CN115135938A - 用于从地热盐水中直接提取锂和生产低碳强度锂化学品的系统和方法 - Google Patents
用于从地热盐水中直接提取锂和生产低碳强度锂化学品的系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115135938A CN115135938A CN202080097461.9A CN202080097461A CN115135938A CN 115135938 A CN115135938 A CN 115135938A CN 202080097461 A CN202080097461 A CN 202080097461A CN 115135938 A CN115135938 A CN 115135938A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium
- circuit
- loop
- brine
- geothermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 88
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 86
- 239000012267 brine Substances 0.000 title claims abstract description 82
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 14
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 126
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 40
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- PQVSTLUFSYVLTO-UHFFFAOYSA-N ethyl n-ethoxycarbonylcarbamate Chemical compound CCOC(=O)NC(=O)OCC PQVSTLUFSYVLTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- GLXDVVHUTZTUQK-UHFFFAOYSA-M lithium hydroxide monohydrate Substances [Li+].O.[OH-] GLXDVVHUTZTUQK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 29
- 229940040692 lithium hydroxide monohydrate Drugs 0.000 claims abstract description 29
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 14
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 102
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 48
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 19
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims description 11
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 9
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 9
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 9
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 9
- 239000013000 chemical inhibitor Substances 0.000 claims description 8
- -1 perfluoroether amine Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000010411 postconditioning Effects 0.000 claims description 7
- 229920001774 Perfluoroether Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 claims description 4
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000010702 perfluoropolyether Substances 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trifluoro-n-(trifluoromethylsulfonyl)methanesulfonamide Chemical compound FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)F ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RKIMETXDACNTIE-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-dodecafluorocyclohexane Chemical compound FC1(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C1(F)F RKIMETXDACNTIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VCEAGMYKGZNUFL-UHFFFAOYSA-N 1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-undecafluoropiperidine Chemical compound FN1C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C1(F)F VCEAGMYKGZNUFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 claims description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- GVGCUCJTUSOZKP-UHFFFAOYSA-N nitrogen trifluoride Chemical compound FN(F)F GVGCUCJTUSOZKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UJMWVICAENGCRF-UHFFFAOYSA-N oxygen difluoride Chemical compound FOF UJMWVICAENGCRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229950011087 perflunafene Drugs 0.000 claims description 2
