CN109133119A - 一种碳酸锂生产系统 - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C01D15/00—Lithium compounds
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Abstract
本发明公开了一种碳酸锂生产系统，包括反应器、用于输送料液的料液传输管道、用于输送二氧化碳气体的气体传输管道和固液分离设备。反应器设有至少3级，前一级所述反应器的出料口通过所述料液传输管道连接下一级所述反应器的进料口，后一级所述反应器的出气口通过所述气体传输管道连接前一级所述反应器的进气口，最后一级所述反应器通过所述料液传输管道连接所述固液分离设备。本发明的反应器采用多级逆流碳化生产过程，二氧化碳利用率高，且氢氧化锂能够充分反应，设备不易结疤，实现了碳酸锂的连续生产，生产系统产能高、生产效率高，降低了生产成本，产品质量稳定。
Description
技术领域
本发明属于碳酸锂生产技术领域，特别涉及一种碳酸锂生产系统。
背景技术
随着移动通讯设备、电动汽车的快速发展，对锂电池的需求量越来越大。钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂以良好的热稳定性、循环性、安全性、环保性等优势，均为锂离子蓄电池正极材料的首选。碳酸锂作为生产钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂的关键原料，需求量也随之日益增长。同时，碳酸锂在半导体、陶瓷、电视、医药、原子能工业、化学分析、水泥絮凝剂中均有应用。但钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂价格昂贵，碳酸锂的生产成本降低可间接降低这三种电池材料的成本，以及与碳酸锂相关的其他应用领域的成本。
碳酸锂的制备方法的常用方法之一为将氢氧化锂溶液与二氧化碳反应制成。但现有技术中，该方法的生产过程中二氧化碳利用率低、产品收率低，生产为间断式进行、时间成本高、产能低。并且，该操作过程中碳酸锂容易析晶而在反应器壁上易结疤，需要定期处理，费时费力，使设备利用率低下，同时造成碳酸锂产品的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳酸锂生产系统，旨在解决目前碳酸锂生产过程中二氧化碳利用率低、析晶会使反应设备易结疤的问题，具有二氧化碳利用率高、设备不易结疤的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种碳酸锂生产系统，所述生产系统包括：反应器、用于输送料液的料液传输管道、用于输送二氧化碳气体的气体传输管道和固液分离设备；
所述反应器设有至少3级，每级所述反应器的底端设有进气口和出料口，顶端设有出气口和进料口，侧壁下部设有回料入口；所述反应器内部设有连通所述回料入口与所述出料口的回流管；
前一级所述反应器的出料口通过所述料液传输管道连接下一级所述反应器的进料口，后一级所述反应器的出气口通过所述气体传输管道连接前一级所述反应器的进气口，最后一级所述反应器通过所述料液传输管道连接所述固液分离设备；
最后一级所述反应器外部设有加热装置，其余所述反应器外部设有降温装置；
所述料液传输管道上设有输料泵，所述输料泵上设有回料出口，所述回料出口与所述回料入口之间连接有回料管道。
进一步地，最后一级所述反应器与所述固液分离设备之间还设有料浆缓冲槽，最后一级所述反应器通过所述料液传输管道连接所述料浆缓冲槽。
进一步地，所述料浆缓冲槽外部设有加热装置。
进一步地，还包括原料计量槽，所述原料计量槽通过料液传输管道连接第一级所述反应器的进料口。
进一步地，所述进气口设有至少3个；和/或所述进料口设有至少3个。
进一步地，还包括控制系统，所述输料泵和所述固液分离设备的控制端连接所述控制系统的输出端。
进一步地，还包括气体调压装置，所述气体调压装置设置于最后一级所述反应器的进气口，所述气体调压装置的控制端连接所述控制系统的输出端。
进一步地，所述加热装置为连接有蒸汽供给系统的蒸汽夹套或管盘，所述蒸汽供给系统的控制端连接所述控制系统的输出端；和/或所述降温装置为连接有冷却水供给系统的冷水夹套或管盘，所述冷却水供给系统的控制端连接所述控制系统的输出端。
