CN217264876U

CN217264876U - 一种盐湖卤水中锂的富集系统

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Publication number: CN217264876U
Application number: CN202221185863.7U
Authority: CN
Inventors: 梁琪; 范飞; 牟志强; 黄珂; 赵磊; 韩晓欢; 朱芙蓉; 王飘扬
Original assignee: Beijing Water Business Doctor Co ltd
Current assignee: Beijing Water Business Doctor Co ltd
Priority date: 2022-05-18
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2032-05-18

Abstract

本实用新型属于溶液净化分离技术领域，公开了一种盐湖卤水中锂的富集系统，包括依次管路连接的超滤单元、第一纳滤单元、第一反渗透单元、第二纳滤单元和电渗析单元；所述第一反渗透单元的淡水端分别与电渗析单元的进水端、淡水端管路连接，所述第一反渗透单元的淡水端与电渗析单元的进水端连接的管路上设置第二反渗透单元。本实用新型的富集系统结构简单，运行能耗低、成本低，可实现盐湖卤水中镁、锂的分离以及锂的高效富集，非常适合镁含量高的盐湖卤水。

Description

一种盐湖卤水中锂的富集系统

技术领域

本实用新型属于溶液净化分离技术领域，具体涉及一种盐湖卤水中镁和锂的分离、回收系统。

背景技术

锂离子电池具有成本低、使用寿命长等优点，逐步取代化学电池成为储能装置的宠儿。随着新能源汽车产销增长，锂离子电池的需求量也随之增长，而新能源汽车将会成为未来锂消费增长的主要领域，因此电池级碳酸锂被称为“21世纪能源新贵”。锂离子在自然界主要以固体矿物资源（锂辉石、锂云母等）和液体矿物资源（盐湖卤水、海水、油田水等）存在。盐湖卤水的锂资源储量约占锂资源总量的70%～80%。我国盐湖卤水最显著的特点是镁锂比较高。镁离子、锂离子的化学性质极其相近，大量镁离子的存在，使得提取锂离子难度增大。

目前现有膜分离系统大多结构复杂，虽然使得镁、锂离子在一定程度上分离，实现了锂离子富集，但在富集过程中由于各个膜阶段渗透压的增大，使得富集系统的离子富集效率与工艺运行成本增加。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的主要目的是提供一种盐湖卤水中锂的富集系统，该富集系统结构简单，运行能耗低、成本低。

为实现上述目的，本实用新型提供以下具体的技术方案。

一种盐湖卤水中锂的富集系统，包括依次管路连接的吸附单元、超滤单元、第一纳滤单元、第一反渗透单元、第二纳滤单元和电渗析单元；所述第一反渗透单元的淡水端分别与电渗析单元的进水端、淡水端管路连接，第一反渗透单元的淡水端与电渗析单元的进水端连接的管路上设置第二反渗透单元。

本实用新型创造性地在电渗析单元与第一反渗透单元之间新增第二反渗透系统，可将电渗析淡水引入第一反渗透单元的淡水端，通过提高第一反渗透单元膜淡水侧的盐含量，减少反渗透膜两侧的渗透压，降低膜两侧的跨膜压差，提高第一反渗透单元产水率及浓缩效果，提高富集系统的离子富集效率，降低成本。

优选地，所述富集系统包括吸附单元和解析液罐，所述解析液罐、超滤单元分别与吸附单元管路连接。

优选地，所述富集系统包括过滤单元，所述过滤单元与吸附单元管路连接。

优选地，所述第一纳滤单元的浓水端与吸附单元管路连通；所述第二反渗透单元的淡水端与解析液罐管路连通；所述第二纳滤单元的浓水端与超滤单元管路连通。

优选地，所述第一反渗透单元为一级n段式反渗透装置或m级反渗透装置，其中，n、m均不小于2。进一步优选所述第一反渗透单元中，一级多段式反渗透装置或多级反渗透装置的最后一段反渗透装置的淡水端或最后一级反渗透装置的淡水端与电渗析单元的淡水端、进水端管路连通；一级多段式反渗透装置或多级反渗透装置的非最后一段反渗透装置的淡水端或非最后一级反渗透装置的淡水端与解析液罐连通。

