CN219209534U - 一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，属于氢氧化锂生产技术领域，包括依次相连的溶解罐、pH调节罐、第一缓冲罐、树脂塔、盐罐和双极膜装置，溶解罐上设置有碳酸锂进管和硫酸进管，双极膜装置的进口端与第一进料管、第二进料管、第三进料管和第四进料管相连，第一进料管与盐罐相连，所述第二进料管与极水罐相连，第三进料管与酸罐相连，第四进料管与碱罐相连，双极膜装置的出口端与第一出料管、第二出料管和第三出料管，第一出料管与极水罐相连，所述第二出料管与酸罐相连，第三出料管与碱罐，碱罐还与储存罐和纳滤装置依次相连。本实用新型具有流程短，产生的稀酸/稀盐均可回收重复使用，无副产物生成，成产成本更低。

Description

一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统

技术领域

本实用新型涉及氢氧化锂生产技术领域，具体涉及一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统。

背景技术

现有碳酸锂制电池级氢氧化锂主要有两种工艺：1、烧碱苛化冷冻提硝法：此方法采用硫酸溶解碳酸锂，加烧碱苛化，再冷冻析钠，分离出氢氧化锂二次蒸发结晶，芒硝单独制元明粉。需要消耗大量的硫酸、烧碱，锂回收率较低，成本较高，并产出大量低值附产品。2、石灰苛化法：此方法将碳酸锂乳化，再用石灰乳进行苛化，得到低浓度的氢氧化锂溶液进行二次结晶，生产电池级氢氧化锂，并产生大量的含锂碳酸钙危废，锂回收得率低，蒸汽消耗高，综合成本高。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有制备氢氧化锂的综合成本高的问题，提供一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，以盐湖碳酸锂（或报废锂电池回收的粗品碳酸锂）为原料，用装置自身制备的稀硫酸进行溶解为硫酸锂溶液，再用预处理溶液，处理后的盐溶液进入双极膜装置，制备氢氧化锂，同时产生稀酸，产生的稀硫酸继续对下一批的碳酸锂进行溶解，循环套用，闭环生产。本实用新型具有流程短，产生的稀酸/稀盐均可回收重复使用，无副产物生成，成产成本更低。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，包括依次相连的溶解罐、pH调节罐、第一缓冲罐、树脂塔、盐罐和双极膜装置，所述溶解罐上设置有碳酸锂进管和硫酸进管，所述双极膜装置的进口端与第一进料管、第二进料管、第三进料管和第四进料管相连，所述第一进料管与盐罐相连，所述第二进料管与极水罐相连，所述第三进料管与酸罐相连，所述第四进料管与碱罐相连，所述双极膜装置的出口端与第一出料管、第二出料管和第三出料管，所述第一出料管与极水罐相连，所述第二出料管与酸罐相连，所述第三出料管与碱罐，所述碱罐还与储存罐和纳滤装置依次相连。

优选的，所述纳滤装置后端依次设置有第二缓冲罐、结晶罐、离心罐和烘干罐。

优选的，所述酸罐还与中间罐相连，所述中间罐通过第一回流管和回流泵与溶解罐相连。

优选的，所述溶解罐上设置有排气管，所述排气管上设置有排气风机。

优选的，所述第一进料管上还设置第一进料泵、第一过滤器和第一换热器。

优选的，所述第二进料管上还设置第二进料泵、第二过滤器和第二换热器。

优选的，所述第三进料管上还设置第三进料泵、第三过滤器和第三换热器。

优选的，所述第四进料管上还设置第四进料泵、第四过滤器和第四换热器。

优选的，所述溶解罐与pH调节罐之间设置第五进料泵和第五过滤器，所述pH调节罐与第一缓冲罐之间设置有第六进料泵和第六过滤器，所述储存罐与纳滤装置之间设置有第七进料泵，所述第七进料泵通过第二回流管与pH调节罐相连。

优选的，所述树脂塔有三个。三个树脂塔依次相连。

本技术方案的有益效果如下：

一、本实用新型提供的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，以盐湖碳酸锂（或报废锂电池回收的粗品碳酸锂）为原料，用装置自身制备的稀硫酸进行溶解为硫酸锂溶液，再用预处理溶液，处理后的盐溶液进入双极膜装置，制备氢氧化锂，同时产生稀酸，产生的稀硫酸继续对下一批的碳酸锂进行溶解，循环套用，闭环生产。本实用新型具有流程短，产生的稀酸/稀盐均可回收重复使用，无副产物生成，成产成本更低。

二、本实用新型提供的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，三个树脂塔的使用，采用螯合树脂对盐水溶液进行吸附，要求处理后盐水硬度含量≤10PPM，满足生产需要。

三、本实用新型提供的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，氢氧化锂通过蒸发结晶、离心分离和烘干后即可得到符合国标的电池级单水氢氧化锂。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中另一实施例的结构示意图；

