CN110386611A - 连续生产电池级碳酸锂的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了连续生产电池级碳酸锂的系统及方法包括依次连接的反应器、料浆储槽、压滤机、螺杆输送机和电加热干燥机；所述反应器包括罐体，所述罐体上端设有顶盖，所述罐体下端设有卸料管，所述卸料管上设有阀门，所述罐体侧壁设有高锂溶液进液管和纯碱溶液进液管，所述高锂溶液进液管位于所述纯碱溶液进液管的上端，位于所述罐体内侧的高锂溶液进液管和纯碱溶液进液管的一端设有分布器，所述罐体内还设有第一搅拌装置，所述分布器为环形，且所述分布器的上端设有若干喷射孔。本发明既提高了生产效率，又提升了产品质量，反应器出口料浆碳酸锂结晶颗粒D50≤20μ，可直接生产电池级碳酸锂产品，单台反应器即可实现每年1万吨碳酸锂的产能。

Description

连续生产电池级碳酸锂的系统及方法

技术领域

本发明涉及碳酸锂生产技术领域，尤其涉及连续生产电池级碳酸锂的系统及方法。

背景技术

在新能源领域，碳酸锂是一类大宗的上游原料。碳酸锂的生产根据原料不同分为卤水法和矿山法。无论是卤水法还是矿山法路线生产碳酸锂，最后得到碳酸锂产品(沉锂工段)的工艺是类似的。传统的方法是采用高锂溶液和碳酸钠溶液在搅拌槽内反应，反应料浆经过熟化、浓密后，送下游通过多级离心过滤、再浆除杂，然后送干燥包装。传统的生产工艺存在问题有：整个生产过程都是间歇操作，反应结晶、洗涤过滤和干燥间歇操作不仅限制了生产产能，也造成产品质量不稳定；碳酸锂结晶粒径分布差，大颗粒料浆包裹杂质，产品品质差，一般得到的是工业级产品，需要进一步精制才能获得电池级产品；生产设备台数多，占地较大；再浆洗涤耗水多，产品收率低；干燥采用热风，不能保证电池级产品品质。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了连续生产电池级碳酸锂的系统及方法，既提高了生产效率，又提升了产品质量。

本发明提出的连续生产电池级碳酸锂的系统，包括依次连接的反应器、料浆储槽、压滤机、螺杆输送机和电加热干燥机；

所述反应器包括罐体，所述罐体上端设有顶盖，所述罐体下端设有卸料管，所述卸料管上设有阀门，所述罐体侧壁设有高锂溶液进液管和纯碱溶液进液管，所述高锂溶液进液管位于所述纯碱溶液进液管的上端，位于所述罐体内侧的高锂溶液进液管和纯碱溶液进液管的一端设有分布器，所述罐体内还设有第一搅拌装置，所述罐体的外侧还设有保温层。

优选地，所述分布器为环形，且所述分布器的上端设有若干喷射孔。

优选地，所述第一搅拌装置上设有若干搅拌桨，且所述高锂溶液进液管连接的分布器和所述纯碱溶液进液管连接的分布器之间、高锂溶液进液管连接的分布器的上端均至少分布1个搅拌桨。

优选地，所述搅拌桨为四叶涡轮式搅拌桨。

优选地，所述顶盖上还设有液位计和温度计，所述温度计的探头位于所述罐体内。

优选地，所述料浆储槽内设有第二搅拌装置。

优选地，所述压滤机上设有干燥空气入口、挤压水入口、滤液出口、洗涤液出口、进料口、滤布洗涤水入口和滤饼洗涤水入口、出料口，所述进料口与所述料浆储槽连接，所述出料口与所述螺旋输送机连接，所述滤液出口连接有第三储液罐，所述洗涤液出口连接有第一储液罐和第二储液罐，所述第一储液罐和第二储液罐的出口均与滤饼洗涤水入口连接。

本发明提出的连续生产电池级碳酸锂的系统的工作方法步骤如下：

S1：从上游原料处理工段送过来的高锂母液和纯碱溶液，经过精密计量后泵送入反应器进行反应；

S2：反应后的物料从反应器底部卸料管导入料浆储槽内，同时保持高锂母液和纯碱溶液持续泵入反应器内；

S3：将所述S2中暂存在料浆储槽中的料浆使用料浆泵送至压滤机进行过滤，得到湿碳酸锂滤饼；

S4：将所述S3中的滤饼通过螺旋输送机输送至电加热干燥机内进行干燥，干燥后送下游包装工序即可。

优选地，所述S1中高锂母液和纯碱溶液进入分布器的压力不低于3bar。

优选地，所述S3中的压滤机采用三级洗涤流程，其洗涤步骤包括依次包括：料浆进入、第一次挤压、排滤液、第一次洗液冲洗、第二次挤压、排洗液、第二次洗液冲洗、排洗液、第三次挤压、吹风干燥、滤饼排出。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

