本發(fā)明涉及電解質(zhì)除雜，具體而言，涉及一種kcl-licl電解質(zhì)的循環(huán)凈化方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、金屬鋰是一種輕質(zhì)、高能量密度的材料，在電池行業(yè)尤其是鋰離子電池和固態(tài)電池中扮演著至關(guān)重要的角色。隨著電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)高品質(zhì)金屬鋰的需求日益增加，金屬鋰的純度直接影響電池的性能、安全性和使用壽命。目前，工業(yè)上生產(chǎn)金屬鋰的主要方法是采用電解licl-kcl混合熔鹽的方式進(jìn)行制備，電解時(shí)氯化鋰會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，在陰極上產(chǎn)生金屬鋰，陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣。

2、兩電極發(fā)生的反應(yīng)為：

3、陰極：li++e-→li

4、陽(yáng)極：2cl--2e-→cl2↑

5、在金屬鋰的電解精煉過(guò)程中，由于氯化鋰(licl)與氯化鉀(kcl)原料的初始純度限制、電解槽構(gòu)造材料的化學(xué)兼容性以及電解過(guò)程中不可避免的副反應(yīng)，導(dǎo)致金屬鋰電解質(zhì)體系中積累了大量雜質(zhì)，這些雜質(zhì)主要包括不熔性固體顆粒、鋇(ba)、鈣(ca)、鎂(mg)、鐵(fe)、硼(b)以及硫(s)等元素。這些雜質(zhì)的存在對(duì)電解生產(chǎn)構(gòu)成了顯著影響，具體表現(xiàn)為金屬鋰產(chǎn)品的純度下降、電解過(guò)程的電流效率降低以及電解槽使用壽命的顯著縮短等。

6、目前對(duì)金屬鋰電解質(zhì)licl-kc的回收利用的研究甚少，主要采用的水溶法和稀釋法，兩種方法的缺點(diǎn)較為顯著。水溶法依賴于水作為溶劑，旨在溶解富含雜質(zhì)的licl-kcl電解質(zhì)，隨后通過(guò)復(fù)雜的工藝流程，將其引導(dǎo)至氯化鋰生產(chǎn)線進(jìn)行再處理。此過(guò)程雖能實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)的初步回收，但顯著缺陷在于其處理周期長(zhǎng)，涉及多個(gè)精細(xì)化工步驟，導(dǎo)致整體流程繁瑣且效率低下。此外，高昂的能耗與較低的回收率共同制約了該方法的經(jīng)濟(jì)效益，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)高效、低成本回收技術(shù)的需求。稀釋法則采取將高雜質(zhì)含量的licl-kcl電解質(zhì)與低雜質(zhì)含量的同類電解質(zhì)混合使用的策略，旨在通過(guò)物理方式降低體系中的雜質(zhì)濃度。盡管此方法在短期內(nèi)能夠有效緩解雜質(zhì)問(wèn)題，但其根本性缺陷在于缺乏有效的雜質(zhì)移除機(jī)制。隨著電解過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，雜質(zhì)在體系中不斷累積，最終將嚴(yán)重影響金屬鋰的純度，導(dǎo)致電解效率下降，進(jìn)而影響到整個(gè)電解生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。

7、因此，亟需尋找一條能夠有效除去鋰電解質(zhì)licl-kc中雜質(zhì)的系統(tǒng)方法，以達(dá)到對(duì)電解質(zhì)的充分利用。

8、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種kcl-licl電解質(zhì)的循環(huán)凈化方法和系統(tǒng)，以有效地去除kcl-licl電解質(zhì)中的常見(jiàn)雜質(zhì)，如不熔物固體顆粒、鋇、鈣、鎂、鐵、鎳、鉻、硼、硅、硫酸根和碳酸根等，同時(shí)保持較高的生產(chǎn)效率和較低的成本，該方法特別適合應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境中，能夠顯著提高金屬鋰的純度、提高電流效率和延長(zhǎng)電解槽壽命。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種kcl-licl電解質(zhì)的循環(huán)凈化方法，其包括：

4、s1、在電解制備金屬鋰的過(guò)程中，監(jiān)測(cè)金屬鋰電解槽中的kcl-licl電解質(zhì)的不熔物、高電位離子以及低電位離子的含量，并分別判斷不熔物的含量是否達(dá)到預(yù)設(shè)不熔物處理閾值以上，高電位離子中的一種或多種的含量是否達(dá)到對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值以上，低電位離子中的一種或多種的含量是否達(dá)到對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值以上；

