CN216918910U - 一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，机械加速澄清池上部的溢流出口与V型滤池上部的进水槽相通V型滤池底部的出水口与超滤膜单元的进水口连接相通，超滤膜单元的清液出口与反渗透膜单元的进水口连接相通、浓液出口与加药池连接相通；反渗透膜单元的浓液出口与加药池连接相通、清液出口与清液管连接相通；化学软化单元包括加药池和沉淀池，沉淀池的清水出口与脱氨塔下部的进水口连接相通；脱氨塔底部的出水口与蒸发结晶器的加料口连接相通。本实用新型结构合理，系统运行稳定，利用磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠，能实现资源化利用，经济性好。

Description

一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统

技术领域

本实用新型涉及一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，属于磷酸铁锂生产废水处理技术领域。

背景技术

锂电池的主要组成有正极、负极、电解液和隔膜，影响锂电池性能参数的主要是正极材料。目前锂电池使用的正极材料主要包括三元锂材料、镍钴锰酸锂及磷酸铁锂。三元锂材料性能较好，但是其制造成本高，安全性差。磷酸铁锂电池性能稳定，制造成本低，安全性好。自2020年以来，磷酸铁锂电池产量稳步提高，装机量增速逐渐超过三元锂电池。因此，磷酸铁锂生产技术及应用已成为研究热点。磷酸铁锂主流的生产工艺为碳热还原法，其原料包括硫酸亚铁、磷酸铵、氨水、碳酸锂、碳源等。生产时将硫酸亚铁与磷酸一铵溶液、双氧水合成磷酸铁，磷酸铁加入纯水、碳酸锂、葡萄糖等，高温烧结合成磷酸铁锂。但在生产过程中，磷酸铁清洗过程会产生多段不同浓度的废水，并含有硫酸盐、铵盐、磷酸盐等大量盐废水。因此磷酸铁锂生产废水具有水量大、水质复杂、含盐量高等特点，需要妥善处理以满足环保要求。

目前对磷酸铁锂生产废水的处理方法主要一种采用化学沉淀，向池内的废水投加镁盐形成磷酸铵镁沉淀，该方法较为简单，但加药量较大，运行成本高，经济效益差。另一种采用吹脱除氨，在调节池内将废水调节pH至碱性后，再将调节后的废水送至吹脱塔进行高温蒸汽吹脱氨氮，但调节后的废水含钙高，使得后续氨吹脱塔或蒸氨塔易发生堵塔现象，稳定性差，同时也未能解决磷酸盐的问题。再一种是将含盐废水在蒸发结晶器内直接蒸发，冷凝液回用，但蒸发结晶盐为硫酸铵和磷酸铵的杂盐，难以直接利用，只能作为危废处置。其次，由于磷酸铁锂生产废水为多段不同浓度的废水，且水量大，由于没有采用分段处理，造成吹脱塔的除氨或蒸发结晶器的效率低，经济性能差。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构合理，系统运行稳定，能实现资源化利用，经济性好的一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统。

本实用新型为达到上述目的的技术方案是：一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，其特征在于：包括机械加速澄清池、V型滤池、超滤膜单元、反渗透膜单元、化学软化单元、脱氨单元和蒸发结晶器；

所述的机械加速澄清池用于对低浓度废水进行混凝澄清，机械加速澄清池的进水口与低浓度进水管连接相通、上部的溢流出口与V型滤池上部的进水槽相通，所述的V型滤池和超滤膜单元用于对混凝澄清后的废水进行过滤纯化，V型滤池底部的出水口与超滤膜单元的进水口连接相通，超滤膜单元的清液出口与反渗透膜单元的进水口连接相通、浓液出口与化学软化单元的加药池连接相通；

所述的反渗透膜单元用于对低废水浓缩减量，反渗透膜单元的浓液出口与化学软化单元的加药池连接相通、清液出口与清液管连接相通；

所述化学软化单元用于对高浓度废水软化，包括依次设置的加药池和沉淀池，加药池设有强制搅拌机构，所述的加药池上部的溢流出口与沉淀池的进水口相通，沉淀池的清水出口与脱氨塔下部的进水口连接相通；

所述脱氨单元用于废水脱氨并制成氨水，包括脱氨塔、换热器和冷凝器，脱氨塔底部的出水口经换热器与脱氨塔的回料口连接相通，且脱氨塔底部的出水口与蒸发结晶器的加料口连接相通，脱氨塔顶部的蒸汽出口经冷凝器与脱氨塔的上回流口连接相通，且冷凝器的出水口与氨水管连接相通；

