CN112897558A - 以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法 - Google Patents
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- C01D3/02—Fluorides
Abstract
本发明公开了以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法。包括以下步骤：(1)除氟：去除氟化锂母液中的氟离子，得到除氟后液；(2)浓缩；step1：对料液进行一级膜浓缩，得到锂离子浓度≥5g/L的第一浓缩液以及TDS≤100mg/L的第一淡液；step2：对第一浓缩液进行二级膜浓缩，得到锂离子浓度≥25g/L的第二浓缩液以及第二淡液；所述料液包括除氟后液和第二淡液；(3)沉锂反应：使第二浓缩液中的锂离子转化为碳酸锂沉淀，得到碳酸锂浆料。与采用蒸发结晶的资源回收方式相比，本发明的方法有效去除了氟化锂母液中的氟离子，不仅能够显著提升碳酸锂产品的纯度，获得可以外售的碳酸锂产品，显著提升经济效益，而且能够降低氟离子对后续设备和管道的腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及氟化锂母液资源回收的技术领域，具体而言，涉及以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法。
背景技术
氟化锂一般用于生产六氟磷酸锂电解液。一般用高纯度锂盐与氟根盐或氢氟酸反应生成氟化锂浆料，然后通过结晶、固液分离得到氟化锂晶体。其中固液分离得到的母液为含有氟化锂资源的副产物。
对于氟化锂母液的资源回收，目前主要通过蒸发结晶的方式回收氟化锂。但是蒸发器一般投入费用、运行成本非常昂贵，氟腐蚀不锈钢非常严重，并且回收得到的氟化锂纯度较低，无法作为产品进行外售，因此制约了氟化锂母液资源回收的产能发展。而除蒸发结晶之外，目前尚没有其它较好的处理方式来对氟化锂母液进行资源回收。
发明内容
本发明的主要目的在于提供以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，以解决现有技术中蒸发结晶存在的成本高以及产品品质低的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法。技术方案如下：
以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，包括以下步骤：
(1)除氟：去除氟化锂母液中的氟离子，得到除氟后液；
(2)浓缩
step1：对料液进行一级膜浓缩，得到锂离子浓度≥5g/L的第一浓缩液以及TDS≤100mg/L的第一淡液；
step2：对第一浓缩液进行二级膜浓缩，得到锂离子浓度≥25g/L的第二浓缩液以及第二淡液；
所述料液包括除氟后液和第二淡液；
(3)沉锂反应：使第二浓缩液中的锂离子转化为碳酸锂沉淀，得到碳酸锂浆料。
与采用蒸发结晶的资源回收方式相比，首先，本发明的方法有效去除了氟化锂母液中的氟离子，不仅能够显著提升碳酸锂产品的纯度，获得可以外售的碳酸锂产品，显著提升经济效益，而且能够降低氟离子对后续设备和管道的腐蚀；其次，本发明的方法采用膜浓缩的方式进行浓缩，设备投入成本以及能耗低，耐腐蚀性效果好，并且浓缩效果好，可以保证锂回收率≥93％。由此可见，本发明的方法的工艺简单可控，能耗低，投入成本低，预计能够取得很好的经济效益。
进一步地是，步骤(1)可以采用但是不限于以下两种方案：
步骤(1)具体包括：step1：向氟化锂母液中加入使氟离子转化为氟化钙沉淀的第一沉淀剂，沉淀反应完成后得到反应后液；step2：对反应后液进行固液分离，得到第一滤液。或者，
步骤(1)具体包括：step1：向氟化锂母液中加入使氟离子转化为氟化钙沉淀的第一沉淀剂；step2：继续加入使过量钙离子转化为碳酸钙沉淀的第二沉淀剂，沉淀反应完成后得到反应后液；step3：对反应后液进行固液分离，得到第一滤液。
由此，能够有效地去除氟化锂母液中的氟离子。
进一步地是，步骤(1)还包括对第一滤液进行除钙；所述第一沉淀剂为氯化钙；所述第二沉淀剂为碳酸钠。由此，通过除钙可以防止残留的微量氟化钙在后续设备中结垢。
