CN107299361B - 利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置，其特征在于：所述电渗析装置由双极膜电渗析器、平衡缓冲槽、循环泵和配套管线阀门共同组成；所述双极膜电渗析器为五室形式，分别为阳极室、酸室、碱室、脱盐室和阴极室，并设置有特种阳离子交换膜、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜；所述双极膜电渗析器的两端为阳极室与阴极室，在阳极室内设置阳极板，在阴极室内设置阴极板，所述阳极板通过电缆与直流电源的正极连接，所述阴极板通过电缆与直流电源的负极连接。本发明的电渗析装置无需复杂的化学反应过程，以各类可溶性锂盐溶液为原料，一步制备出高浓度氢氧化锂溶液，可实现低能耗、无污染、规模化的连续稳定生产。

Description

利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置

技术领域

本发明涉及一种利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置。

背景技术

在锂电池正极材料和锂电池电解质的合成工艺中，氢氧化锂有比碳酸锂更好的合成效果。随着中国电池材料工业的快速发展，电池级氢氧化锂的需求缺口在进一步放大。同时随着锂基润滑油的普遍使用，对工业级氢氧化锂的市场需求也处于快速增长过程。

中国现有的氢氧化锂制造工艺主要为两种，冻硝法与沉淀法。

冻硝法的工艺原理为：Li₂SO₄+2NaOH→(冷冻)→2LiOH+Na₂SO₄↓

冻硝法在生产过程中消耗大量烧碱，同时有复杂精细的当量浓度控制过程。低温冻硝需要将混合后溶液的温度降低到-2℃到-10℃，这一过程消耗大量电力，而且运行效率偏低。冻硝后的氢氧化锂溶液需要两次蒸发结晶才可能达到电池级氢氧化锂纯度，这一过程也会消耗大量能源并造成锂损耗。

沉淀法的工艺原理为：Li₂CO₃+Ca(OH)₂→2LiOH+CaCO₃↓

沉淀法在生产过程中消耗大量石灰，产生大量废渣，石灰配浆过程复杂烦琐并造成环境污染。所产生的氢氧化锂溶液需要两次以上的蒸发结晶才可能达到工业级氢氧化锂纯度，这一过程会消耗大量能源并造成锂损耗。

利用本发明的装置来生产氢氧化锂溶液并进一步蒸发浓缩为一水合氢氧化锂固体，可完全避免上述问题。

在对中国青海的高镁锂比盐湖进行提锂的工艺中，盐湖浓缩得到的高镁锂卤水都需要通过镁锂分离工艺来形成高锂低镁的富锂卤水，富锂卤水通过精制除镁工艺(投放氢氧化钠沉镁)形成镁离子浓度50ppm以下的精制锂溶液。精制除镁工艺需要复杂的碱液配制系统，在增加运行成本的同时，对精制锂溶液形成了大量的氯化钠污染并降低了锂离子浓度。

利用本发明的装置，使用精制氯化锂溶液来生产氢氧化锂溶液并进行除镁操作，可完全避免上述问题。

双极膜是指带有阴离子交换层和阳离子交换层组合结构的离子交换膜，通常在膜两侧施加1.2伏以上的工作电压，膜内水分会连续稳定分解为H⁺与OH^-，并分别从阳离子交换膜侧和阴离子交换膜侧透出。双极膜与离子交换膜配合使用，双极膜与阳离子交换膜与阴离子交换膜组合形成三室式电渗析装置。利用电渗析装置可以从有机酸盐生产有机酸、从氨基酸盐生产氨基酸。但至今国内外尚无利用电渗析装置生产氢氧化锂的工业化项目。

在申请号为201410124102.4的文献中，其申请的基础是基于试验室微型设备，所采用的电渗析装置膜组是酸室与碱室的双室形式，为双极膜与阳离子交换膜的组合。与本发明的包含脱盐室、酸室和碱室三室以及双极膜与阴离子交换膜、阳离子交换膜的组合的阴离子交换膜阳离子交换膜电渗析装置有本质的不同；两室形式膜组的电渗析装置，双极膜水解所产生的氢离子会穿过阳离子交换膜到达碱室，降低电渗析装置运行效率并增加能耗；文献中的电渗析装置，会在酸室中形成大量二氧化碳气泡，严重影响膜的导电性而造成电渗析装置运行事故，不可能形成工业化的氢氧化锂生产装置。

