高純度碳酸鋰的制備方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了高純度碳酸鋰的制備方法及系統(tǒng)。高純度碳酸鋰的制備方法，包括如下步驟：將碳酸型鹽湖鹵水濃縮，之后升溫使碳酸鋰飽和結(jié)晶析出，收集結(jié)晶得到碳酸鋰精鹽；用60℃以上鹵水蒸發(fā)和濃縮時(shí)回收的蒸餾水沖洗收集得到的碳酸鋰精鹽，溶解其中的鈉鉀鹽；干燥得到高純度碳酸鋰。本發(fā)明工藝，無(wú)需要使用化學(xué)試劑，通過(guò)物理操作即可以完成碳酸鋰的精純，精純后的碳酸鋰純度高達(dá)95%以上，有助于減少后期的運(yùn)輸成本成進(jìn)一步提純的成本。本發(fā)明工藝，對(duì)運(yùn)輸?shù)囊髽O低，同時(shí)也不會(huì)污染環(huán)境。
【專利說(shuō)明】高純度碳酸鋰的制備方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳酸鋰的提純工藝及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于鋰的電化學(xué)活動(dòng)性強(qiáng)，又是輕金屬，因而具有廣泛的用途。目前鋰的應(yīng)用領(lǐng)域包括:陶瓷和玻璃、合成橡膠、鋁生產(chǎn)、塑料、藥品、潤(rùn)滑劑、空調(diào)機(jī)、電視(熒光屏)、鋰電池、鋰合金和核工業(yè)等；消費(fèi)量達(dá)幾萬(wàn)噸/年，且還在不斷增長(zhǎng)。
[0003]在世界鋰總資源量中，鹵水鋰礦約占75%，硬巖鋰礦占25% ;在我國(guó)鋰總資源量中，鹵水鋰礦約占72%，硬巖鋰礦占28%。在60年代以前，鋰資源主要來(lái)自硬鹽鋰礦石。鹽湖的提鋰成本較硬巖低1-1.5倍以上，目前從鹽湖中生產(chǎn)的鋰鹽已超過(guò)硬巖鋰礦，從鹽湖鹵水中提取鋰鹽已成為發(fā)展大趨勢(shì)。
[0004]由于含鋰鹽湖水化學(xué)類(lèi)型和經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件不同，所以采用的工藝路線也各不相同?，F(xiàn)有技術(shù)中從鹵水中提鋰的方法有:有機(jī)離子(TBP，即磷酸三丁酯等)交換樹(shù)脂法、無(wú)機(jī)離子交換劑法、鋁酸鹽法、氯化氫鹽析法、鋁酸鹽法以及沉淀法(即磷酸鹽法)和碳法等。但這些方法均存在能耗較高、耗料較多，有的系統(tǒng)選型難，產(chǎn)能低或工藝流程復(fù)雜、污染環(huán)境等問(wèn)題。
[0005]除此之外，智利阿塔卡瑪湖、美國(guó)銀峰湖等硫酸鹽湖采用鹽田法進(jìn)行預(yù)濃縮，然后再運(yùn)至工廠加工；然而由于我國(guó)主要的鹽湖為碳酸鹽湖，上述適于硫酸鹽湖的鹽田法不適應(yīng)于我國(guó)碳酸鹽湖。上世紀(jì)末，我國(guó)有專家提出了適于碳酸鹽湖中提取鋰的鹽田法，并實(shí)際應(yīng)用于鋰鹽的提取。然而實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)存在如下缺點(diǎn)，導(dǎo)致虧損:
1、需要大面積建造鹽田，建造成本以及后期維護(hù)成本相當(dāng)大；同時(shí)人為大幅增加了鹽湖增發(fā)量，破壞了鹽湖的液位平衡，可能影響鹽湖地區(qū)的生態(tài)；
2、受自然條件影響大；
3、制得的鋰鹽純度低，雜質(zhì)多，需要運(yùn)至工廠再加工；這樣，運(yùn)輸成本非常高；而且其中大部分為運(yùn)輸雜質(zhì)的“無(wú)用運(yùn)輸”；
4、制鹽時(shí)間長(zhǎng)；工藝過(guò)程不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，效率低。
[0006]此外，現(xiàn)有的鹽湖基本都處于偏遠(yuǎn)地帶，交通不便，能源、淡水等缺乏，進(jìn)一步加大了純化的難度。
[0007]為此，需要提供一種改進(jìn)的從碳酸鹽湖中提取鋰鹽的方法及系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種碳酸鋰的制備方法及系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
高純度碳酸鋰的制備方法，包括如下步驟:
I)將碳酸型鹽湖鹵水濃縮，之后升溫使碳酸鋰飽和結(jié)晶析出，收集結(jié)晶得到碳酸鋰精