- UWEYRJFJVCLAGH-IJWZVTFUSA-N perfluorodecalin Chemical compound FC1(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)[C@@]2(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)[C@@]21F UWEYRJFJVCLAGH-IJWZVTFUSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- QTJXVIKNLHZIKL-UHFFFAOYSA-N sulfur difluoride Chemical compound FSF QTJXVIKNLHZIKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 claims 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 abstract description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 19
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 13
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 5
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000002585 base Substances 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 4
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 150000003983 crown ethers Chemical class 0.000 description 2
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- CPRMKOQKXYSDML-UHFFFAOYSA-M rubidium hydroxide Chemical compound [OH-].[Rb+] CPRMKOQKXYSDML-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019440 Mg(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019093 NaOCl Inorganic materials 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical group OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229920000388 Polyphosphate Polymers 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 229910003514 Sr(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical class OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000011552 falling film Substances 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 238000001640 fractional crystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000014 iron salts Chemical class 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- LWXVCCOAQYNXNX-UHFFFAOYSA-N lithium hypochlorite Chemical compound [Li+].Cl[O-] LWXVCCOAQYNXNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 150000003014 phosphoric acid esters Chemical class 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920000414 polyfuran Polymers 0.000 description 1
- 239000001205 polyphosphate Substances 0.000 description 1
- 235000011176 polyphosphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/20—Geothermal collectors using underground water as working fluid; using working fluid injected directly into the ground, e.g. using injection wells and recovery wells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D11/00—Solvent extraction
- B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
- B01D11/0492—Applications, solvents used
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
- B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
- B01D15/26—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
- B01D15/36—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism involving ionic interaction
- B01D15/361—Ion-exchange
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D15/00—Lithium compounds
- C01D15/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D15/00—Lithium compounds
- C01D15/08—Carbonates; Bicarbonates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
- C22B3/20—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
- C22B3/42—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by ion-exchange extraction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G4/00—Devices for producing mechanical power from geothermal energy
- F03G4/001—Binary cycle plants where the source fluid from the geothermal collector heats the working fluid via a heat exchanger
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G4/00—Devices for producing mechanical power from geothermal energy