发明内容

本发明的电渗析装置直接使用锂盐溶液为原料，一步制备出氢氧化锂溶液，这一方法避免了传统化学法工艺制造氢氧化锂的烦琐过程与污染排放环节，并大幅度节约能耗与物料成本。本发明所设计的电渗析装置为工业化装置，可直接用于氢氧化锂的经济性规模化生产，同时所生成的酸液可循环使用于前端工艺。所述电渗析装置由双极膜电渗析器、平衡缓冲槽、循环泵和配套管线阀门共同组成，其技术特性如下：

1.双极膜电渗析器为五室形式，分别为阳极室、酸室、碱室、脱盐室和阴极室，并同时设置有阳离子交换膜、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜。

2.双极膜电渗析器的两侧为阳极室与阴极室，阳极室内设置钛材质涂氧化铱的阳极板，阴极室内设置钛材质或不锈钢的阴极板。使用电缆将阳极板与直流电源的正极连接，将阴极板与直流电源的负极连接。

3.在阳极室和阴极室之间夹装膜组，组装形式为：阳极室框、膜组、阴极室框。

4.膜组组装形式为：阳离子交换膜+N×(碱板形室+BP膜+酸板形室+阴离子交换膜+脱盐板形室+阳离子交换膜)，其中N值从3-100不等。三种板形室为橡胶材质薄板框，框内镶嵌塑料纱网，厚度为3-10mm，上下开孔以形成流道。板形室的开孔处与框内纱网选择性连通，形成板形室框内流体的上下连通。双极膜、阳离子交换膜与阴离子交换膜均在上下部开孔以形成流道。

5.双极膜电渗析器中，双极膜的阳膜侧朝向阴极，阴离膜侧朝向阳极。在双极膜的两侧施加1.2伏(理论水解电压为0.83伏)的工作电压时，膜间的水分被连续稳定水解为H⁺与OH^-。在电场力作用下，H⁺从阳离子交换膜侧透出，OH^-从阴离子交换膜侧透出。

6.锂盐溶液(LiX)进入双极膜电渗析器的脱盐室，锂盐溶液中Li⁺在电场力作用下穿过阳离子交换膜进入碱室，与双极膜的阴膜侧透出的OH^-配对形成氢氧化锂溶液。锂盐溶液中的X^-在电场力作用下穿过阴离子交换膜进入酸室，与双极膜的阴膜侧透出的OH-配对形成HX酸液。

7.为简化装置运行操作，并节约运行成本与设备投资，双极膜电渗析器的阳极室与阴极室的电解质溶液选择为氢氧化锂溶液。直接使用双极膜电渗析器中碱液平衡缓冲槽中的氢氧化锂溶液实现极室液循环。

8.由于在阳极室与阴极室中使用氢氧化锂溶液为电极液，在碱性溶液条件下：

阳极反应为：

阴极反应为：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-

由于在阳极反应中会生成氧原子，具有强烈的氧化性，将会对阳极侧的第一张膜造成腐蚀破坏。而工业膜中，只有耐腐蚀的特种阳离子交换膜可供选择，所以阳极室侧的第一张膜优选为特种阳离子交换膜。在阴极反应中会生成OH^-，Li⁺透过阳离子交换膜达到阴极室增加氢氧化锂浓度，所以阴极室侧的第一张膜优选为阳离子交换膜。

9.在电渗析装置的连续运行过程中，锂盐溶液连续定量加入到料液平衡槽，料液从槽底出口经料液泵输送到双极膜电渗析器，再由平衡阀均分流量分配给双极膜电渗析器中的脱盐室。料液在脱盐室中形成稀释液，稀释液返回到料液缓冲槽。在连续运行过程中，缓冲槽中的液位将略高于平衡槽，液位差使缓冲槽中的稀释液从槽隔板底部开孔返回到平衡槽。随着锂盐溶液的连续加入，循环料液总量持续增加中，增加量将从缓冲槽的溢流口溢出稀释液到酸液平衡缓冲槽。实现料液循环在连续运行过程中的自适应平衡。