所述的蒸发结晶器用于对脱氨后的出水蒸发结晶制得硫酸钠，蒸发结晶器的下部设有加料口、蒸发结晶器的出料口与料管连接相通。

本实用新型采用机械加速澄清池、V型滤池以及超滤膜单元，去除低浓度废水中的悬浮物、铁离子等，降低废水的浊度、色度和总硬度，再通过反渗透膜单元对低浓度废水进行浓缩减量处理，对低浓度废水的盐分高度浓缩，且低浓度废水减量率达95％，清液作为回用水利用，大幅度减少废水的处理量，提高经济性。本实用新型通过化学软化单元对高浓度废水进行pH调节处理，能降低高浓度废水的总硬度，减少对后序脱氨单元的影响，并通过脱氨单元可制得氨水，氨水能回用于磷酸铁锂的生产。本实用新型通过脱氨塔对废水进行脱氨，脱氨后的废水氨氮降至300mg/L以下，废水中的盐分大部分为硫酸钠，经蒸发结晶器能制得硫酸钠，整个系统运行稳定，由于分别对低浓度废水和高浓度废水进行处理，结构合理，处理效果好，能降低投资和运行成本，实现了废水的资源化利用，

附图说明

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的详细描述。

图1是本实用新型一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统的结构示意图。

其中：1—储水罐，2—低浓度进水泵，3—机械加速澄清池，4—V型滤池，5—超滤进水泵，6—超滤膜单元，7—反渗透进水泵，8—反渗透膜单元，9—浓水罐，10—高浓度进水泵，11—化学软化单元，11-1—pH调节池,11-2—混凝池，11-3—沉淀池，12—第一进料泵，13—脱氨单元，13-1—脱氨塔，13-2—换热器，13-3—循环泵，13-4—冷凝器，14—第二进料泵，15—蒸发结晶器。

具体实施方式

见图1所示，本实用新型的一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，包括机械加速澄清池3、V型滤池4、超滤膜单元6、反渗透膜单元8、化学软化单元11、脱氨单元13和蒸发结晶器15。

见图1所示，本实用新型的机械加速澄清池3用于对低浓度废水进行混凝澄清，机械加速澄清池3的进水口与低浓度进水管连接相通、上部的溢流出口与V型滤池4上部的进水槽相通，V型滤池4和超滤膜单元6用于对混凝澄清后的废水进行过滤纯化，在机械加速澄清池3内投加混凝剂和絮凝剂进行混凝沉淀，去除低浓度废水中的悬浮物、铁离子等，降低废水的浊度、色度和总硬等而进行纯化处理。本实用新型混凝剂可采用氯化铝、硫酸铝、硫酸铁、氯化铁的其中一种，混凝剂投加浓度为10-100mg/L，而絮凝剂为阳离子PAM、阴离子PAM、非离子型PAM任意一种，絮凝剂投加浓度为5-20mg/L，机械加速澄清池3的水力停留时间为1-3h，经机械加速澄清池3处理后的出水悬浮物浓度降低至30mg/L以下，继而再进入V型滤池4内进行过滤，滤速为7-15m/h，经V型滤池4过滤后的出水悬浮物浓度降低至10mg/L以下，能满足后续超滤膜单元6的进水要求。见图1所示，本实用新型还具有用于收集低浓度的磷酸铁锂清洗废水的储水罐1，储水罐1的出水口通过低浓度进水管与机械加速澄清池3的进水口连接相通，低浓度进水管上设有低浓度进水泵2和控制阀，通过低浓度进水泵2将低浓度废水送至机械加速澄清池3内。

见图1所示，本实用新型V型滤池4底部的出水口与超滤膜单元6的进水口连接相通，V型滤池4底部的出水口可通过管路与超滤膜单元6的进水口连接，管路上设有超滤进水泵5，通过超滤进水泵5将废水送至超滤膜单元6内，超滤膜单元6的清液出口与反渗透膜单元8的进水口连接相通、浓液出口与化学软化单元11的加药池连接相通，通过超滤膜单元6过滤而实现纯化处理，使其出水悬浮物进一步下降，送至反渗透膜单元8内进行浓缩减量处理，而超滤浓液进入后序的化学软化单元11内进行处理。本实用新型超滤膜单元6外置式超滤系统，超滤膜单元6的膜元件为管式膜、卷式膜或中空纤维膜，且滤孔径在10-100nm之间，通过超滤实现深化纯化处理，满足后续反渗透膜单元8的进水要求。