- F03G4/069—Devices for producing mechanical power from geothermal energy characterised by the brine or scale treatment, e.g. brine desalination, scale deposit prevention or corrosion-proofing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
一种用于从地热盐水中直接提取锂的系统和方法，更具体地是二元循环地热设备(200)、直接锂提取回路(400)、氯化锂浓缩和纯化回路(600)，以及锂电池化学处理回路(800)的顺序组合，其用于由地热盐水生产电池品质的一水合氢氧化锂、碳酸锂或两者。处理回路由二元循环地热设备产生的电力和热量提供动力，而不使用碳基燃料。从地热盐水溶液中可能产生的不凝性气体不会排放到大气中。
Description
技术领域
本发明总体上涉及用于由地热盐水进行直接锂提取(direct lithiumextraction，DLE)的系统和方法，更具体地，涉及二元循环地热设备(binary cyclegeothermal plant)、DLE回路、氯化锂浓缩和纯化回路(lithium chloride concentrationand purification circuit)，以及锂电池化学处理回路(lithium battery chemicalprocessing circuit)的顺序组合，其用于由地热盐水生产电池品质的一水合氢氧化锂、碳酸锂或两者。
背景技术
锂可以在不同种类的自然资源中找到，这些自然资源包括盐水、沉积材料和伟晶岩矿石(pegmatitic ores)。盐水是水性资源，通常在溶液中含有锂、钠、钾、镁和钙的氯化物以及其他阳离子和阴离子杂质。可以使用两类不同的处理工艺从盐水中提取锂：蒸发工艺和DLE工艺。蒸发工艺包括将盐水泵送到地表以在大的池中蒸发盐水中的水并结晶杂质盐，然后在系统末端将锂转化为化学产品。DLE是一种从盐水中选择性去除锂的工艺，同时留下大部分水和杂质用于重新注入。DLE主要分为三大类：吸附、离子交换和溶剂萃取。
在蒸发率高的南美洲，蒸发工艺主要用于处理高锂浓度、高纯度的盐水。世界各地存在许多其他锂浓度较低和杂质浓度较高的盐水，这些盐水无法使用蒸发工艺经济地进行处理，但可以开发这些盐水以满足电动车辆锂离子电池对锂的需求。其中一些盐水包括低品位南美盐沼盐水(South American salar brine)、油田盐水和地热盐水。
油田盐水和地热盐水存在于比南美盐沼盐水含水层更深的承压含水层中，通常大于约300米深。这意味着它们通常是缺氧的，氧化还原电位(oxidation reductionpotential，ORP)小于约200mV。地热盐水是这类盐水中的一类，它们被地球内部加热到高温和高压，从而可以利用盐水中的能量产生热量和电力。其中一些盐水含有锂，使用DLE从这些盐水中提取锂可能是经济的。然而，盐水化学(brine chemistry)可能需要在盐水进入DLE之前进行改良，以使DLE技术不会受到盐水中某些成分的影响，并且在盐水在DLE中经处理之后，使得可以将其重新注入含水层而不会有在井中或含水层本身中结垢的问题。这对于二元循环地热设备来说尤其具有挑战性，与闪蒸地热设备相比，二元循环地热设备通常在重新注入之前不太允许盐水的物理特性(pH、ORP、成分、温度、压力)发生变化。
发明内容
因此，希望提供一种用于由地热盐水的DLE的改进系统和方法，其使用二元循环地热设备产生能量。
进一步希望提供一种二元循环地热设备、DLE回路、氯化锂浓缩和纯化回路，以及锂电池化学处理回路的顺序组合，其用于由地热盐水生产电池品质的一水合氢氧化锂、碳酸锂或两者。
还进一步需要提供一种用于从地热盐水中直接提取锂的系统和方法，其中DLE回路使用吸附、离子交换、离子液体和/或溶剂提取由地热盐水生产电池品质的一水合氢氧化锂、碳酸锂或两者。
也进一步需要提供一种用于从地热盐水中直接提取锂的系统和方法，该系统和方法从生产井(production well)中共同产生地热能，以便为锂提取系统和方法提供动力，产生零碳电力(zero carbon electricity)和热，用于产生电池品质的一水合氢氧化锂、碳酸锂或两者，而没有碳基燃料投入。
然而，在进行本发明的详细描述之前，应当注意并记住，以下本发明的描述连同附图不应被解释为将本发明限制于示出和描述的实例(或实施方案)。本发明所属领域的技术人员将能够在所附权利要求的范围内设计本发明的其他形式。
一般而言，本发明涉及一种用于由地热盐水生产电池品质的一水合氢氧化锂、碳酸锂或两者的系统和方法。该系统和方法包括位于任选的盐水预调节回路(brine pre-conditioning circuit)上游的二元循环地热设备(也可称为二元循环地热电力设备(binary cycle geothermal power plant)或二元循环地热能生产设备(binary cyclegeothermal energy production plant)。
直接锂提取回路(direct lithium extraction circuit)位于二元循环地热设备的下游和任选的盐水预调节回路的下游。直接锂提取回路由二元循环地热设备产生的电力提供动力。直接锂提取回路被配置为从地热盐水中选择性地回收锂或氯化锂以产生氯化锂浓缩物流(concentrate stream)。
氯化锂浓缩和纯化回路位于直接锂提取回路的下游，并且被配置为从氯化锂浓缩物流中去除水并同时纯化氯化锂浓缩物流，以形成提质的氯化锂浓缩物流。氯化锂浓缩和纯化回路由二元循环地热设备产生的电力和/或蒸汽提供动力。
该系统和方法还包括位于氯化锂浓缩和纯化回路下游的锂电池化学处理回路。锂电池化学处理回路被配置为由提质的氯化锂浓缩物流形成氢氧化锂流或碳酸锂流或两者。与氯化锂浓缩和纯化回路一样,锂电池化学处理回路由二元循环地热设备产生的电力和热量提供动力。
锂电池化学处理回路可以包括被配置为由提质的氯化锂浓缩物流形成氢氧化锂浓缩物流的电解回路。可以将氢氧化锂浓缩物流传送到氢氧化锂处理回路以生产电池品质的一水合氢氧化锂。也可以将氢氧化锂浓缩物流通过CO2碳酸化回路以产生电池品质的碳酸锂。此外，锂电池化学处理回路可以包括Na2CO3碳酸化回路和碳酸锂处理回路以由提质的氯化锂浓缩物流生产电池级碳酸锂。此外，锂电池化学处理回路可以包括Na2CO3碳酸化和石灰处理(liming)回路和氢氧化锂处理回路，以生产电池级一水合氢氧化锂(lithiumhydroxide monohydrate)。
前面已经概括地概述了本文公开的本发明的一些更重要的特征，以便可以更清楚地理解下面的详细描述，并且可以更好地理解本发明人对本领域的贡献。本发明在其应用方面不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和部件布置。相反，本发明能够具有其他实施方案并且能够以本文未具体列举的各种其他方式来实践和进行。最后，应该理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为限制，除非说明书具体地如此限制本发明。
在以下实施例和附图中详细描述了本发明的这些和进一步的方面。
附图说明
图1为根据本文公开的本发明的示例性实施方案的在没有盐水预调节回路的情况下使用从地热盐水中直接提取锂来生产电池品质的一水合氢氧化锂的系统和方法的实例的顺序流程图。
图2为根据本文公开的本发明的示例性实施方案的在具有盐水预调节回路的情况下使用从地热盐水中直接提取锂来生产电池品质的一水合氢氧化锂的系统和方法的另一个实例的顺序流程图。
图3为根据本文公开的本发明的示例性实施方案的在具有电解回路和二氧化碳碳酸化回路的情况下使用从地热盐水中直接提取锂来生产电池品质的碳酸锂的系统和方法的另一个实例的顺序流程图。