10.在电渗析装置的连续运行过程中，稀释液连续溢流到酸液平衡槽，稀酸液从槽底出口经酸液泵输送到双极膜电渗析器，再由平衡阀均匀流量分配给双极膜电渗析器中的酸室。稀酸液在酸室中形成浓酸液，浓酸液返回到酸液缓冲槽。缓冲槽中的液位将略高于平衡槽，液位差使缓冲槽中的浓酸液从槽隔板底部开孔返回到平衡槽。因为稀释液的连续加入，循环酸液总量持续增加中，增加量将从缓冲槽的溢流口溢出浓酸液。实现酸液循环在连续运行过程中的自适应平衡。由料液槽溢流到酸液平衡槽中的稀释液会夹带少量锂离子，这部分锂离子在酸室中不会流失，将随浓酸液一起进入到前端配置锂盐溶液的工艺中，实现锂离子整体循环收率100％。

11.在电渗析装置的连续运行过程中，RO水(去离子水)连续定量加入到碱液平衡槽，稀氢氧化锂溶液从槽底出口经酸液泵输送到双极膜电渗析器，再由平衡阀均匀流量分配给双极膜电渗析器中的碱室。稀氢氧化锂溶液在碱室中形成浓氢氧化锂溶液，浓氢氧化锂溶液返回到碱液缓冲槽。缓冲槽中的液位将略高于平衡槽，液位差使缓冲槽中浓氢氧化锂溶液从槽隔板底部开孔返回到平衡槽。随着RO水的连续加入，循环氢氧化锂溶液总量持续增加中，增加量将从缓冲槽溢流口溢出浓氢氧化锂溶液。实现碱液循环在连续运行过程中的自适应平衡。所溢流的浓氢氧化锂溶液为本装置的产品液。

根据本发明的第一方面，提供了一种利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置，其特征在于：

所述电渗析装置由双极膜电渗析器、平衡缓冲槽、循环泵和配套管线阀门共同组成；

所述双极膜电渗析器为五室形式，分别为阳极室、酸室、碱室、脱盐室和阴极室，并设置有特种阳离子交换膜、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜；

所述双极膜电渗析器的两端为阳极室与阴极室，在所述阳极室内设置阳极板，在所述阴极室内设置阴极板，所述阳极板通过电缆与直流电源的正极连接，所述阴极板通过电缆与直流电源的负极连接；

在所述双极膜电渗析器中设置三种板形室来形成脱盐室、酸室、碱室，板形室之间设置膜以形成室间的隔断，阳极室与碱室被特种阳离子交换膜隔断，碱室与酸室被双极膜隔断，酸室与脱盐室被阴离子交换膜隔断，碱室与脱盐室被阳离子交换膜隔断，脱盐室与阴极室被阳离子交换膜隔断；

所述双极膜电渗析器的两端设置有极室框与电极板，分别形成阴极室和阳极室，在极室框上设置有料液、酸液、碱液与极室液的进出管道接口，并在极室框中多组开孔，溶液进出管道与极室框开孔分组联通，形成极室框与膜组配套对接的料液、酸液、碱液分配流道；

在膜组中设置三种板形室来形成脱盐室、酸室、碱室，板形室为绝缘柔性橡胶材质的薄板框，框内镶嵌塑料纱网，在板形室的上下边框中开孔以形成三组流道，板形室的上下框中的开孔处与框内的塑料纱网按板形室类型选择性连通，形成板形室框内的塑料沙网中的液体与板形室框中流道的上下联通；

在膜组中设置特种阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜，均在膜片的上下边沿处三组开孔以形成流道；膜与板形室按顺序连续多层叠加组成膜组，在膜组中形成料液、酸液与碱液的三组流道；

在阴极室框和阳极室框之间夹装膜组，并通过机械方式压紧，压紧后，极室框的料液、酸液与碱液流道与膜组的料液、酸液与碱液流道一一对应连接，形成双极膜电渗析器；

在电渗析装置的连续运行过程中，分别有四种溶液在电渗析装置中循环运行，所述四种溶液分别是：料液、酸液，碱液与极室液，

通过料液平衡缓冲槽实现料液在所述双极膜电渗析器的脱盐室中的稳定循环运行，同时实现料液量的连续补充与稀释液的平衡排放；

通过酸液平衡缓冲槽实现酸液在所述双极膜电渗析器的酸室中的稳定循环运行，同时实现酸液量的连续补充与浓酸液的平衡排放；

通过碱液平衡缓冲槽实现碱液在所述双极膜电渗析器的碱室中的稳定循环运行，同时实现碱液量的连续补充与浓碱液的平衡排放；

直接利用碱液平衡缓冲槽中的碱液缓冲槽中的浓碱液作为极室液，实现极室液在双极膜电渗析器的极室中的稳定循环运行；

所述电渗析装置利用可溶性锂盐溶液为原料，锂盐溶液以LiX表示，其中X表示可溶性锂盐溶液的阴离子，将所述锂盐溶液送入所述电渗析装置的脱盐室，在电场力作用下，所述锂盐溶液中的Li⁺穿过阳离子交换膜达到碱室，在碱室中与双极膜水电解所生成的OH^-配对形成LiOH溶液；所述锂盐溶液中的X^-穿过阳离子交换膜达到酸室，在酸室中与双极膜水电解所生成的H⁺配对形成HX溶液。

