CN114686701A - 一种利用海上风电海水提锂的系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用海上风电海水提锂的系统及工作方法，本发明通过锂吸附装置将海水中的锂离子和氯离子分别吸附大搜正电极板和负电极板上，锂吸附装置中承载着锂离子和氯离子的流电极进入锂回收装置，在反向的电场作用下将锂离子和氯离子脱出跨膜运输到回收溶液中，形成氯化锂溶液，实现氯化锂在海水中的提取和回收溶液中的连续富集。本发明将海上风电和海水提锂系统耦合起来，充分利用丰富的海上资源，利用海水风电机组发出的电能对海水进行电化学提锂，驱动提锂系统的持续正常运转，源源不断的产生碳酸锂，实现从海水中提取锂金属，助力海洋全面资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于海上风能利用及海洋锂资源开发领域，具体涉及一种利用海上风电海水提锂的系统及工作方法。
背景技术
在全球能源低碳转型日益升级的大环境下，风力发电作为可再生能源电力，已成为全球的开发热点，而全球约70％的面积是海洋，海上风能资源十分丰富，尤其在深海区域，风速更大，风力更稳定，更有利于海上风电的发展。
海上风电机组作为一个发电系统，主要由风电机组、塔架和下部结构三部分组成。其中，下部结构分为固定式和漂浮式两种平台结构。目前，近海区域风电场一般采用各种固定于海底的贯穿桩传统结构，但随着水深的增加，采用传统的固定式结构将大幅增加风电场的建设成本，因此在，从投资建设经济性的角度，在深远海域要发展基于漂浮式平台的风电机组。总体来看，风电建设的发展趋势必然是“由陆地向海洋、由浅海到深海、由固定式平台向漂浮式平台”。
锂金属及其化合物广泛应用于各个领域，作为一种重要的战略资源，其需求与日俱增。而全球陆地蕴藏的锂有限，海水中却有丰富的锂，海水提锂是海洋资源化利用的重要组成部分，其技术研究受到国内外很多学者的关注。其中，电化学提锂技术是可充电锂离子电池技术的拓展，利用电极选择性吸附技术，实现了锂离子在海水中的富集。其工艺简单、回收率高、选择性好，特别适合从低品位的海水中提锂，被认为是很有前途的海水提锂方法。电化学提锂装置主要由吸附装置、回收装置、分离沉淀装置及相关辅助设备组成。工作原理是：海水流经吸附组件时，其中锂离子和氯离子在两端板电驱动作用下分别跨越阳离子、阴离子交换膜运输，由于活性颗粒结构具有很强的锂选择插入特性，迁移后的锂离子会嵌入活性电极颗粒中，随流电极流动，实现锂离子的提取，同时迁移后的氯离子吸附到另一侧流电极的活性炭颗粒上。流电极承载锂离子和氯离子泵入至回收组件在反向的电场作用下将锂离子和氯离子脱出跨膜运输到回收溶液中，在流电极的循环吸附和脱出中，实现氯化锂在海水中的提取和回收溶液中的连续富集。通过分离沉淀装置将高纯氯化锂溶液转化得到碳酸锂粉末。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种利用海上风电海水提锂的系统及工作方法，充分利用丰富的海上资源，将海上风电和海水提锂系统耦合起来，利用风电机组发出的电能对海水进行电化学提锂，源源不断的产生碳酸锂，实现从海水中提取锂金属。
为了达到上述目的，一种利用海上风电海水提锂的系统，包括锂吸附装置，净化后的海水接入锂吸附装置，锂吸附装置连接锂回收装置，锂回收装置连接转化分离装置；
锂吸附装置设置有两个流动载体电极板，两个流动载体电极板上分别覆盖有阳离子交换膜和阴离子交换膜，锂吸附装置的流动载体正电极板和流动载体负电极板连接锂回收装置；
锂吸附装置和锂回收装置通过海上风电机组供电。
海水通过送水泵进入海水预处理装置中，海水预处理装置连接锂吸附装置。
转化分离装置内置有Na2CO3溶液。
转化分离装置连接锂回收桶。
锂吸附装置与锂回收装置间的连接管道上设置循环泵。
锂吸附装置的正电极板采用活性电极颗粒；锂吸附装置的负电极板采用活性炭颗粒。
锂吸附装置上设有海水出口。
一种利用海上风电海水提锂的系统的工作方法，包括以下步骤：
S1，净化后的海水进入锂吸附装置，锂吸附装置将海水中的锂离子和氯离子分别吸附至流动载体正电极板和流动载体负电极板上；
S2，锂吸附装置中承载着锂离子和氯离子的流电极进入锂回收装置，在反向的电场作用下将锂离子和氯离子脱出跨膜运输到回收溶液中，形成氯化锂溶液；
脱出后的流电极在再回到锂吸附装置中；
S3，氯化锂溶液进入转化分离装置中。
海水中的锂离子和氯离子在两端板电驱动作用下分别跨越阳离子、阴离子交换膜运输，锂离子嵌入到活性电极颗粒中，随流电极流动，实现锂离子的提取，氯离子吸附到另一侧流电极的活性炭颗粒上。
氯化锂溶液通过转化分离装置反应后形成碳酸锂粉末，送入锂回收桶中。
与现有技术相比，本发明通过锂吸附装置将海水中的锂离子和氯离子分别吸附大搜正电极板和负电极板上，锂吸附装置中承载着锂离子和氯离子的流电极进入锂回收装置，在反向的电场作用下将锂离子和氯离子脱出跨膜运输到回收溶液中，形成氯化锂溶液，实现氯化锂在海水中的提取和回收溶液中的连续富集。本发明将海上风电和海水提锂系统耦合起来，充分利用丰富的海上资源，利用海水风电机组发出的电能对海水进行电化学提锂，驱动提锂系统的持续正常运转，源源不断的产生碳酸锂，实现从海水中提取锂金属，助力海洋全面资源化利用。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