图4为根据本文公开的本发明的示例性实施方案的在具有碳酸钠碳酸化回路的情况下使用从地热盐水中直接提取锂来生产电池品质的碳酸锂的系统和方法的另一个实例的顺序流程图。
图5为根据本文公开的本发明的示例性实施方案的在具有碳酸钠碳酸化回路和石灰处理反应器回路的情况下使用从地热盐水中直接提取锂来生产电池品质的一水合氢氧化锂的系统和方法的另一个实例的顺序流程图。
图6为根据本文公开的本发明的示例性实施方案的生产氢氧化锂和碳酸锂电池品质的化学产品的实例的图。
具体实施方式
本发明可以有许多不同形式的实施方案，在附图中示出了本发明的一些具体实施方案，并且将在下文中对其进行详细描述。然而，应当理解，本公开被认为是本发明原理的示例，而不是旨在将本发明限制于如此描述的具体的实施方案。
本发明总体上涉及一种用于从地热盐水中直接提取锂的系统和方法，更具体地，涉及抑制剂注入回路(inhibitor injection circuit)、任选的盐水预调节回路、任选的盐水后调节回路(brine post-conditioning circuit)、产生用于锂处理的零碳热(zerocarbon heat)的二元循环地热设备和热交换器、DLE回路、氯化锂浓缩和纯化回路，以及锂电池化学处理回路的顺序组合，用于由地热盐水生产电池品质的一水合氢氧化锂(LiOH·H2O)、碳酸锂(Li2CO3)或两者。
如图1至图5所示，地热盐水产生于地热储层，并且通常所产生的进料盐水的物理性质(pH、ORP、成分、温度和压力)与被进料到DLE回路的盐水相同，但这些性质可以在任选的预调节回路和后调节回路中改变。一般来说，不凝性气体(non-condensable gas)如CO2如果允许它们从盐水的溶液中出来，就不会释放到大气中。这可能涉及在再注入之前对气体进行再压缩。
在一些情况下，化学抑制剂回路100用于将化学抑制剂添加到产生的地热盐水中以防止不同的金属和盐在整个系统和方法中结垢。如所有附图所例示的，化学抑制剂可以在二元循环地热设备200之前添加，或者可选地，抑制剂可以在地热设备之后添加到地热盐水流中或添加到系统和方法中的任何其他点。化学抑制剂可包括多磷酸盐、磷酸酯、聚丙烯酸衍生物、螯合剂如EDTA、其他化学试剂或抑制剂的组合。化学抑制剂防止进料盐水中对二元循环地热设备200和直接锂提取回路400有害的有害成分结晶或沉淀。
二元循环地热设备200可以位于化学抑制剂回路100的下游。来自二元循环地热设备200的一些电力和热量将用于为系统和工艺的下游处理回路提供动力，而一些来自二元循环地热设备200的热量和电力将出售用于区域供热、电网和其他应用。热电装置(thermoelectric device)可以用于在二元循环地热设备200中的热电转换。在一些情况下，热交换器可用于二元循环地热设备200中以将盐水的温度降低至10-100℃。热交换器还可用于二元循环地热设备200中以通过地热盐水的热量产生蒸汽或加热另一种传热流(heat transfer fluid)。在一些情况下，使用图1所示的流程图将不凝性气体保持在溶液中。
如图2至图5所示，盐水预调节回路300可定位在二元循环地热设备200和DLE回路400的中间。盐水预调节回路300提供“预调节(pre-conditioning)”以从盐水流中去除对DLE回路400有害(例如通过固体堵塞或使DLE回路400中的吸附位点中毒)的有害成分(例如二氧化硅、铁、锰、锌、铝、铜、钛、钡、铅和其他过渡金属，或任何其他元素)，如氧化物、氢氧化物和羟基氧化物。在一些情况下，这些有害成分被一起提取，而在一些情况下，它们被单独提取。
如图2至图5所示，预调节回路300可以包括低压闪蒸罐(low-pressure flashtank)以降低盐水的压力。在一些预调节的情况下，压力保持在约1至约40巴(bar)绝对压力之间，温度保持在约10℃至约100℃之间，pH保持在约4至约8之间，并且ORP保持在约-600mV至约+800mV之间。在一些情况下，从盐水溶液中出来的不凝性气体，例如CO2、CH4、H2S等，在DLE回路400之后和任选的盐水后调节回路500之前或之后被捕获、再压缩并再注入盐水中。因此，这些不凝性气体可以在锂电池化学处理回路800中使用或可以被纯化并出售。
如图2至图5所示，盐水进料可在预调节回路300中被氧化和/或进行pH值调节，以从盐水流中选择性地沉淀有害成分。碱化学品和/或氧化剂用于预调节盐水。可以使用的碱包括但不限于NaOH、Ca(OH)2、KOH、Na2CO3、K2CO3、RbOH、Mg(OH)2、Sr(OH)2、Ba(OH)2、MgCO3、SrCO3、CO2、Fe(OH)3、Fe(OH)2、LiOH或它们的组合。可使用的氧化剂包括但不限于空气、O2、Cl2、H2O2、KMnO4、KOCl、LiOCl、NaOCl或它们的组合。在一些情况下，添加在预调节回路300中的溶液被脱氧。此外，氯化铁和其他试剂可用于凝结和晶种结晶。当在预调节回路300中形成沉淀物时，使用过滤器、澄清器(clarifier)、离心机或其他装置从盐水流中去除固体沉淀物。在一些情况下，沉淀物的循环流用于在预调节回路300中晶种结晶。此外，可以在预调节回路300中和在DLE回路400之前使用热交换器、阀门和其他装置改变盐水流的温度和/或压力。
如图2至图5所示，DLE回路400位于二元循环地热设备200和盐水预调节回路300(如果存在)的下游。DLE回路400使用吸附、离子交换、离子液体和/或溶剂提取来选择性地从地热盐水流中去除锂以产生氯化锂浓缩物流。
在DLE回路400中，系统和方法可以使用金属氧化物离子交换材料，其可以包括LiaTibMncFedSbeCufVgOh，其中[a-f]为0和1之间的数，h为1和10之间的数。系统和方法可以使用水合氧化铝基吸附剂(hydrated alumina-based sorbent)，其可以包括但不限于制造的树脂基的吸收有氧化铝的吸附剂(resin-based alumina imbibed adsorbent)、锂氧化铝嵌入吸附剂(lithium alumina intercalates adsorbent)、吸收有氧化铝的离子交换树脂(alumina imbibed ion exchange resin)或氧化铝基吸附剂。所有可能的离子交换材料或吸附剂可以被聚合物结合或可以不被聚合物结合，该聚合物包括但不限于聚酰胺、芳族聚酰胺、聚乙烯胺、聚吡咯烷、聚呋喃、聚醚砜(polyethersulfone)、聚砜(polysulfone)、聚哌嗪-酰胺(polypiperzine-amide)、聚苯并咪唑啉(polybenzimidazoline)、聚噁二唑、乙酰化纤维素、纤维素、具有磺化、羧化、磷酸化或其组合的替代官能化，其他聚合物层或它们的组合的聚合物。冠状醚(crown ether)可以用于离子交换材料或吸附剂的官能化。
该系统和方法可以使用离子液体或溶剂提取工艺，其包括但不限于全氟醚(PFE)、氢氟醚(HFE)、全氟聚醚(PFPE)、氢氟聚醚(HFPE)、全氟胺(PFA)，优选全氟三元胺(PFTA)、氢氟胺(HFA)，优选氢氟三元胺(HFTA)、全氟多胺(PFPA)、氢氟多胺(HFPA)、全氟硫醚(PFTE)、氢氟硫醚(HFTE)、全氟聚硫醚(PFPTE)、氢氟聚硫醚(HFPTE)、氢氟硫醚胺(HFTEA)、全氟氮杂环己烷、全氟醚胺、氢氟醚胺(HFEA)、全氟硫醚胺、全氟乙烯醇、全氟环己烷、氢氟环己烷、全氟萘烷、全氟环醚、氢氟环醚、全氟环硫醚、氢氟环硫醚、可基于双(三氟甲基磺酰)亚胺(TF2N-)离子的离子疏水液体(liquids ionic hydrophobic)，和/或其他含有锂选择性官能团的锂选择液体或溶剂。
在一些情况下，NaOH、Na2CO3、CaCO3、Ca(OH)2、KOH、K2CO3或其他化合物用于将在DLE回路400中产生的氯化锂浓缩物流的pH从约0.5提高到约5和/或从约5提高到约13，并从氯化锂浓缩物流中去除任何多价离子。在一些情况下，絮凝技术用于在化学去除过程中加速和促进杂质的结晶。具有或不具有盐、酸、碱、CO2或其他化学物质的脱氧水也可以用于从DLE回路400中去除锂，以产生锂浓度在0.5-10g/L之间的氯化锂浓缩物流，用于在氯化锂浓缩和纯化回路600、电解回路700和锂电池化学处理回路800中进行进一步处理，以用于由地热盐水流生产电池品质的一水合氢氧化锂、碳酸锂或两者。