根据本发明的第二方面，基于第一方面所述的电渗析装置，其中所述双极膜电渗析器在阳极室和阴极室之间为特种阳离子交换膜、碱室、双极膜、酸室、阴离子交换膜、脱盐室和阳离子交换膜组合的三室形式膜组。

根据本发明的第三方面，基于第一方面所述的电渗析装置，电渗析装置，其中不同的锂盐溶液在通过电渗析装置后形成氢氧化锂溶液与不同的酸液。

根据本发明的第四方面，基于第三方面所述的电渗析装置，电渗析装置，其中使用硫酸锂溶液为原料生成氢氧化锂溶液和硫酸溶液，或者使用氯化锂溶液为原料生成氢氧化锂溶液和盐酸溶液。

根据本发明的第五方面，基于第一方面所述的电渗析装置，其中所述阳极板为钛涂氧化铱材质，所述阴极板为工业纯钛或者不锈钢材质，

所述阳极板通过电缆连接到直流电源的正极，所述阴极板通过电缆连接到直流电源的负极，

在通电状态下，由所述阳极板和所述阴极板对应形成离子迁移与膜水解所需要的电场。

根据本发明的第六方面，基于第一方面所述的电渗析装置，其中在所述电渗析膜组中，从所述阳极框到所述阴极框之间的组装顺序为：特种阳离子交换膜+(碱板形室+双极膜+酸板形室+阴离子交换膜+脱盐板形室+阳离子交换膜)×N，其中N为叠加组数，数量为3～100，

其中阳极框与碱板形室之间使用耐腐蚀的特种阳离子交换膜，以避免阳极室内的阳极反应所产生的氧原子氧化腐蚀阳离子交换膜。

根据本发明的第七方面，基于第一方面所述的电渗析装置，其中将所述酸室、所述碱室、所述脱盐室设计为框形的绝缘柔性橡胶材质薄板，厚度为3-10mm，框内镶嵌塑料纱网，在所述橡胶材质薄板的上下框中三组开孔形成流道，并按室的类型，选择性地将组开孔与纱网联通，分别形成酸板形室、碱板形室与脱盐板形室。

根据本发明的第八方面，基于第一方面所述的电渗析装置，其中所述电渗析装置中的膜组设计为夹装形式，在阳极室框与阴极室框之间通过机械压紧方式夹装膜组，

所述电渗析装置的组装结构能使极室液在极室框的循环流动，同时保证酸液、碱液、锂盐溶液在酸室、碱室、脱盐室中的循环流动。

根据本发明的第九方面，基于第一方面所述的电渗析装置，其中所述平衡缓冲槽为双槽并联设计，所述双槽为平衡槽与缓冲槽，所述平衡槽与所述缓冲槽之间通过槽隔板底部的开孔连通，