其中，1、海上风电机组，2、海水预处理装置，3、锂吸附装置，4、锂回收装置，5、转化分离装置，6、锂回收桶，7、送水泵，8、循环泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，一种利用海上风电海水提锂的系统，包括锂吸附装置3，净化后的海水接入锂吸附装置3，锂吸附装置3连接锂回收装置4，锂回收装置4连接转化分离装置5；锂吸附装置3设置有两个流动载体电极板，两个流动载体电极板上分别覆盖有阳离子交换膜和阴离子交换膜，锂吸附装置3的流动载体正电极板和流动载体负电极板连接锂回收装置4；锂吸附装置3与锂回收装置4间的连接管道上设置循环泵8。锂吸附装置3和锂回收装置4通过海上风电机组1供电。锂吸附装置3上开设有海水出口。海水通过送水泵7进入海水预处理装置2中，海水预处理装置2连接锂吸附装置3。转化分离装置5内置有Na2CO3溶液。转化分离装置5连接锂回收桶6。锂吸附装置3的正电极板采用活性电极颗粒；锂吸附装置3的负电极板采用活性炭颗粒。
海上风电机组发出的电能输送给海水提锂系统中的用电设备，包括海水预处理装置、锂吸附装置、锂回收装置、送水泵和循环泵等用电设备；
一种利用海上风电海水提锂的系统的工作方法，包括以下步骤：
S1，净化后的海水进入锂吸附装置3，锂吸附装置3将海水中的锂离子和氯离子分别吸附流动载体正电极板和流动载体负电极板上；海水中的锂离子和氯离子在两端板电驱动作用下分别跨越阳离子、阴离子交换膜运输，锂离子嵌入到活性电极颗粒中，随流电极流动，实现锂离子的提取，氯离子吸附到另一侧流电极的活性炭颗粒上。
S2，锂吸附装置3中承载着锂离子和氯离子的流电极进入锂回收装置4，在反向的电场作用下将锂离子和氯离子脱出跨膜运输到回收溶液中，形成氯化锂溶液；脱出后的流电极在再回到锂吸附装置中3；
S3，氯化锂溶液进入转化分离装置5中，向转化分离装置中通入碳酸钠溶液，使之与高纯氯化锂溶液发生反应，形成碳酸锂粉末,；
2LiCl+Na2CO3＝Li2CO3↓+2NaCl
S4，送入锂回收桶6中，完成提锂过程。
本发明提出将海上风电与海水提锂系统耦合起来，利用风电机组发出的电能对海水进行电化学提锂，源源不断的产生碳酸锂，实现从海水中提取锂金属，推动海洋资源化利用的进一步实现。
Claims (10)
1.一种利用海上风电海水提锂的系统，其特征在于，包括锂吸附装置(3)，净化后的海水接入锂吸附装置(3)，锂吸附装置(3)连接锂回收装置(4)，锂回收装置(4)连接转化分离装置(5)；
锂吸附装置(3)设置有两个流动载体电极板，两个流动载体电极板上分别覆盖有阳离子交换膜和阴离子交换膜，锂吸附装置(3)的流动载体正电极板和流动载体负电极板连接锂回收装置(4)；
锂吸附装置(3)和锂回收装置(4)通过海上风电机组(1)供电。
2.根据权利要求1所述的一种利用海上风电海水提锂的系统，其特征在于，海水通过送水泵(7)进入海水预处理装置(2)中，海水预处理装置(2)连接锂吸附装置(3)。
3.根据权利要求1所述的一种利用海上风电海水提锂的系统，其特征在于，转化分离装置(5)内置有Na2CO3溶液。
4.根据权利要求1所述的一种利用海上风电海水提锂的系统，其特征在于，转化分离装置(5)连接锂回收桶(6)。
5.根据权利要求1所述的一种利用海上风电海水提锂的系统，其特征在于，锂吸附装置(3)与锂回收装置(4)间的连接管道上设置循环泵(8)。
6.根据权利要求1所述的一种利用海上风电海水提锂的系统，其特征在于，锂吸附装置(3)的正电极板采用活性电极颗粒；锂吸附装置(3)的负电极板采用活性炭颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种利用海上风电海水提锂的系统，其特征在于，锂吸附装置(3)上设有海水出口。
8.一种基于权利要求1所述的利用海上风电海水提锂的系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，净化后的海水进入锂吸附装置(3)，锂吸附装置(3)将海水中的锂离子和氯离子分别吸附至流动载体正电极板和流动载体负电极板上；
S2，锂吸附装置(3)中承载着锂离子和氯离子的流电极进入锂回收装置(4)，在反向的电场作用下将锂离子和氯离子脱出跨膜运输到回收溶液中，形成氯化锂溶液；
脱出后的流电极在再回到锂吸附装置中(3)；
S3，氯化锂溶液进入转化分离装置(5)中。
9.根据权利要求8所述的一种利用海上风电海水提锂的系统的工作方法，其特征在于，海水中的锂离子和氯离子在两端板电驱动作用下分别跨越阳离子、阴离子交换膜运输，锂离子嵌入到活性电极颗粒中，随流电极流动，实现锂离子的提取，氯离子吸附到另一侧流电极的活性炭颗粒上。
10.根据权利要求8所述的一种利用海上风电海水提锂的系统的工作方法，其特征在于，氯化锂溶液通过转化分离装置(5)反应后形成碳酸锂粉末，送入锂回收桶(6)中。
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