專利名稱：利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鹵水綜合利用，具體屬于一種利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的裝置 和方法。
背景技術(shù)：
鋰及鋰的化合物在能源、航空航天、冶金、陶瓷等領(lǐng)域有著廣泛的用途，對我國國 民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的意義。在鋰及鋰的化合物中，碳酸鋰是生產(chǎn)金屬鋰和鋰鹽的基礎(chǔ) 材料，其它工業(yè)鋰產(chǎn)品都是碳酸鋰的下游產(chǎn)品，因此碳酸鋰在鋰行業(yè)中屬于最為關(guān)鍵的生 產(chǎn)原料。但由于我國生產(chǎn)能力有限，所需的碳酸鋰很多依賴進口，嚴重制約了國內(nèi)鋰產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展。海水、鹽湖鹵水中蘊含著豐富的鋰資源。我國鋰資源主要分布在青海、西藏、新疆 等省份，但由于這些省的鹽湖地區(qū)往往人口稀少，基礎(chǔ)設(shè)施尚不完善，能源供應(yīng)不充足，因 此給開發(fā)利用這些鋰資源帶來了嚴重的制約。鹵水中提取碳酸鋰的方法主要有蒸發(fā)結(jié)晶 法、沉淀法、鹽析法、碳化法、浮選法、萃取法、離子交換吸附法、煅燒法、膜分離法等多種方 法。目前在提鋰過程中，為了節(jié)約能源、降低對基礎(chǔ)設(shè)施的要求，多采用自然灘曬、蒸發(fā)結(jié) 晶，再進行化學(xué)沉淀法析鋰，但由于日照灘曬耗時往往達到3 6個月，嚴重限制了生產(chǎn)效 率的提升，鹵水提鋰及綜合利用技術(shù)的推廣也因此受到了限制，因此尋求一種簡單、高效并 且節(jié)能的碳酸鋰制取技術(shù)，顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的裝置和方法。本發(fā)明提供的一種利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的裝置，包括第一太陽能集熱 器1，第一太陽能集熱器1 一端設(shè)鹵水進口，另一端設(shè)鹵水出口，第一太陽能集熱器1的鹵水 出口與膜蒸餾器2的鹵水進口連接；膜蒸餾器2上端設(shè)有淡水出口，底端設(shè)有濃鹵水出口， 膜蒸餾器2的濃鹵水出口與第二太陽能集熱器3的進口連接，第二太陽能集熱器3的出口 與三效蒸發(fā)器4的進口連接；三效蒸發(fā)器4的各效下部均設(shè)有鹽漿出口，各效均設(shè)有蒸汽冷 凝的淡水出口，在三效蒸發(fā)器4第三效設(shè)有濃鹵水出口，濃鹵水出口連接至第一結(jié)晶器5的 進口 ；第一結(jié)晶器5上端設(shè)有沉淀劑的加入口，底端設(shè)有鹽漿出口，一端設(shè)有濃鹵水出口， 其連接至第二結(jié)晶器6進口 ；第二結(jié)晶器6上端設(shè)有沉淀劑加入口，底端設(shè)有鹽漿出口，一 端設(shè)有母液出口，鹽漿出口連接至洗鹽器7的進口 ；洗鹽器7底端設(shè)有排出液出口，一端設(shè) 有碳酸鋰出口 ；所述的膜蒸餾器2和三效蒸發(fā)器4的淡水出口均與洗鹽器7的進口連接。所述的膜蒸餾器2，是采用疏水性微孔膜元件的膜蒸餾器，水蒸汽可透過疏水膜但 水不能透過，并利用膜兩邊的溫度差所產(chǎn)生的壓力差進行蒸餾，膜蒸餾過程優(yōu)選真空式或 直接接觸式操作，也可以采用氣隙式或吹掃氣式操作。本發(fā)明提供的一種利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的方法，采用上述裝置，包括 以下步驟