鹽；2)用60°C以上鹵水蒸發(fā)和濃縮時(shí)回收的蒸餾水沖洗收集得到的碳酸鋰精鹽，溶解其中的鈉鉀鹽；
3)干燥得到高純度碳酸鋰。
[0010]優(yōu)選的，通過(guò)減壓蒸發(fā)將鹽湖鹵水濃縮，之后升溫至60°C以上，優(yōu)選65°C、70°C以上保溫使碳酸鋰結(jié)晶析出。
[0011]使用鹵水蒸發(fā)和濃縮時(shí)回收的蒸餾水沖洗碳酸鋰精鹽至其質(zhì)量基本保持不變。一般而言，碳酸鋰精鹽在沖洗到質(zhì)量減少至其原質(zhì)量(干重)的20~30%時(shí)，其質(zhì)量基本穩(wěn)定，并不會(huì)因?yàn)槔^續(xù)沖冼I~2小時(shí)而顯著降低。在這種情況下，繼續(xù)沖洗并不能顯著提高終產(chǎn)品高純度碳酸鋰的純度。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在沖洗時(shí)，定時(shí)切換沖洗方向。如每隔10秒、20秒變更一下沖洗方向，更有利于提高沖洗效率，同時(shí)防止結(jié)晶堵塞濾網(wǎng)。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，用鹵水蒸發(fā)和濃縮時(shí)回收的蒸餾水進(jìn)行高純度碳酸鋰的制備，蒸餾水來(lái)自鹵水蒸發(fā)和濃縮時(shí)得到的冷凝水。
[0014]高純度碳酸鋰的制備系統(tǒng)，系統(tǒng)包括鹵水濃縮結(jié)晶器和精制器，鹵水濃縮結(jié)晶器設(shè)有儲(chǔ)熱罐和加熱罐，儲(chǔ)熱罐和加熱罐均獨(dú)立設(shè)有熱交換裝置，儲(chǔ)熱罐和加熱罐的熱交換裝置分別熱泵的吸熱端和放熱端相連，加熱罐設(shè)有鹵水入口和尾鹵排出口，尾鹵排出口通過(guò)管道連接至儲(chǔ)熱罐；精制器包括精純罐，精純罐設(shè)有出水口和入水口，精純罐內(nèi)下部設(shè)有用于承托碳酸鋰結(jié)晶的徑向?yàn)V網(wǎng)，精純罐內(nèi)上部設(shè)有防止碳酸鋰結(jié)晶流出的可拆卸徑向?yàn)V網(wǎng)。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，鹵水濃縮結(jié)晶器連接有抽真空裝置，抽真空裝置與水蒸汽冷凝器相連，水蒸汽冷凝器連接有蒸餾水暫存罐。抽真空裝置可以將水蒸汽抽出，降低液體表面的壓力，有助于加速 液體的濃縮。抽出的水蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝，副產(chǎn)蒸餾水，特別適用于缺乏純凈水的偏遠(yuǎn)地區(qū)。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，鹵水蒸發(fā)和濃縮時(shí)回收的蒸餾水暫存罐設(shè)有連接至精純罐的進(jìn)水口。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，尾鹵排出口前設(shè)有濾網(wǎng)。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，精純罐的出水口和入水口之間設(shè)有循環(huán)泵。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，精制器設(shè)有熱交換裝置。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，加熱罐內(nèi)設(shè)有可拆卸的內(nèi)濾網(wǎng)層。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，精純罐設(shè)有熱風(fēng)烘干裝置。熱風(fēng)烘干裝置可以簡(jiǎn)單為設(shè)置在精純罐的熱風(fēng)入口和出口。
[0022]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，精純罐的出水口設(shè)有三通閥，三通閥的一端通過(guò)管道連接至儲(chǔ)熱罐。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，精純罐的出水口、入水口前設(shè)有濾網(wǎng)。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明工藝，無(wú)需要使用化學(xué)試劑，通過(guò)物理操作即可以完成碳酸鋰的精純，精純后的碳酸鋰純度高達(dá)95%以上，有助于減少后期的運(yùn)輸成本成進(jìn)一步提純的成本。本發(fā)明工藝，對(duì)運(yùn)輸?shù)囊髽O低，同時(shí)也不會(huì)污染環(huán)境。
