CN220182788U - 电池级碳酸锂生产系统和锂离子电池正极材料生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及资源回收技术领域，具体而言，涉及电池级碳酸锂生产系统和锂离子电池正极材料生产系统。电池级碳酸锂生产系统包括依次相连接的酸浸装置、浓缩装置、化学除杂装置、树脂除杂装置和沉锂装置；酸浸装置用于对锂磷铁废渣进行酸浸；浓缩装置用于酸浸液进行浓缩；化学除杂装置用于第一除杂；树脂除杂装置用于第二除杂；沉锂装置用于反应制备碳酸锂。该电池级碳酸锂生产系统可获得电池级碳酸锂，实现了锂磷铁废渣的资源化利用。

Description

电池级碳酸锂生产系统和锂离子电池正极材料生产系统

技术领域

本实用新型涉及资源回收技术领域，具体而言，涉及电池级碳酸锂生产系统和锂离子电池正极材料生产系统。

背景技术

近年来，新能源产业发展迅速，其中以锂离子电池的发展最引人注目。目前，锂离子电池在手机、电脑、新能源汽车、储能站等领域中应用广泛。磷酸铁锂电池由于具有安全性高、热稳定性好、价格低廉和污染小的优势，备受推崇。在磷酸铁锂生产过程中，随之产生的污废水需要进行处理，经过污废水处理后产生的锂磷铁废渣作为固体废物被处理，这样不仅会提高处置成本，还会造成锂资源的流失。

目前，碳酸锂的制备路线包括：通过锂辉石，进行焙烧、固液分离、净化、沉淀等工艺实现锂的提取。

又如，专利CN202211515833.2公开了一种锂辉石制备碳酸锂的方法及系统，该系统将含锂辉石的原料浆料依次与低温、中温、高温预热器中的闪蒸蒸汽以及提温压煮器中的高温蒸汽直接热交换，使原料浆料的温度达到反应温度。原料浆料再停留压煮器中得到产物浆料。产物浆料一次在高温、中温、低温闪蒸器中降低压力，排出闪蒸蒸汽，同时降低产物料浆的温度。降温后的产物料浆经过固液分离、净化、沉锂后得到碳酸锂。锂辉石中并没有铁的元素，而锂磷铁废渣中含有大量的铁元素，因此该系统也无法对上述锂磷铁废渣起到解决的作用。

除了传统制备碳酸锂的方式，还应该将锂磷铁废渣进行资源化利用，从而达到可持续发展的目标。因此，开发一种绿色环保的电池级碳酸锂的生产系统，实现锂磷铁废渣的资源化利用，具有重要的意义。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种电池级碳酸锂生产系统，该电池级碳酸锂生产系统可获得电池级碳酸锂，实现了锂磷铁废渣的资源化利用，并降低了电池级碳酸锂的生产成本。

本实用新型的第二目的在于提供一种锂离子电池正极材料生产系统，该锂离子电池正极材料生产系统生产以由锂磷铁废渣制得的电池级碳酸锂为原料，制备锂离子电池正极材料的成本低。

为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了电池级碳酸锂生产系统，包括依次相连接的酸浸装置、浓缩装置、化学除杂装置、树脂除杂装置和沉锂装置；

其中，所述酸浸装置用于对锂磷铁废渣进行酸浸；

所述浓缩装置用于酸浸液进行浓缩；

所述化学除杂装置用于第一除杂；

所述树脂除杂装置用于第二除杂；

所述沉锂装置用于反应制备碳酸锂。

本实用新型所提供的电池级碳酸锂生产系统可制得电池级碳酸锂，其可作为制备锂离子电池正极材料的原料，既提高了附加值，又实现了锂磷铁废渣的资源化利用，避免了锂资源的浪费。