在氯化锂浓缩和纯化回路600中，氯化锂浓缩物流被进一步处理以从氯化锂浓缩物流中去除水，并且任选地同时纯化氯化锂浓缩物流。氯化锂浓缩和纯化回路600可以包括使用电除盐(electro–deionization)、反渗透、热蒸发、暴晒蒸发(solar evaporation)、太阳能热蒸发(solar-thermal evaporation)、浓缩暴晒蒸发(concentrated solarevaporation)、蒸发池、真空蒸馏、多级闪蒸(multi-stage flash distillation)、多效蒸馏(multiple-effect distillation)、蒸汽压缩蒸馏(vapor-compressiondistillation)、冻融法、电渗析、反向电渗析、膜蒸馏、膜脱水系统、化学吸收、化学配位、机械蒸汽再压缩(mechanical vapor recompression)、热蒸汽再压缩、单效蒸发器、多效蒸发器、排空蒸发器、涡旋蒸发器、旋转蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发器、板式蒸发器、奥斯陆型蒸发器(Oslo type evaporator)或它们的组合，以从氯化锂浓缩物流中去除水并且任选地同时纯化氯化锂浓缩物流。
氯化锂浓缩和纯化回路600中的锂浓度从DLE回路400中的约0.5至10g/L增加到氯化锂浓缩和纯化回路600中提质的氯化锂浓缩物流的约1至100g/L。任选地，可以使用冻结、离心技术、溶剂提取和其他技术从氯化锂浓缩物流中去除水。离子交换树脂可用于将氯化锂浓缩物流中的多价离子浓度降低到1ppm以下、100ppb以下或10ppb以下。在一些情况下，树脂与Na、Li、K、H或其他物质(species)交换多价离子。在一些情况下，溶剂提取可用于将锂提升至高纯度，同时将其与Na和K分离。在一些情况下，可使用分级结晶在蒸发后去除氯化锂浓缩物流中的Na、K或其他杂质盐。
来自氯化锂浓缩和纯化回路600的氯化锂浓缩物流流入锂电池化学处理回路800。根据电池品质的锂产品的所需形式，锂电池化学处理回路800可以从氯化锂浓缩物流生产电池品质的一水合氢氧化锂(LiOH*H2O)、碳酸锂(Li2CO3)或两者。
如图1至图5所示，锂电池化学处理回路800可以包括电解回路700，其将提质的氯化锂浓缩物流中的锂盐转化为氢氧化锂，氢氧化锂在下游的氢氧化锂处理回路1100中进一步结晶为一水合氢氧化锂。电解回路700中的电解槽可以是单隔室或多隔室电化学槽或电解槽。电化学槽包括带有阳极电极的阳极室和带有阴极电极的阴极室。电极可以是混合金属氧化物电极、气体扩散电极等，阳极室和阴极室可以通过合适的单极膜或双极膜隔开。电化学槽或电解槽的膜可以是官能化的聚合物结构，其可以是
磺化四氟乙烯、磺化氟聚合物、MK-40、共聚物、不同聚合物、聚合物的复合材料、其他膜材料、复合材料或它们的组合。交换膜(exchange membrane)的聚合物结构可以用砜基(sulfone group)、羧酸基、磷酸基、其他带负电荷的官能团或它们的组合来官能化。透水膜可以包括织物、聚合物、复合材料或金属载体。在一些情况下，电解槽中会产生氯气和氢气，并且可以反应生成HCl。HCl可以在工艺中被消耗和/或出售。HCl可用于在后调节回路500中溶解在预调节回路300中形成的杂质沉淀物。
如图2中所例示，可以将来自电解回路700的氢氧化锂流通过氢氧化锂处理回路1100，在此氢氧化锂被结晶为一水合氢氧化锂。在氢氧化锂处理回路1100中，将结晶的一水合氢氧化锂洗涤、干燥和研磨，以生产电池品质的一水合氢氧化锂。
如图3所示，锂电池化学处理回路800可以包括位于电解回路700下游的CO2碳酸化和碳酸锂生产回路1000。在该实施方案中，来自电解回路700的氢氧化锂浓缩物流被进料到CO2碳酸化和碳酸锂生产回路1000以形成碳酸锂。然后将碳酸锂洗涤、干燥和研磨，以生产电池品质的碳酸锂。CO2碳酸化回路1000由二元循环地热设备200产生的电力和热量提供动力。它们不消耗碳基燃料。
如图4所示，锂电池化学处理回路800包括位于氯化锂浓缩和纯化回路600下游的Na2CO3碳酸化回路900。Na2CO3碳酸化回路900被配置为由氯化锂浓缩和纯化回路600的提质的氯化锂浓缩物流形成碳酸锂。然后在碳酸锂处理回路1300中洗涤、干燥和研磨碳酸锂以产生电池品质的碳酸锂。Na2CO3碳酸化回路900和碳酸锂处理回路1300由二元循环地热设备200产生的电力和热量提供动力。它们不消耗碳基燃料。
现在转向图5，锂电池化学处理回路800可以包括Na2CO3碳酸化和石灰处理回路1200。使用Na2CO3碳酸化将提质的氯化锂浓缩物流转化为碳酸锂，然后碳酸锂与熟石灰在石灰处理反应器中反应制备氢氧化锂。氢氧化锂在下游的氢氧化锂处理回路1100中结晶为一水合氢氧化锂。然后在氢氧化锂处理回路1100中对一水合氢氧化锂进行洗涤、干燥和研磨以生产电池品质的一水合氢氧化锂。Na2CO3碳酸化和石灰处理回路1200和氢氧化锂处理回路1100由二元循环地热设备200产生的电力和热量提供动力。它们不消耗碳基燃料。
此外，来自氯化锂浓缩和纯化回路600的提质的氯化锂浓缩物流可以分流，一部分浓缩物流传送至电解回路700以如图1至图2所示形成一水合氢氧化锂，或如图3所示形成碳酸锂。另一部分提质的氯化锂浓缩物流可以如图4所示传送至Na2CO3碳酸化回路900以形成碳酸锂，和/或如图5所示传送至Na2CO3碳酸化和石灰处理回路1200以形成一水合氢氧化锂。
系统和方法中产生的废物可以在再注入地热储层之前传送至添加酸(例如，HCl、H2SO4、HNO3)、添加碱或不进行化学改性的后调节回路500进行溶解。在一些情况下，硫化盐、亚硫酸氢盐、铁盐、锅炉、其他除氧技术和其他工艺用于在再注入之前调节盐水的物理性质(pH、ORP、成分、温度、压力)。压力可调节至约1巴至约40巴，温度调节至约10℃至约100℃，pH校正至约4至约8之间，ORP校正至约-400mV至约-600mV之间。
应当理解，术语“包括”、“包含”、“由……组成”及其语法变体不排除添加一个或多个组件、特征、步骤或整数或组，并且这些术语将被解释为指定组件、特征、步骤或整数。
如果说明书或权利要求提及“附加的(an additional)”要素，则不排除存在多于一个的附加要素。
应当理解，在权利要求或说明书提及“一个(a)”或“一个(an)”要素的情况下，这种提及不应被解释为仅存在该要素中的一个。
应当理解，在说明书声明包括组件、特征、结构或特性“可能(may)”、“可能(might)”、“可以(can)”或“能够(could)”的情况下，该特定组件、特征、结构或特性不需要包括在内。
在适用的情况下，虽然状态图、流程图或两者都可以用于描述实施方案，但是本发明不限于那些图或相应的描述。例如，流不需要通过每个图示的框或状态，或者以与图示和描述的完全相同的顺序移动。
本公开的系统和方法可以通过手动、自动或其组合进行或完成选择的步骤或任务来实现。
术语“方法(process)”可以指用于完成给定任务的方式、手段、技术和程序，包括但不限于已知的或本发明所属领域的技术人员容易从已知方式、手段、技术和程序开发的那些方式、手段、技术和程序。
为了本公开的目的，本文使用的后面跟有数字的术语“至少(at least)”表示以该数字开始的范围的开始(其可以是具有上限或没有上限的范围，取决于被定义的变量)。例如，“至少1”表示1或大于1。本文使用的在后面跟有数字的术语“最多(at most)”表示以该数字结尾的范围的结尾(可以是具有1或0作为下限的范围，或没有下限的范围，取决于被定义的变量)。例如，“最多4”表示4或小于4，并且“最多40％”表示40％或小于40％。除非另有说明，否则近似术语(例如，“大约(about)”、“基本上(substantially)”、“大约(approximately)”等)应根据相关领域中使用的它们的普通和习惯含义进行解释。在相关技术中没有具体定义并且没有普通和习惯用法，这些术语应被解释为基础值的±10％。