[0025]本發(fā)明工藝，可以充分回收利用鹽湖鹵水蒸發(fā)、濃縮時(shí)所產(chǎn)生的水蒸汽，并將其冷凝為純凈的蒸餾水。蒸餾水在使用之后，可以重新進(jìn)入鹽湖，有效地向鹽湖補(bǔ)水，避免鹽湖水位下降而引起的生態(tài)問(wèn)題。
[0026]利用抽真空裝置，在加速鹵水濃縮的同時(shí)可以通過(guò)冷凝水蒸汽副產(chǎn)蒸餾水。得到的蒸餾水可以進(jìn)一步用于碳酸鋰精鹽的提純。有效地解決了偏遠(yuǎn)的鹽湖地區(qū)缺少淡水(蒸餾水)的問(wèn)題，進(jìn)一步降低了純化的成本。蒸餾水在使用之后，可以重新進(jìn)入鹽湖，有效地向鹽湖補(bǔ)水，避免或減少因鹽湖水位下降而弓丨起的生態(tài)問(wèn)題。
[0027]本發(fā)明的系統(tǒng)，使用方便，可以制備得到高純度的碳酸鋰。同時(shí)，可在儲(chǔ)熱罐中副產(chǎn)鈉鉀鹽。
[0028]本發(fā)明的系統(tǒng)，無(wú)需額外補(bǔ)充化學(xué)制劑，能源利用率高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)濃縮結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明系統(tǒng)精制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]高純度碳酸鋰的制備方法，包括如下步驟:
1)將碳酸型鹽湖鹵水濃縮，之后升溫使碳酸鋰飽和結(jié)晶析出，收集結(jié)晶得到碳酸鋰精
鹽；
2)用60°C以上鹵水蒸發(fā)和濃縮時(shí)回收的蒸餾水沖洗收集得到的碳酸鋰精鹽，溶解其中的鈉鉀鹽；`
3)干燥得到高純度碳酸鋰。
[0031]優(yōu)選的，通過(guò)減壓蒸發(fā)將鹽湖鹵水濃縮，之后升溫至60°C以上，優(yōu)選65°C、70°C以上保溫使碳酸鋰結(jié)晶析出。結(jié)晶時(shí)的溫度越高，越有利于析出更高純度的碳酸鋰精鹽，有利于減少后續(xù)純化操作的難度。
[0032]使用蒸餾水沖洗碳酸鋰精鹽至其質(zhì)量減少至無(wú)明顯減少時(shí)。一般而言，碳酸鋰精鹽在沖洗到質(zhì)量減少至其原質(zhì)量(干重)的20~30%時(shí)，其質(zhì)量基本穩(wěn)定，并不會(huì)因?yàn)槔^續(xù)沖冼I~2小時(shí)而顯著降低。在這種情況下，繼續(xù)沖洗的意義并不能顯著提高終產(chǎn)品高純度碳酸鋰的純度，可以停止沖洗，以節(jié)約水和其他能源，同時(shí)提高生產(chǎn)效率。
[0033]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在沖洗時(shí)，定時(shí)切換沖洗方向。如每隔10秒、20秒變更一下沖洗方向，更有利于提高沖洗效率，同時(shí)防止結(jié)晶堵塞濾網(wǎng)。
[0034]蒸餾水來(lái)自鹵水濃縮或蒸發(fā)時(shí)得到的冷凝水。
[0035]參照?qǐng)D1和圖2，高純度碳酸鋰的制備系統(tǒng)，包括鹵水濃縮結(jié)晶器和精制器，鹵水濃縮結(jié)晶器設(shè)有儲(chǔ)熱罐I和加熱罐2，儲(chǔ)熱罐I和加熱罐2均獨(dú)立設(shè)有熱交換裝置41，儲(chǔ)熱罐I和加熱罐2的熱交換裝置分別與熱泵4的吸熱端和放熱端相連，加熱罐2設(shè)有鹵水入口 21和尾鹵排出口 22，尾鹵排出口 22通過(guò)管道連接至儲(chǔ)熱罐I ;精制器包括精純罐3，精純罐設(shè)有出水口 32和入水口 31，精純罐3內(nèi)下部設(shè)有用于承托碳酸鋰結(jié)晶的徑向?yàn)V網(wǎng)33，精純罐3內(nèi)上部設(shè)有防止碳酸鋰結(jié)晶流出的可拆卸徑向?yàn)V網(wǎng)34。
