RU2795224C1 - Process and method for lithium carbonate purification based on a lithium chloride solution with impurities - Google Patents

Process and method for lithium carbonate purification based on a lithium chloride solution with impurities Download PDF

Info

Publication number
RU2795224C1
RU2795224C1 RU2022118631A RU2022118631A RU2795224C1 RU 2795224 C1 RU2795224 C1 RU 2795224C1 RU 2022118631 A RU2022118631 A RU 2022118631A RU 2022118631 A RU2022118631 A RU 2022118631A RU 2795224 C1 RU2795224 C1 RU 2795224C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lithium
temperature
carbonate
lithium carbonate
crystallization
Prior art date
Application number
RU2022118631A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Джейсон Эллис ХЕЙН
Йоханнес Пьер КЕННЕПОЛ
Original Assignee
Дзе Юниверсити Оф Бритиш Коламбиа
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дзе Юниверсити Оф Бритиш Коламбиа filed Critical Дзе Юниверсити Оф Бритиш Коламбиа
Application granted granted Critical
Publication of RU2795224C1 publication Critical patent/RU2795224C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: inorganic chemistry.
SUBSTANCE: recovery of high purity lithium from crude lithium chloride brine. Crude brine is loaded into a feed tank maintained at temperature T1 and containing a source of carbonate sufficient to precipitate all of the carbonate-forming solids in the crude brine to form a precipitated mixture and a crystal-free supernatant. The supernatant is fed from the feed tank to the first crystallization reactor, which is maintained at temperature T2, crystallizing lithium carbonate therefrom. Temperature T1 is less than temperature T2. The flow rate is controlled by maintaining an equilibrium concentration of lithium carbonate in the dissolved phase of the crystallization reactor.
EFFECT: method allows continuous work on selective crystallization with a significant reduction in the size of the equipment used.
8 cl, 7 dwg, 2 tbl, 1 ex

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

По данной обычной заявке испрашивается приоритет по 35 U.S.C. § 119(e) предварительной заявки США No. 62/946767, поданной 11 декабря 2019, которая непосредственно включена посредством ссылки в настоящую заявку.This ordinary application claims priority under 35 U.S.C. § 119(e) U.S. Provisional Application No. 62/946767, filed December 11, 2019, which is directly incorporated by reference into this application.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Область настоящего изобретения:1. Scope of the present invention:

Настоящее изобретение в общем относится к способам извлечения карбоната лития высокой чистоты из неочищенного рассола. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам очистки карбоната лития высокой чистоты из рассола хлорида лития, с промежуточным использованием карбоната лития.The present invention generally relates to methods for recovering high purity lithium carbonate from crude brine. More specifically, the present invention relates to methods for purifying high purity lithium carbonate from lithium chloride brine, using lithium carbonate as an intermediate.

2. Описание уровня техники:2. Description of the prior art:

Мировая горнодобывающая промышленность лития изо всех сил пыталась удовлетворить быстро растущий спрос на сырье для карбоната лития батарейного качества, применяемого для изготовления катодов и электролитов в производстве литий-ионных батарей. Спрос обусловлен быстрым внедрением батарейных, электрических и гибридных электромобилей для сокращения выбросов транспортными средствами, а также внедрением больших литий-ионных батарей для балансировки энергоснабжения с потребностью в электроэнергии для систем производства возобновляемой энергии, включая солнечную, ветровую и приливную энергию.The global lithium mining industry has struggled to meet the rapidly growing demand for raw materials for battery grade lithium carbonate, which is used to make cathodes and electrolytes in the lithium-ion battery industry. Demand is driven by the rapid adoption of battery, electric and hybrid electric vehicles to reduce vehicle emissions, as well as the introduction of large lithium-ion batteries to balance power supply with electricity demand for renewable energy generation systems, including solar, wind and tidal power.

Карбонат лития «батарейного качества» представляет собой общий термин, но обычно его применяют для обозначения чистоты карбоната лития выше 99,5%. Свойства лития делают его одним из самых привлекательных батарейных материалов из всех элементов. Во всем мире перезаряжаемые литий-ионные батареи питают большинство сотовых телефонов и портативных компьютеров, а также большинство мощных электроинструментов, а автопроизводители применяют и разрабатывают усовершенствования для литий-ионных батарей для электромобилей (EV), гибридных электромобилей (HEV) и подключаемых гибридных электромобилей (PHEV). Перезаряжаемые литий-ионные батареи также применяют в системах хранения электроэнергии."Battery grade" lithium carbonate is a general term, but is commonly used to refer to a purity of lithium carbonate greater than 99.5%. The properties of lithium make it one of the most attractive battery materials of all elements. Worldwide, rechargeable lithium-ion batteries power most cell phones and laptop computers, as well as most powerful power tools, and automakers are applying and developing improvements to lithium-ion batteries for electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs). ). Rechargeable lithium-ion batteries are also used in energy storage systems.