进一步地，所述固液分离设备为离心分离设备。
进一步地，所述反应器设有温度监测器和压力监测器。
本发明提供的碳酸锂生产系统的有益效果在于：本发明采用多级逆流碳化生产过程，使用气体传输管道及料液传输管道将多级反应器连接，碳酸锂料液通过料液传输管道正向依次流经每一级反应器，二氧化碳气体通过气体传输管道逆向依次流经每一级反应器，二氧化碳与氢氧化锂能够充分反应，二氧化碳利用率高；回流管将料液吹向出料口，能够防止出料口的碳酸锂结晶堆积而造成结疤。本发明实现了碳酸锂的连续生产，该生产系统产能高、生产效率高，生产成本低，产品质量稳定。
附图说明
图1为本发明实施例的整体流程示意图；
图2为本发明实施例中一级反应器、二级反应器和三级反应器的剖视图；
图3为本发明实施例中四级反应器的剖视图；
图4为本发明实施例中反应器的附视图。
附图说明：
11一级反应器 12二级反应器 13三级反应器 14四级反应器
1011回料管道 1012回料入口 1013回流管
1021进料口 1022出料口
1031进气口 1032出气口
1041蒸汽供给系统 1042蒸汽管盘
1051冷却水供给系统 1052冷水管盘
106温度监测器 107压力监测器 108视镜
109排空口 110备用口 111液位计口
112安全阀 113人孔
2料液传输管道 21输料泵
3气体传输管道
4固液分离设备 41母液槽
5料浆缓冲槽 51加热装置
6计量槽
7调压装置
8二氧化碳供气系统 9溶液储槽
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1、图2、图3和图4，现对本发明提供的碳酸锂生产系统进行说明。该生产系统包括：反应器、用于输送料液的料液传输管道2、用于输送二氧化碳气体的气体传输管道3和固液分离设备4。
反应器有4级，分别为一级反应器11，二级反应器12，三级反应器13，四级反应器14。每级反应器均设有进料口1021、出料口1022、进气口1031、出气口1031和回料入口1012；出料口1022和进气口1031位于各反应器的底端，出气口1032和进料口1021位于各反应器的顶端，回料入口1012位于各反应器的侧壁下部，回料入口1012在反应器内部设有向出料口1022延伸的回流管1013。
料液传输管道2和气体传输管道3将各级反应器串联连通，每级反应器的出料口1022通过料液传输管道2连接下一级反应器的进料口1021，每级反应器的出气口1032通过气体传输管道3连接前一级反应器的进气口1031，四级反应器通过料液传输管道2连接固液分离设备4，使氢氧化锂溶液通过一级反应器11的进料口1021进入一级反应器11，依次经过二级反应器12、三级反应器13和四级反应器14后流向固液分离设备4，二氧化碳通过四级反应器14的进气口1031进入四级反应器14，依次经过经过三级反应器13和二级反应器12后进入一级反应器11，与一级反应器11中的氢氧化锂溶液反应。
料液传输管道2上设有输料泵21，输料泵21上设有回料出口，回料出口与回料入口1012之间在反应器外部设有回料管道1011，用于连通回料出口和回料入口1012。
四级反应器14外部设有加热装置，用于对四级反应器14加热，提高出料的温度，使碳化过程中生成的碳酸氢锂分解，同时降低碳酸锂的溶解度，增大碳酸锂产品的直收率；一级反应器11、二级反应器12和三级反应器13外部均设有降温装置，用于对反应器进行降温，防止料液由于反应放热温度过高造成二氧化碳溶解度降低而对反应速率的直接影响和对直收率的间接影响。
本发明提供的碳酸锂连续纯化系统的纯化过程如下：开启各料液传输管道2上的输料泵21、调压装置7，使氢氧化锂溶液和二氧化碳进入该生产系统中。开启四级反应器14外部的加热装置对四级反应器14加热，开启一级反应器11、二级反应器12和三级反应器13外部的降温装置使一级反应器11、二级反应器12和三级反应器13保持低温。氢氧化锂溶液由输料泵21输送到一级反应器11与二氧化碳反应，反应后的料液由输料泵21输送到二级反应器12，与二氧化碳反应后，由输料泵21输送到三级反应器13，与二氧化碳反应后，由输料泵21输送到四级反应器14，与二氧化碳反应后，由输料泵21输送到固液分离设备4进行固液分离。每一级反应器内部设置回流管，可将料液吹向出料口。