见图1所示，本实用新型反渗透膜单元8用于对低浓度废水浓缩减量，反渗透膜单元8的浓液出口与化学软化单元11的加药池连接相通、清液出口与清液管连接相通，反渗透清液TDS低于200mg/L，作为回用水利用，低浓度废水减量率达95-97.5％，大幅度降低废水处理量，而提高处理效率。由于反渗透浓缩液中含有高浓度的硫酸铵，经化学软化单元11后再进入脱氨单元13进行脱氨。见图1所示，本实用新型超滤膜单元6的清液出口通过路管与反渗透膜单元8的进水口连接相通，且路管上设有反渗透进水泵7，通过反渗透进水泵7将超滤清液送至反渗透膜单元8。见图1所示，本实用新型反渗透膜单元8包括串联且膜压力依次增加的至少三级反渗透膜元件，反渗透膜元件包括相连接的苦咸水膜元件、海水淡化膜元件和碟式膜元件，通过多级反渗透膜元件对低浓液进行浓缩。本实用新型先通过低压的苦咸水膜元件脱盐处理，膜通量为15-30LMH，运行压力在0.2-0.5Mpa之间，脱盐率为98％以上。低压膜滤浓液经高压的海水淡化膜元件脱盐处理，膜通量为10-15LMH，运行压力为3-5Mpa之间，脱盐率为97％以上，再将高压膜滤浓液经超高压的碟式膜元件脱盐处理，运行压力在7-10Mpa之间的高压，废水的盐分浓缩至7-10％，低浓度废水的浓缩20-40倍，浓缩效果好。

见图1所示，本实用新型化学软化单元11用于对高浓度废水软化，该高浓度废水包括超滤膜单元6截流后的浓液、反渗透膜元件截流的浓缩液和磷酸铁锂生产过程的排放一次母液和二次母液。化学软化单元11包括依次设置的加药池和沉淀池11-3，加药池还具有高浓母液进水口，加药池设有强制搅拌机构，强制搅拌机构可采用电动搅拌器或其它曝气方式，使药剂与废水进行充分混合，加药池上部的溢流出口与沉淀池11-3的进水口相通，沉淀池11-3的清水出口与脱氨塔13-1下部的进水口连接相通，可在加药池内加入石灰和碳酸钠进行除杂软化并加入混凝剂和絮凝剂，并在沉淀池11-3沉淀后，软化后的高浓度废水进入脱氨单元13内进行脱氨处理。

见图1所示，超滤膜单元6的浓液出口通过浓液管与浓水罐9连接相通，反渗透膜单元8的浓液出口通过浓液管与浓水罐9连接相通，浓水罐9上设有高浓母液的进水口，浓水罐9的排水口通过高浓度进水管与加药池的进料口连接相通，高浓度进水管上设有高浓度进水泵10和控制阀，高浓度进水泵10将浓水罐9中的高浓度废水送至化学软化单元11内进行软化处理。

见图1所示，本实用新型的加药池包括pH调节池11-1和混凝池11-2，pH调节池11-1上的溢流出口与混凝池11-2的进水槽相通，混凝池11-2上部的溢流出口与沉淀池11-3的进水口连接相通，呈酸性的高浓度废水经第二进水泵10输至pH调节池11-1内，投加石灰Ca(OH)₂调节高浓度废水的pH至11-12，将离子态氨转化为游离态氨，同时钙离子与废水中磷酸根反应生成磷酸钙沉淀，而高浓度废水中残留大量的钙离子，再投加碳酸钠，将钙离子转为碳酸钙沉淀，以去除Ca(OH)2带入的钙离子，pH调节池11-1的出水进入混凝池11-2内，可在混凝池11-2加入混凝剂和絮凝剂进行搅拌后流至沉淀池11-3内沉淀，沉淀物经排泥和压滤后外运。本实用新型沉淀池11-3为斜板沉淀池，沉淀池11-3的清水出口通过第一进料管与脱氨塔13-1的进料口连接相通，第一进料管上安装有第一进料泵12和控制阀，软化后的废水总硬度为50-200mg/L，进入脱氨单元13内进行脱氨处理。

见图1所示，本实用新型脱氨单元13用于废水脱氨并制成氨水，包括脱氨塔13-1、换热器13-2和冷凝器13-4，脱氨塔13-1为汽提塔或精馏塔，换热器13-2和冷凝器13-4均为外置式，脱氨塔13-1底部的出水口经换热器13-2与脱氨塔13-1的回料口连接相通，该换热器13-2可采用生蒸汽作为热源，蒸汽压力为0.3-0.5Mpa，通过换热器13-2不断对废水加热并在塔顶集聚氨气，脱氨塔13-1底部的出水口与蒸发结晶器15的加料口连接相通，脱氨后的废水氨氮降至300mg/L以下，废水中盐分大部分为硫酸钠，送至蒸发结晶器15内。而脱氨塔13-1顶部的蒸汽出口经冷凝器13-4与脱氨塔13-1的上回流口连接相通，冷凝器13-4的出水口与氨水管连接相通，塔顶氨气经水吸收后能制得15％浓度的氨水，并存于氨水罐内回用于磷酸铁锂的生产。见图1所示，本实用新型冷凝器13-4的出水口与上回流管连接相通，且上回流管上安装有循环泵13-3和对应的控制阀，当塔顶氨气的氨气浓度不高时，可通过循环泵13-3回流至脱氨塔13-1内继续进行脱氨。