Хотя литий является широко распространенным элементом, подавляющее большинство химических поставок лития в мире поступает из двух основных областей: богатых литием континентальных соляных месторождений в Чили и Аргентине; и месторождения в твердой породе сподуменового пегматита в западной Австралии. Как правило, соляные месторождения перерабатываются внутри страны для производства химикатов карбоната лития, в то время как месторождения в твердой породе сподумена добываются и концентрируются внутри страны, а затем концентрат отправляется в Китай, где он подвергается дальнейшей переработке и преобразованию в моногидрат гидроксида лития.Although lithium is a ubiquitous element, the vast majority of the world's chemical supply of lithium comes from two main areas: lithium-rich continental salt deposits in Chile and Argentina; and hard rock deposits of spodumene pegmatite in western Australia. Typically, salt deposits are processed domestically to produce lithium carbonate chemicals, while spodumene hard rock deposits are mined and concentrated domestically, and then the concentrate is sent to China, where it is further processed and converted into lithium hydroxide monohydrate.

В частности, что касается соляных месторождений в Чили и Аргентине, они, как правило, закачиваются на поверхность и проходят цикл через серию испарительных прудов в течение 12-24 месяцев. В данных прудах происходят три основных процесса: испарение воды в атмосферу и последующее концентрирование; осаждение различных видов солей по мере достижения пределов насыщения; и принудительное осаждение различных видов солей по мере добавления реагентов в пруды. Обычно полученные растворы, богатые хлоридом лития, затем дополнительно очищают различными промышленными способами, а затем превращают в конечный продукт, карбонат лития. Классический способ, обычно применяемый для производства карбоната лития, трудно контролировать, и он часто дает относительно грязную форму карбоната лития, называемую формой с «технической чистотой». Данный технический карбонат лития подходит для нескольких промышленных применений лития, но обычно не подходит для применения в современных литий-ионных батареях.In particular, for salt deposits in Chile and Argentina, they are typically pumped to the surface and cycle through a series of evaporation ponds over a period of 12-24 months. Three main processes take place in these ponds: evaporation of water into the atmosphere and subsequent concentration; precipitation of various types of salts as saturation limits are reached; and forced precipitation of various types of salts as chemicals are added to the ponds. Typically, the resulting lithium chloride-rich solutions are then further purified by various industrial processes and then converted to the final product, lithium carbonate. The classical process commonly used to produce lithium carbonate is difficult to control and often produces a relatively dirty form of lithium carbonate, referred to as the "technical grade" form. This commercial grade lithium carbonate is suitable for several industrial applications of lithium, but is generally not suitable for modern lithium-ion battery applications.

Обычно в промышленности технический карбонат лития обогащают с применением CO2 или способа бикарбонатизации, что приводит к дополнительной технической и эксплуатационной сложности, а также к дополнительным эксплуатационным расходам. На всех этапах производства карбоната лития с применением стандартных отраслевых способов периодической кристаллизации образование чистых кристаллов карбоната лития (без включений других солей) затруднено.Typically in the industry commercial lithium carbonate is enriched using CO 2 or a bicarbonate process, which leads to additional technical and operational complexity, as well as additional operating costs. At all stages of the production of lithium carbonate using industry standard methods of periodic crystallization, the formation of pure crystals of lithium carbonate (without inclusions of other salts) is difficult.

Хотя обычная обработка рассолов для производства солей или растворов, обогащенных литием, позволяет устранить большую часть мешающих ионов, остается потребность в упрощенном удалении мешающих ионов из необработанных твердых выделенных солей лития для производства карбоната лития батарейного качества. Существующие способы являются неэффективными с точки зрения энергии, времени и материалов, необходимых для переработки сырого (технического) карбоната лития до уровня чистоты, достаточного для современных аккумуляторных батарей.While conventional processing of brines to produce lithium rich salts or solutions eliminates most of the interfering ions, there remains a need for simplified removal of interfering ions from raw solid lithium salts for the production of battery grade lithium carbonate. Existing methods are inefficient in terms of the energy, time and materials required to process raw (technical) lithium carbonate to a level of purity sufficient for modern batteries.

Производство карбоната лития приемлемого качества из рассолов требует применения способов удаления специфических катионов и анионов, которые сопровождают литий в растворе, а затем концентрирования лития для экстракции.The production of acceptable quality lithium carbonate from brines requires the use of methods to remove the specific cations and anions that accompany lithium in solution and then to concentrate the lithium for extraction.

Принято, хотя и не доказано, что кристалл хлорида лития, содержащий более или равное 0,07% по весу Mg, может иметь слишком высокое содержание магния, чтобы его можно было применять для получения металлического лития и для последующего применения в производстве литийметаллоорганических соединений. Таким образом, промышленность требует, чтобы органолитиевые катализаторы в реакциях полимеризации содержали мало магния. Хлорид лития с высоким содержанием магния также может отрицательно повлиять на работу электролизера лития при производстве металлического лития.It is accepted, although not proven, that a lithium chloride crystal containing greater than or equal to 0.07% by weight of Mg may have too high a magnesium content to be useful in the production of lithium metal and subsequent use in the production of organolithium metal compounds. Thus, the industry requires that organolithium catalysts in polymerization reactions contain little magnesium. Lithium chloride with a high magnesium content can also adversely affect the operation of the lithium cell in the production of lithium metal.