其中： 1、溶解罐；1.1、碳酸锂进管；1.2、硫酸进管；1.3、排气管；1.4、排气风机；2、pH调节罐；3、第一缓冲罐；4、树脂塔；5、盐罐；6、双极膜装置；7、第一进料管；7.1、第一进料泵；7.2、第一过滤器；7.3、第一换热器；8、第二进料管；8.1、第二进料泵；8.2、第二过滤器；8.3、第二换热器；9、第三进料管；9.1、第三进料泵；9.2、第三过滤器；9.3、第三换热器；10、第四进料管；10.1、第四进料泵；10.2、第四过滤器；10.3、第四换热器；11、第一出料管；12、第二出料管；13、第三出料管；14、极水罐；15、酸罐；16、碱罐；17、储存罐；18、纳滤装置；19、中间罐；19.1、第一回流管；19.2、回流泵；20.1、第五进料泵；20.2、第五过滤器；20.3、第六进料泵；20.4、第六过滤器；20.5、第七进料泵；20.6、第二回流管；21、第二缓冲罐；22、结晶罐；23、离心罐；24、烘干罐。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

需要说明的是，当部件被称为“装设于”、“固定于”或“设置于”另一个部件上，它可以直接在另一个部件上或者可能同时存在居中部件。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在居中部件。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

实施例1

如图1所示，一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，包括依次相连的溶解罐1、pH调节罐2、第一缓冲罐3、树脂塔4、盐罐5和双极膜装置6，所述溶解罐1上设置有碳酸锂进管1.1和硫酸进管1.2，所述pH调节罐2上设置有碳酸锂进管1.1，所述双极膜装置6的进口端与第一进料管7、第二进料管8、第三进料管9和第四进料管10相连，所述第一进料管7与盐罐5相连，所述第二进料管8与极水罐14相连，所述第三进料管9与酸罐15相连，所述第四进料管10与碱罐16相连，所述双极膜装置6的出口端与第一出料管11、第二出料管12和第三出料管13，所述第一出料管11与极水罐14相连，所述第二出料管12与酸罐15相连，所述第三出料管13与碱罐16，所述碱罐16还与储存罐17和纳滤装置18依次相连。以盐湖碳酸锂（或报废锂电池回收的粗品碳酸锂）为原料，用装置自身制备的稀硫酸进行溶解为硫酸锂溶液，再用预处理溶液，处理后的盐溶液进入双极膜装置6，制备氢氧化锂，同时产生稀酸，产生的稀硫酸继续对下一批的碳酸锂进行溶解，循环套用，闭环生产。本实用新型具有流程短，产生的稀酸/稀盐均可回收重复使用，无副产物生成，成产成本更低。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的不同点在于：所述纳滤装置18后端依次设置有第二缓冲罐21、结晶罐22、离心罐23和烘干罐24。氢氧化锂通过蒸发结晶、离心分离和烘干后即可得到符合国标的电池级单水氢氧化锂。

其中，所述酸罐15还与中间罐19相连，所述中间罐19通过第一回流管19.1和回流泵19.2与溶解罐1相连。

其中，所述溶解罐1上设置有排气管1.3，所述排气管1.3上设置有排气风机1.4。

其中，所述第一进料管7上还设置第一进料泵7.1、第一过滤器7.2和第一换热器7.3。

其中，所述第二进料管8上还设置第二进料泵8.1、第二过滤器8.2和第二换热器8.3。

其中，所述第三进料管9上还设置第三进料泵9.1、第三过滤器9.2和第三换热器9.3。

其中，所述第四进料管10上还设置第四进料泵10.1、第四过滤器10.2和第四换热器10.3，第一换热器7.3、第二换热器8.3、第三换热器9.3和第四换热器10.3均与冷却水进管和冷却水出管相连。

其中，所述溶解罐1与pH调节罐2之间设置第五进料泵20.1和第五过滤器20.2，所述pH调节罐2与第一缓冲罐3之间设置有第六进料泵20.3和第六过滤器20.4，所述储存罐17与纳滤装置18之间设置有第七进料泵20.5，所述第七进料泵20.5通过第二回流管20.6与pH调节罐2相连。

其中，所述树脂塔4有三个。三个树脂塔4依次相连。三个树脂塔4的使用，采用螯合树脂对盐水溶液进行吸附，要求处理后盐水硬度含量≤10PPM，满足生产需要。

本实用新型包括预处理、双极膜电渗析处理、纳滤处理和成品后处理，预处理主要是由化盐→调节pH→袋式过滤器→树脂交换→双极膜电渗析，其中：

1、预处理：主要包括化盐、调节pH、袋式过滤器、树脂交换，其中：

化盐：用工业级碳酸锂、工业级硫酸调配硫酸锂溶液，化盐终点控制pH在1-2，配制硫酸锂溶液100-120g/L，双极膜电渗析过程中生产的稀硫酸继续对下一批的碳酸锂进行溶解，循环套用；

调节pH：硫酸锂溶液采用氢氧化锂调节pH至10-11，并进行适当沉淀；

树脂交换：采用螯合树脂对盐水溶液进行吸附，要求处理后盐水硬度含量≤10PPM。

2、双极膜电渗析处理：预处理后的硫酸锂溶液，在硫酸锂含量100-120g/L的情况，就可以达到稳定运行条件，其双极膜电渗析运行控制参数：

膜堆尺寸：100cm*40cm；

膜对数：80对；

总面积：32m²；

最高电压：200V；

最高电流：200A；

运行压力：≤0.07Mpa；

电压：≤190V；

电流：≤190A；

压力、流量、温度按要求控制。

盐室置换补加量约0.5m³/次；

酸室置换补加量约0.25m³/次；

碱室置换补加量约0.25m³/次；

电流密度：650-700A/m²；

单批运行时间：120-150min；

碱室终点氢氧化锂浓度48-52g/L；

酸室终点硫酸浓度95-110g/L。

3、成品后处理系统

双极膜装置6产出的含硫酸根的稀碱通过纳滤装置处理，能大幅降低硫酸根含量，达到后续蒸发结晶的要求。

蒸发结晶在温度90-92℃，真空度0.06Mpa，就可以正常快速结晶；离心分离脱水效果较好，能稳定达到游离水含量5%以内；在70-72℃下进行烘干，真空度0.075-0.08Mpa，可以在2小时左右将游离水基本脱除；通过二次结晶就能产出符合国标的电池级单水氢氧化锂。

4、双极膜装置6初次运行

双极膜装置6在新膜初次使用时，会存在钠离子和氯离子的影响，需要运行一定时间去置换，才能将其控制在蒸发结晶要求的水平；纳滤装置新膜不能采用硫代硫酸钠作保护液，否则会污染碱液。

本方案采用双极膜法制备氢氧化锂，具有流程短，产生的稀酸/稀盐均可回收重复使用，无副产物生成。以盐湖碳酸锂（或报废锂电池回收的粗品碳酸锂）为原料，用装置自身制备的稀硫酸进行溶解为硫酸锂溶液，再用预处理溶液，处理后的盐溶液进入双极膜装置6，制备氢氧化锂，同时产生稀酸。产生的稀硫酸继续对下一批的碳酸锂进行溶解，循环套用，闭环生产。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，其特征在于：包括依次相连的溶解罐（1）、pH调节罐（2）、第一缓冲罐（3）、树脂塔（4）、盐罐（5）和双极膜装置（6），所述溶解罐（1）上设置有碳酸锂进管（1.1）和硫酸进管（1.2），所述双极膜装置（6）的进口端与第一进料管（7）、第二进料管（8）、第三进料管（9）和第四进料管（10）相连，所述第一进料管（7）与盐罐（5）相连，所述第二进料管（8）与极水罐（14）相连，所述第三进料管（9）与酸罐（15）相连，所述第四进料管（10）与碱罐（16）相连，所述双极膜装置（6）的出口端与第一出料管（11）、第二出料管（12）和第三出料管（13），所述第一出料管（11）与极水罐（14）相连，所述第二出料管（12）与酸罐（15）相连，所述第三出料管（13）与碱罐（16），所述碱罐（16）还与储存罐（17）和纳滤装置（18）依次相连。

2.根据权利要求1所述的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，其特征在于：所述纳滤装置（18）后端依次设置有第二缓冲罐（21）、结晶罐（22）、离心罐（23）和烘干罐（24）。

3.根据权利要求1或2所述的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，其特征在于：所述酸罐（15）还与中间罐（19）相连，所述中间罐（19）通过第一回流管（19.1）和回流泵（19.2）与溶解罐（1）相连。

4.根据权利要求3所述的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，其特征在于：所述溶解罐（1）上设置有排气管（1.3），所述排气管（1.3）上设置有排气风机（1.4）。

5.根据权利要求4所述的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，其特征在于：所述第一进料管（7）上还设置第一进料泵（7.1）、第一过滤器（7.2）和第一换热器（7.3）。

6.根据权利要求5所述的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，其特征在于：所述第二进料管（8）上还设置第二进料泵（8.1）、第二过滤器（8.2）和第二换热器（8.3）。

7.根据权利要求6所述的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，其特征在于：所述第三进料管（9）上还设置第三进料泵（9.1）、第三过滤器（9.2）和第三换热器（9.3）。

8.根据权利要求7所述的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，其特征在于：所述第四进料管（10）上还设置第四进料泵（10.1）、第四过滤器（10.2）和第四换热器（10.3）。

9.根据权利要求8所述的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，其特征在于：所述溶解罐（1）与pH调节罐（2）之间设置第五进料泵（20.1）和第五过滤器（20.2），所述pH调节罐（2）与第一缓冲罐（3）之间设置有第六进料泵（20.3）和第六过滤器（20.4），所述储存罐（17）与纳滤装置（18）之间设置有第七进料泵（20.5），所述第七进料泵（20.5）通过第二回流管（20.6）与pH调节罐（2）相连。

10.根据权利要求9所述的一种以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的生产系统，其特征在于：所述树脂塔（4）有三个。

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