见图1所示，本实用新型蒸发结晶器15用于对脱氨后的出水蒸发结晶制得硫酸钠，蒸发结晶器15下部设有加料口，中部设有与热源相通的蒸汽接口，蒸发结晶器15的出料口与料管连接相通，将硫酸钠送至成品罐，硫酸钠结晶盐经干燥后纯度超过98％，作为产品外销。见图1所示，脱氨塔底部的出水口通过第二进料管与蒸发结晶器15的加料口连接相通，第二进料管在换热器13-2的后侧设有第二进料泵14和控制阀，蒸发结晶器15可采用MVR强制循环蒸发结晶器或多效蒸发器，将硫酸钠蒸发至近饱和状态，并采用热结晶直接获取无水硫酸钠；或者采用冷冻结晶制备十水合硫酸钠，经热熔后获得无水硫酸钠，蒸发冷凝液含盐量在100-500mg/L，可与反渗透膜单元8的反渗透清液混合回用。

Claims (9)

1.一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，其特征在于：包括机械加速澄清池、V型滤池、超滤膜单元、反渗透膜单元、化学软化单元、脱氨单元和蒸发结晶器；

所述的机械加速澄清池用于对低浓度废水进行混凝澄清，机械加速澄清池的进水口与低浓度进水管连接相通、上部的溢流出口与V型滤池上部的进水槽相通，所述的V型滤池和超滤膜单元用于对混凝澄清后的废水进行过滤纯化，V型滤池底部的出水口与超滤膜单元的进水口连接相通，超滤膜单元的清液出口与反渗透膜单元的进水口连接相通、浓液出口与化学软化单元的加药池连接相通；

所述的反渗透膜单元用于对低废水浓缩减量，反渗透膜单元的浓液出口与化学软化单元的加药池连接相通、清液出口与清液管连接相通；

所述化学软化单元用于对高浓度废水软化，包括依次设置的加药池和沉淀池，加药池设有强制搅拌机构，所述的加药池上部的溢流出口与沉淀池的进水口相通，沉淀池的清水出口与脱氨塔下部的进水口连接相通；

所述脱氨单元用于废水脱氨并制成氨水，包括脱氨塔、换热器和冷凝器，脱氨塔底部的出水口经换热器与脱氨塔的回料口连接相通，且脱氨塔底部的出水口与蒸发结晶器的加料口连接相通，脱氨塔顶部的蒸汽出口经冷凝器与脱氨塔的上回流口连接相通，且冷凝器的出水口与氨水管连接相通；

所述的蒸发结晶器用于对脱氨后的出水蒸发结晶制得硫酸钠，蒸发结晶器的下部设有加料口、蒸发结晶器的出料口与料管连接相通。

2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，其特征在于：还具有用于收集低浓度的磷酸铁锂清洗废水的储水罐，储水罐的出水口通过低浓度进水管与机械加速澄清池的进水口连接相通，低浓度进水管上设有低浓度进水泵和控制阀。

3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，其特征在于：所述超滤膜单元为外置式超滤系统，超滤膜单元的膜元件为管式膜、卷式膜或中空纤维膜，且滤孔径在10-100nm之间。

4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，其特征在于：所述的反渗透膜单元包括串联且膜压力依次增加的至少三级反渗透膜元件，所述的反渗透膜元件包括相连接的苦咸水膜元件、海水淡化膜元件和碟式膜元件。

5.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，其特征在于：所述超滤膜单元的浓液出口通过浓液管与浓水罐连接相通，反渗透膜单元的浓液出口通过浓液管与浓水罐连接相通，浓水罐上设有高浓母液的进水口，浓水罐的排水口通过高浓度进水管与加药池的进料口连接相通，且高浓度进水管上设有高浓度进水泵和控制阀。

6.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，其特征在于：所述的加药池包括pH调节池和混凝池，所述pH调节池上的溢流出口与混凝池的进水槽相通，混凝池上部的溢流出口与沉淀池的进水口连接相通，所述的沉淀池为斜板沉淀池，且沉淀池的清水出口通过第一进料管与脱氨塔的进水口连接相通，第一进料管上安装有第一进料泵和控制阀。

7.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，其特征在于：所述的脱氨塔为汽提塔或精馏塔。

8.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，其特征在于：所述的冷凝器的出水口通过上回流管与上回流口连接相通，且上回流管上安装有循环泵和对应的控制阀。

9.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂生产废水制备氨水和硫酸钠的系统，其特征在于：所述脱氨塔底部的出水口通过第二进料管与蒸发结晶器的加料口连接相通，且第二进料管在换热器的后侧设有第二进料泵和控制阀。

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