5、s2、根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果按優(yōu)先級(jí)順序?yàn)椴蝗畚?、高電位離子、低電位離子的順序去除雜質(zhì)：

6、若不熔物的含量達(dá)到預(yù)設(shè)不熔物處理閾值以上，則先將金屬鋰電解槽中的電解質(zhì)進(jìn)行多級(jí)過(guò)濾，以去除不熔物；

7、若高電位離子中的一種或多種的含量達(dá)到對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值以上，則向多級(jí)過(guò)濾去除不熔物的電解質(zhì)或監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示不熔物小于預(yù)設(shè)不熔物處理閾值的電解質(zhì)中加入固化劑，以去除高電位離子；

8、若低電位離子中的一種或多種的含量達(dá)到對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值以上，則將去除不熔物和/或高電位離子的電解質(zhì)或者檢測(cè)結(jié)果顯示不熔物和高電位離子分別小于預(yù)設(shè)不熔物處理閾值、高電位離子對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值的電解質(zhì)導(dǎo)入預(yù)電解槽中進(jìn)行恒壓電解，以去除低電位離子；

9、s3、將去除雜質(zhì)后的電解質(zhì)過(guò)濾后轉(zhuǎn)移至金屬鋰電解槽繼續(xù)使用。

10、可選地，監(jiān)測(cè)金屬鋰電解槽中的電解質(zhì)的不熔物、高電位離子以及低電位離子的含量的頻率為5～20天/次。

11、可選地，高電位離子包括ba2+和/或ca2+，低電位離子包括so42-、co32-、sio32-、bo33-、po43-、mg2+、fe2+、al3+、ni2+、cr3+和pb2+中的至少一種。

12、可選地，高電位離子包括ba2+和ca2+，低電位離子至少包括mg2+、fe2+、al3+、ni2+、cr3+和pb2+；可選地，高電位離子包括ba2+和ca2+，所述低電位離子包括so42-、co32-、sio32-、bo33-、po43-、mg2+、fe2+、al3+、ni2+、cr3+和pb2+。

13、可選地，預(yù)設(shè)不熔物處理閾值選自0.04wt％～0.06wt％。

14、可選地，ba2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.25wt％～0.35wt％。

15、可選地，ca2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.1wt％～0.14wt％。

16、可選地，mg2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.02wt％～0.04wt％。

17、可選地，fe2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.008wt％～0.012wt％。

18、可選地，al3+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.008wt％～0.012wt％。

19、可選地，ni2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.002wt％～0.004wt％。

20、可選地，cr3+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.002wt％～0.004wt％。

21、可選地，pb2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.002wt％～0.004wt％。

22、可選地，so42-對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.01wt％～0.02wt％。

23、可選地，co32-對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.008wt％～0.012wt％。

24、可選地，sio32-對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.008wt％～0.012wt％。

25、可選地，bo33-對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.008wt％～0.012wt％。

26、可選地，po43-對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.008wt％～0.012wt％

27、可選地，預(yù)設(shè)不熔物處理閾值為0.05wt％。

28、可選地，ba2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值為0.3wt％。

29、可選地，ca2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值為0.1wt％。

30、可選地，mg2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值為0.03wt％。

31、可選地，fe2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值為0.01wt％。

32、可選地，al3+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值為0.01wt％。

33、可選地，ni2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值為0.003wt％。

34、可選地，cr3+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值為0.003wt％。

35、可選地，pb2+對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值為0.003wt％。

36、可選地，so42-對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.015wt％。

37、可選地，co32-對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.01wt％。

38、可選地，sio32-對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.01wt％。

39、可選地，bo33-對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.01wt％。

40、可選地，po43-對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.01wt％。

41、可選地，多級(jí)過(guò)濾為兩級(jí)過(guò)濾，其中，一級(jí)過(guò)濾的溫度為400℃～700℃，過(guò)濾網(wǎng)孔的孔徑為30μm～100μm，二級(jí)過(guò)濾的溫度為400℃～700℃，過(guò)濾網(wǎng)孔的孔徑為1μm～30μm。

42、可選地，一級(jí)過(guò)濾的溫度為440℃～460℃，過(guò)濾網(wǎng)孔的孔徑為30μm～50μm，二級(jí)過(guò)濾的溫度為440℃～460℃，過(guò)濾網(wǎng)孔的孔徑為5μm～15μm。

