CN206255848U - 一种浓缩卤水并除盐的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种浓缩卤水并除盐的系统，系统包括第一蒸发装置，进风口、出风口、冷凝器和热交换器；蒸发装置具有进水口、活动滤板，底部设有出水口；蒸发装置的上方设有进风口和出风口；出风口通过导风管与冷凝器相连；热交换器用于与蒸发装置中的卤水进行热交换。本实用新型系统运行时通过纯物理方法，实施过程中无需额外添加化学试剂即可快速、有效、低耗能的除去卤水中90%以上的Mg、Na、K等杂质离子，同时锂离子浓度快速提高约10倍，质量损耗控制在10%以内，可用于各锂盐湖卤水的除盐处理，特别是处理高镁锂比卤水除镁处理。

Description

一种浓缩卤水并除盐的系统

技术领域

本实用新型涉及一种浓缩卤水的系统，特别涉及一种浓缩卤水并除盐的系统。

背景技术

锂是一种用途广泛的金属元素，随着新能源汽车的发展，特别是电动车的发展，对锂的需求量越来越大。现有的锂主要从盐湖中提取得到。镁是地球的地壳中第八丰富的元素，约占2%的质量，因此，在盐湖卤水中，普遍含有较多量的镁。镁的存在，使得难以有效地对卤水进行分离纯化，导致在从卤水中提取所需要的盐时，需要进行处理的除镁处理。而盐湖普遍地处偏远地区，基础设施薄弱，交通不便，原位降低卤水中镁含量存在很大的困难。

从盐湖湖水制备工业可用卤水的进程中，需要蒸发大量的水，以提高卤水中对应离子的浓度。然而受制于高原特殊的自然环境，现有的卤水制备过程，使用的是常规的晒盐法，即通过建设晒盐池（盐滩），利用自然的风吹日晒使池中近90%的水分蒸发，进而实现卤水的浓缩。晒盐池普遍占地数十平方公里，管理难度很大。晒盐法严重依赖于天气，卤水的生产周期普遍需要半年，年度间的产量极不稳定，极端条件下当年甚至无法得到可用的卤水，卤水产量难以控制，严重制约了盐湖的开采。

此外，晒盐制卤的过程中往往伴随着不可避免的卤水渗漏、镁等盐在漫长的制卤过程中析出并夹带大量的锂等，造成大量的锂离子损失，使得有限的资源难以得到较好的利用。晒盐法严重提高了湖水的蒸发量，对盐湖地区的生态环境也存在较大的不利影响，已有盐湖因为晒盐法开采而干涸。现有晒盐法制备得到的卤水，受限于自然条件，卤水成分批间差异大，无法得到标准化的卤水，导致生产工艺难以固化，得到的产品质量同样不够稳定。

现有方法制备得到的卤水中，普遍存在大量的杂质离子。在众多的杂质离子中，镁离子对锂的影响最大。这是因为镁锂的离子性质比较接近，难以通过物理方法将其分离。如镁沉淀时，比较容易带出锂离子，造成锂大量损失。因此，现有技术中为了降低卤水中镁锂比，进而获得可用于锂生产的卤水，人们开发出的除镁方法均为化学除镁。如CN105217665A公开了以高镁锂盐湖卤水为原料，加入一定的可溶性三价金属盐，通过合成镁基层状功能材料来降低高镁锂比盐湖卤水中镁锂比，使高镁锂比盐湖卤水中的镁锂得以分离。

对于镁锂的质量比高达几十甚至几百的盐湖卤水，如采用化学沉淀来除镁，需要消耗大量的化学试剂，操作繁杂冗长，生产成本高，环保成本高。如采用离子吸附法处理上述盐湖卤水，镁含量太高，极易影响吸附剂对锂的选择系数，对吸附剂造粒性和渗透性等要求高，在吸附和脱吸的过程中，容易损耗吸附剂，而锂的损耗量也超过50%。煅烧法因运行温度高，能耗高，结块严重，设备腐蚀严重。萃取法的萃取和反萃取工艺流程长，药剂消耗量大，毒性大，对环境不友好。同时，上述方法处理后的卤水中锂的浓度仍然较低，仍需要进行进一步的浓缩来制取锂盐。这些现有的方法，普遍操作复杂，耗时较长，需要引入较大量的化学添加剂，对盐湖地区脆弱的生态是一个严峻的挑战。