优选地，第一反渗透单元的淡水端与电渗析单元的淡水端之间连通的管路上设置高压泵。

优选地，所述第一反渗透单元的淡水端与第二反渗透单元连接的管路上设置中间水罐；所述中间水罐与第一反渗透单元的淡水端另再设置第二管道连接。

优选地，所述电渗析单元的淡水端与第一反渗透单元的淡水端连接的管路和第二管道在接近第一反渗透单元的淡水端处汇集成一条管路与所述第一反渗透单元的淡水端连接。

优选地，所述第二管道上设置循环泵，进一步优选所述循环泵设置在所述第一反渗透单元的淡水端与第一反渗透单元的淡水端连接的管路和第二管道在接近第一反渗透单元的淡水端处汇集成形成的管路上。

优选地，所述第一反渗透单元和第二反渗透单元采用苦咸水膜；所述第一纳滤单元、第二纳滤单元采用一价或二价离子选择性纳滤膜；所述电渗析单元采用均相离子交换膜。

进一步优选地，所述一价或二价离子选择性纳滤膜为二段式或多段式结构。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下明显的有益效果。

（1）本实用新型的富集系统结构简单，运行能耗低、成本低，可实现盐湖卤水中镁、锂的分离以及锂的高效富集，非常适合镁含量高的盐湖卤水。

（2）本实用新型的富集系统对纳滤、反渗透、电渗析过程中的产水进行回收和利用，降低了系统的能耗、锂资源浪费及废水排放。

（3）本实用新型的富集系统中电渗析产水进入反渗透淡水端，降低反渗透膜两侧的渗透压，提高了反渗透浓缩效果，并减少了膜污堵。

附图说明

图1为本实用新型工艺系统结构简图。

图2为部分实施例的工艺流程图。

具体实施方式

为更好的说明本实用新型的目的、技术方案和优点，下面将通过实施例进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限制本实用新型的范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法，所用设备均可通过商业途径获得。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种盐湖卤水中锂的富集系统，包括依次管路连接的过滤单元1、吸附单元2、超滤单元4、第一纳滤单元5、第一反渗透单元6、第二纳滤单元7和电渗析单元8；吸附单元2设置有与其管路连通的解析液罐3，电渗析单元8的淡水端、进水端均与第一反渗透单元6的淡水端管路连接，第一反渗透单元6的淡水端与电渗析单元8的进水端连接的管路上设置第二反渗透单元10，第一纳滤单元5的浓水端、第二反渗透单元10的淡水端与吸附单元2管路连通；第二纳滤单元7的浓水端与超滤单元4连通。

其中：

第一纳滤单元5、第二纳滤单元7采用一价或二价离子选择性纳滤膜，一价或二价离子选择性纳滤膜为二段式或多段式结构。

电渗析单元8采用均相离子交换膜。

第一反渗透单元6为一级n段式反渗透装置或m级反渗透装置，其中，n、m均不小于2。

第一反渗透单元6和第二反渗透单元10均采用苦咸水膜作为反渗透膜。

第一反渗透单元6中，一级多段式反渗透装置或多级反渗透装置的最后一段反渗透装置的淡水端或最后一级反渗透装置的淡水端与电渗析单元8的淡水端、进水端管路连通；一级多段式反渗透装置或多级反渗透装置的非最后一段反渗透装置的淡水端或非最后一级反渗透装置的淡水端与解析液罐3连通；第一反渗透单元6的淡水端与第二反渗透单元10连接的管路上设置中间水罐9；中间水罐9与第一反渗透单元6的淡水端另再设置一根管道连通，该管路为第二管路，在本实施例中，所述电渗析单元8的淡水端与第一反渗透单元6的淡水端连接的管路和第二管道在接近第一反渗透单元8的淡水端处汇集成一条管路与所述第一反渗透单元8的淡水端连接，第二管道上设置循环泵。