(1)本发明工艺为连续反应，自动化程度高，相比传统间歇反应，提高了生产效率，保证了料浆性质稳定性，同时利于整个工厂的连续稳定运行，减小了生产劳动强度。同时流程设计也可切换为间歇反应的生产模式，提高了生产适应性；

(2)本发明使用创新的反应器系统，包含反应器本体、搅拌桨、分布器、温控系统。该系统优点在于：反应器内流场分布较好，物料分散效果好，反应温度控制精确，结晶成核诱导期短，有利于微粒成核结晶，减少大颗粒结晶，降低碳酸锂结晶包裹杂质，产品纯度较高，产量高。反应器出口料浆碳酸锂结晶颗粒D50≤20μ，可直接生产电池级碳酸锂产品，单台反应器即可实现每年1万吨碳酸锂的产能；

(3)本发明采用全自动控制的压滤机，操作简便，设备台数少，适用范围广，且设置一级脱盐水洗、两级洗涤水套洗，套洗流程脱盐水消耗量少，产品收率高；

(4)本发明采用全自动控制的红外电加热干燥窑，自动化程度高，操作方便，适应性好，不污染产品，尤其适用于高纯产品；

(5)本发明设备简单，投资省，设计及改造方便，适用范围广。同时系统中各设备布置紧凑，大幅度减少了整个系统的占地，也降低了厂房投资；

(6)本发明重点考虑了水资源的综合利用，相比再浆洗涤，减少了洗涤用水量可达70-80％，实现对水资源的节约利用。同时由于洗涤水量减少，相应减少了碳酸锂在洗涤水中的溶损，可提高产品收率约10％。

附图说明

图1a为本发明提出的连续生产电池级碳酸锂的系统的结构示意图；

图1b为本发明提出的连续生产电池级碳酸锂的系统的结构示意图；

图1c为本发明提出的连续生产电池级碳酸锂的系统的结构示意图；

图2为本发明提出的反应器的结构示意图；

图3为本发明提出的分布器的结构示意图。

图中：1-反应器、101-罐体、102-保温层、103-分布器、1031-喷射孔、104-卸料管、105-阀门、106-顶盖、107-液位计、108-电机、109-温度计、1010-第一搅拌装置、1011-搅拌桨、2-料浆储槽、201-第二搅拌装置、3-输送泵、4-压滤机、5-螺旋输送机、6-电加热干燥机、7-第一储液罐、8-第二储液罐、9-第三储液罐；

A-高锂溶液进液管、B-纯碱溶液进液管、C-冷凝液出口、D-备用口、E-蒸汽进口、F-放空口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

本发明的图1a、图1b、图1c共同组成一套完整的连续生产电池级碳酸锂的系统，其中a管道与a’管道连接，b管道与b’管道连接，c管道与c’管道连接。

实施例1

参考图1-3，本发明提出的连续生产电池级碳酸锂的系统，包括依次连接的反应器1、料浆储槽2、压滤机4、螺杆输送机和电加热干燥机6；

所述反应器1包括罐体101，所述罐体101上端设有顶盖106，所述罐体101下端设有卸料管104，所述卸料管104上设有阀门105，所述罐体101侧壁设有高锂溶液进液管A和纯碱溶液进液管B，所述高锂溶液进液管A位于所述纯碱溶液进液管B的上端，位于所述罐体101内侧的高锂溶液进液管A和纯碱溶液进液管B的一端设有分布器103，所述罐体101内还设有第一搅拌装置1010，所述罐体101的外侧还设有保温层102。本发明通过分布器103将高锂溶液和纯碱溶液喷射进罐体101内，通过与罐体101内的搅拌装置配合，使高锂溶液与纯碱溶液快速发生反应并结晶，从而实现连续生产的目的。

分布器103为环形，且所述分布器103的上端设有若干喷射孔104，可以通过对喷射孔104的数量、大小及位置等进行设计，能够很好的实现物料在罐体101内的分散性，从而加快物料的反应与结晶。