Аналогично, о примеси натрия в кристалле хлорида лития сообщается при получении металлического лития. Таким образом, желательны соли лития с низким содержанием натрия. Натрий в кристаллах хлорида лития выше 0,6% по весу дает металл, содержащий 1% по весу натрия или выше. Концентрация натрия приблизительно 1% по весу в металлическом литии или выше делает металлический литий более реактивным по отношению к естественным компонентам воздуха, что делает металл более трудным и опасным в обращении. В таблице 1 приведены данные, касающиеся пределов и допустимых количеств натрия в различных источниках лития:Similarly, sodium impurity in lithium chloride crystal is reported in the production of lithium metal. Thus, low sodium lithium salts are desirable. Sodium in lithium chloride crystals above 0.6% by weight produces a metal containing 1% by weight of sodium or more. A sodium concentration of approximately 1% by weight in lithium metal or higher makes the lithium metal more reactive towards natural air constituents, making the metal more difficult and dangerous to handle. Table 1 provides data regarding the limits and allowable amounts of sodium in various sources of lithium:

ТАБЛИЦА 1TABLE 1

Содержание натрия хлорида литияSodium content of lithium chloride

Максимальное содержание Na в LiClMaximum Na content in LiCl Химическая чистотаChemical purity Батарейная чистотаBattery cleanliness Металлическая чистотаmetallic purity % Хлорид лития% lithium chloride 99,299.2 99,299.2 99,899.8 % Na**% Na** 0,170.17 0,040.04 0,00060.0006

** % по весу в хлориде лития.**% by weight in lithium chloride.

Коммерческие способы, применяемые для производства карбоната лития и хлорида лития с низким содержанием натрия в промышленных масштабах, включают извлечение соединений лития из месторождений полезных ископаемых, таких как руда, содержащая сподумен, и природные рассолы. Описан ряд способов, и некоторые из них были коммерциализированы для производства карбоната лития из данных источников.Commercial processes used to produce low sodium lithium carbonate and lithium chloride on an industrial scale include the recovery of lithium compounds from mineral deposits such as spodumene ore and natural brines. A number of processes have been described and some have been commercialized for the production of lithium carbonate from these sources.

Один из данных коммерческих способов включает извлечение лития из руды или рассола, содержащих литий, с получением раствора чистого сульфата лития, как описано в патенте США П№ 2516109, или раствора хлорида лития, такого как описанный в патенте США № 5219550. После очистки растворов добавляют карбонат натрия в виде твердого вещества или раствора для осаждения кристаллов карбоната лития. Затем карбонат лития отфильтровывают от отработанного раствора (маточного раствора), и карбонат лития промывают, сушат, сортируют и упаковывают.One of these commercial methods involves the extraction of lithium from an ore or brine containing lithium, obtaining a solution of pure lithium sulfate, as described in US patent No. 2516109, or a solution of lithium chloride, such as described in US patent No. 5219550. After purification of the solutions, add sodium carbonate in the form of a solid or solution for the precipitation of lithium carbonate crystals. Then, the lithium carbonate is filtered from the waste solution (mother liquor), and the lithium carbonate is washed, dried, sorted and packaged.

Карбонат лития часто применяют в качестве сырья для получения других соединений лития, таких как хлорид лития, моногидрат гидроксида лития, бромид лития, нитрат лития, сульфат лития, ниобат лития, различных литийсодержащих катодных материалов, электролитных солей и т.д. Карбонат лития сам по себе применяют в качестве добавки в электролитическом производстве алюминия для повышения эффективности гальванических элементов и в качестве источника оксида лития при производстве стекла, эмалей и керамики. Карбонат лития высокой чистоты применяют в медицине и современных батареях.Lithium carbonate is often used as a raw material to produce other lithium compounds, such as lithium chloride, lithium hydroxide monohydrate, lithium bromide, lithium nitrate, lithium sulfate, lithium niobate, various lithium-containing cathode materials, electrolyte salts, etc. Lithium carbonate itself is used as an additive in the electrolytic production of aluminum to increase the efficiency of galvanic cells and as a source of lithium oxide in the production of glass, enamels and ceramics. High purity lithium carbonate is used in medicine and modern batteries.

Например, применяемый в настоящее время коммерческий способ производства хлорида лития химической чистоты заключается в реакции литиевого основания, такого как моногидрат карбоната лития или гидроксид лития, с концентрированной соляной кислотой с получением чистого соляного раствора хлорида лития. Полученный соляной раствор хлорида лития выпаривают в вакуумном кристаллизаторе при температуре 101°C или выше с получением продукта, кристаллического безводного хлорида лития. Данный способ дает продукт, который соответствует большинству коммерческих спецификаций для хлорида лития химической чистоты, но не для хлорида лития с низким содержанием натрия.For example, the current commercial method for producing chemical grade lithium chloride is to react a lithium base such as lithium carbonate monohydrate or lithium hydroxide with concentrated hydrochloric acid to produce a pure lithium chloride brine. The resulting lithium chloride brine is evaporated in a vacuum crystallizer at a temperature of 101°C or higher to obtain a product, crystalline anhydrous lithium chloride. This method produces a product that meets most commercial specifications for chemical grade lithium chloride, but not for low sodium lithium chloride.