进一步的，所述酸浸装置和所述浓缩装置之间设置有第一固液分离装置。

进一步的，所述浓缩装置包括蒸发浓缩装置。

进一步的，所述蒸发浓缩装置包括MVR蒸发器或多效蒸发器。

进一步的，所述化学除杂装置和所述树脂除杂装置之间设置有第二固液分离装置。

进一步的，所述树脂除杂装置包括离子交换树脂塔。

进一步的，所述离子交换树脂塔包括螯合树脂塔。

进一步的，所述沉锂装置还依次连接有第三固液分离装置、洗涤装置、干燥装置和碳酸锂储存装置。

进一步的，所述化学除杂装置内设置有pH检测装置。

第二方面，本实用新型还提供了锂离子电池正极材料生产系统，包括上述电池级碳酸锂生产系统。

本实用新型所提供的锂离子电池正极材料生产系统，既可避免锂资源的浪费，又可降低锂离子电池的生产成本。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提供的电池级碳酸锂生产系统，可制备获得电池级碳酸锂，其可用于锂离子电池正极材料的制备，附加价值高。

(2)本实用新型提供的电池级碳酸锂生产系统，实现了锂磷铁废渣的高效回收利用，资源利用率高，避免了锂资源的浪费。

(3)本实用新型提供的电池级碳酸锂生产系统，装置简单，成本低，对环境影响小。

(4)采用本实用新型提供的电池级碳酸锂生产系统所制得的电池级碳酸锂，其纯度≥99.5％。

(5)本实用新型提供的电池级碳酸锂生产系统，可使钙杂质和镁杂质的去除率在95％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本实用新型提供的电池级碳酸锂生产系统的结构示意图。

附图标记：

1-酸浸装置；2-浓缩装置；3-化学除杂装置；4-树脂除杂装置；5-沉锂装置；6-第一固液分离装置；7-第二固液分离装置；8-第三固液分离装置；9-洗涤装置；10-干燥装置；11-碳酸锂储存装置；12-pH检测装置。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一方面，针对磷酸铁锂生产废水经处置后产生的锂磷铁废渣造成的锂资源浪费的问题，本实用新型提供了一种电池级碳酸锂生产系统，具体是一种利用锂磷铁废渣制备电池级碳酸锂的生产系统，参见图1所示为该电池级碳酸锂生产系统的结构示意图，其包括依次相连接的酸浸装置1、浓缩装置2、化学除杂装置3、树脂除杂装置4和沉锂装置5。

其中，酸浸装置1用于对废弃的锂磷铁废渣进行酸浸，以达到提锂的目的。

可以理解的是，酸浸装置1上设置有至少一个酸浸原料入料口，用于投入锂磷铁废渣、酸、氧化剂和水等原料。

可选地，酸浸装置1上还设置有加热装置、搅拌装置和pH测量装置中的至少一种，加热装置用于提高酸浸体系温度，搅拌装置用于提高酸浸效率，pH测量装置用于检测酸浸体系的pH值。

锂磷铁废渣例如包括生产磷酸铁锂过程中产生的污废水经过处理后形成的锂磷铁废渣，主要成分包括锂、磷、铁、钙和镁等元素。

锂磷铁废渣与酸、氧化剂、水等进行酸浸处理后，锂元素充分浸出，并浸出部分杂质元素，例如钙、镁、磷等杂质元素。待酸浸完成后固液分离，得到富锂浸出液。

酸浸装置1上还设置有富锂浸出液出料口，用于导出富锂浸出液，使其进入浓缩装置2内。

一优选的实施方式中，酸浸装置1包括反应釜、加热装置和搅拌装置。

为了提高后续除杂效率以及碳酸锂收率，设置浓缩装置2，其用于酸浸液即上述富锂浸出液进行浓缩，得到富锂浓缩液。

一优选的实施方式中，浓缩装置2包括加热器、分离器、压缩机和循环泵。

一优选的实施方式中，富锂浓缩液的浓度为15～50g/L，例如15g/L、18g/L、20g/L、25g/L、30g/L或40g/L。

化学除杂装置3用于对上述富锂浓缩液进行第一除杂，第一除杂的方法包括化学除杂。

一优选的实施方式中，化学除杂装置3内设置有用于检测除杂体系pH值进而提高除杂效率的pH检测装置12。

可以理解的是，化学除杂装置3上设置有至少一个除杂剂入料口，除杂剂例如包括氨水、碳酸氢铵、氢氧化钠等，除杂期间铵根离子和氢氧根离子与富锂浓缩液中的镁离子、钙离子、磷酸根等反应生成磷酸铵镁、磷酸氢钙、磷酸氢镁、碳酸钙、氢氧化镁、磷酸镁等沉淀，实现钙、镁等杂质离子与锂离子的高效分离。经固液分离，得到初步除去钙、镁、磷等杂质的除杂液。