本实施例中，过滤单元1设置为对待处理卤水进行初始过滤。吸附单元2连通有解析液罐3，吸附单元2设置为对初始过滤后的卤水进行吸附，然后通入解析液进行解析。将吸附解析液送入超滤单元4，去除吸附解吸液中的不溶物质、悬浮物、胶体等，作为解析液的预处理装置。

本实施例中，通过选择性纳滤膜对吸附解析液中的Cl^-和SO₄ ^2-进行初步分离，使得纳滤淡水的[Cl^-]/[SO₄ ^2-]进一步增大，而纳滤浓水中[Cl^-]/[SO₄ ^2-]进一步减小，从而将溶液中Ca²⁺、Mg²⁺等二价离子与Li⁺有效分离。该系统在运行过程中，作为优选方案之一，第一纳滤淡水中的锂离子含量无明显变化，镁离子的含量可降低90%，第二纳滤淡水中的镁离子的去除率为95%以上。

本实施例中，第一纳滤浓水中，仍含有较高浓度的Li⁺，返回吸附单元重复回收，大大提高了锂离子的回收利用率。第一反渗透浓水进入第二纳滤单元7，进行二级镁离子、锂离子分离。第二纳滤淡水进入电渗析单元8，通过电渗析单元对纳滤淡水中的锂离子进一步浓缩富集。电渗析产水中的盐含量及锂离子含量较高，镁离子含量较低。

本实施例中，电渗析淡水为低浓度的盐溶液，输送至第一反渗透单元6，与第一反渗透淡水混合，作为第一反渗透单元6的后端出水，降低反渗透膜两侧的渗透压以及膜两侧的跨膜压差。同时，将第一反渗透单元6的后端出水通过单独的第二反渗透单元10进行处理，不再经过第二纳滤单元7，可以减少锂离子的损失。

本实施例中，为保证电渗析单元8具有更好的盐转移效率，可提高电渗析淡水中的盐含量。较高盐含量的电渗析淡水返回到第一反渗透单元6的高倍浓缩段的淡水端，可进一步降低反渗透膜两侧的压差，缓解反渗透膜的污堵问题。而且，第一反渗透单元6的后端出水经第二反渗透单元10浓缩后的浓水直接回到电渗析单元8进行浓缩，Li离子没有损失。第二反渗透淡水则送入与吸附单元2管道连通的的解析液罐3。

如图2所示，为本实施例中一种盐湖卤水中锂的富集系统的使用工艺流程图，具体示例如下：

盐湖卤水经过滤单元过滤、吸附单元吸附、通过解析液罐中的解析液进行解析后，所的吸附解析液中：锂离子的浓度为800 mg/L，镁离子的浓度为400 mg/L，镁离子与锂离子的质量比为1:2，含盐量为7800 mg/L。本实施例中吸附解析液的来液量为250m³/h。

实施例中各阶段锂离子的回收率通过以下方式计算得到：锂离子的回收率=（产水量×锂离子浓度）/（进水量×锂离子浓度）。

超滤：

将吸附解析液送入超滤单元除杂，并得到超滤产水。超滤产水中锂离子、镁离子浓度几乎没有变化，超滤产水的量约为237.5 m³/h。

第一纳滤：

超滤产水经过第一纳滤单元，得到第一纳滤淡水和以及第一纳滤浓水。

第一纳滤单元采用一价离子选择性纳滤膜，第一纳滤单元由2套纳滤膜设备组成，每套纳滤膜设备均采用二段式结构串联组成。纳滤膜设计压力≤4.0MPa，设计温度10~40℃，设计pH=2~11。

第一纳滤淡水中的锂离子浓度为815 mg/L，镁离子浓度降低至90 mg/L，镁离子与锂离子的质量比为1:9.05；第一纳滤淡水量约为208.24 m3/h，含盐量为6872mg/L。

