汽的引入對鹵水起到了一定的攪拌作用，可以進一步簡化反應釜的部件，有利于節(jié)約設備投資。
[0023]本發(fā)明的系統(tǒng)，結構簡單，在一定程度上可以實現(xiàn)蒸汽自排，同時實現(xiàn)了鹵水的自我攪拌，有效避免了在反應釜內(nèi)壁上形成鹽垢，延長了設備的使用壽命，同時有助于減少能耗，特別適用于高原地區(qū)。
[0024]本發(fā)明系統(tǒng)既可以用于鹵水的濃縮，又可以用于碳酸鋰的制備，可以方便地根據(jù)需要調(diào)整其用途，滿足不同生產(chǎn)條件的需要。
[0025]本發(fā)明系統(tǒng)，在制備碳酸鋰或濃縮鹵水的同時，可以副產(chǎn)大量的淡水，特別適用于淡水缺乏的高原地區(qū)。冷凝器在冷卻水蒸汽的同時，可以將鹵水預熱，大大提高了熱能的利用率，減少了熱排放，有利于維持鹽湖地區(qū)的生態(tài)。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]利用高溫蒸汽快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的方法，包括如下步驟:
1)將鹵水引入反應釜內(nèi)；
2)將200°C以上的高溫蒸汽引入鹵水中，對鹵水進行加熱，同時將釜內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽排出；
3)將排出的蒸汽通過冷凝器冷卻并收集其中的冷凝水；
4)待鹵水濃縮至預定值或析出足量碳酸鋰后，停止通入高溫蒸汽。
[0028]為避免使用蒸汽加熱低溫鹵水時引入過多的水，作為上述方法的進一步改進，將鹵水預熱至不低于50°C再向鹵水中引入高溫蒸汽。鹵水預熱的溫度越高，使鹵水沸騰所需要的高溫蒸汽就越少，可以更快地使鹵水劇烈沸騰。
[0029]在制備碳酸鋰時，為保證碳酸鋰在加熱的過程中可以更快析出，鹵水中鋰離子的含量較高是比較有利的。作為上述方法的進一步改進，鹵水中鋰離子的含量不低于2g/L，這樣整體的成本比較經(jīng)濟。當用于鹵水濃縮時，對鹵水中鋰離子的含量無特殊要求，鋰離子含量達0.1 g/L即可進行濃縮。
[0030]本發(fā)明所述的高溫蒸汽，包括飽和高溫蒸汽和過熱蒸汽。蒸汽的溫度越高，就可以在盡可少引入水的同時盡可能多的使鹵水沸騰蒸發(fā)，作為上述方法的進一步改進，高溫蒸汽的溫度不低于250°C?？紤]到經(jīng)濟性、安全性和材料的可選性，現(xiàn)有技術下蒸汽的溫度在250 0C?350 °C之間是較佳的選擇。
[0031]作為上述方法的進一步改進，制備碳酸鋰時，停止通入高溫蒸汽后，繼續(xù)保溫至少I小時。保溫可以使碳酸鋰充分地沉淀，同時使其中的雜質(zhì)鹽盡可能多的回溶，減少終產(chǎn)品中雜質(zhì)的含量。
[0032]下面結合附圖，進一步說明本發(fā)明的系統(tǒng)。參照圖1，利用高溫蒸汽快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的系統(tǒng)，包括反應釜I，反應釜I設有鹵水進口 11、上方設有蒸汽排出口 13，下方設有出料口 12，反應釜I內(nèi)設有開口朝下的多根蒸汽管14，蒸汽排出口 13與冷凝器2相連。
[0033]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，蒸汽管的出口端傾斜排布;更進一步的蒸汽管的出口端傾斜排布成環(huán)狀。這樣，在通入蒸汽的時候就可以更好地帶動鹵水，起到更好的攪拌作用。
[0034]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，蒸汽管設有用于防止倒吸的裝置。更進一步的，防止倒吸的裝置為單向閥。這樣可以有效避免鹵水倒吸，進一步提高了設備的安全性。
[0035]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，蒸汽排出口13下方設有網(wǎng)罩15。網(wǎng)罩的作用在于防止釜內(nèi)產(chǎn)生的氣泡直接進入蒸汽排出口，有助于保持管路暢通，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
[0036]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，冷凝器2設有冷凝水收集器21。這樣可以有效地將冷凝水收集起來，冷凝水可進一步被利用，大大減少了淡水的消耗。
[0037]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，冷凝水收集器21設有連接至反應釜I內(nèi)沖洗器22的管路，冷凝水收集器與沖洗器之間的管路上設有加熱器。這樣可以方便地將冷凝水再加熱，對反應Il進行沖洗。
[0038]作為上述系統(tǒng)的進一步改進，冷凝器外設有容納冷卻介質(zhì)的夾套。冷凝器外部的冷卻介質(zhì)為鹵水。高原地區(qū)的鹵水水溫一般不超過10°C，冷卻效果極佳。鹵水在吸熱之后溫度上升，減少了預熱鹵水的能耗。冷凝器外部的冷卻介質(zhì)并不局限于鹵水，也可以根據(jù)需要進行相應的調(diào)整，如使用淡水作為冷凝介質(zhì)也是可以的。