所述平衡槽的顶部为补充液进口，所述平衡槽的底部出口管连接循环泵，

所述缓冲槽的顶部为循环液进口，并在所述缓冲槽的顶部液位处设置溢流出口。

根据本发明的第十方面，基于第九方面所述的电渗析装置，其中从料液平衡槽的顶进口连续加入锂盐溶液，料液由料液平衡槽的底出口经料液泵增压进入双极膜电渗析器的脱盐室，

在双极膜电渗析器的脱盐室中失去部分电解质后的稀释液由料液缓冲槽的顶进口加入，并由槽底开孔进入料液平衡槽，形成料液循环，

随着锂盐溶液的加入，料液平衡缓冲槽的液位整体上升，稀释液从料液缓冲槽的上部溢流孔溢流到酸液平衡槽。

根据本发明的第十一方面，基于第十方面所述的电渗析装置，其中从酸液平衡槽的顶进口连续加入从所述料液缓冲槽中溢流而来的稀释液，

所述稀酸液由所述酸液平衡槽的底出口经酸液泵增压进入所述双极膜电渗析器的酸室，

在所述双极膜电渗析器的酸室中所形成的浓酸液由酸液缓冲槽的顶进口加入，由槽底开孔进入酸液平衡槽，形成酸液循环，

随着稀释液的加入，酸液平衡缓冲槽的液位整体上升，浓酸液从酸液缓冲槽的液位溢流孔溢流，然后回收使用。

根据本发明的第十二方面，基于第九方面所述的电渗析装置，其中去离子水由碱液平衡槽的顶进口连续加入，

稀碱液由碱液平衡槽的底出口经碱液泵增压进入所述双极膜电渗析器的碱室，

在所述双极膜电渗析器的碱室中所形成的浓碱液由碱液缓冲槽的顶进口加入，由碱液缓冲槽的底开孔进入碱液平衡槽，形成碱液循环，

随着去离子水的加入，碱液平衡缓冲槽的液位整体上升，浓碱液从碱液缓冲槽的液位溢流孔溢流，然后进入蒸发工序。

根据本发明的第十三方面，基于第九方面所述的电渗析装置，其中氢氧化锂溶液由碱液平衡槽的底出口经极液泵增压进入所述双极膜电渗析器的电极室，极液由碱液平衡槽的顶进口返回，形成极液循环。

根据本发明的第十四方面，基于第一方面所述的电渗析装置，其中X表示Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-或HCO₃ ^-。

根据本发明的第十五方面，基于第一方面所述的电渗析装置，其中特种阳离子交换膜的基层为耐腐蚀的材质所制造。

根据本发明的第十六方面，基于第一方面所述的电渗析装置，其中所述耐腐蚀的材质为聚四氟乙烯。

附图说明

附图显示了本发明的优选实施方案，并与上述发明内容一起，用于进一步理解本发明的技术主旨。然而，不能将本发明解释为限于所述附图。

图1为本发明的电渗析装置的原理图(一)。

图2为本发明的电渗析装置的原理图(二)。

图3为双极膜电渗析膜组的叠加图，其中框线内为一个膜室叠加单元，一个膜组中叠加单元数从3到100不等，一个膜室叠加单元为：碱室+BP膜+酸室+阴膜+脱盐室+阳膜。

图4为电渗析装置的物料流向示意图。

图5为板形室与膜开孔图。

图6为极室框示意图。

图7为电渗析装置工作图。

附图标记：

1：阳极室

2：阴极室

3：酸室

4：脱盐室

5：碱室

41：阳极室框

42：阴极室框

43：酸室隔板

44：脱盐室隔板

45：碱室隔板

46：流道进口

47：流道出口

48：极室液进口

49：极室液出口

具体实施方式

现在对实施例进行说明。下列实施例仅出于示例性目的而不旨在限制本发明的范围。

实施例1

使用工业级碳酸锂为原料制备电池级一水合氢氧化锂产品。

1.硫酸锂溶液配制

采集青海盐湖蓝科锂业股份有限公司所生产的工业级碳酸锂，以后端电渗析工艺所生成的硫酸溶液对其进行酸溶解，形成硫酸锂溶液。利用后端电渗析工艺生成的氢氧化锂溶液中和平衡硫酸锂溶液的pH值为7左右，控制锂离子浓度为1.0～1.5mol/l，形成中和液。将中和液通过螯合吸附树脂，去除中和液中的钙、铁、镁等离子，形成精制液。

螯合吸附树脂优选为西安蓝晓公司的LSC-500型螯合树脂。在树脂的再生过程中，使用稀硫酸对树脂进行酸洗以形成氢型树脂，然后使用电渗析工艺所形成的氢氧化锂溶液对树脂进行碱洗以形成锂型树脂。在锂型树脂的吸附过程中，硫酸锂溶液中的钙、铁、镁离子被吸附到树脂上，锂型树脂中的锂离子被置换进入到精制溶液中。这避免了传统再生方式中，使用氢氧化钠溶液再生后形成钠型树脂，钠型树脂在吸附过程中交换出钠离子，对精制硫酸锂溶液形成钠污染。

2.双极膜电渗析工艺

使精制硫酸锂溶液经过双极膜电渗析装置，形成1mol/l的硫酸溶液与2mol/l的氢氧化锂溶液。其中硫酸溶液返回到硫酸锂溶液配制工艺，氢氧化锂溶液进入MVR蒸发结晶工艺。