第一纳滤浓水量约为36.75 m³/h，含盐量为21000 mg/L，锂离子含量约为1418mg/L，直接返回解析液罐用与吸附单元，增加锂离子回收。经过第一纳滤氮源后，锂离子的回收率约为85%。

反渗透：

第一纳滤淡水进入第一反渗透单元进行浓缩。

第一反渗透单元由2套反渗透膜设备组成，每套反渗透设备采用三段式设计，每段反渗透单元分别含有不同数量的反渗透膜；设计压力≤4.0MPa，设计温度为10~40℃，设计pH值为2~11。第一纳滤淡水经过第一套反渗透膜设备，依次经过各段反渗透单元进行浓缩，得到一级反渗透浓水和一级反渗透淡水。一级反渗透淡水输送至解析液罐。一级反渗透浓水进入第二套反渗透膜设备，依次经过各段反渗透单元进行浓缩，得到第一反渗透浓水和第一反渗透淡水。第一反渗透浓水的量约为49.98 m³/h，锂离子的浓度为3303.2 mg/L，镁离子的浓度为364.5mg/L，镁离子和锂离子的质量比为1:9.06，含盐量为26725.6mg/L；第一反渗透淡水的量约为33.32 m³/h，锂离子含量约为39.96 mg/L，镁离子含量约为4.41 mg/L，返回吸附单元用做淋洗水，提高反渗透淡水的利用率。

第二纳滤：

第一反渗透浓水进入第二纳滤单元进行二次镁锂分离。第二纳滤单元采用一价离子选择性纳滤膜，由2套纳滤膜设备组成，每套纳滤膜设备均采用二段式结构串联组成。纳滤膜设计压力≤4.0MPa，设计温度为10~40℃，设计pH值为2~11。

第一反渗透浓水经过第二纳滤单元后，得到第二纳滤浓水和第二纳滤淡水。第二纳滤淡水的量约为42.48 m³/h，锂离子的浓度为3138.3 mg/L，镁离子的浓度为72.90 mg/L，镁离子和离子的质量比为1:43.04，含盐量为24537.3mg/L；第二纳滤浓水含盐量约为138mg/L，其中锂离子含量约为22.66 mg/L，镁离子浓度约为0.61 mg/L，直接返回第一纳滤单元，减少锂离子流失及废水排放。整个第二纳滤单元使得第二纳滤淡水中锂离子的回收率可达到85%。

电渗析：

采用均相离子交换膜作为电渗析单元的离子选择膜，将第二纳滤淡水和第二反渗透浓水经过电渗析单元进行浓缩，得到电渗析浓水和电渗析产水。电渗析浓水的量约为5.52 m3/h，锂离子的浓度为15.77g/L，镁离子浓度约为0.34 g/L；镁离子与锂离子的质量比为0 .022:1，含盐量约为104g/L。电渗析浓水中锂离子浓度已达到制备高纯锂所需的锂离子浓度，可用于后续制备锂盐工艺步骤。

利用循环水泵将电渗析产水引入第一反渗透单元的第二套反渗透膜设备的最后一段的产水端与第一反渗透淡水混合后，作为第一反渗透单元的后端出水；后端出水直接进入第二反渗透单元进行浓缩得到第二反渗透淡水和第二反渗透浓水，或者，第一反渗透单元的后端出水被输送至中间水罐储存。中间水罐中储存的第一反渗透单元的后端出水进入第二反渗透单元进行浓缩，得到第二反渗透淡水和第二反渗透浓水；或者中间水罐中储存的第一反渗透单元的后端出水进一步和电渗析产水、第一反渗透淡水混合后，作为第一反渗透单元的后端出水。

第二反渗透淡水被输送至解析液罐。第二反渗透浓和第二纳滤淡水混合后，进入电渗析单元浓缩。

通过提高反渗透膜产水侧的盐含量，降低反渗透膜两侧的跨膜压差，解决膜易污堵、产水率不高、浓缩效果差等问题。

电渗析淡水的量约为64.21 m³/h，输送至第一反渗透单元，与第一反渗透淡水混合后，作为第一反渗透单元的后端出水，降低反渗透膜的压差。第一反渗透淡水的量约为97.53 m³/h，盐含量逐渐下降到4653mg/L，其中锂离子含量约为759.7mg/L，镁离子含量约为21.62 mg/L。