[0039]下面結合實施例，進一步說明本發(fā)明技術方案。
[0040]以下實施例和對比例均在低海拔地區(qū)進行，當?shù)厮姆悬c約為100°C。
[0041 ] 實施例1:
1)將3082LC3822 Kg)鹵水A栗至反應釜內(nèi)，將鹵水預熱至80°C，鹵水A富含碳酸根，鋰離子濃度為1.82g/L;
2)將250°C以上的過熱蒸汽栗入反應釜鹵水中，產(chǎn)生的蒸汽通過冷凝器冷凝自然排出，經(jīng)過19 min后，至齒水重量穩(wěn)定顯示3481Kg;
3)將鹵水回到初始溫度，排出上清液，將碳酸鋰結晶轉移至下反應釜并用冷凝純凈水進行擦洗，得到白色呈冰淇淋狀的含水碳酸鋰；
4)將上述含水碳酸鋰烘干，得到碳酸鋰固體24.89Kg，品位達到95.2%，鋰析出率達到79.4%ο
[0042]對比例1:
同實施例1，不同之處在于使用夾套加熱的方式，保溫于90°C，耗時約30小時將鹵水中的水蒸發(fā)340kg，之后過濾收集其中的碳酸鋰結晶。最終得到碳酸鋰固體5.48Kg，品位為81.9%，鋰析出率達到15.0%。
[0043]實施例2:
1)將2216L(2592Kg)鹵水B栗至反應釜內(nèi)，將鹵水預熱至80°C，鹵水B富含碳酸根，鋰離子濃度為2.55g/L;
2)將250°C以上的過熱蒸汽栗入反應釜鹵水中，經(jīng)過15min后，至鹵水重量穩(wěn)定顯示2343Kg；
3)將鹵水回到初始溫度，排出上清液，將碳酸鋰結晶轉移至下反應釜并用冷凝純凈水進行擦洗，得到白色呈冰淇淋狀的含水碳酸鋰；
4)將上述含水碳酸鋰烘干，得到碳酸鋰固體27.41kg，品位達到99.47%，鋰析出率達到90.7%。
[0044]對比例2:
同實施例2，不同之處在于使用夾套加熱的方式，保溫于90°C，耗時約30小時將鹵水中的水蒸發(fā)250kg，之后過濾收集其中的碳酸鋰結晶。最終得到碳酸鋰固體5.79Kg，品位為86.7%，鋰析出率達到16.7%。
[0045]通過對比實施例和對比例的結果可以清楚地看出，通入高溫蒸汽使鹵水劇烈沸騰，可以顯著提高碳酸鋰的析出量，其析出量遠高于常規(guī)加熱方式，具有意料之外的效果。
[0046]使用過熱蒸汽對鹵水進行加熱，可以進一步提高鹵水中鋰的析出率，同時也可以得到純度更高的碳酸鋰結晶。因此，在加熱鹵水的過程中，高溫蒸汽優(yōu)選使用過熱蒸汽。
[0047]鹽湖地區(qū)的海拔高，水的沸點更低，一般在75?80°C之間就會沸騰，因此，在高原地區(qū)可以在大幅減少能耗的情況下蒸發(fā)出大量的水，獲得更佳的結果。
【主權項】
1.利用高溫蒸汽快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的方法，包括如下步驟: 1)將鹵水引入反應釜內(nèi)； 2)將200°C以上的高溫蒸汽引入鹵水中，對鹵水進行加熱，同時將釜內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽排出； 3 )將排出的蒸汽通過冷凝器冷卻并收集其中的冷凝水； 4)待鹵水濃縮至預定值或析出足量碳酸鋰后，停止通入高溫蒸汽。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:將鹵水預熱至不低于50°C再向鹵水中引入高溫蒸汽。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:高溫蒸汽為過熱蒸汽。4.根據(jù)權利要求1或3所述的方法，其特征在于:高溫蒸汽的溫度不低于250°C。5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:制備碳酸鋰時，停止通入高溫蒸汽后，繼續(xù)保溫至少I小時。6.利用高溫蒸汽快速制備碳酸鋰或濃縮鹵水的系統(tǒng)，包括反應釜，反應釜設有鹵水進口、上方設有蒸汽排出口，下方設有出料口，其特征在于:反應釜內(nèi)設有開口朝下的多根蒸汽管，蒸汽排出口與冷凝器相連。7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于:蒸汽管的出口端傾斜排布。8.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于:冷凝器設有冷凝水收集器。9.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于:冷凝水收集器設有連接至反應釜內(nèi)沖洗器的管路。10.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于:冷凝器外部的冷卻介質(zhì)為鹵水。
【文檔編號】B01D1/14GK105836768SQ201610364149
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】朱彬元, 余昊, 彭福明, 曾雄
【申請人】廣州市睿石天琪能源技術有限公司, 朱彬元