43、可選地，多級(jí)過(guò)濾采用高溫熔鹽過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)濾，高溫熔鹽過(guò)濾系統(tǒng)包括第一過(guò)濾裝置和第二過(guò)濾裝置，第一過(guò)濾裝置至少包括熔鹽進(jìn)料管、第一接料容器以及第一過(guò)濾機(jī)構(gòu)，第一過(guò)濾機(jī)構(gòu)設(shè)置于熔鹽進(jìn)料管與第一接料容器之間，以使得熔鹽進(jìn)料管中的熔鹽通過(guò)第一過(guò)濾機(jī)構(gòu)過(guò)濾后進(jìn)入第一接料容器，第二過(guò)濾裝置包括與第一接料容器連通的熔鹽輸送管道、第二接料容器以及第二過(guò)濾機(jī)構(gòu)，第二過(guò)濾機(jī)構(gòu)設(shè)置于熔鹽輸送管與第二接料容器之間，以使得第一接料容器中的熔鹽通過(guò)第二過(guò)濾機(jī)構(gòu)過(guò)濾后進(jìn)入第二接料容器。

44、可選地，第一過(guò)濾機(jī)構(gòu)和第二過(guò)濾機(jī)構(gòu)均包括筒體、過(guò)濾網(wǎng)、過(guò)濾網(wǎng)接觸的鋼絲刷、旋轉(zhuǎn)支撐軸以及弧形扇葉，筒體的一端和與上部的管道連通，筒體的另一端設(shè)置有過(guò)濾網(wǎng)，且和下部的第一接料容器或第二接料容器連通，旋轉(zhuǎn)支撐軸同軸安裝于筒體的內(nèi)部且旋轉(zhuǎn)支撐軸的軸線與過(guò)濾網(wǎng)的網(wǎng)面垂直，鋼絲刷和弧形扇葉均固定連接于旋轉(zhuǎn)支撐軸的軸向，弧形扇葉固定連接于旋轉(zhuǎn)支撐軸相對(duì)遠(yuǎn)離過(guò)濾網(wǎng)的一端。

45、可選地，第一過(guò)濾裝置還包括第一密封儲(chǔ)料罐和第一加壓組件，熔鹽進(jìn)料管與第一密封儲(chǔ)料罐連通，第一密封儲(chǔ)料罐的底部通過(guò)管道與第一接料容器連通，第一過(guò)濾機(jī)構(gòu)設(shè)置于第一接料容器與進(jìn)料的管道連接處，第一加壓組件包括第一加壓管道、第一加壓泵以及第一壓力表，第一加壓管道的一端與第一密封儲(chǔ)料罐連通，另一端與第一加壓泵連通，第一加壓管道上設(shè)置有第一壓力表。

46、可選地，第二過(guò)濾裝置還包括第二密封儲(chǔ)料罐和第二加壓組件，熔鹽輸送管道與第二密封儲(chǔ)料罐連通，第二密封儲(chǔ)料罐的底部通過(guò)管道與第二接料容器連通，第二過(guò)濾機(jī)構(gòu)設(shè)置于第二接料容器與進(jìn)料的管道連接處，第二加壓組件包括第二加壓管道、第二加壓泵以及第二壓力表，第二加壓管道的一端與第二密封儲(chǔ)料罐連通，另一端與第二加壓泵連通，第二加壓管道上設(shè)置有第二壓力表。

47、可選地，熔鹽進(jìn)料管和/或熔鹽輸送管設(shè)置有加熱裝置。

48、可選地，第一過(guò)濾裝置和第二過(guò)濾裝置均設(shè)置有進(jìn)出料控制裝置。

49、可選地，固化劑為硫酸鹽或磷酸鹽，硫酸鹽選自硫酸鉀、硫酸鋰、硫酸鈉中的一種或多種，磷酸鹽為磷酸鈉。

50、可選地，加入的固化劑的摩爾量與高電位離子的總摩爾量的比例為(0.9～1.4)：1，優(yōu)選(1～1.2)：1。

51、可選地，加入的固化劑的摩爾量與高電位離子的總摩爾量的比例大于1.4：1，固化分離后對(duì)所述kcl-licl電解質(zhì)進(jìn)行恒壓電解。

52、可選地，加入固化劑時(shí)，控制電解質(zhì)的溫度為400℃～500℃，加入固化劑后，溫度維持在400℃～1000℃，保溫反應(yīng)3～5h，優(yōu)選地，加入固化劑后，溫度維持在400℃～500℃；