第二反渗透浓水的量约为24.38 m³/h，盐含量提高到18.3g/L，锂离子含量约为2970.8 mg/L，镁离子浓度约为84.68 mg/L。第二反渗透浓水与第二纳滤淡水混合后，回到电渗析单元进行处理，使得电渗析单元的进水量增加到66.86m³/h，进水中的锂离子浓度约为1133.21 mg/L，镁离子浓度约为30.56 mg/L，其含盐量约为22.23 g/L。第二反渗透淡水的量约为73.15 m³/h，锂离子含量约为22.66 mg/L，镁离子含量约为0.61mg/L，输送至解析液罐，作为淋洗水和解析液的配置水使用。

第二反渗透单元采用咸水膜作为反渗透膜即可。

本实施例的方案实现了盐湖卤水中的镁、锂分离及锂的高效富集，最终得到的电渗析浓水具有较高的锂离子浓度，因此可直接用于制备高纯锂。在整个镁锂分离过程中锂离子的收率大于68％。在盐湖卤水的处理过程中，所有阶段的水全部得到利用，没有外排水，锂离子的回收率非常高，基本上可认为是99%。

在本实用新型的其他实施方式中，第一反渗透单元为一级三段式，利用循环水泵将电渗析产水引入三段产水端。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种盐湖卤水中锂的富集系统，其特征在于，所述富集系统包括依次管路连接的超滤单元、第一纳滤单元、第一反渗透单元、第二纳滤单元和电渗析单元；所述第一反渗透单元的淡水端分别与电渗析单元的进水端、淡水端管路连接，所述第一反渗透单元的淡水端与电渗析单元的进水端连接的管路上设置第二反渗透单元。

2.如权利要求1所述的富集系统，其特征在于，所述富集系统包括吸附单元和解析液罐，所述解析液罐、超滤单元分别与吸附单元管路连接。

3.如权利要求2所述的富集系统，其特征在于，所述富集系统包括过滤单元，所述过滤单元与吸附单元管路连接。

4.如权利要求2所述的富集系统，其特征在于，所述第一纳滤单元的浓水端与吸附单元管路连通；所述第二反渗透单元的淡水端与解析液罐管路连通；所述第二纳滤单元的浓水端与超滤单元管路连通。

5.如权利要求2或4所述的富集系统，其特征在于，所述第一反渗透单元为一级n段式反渗透装置或m级反渗透装置，其中，n、m均不小于2。

6.如权利要求5所述的富集系统，其特征在于，所述第一反渗透单元中，一级多段式反渗透装置或多级反渗透装置的最后一段反渗透装置的淡水端或最后一级反渗透装置的淡水端与电渗析单元的淡水端、进水端管路连通；一级多段式反渗透装置或多级反渗透装置的非最后一段反渗透装置的淡水端或非最后一级反渗透装置的淡水端与解析液罐连通。

7.如权利要求1所述的富集系统，其特征在于，所述第一反渗透单元的淡水端与第二反渗透单元连接的管路上设置中间水罐；所述中间水罐与第一反渗透单元的淡水端另再设置第二管道连接。

8.如权利要求7所述的富集系统，其特征在于，所述电渗析单元的淡水端与第一反渗透单元的淡水端连接的管路和第二管道在接近第一反渗透单元的淡水端处汇集成一条管路。

9.如权利要求7或8所述的富集系统，其特征在于，所述第二管道上设置循环泵。

10.如权利要求1所述的富集系统，其特征在于，所述第一反渗透单元和第二反渗透单元采用苦咸水膜；所述第一纳滤单元、第二纳滤单元采用一价或二价离子选择性纳滤膜；所述电渗析单元采用均相离子交换膜。