通过加热液体，可以加速其中的水分蒸发，加速液体表面的空气流动速度，也有利于加速水分的蒸发，但是，这意味着需要消耗更多的能量。但是对于盐湖而言，因为湖水中含有大量的矿物质，通过加热固然可以在一定程度上提高其蒸发速度，但是随着湖水的蒸发，其中的盐浓度越来越高，蒸发的速度也会随之降低，蒸发相同量的水所耗费的能量一般是初始蒸发时的3～5倍，能耗急剧上升。这也是现有晒盐法耗时极长的一个重要原因。此外，加热湖水来提高其浓缩速度，意味着需要消耗大量的能量，同时因为散热量加大，意味着能量的损失也是极大的，在偏远的盐湖地区这是一个巨大的挑战。

高原盐湖地区的空气比较干燥，据相关文献记载，部分盐湖地区的平均温度仅为10℃，空气相对温度一般不超过30%。经计算可知，这种条件下，每立方米空气中的含水量一般不超过3g。如本领域技术人员熟知的，干空气的引入可以进一步提高盐湖水的蒸发速度，然而其同时可以使湖水或卤水表面的温度快速降低，影响蒸发速度进一步升高。加热干空气并使用热干空气固然可以较为有效地避免水面温度下降过快，提高湖水或卤水的蒸发温度，但热空气与水的热交换并不充分，导致热的损失非常之大，测算表达其热损失超过80%，大量的热被白白浪费。

因此，有必要提出一种新的系统，既能够快速、低能耗的浓缩湖水或卤水，又可以在尽可能少损耗锂的情况下析出一定量的杂质盐，特别是镁盐，提高目标产物锂的浓度，降低卤水的镁锂比，然后再选择合适的方法制备锂盐产品。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种有效浓缩卤水并除盐的系统。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种浓缩卤水并除盐的系统，包括第一蒸发装置，进风口、出风口、冷凝器和热交换器；

蒸发装置具有进水口、出水口；

进风口引入的空气导入至蒸发装置；

蒸发装置排出的空气通过冷凝器后经出风口排出；

热交换器用于与蒸发装置中的卤水进行热交换。

作为上述系统的进一步改进，出风口通过导风管连接至另一设有热交换器的第二蒸发装置。

作为上述系统的进一步改进，进风口后设有用于加热空气的换热器。

作为上述系统的进一步改进，蒸发装置包括第一立式蒸发器和级连的第二立式蒸发器组成，第一立式蒸发器和级连的第二立式蒸发器之间设有导气装置。

作为上述系统的进一步改进，进风口与卤水水平面之间的距离保持恒定。

作为上述系统的进一步改进，冷凝器为热泵的冷端。

作为上述系统的进一步改进，第一和第二蒸发装置之间设有可自由切换冷热端的热泵。

作为上述系统的进一步改进，蒸发装置上方设有盖板。

作为上述系统的进一步改进，冷凝器设有冷凝水收集器。

作为上述系统的进一步改进，系统设有用于给蒸发装置曝气的曝气装置。

作为上述系统的进一步改进，装置还包括用于为装置运行时补热的太阳能光热装置。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型系统，可以通过纯物理方法，实施过程中无需额外添加化学试剂即可快速有效的除去卤水中90%以上的Mg、Na、K等杂质离子，同时锂离子浓度快速提高约10倍，质量损耗控制在10%以内，可用于各锂盐湖卤水的除镁处理，提高锂离子的含量，为下一步碳酸锂产品的制备节省数倍的除镁成本和能源消耗。本实用新型系统特别适合处理高镁锂比的卤水。

本实用新型系统通过控制卤水的蒸发温度和引入高速风机，增强液体表面的空气对流，卤水的蒸发速率是无风机时的11～32倍，极大的提高了蒸发速率。75℃、20W风机作用下，卤水的单位质量蒸发能耗仅为无风机时的32.9%，节能效果显著。通过热泵等方式回收和利用蒸发过程中的热量，可以进一步降低能耗约40～50%。

本实用新型系统在蒸发一定程度后，对卤水进行及时的降温处理和固液分离，使镁混盐因卤水降温后过饱而结晶析出，有效降低了卤水中镁离子的含量，进一步提高了卤水后续蒸发的速率。应用于工业化制卤时，整个卤水（湖水）的浓缩过程基本可以控制在数小时至数天内完成，实现了卤水的连续化制备，可以根据需要对卤水的浓度、镁含量等关键指标进行调整，可以获得标准化的卤水使得后续的锂生产工艺可以固定，得到的产品质量也更为稳定可靠。及时固液分离后的镁盐不易结块，方便进行后续的深加工，这些副产物都有利于盐湖综合开发利用。

本实用新型的系统既可以实现闭式浓缩，也可以实现开放式浓缩。闭式浓缩即在不持续引入外界空气的情况下，通过对空气冷却除湿后进一步加热用于卤水的加速蒸发，实现对卤水的浓缩，可以有效避免空气中的CO₂被卤水吸收，导致碳酸锂过早析出，影响其收率。开放式浓缩与之相反，通过持续引入加热的干空气对卤水进行浓缩，这种情况下空气中的CO₂会被卤水吸收，在条件合适的情况下，如杂质盐的量远大于锂的量时，可以促使杂质盐先行析出，残留的CO₃ ^2-根也有利于后续碳酸锂的析出。可以根据实际情况的需要，选择不同的浓缩方法，满足不同的需要。

本实用新型系统基本摆脱了天气对生产的制约，有望实现稳定可靠的盐湖资源开采。同时，由于仅需满足数天内卤水生产的要求，盐滩占地由数十平方公里缩小到1%以内，极大的缩小了湖水浓缩制卤的占地面积；避免了由于降雨引起的减产；避免了大型工程中普遍存在的渗漏难题；避免了镁等混合盐在漫长的析出过程中因板结而夹带损失大量的锂，大幅减少了锂的损失；避免了盐田扩建引发的湖水蒸发量失衡而逐渐干涸，同时也可以充分利用其他杂质盐。此外，本实用新型系统在卤水蒸发过程中还可以获得冷凝水，利于减少盐湖地区水的损失，对保护盐湖地区脆弱的生态环境具有非常重要的意义。

本实用新型系统可以很好地利用高原地区日照丰富，空气湿度小等天然条件，同时操作简单，易于控制，人力成本低；生产周期短，容易实现工业化连续生产，十分适用于条件相对恶劣的高原盐湖地区。

附图说明

图1是本实用新型系统的一种结构示意图；

图2是本实用新型系统的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，进一步说明本实用新型的系统。

参照图1，一种浓缩卤水并除盐的系统，包括第一蒸发装置1，进风口2、出风口3、冷凝器4和热交换器6；

蒸发装置1具有进水口、出水口；

进风口2引入的空气导入至蒸发装置1；

蒸发装置1排出的空气通过冷凝器4后经出风口3排出；

热交换器6用于与蒸发装置1中的卤水进行热交换。

作为上述系统的进一步改进，出风口3通过导风管连接至另一设有热交换器6的第二蒸发装置1。第一蒸发装置和第二蒸发装置可以根据需要进行对调，不影响其功能行使。

装置运行时，操作步骤如下：

1)将含镁离子的卤水升温，增强其表面空气对流，加速蒸发至有盐析出，得到初步浓缩的卤水；

2)将初步浓缩的卤水冷却使其中的盐析出，固液分离，收集剩余的卤水；

3)对剩余的卤水重复上述两步操作，进一步浓缩卤水并分离析出的盐，至达到生产需要停止浓缩。

参照图2，另一种浓缩卤水并除盐的系统，包括第一蒸发装置1，进风口2、出风口3、冷凝器4和热交换器6；

蒸发装置1包括第一立式蒸发器101和级连的第二立式蒸发器101组成，第一立式蒸发器101和级连的第二立式蒸发器101之间设有导气装置，立式蒸发器101具有独立的进水口，底部设有出水口；

进风口2引入的空气经换热器7加热后依次进过蒸发装置1的第一立式蒸发器101和级连的第二立式蒸发器101进行热质交换；

蒸发装置1排出的空气通过冷凝器4后经出风口3排出；

热交换器6用于与蒸发装置1中的卤水进行热交换；

冷凝器4为热泵5的冷端，用于回收出风中的热。

装置运行原理如下：

从进风口引入空气的经过换热器加热后，进入第一立式蒸发器，与蒸发器内循环的卤水（湖水）进行热质交换，之后湿度未完全饱和空气继续进入第二立式蒸发器进行热质交换，之后排出蒸发装置，通过冷凝器回收空气中的热，同时得到冷凝水，最终空气从出风口排出。

出风口的风可以直接排入大气，或出风口通过导风管与进风口连通，之后引入换热器内，再次进行加热后导入蒸发装置中，进一步用于卤水的蒸发浓缩。这样可以分别实现开放式浓缩和闭式浓缩，满足不同的需要。

热泵回收的热可以根据需要，灵活用于卤水的预热、补热，或空气的预热或加热。

立式蒸发器是指蒸发器内部可以进行水循环并使水与空气相接触的密闭式蒸发器，其结构可以是本领域周知的。一般而言，两个立式蒸发器串联设置，已经可以使空气与液体进行充分的热质交换，携带出尽可能多的水。当然，也可以根据实际需要设置多组立式蒸发器串联。

作为上述系统的进一步改进，出风口通过导风管连接至另一设有热交换器的第二蒸发装置。

作为上述系统的进一步改进，进风口后设有用于加热空气的换热器。

作为上述系统的进一步改进，蒸发装置包括第一立式蒸发器和级连的第二立式蒸发器组成，第一立式蒸发器和级连的第二立式蒸发器之间设有导气装置。

作为上述系统的进一步改进，冷凝器为热泵的冷端。

作为上述系统的进一步改进，出风口通过导风管与进风口连通。

作为上述系统的进一步改进，进风口与卤水水平面之间的距离保持恒定。

作为上述系统的进一步改进，第一和第二蒸发装置之间设有可自由切换冷热端的热泵。

作为上述系统的进一步改进，蒸发装置1设有活动滤板11。这样可以方便地对析出的盐进行初步的压缩，减少其中的水分。

作为上述系统的进一步改进，进风口与卤水水平面之间的距离保持恒定。这样可以尽可能减少风的损耗，保持尽可能高的风速。

作为上述系统的进一步改进，第一和第二蒸发装置之间设有可自由切换冷热端的热泵5。这样可以有效地回收利用其中的热能，也可以方便根据需要对卤水进行冷却或加热（预热），满足生产工艺的需要。热泵回收的热能还可以根据需要，用于卤水的补热，或空气的预热，或其他用途。

作为上述系统的进一步改进，蒸发装置上方设有盖板。这样可以有效减少热量不必要的散失，同时可以提高液体表面的风速，提高能源的利用率。

作为上述系统的进一步改进，冷凝器设有冷凝水收集器。这样可以得到淡水，满足盐湖地区的淡水需求，同时有助于维持盐湖地区的水平衡。

作为上述系统的进一步改进，系统设有用于给蒸发装置曝气的曝气装置，使空气与水更为充分的接触，同时对卤水进行一定的搅动。

作为上述系统的进一步改进，装置还包括用于为装置运行时补热的太阳能光热装置。

Claims (10)

1.一种浓缩卤水并除盐的系统，包括第一蒸发装置，进风口、出风口、冷凝器和热交换器；

蒸发装置具有进水口、出水口；

进风口引入的空气导入至蒸发装置；

蒸发装置排出的空气通过冷凝器后经出风口排出；

热交换器用于与蒸发装置中的卤水进行热交换。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：出风口通过导风管连接至另一设有热交换器的第二蒸发装置。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：进风口后设有用于加热空气的换热器。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的系统，其特征在于：蒸发装置包括第一立式蒸发器和级连的第二立式蒸发器组成，第一立式蒸发器和级连的第二立式蒸发器之间设有导气装置。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：进风口与卤水水平面之间的距离保持恒定。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：第一和第二蒸发装置之间设有可自由切换冷热端的热泵。

7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：蒸发装置上方设有盖板。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：冷凝器为热泵的冷端，冷凝器设有冷凝水收集器。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：系统设有用于给蒸发装置曝气的曝气装置。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：装置还包括用于为装置运行时补热的太阳能光热装置。