Хлорид лития химической чистоты подходит для воздушной сушки, флюсов, промежуточного соединения при производстве смешанных ионообменных цеолитов, а также в качестве сырья для электролизной ячейки для производства металлической лития химической чистоты.Chemical grade lithium chloride is suitable for air drying, fluxes, intermediate compound in the production of mixed ion exchange zeolites, and also as raw materials for electrolysis cell for the production of chemical grade lithium metal.

Металлический литий химически чистый применяют, в том числе, для производства литийметаллоорганических соединений. Данные соединения применяют в качестве катализатора в полимеризации и фармацевтической промышленности.Chemically pure lithium metal is used, among other things, for the production of organolithium metal compounds. These compounds are used as a catalyst in the polymerization and pharmaceutical industries.

Безводный хлорид лития химической чистоты должен содержать менее 0,16% натрия для получения металла, содержащего менее 1% натрия. Важность минимизации содержания натрия в металле и связанные с этим затраты являются принципиальными причинами применения моногидрата гидроксида лития или карбоната лития в качестве сырья для получения хлорида лития, а затем и металлического лития. Принимая во внимание это, хлорид лития с низким содержанием натрия обычно содержит менее 0,0008% по весу натрия и производится в промышленных масштабах для производства металлического лития с низким содержанием натрия, пригодного для применения в батареях и для производства сплавов.Chemical grade anhydrous lithium chloride must contain less than 0.16% sodium to produce a metal containing less than 1% sodium. The importance of minimizing the sodium content of the metal and the associated costs are the principal reasons for the use of lithium hydroxide monohydrate or lithium carbonate as a feedstock for the production of lithium chloride and then lithium metal. With this in mind, low sodium lithium chloride typically contains less than 0.0008% sodium by weight and is commercially produced to produce low sodium lithium metal suitable for battery and alloy applications.

В промышленных масштабах хлорид лития с низким содержанием натрия производят косвенным путем из карбоната лития химической чистоты. Карбонат лития превращают в моногидрат гидроксида лития реакцией с гашеной известью. Полученная суспензия содержит осажденный карбонат кальция и раствор гидроксида лития с концентрацией 2-4% по весу, которые отделяют фильтрованием.On an industrial scale, low sodium lithium chloride is produced indirectly from chemical grade lithium carbonate. Lithium carbonate is converted to lithium hydroxide monohydrate by reaction with slaked lime. The resulting suspension contains precipitated calcium carbonate and a solution of lithium hydroxide with a concentration of 2-4% by weight, which are separated by filtration.

Раствор гидроксида лития концентрируют в вакуум-выпарном кристаллизаторе, в котором моногидрат гидроксида лития кристаллизуется, оставляя растворимый натрий в маточном растворе.The lithium hydroxide solution is concentrated in a vacuum evaporator crystallizer in which lithium hydroxide monohydrate crystallizes, leaving soluble sodium in the mother liquor.

Кристаллический моногидрат гидроксида лития отделяют от маточного раствора и сушат. Данная соль обычно содержит от 0,02 до 0,04% натрия. Для дальнейшего снижения содержания натрия моногидрат гидроксида лития необходимо растворить в чистой воде и перекристаллизовать, а затем подвергнуть реакции с чистой соляной кислотой с образованием концентрированного раствора хлорида лития, содержащего менее 10 частей на миллион натрия. Полученный раствор лития затем выпаривают досуха с получением безводного хлорида лития, подходящего для производства металлического лития батарейного качества, содержащего менее 100 частей на миллион натрия. Вышеупомянутый способ требует семи основных стадий обработки, описанных ниже:Crystalline lithium hydroxide monohydrate is separated from the mother liquor and dried. This salt typically contains 0.02 to 0.04% sodium. To further reduce the sodium content, lithium hydroxide monohydrate must be dissolved in pure water and recrystallized, and then reacted with pure hydrochloric acid to form a concentrated lithium chloride solution containing less than 10 ppm sodium. The resulting lithium solution is then evaporated to dryness to provide anhydrous lithium chloride suitable for the production of battery grade lithium metal containing less than 100 ppm sodium. The above method requires seven main processing steps, described below:

1) Извлечение и очистка водного раствора с низким содержанием бора, содержащего 6% по весу и меньше Li, из литийсодержащих руд и природных рассолов;1) Recovery and purification of low boron aqueous solution containing 6% by weight or less Li from lithium-containing ores and natural brines;

2) Очистка рассола от магния и кальция и фильтрация;2) Purification of brine from magnesium and calcium and filtration;