进一步地是，采用树脂对第一滤液进行除钙，输出钙离子含量≤0.3mg/L的除氟后液；并且/或者，采用弱酸性阳离子交换树脂或螯合树脂对第一滤液进行除钙。为了降低树脂除钙的负荷，优选采用第二种方案的步骤(1)。
进一步地是，固液分离采用板框过滤，第一滤液包括透过液以及采用第一淡液对滤饼进行洗涤后的洗水。由此，充分地实现第一淡液的回用。
进一步地是，采用RO膜对料液进行一级膜浓缩；并且/或者，采用电渗析膜对第一浓缩液进行电渗析浓缩。优选采用RO膜浓缩与电渗析膜浓缩的组合，有助于实现能耗与生产效率的最佳匹配。
进一步地是，第一浓缩液的体积为料液体积的10％～20％。由此，耗能低且能保证较佳的生产效率。
进一步地是，第二淡液的锂离子浓度＝除氟后液的锂离子浓度±(0.01～0.2)g/L。由此，不仅兼顾耗能与生产效率，而且可以防止第二淡液对料液的浓度造成大的改变从而造成系统的不稳定。
进一步地是，还包括步骤(4)：对碳酸锂浆料进行固液分离，即得到碳酸锂。由此，获得了碳酸锂产品。同时回收的第二滤液中主要含有氯化锂和氯化钠，可以控制锂离子含量≤2g/L，可以考虑作为制备氯化锂的原料被进一步使用，从而达到资源的最大化利用。
进一步地是，所述氟化锂母液为锂盐与氟根盐或氢氟酸反应生成的氟化锂浆料经结晶、固液分离得到，所述锂盐包括以氟化锂母液为原料制备得到的碳酸锂。由此，尤其适合于氟化锂生产厂家采用本发明的方法处理氟化锂母液，回收得到的碳酸锂可以直接作为氟化锂的生产原料，从而显著节约原材料成本。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1的氟化锂母液的处理系统的结构示意图。
图2为本发明实施例2的氟化锂母液的处理系统的结构示意图。
图3为本发明实施例3的氟化锂母液的处理系统的结构示意图。
上述附图中的有关标记为：
110-沉淀反应罐，120-第一过滤组件，130-除钙组件，140-第一加料罐，150-第二加料罐，210-一级膜浓缩组件，220-二级膜浓缩组件，310-沉锂反应罐，320-第二过滤组件，330-干燥组件，400-原水罐，500-第三中间罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“TDS”表示水中总溶解性固体物质(Total Dissolved Solids，简称为TDS)的浓度，一般用于衡量纯净水的纯净度。
实施例1
本实施例提供了氟化锂母液的处理方法的第一种具体实施方式以及氟化锂母液的处理系统的第一种具体实施方式，其中，所述氟化锂母液为锂盐与氟根盐或氢氟酸反应生成的氟化锂浆料经结晶、固液分离得到。
氟化锂母液的处理方法包括以下步骤：
(1)除氟
step1：向氟化锂母液中加入使氟离子转化为氟化钙沉淀的氯化钙，沉淀反应完成后得到反应后液；
step2：对反应后液进行固液分离，得到第一滤液；固液分离采用板框过滤，第一滤液包括透过液以及采用第一淡液对滤饼进行洗涤后的洗水；
step3：采用弱酸性阳离子交换树脂或螯合树脂对第一滤液进行除钙，输出钙离子含量≤0.3mg/L的除氟后液；树脂采用质量分数为2～4％的盐酸溶液进行再生，可实现树脂的反复使用。
(2)浓缩
step1：采用RO膜对料液进行一级膜浓缩，得到锂离子浓度≥5g/L的第一浓缩液以及TDS≤100mg/L的第一淡液；第一浓缩液的体积为料液体积的10％～20％；
step2：采用电渗析膜对第一浓缩液进行电渗析浓缩，得到锂离子浓度≥25g/L的第二浓缩液以及第二淡液；第二淡液的锂离子浓度＝除氟后液的锂离子浓度±(0.01～0.2)g/L；
所述料液包括除氟后液和第二淡液。
图1为氟化锂母液的处理系统的结构示意图。如图1所示的氟化锂母液的处理系统包括依次与储存氟化锂母液的原水罐400连接的除氟单元和浓缩单元。
除氟单元包括沉淀反应罐110、第一加料罐140、第一过滤组件120和除钙组件130。
沉淀反应罐110用于使氟化锂母液与第一沉淀剂反应生成含有氟化钙沉淀的反应后液。
第一加料罐140用于向沉淀反应罐110中加入第一沉淀剂。
第一过滤组件120用于对反应后液进行固液分离并输出第一滤液，第一过滤组件120为板框压滤机。