树脂除杂装置4用于第二除杂，第二除杂的方法包括树脂法除杂，上述除杂液中残留有少量的钙、镁等杂质离子，采用树脂法处理上述除杂液，得到精制母液。一优选的实施方式中，树脂法除杂的进水体积为树脂体积的10～50倍，进水流速为5～15BV/h，进水pH控制在7～8。

沉锂装置5用于反应制备碳酸锂，即用于进行沉锂反应。

一优选的实施方式中，沉锂装置5包括反应釜或反应槽。

可以理解的是，沉锂装置5上设置有加热装置、搅拌装置和反应原料入口，上述精制母液经加热并搅拌，随后向其中加入表面活性剂和碳酸钠溶液，在一定温度下完成碳酸锂的沉淀反应，固液分离后，得到碳酸锂，通过洗涤去除该碳酸锂中的可溶性杂质，即可获得电池级碳酸锂。

一优选的实施方式中，表面活性剂包括但不限于CTAB、SDS和SDBS中的至少一种。

一优选的实施方式中，沉锂反应的反应温度为80～95℃，沉锂反应的陈化时间为1～3h。

本实用新型提供的电池级碳酸锂生产系统，锂磷铁废渣先经酸浸装置1酸浸使有价金属锂浸出，然后浸出液经浓缩装置2进行浓缩，对有价金属锂进行富集，再使浓缩液进入化学除杂装置3进行化学法除杂，经初步除去钙、镁杂质后得到除杂液，之后除杂液进入树脂除杂装置4进行树脂法除杂，进一步除去钙、镁等杂质，得到精制母液，最后通过沉锂装置5结晶制备得到电池级碳酸锂。

该电池级碳酸锂生产系统可制备获得电池级碳酸锂，其可用于锂离子电池材料磷酸铁锂的制备，产品附加价值高。

并且，该电池级碳酸锂生产系统实现了锂磷铁废渣的高效回收利用，资源利用率高，避免了资源的浪费，装置简单，对环境影响小。

一优选的实施方式中，该电池级碳酸锂生产系统制备得到的碳酸锂的纯度≥99.5％。

使用该电池级碳酸锂生产系统，钙、镁杂质去除率在95％以上。

一优选的实施方式中，酸浸装置1和浓缩装置2之间设置有第一固液分离装置6，其用于对酸浸后的混合物料进行分离，以获得酸浸液。

第一固液分离装置6可采用任意的、常规的，具有固液分离功能的装置，例如压滤装置、离心过滤装置和真空过滤装置等，但不限于此。

一优选的实施方式中，浓缩装置2包括蒸发浓缩装置2。蒸发浓缩装置2的浓缩效果好，有利于提高后续反应制得碳酸锂的收率。

一优选的实施方式中，蒸发浓缩装置2包括MVR蒸发器或多效蒸发器。

其中，MVR蒸发器是一种新型高效节能蒸发设备，该设备采用低温与低压汽蒸技术和清洁能源为能源产生蒸汽，将媒介中的水分离出来，是先进的蒸发技术。

多效蒸发器，是指同时具有多种功能的蒸发器，它集成了热源、加热、冷却三种功能于一体，在相同时间内可满足更多的使用要求。

一优选的实施方式中，化学除杂装置3和树脂除杂装置4之间设置有第二固液分离装置7，其用于将除杂后的混合物料进行分离，即将杂质沉淀物与锂离子分离，进而获得初步除去钙、镁、磷等杂质的除杂液。