在本文中，当将范围给出为“(第一个数)至(第二个数)”或“(第一个数)-(第二个数)”时，这意味着其下限为第一个数且上限为第二个数的范围。例如，应将25到100解释为下限为25且上限为100的范围。此外，应注意，在给出范围的情况下，该范围内的每个可能的子范围或区间也是具体意指的，除非上下文有相反指示。例如，如果明确指出25到100的范围，则该范围还旨在包括子范围，例如26-100、27-100等，25-99、25-98等，以及任何其他规定范围内的下限值和上限值的可能组合，例如33-47、60-97、41-45、28-96等。请注意，本段中使用整数范围值仅用于说明目的，并且十进制和分数值(例如，46.7-91.3)也应理解为可能的子范围端点，除非具体排除。
应当注意，在本文中提及包括两个以上定义的步骤的方法时，该定义的步骤可以以任何顺序或同时进行(除非上下文排除这种可能性)，并且该方法还可以包括在任何定义的步骤之前、两个定义的步骤之间或所有定义的步骤之后进行的一个或多个其他步骤(除非上下文排除了这种可能性)。
更进一步，本发明的其他方面可以在附于本文和/或与本文一起提交的一个或多个附件中找到，其公开内容通过引用并入本文，就好像在此完全阐述一样。
因此，本发明很好地适用于实现目标并获得上述以及其中固有的那些目的和优点。尽管本发明概念已经通过参照与所附附图相关的某些说明性实施方案在本文中进行了描述和图示，但是除了本文中所示或建议的那些之外，本领域普通技术人员可以在其中做出各种改变和进一步修改，在不背离本发明构思的精神的情况下，其范围将由所附权利要求确定。
Claims (15)
1.一种用于由地热盐水生产电池品质的一水合氢氧化锂、碳酸锂或两者的系统，所述系统包括：
二元循环地热设备(200)；
位于所述二元循环地热设备下游的直接锂提取回路(400)；所述直接锂提取回路被配置为从所述地热盐水中选择性地回收锂或氯化锂以产生锂浓缩物流；所述直接锂提取回路由所述二元循环地热设备产生的电力提供动力，不消耗碳基燃料；
位于所述直接锂提取回路下游的氯化锂浓缩和纯化回路(600)；所述氯化锂浓缩和纯化回路被配置为从所述锂浓缩物流中去除水并同时纯化所述锂浓缩物流，以形成提质的氯化锂浓缩物流；所述氯化锂浓缩和纯化回路由所述二元循环地热设备产生的电力和/或蒸汽提供动力，不消耗碳基燃料；和
位于所述氯化锂浓缩和纯化回路下游的锂电池化学处理回路(800)；所述锂电池化学处理回路被配置为由所述提质的氯化锂浓缩物流产生电池品质的一水合氢氧化锂、碳酸锂或两者；所述锂电池化学处理回路由所述二元循环地热设备产生的电力和/或蒸汽提供动力，不消耗碳基燃料。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括化学抑制剂回路(100)，其中所述二元循环地热设备(200)位于所述化学抑制剂回路的下游。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其进一步包括盐水预调节回路(300)，所述盐水预调节回路(300)被配置为从所述地热盐水中去除如氧化物、氢氧化物和/或羟基氧化物的有害成分；所述盐水预调节回路位于所述二元循环地热设备(200)和所述直接锂提取回路(400)中间，
其中，所述盐水预调节回路优选地被配置为氧化所述地热盐水和/或改变所述地热盐水的pH以从所述地热盐水中选择性地沉淀所述有害成分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其中，所述直接锂提取回路(400)进一步被配置为使用吸附、离子交换、离子液体和/或溶剂提取从所述地热盐水中选择性地回收锂或氯化锂，以从所述地热盐水中选择性地去除锂以形成所述氯化锂浓缩物流。
5.根据权利要求4所述的系统，
其中所述吸附使用制造的树脂基的吸收有氧化铝的吸附剂、锂氧化铝嵌入吸附剂、吸收有氧化铝的离子交换树脂或氧化铝基吸附剂，
其中所述离子交换使用金属氧化物离子交换材料，所述金属氧化物离子交换材料优选包括LiaTibMncFedSbeCufVgOh，其中[a-f]为0和1之间的数，h为1和10之间的数，或LiaTibMncFedSbeCufVgOh，其中[a-f]为介于0和1之间的数，并且h是介于1和10之间的数，和/或
其中所述溶剂提取使用全氟醚(PFE)、氢氟醚(HFE)、全氟聚醚(PFPE)、氢氟聚醚(HFPE)、全氟胺(PFA)，优选全氟三元胺(PFTA)、氢氟胺(HFA)，优选氢氟三元胺(HFTA)、全氟多胺(PFPA)、氢氟多胺(HFPA)、全氟硫醚(PFTE)、氢氟硫醚(HFTE)、全氟聚硫醚(PFPTE)、氢氟聚硫醚(HFPTE)、氢氟硫醚胺(HFTEA)、全氟氮杂环己烷、全氟醚胺、氢氟醚胺(HFEA)、全氟硫醚胺、全氟乙烯醇、全氟环己烷、氢氟环己烷、全氟萘烷、全氟环醚、氢氟环醚、全氟环硫醚、氢氟环硫醚、可基于双(三氟甲基磺酰)亚胺(TF2N-)离子的离子疏水液体。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其中，所述锂电池化学处理回路(800)进一步包括电解回路(700)，所述电解回路(700)被配置为由所述氯化锂浓缩和纯化回路(600)的所述提质的氯化锂浓缩物流形成氢氧化锂浓缩物流。
7.根据权利要求6所述的系统，
其中，所述电解回路(700)包括电化学槽或电渗析槽，所述槽具有带有阳极电极的阳极室和带有阴极电极的阴极室，
其中所述电化学槽或电渗析槽优选地包括单隔室或多隔室电化学槽或电解槽，和
其中，所述电解回路优选地由所述二元循环地热设备(200)产生的电力和热量提供动力，而没有碳基燃料投入。
8.根据权利要求6和权利要求7中任一项所述的系统，
其进一步包括位于所述电解回路(700)下游的氢氧化锂处理回路(1100)，所述氢氧化锂处理回路被配置为由所述电解回路的所述氢氧化锂浓缩物流形成一水合氢氧化锂，
其中所述氢氧化锂处理回路优选地被配置为由所述氢氧化锂浓缩物流产生电池品质的一水合氢氧化锂，并且
其中，所述氢氧化锂处理回路优选地由所述二元循环地热设备(200)产生的电力和热量提供动力，而没有碳基燃料投入。
9.根据权利要求6至权利要求8中任一项所述的系统，
其中，所述锂电池化学处理回路(800)进一步包括位于所述电解回路(700)下游的CO2碳酸化回路(1000)，所述CO2碳酸化回路被配置为由所述电解回路的所述氢氧化锂浓缩物流形成碳酸锂，并且
其中，所述CO2碳酸化回路优选地由所述二元循环地热设备(200)产生的电力和热量提供动力，而没有碳基燃料投入。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其中，所述锂电池化学处理回路(800)进一步包括位于所述氯化锂浓缩和纯化回路(600)下游的Na2CO3碳酸化回路(900)，所述Na2CO3碳酸化回路被配置为由所述氯化锂浓缩和纯化回路的所述氯化锂浓缩物流形成碳酸锂浓缩物流，并且
其中，所述Na2CO3碳酸化回路优选地由所述二元循环地热设备(200)产生的电力和热量提供动力，而没有碳基燃料投入。
11.根据权利要求10所述的系统，
其进一步包括位于所述Na2CO3碳酸化回路(900)下游的碳酸锂处理回路(1300)，所述碳酸锂处理回路被配置为由所述碳酸锂浓缩物流产生电池品质的碳酸锂。
12.根据权利要求10和权利要求11中任一项所述的系统，
其中，所述Na2CO3碳酸化回路(900)进一步包括位于所述氯化锂浓缩和纯化回路(600)下游的Na2CO3碳酸化和石灰处理回路(1200)，所述Na2CO3碳酸化和石灰处理回路被配置为由所述氯化锂浓缩和纯化回路的所述提质的氯化锂浓缩物流形成所述碳酸锂浓缩物流，
其中，所述Na2CO3碳酸化和石灰处理回路优选地由所述二元循环地热设备(200)产生的电力和热量提供动力，而没有碳基燃料投入。
13.根据权利要求12所述的系统，
其进一步包括位于所述Na2CO3碳酸化和石灰处理回路(1200)下游的氢氧化锂处理回路(1100)，所述氢氧化锂处理回路被配置为由所述Na2CO3碳酸化和石灰处理回路的所述碳酸锂浓缩物流形成一水合氢氧化锂，