除钙组件130为采用弱酸性阳离子交换树脂或螯合树脂对第一滤液进行除钙并输出钙离子含量≤0.3mg/L的除氟后液的树脂组件。
浓缩单元包括一级膜浓缩组件210和二级膜浓缩组件220。
一级膜浓缩组件210用于对料液进行一级膜浓缩并输出锂离子浓度≥5g/L的第一浓缩液以及TDS≤100mg/L的第一淡液；一级膜浓缩组件210为RO膜浓缩组件。
二级膜浓缩组件220用于对第一浓缩液进行二级膜浓缩并输出锂离子浓度≥25g/L的第二浓缩液以及第二淡液；二级膜浓缩组件220为电渗析膜浓缩组件。
采用上述的处理系统氟化锂母液的处理方法，将获得比采用其它处理系统的处理方法更好的经济效益。
实施例2
本实施例提供了氟化锂母液的处理方法的第二种具体实施方式以及氟化锂母液的处理系统的第二种具体实施方式，其中，所述氟化锂母液为锂盐与氟根盐或氢氟酸反应生成的氟化锂浆料经结晶、固液分离得到。
与实施例1相比的区别在于本实施例的氟化锂母液的处理方法的步骤(1)具体包括：
step1：向氟化锂母液中加入使氟离子转化为氟化钙沉淀的氯化钙；
step2：继续加入使过量钙离子转化为碳酸钙沉淀的碳酸钠，沉淀反应完成后得到反应后液；
step3：对反应后液进行固液分离，得到第一滤液；固液分离采用板框过滤，第一滤液包括透过液以及采用第一淡液对滤饼进行洗涤后的洗水；
step4：采用弱酸性阳离子交换树脂或螯合树脂对第一滤液进行除钙，输出钙离子含量≤0.3mg/L的除氟后液。
图2为本实施例的氟化锂母液的处理系统的结构示意图。与实施例1相比，本实施例的氟化锂母液的处理系统具有的区别是：如图2所示，除氟单元包括沉淀反应罐110、第一加料罐140、第二加料罐150、第一过滤组件120和除钙组件130。
沉淀反应罐110用于使氟化锂母液与第一沉淀剂和第二沉淀剂反应生成含有氟化钙沉淀和碳酸钙沉淀的反应后液；
第一加料罐140用于向沉淀反应罐110中加入第一沉淀剂；
第二加料罐150用于向沉淀反应罐110中加入第二沉淀剂；
第一过滤组件120用于对反应后液进行固液分离并输出第一滤液；
除钙组件130为采用弱酸性阳离子交换树脂或螯合树脂对第一滤液进行除钙并输出钙离子含量≤0.3mg/L的除氟后液的树脂组件。
实施例3
本实施例提供了以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法的第一种具体实施方式(也即氟化锂母液的处理方法的第三种具体实施方式)以及氟化锂母液的处理系统的第三种具体实施方式，其中，所述氟化锂母液为锂盐与氟根盐或氢氟酸反应生成的氟化锂浆料经结晶、固液分离得到。
以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法包括步骤：
(1)除氟
step1：向氟化锂母液中加入使氟离子转化为氟化钙沉淀的氯化钙；
step2：继续加入使过量钙离子转化为碳酸钙沉淀的碳酸钠，沉淀反应完成后得到反应后液；
step3：对反应后液进行固液分离，得到第一滤液；固液分离采用板框过滤，第一滤液包括透过液以及采用第一淡液对滤饼进行洗涤后的洗水；
step4：采用弱酸性阳离子交换树脂或螯合树脂对第一滤液进行除钙，输出钙离子含量≤0.3mg/L的除氟后液。
(2)浓缩
step1：采用RO膜对料液进行一级膜浓缩，得到锂离子浓度≥5g/L的第一浓缩液以及TDS≤100mg/L的第一淡液；第一浓缩液的体积为料液体积的10％～20％；
step2：采用电渗析膜对第一浓缩液进行电渗析浓缩，得到锂离子浓度≥25g/L的第二浓缩液以及第二淡液；第二淡液的锂离子浓度＝除氟后液的锂离子浓度±(0.01～0.2)g/L；
所述料液包括除氟后液和第二淡液。
(3)沉锂反应：使第二浓缩液中的锂离子转化为碳酸锂沉淀，得到碳酸锂浆料。
(4)对碳酸锂浆料进行固液分离，即得到碳酸锂。
(5)对碳酸锂进行干燥，得到碳酸锂产品。
图3为本实施例的氟化锂母液的处理系统的结构示意图。与实施例2相比，本实施例的氟化锂母液的处理系统具有的区别是：如图3所示，处理系统还包括沉锂反应单元、第二过滤组件320和干燥组件330。
沉锂反应单元用于使第二浓缩液中的锂离子转化为碳酸锂沉淀并输出碳酸锂浆料，沉锂反应单元包括沉锂反应罐310。