第二固液分离装置7可采用任意的、常规的，具有固液分离功能的装置，例如压滤装置、离心分离装置和真空过滤装置等，但不限于此。

一优选的实施方式中，树脂除杂装置4包括离子交换树脂塔，其中设置有可用于进一步去除钙、镁杂质离子的离子交换树脂。

一优选的实施方式中，离子交换树脂塔包括螯合树脂塔。

螯合树脂塔的工作原理主要是利用螯合树脂与水中钙、镁离子形成配位络合物，把水中的钙、镁离子吸附到树脂的表面。

一优选的实施方式中，沉锂装置5还依次连接有第三固液分离装置8、洗涤装置9、干燥装置10和碳酸锂储存装置11。

其中，第三固液分离装置8用于分离出碳酸锂。第二固液分离装置7可采用任意的、常规的，具有固液分离功能的装置，例如包括压滤装置、离心分离装置以及真空过滤装置等，但不限于此。

洗涤装置9用于洗涤碳酸锂，洗涤后可去除可溶性、易水洗的杂质。干燥装置10用于干燥碳酸锂。

一优选的实施方式中，为了提高可溶性杂质的去除效率，洗涤装置9采用逆流洗涤装置9。其中，逆流洗涤是指用洗涤液对滤饼按逆流方式进行洗涤的操作。

一优选的实施方式中，洗涤的方法包括二级水洗，其中水的添加量为固体体积的2～5倍，水温为70～90℃。

干燥装置10可以采用任意的、常规的，具有干燥功能的装置，例如烘箱、马弗炉等，但不限于此。

一优选的实施方式中，干燥的方法包括：于105～200℃烘箱中干燥4～6h。

碳酸锂储存装置11包括振动筛、除磁器和打包机。

第二方面，本实用新型提供了一种电池级碳酸锂生产系统。

上述电池级碳酸锂生产系统可制得电池级碳酸锂，该电池级碳酸锂可用于制得钴酸锂、锰酸锂、三元材料及磷酸铁锂等锂离子电池正极材料。因此，采用上述锂离子电池正极材料生产系统制得正极材料，既可避免锂资源的浪费，又可降低锂离子电池的生产成本。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本实用新型，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本实用新型范围内的所有这些替换和修改。

Claims (10)

1.电池级碳酸锂生产系统，其特征在于，包括依次相连接的酸浸装置、浓缩装置、化学除杂装置、树脂除杂装置和沉锂装置；

其中，所述酸浸装置用于对锂磷铁废渣进行酸浸；

所述浓缩装置用于酸浸液进行浓缩；

所述化学除杂装置用于第一除杂；

所述树脂除杂装置用于第二除杂；

所述沉锂装置用于反应制备碳酸锂。

2.根据权利要求1所述电池级碳酸锂生产系统，其特征在于，所述酸浸装置和所述浓缩装置之间设置有第一固液分离装置。

3.根据权利要求1所述电池级碳酸锂生产系统，其特征在于，所述浓缩装置包括蒸发浓缩装置。

4.根据权利要求3所述电池级碳酸锂生产系统，其特征在于，所述蒸发浓缩装置包括MVR蒸发器或多效蒸发器。

5.根据权利要求1所述电池级碳酸锂生产系统，其特征在于，所述化学除杂装置和所述树脂除杂装置之间设置有第二固液分离装置。

6.根据权利要求1所述电池级碳酸锂生产系统，其特征在于，所述树脂除杂装置包括离子交换树脂塔。

7.根据权利要求6所述电池级碳酸锂生产系统，其特征在于，所述离子交换树脂塔包括螯合树脂塔。

8.根据权利要求1所述电池级碳酸锂生产系统，其特征在于，所述沉锂装置还依次连接有第三固液分离装置、洗涤装置、干燥装置和碳酸锂储存装置。

9.根据权利要求1所述电池级碳酸锂生产系统，其特征在于，所述化学除杂装置内设置有pH检测装置。

10.锂离子电池正极材料生产系统，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述电池级碳酸锂生产系统。