第一搅拌装置1010上设有若干搅拌桨1011，且所述高锂溶液进液管A连接的分布器103和所述纯碱溶液进液管B连接的分布器103之间、高锂溶液进液管A连接的分布器103的上端均至少分布1个搅拌桨1011；搅拌桨1011为四叶涡轮式搅拌桨1011。通过调整叶片形状和角度，可以加强上升流，增大剪切力；增大搅拌桨1011转速，适应更多生产负荷区间；此外，搅拌桨1011与物料接触部分表面均进行抛光,避免物料粘结。

罐体101的外侧还设有保温层102，所述保温层102上分别设有冷凝液出口CC、蒸汽进口EE、备用口DD和放空口FF，通过控制热水或蒸汽从蒸汽入口进入保温层102的流量，可以实现将反应器1内反应温度在-℃之间精确调节，本申请优选将温度控制在℃左右。

顶盖106上还设有温度计109、液位计107和观察孔，所述温度计109的探头位于所述罐体101内。可以选择使用插入式温度计109，温度计109探头沿侧壁附近插入至罐体101内，其中温度计109的数量可以设置为个，分别对罐体101内不同高度的溶液的温度进行测定；液位计107为雷达液位计107，底部的阀门105为自控阀(电动或气动均可)，使用雷达液位计107的信号控制自控阀，从而保证了反应器1内液面的稳定，实现生产连续进行。

此外，本发明所述罐体101、搅拌桨1011等与料浆接触部分材质使用超级双相不锈钢或使用衬氟材质，保证设备耐磨、耐腐性能。

料浆储槽2内设有第二搅拌装置201，并设有夹套保温，第二搅拌装置201上设有二叶斜桨式搅拌器，搅拌桨1011转速不低于60r/min，保证料浆在储槽内性质均一稳定。料浆泵使用高性能渣浆泵，出口设回流管道至料浆储槽2内。

压滤机4上设有干燥空气入口、挤压水入口、滤液出口、洗涤液出口、进料口、滤布洗涤水入口和滤饼洗涤水入口、出料口，所述进料口与所述料浆储槽2连接，所述出料口与所述螺旋输送机5连接，所述滤液出口连接有第三储液罐9，所述洗涤液出口连接有第一储液罐7和第二储液罐8，所述第一储液罐7和第二储液罐8的出口均与滤饼洗涤水入口连接。

本发明提出的连续生产电池级碳酸锂的系统的工作方法步骤如下：

S1：从上游原料处理工段送过来的高锂母液和纯碱溶液，经过精密计量后泵送入反应器。高锂母液及纯碱溶液均已经过精制、除杂。高锂母液浓度(Li⁺≥25g/L，Na⁺≤5g/L)，纯碱溶液浓度30％(wt％)；除杂后钙镁离子等杂质应小于10mg/L，硼含量应低于100mg/L；使用离子交换树脂进行除杂；

S2：物料在反应器内混合进行反应；反应后形成沉锂料浆，料浆含固量约10％，碳酸锂结晶粒度D50≤20μ，反应后的物料从反应器底部卸料管导入料浆储槽内，同时保持高锂母液和纯碱溶液持续泵入反应器内；

S3：将所述S2中暂存在料浆储槽中的料浆使用料浆泵送至压滤机进行过滤，压滤机为三次洗涤流程，使用PLC程序自动控制，同时控制压滤机本体及进料的料浆泵、洗涤的洗涤水泵、进出料管路上的控制阀，根据设定的程序，依次进行以下步骤：料浆进入--第一次挤压--排滤液--第一次洗液冲洗--第二次挤压--排洗液--第二次洗液冲洗--排洗液--第三次挤压--吹风干燥--滤饼排出。

完成以上步骤为一个循环，后续重复进行。PLC程序可编辑，可根据实际生产情况调整，例如增加洗涤次数，调整每步骤运行时间。

其中料浆在立式压滤机中进行1级淡水+2级洗涤水套洗，使用的淡水量1-2V，第一级冲洗使用二洗液，滤液为洗涤废液，洗涤废液直接进入第三储液罐，待处理，第二级冲洗使用一洗液，滤液为二洗液，储存在第二储液罐内，待重复使用，第三级使用淡水(水质为脱盐水)，滤液为一洗液，储存在第一储液罐内，待重复使用，经压滤机处理后得到湿碳酸锂滤饼；