电渗析装置中的双极膜优选为日本ASTOM公司所生产的NEOSEPTA双极膜。

3.MVR蒸发结晶工艺

将2mol/l的氢氧化锂溶液通过MVR蒸发器(机械蒸气再压缩蒸发器)，在MVR蒸发器的蒸发室中浓缩结晶形成一水合氢氧化锂固体。一水合氢氧化锂固体的固液混合物通过蒸发室的底部排盐角排出，离心过滤，形成一水合氢氧化锂过滤物和氢氧化锂母液。

4.一水合氢氧化锂的洗涤重结晶

将一水氢氧化锂过滤物放入加热反应釜中，并加入定量去离子水(RO水)，加热溶解并搅拌洗涤，然后通过结晶器冷却重结晶，过滤，形成精制氢氧化锂和氢氧化锂洗液。精制氢氧化锂通过干燥、包装而形成电池级一水合氢氧化锂产品，氢氧化锂洗液返回到MVR蒸发器继续浓缩。

实施例2

以富锂卤水为原料制备电池级碳酸锂

采集中国青海省一里坪盐湖的晶间卤水，通过盐田自然蒸发浓缩，形成钾肥原矿和硼锂卤水。对硼锂卤水实施离子选择电渗析工艺，形成以下富锂卤水。

表1：富锂卤水的分析表(单位：g/l)

项目	Li<sup>+</sup>	Mg<sup>2+</sup>	Ca<sup>2+</sup>	Cl<sup>-</sup>	SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>	K<sup>+</sup>	B<sup>3+</sup>	Na<sup>+</sup>
									g/l	7.66	5.32	0.05	65.76	0.16	2.16	0.1	5.82

1.将富锂卤水与锂碱液反应以苛化除镁

将富锂卤水与后端双极膜电渗析工艺制备的锂碱液在加热反应釜中混合反应，控制反应温度为60℃，形成氢氧化镁沉降物，并控制在反应终点时的混合液中的pH值大于13。

将反应后的混合液通过板式过滤机，形成氢氧化镁中间产品和除镁锂溶液。在所述除镁锂溶液中，镁离子浓度低于50ppm。

2.将除镁锂溶液调酸至溶液中性

除镁锂溶液的pH值约为13，使用通过后端双极膜电渗析工艺制备的盐酸溶液进行酸碱中和，将除镁锂溶液的pH值调整为6.5-7，形成锂溶液。

3.将锂溶液通过螯合吸附树脂塔，形成精制锂溶液

将锂溶液通过螯合吸附树脂塔，去除中和液中的钙、铁、镁等离子，形成精制锂溶液。

螯合吸附树脂优选为西安蓝晓公司的LSC-500型螯合树脂。

在螯合吸附树脂的再生过程中，使用通过后端双极膜电渗析工艺制备的稀盐酸对树脂进行酸洗以形成氢型树脂，然后使用通过后端双极膜电渗析工艺制备的锂碱液对氢型树脂进行碱洗以形成锂钠型树脂。锂钠型树脂在对中和液进行离子交换吸附时，中和液中的钙、铁、镁离子被吸附进入树脂中，锂钠型树脂在吸附钙、铁、镁离子的同时，交换出锂离子与钠离子进入到中和液，完成精制吸附过程。

4.将精制锂溶液通过双极膜电渗析器，形成锂碱液和盐酸溶液

取部分精制锂溶液通过双极膜电渗析器，稀释液返回到精制锂溶液中，同时形成氢氧根浓度为2mol/l的锂碱液(以氢氧化锂为主并含有氢氧化钠与氢氧化钾的混合溶液)与2mol/l浓度的盐酸溶液。

锂碱液与盐酸溶液的制备量根据富锂卤水中的镁离子浓度确定，以满足富锂卤水的苛化除镁需求。

5.精制锂溶液的蒸发浓缩

确保精制锂溶液的pH值控制在6.5-7之间(防止蒸发器结垢与腐蚀)。使中和液进入钛制三效蒸发器进行蒸发浓缩，形成锂浓缩液(锂离子浓度高于40g/l)与氯化钠结晶。

6.将锂浓缩液与碳酸钠溶液混合反应，生成电池级碳酸锂

将锂浓缩液与碳酸钠溶液在加热反应釜中混合反应，控制反应温度为80℃，形成碳酸锂沉降物。

将反应后的混合液通过离心过滤机形成碳酸锂过滤物和尾液。将碳酸锂过滤物经过洗涤、干燥、包装，形成电池级碳酸锂。

Claims (16)

1.一种利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置，其特征在于：

所述电渗析装置由双极膜电渗析器、平衡缓冲槽、循环泵和配套管线阀门共同组成；

所述双极膜电渗析器为五室形式，分别为阳极室、碱室、酸室、脱盐室和阴极室，并设置有耐腐蚀的阳离子交换膜、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜；

所述双极膜电渗析器的两端为阳极室与阴极室，在所述阳极室内设置阳极板，在所述阴极室内设置阴极板，所述阳极板通过电缆与直流电源的正极连接，所述阴极板通过电缆与直流电源的负极连接；

在所述双极膜电渗析器中设置三种板形室来形成碱室、酸室、脱盐室，板形室之间设置膜以形成室间的隔断，阳极室与碱室被耐腐蚀的阳离子交换膜隔断，碱室与酸室被双极膜隔断，酸室与脱盐室被阴离子交换膜隔断，脱盐室与阴极室被阳离子交换膜隔断，

当所述双极膜电渗析器包含两组以上的碱室、酸室和脱盐室时，碱室与脱盐室被阳离子交换膜隔断；

所述双极膜电渗析器的两端设置有极室框与电极板，分别形成阴极室和阳极室，在极室框上设置有料液、酸液、碱液与极室液的进出管道接口，并在极室框中多组开孔，溶液进出管道与极室框开孔分组联通，形成极室框与膜组配套对接的料液、酸液、碱液分配流道；

在膜组中设置三种板形室来形成脱盐室、酸室、碱室，板形室为绝缘柔性橡胶材质的薄板框，框内镶嵌塑料纱网，在板形室的上下边框中开孔以形成三组流道，板形室的上下框中的开孔处与框内的塑料纱网按板形室类型选择性连通，形成板形室框内的塑料沙网中的液体与板形室框中流道的上下联通；

在膜组中设置耐腐蚀的阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜，均在膜片的上下边沿处三组开孔以形成流道；膜与板形室按顺序连续多层叠加组成膜组，在膜组中形成料液、酸液与碱液的三组流道；

在阴极室框和阳极室框之间夹装膜组，并通过机械方式压紧，压紧后，极室框的料液、酸液与碱液流道与膜组的料液、酸液与碱液流道一一对应连接，形成双极膜电渗析器；

在电渗析装置的连续运行过程中，分别有四种溶液在电渗析装置中循环运行，所述四种溶液分别是：料液、酸液，碱液与极室液，

通过料液平衡缓冲槽实现料液在所述双极膜电渗析器的脱盐室中的稳定循环运行，同时实现料液量的连续补充与稀释液的平衡排放；

通过酸液平衡缓冲槽实现酸液在所述双极膜电渗析器的酸室中的稳定循环运行，同时实现酸液量的连续补充与浓酸液的平衡排放；

通过碱液平衡缓冲槽实现碱液在所述双极膜电渗析器的碱室中的稳定循环运行，同时实现碱液量的连续补充与浓碱液的平衡排放；

直接利用碱液平衡缓冲槽中的碱液缓冲槽中的浓碱液作为极室液，实现极室液在双极膜电渗析器的极室中的稳定循环运行；

所述电渗析装置利用可溶性锂盐溶液为原料，锂盐溶液以LiX表示，其中X表示可溶性锂盐溶液的阴离子，将所述锂盐溶液送入所述电渗析装置的脱盐室，在电场力作用下，所述锂盐溶液中的Li⁺穿过阳离子交换膜达到碱室，在碱室中与双极膜水电解所生成的OH^-配对形成LiOH溶液；所述锂盐溶液中的X^-穿过阴离子交换膜达到酸室，在酸室中与双极膜水电解所生成的H⁺配对形成HX溶液。

2.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中所述双极膜电渗析器在阳极室和阴极室之间为耐腐蚀的阳离子交换膜、碱室、双极膜、酸室、阴离子交换膜、脱盐室和阳离子交换膜组合的三室形式膜组。

3.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中不同的锂盐溶液在通过电渗析装置后形成氢氧化锂溶液与不同的酸液。