其中，所述氢氧化锂处理回路优选地被配置为由所述氢氧化锂浓缩物产生电池品质的一水合氢氧化锂，并且
其中，所述氢氧化锂处理回路优选地由所述二元循环地热设备(200)产生的电力和热量提供动力，而没有碳基燃料投入。
14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其进一步包括位于所述二元循环地热设备(200)、所述直接锂提取回路(400)、所述氯化锂浓缩和纯化回路(600)和所述锂电池化学处理回路(800)下游的盐水后调节回路(500)，
其中，所述盐水后调节回路(500)优选地被配置为在再注入所述地热盐水之前合并由所述系统产生的废物。
15.使用根据前述权利要求中任一项所述的系统由地热盐水生产一水合氢氧化锂、碳酸锂或两者的方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2020/060021 WO2021204375A1 (en) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | System and process for direct lithium extraction and production of low carbon intensity lithium chemicals from geothermal brines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115135938A true CN115135938A (zh) | 2022-09-30 |
Family
ID=70285669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202080097461.9A Pending CN115135938A (zh) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | 用于从地热盐水中直接提取锂和生产低碳强度锂化学品的系统和方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230159345A1 (zh) |
| EP (1) | EP4133219A1 (zh) |
| JP (1) | JP2023525640A (zh) |
| KR (1) | KR20220164697A (zh) |
| CN (1) | CN115135938A (zh) |
| AU (1) | AU2020441128A1 (zh) |
| CA (1) | CA3175168A1 (zh) |
| WO (1) | WO2021204375A1 (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7427598B2 (ja) | 2018-02-28 | 2024-02-05 | ライラック ソリューションズ，インク． | リチウム抽出用の粒子トラップを備えたイオン交換反応器 |
| EP4162087A1 (en) | 2020-06-09 | 2023-04-12 | Lilac Solutions, Inc. | Lithium extraction in the presence of scalants |
| WO2022226219A1 (en) | 2021-04-23 | 2022-10-27 | Lilac Solutions, Inc. | Ion exchange devices for lithium extraction |
| CN113896212B (zh) * | 2021-11-15 | 2023-08-08 | 福州大学 | 一种沉锂母液碳化冷冻除芒硝回收碳酸锂的方法 |
| WO2023192623A2 (en) * | 2022-04-01 | 2023-10-05 | Lilac Solutions, Inc. | Extraction of lithium with chemical additives |
| WO2023220394A1 (en) * | 2022-05-12 | 2023-11-16 | Energy Exploration Technologies, Inc. | Lithium capture device |
| EP4282998A1 (en) * | 2022-05-27 | 2023-11-29 | Vulcan Energie Ressourcen GmbH | System, method and compositions for extracting lithium from low-energy brines |
| GB202210877D0 (en) * | 2022-06-24 | 2022-09-07 | Chemionex Inc | Process for recovery of lithium from brine |
| US11904297B1 (en) | 2023-01-11 | 2024-02-20 | Iliad Ip Company, Llc | Process for manufacturing lithium selective adsorption/separation media |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994018121A1 (en) * | 1993-02-01 | 1994-08-18 | Tasman Pulp & Paper Co. Limited | Amorphous silica, its preparation and uses |
| US8741256B1 (en) * | 2009-04-24 | 2014-06-03 | Simbol Inc. | Preparation of lithium carbonate from lithium chloride containing brines |
| US10935006B2 (en) * | 2009-06-24 | 2021-03-02 | Terralithium Llc | Process for producing geothermal power, selective removal of silica and iron from brines, and improved injectivity of treated brines |
| US20140076734A1 (en) * | 2012-09-19 | 2014-03-20 | Consejo Nacional De Investigaciones Cientificas Y Tecnicas (Conicet) | Method and electrochemical device for low environmental impact lithium recovery from aqueous solutions |
| RU2650447C2 (ru) * | 2016-11-15 | 2018-04-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН | Способ комплексной утилизации геотермальных вод |
| US10315926B2 (en) * | 2017-02-09 | 2019-06-11 | U.S. Department Of Energy | Selective lithium recovery as lithium carbonate from natural brines |
| US10604414B2 (en) * | 2017-06-15 | 2020-03-31 | Energysource Minerals Llc | System and process for recovery of lithium from a geothermal brine |