本发明提供的碳酸锂生产系统的有益效果在于：本发明所采用四级逆流碳化生产过程，使用气体传输管道及料液传输管道将多级反应器连接，碳酸锂料液通过料液传输管道正向依次流经每一级反应器，二氧化碳气体通过气体传输管道逆向依次流经每一级反应器，二氧化碳与氢氧化锂能够充分反应，二氧化碳利用率高，且氢氧化锂能够充分反应；回流管将料液吹向出料口，能够防止出料口的碳酸锂结晶堆积而造成堵塞。本发明实现了碳酸锂的连续生产，生产系统产能高、生产效率高，生产成本低，产品质量稳定。
进一步地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，四级反应器14与固液分离设备4之间还设有料浆缓冲槽5，四级反应器14通过料液传输管道2连接料浆缓冲槽5，料浆缓冲槽5直接连接固液分离设备4。料浆缓冲槽5用于对四级反应器14得到的料液进行暂存，以调解生产速率，使生产平稳连续地进行。
可选地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，料浆缓冲槽5外部设有加热装置51，用于对料浆缓冲槽5加热，以保证料浆进入固液分离设备时的较高温度，提高收率。
进一步地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，该生产系统还包括原料计量槽6，该原料计量槽6通过料液传输管道2连接一级反应器11的进料口1021，用于统计生产过程中的投料量。
具体地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，各反应器设有6个进气口1031，3个进料口1021。进气口外部连接高效布气器，在保证物料充分反应的同时，又保证了反应生成的碳酸锂晶体处于流化状态，避免物料堆积堵塞管路，同时，布气器外置便于清洗。多进料口分布进料，能够增大溶液与二氧化碳的接触面积，提高反应速率，并使反应进行更充分。
进一步地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，该生产系统还包括控制系统，输料泵21和固液分离设备4的控制端连接该控制系统的输出端。该控制系统使本生产系统能够连续操作，用自动化降低人工成本，从而进一步降低生产成本。
进一步地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，该生产系统还包括气体调压装置7，该气体调压装置7设置于四级反应器14的进气口1031，气体调压装置7的控制端连接控制系统的输出端。通过气体调压装置7控制二氧化碳的进入量，当氢氧化锂含量较高时增加二氧化碳进入量，当氢氧化锂含量较低时降低二氧化碳进入量，从而确保氢氧化锂反应完全，同时又不至于产生二氧化碳的浪费，减少多余二氧化碳的排放。
进一步地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，加热装置为连接有蒸汽供给系统1041的蒸汽管盘1042，蒸汽供给系统1041的控制端连接控制系统的输出端；降温装置为连接有冷却水供给系统1051的冷水管盘1052，冷却水供给系统1051的控制端连接控制系统的输出端。
进一步地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，所述固液分离设备4为离心分离设备，用于高效快速地实现固液分离。
进一步地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，各反应器设有温度监测器106和压力监测器107，用于对生产系统的温度和压力进行监测，以便及时发现异常。
可选地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，各反应器设有视镜108，便于操作人员观察反应器中反应情况。
可选地，作为本发明碳酸锂生产系统提供的一种具体实施方式，各反应器在顶部设有排空口109、备用口110、液位计口111、安全阀112、人孔113。液位计口111便于操作人员从外部直接观察到反应器内部液位情况。
本发明解决其技术问题所采用的操作流程是：