S4：将所述S3中的滤饼通过螺旋输送机输送至电加热干燥机内进行干燥，干燥后送下游包装工序即可。电加热干燥机使用红外加热，并连续进料，生产负荷0-100％连续可调，最大干燥温度550℃，由于不使用热风直接加热，内部与物料接触部分使用316L材质，保护空气使用结晶的仪表空气，保证了产品的质量。

本发明中反应器及料浆槽初次进料前，首先加入适量脱盐水，系统运行过程中反应器应保持稳定液位。

本发明中，系统中所需使用洗涤、配置碳酸钠溶液均使用脱盐水，其中洗涤部分为节约用水量，在产品质量满足要求的情况下使用洗涤液进行套洗。

实施例2

该实施例采用传统的间歇式反应器，反应器反应形成的产物同样输送至料浆储槽中，然后分别经过压滤机和电加热干燥机处理，得到碳酸锂产品，其中压滤机和干燥机与实施例1相同。

实施例3

该实施例将实施例1中压滤机洗涤的工序替换为传统的洗涤工序，其余工序与实施例1相同。

实施例4

该实施例将实施例1中的干燥工序替换为传统的干燥工序，其余工序均与实施例1相同。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续生产电池级碳酸锂的系统，其特征在于，包括依次连接的反应器、料浆储槽、压滤机、螺杆输送机和电加热干燥机；

所述反应器包括罐体，所述罐体上端设有顶盖，所述罐体下端设有卸料管，所述卸料管上设有阀门，所述罐体侧壁设有高锂溶液进液管和纯碱溶液进液管，所述高锂溶液进液管位于所述纯碱溶液进液管的上端，位于所述罐体内侧的高锂溶液进液管和纯碱溶液进液管的一端设有分布器，所述罐体内还设有第一搅拌装置，所述罐体的外侧还设有保温层。

2.根据权利要求1所述的连续生产电池级碳酸锂的系统，其特征在于，所述分布器为环形，且所述分布器的上端设有若干喷射孔。

3.根据权利要求1所述的连续生产电池级碳酸锂的系统，其特征在于，所述第一搅拌装置上设有若干搅拌桨，且所述高锂溶液进液管连接的分布器和所述纯碱溶液进液管连接的分布器之间、高锂溶液进液管连接的分布器的上端均至少分布1个搅拌桨。

4.根据权利要求3所述的连续生产电池级碳酸锂的系统，其特征在于，所述搅拌桨为四叶涡轮式搅拌桨。

5.根据权利要求1所述的连续生产电池级碳酸锂的系统，其特征在于，所述顶盖上还设有液位计和温度计，所述温度计的探头位于所述罐体内。

6.根据权利要求1所述的连续生产电池级碳酸锂的系统，其特征在于，所述料浆储槽内设有第二搅拌装置。

7.根据权利要求1所述的连续生产电池级碳酸锂的系统，其特征在于，所述压滤机上设有干燥空气入口、挤压水入口、滤液出口、洗涤液出口、进料口、滤布洗涤水入口和滤饼洗涤水入口、出料口，所述进料口与所述料浆储槽连接，所述出料口与所述螺旋输送机连接，所述滤液出口连接有第三储液罐，所述洗涤液出口连接有第一储液罐和第二储液罐，所述第一储液罐和第二储液罐的出口均与滤饼洗涤水入口连接。

8.一种如权利要求1所述的连续生产电池级碳酸锂的系统的工作方法，其特征在于，方法步骤如下：

S1：从上游原料处理工段送过来的高锂母液和纯碱溶液，经过精密计量后泵送入反应器进行反应；

S2：反应后的物料从反应器底部卸料管导入料浆储槽内，同时保持高锂母液和纯碱溶液持续泵入反应器内；

S3：将所述S2中暂存在料浆储槽中的料浆使用料浆泵送至压滤机进行过滤，得到湿碳酸锂滤饼；

S4：将所述S3中的滤饼通过螺旋输送机输送至电加热干燥机内进行干燥，干燥后送下游包装工序即可。

9.根据权利要求8所述的连续生产电池级碳酸锂的系统的工作方法，其特征在于，所述S1中高锂母液和纯碱溶液进入分布器的压力不低于3bar。

10.根据权利要求8所述的连续生产电池级碳酸锂的系统的工作方法，其特征在于，所述S3中的压滤机采用三级洗涤流程，其洗涤步骤包括依次包括：料浆进入、第一次挤压、排滤液、第一次洗液冲洗、第二次挤压、排洗液、第二次洗液冲洗、排洗液、第三次挤压、吹风干燥、滤饼排出。