3) Осаждение карбоната лития из очищенного рассола добавлением Na2CO3, и затем фильтрация и сушка карбоната лития;3) Precipitation of lithium carbonate from the purified brine by adding Na 2 CO 3 , and then filtering and drying the lithium carbonate;

4) Реакция гашеной извести и карбоната лития с получением раствора LiOH и фильтрация;4) Reaction of slaked lime and lithium carbonate to obtain LiOH solution and filtration;

5) кристаллизация LiOH⋅H2O в вакуумном кристаллизаторе;5) crystallization of LiOH⋅H 2 O in a vacuum crystallizer;

6) растворение кристаллов LiOH⋅H2O и перекристаллизация LiOH⋅H2O из раствора; и6) dissolution of LiOH⋅H 2 O crystals and recrystallization of LiOH⋅H 2 O from solution; And

7) Реакция HCl высокой чистоты с перекристаллизованным LiOH⋅H2O с получением рассола хлорида лития высокой чистоты, из которого кристаллизуется хлорид лития с низким содержанием натрия, и сушка хлорида лития.7) Reaction of high purity HCl with recrystallized LiOH⋅H 2 O to obtain high purity lithium chloride brine from which low sodium lithium chloride is crystallized and drying of lithium chloride.

Карбонат лития с низким содержанием натрия можно получить из перекристаллизованного LiOH⋅H2O, применяя первую часть способа, описанного выше. Перекристаллизованный LiOH⋅H2O затем смешивают с водой, и он реагирует с CO2, осаждая карбонат лития. Стадии способа показаны ниже:Low sodium lithium carbonate can be obtained from recrystallized LiOH⋅H 2 O using the first part of the process described above. Recrystallized LiOH⋅H 2 O is then mixed with water and reacts with CO 2 to precipitate lithium carbonate. The steps of the method are shown below:

1) Извлечение и очистка водного раствора с низким содержанием бора, содержащего 6% по весу и меньше Li, из литийсодержащих руд и природных рассолов;1) Recovery and purification of low boron aqueous solution containing 6% by weight or less Li from lithium-containing ores and natural brines;

2) Очистка рассола от магния и кальция и фильтрация;2) Purification of brine from magnesium and calcium and filtration;

3) Осаждение Li2CO3 f из очищенного рассола добавлением Na2CO3, фильтрация и сушка.3) Precipitation of Li 2 CO 3 f from the purified brine by adding Na 2 CO 3 , filtering and drying.

4) Реакция гашеной извести и Li2CO3 с получением раствора LiOH и фильтрация.4) The reaction of slaked lime and Li 2 CO 3 to obtain a solution of LiOH and filtration.

5) Кристаллизация LiOH⋅H2O в вакуумном кристаллизаторе.5) Crystallization of LiOH⋅H 2 O in a vacuum crystallizer.

6) Растворение и перекристаллизация LiOH⋅H2O из раствора.6) Dissolution and recrystallization of LiOH⋅H 2 O from solution.

7) Реакция газообразного CO2 с суспензией, содержащей перекристаллизованный LiOH⋅H2O, кристаллизуя кристаллы карбоната лития высокой чистоты с низким содержанием натрия, фильтрация и сушка.7) Reaction of CO 2 gas with slurry containing recrystallized LiOH⋅H 2 O, crystallizing high purity low sodium lithium carbonate crystals, filtration and drying.

Получение карбоната литияGetting lithium carbonate

Обычный метод получения осадка карбоната лития из раствора хлорида лития заключается в смешивании карбоната натрия (Na2CO3) или суспензии карбоната натрия с раствором хлорида лития в реакционном сосуде и нагревании смеси до приблизительно 85-100°C, что вызывает периодическое осаждение карбоната лития. Для улучшения отделения карбоната лития в качестве части добавки карбоната натрия включается «пятка» или остаточная суспензия из аналогичной реакции. Остаточная суспензия действует как набор зародышей зародышеобразования, помогая периодической кристаллизации, в результате которой образуется осадок карбоната лития с хорошими свойствами осаждения, фильтрации и промывки. Добавление карбоната натрия регулируется при взаимодействии раствора карбоната натрия с карбонатом натрия с образованием карбоната натрия и растворенного хлорида натрия (NaCl). Другими словами, концентрации регулируют таким образом, чтобы способ осуществлялся в пределах диапазона растворимости NaCl, чтобы предотвратить совместное осаждение хлорида натрия с карбонатом лития.A common method for producing a precipitate of lithium carbonate from a solution of lithium chloride is to mix sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or a suspension of sodium carbonate with a solution of lithium chloride in a reaction vessel and heat the mixture to about 85-100°C, which causes periodic precipitation of lithium carbonate. To improve lithium carbonate separation, a "heel" or residual slurry from a similar reaction is included as part of the sodium carbonate addition. The residual slurry acts as a set of nucleation nuclei, aiding intermittent crystallization resulting in a lithium carbonate precipitate with good settling, filtration and washing properties. The addition of sodium carbonate is controlled by reacting the sodium carbonate solution with sodium carbonate to form sodium carbonate and dissolved sodium chloride (NaCl). In other words, the concentrations are controlled so that the process is carried out within the solubility range of NaCl to prevent co-precipitation of sodium chloride with lithium carbonate.