A、通过控制系统开启各料液传输管道2上的输料泵21，以及二氧化碳供气系统8、调压装置7，使氢氧化锂溶液和二氧化碳进入该生产系统中。开启蒸汽供给系统1041对四级反应器14和料浆缓冲槽5进行加热，开始冷却水供给系统1051使一级反应器11、二级反应器12和三级反应器13保持低温。
B、氢氧化锂溶液从溶液储槽9中进入计量槽6，再由输料泵21输送到一级反应器11与二氧化碳反应，反应后的料液大部分从出料口1022流出，由输料泵21输送到二级反应器12，从输料泵21流出的部分料液从回料出口通过回料管道1011后再经回料入口1012流入回流管1013，流向出料口1022，以增强出料口1022的料液流动，防止出料口1022的碳酸锂结晶堆积而造成堵塞。进入二级反应器12的料液与二氧化碳反应后，大部分从出料口1022流出并由输料泵21输送到三级反应器13，从输料泵21流出的部分料液经回料出口、回料管道1014、回料入口1012和回流管1013流回出料口1022。进入三级反应器13的料液与二氧化碳反应后，大部分从出料口1022流出并由输料泵21输送到四级反应器14，从输料泵21流出的部分料液经回料出口1011、回料管道1014、回料入口1012和回流管1013流回出料口1022。进入四级反应器14的料液与二氧化碳反应后，大部分从出料口1022流出并由输料泵21输送到料浆缓冲槽5进行缓冲，再由固液分离设备4进行固液分离，分离出的湿品碳酸锂进入下一道工序，分离母液进入母液槽41，再输送到下一道工序。
与此同时，来自二氧化碳供气系统8的二氧化碳经过调压装置7，从进气口1031进入四级反应器14与料液中的氢氧化锂进行反应，压差使未参与反应的二氧化碳从进气口1031进入三级反应器13与氢氧化锂反应，未参与反应的二氧化碳再从进气口1031进入二级反应器12与氢氧化锂继续反应，未参与反应的二氧化碳再从进气口1031进入一级反应器11与氢氧化锂溶液反应。二氧化碳的流量通过四级反应器14的调压装置7进行调节控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碳酸锂生产系统，其特征在于，包括：反应器、用于输送料液的料液传输管道、用于输送二氧化碳气体的气体传输管道和固液分离设备；
所述反应器设有至少3级，每级所述反应器的底端设有进气口和出料口，顶端设有出气口和进料口，侧壁下部设有回料入口；所述反应器内部设有连通所述回料入口与所述出料口的回流管；
前一级所述反应器的出料口通过所述料液传输管道连接下一级所述反应器的进料口，后一级所述反应器的出气口通过所述气体传输管道连接前一级所述反应器的进气口，最后一级所述反应器通过所述料液传输管道连接所述固液分离设备；
最后一级所述反应器外部设有加热装置，其余所述反应器外部设有降温装置；
所述料液传输管道上设有输料泵，所述输料泵上设有回料出口，所述回料出口与所述回料入口之间连接有回料管道。
2.如权利要求1所述的碳酸锂生产系统，其特征在于：最后一级所述反应器与所述固液分离设备之间还设有料浆缓冲槽，最后一级所述反应器通过所述料液传输管道连接所述料浆缓冲槽。
3.如权利要求2所述的碳酸锂生产系统，其特征在于：所述料浆缓冲槽外部设有加热装置。
4.如权利要求1所述的碳酸锂生产系统，其特征在于：还包括原料计量槽，所述原料计量槽通过料液传输管道连接第一级所述反应器的进料口。
5.如权利要求1所述的碳酸锂生产系统，其特征在于：所述进气口设有至少3个；和/或
所述进料口设有至少3个。
6.如权利要求1所述的碳酸锂生产系统，其特征在于：还包括控制系统，所述输料泵和所述固液分离设备的控制端连接所述控制系统的输出端。
7.如权利要求6所述的碳酸锂生产系统，其特征在于：还包括气体调压装置，所述气体调压装置设置于最后一级所述反应器的进气口，所述气体调压装置的控制端连接所述控制系统的输出端。
8.如权利要求6所述的碳酸锂生产系统，其特征在于：所述加热装置为连接有蒸汽供给系统的蒸汽夹套或管盘，所述蒸汽供给系统的控制端连接所述控制系统的输出端；和/或
所述降温装置为连接有冷却水供给系统的冷水夹套或管盘，所述冷却水供给系统的控制端连接所述控制系统的输出端。
9.如权利要求1所述的碳酸锂生产系统，其特征在于：所述固液分离设备为离心分离设备。
10.如权利要求1所述的碳酸锂生产系统，其特征在于：所述反应器设有温度监测器和压力监测器。
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