第二过滤组件320用于对碳酸锂浆料进行固液分离得到碳酸锂；第二过滤组件320采用板框压滤机。
干燥组件330用于对碳酸锂进行干燥。
此外，处理系统还具有分别储存第一滤液、料液、第一淡液、第二浓缩液和第二滤液的第一中间罐、第二中间罐、第三中间罐500、第四中间罐和第五中间罐，由此便于稳定系统的压力。
所述的RO膜浓缩组件优选但是不限于采用碟管式RO膜组件或卷式RO膜组件。
经验证，采用本发明的方法和系统，每天可以处理至少40吨、锂离子浓度为0.5g/L的氟化锂母液，且可以保证锂回收率≥93％，而未能处理的残液体积量只有原始氟化锂母液体积量的1/50，显著降低后续的处理成本和投资成本，每天至少可以产生1600元左右的效益。
最终的碳酸锂产品的纯度较高，既可以外售，也可以作为制备氟化锂产品的原材料被回用于系统。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)除氟：去除氟化锂母液中的氟离子，得到除氟后液；
(2)浓缩
step1：对料液进行一级膜浓缩，得到锂离子浓度≥5g/L的第一浓缩液以及TDS≤100mg/L的第一淡液；
step2：对第一浓缩液进行二级膜浓缩，得到锂离子浓度≥25g/L的第二浓缩液以及第二淡液；
所述料液包括除氟后液和第二淡液；
(3)沉锂反应：使第二浓缩液中的锂离子转化为碳酸锂沉淀，得到碳酸锂浆料。
2.如权利要求1所述的以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，其特征在于：步骤(1)具体包括：
step1：向氟化锂母液中加入使氟离子转化为氟化钙沉淀的第一沉淀剂，沉淀反应完成后得到反应后液；
step2：对反应后液进行固液分离，得到第一滤液。
3.如权利要求1所述的以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，其特征在于：步骤(1)具体包括：
step1：向氟化锂母液中加入使氟离子转化为氟化钙沉淀的第一沉淀剂；
step2：继续加入使过量钙离子转化为碳酸钙沉淀的第二沉淀剂，沉淀反应完成后得到反应后液；
step3：对反应后液进行固液分离，得到第一滤液。
4.如权利要求2或3所述的以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，其特征在于：步骤(1)还包括对第一滤液进行除钙；所述第一沉淀剂为氯化钙；所述第二沉淀剂为碳酸钠。
5.如权利要求4所述的以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，其特征在于：采用树脂对第一滤液进行除钙，输出钙离子含量≤0.3mg/L的除氟后液；并且/或者，采用弱酸性阳离子交换树脂或螯合树脂对第一滤液进行除钙。
6.如权利要求2或3所述的以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，其特征在于：固液分离采用板框过滤，第一滤液包括透过液以及采用第一淡液对滤饼进行洗涤后的洗水。
7.如权利要求1所述的以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，其特征在于：采用RO膜对料液进行一级膜浓缩；并且/或者，采用电渗析膜对第一浓缩液进行电渗析浓缩。
8.如权利要求1或7所述的以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，其特征在于：第一浓缩液的体积为料液体积的10％～20％；并且/或者，第二淡液的锂离子浓度＝除氟后液的锂离子浓度±(0.01～0.2)g/L。
9.如权利要求1所述的以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，其特征在于：还包括步骤(4)：对碳酸锂浆料进行固液分离，即得到碳酸锂。
10.如权利要求1所述的以氟化锂母液为原料制备碳酸锂的方法，其特征在于：所述氟化锂母液为锂盐与氟根盐或氢氟酸反应生成的氟化锂浆料经结晶、固液分离得到，所述锂盐包括以氟化锂母液为原料制备得到的碳酸锂。
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