Реакция с карбонатом натрия осаждает карбонат лития согласно уравнению: The reaction with sodium carbonate precipitates lithium carbonate according to the equation:

2LiCl+Na2CO3=>Li2CO3+2NaCl 2LiCl + Na 2 CO 3 => Li 2 CO 3 + 2NaCl

Применение прямого добавления карбоната натрия (сухого) к раствору соли лития таким образом приводит к получению карбоната лития с очень низкой чистотой, в котором присутствуют значительные количества других ионов, в частности натрия. Значительная часть карбоната лития извлекают из рассолов, которые также содержат большое количество натрия, что делает производство литиевых солей с низким содержанием натрия сложным и дорогим.The use of direct addition of sodium carbonate (dry) to a lithium salt solution in this manner results in lithium carbonate of very low purity, in which significant amounts of other ions, in particular sodium, are present. A significant portion of lithium carbonate is recovered from brines, which also contain high amounts of sodium, making the production of low sodium lithium salts difficult and expensive.

Выпаренный концентрированный раствор хлорида лития, применяемый для осаждения карбоната лития, обычно имеет концентрацию ионов лития в растворе в диапазоне от 0,6 до 7,3% по весу и концентрацию карбоната натрия в растворе в диапазоне от 25 до 56%, более высокие диапазоны последнего представляют собой суспензии гидратированного карбоната натрия (Na2CO3⋅H2O)).The evaporated concentrated lithium chloride solution used to precipitate lithium carbonate typically has a lithium ion concentration in the solution in the range of 0.6 to 7.3% by weight and a concentration of sodium carbonate in the solution in the range of 25 to 56%, the higher ranges of the latter are suspensions of hydrated sodium carbonate (Na 2 CO 3 ⋅H 2 O)).

Реагенты смешивают при температурах в диапазоне от комнатной температуры до приблизительно 100°С, и полученную смесь нагревают. Образовавшийся карбонат лития затем отделяют центрифугированием при температуре вблизи 100°C, при которой осадок карбоната лития имеет наименьшую растворимость в воде.The reactants are mixed at temperatures ranging from room temperature to about 100°C, and the resulting mixture is heated. The lithium carbonate formed is then separated by centrifugation at a temperature in the vicinity of 100° C., at which the lithium carbonate precipitate has the least solubility in water.

Раствор продукта после центрифугирования содержит заметное количество растворимого Li2CO3. Присутствие большого количества хлорида натрия затрудняет дальнейшее извлечение неосажденного Li2CO3, и даже последующее охлаждение оставшегося раствора после удаления твердых частиц карбоната лития до 0°С удаляет лишь незначительное количество хлорида натрия путем его осаждения.The solution of the product after centrifugation contains a noticeable amount of soluble Li 2 CO 3 . The presence of a large amount of sodium chloride makes further recovery of unprecipitated Li 2 CO 3 difficult, and even subsequent cooling of the remaining solution after removal of solid particles of lithium carbonate to 0°C removes only a small amount of sodium chloride by precipitation.

Повторное применение маточного раствора на ранней стадии обработки рассола часто осуществляется для повышения эффективности извлечения лития и для достижения максимально возможного экономического извлечения при начальном осаждении, независимо от того, выбрасывают ли маточный раствор или рециркулируют.Reuse of the mother liquor early in the brine treatment is often done to improve lithium recovery efficiency and to achieve the highest possible economic recovery from the initial precipitation, whether the mother liquor is discarded or recycled.

В настоящее время наиболее распространенный и недорогой способ производства карбоната лития с низким содержанием натрия батарейного качества непосредственно из природных рассолов, содержащих литий, включает некоторую предварительную обработку для получения карбоната лития технического качества, который очищают с помощью цикла химической конверсии, посредством чего карбонат лития реагирует с диоксидом углерода и водой с образованием растворимого раствора бикарбоната лития.Currently, the most common and inexpensive method for producing battery-grade, low-sodium lithium carbonate directly from natural brines containing lithium involves some pre-treatment to produce technical-grade lithium carbonate, which is purified by a chemical conversion cycle, whereby the lithium carbonate is reacted with carbon dioxide and water to form a soluble lithium bicarbonate solution.

Li2CO3+CO2+H2O=>2LiHCO3 Li 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d\u003e 2LiHCO 3

Полностью солюбилизированный бикарбонат лития отделяют от нерастворимых примесей. Затем бикарбонат лития снова превращают в карбонат лития при нагревании путем регулирования pH с выделением углекислого газа. К сожалению, для данного способа требуется оборудование для проведения газожидкостных реакций, при этом скорость реакции пропорциональна давлению и концентрации растворенного CO2. Таким образом, для наиболее эффективной работы необходимо оборудование для реакции под давлением, что значительно увеличивает сложность, потребность в энергии, опасность и затраты на техническое обслуживание установки и способа.The fully solubilized lithium bicarbonate is separated from insoluble impurities. The lithium bicarbonate is then converted back to lithium carbonate by heating by adjusting the pH to release carbon dioxide. Unfortunately, this method requires equipment for carrying out gas-liquid reactions, while the reaction rate is proportional to the pressure and concentration of dissolved CO 2 . Thus, pressurized reaction equipment is needed for the most efficient operation, which greatly increases the complexity, energy requirement, hazard, and maintenance costs of the plant and method.