53、可選地，保溫反應(yīng)后控制溫度至400℃～500℃，進(jìn)行沉降。

54、可選地，恒壓電解的電壓為1v～3v，優(yōu)選2v～3v。

55、和/或，恒壓電解的溫度為420℃～480℃，優(yōu)選420℃～430℃。

56、可選地，將kcl-licl電解質(zhì)原料通入金屬鋰電解槽之前，檢測(cè)kcl-licl電解質(zhì)原料中的so42-、co32-、sio32-或bo33-是否至少有一種達(dá)到對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值以上，若達(dá)到則通入預(yù)電解槽進(jìn)行預(yù)電解。

57、可選地，預(yù)電解的電壓為1v～3v，優(yōu)選2v～3v。

58、可選地，預(yù)電解的溫度為420℃～480℃，優(yōu)選420℃～430℃。

59、可選地，kcl-licl電解質(zhì)原料中的so42-的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.01wt％～0.02wt％，優(yōu)選0.015wt％。

60、可選地，kcl-licl電解質(zhì)原料中的co32-的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.008wt％～0.012wt％，優(yōu)選0.01wt％；

61、可選地，kcl-licl電解質(zhì)原料中的sio32-的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.008wt％～0.012wt％，優(yōu)選0.01wt％。

62、可選地，kcl-licl電解質(zhì)原料中的bo33-的預(yù)設(shè)處理閾值選自0.008wt％～0.012wt％，優(yōu)選0.01wt％。

63、可選地，在步驟s3之前，檢測(cè)分析去除雜質(zhì)的電解質(zhì)是否滿足同時(shí)以下條件：

64、(1)不熔物的含量小于預(yù)設(shè)不熔物處理閾值；

65、(2)高電位離子中各種雜質(zhì)的含量均小于對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值；

66、(3)低電位離子中的各種雜質(zhì)的含量均小于對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)處理閾值；

67、滿足條件，則進(jìn)行步驟s3，不滿足，則循環(huán)進(jìn)行步驟s2。

68、第二方面，本發(fā)明還提供了一種kcl-licl電解質(zhì)的循環(huán)凈化系統(tǒng)，其包括高溫熔鹽過(guò)濾系統(tǒng)、固化反應(yīng)容器、電化學(xué)凈化系統(tǒng)以及金屬鋰電解槽，高溫熔鹽過(guò)濾系統(tǒng)、固化反應(yīng)容器、電化學(xué)凈化系統(tǒng)以及金屬鋰電解槽依次串聯(lián)，且高溫熔鹽過(guò)濾系統(tǒng)的出料口、固化反應(yīng)容器的出料口以及電化學(xué)凈化系統(tǒng)的出料口均分別與金屬鋰電解槽的進(jìn)料口管路連通，高溫熔鹽過(guò)濾系統(tǒng)的進(jìn)料口、固化反應(yīng)容器的進(jìn)料口以及電化學(xué)凈化系統(tǒng)的進(jìn)料口均分別與金屬鋰電解槽的出料口連通。

69、可選地，該循環(huán)凈化系統(tǒng)還包括原料進(jìn)管，電化學(xué)凈化系統(tǒng)和金屬鋰電解槽均與原料進(jìn)管連通。

70、本發(fā)明具有以下有益效果：通過(guò)在電解制備金屬鋰的過(guò)程中監(jiān)測(cè)電解質(zhì)中的雜質(zhì)情況，并根據(jù)監(jiān)測(cè)的雜質(zhì)情況，在電解生產(chǎn)過(guò)程中，間斷性地進(jìn)行除雜操作，以有效去除電解制備金屬鋰的過(guò)程中不斷產(chǎn)生或富集的雜質(zhì)如不熔物固體顆粒、鋇、鈣、鎂、鐵、鋁、鎳、鉻、鉛等，持續(xù)性地為kcl-licl電解質(zhì)體系提供雜質(zhì)出路。通過(guò)該kcl-licl電解質(zhì)的循環(huán)凈化方法能夠保持較高的生產(chǎn)效率和較低的成本，該方法特別適合應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境中，能夠顯著提高金屬鋰的純度、提高電流效率和延長(zhǎng)電解槽壽命。