[0036]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，鹵水濃縮結(jié)晶器連接有抽真空裝置5，抽真空裝置5與水蒸汽冷凝器相連，水蒸汽冷凝器連接有蒸餾水暫存罐6。抽真空裝置可以將水蒸汽抽出，降低液體表面的壓力，有助于加速液體的濃縮。抽出的水蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝，副產(chǎn)蒸餾水，特別適用于缺乏純凈水的偏遠(yuǎn)地區(qū)。
[0037]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，蒸餾水暫存罐6設(shè)有連接至精純罐的進(jìn)水口 31。當(dāng)然的，為了提高精純的效率，在將蒸餾水導(dǎo)入精純罐前可以將蒸餾水預(yù)熱至所需溫度。進(jìn)一步的，精制器設(shè)有熱交換器41，以保證罐內(nèi)的溫度在沖洗時(shí)保持穩(wěn)定。熱交換器41既可以設(shè)置在精純罐內(nèi)，也可以設(shè)置在外部的管路中或循環(huán)泵，更佳地可設(shè)置在蒸餾水儲(chǔ)罐內(nèi)，或同時(shí)在多個(gè)位置設(shè)置，保證沖洗時(shí)蒸餾水的溫度保持在所需的溫度。
[0038]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，尾鹵排出口前設(shè)有濾網(wǎng)，這樣可以避免在排出尾鹵時(shí)，將碳酸鋰結(jié)晶精鹽帶出，影響得率。
[0039]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，加熱罐內(nèi)設(shè)有可拆卸的內(nèi)濾網(wǎng)層。這樣可以保證絕大部分碳酸鋰結(jié)晶都沉積于濾網(wǎng)中，可以方便地將得到的碳酸鋰取出。取出的碳酸鋰可以轉(zhuǎn)移至精純罐進(jìn)一步純化。
[0040]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，精純罐的出水口 32和入水口 31之間設(shè)有循環(huán)泵7。這樣可以將熱水循環(huán)沖洗碳酸鋰結(jié)晶精鹽，加快純化進(jìn)程。循環(huán)泵排出的水優(yōu)選從底部向上沖洗碳酸鋰結(jié)晶精鹽，這樣可以避免結(jié)晶沉積，底部結(jié)晶難以沖洗到，影響純化效果。當(dāng)然，也可以采用其他沖洗方式，如從上往下沖洗，旋轉(zhuǎn)沖洗等，或多種沖洗方式相結(jié)合。
[0041]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，精純罐設(shè)有熱風(fēng)烘干裝置。熱風(fēng)烘干裝置可以簡(jiǎn)單為設(shè)置在精純罐的熱風(fēng)入口和出口。熱風(fēng)優(yōu)選從碳酸鋰結(jié)晶的底部吹入，從上部吹出，這樣可以更快地將純化后的碳酸鋰干燥。
[0042]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，精純罐的出水口設(shè)有三通閥，三通閥的一端通過(guò)管道連接至儲(chǔ)熱罐。三通閥可以方便地根據(jù)需要控制水的流向。沖洗完畢的熱水導(dǎo)入儲(chǔ)熱罐中，之后使用熱泵利用其中的余熱，有助于提高能源的利用率，特別適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)。
[0043]作為本發(fā)明的進(jìn) 一步改進(jìn)，精純罐的出水口、入水口前設(shè)有濾網(wǎng)。這樣有助于防止結(jié)晶進(jìn)入管路，影響設(shè)備正常運(yùn)行和碳酸鋰的得率。
[0044]實(shí)施例1:
Li離子濃度1.29g/L鹵水，60°C以上增發(fā)結(jié)晶析出粗鋰鹽與鹵水混合濕鹽，簡(jiǎn)單去除上清液后稱重897.6g，用80°C蒸餾水3000g —次性混合后充分?jǐn)嚢?分鐘，經(jīng)抽濾及烘干，得到純度為62%的碳酸鋰47.4g，從粗鋰鹽中得到碳酸鋰收率為73.5%。
[0045]實(shí)施例2:
Li離子濃度1.29g/L鹵水，60°C以上增發(fā)結(jié)晶析出粗鋰鹽與鹵水混合濕鹽，簡(jiǎn)單去除上清液后稱重877.9g，用70°C蒸餾水2250g，分別以1200g、600g、300g、150g共計(jì)4次以實(shí)施例I方式?jīng)_洗，每次充分?jǐn)嚢?0秒共計(jì)2分鐘，經(jīng)抽濾及烘干后得到干燥的純度為91.3%的碳酸鋰37.56g，從粗鋰鹽中得到碳酸鋰收率為85.7%。