Прямая перекристаллизация грязного карбоната лития (без химического взаимопревращения) предлагает потенциальный способ очистки. Однако данный способ не применяют по двум основным причинам.Direct recrystallization of dirty lithium carbonate (without chemical interconversion) offers a potential purification method. However, this method is not used for two main reasons.

Во-первых, карбонат лития имеет очень низкую «обратную растворимость», которая, в отличие от хлорида натрия и большинства других солей, приводит к снижению растворимости в воде при повышении температуры раствора. Повышение температуры раствора увеличивает осаждение и извлечение карбоната лития, сводя к минимуму совместное осаждение и загрязнение хлоридом натрия. Хотя данное свойство выгодно с точки зрения избирательной растворимости (наименее растворим в температурных областях, в которых другие соли более растворимы), насыщенные растворы могут содержать только 18 мг карбонат лития на мл моделируемого рассола (при 20°C). Таким образом, обработка материала (полная растворимость сырого продукта) требует большого объема растворителя.First, lithium carbonate has a very low "reverse solubility" which, unlike sodium chloride and most other salts, results in a decrease in water solubility as the temperature of the solution rises. Increasing the solution temperature increases the precipitation and recovery of lithium carbonate while minimizing co-precipitation and sodium chloride contamination. Although this property is advantageous in terms of selective solubility (least soluble in temperature regions where other salts are more soluble), saturated solutions can only contain 18 mg lithium carbonate per ml of simulated brine (at 20°C). Thus, the processing of the material (complete solubility of the crude product) requires a large volume of solvent.

Во-вторых, перекристаллизация карбоната лития технического качества не может быть эффективно осуществлена из маточного раствора (содержащего большие количества растворенных солей натрия), так как не достигается чистое уменьшение содержания примесей натрия. Данный недостаток связан с образованием кристаллических агломератов - улавливающих натрийсодержащие аморфные или кристаллические примеси. Данный конкретный тип кристаллических примесей не может быть эффективно удален путем промывки, так как они представляют собой тела включения и захвачены внутри кристаллической матрицы карбоната лития. Таким образом, очистка требует отделения сырого карбоната лития от маточного раствора, промывки, а затем ресуспендирования и перекристаллизации из чистой воды.Secondly, the recrystallization of commercial grade lithium carbonate cannot be effectively carried out from the mother liquor (containing large amounts of dissolved sodium salts) since a net reduction in the content of sodium impurities is not achieved. This disadvantage is associated with the formation of crystalline agglomerates - trapping sodium-containing amorphous or crystalline impurities. This particular type of crystalline impurities cannot be effectively removed by washing since they are inclusion bodies and are trapped within the lithium carbonate crystalline matrix. Thus, purification requires separating the crude lithium carbonate from the mother liquor, washing, and then resuspension and recrystallization from pure water.

Примеры агломератов карбоната лития, как показано с помощью оптической микроскопии, показаны на фиг. 1А и 1В. Примеры монокристаллов карбоната лития без агломератов показаны на фиг. 2А и 2В.Examples of lithium carbonate agglomerates, as shown by optical microscopy, are shown in FIG. 1A and 1B. Examples of lithium carbonate single crystals without agglomerates are shown in FIG. 2A and 2B.

По причинам, изложенным выше, все еще существует потребность в усовершенствовании способа очистки лития от промежуточного карбоната лития, чтобы преодолеть недостатки традиционных способов.For the reasons outlined above, there is still a need to improve the process for purifying lithium from the intermediate lithium carbonate in order to overcome the shortcomings of conventional methods.

СУЩНОСТЬ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В первом варианте осуществления, настоящее изобретение относится к способу извлечения лития из неочищенного рассола, включающему:In a first embodiment, the present invention relates to a method for recovering lithium from crude brine, comprising:

загрузку неочищенного рассола в питающий бак, поддерживаемый при температуре T1 и содержащий достаточный источник карбоната для осаждения всех карбонат-образующих твердых веществ в неочищенном рассоле, образуя осажденную смесь и надосадочную жидкость без кристаллов; иloading the crude brine into a feed tank maintained at T 1 and containing a sufficient source of carbonate to precipitate all of the carbonate-forming solids in the crude brine, forming a precipitated mixture and a crystal-free supernatant; And

подачу надосадочной жидкости без кристаллов из питающего бака в первый реактор для кристаллизации, который поддерживают при температуре T2, кристаллизуя соль карбонат лития из надосадочной жидкости без кристаллов;supplying the crystal-free supernatant from the feed tank to the first crystallization reactor, which is maintained at a temperature T 2 , crystallizing the lithium carbonate salt from the crystal-free supernatant;

где температура T1 является меньшей, чем температура T2; иwhere the temperature T 1 is less than the temperature T 2; And

контролирование скорости потока, поддерживая равновесную концентрацию карбоната лития в жидкой фазе реакторов для кристаллизации.controlling the flow rate by maintaining an equilibrium concentration of lithium carbonate in the liquid phase of the crystallization reactors.