4.根据权利要求3所述的电渗析装置，其中使用硫酸锂溶液为原料生成氢氧化锂溶液和硫酸溶液，或者使用氯化锂溶液为原料生成氢氧化锂溶液和盐酸溶液。

5.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中所述阳极板为钛涂氧化铱材质，所述阴极板为工业纯钛或者不锈钢材质，

所述阳极板通过电缆连接到直流电源的正极，所述阴极板通过电缆连接到直流电源的负极，

在通电状态下，由所述阳极板和所述阴极板对应形成离子迁移与膜水解所需要的电场。

6.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中在所述膜组中，从所述阳极室框到所述阴极室框之间的组装顺序为：耐腐蚀的阳离子交换膜+(碱板形室+双极膜+酸板形室+阴离子交换膜+脱盐板形室+阳离子交换膜)×N，其中N为叠加组数，数量为3～100，

其中阳极室与碱板形室之间使用耐腐蚀的阳离子交换膜，以避免阳极室内的阳极反应所产生的氧原子氧化腐蚀阳离子交换膜。

7.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中将所述酸室、所述碱室、所述脱盐室设计为框形的绝缘柔性橡胶材质薄板，厚度为3-10mm，框内镶嵌塑料纱网，在所述橡胶材质薄板的上下框中三组开孔形成流道，并按室的类型，选择性地将组开孔与纱网联通，分别形成酸板形室、碱板形室与脱盐板形室。

8.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中所述电渗析装置中的膜组设计为夹装形式，在阳极室框与阴极室框之间通过机械压紧方式夹装膜组，

所述电渗析装置的组装结构能使极室液在极室框的循环流动，同时保证酸液、碱液、锂盐溶液在酸室、碱室、脱盐室中的循环流动。

9.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中所述平衡缓冲槽为双槽并联设计，所述双槽为平衡槽与缓冲槽，所述平衡槽与所述缓冲槽之间通过槽隔板底部的开孔连通，

所述平衡槽的顶部为补充液进口，所述平衡槽的底部出口管连接循环泵，

所述缓冲槽的顶部为循环液进口，并在所述缓冲槽的顶部液位处设置溢流出口。

10.根据权利要求9所述的电渗析装置，其中从料液平衡槽的顶进口连续加入锂盐溶液，料液由料液平衡槽的底出口经料液泵增压进入双极膜电渗析器的脱盐室，

在双极膜电渗析器的脱盐室中失去部分电解质后的稀释液由料液缓冲槽的顶进口加入，并由槽底开孔进入料液平衡槽，形成料液循环，

随着锂盐溶液的加入，料液平衡缓冲槽的液位整体上升，稀释液从料液缓冲槽的上部溢流孔溢流到酸液平衡槽。

11.根据权利要求10所述的电渗析装置，其中从酸液平衡槽的顶进口连续加入从所述料液缓冲槽中溢流而来的稀释液，

稀酸液由所述酸液平衡槽的底出口经酸液泵增压进入所述双极膜电渗析器的酸室，

在所述双极膜电渗析器的酸室中所形成的浓酸液由酸液缓冲槽的顶进口加入，由槽底开孔进入酸液平衡槽，形成酸液循环，

随着稀释液的加入，酸液平衡缓冲槽的液位整体上升，浓酸液从酸液缓冲槽的液位溢流孔溢流，然后回收使用。

12.根据权利要求9所述的电渗析装置，其中去离子水由碱液平衡槽的顶进口连续加入，

稀碱液由碱液平衡槽的底出口经碱液泵增压进入所述双极膜电渗析器的碱室，

在所述双极膜电渗析器的碱室中所形成的浓碱液由碱液缓冲槽的顶进口加入，由碱液缓冲槽的底开孔进入碱液平衡槽，形成碱液循环，

随着去离子水的加入，碱液平衡缓冲槽的液位整体上升，浓碱液从碱液缓冲槽的液位溢流孔溢流，然后进入蒸发工序。

13.根据权利要求9所述的电渗析装置，其中氢氧化锂溶液由碱液平衡槽的底出口经极液泵增压进入所述双极膜电渗析器的电极室，极液由碱液平衡槽的顶进口返回，形成极液循环。

14.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中X表示Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-或HCO₃ ^-。

15.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中耐腐蚀的阳离子交换膜的基层为耐腐蚀的材质所制造。

16.根据权利要求15所述的电渗析装置，其中所述耐腐蚀的材质为聚四氟乙烯。