[0046]實(shí)施例3:
Li離子濃度1.29g/L鹵水，60°C以上增發(fā)結(jié)晶析出粗鋰鹽與鹵水混合濕鹽，簡(jiǎn)單去除上清液后稱重986.7g，置于精純罐內(nèi)，加入90°C蒸餾水1800g，每10秒改變一次方向反復(fù)循環(huán)I分鐘，通入熱空氣吹干后得到干燥的純度為97.6%的碳酸鋰39.74g，從粗鋰鹽中得到碳酸鋰收率為96.97%。
[0047]由上述實(shí)施例的數(shù)據(jù)可知，精純罐可以快速、省水持續(xù)進(jìn)行碳酸鋰精鹽的提純環(huán)節(jié)。變化方向進(jìn)行沖洗，既可以提高沖洗效率，也避免了管路或精純罐內(nèi)累積結(jié)晶，可以實(shí)現(xiàn)自清潔，方便設(shè)備的使用，也有助于減少維護(hù)。
[0048] 該環(huán)節(jié)對(duì)碳酸鋰粗鹽的提純操作時(shí)間，縮減到了傳統(tǒng)方法的三分之一；自清潔的設(shè)計(jì)免除了傳統(tǒng)擦洗方式必須頻繁維護(hù)的弊病；所用沖洗蒸餾水的量縮減到了傳統(tǒng)方法的60%，并且避免了碳酸鋰在傳統(tǒng)工藝中的系統(tǒng)性損失，獲得了品位97%以上，收率96%以上的純度特別好的碳酸鋰產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.高純度碳酸鋰的制備方法，包括如下步驟: 1)將碳酸型鹽湖鹵水濃縮，之后升溫使碳酸鋰飽和結(jié)晶析出，收集結(jié)晶得到碳酸鋰精鹽； 2)用60°C以上蒸餾水沖洗收集得到的碳酸鋰精鹽，溶解其中的鈉鉀鹽； 3)干燥得到高純度碳酸鋰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:蒸餾水來(lái)自鹵水蒸發(fā)和濃縮時(shí)回收的冷凝水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:使用蒸餾水沖洗碳酸鋰精鹽至其質(zhì)量無(wú)明顯減少時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于:定時(shí)切換沖洗方向。
5.高純度碳酸鋰的制備系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括鹵水濃縮結(jié)晶器和精制器，鹵水濃縮結(jié)晶器設(shè)有儲(chǔ)熱罐和加熱罐，儲(chǔ)熱罐和加熱罐均獨(dú)立設(shè)有熱交換裝置，儲(chǔ)熱罐和加熱罐的熱交換裝置分別熱泵的吸熱端和放熱端相連，加熱罐設(shè)有鹵水入口和尾鹵排出口，尾鹵排出口通過(guò)管道連接至儲(chǔ)熱罐；精制器包括精純罐，精純罐設(shè)有出水口和入水口，精純罐內(nèi)下部設(shè)有用于承托碳酸鋰結(jié)晶的徑向?yàn)V網(wǎng)，精純罐內(nèi)上部設(shè)有防止碳酸鋰結(jié)晶流出的可拆卸徑向?yàn)V網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備系統(tǒng)，其特征在于:鹵水濃縮結(jié)晶器連接有抽真空裝置，抽真空裝置與水蒸汽冷凝器相連，水蒸汽冷凝器連接有蒸餾水暫存罐。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備 系統(tǒng)，其特征在于:精純罐的出水口和入水口之間設(shè)有循環(huán)泵。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備系統(tǒng)，其特征在于:精制器設(shè)有熱交換裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求5~8任意一項(xiàng)所述的制備系統(tǒng)，其特征在于:精純罐設(shè)有熱風(fēng)烘干>J-U裝直。
10.根據(jù)權(quán)利要求5~8任意一項(xiàng)所述的制備系統(tǒng)，其特征在于:精純罐的出水口設(shè)有三通閥，三通閥的一端通過(guò)管道連接至儲(chǔ)熱罐。
【文檔編號(hào)】C01D15/08GK103482660SQ201310417287
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】朱彬元, 余昊 申請(qǐng)人:西藏金睿資產(chǎn)管理有限公司, 朱彬元