(1)將鹵水送入第一太陽能集熱器1，利用太陽熱能將鹵水加溫至60 70°C ；(2)加溫后的鹵水進入膜蒸餾器2，通過膜蒸餾過程將鹵水分離為淡水和含鹽量 更高的濃鹵水，淡水進入洗鹽器7 ；在膜蒸餾過程中要控制濃鹵水盡可能濃但不析出固相
^rt.；(3)濃鹵水進入第二太陽能集熱器3，重新加熱到50 60°C后，再送入三效蒸發(fā)器 4；(4)將進入三效蒸發(fā)器4的濃鹵水的體積計為初始體積，在三效蒸發(fā)器4的第一 效，溫度控制在51 60°C，蒸發(fā)出初始體積50 60%的水，析出鹽漿，分離、干燥后制得 NaCl產(chǎn)品；析出鹽漿后剩余的濃鹵水送入三效蒸發(fā)器4的第二效，溫度控制在41 50°C， 蒸發(fā)出初始體積10 20%的水，析出鹽漿，分離、干燥后制得含NaCl、KC1、MgCl2, MgSO4, K2SO4的混合鹽產(chǎn)品；析出鹽漿后剩余的濃鹵水送入三效蒸發(fā)器4的第三效，溫度控制在 31 40°C，蒸發(fā)出初始體積6 11 %的水，析出鹽漿，分離、干燥后制得含NaCl、KCl、MgCl2、 MgSO4的混合鹽產(chǎn)品；析出鹽漿后剩余的濃鹵水送入第一結(jié)晶器5 ；三效蒸發(fā)器4中所產(chǎn)生 的冷凝淡水排入洗鹽器7 ；(5)在析出鹽漿后剩余的濃鹵水送入第一結(jié)晶器5中的同時加入與濃鹵水Mg2+等 當(dāng)量的Na2CO3,使?jié)恹u水中所含的Mg2+以MgCO3的形式析出，形成鹽漿，剩余濃鹵水進入第二 結(jié)晶器6中；也可在加入Na2CO3之前，依次向第一結(jié)晶器5中加入Na2SO4和Ca (OH)2,以強化 Mg2+的析出，形成含MgC03、Mg(0H)2和CaSO4 ·2Η20的鹽漿，形成的鹽漿由第一結(jié)晶器5底端 鹽漿出口排出，剩余濃鹵水進入第二結(jié)晶器6中；(6)在第二結(jié)晶器6中加入Na2CO3，使?jié)恹u水中所含的Li+以Li2CO3的形式析出， 形成含Li2CO3的鹽漿，鹽漿通過第二結(jié)晶器6底端出口排入洗鹽器7中，剩余的母液返回流 程；(7)在洗鹽器7中含Li2C03&漿用淡水洗滌，洗去鹽漿中摻雜的NaCl，剩余鹽漿干 燥后制得Li2CO3產(chǎn)品。所述的鹵水是鎂鋰比大于40的硫酸鹽型或氯化物型鹵水。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于(1)生產(chǎn)過程中使用太陽能作為能源，有利于降低提取Li2CO3的成本。使用傳統(tǒng)的 日曬蒸發(fā)法濃縮鹵水時，蒸發(fā)過程需要3 6個月，而本發(fā)明的蒸發(fā)過程僅需1 2小時， 若計入結(jié)晶器中所消耗的50 60小時陳化時間，整個從鹵水制備Li2CO3產(chǎn)品的過程也僅 為2 3天，遠遠低于傳統(tǒng)的日曬蒸發(fā)-沉淀法Li2CO3生產(chǎn)工藝；(2)在Li2CO3生產(chǎn)過程中，還可以制得NaCl和KC1、K2SO4、MgSO4、MgCI2等副產(chǎn)品， 解決了鹽湖資源利用浪費的現(xiàn)象，達到了鹵水資源綜合利用的目的。(3)Li2CO3生產(chǎn)效率高，節(jié)能優(yōu)勢明顯，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的裝置和工藝流程示意圖。其中1_第一太陽能集熱器；2-膜蒸餾器；3-第二太陽能集熱器；4-三效蒸發(fā)器； 5-第一結(jié)晶器；6-第二結(jié)晶器；7-洗鹽器。