| US10961126B2 (en) * | 2017-08-03 | 2021-03-30 | Veolia Water Technologies, Inc. | Process for reducing fouling in evaporators in lithium hydroxide recovery |
| WO2019191669A1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | Nikola Lakic | Self-contained in-ground geothermal generator and heat exchanger with in-line pump used in several alternative applications including the restoration of the salton sea |
| MA52125B1 (fr) * | 2018-06-20 | 2022-03-31 | David Alan Mcbay | Procédé, système et appareil d'extraction d'énergie thermique à partir d'un fluide saumâtre géothermique |
-
2020
- 2020-04-08 WO PCT/EP2020/060021 patent/WO2021204375A1/en active Search and Examination
- 2020-04-08 CN CN202080097461.9A patent/CN115135938A/zh active Pending
- 2020-04-08 KR KR1020227030097A patent/KR20220164697A/ko unknown
- 2020-04-08 CA CA3175168A patent/CA3175168A1/en active Pending
- 2020-04-08 JP JP2022559496A patent/JP2023525640A/ja active Pending
- 2020-04-08 EP EP20718630.5A patent/EP4133219A1/en active Pending
- 2020-04-08 AU AU2020441128A patent/AU2020441128A1/en active Pending
- 2020-04-08 US US17/995,322 patent/US20230159345A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021204375A1 (en) | 2021-10-14 |
| US20230159345A1 (en) | 2023-05-25 |
| KR20220164697A (ko) | 2022-12-13 |
| CA3175168A1 (en) | 2021-10-14 |
| AU2020441128A1 (en) | 2022-08-11 |
| EP4133219A1 (en) | 2023-02-15 |
| JP2023525640A (ja) | 2023-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230159345A1 (en) | System and process for direct lithium extraction and production of low carbon intensity lithium chemicals from geothermal brines | |
| Mavukkandy et al. | Brine management in desalination industry: From waste to resources generation | |
| US10662075B2 (en) | Method and apparatus for the recovery and deep treatment of polluted acid | |
| JP6611824B2 (ja) | 水酸化リチウムおよび炭酸リチウムの製造方法 | |
| CN111484178B (zh) | 一种海水或浓盐水的综合处理方法 | |
| Kumar et al. | Downstream recovery of Li and value-added metals (Ni, Co, and Mn) from leach liquor of spent lithium-ion batteries using a membrane-integrated hybrid system | |
| CN104843927A (zh) | 脱硫废水零排放工艺及系统 | |
| CA2945590C (en) | Systems and methods for regeneration of aqueous alkaline solution | |
| CN107399747A (zh) | 一种从高镁锂比盐湖卤水中提锂的方法及装置 | |
| Ihsanullah et al. | Waste to wealth: A critical analysis of resource recovery from desalination brine | |
| US20230159346A1 (en) | Facile, low-energy routes for the production of hydrated calcium and magnesium salts from alkaline industrial wastes | |
| CN208429966U (zh) | 一种废盐水的处理装置 | |
| JP2011006275A (ja) | 炭酸リチウムの製造方法およびその装置 | |
| CN112299451A (zh) | 一种通过磷酸锂的形式从含锂低镁卤水中制备氢氧化锂的方法 | |
| WO2022030529A1 (ja) | 二酸化炭素の固定化方法 | |
| CN110526439A (zh) | 一种ro浓盐水的再利用方法及装置 | |
| TW201311571A (zh) | 室溫及低壓下海水淡化成飲水的方法 | |
| WO2016120717A1 (en) | Desalination device and process using gas diffusion electrodes | |
| US10105653B2 (en) | System for rinsing electrodialysis electrodes | |
| Mutlu-Salmanli et al. | Boron removal and recovery from water and wastewater | |
| CN213977333U (zh) | 一种锅炉脱硫废水零排放处理系统 | |
| Tanga | Advanced treatment technology for FGD wastewater in coal-fired power plants: current situation and future prospects | |
| WO2022226333A1 (en) | Sustainable desalination systems and methods using recycled brine streams | |
| CN207002499U (zh) | 火电厂高含盐废水处理装置 | |
| CN218778813U (zh) | 生活垃圾连碳捕捉系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |