CN212954701U - 一种含锂废水回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种含锂废水回收系统，包括依次相互连接的预热器、均质水箱、碳酸锂结晶分离单元、脱碳单元和蒸发浓缩单元，所述含锂废水通过废水入口管与预热器连通，所述蒸发浓缩单元与均质水箱之间设有结晶母液回流管。本实用新型的含锂废水回收系统利用碳酸锂和硫酸锂的溶度积差异，当锂离子浓度较高时通过碳酸锂结晶分离单元回收锂盐得到碳酸锂产品，残留碳酸锂经脱碳单元转化为硫酸锂，通过蒸发浓缩单元提高锂离子浓度，结晶母液回流再回收锂，锂离子得到充分回收，具有锂离子回收率高等优点。

Description

一种含锂废水回收系统

技术领域

本实用新型属于废水处理领域，尤其涉及一种废水回收系统。

背景技术

锂广泛用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业以及光电行业。作为战略性新兴产业矿产，锂列入了《全国矿产资源规划(2016-2020年)》的战略性矿产目录，被称为“21世纪的能源金属”。随着电脑、手机、数码相机、移动电动工具等电子产品的发展，尤其随着国家大力推进新能源汽车产业发展和大规模5G通讯基站建设，锂电池新能源产业已成为锂最大的消费领域，对碳酸锂、氢氧化锂等锂盐产品的需求巨大。

但在锂电池三元前驱体等工业锂电原材料生产中会产生大量的含锂高盐废水，主要成分有锂、钠、氯、镍、钴、锰、硫酸根等。含锂高盐废水pH高、成分复杂、排放量及污染物浓度不稳定，排入厂区或园区综合污水处理站会造成污水生化处理系统的冲击，排入环境会污染水体和土壤环境。另一方面锂资源短缺，碳酸锂等价格持续走高，锂盐流失造成巨大浪费。迫切需要针对锂电池行业含锂废水提出一种高效的锂盐回收工艺。

目前，针对高盐废水主要采用超滤-反渗透、电渗析浓缩等膜浓缩技术，MVR、ME等蒸发浓缩脱盐技术及其组合工艺。采用热法脱盐处理含碳酸锂废水时，容易造成换热器结壁、不易清理、极易堵塞蒸发器换热列管等问题。从溶液中回收锂盐的方法有沉淀法、溶剂萃取法、吸附法等，由于碳酸锂是各种锂盐的基础盐，利用价值高，碳酸锂沉淀法是目前最成熟的锂盐回收工艺之一，但碳酸锂在水溶液中溶度积较大，废水中锂残留量较大，回收率较低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种锂回收率高的含锂废水回收系统。为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种含锂废水回收系统，包括依次相互连接的预热器、均质水箱、碳酸锂结晶分离单元、脱碳单元和蒸发浓缩单元，所述含锂废水通过废水入口管与预热器连通，所述蒸发浓缩单元与均质水箱之间设有结晶母液回流管。

本实用新型中，预热器用于将含锂废水预热至80℃以上，均质水箱用于将预热后的含锂废水与结晶母液混合，碳酸锂结晶分离单元用于锂离子与碳酸钠反应生成碳酸锂结晶，经离心分离、烘干，打包即可得到工业级碳酸锂产品，脱碳单元用于离心母液与酸反应生成二氧化碳以脱除溶液中的碳，形成硫酸钠与硫酸锂的混合溶液，蒸发浓缩单元用于浓缩硫酸钠与硫酸锂的混合溶液，使硫酸锂接近饱和，并析出硫酸钠结晶得到高纯度的碳酸钠产品，结晶母液返回均质水箱用于再次回收结晶母液中残留的少量锂离子。本实用新型的上述回收系统，锂离子得到充分回收，锂的综合回收率高。

上述含锂废水回收系统中，优选的，所述预热器采用但不限于板式换热器，热介质采用蒸发浓缩单元的蒸发冷凝水，预热后温度不低于80℃。

上述含锂废水回收系统中，优选的，所述均质水箱采用耐高温、耐腐蚀材质，包括但不限于304、316等不锈钢。

上述含锂废水回收系统中，优选的，所述碳酸锂结晶分离单元包括结晶反应器、离心分离器和碳酸钠加药装置，所述碳酸钠加药装置与结晶反应器连通，所述结晶反应器的入口与均质水箱的出口连通，所述结晶反应器的出口与离心分离器的入口连通，所述离心分离器的离心母液通过离心母液管进入所述脱碳单元。上述结晶过程中，锂离子与过量碳酸钠反应形成碳酸锂结晶，结晶反应时间为50-90min，采用机械搅拌，控制搅拌强度为120-300rpm。

上述含锂废水回收系统中，优选的，所述碳酸钠加药装置包括溶药单元，所述溶药单元通过加药计量泵与所述结晶反应器连通。溶药单元所采用的水可为蒸发浓缩单元的蒸发冷凝水，水温为40-60℃。所述碳酸钠加药装置方便用于碳酸钠溶液的配置及计量投加。通过加药计量泵向结晶反应器中加入的碳酸钠的量以控制CO₃ ^2-/Li为(1-1.5)：1为准。

上述含锂废水回收系统中，优选的，所述结晶反应器包括强制外循环型结晶器、流化床型结晶器或DTB型结晶器。

上述含锂废水回收系统中，优选的，所述脱碳单元包括一级或多级脱碳装置，所述脱碳装置包括吹脱塔或吹脱槽，所述脱碳装置上设有酸液加入管。上述脱碳过程中，通过酸液加入管向脱碳装置中投加酸(如硫酸)、曝气吹脱，脱除离心母液中的二氧化碳，将离心母液转化为硫酸钠、硫酸锂的混合溶液，且溶液中硫酸钠浓度远大于硫酸锂。脱碳过程中产生的二氧化碳经过收集后通过排气筒排放。

上述含锂废水回收系统中，优选的，所述脱碳装置中设有pH传感器，所述酸液加入管上设有用于依据所述pH传感器的反馈信息控制酸液加入管中酸液流量的调节阀。

上述含锂废水回收系统中，优选的，所述预热器与蒸发浓缩单元之间设有用于预热器中低浓度含锂废水直接进入蒸发浓缩单元的含锂废水旁路管。本实用新型中，当含锂废水的浓度较低时，无需经过均质水箱、碳酸锂结晶分离单元、脱碳单元，含锂废水直接通过含锂废水旁路管进入蒸发浓缩单元，结晶母液返回均质水箱，用于低浓度锂离子溶液的富集。本实用新型中的含锂废水回收系统适用于从不同锂浓度废水中回收碳酸锂，适用范围广，回收率高。

上述含锂废水回收系统中，优选的，所述废水入口管与预热器之间设有用于对所述含锂废水进行预处理的预除杂单元。更优选的，所述预除杂单元包括依次相互连接的初沉池、精密过滤单元、pH调节单元、超滤单元、反渗透单元和电渗析单元。预除杂单元用于除去溶液中的镍、钴、锰等杂质。

上述含锂废水回收系统中，优选的，所述蒸发浓缩单元包括MVR蒸发器或MED蒸发器。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的含锂废水回收系统包括碳酸锂结晶分离单元、脱碳单元和蒸发浓缩单元，利用碳酸锂和硫酸锂的溶度积差异，当锂离子浓度较高时通过碳酸锂结晶分离单元回收锂盐得到碳酸锂产品，残留碳酸锂经脱碳单元转化为硫酸锂，通过蒸发浓缩单元提高锂离子浓度，结晶母液回流再回收锂，锂离子得到充分回收，具有锂离子回收率高等优点。

2、本实用新型根据硫酸钠、硫酸锂溶解度特征，以及脱碳后母液两者浓度差异，蒸发浓缩并控制锂离子低于饱和浓度，而同时硫酸钠因过饱和而结晶析出，经离心、干燥、打包得到高纯度硫酸钠副产品。

3、本实用新型的含锂废水回收系统具有结构简单，操控方便等优点，可用于锂电池行业含锂废水及其它含锂废水的锂盐回收。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1中含锂废水回收系统的结构示意图。

图2为实施例2中含锂废水回收系统的结构示意图。

图例说明：

1、预热器；2、均质水箱；3、蒸发浓缩单元；4、废水入口管；5、结晶母液回流管；6、结晶反应器；7、离心分离器；8、离心母液管；9、溶药单元；10、加药计量泵；11、脱碳装置；12、酸液加入管；13、pH传感器；14、调节阀；15、含锂废水旁路管；16、初沉池；17、精密过滤单元；18、pH调节单元；19、超滤单元；20、反渗透单元；21、电渗析单元。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本实用新型的保护范围。

除非另有特别说明，本实用新型中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

如图1所示，本实施例的含锂废水回收系统，包括依次相互连接的预热器1、均质水箱2、碳酸锂结晶分离单元、脱碳单元和蒸发浓缩单元3，含锂废水通过废水入口管4与预热器1连通，蒸发浓缩单元3与均质水箱2之间设有结晶母液回流管5。

本实施例中，预热器1采用板式换热器，热介质采用蒸发浓缩单元3的蒸发冷凝水，预热后温度不低于80℃。蒸发浓缩单元3为MVR蒸发器或MED蒸发器。

本实施例中，碳酸锂结晶分离单元包括结晶反应器6、离心分离器7和碳酸钠加药装置，碳酸钠加药装置与结晶反应器6连通，结晶反应器6的入口与均质水箱2的出口连通，结晶反应器6的出口与离心分离器7的入口连通，离心分离器7的离心母液通过离心母液管8进入脱碳单元。

本实施例中，碳酸钠加药装置包括溶药单元9，溶药单元9通过加药计量泵10与结晶反应器6连通。

本实施例中，结晶反应器6为强制外循环型结晶器、流化床型结晶器或DTB型结晶器中的任一种。

本实施例中，脱碳单元包括一级或多级脱碳装置11，脱碳装置11为吹脱塔或吹脱槽，脱碳装置11上设有酸液加入管12。

本实施例中，脱碳装置11中设有pH传感器13，酸液加入管12上设有用于依据pH传感器13的反馈信息控制酸液加入管12中酸液流量的调节阀14。

本实施例中，预热器1与蒸发浓缩单元3之间设有用于预热器1中低浓度含锂废水直接进入蒸发浓缩单元3的含锂废水旁路管15。

实施例2：

如图2所示，本实施例的含锂废水回收系统，与实施例1相比，废水入口管4与预热器1之间设有用于对含锂废水进行预处理的预除杂单元。具体的，预除杂单元包括依次相互连接的初沉池16、精密过滤单元17、pH调节单元18、超滤单元19、反渗透单元20和电渗析单元21。

为了更好的理解本实用新型中的含锂废水回收系统，本实施例对含锂废水回收系统的工作过程进一步说明如下：

(1)含锂废水(原水)先经初次沉淀、精密过滤等工段去除镍、钴、锰等杂质，并反渗透、电渗析浓缩后进入预热器1，经预热器1预热至80℃以上，再进入均质水箱2与回流的结晶母液均匀混合；

(2)混合后的高浓度含锂废水自流进入结晶反应器6，锂离子与过量碳酸钠反应形成碳酸锂结晶，经离心分离，碳酸锂结晶沉淀经烘干、打包得到工业级碳酸锂产品；

(3)离心母液自流进入脱碳单元，通过投加硫酸、曝气吹脱，脱除离心母液中的二氧化碳，将离心母液转化为硫酸钠、硫酸锂的混合溶液，且混合溶液中硫酸钠浓度远大于硫酸锂；

(4)脱碳后离心母液泵入蒸发浓缩单元3，蒸发浓缩至硫酸锂接近饱和，硫酸钠结晶析出，得到高纯度硫酸钠产品，结晶母液回流至均质水箱2用于再次回收低浓度的锂；

(5)若预热器1中的含锂废水浓度较低，含锂废水直接通过含锂废水旁路管15进入蒸发浓缩单元3用于富集锂，结晶母液回流至均质水箱2。

Claims (10)

1.一种含锂废水回收系统，其特征在于，包括依次相互连接的预热器(1)、均质水箱(2)、碳酸锂结晶分离单元、脱碳单元和蒸发浓缩单元(3)，所述含锂废水通过废水入口管(4)与预热器(1)连通，所述蒸发浓缩单元(3)与均质水箱(2)之间设有结晶母液回流管(5)。

2.根据权利要求1所述的含锂废水回收系统，其特征在于，所述碳酸锂结晶分离单元包括结晶反应器(6)、离心分离器(7)和碳酸钠加药装置，所述碳酸钠加药装置与结晶反应器(6)连通，所述结晶反应器(6)的入口与均质水箱(2)的出口连通，所述结晶反应器(6)的出口与离心分离器(7)的入口连通，所述离心分离器(7)的离心母液通过离心母液管(8)进入所述脱碳单元。

3.根据权利要求2所述的含锂废水回收系统，其特征在于，所述碳酸钠加药装置包括溶药单元(9)，所述溶药单元(9)通过加药计量泵(10)与所述结晶反应器(6)连通。

4.根据权利要求2所述的含锂废水回收系统，其特征在于，所述结晶反应器(6)包括强制外循环型结晶器、流化床型结晶器或DTB型结晶器。

5.根据权利要求1所述的含锂废水回收系统，其特征在于，所述脱碳单元包括一级或多级脱碳装置(11)，所述脱碳装置(11)包括吹脱塔或吹脱槽，所述脱碳装置(11)上设有酸液加入管(12)。

6.根据权利要求5所述的含锂废水回收系统，其特征在于，所述脱碳装置(11)中设有pH传感器(13)，所述酸液加入管(12)上设有用于依据所述pH传感器(13)的反馈信息控制酸液加入管(12)中酸液流量的调节阀(14)。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的含锂废水回收系统，其特征在于，所述预热器(1)与蒸发浓缩单元(3)之间设有用于预热器(1)中低浓度含锂废水直接进入蒸发浓缩单元(3)的含锂废水旁路管(15)。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的含锂废水回收系统，其特征在于，所述废水入口管(4)与预热器(1)之间设有用于对所述含锂废水进行预处理的预除杂单元。

9.根据权利要求8所述的含锂废水回收系统，其特征在于，所述预除杂单元包括依次相互连接的初沉池(16)、精密过滤单元(17)、pH调节单元(18)、超滤单元(19)、反渗透单元(20)和电渗析单元(21)。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的含锂废水回收系统，其特征在于，所述蒸发浓缩单元(3)包括MVR蒸发器或MED蒸发器。

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