具體實施例方式實施例中，所用原料取自青海馬海鹽湖，裝置采用如圖1所示的裝置。實施例1 采用鎂鋰比為60的硫酸鹽型鹵水作為原料，原料鹵水組成如表1，密度為1. Ilg/
3
cm ο表1原料鹵水組成(g/L) 利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰裝置的工作流程和操作方法如下。a)將鹵水送入第一太陽能集熱器，利用太陽熱能將鹵水加溫至70°C ；b)加溫后的鹵水進入膜蒸餾器，膜蒸餾器采用疏水性聚丙烯微孔膜元件，直接接 觸式操作。通過膜蒸餾過程將鹵水分離為淡水和含鹽量更高的濃鹵水，淡水進入洗鹽器，溫 度降至35°C的濃鹵水送入第二太陽能集熱器；膜蒸餾過程中控制濃縮倍率在2左右，整個 過程沒有析出固相鹽；c)在第二太陽能集熱器中，濃鹵水被加熱到60°C后，再送入三效蒸發(fā)器4 ；d)將進入三效蒸發(fā)器的濃鹵水的體積計為初始體積，在三效蒸發(fā)器的第一效，蒸 發(fā)溫度控制在55°C，蒸發(fā)出初始體積50%的水，析出鹽漿，分離、干燥后制得NaCl產(chǎn)品；析 出鹽漿后剩余的濃鹵水送入三效蒸發(fā)器的第二效，溫度控制在42°C，蒸發(fā)出初始體積15% 的水，析出鹽漿，分離、干燥后制得含NaCl、KC1、MgCl2, MgSO4, K2SO4的混合鹽產(chǎn)品；析出鹽 漿后剩余的濃鹵水送入三效蒸發(fā)器的第三效，溫度控制在35°C，蒸發(fā)出初始體積8%的水， 析出鹽漿，分離、干燥后制得含NaCl、KCl、MgCl2、MgS04的混合鹽產(chǎn)品；析出鹽漿后剩余的濃 鹵水送入第一結(jié)晶器；三效蒸發(fā)器中所產(chǎn)生的冷凝淡水排入洗鹽器；e)在析出鹽漿后剩余的濃鹵水送入第一結(jié)晶器中的同時加入與濃鹵水Mg2+等當(dāng) 量的Na2CO3,使液相中所含的Mg2+以MgCO3的形式析出，形成鹽漿；形成的鹽漿由第一結(jié)晶 器底端出口排出，剩余濃鹵水進入第二結(jié)晶器；f)在第二結(jié)晶器中加入Na2CO3,使?jié)恹u水中所含的Li+以Li2CO3的形式析出，形成 含Li2CO3的鹽漿，鹽漿通過第二結(jié)晶器底端出口排入洗鹽器中，剩余的母液返回流程；g)在洗鹽器中含Li2CO3鹽漿用淡水洗滌，洗去鹽漿中摻雜的NaCl，剩余鹽漿干燥 后制得Li2CO3產(chǎn)品。本實施例所得到的Li2CO3產(chǎn)品中，Li2CO3質(zhì)量含量達到82. 02%，整個過程Li的 收率達到了 75. 26%，耗時62小時(含結(jié)晶陳化時間)。實施例2原料鹵水組成、裝置與實施例1相同，工作流程和操作方法如下。a)將鹵水送入第一太陽能集熱器，利用太陽熱能將鹵水加溫至60°C ；b)加溫后的鹵水進入膜蒸餾器，膜蒸餾器采用疏水性聚丙烯微孔膜元件，真空式 操作。通過膜蒸餾過程將鹵水分離為淡水和含鹽量更高的濃鹵水，淡水進入洗鹽器，溫度降
6至40°C的濃鹵水送入第二太陽能集熱器；膜蒸餾過程中控制濃縮倍率在1. 6左右，整個過 程沒有析出固相鹽；c)在第二太陽能集熱器中，濃鹵水被加熱到60°C后，再送入三效蒸發(fā)器；d)將進入三效蒸發(fā)器的濃鹵水的體積計為初始體積，在三效蒸發(fā)器的第一效，蒸 發(fā)溫度控制在56°C，蒸發(fā)出初始體積60%的水，析出鹽漿，分離、干燥后制得NaCl產(chǎn)品；析 出鹽漿后剩余的濃鹵水送入三效蒸發(fā)器的第二效，溫度控制在50°C，蒸發(fā)出初始體積20% 的水，析出鹽漿，分離、干燥后制得含NaCl、KCl、MgCl2、MgSO4的混合鹽產(chǎn)品；析出鹽漿后剩 余的濃鹵水送入三效蒸發(fā)器的第三效，溫度控制在40°C，蒸發(fā)出初始體積10%的水，析出 鹽漿，分離、干燥后制得含NaCl、KCl、MgCl2、MgS04的混合鹽產(chǎn)品；析出鹽漿后剩余的濃鹵水 送入第一結(jié)晶器；三效蒸發(fā)器中所產(chǎn)生的冷凝淡水排入洗鹽器；e)在析出鹽漿后剩余的濃鹵水送入第一結(jié)晶器中的同時加入與濃鹵水Mg2+等當(dāng) 量的Na2CO3，使?jié)恹u水中所含的Mg2+以MgCO3的形式析出，形成鹽漿；形成的鹽漿由第一結(jié) 晶器底端出口排出，剩余液相進入第二結(jié)晶器；f)在第二結(jié)晶器中加入Na2CO3,使?jié)恹u水中所含的Li+以Li2CO3的形式析出，形成 含Li2CO3的鹽漿，鹽漿通過第二結(jié)晶器底端出口排入洗鹽器中，剩余的母液返回流程；g)在洗鹽器中含Li2CO3鹽漿用淡水洗滌，洗去鹽漿中摻雜的NaCl，剩余鹽漿干燥 后制得Li2CO3產(chǎn)品。本實施例所得到的Li2CO3產(chǎn)品中，Li2CO3質(zhì)量含量達到80. 55%，整個過程Li的 收率達到了 76. 89%，耗時59小時(含結(jié)晶陳化時間)。實施例3 原料鹵水組成、裝置及工作流程與實施例1相同，不同之處在于第一結(jié)晶器加入 Na2CO3沉淀劑之前，依次向第一結(jié)晶器中加入Na2SO4和Ca (OH)2,形成了含MgC03、Mg (OH) 2和 CaSO4 · 2H20 的鹽漿。本實施例所得到的Li2CO3產(chǎn)品中，Li2CO3質(zhì)量含量達到75. 96%，整個過程Li的 收率達到了 89. 63%，耗時55小時(含結(jié)晶陳化時間)。
權(quán)利要求
一種利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的裝置，其特征在于包括第一太陽能集熱器(1)，第一太陽能集熱器(1)一端設(shè)鹵水進口，另一端設(shè)鹵水出口，第一太陽能集熱器(1)的鹵水出口與膜蒸餾器(2)的鹵水進口連接；膜蒸餾器(2)上端設(shè)有淡水出口，底端設(shè)有濃鹵水出口，膜蒸餾器(2)的濃鹵水出口與第二太陽能集熱器(3)的進口連接，第二太陽能集熱器(3)的出口與三效蒸發(fā)器(4)的進口連接；三效蒸發(fā)器(4)的各效下部均設(shè)有鹽漿出口，各效均設(shè)有蒸汽冷凝的淡水出口，在三效蒸發(fā)器(4)第三效設(shè)有濃鹵水出口，濃鹵水出口連接至第一結(jié)晶器(5)的進口；第一結(jié)晶器(5)上端設(shè)有沉淀劑的加入口，底端設(shè)有鹽漿出口，一端設(shè)有濃鹵水出口，其連接至第二結(jié)晶器(6)進口；第二結(jié)晶器(6)上端設(shè)有沉淀劑加入口，底端設(shè)有鹽漿出口，一端設(shè)有母液出口，鹽漿出口連接至洗鹽器(7)的進口；洗鹽器(7)底端設(shè)有排出液出口，一端設(shè)有碳酸鋰出口；所述的膜蒸餾器(2)和三效蒸發(fā)器(4)的淡水出口均與洗鹽器(7)的進口連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的裝置，其特征在于所述 的膜蒸餾器(2)，是采用疏水性微孔膜元件的膜蒸餾器。
3.一種利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1所述的 裝置，包括以下步驟1)將鹵水送入第一太陽能集熱器(1)，利用太陽熱能將鹵水加溫至60 70°C；2)加溫后的鹵水進入膜蒸餾器(2)，通過膜蒸餾過程將鹵水分離為淡水和含鹽量更高 的濃鹵水，淡水進入洗鹽器(7)；在膜蒸餾過程中要控制濃鹵水盡可能濃但不析出固相鹽；3)濃鹵水進入第二太陽能集熱器(3)，重新加熱到50 60°C后，再送入三效蒸發(fā)器⑷；4)將進入三效蒸發(fā)器(4)的濃鹵水的體積計為初始體積，在三效蒸發(fā)器(4)的第一效， 溫度控制在51 60°C，蒸發(fā)出初始體積50 60%的水，析出鹽漿，分離、干燥后制得NaCl 產(chǎn)品；析出鹽漿后剩余的濃鹵水送入三效蒸發(fā)器(4)的第二效，溫度控制在41 50°C，蒸 發(fā)出初始體積10 20%的水，析出鹽漿，分離、干燥后制得含NaCl、KCl、MgCl2、MgS04、K2S04 的混合鹽產(chǎn)品；析出鹽漿后剩余的濃鹵水送入三效蒸發(fā)器(4)的第三效，溫度控制在31 400C，蒸發(fā)出初始體積6 11 %的水，析出鹽漿，分離、干燥后制得含NaCl、KCl、MgCl2、MgS04 的混合鹽產(chǎn)品；析出鹽漿后剩余的濃鹵水送入第一結(jié)晶器(5)；三效蒸發(fā)器(4)中所產(chǎn)生的 冷凝淡水排入洗鹽器(7)；5)在析出鹽漿后剩余的濃鹵水送入第一結(jié)晶器(5)中的同時加入與濃鹵水Mg2+等當(dāng) 量的Na2CO3,使?jié)恹u水中所含的Mg2+以MgCO3的形式析出，形成鹽漿，剩余濃鹵水進入第二結(jié) 晶器(6)中；6)在第二結(jié)晶器(6)中加入Na2CO3，使?jié)恹u水中所含的Li+以Li2CO3的形式析出，形成 含Li2CO3W鹽漿，鹽漿通過第二結(jié)晶器(6)底端出口排入洗鹽器(7)中，剩余的母液返回流 程；7)在洗鹽器(7)中含Li2CO3鹽漿用淡水洗滌，洗去鹽漿中摻雜的NaCl，剩余鹽漿干燥 后制得Li2CO3產(chǎn)品。
4.如權(quán)利要求3所述的一種利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的方法，其特征在于，所 述步驟5)是在加入Na2CO3之前，可以依次向第一結(jié)晶器(5)中加入Na2SO4和Ca(OH)2,形 成含MgC03、Mg(0H)2* CaSO4 ·2Η20的鹽漿，形成的鹽漿由第一結(jié)晶器(5)底端鹽漿出口排出，剩余濃鹵水進入第二結(jié)晶器(6)中。
5.如權(quán)利要求3或4所述的一種利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的方法，其特征在于， 所述的鹵水是鎂鋰比大于40的硫酸鹽型或氯化物型鹵水。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用太陽能從鹵水中制取碳酸鋰的裝置和方法，屬于鹵水綜合利用技術(shù)領(lǐng)域。制取碳酸鋰的裝置，包括太陽能集熱器、膜蒸餾器、三效蒸發(fā)器、結(jié)晶器、洗鹽器等。制取碳酸鋰的方法，以太陽能作為熱源，通過膜蒸餾方法蒸發(fā)濃縮鹵水，然后利用三效蒸發(fā)對鹵水進行強制蒸發(fā)與結(jié)晶，析出含鈉、鉀、鎂的各種無機鹽，最后采用化學(xué)沉淀法得到碳酸鋰產(chǎn)品。本發(fā)明工藝路線簡單、生產(chǎn)過程效率較高，節(jié)能優(yōu)勢明顯，在得到碳酸鋰產(chǎn)品的同時還可以分級提取各種無機鹽產(chǎn)品，實現(xiàn)了資源的綜合利用。
文檔編號C01D15/08GK101928023SQ201010273940
公開日2010年12月29日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者成懷剛, 王旭明, 程芳琴, 趙仲鶴, 趙勁 申請人:山西大學(xué)