Способ может также включать подачу жидкой фазы из первого реактора для кристаллизации обратно в питающий бак. Способ может также включать подачу жидкой фазы из первого реактора для кристаллизации во второй реактор для кристаллизации, который поддерживают при температуре T3; где температура T3 является большей, чем температура T2. Аналогично, способ может включать подачу жидкая фаза из первого реактора для кристаллизации во второй реактор для кристаллизации, который поддерживают при температуре T3; где температура T3 является большей, чем температура T2; и продолжение способа подачи жидкой фазы из “n” реактора для кристаллизации в “n+1” реактор для кристаллизации, где “n+1” реактор для кристаллизации поддерживают при температуре большей, чем температура “n” реактора для кристаллизации; где “n” представляет собой целое, большее чем или равное 2.The method may also include feeding the liquid phase from the first crystallization reactor back to the feed tank. The method may also include feeding the liquid phase from the first crystallization reactor to a second crystallization reactor which is maintained at a temperature T 3 ; where the temperature T 3 is greater than the temperature T 2 . Similarly, the method may include feeding the liquid phase from the first crystallization reactor to the second crystallization reactor, which is maintained at a temperature T 3 ; where the temperature T 3 is greater than the temperature T 2 ; and continuing the method of supplying the liquid phase from the “n” crystallization reactor to the “n+1” crystallization reactor, where the “n+1” crystallization reactor is maintained at a temperature greater than the temperature of the “n” crystallization reactor; where "n" is an integer greater than or equal to 2.

В первый реактор для кристаллизации можно добавлять зародыши кристаллизации карбоната лития высокого качества. Источник карбоната может представлять собой карбонат натрия, карбонат калия или диоксид углерода. Скорость потока может быть достаточной для поддержания равновесной концентрации растворенного карбоната лития в растворенной фазе, так что суммарная массовая скорость потока кристаллизации является большей, чем максимальная применяемая скорость потока. Скорость потока можно регулировать для обеспечения скорости добавления раствора для достижения 50-250 г Li2CO3 в час, как того требует процесс и как позволяет оборудование.High quality lithium carbonate nuclei can be added to the first crystallization reactor. The carbonate source may be sodium carbonate, potassium carbonate or carbon dioxide. The flow rate may be sufficient to maintain an equilibrium concentration of dissolved lithium carbonate in the dissolved phase such that the total crystallization mass flow rate is greater than the maximum flow rate employed. The flow rate can be adjusted to provide a solution addition rate to achieve 50-250 g Li 2 CO 3 per hour, as required by the process and as the equipment allows.

Дополнительный объем применимости настоящего изобретения станет очевидным из подробного описания, приведенного ниже. Однако следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, хотя и указывают на предпочтительный способ осуществления настоящего изобретения, даны только в качестве иллюстрации, поскольку различные изменения и модификации в пределах сущности и объема изобретения станут очевидными специалисту в данной области техники из данного подробного описания.An additional scope of applicability of the present invention will become apparent from the detailed description below. However, it should be understood that the detailed description and specific examples, while indicating the preferred mode of carrying out the present invention, are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to a person skilled in the art from this detailed description.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания, приведенного ниже, и сопроводительных чертежей, которые даны только в качестве иллюстрации и, таким образом, не ограничивают настоящее изобретение. На чертежах одинаковые ссылочные позиции применяют для обозначения одинаковых элементов на различных видах.The present invention will become more apparent from the detailed description below and the accompanying drawings, which are given by way of illustration only and thus do not limit the present invention. In the drawings, like reference numerals are used to refer to like elements in different views.

Фиг. 1A и 1B показывают примеры агломератов карбоната лития по данным оптической микроскопии.Fig. 1A and 1B show examples of lithium carbonate agglomerates as seen by optical microscopy.

Фиг. 2A и 2B показывают примеры монокристаллов карбоната лития без агрегатов по данным оптической микроскопии.Fig. 2A and 2B show examples of single crystals of lithium carbonate without aggregates according to optical microscopy.

Фиг. 3A и 3B показывают графики, показывающие вариации растворимости Li2CO3.Fig. 3A and 3B show graphs showing variations in the solubility of Li 2 CO 3 .

Фиг. 4 представляет собой график, показывающий величины растворимости Li2CO3 при 95°C как функцию концентрации Na2CO3 для трех значений концентрации NaCl.Fig. 4 is a graph showing the solubility values of Li 2 CO 3 at 95° C. as a function of Na 2 CO 3 concentration for three NaCl concentrations.

Фиг. 5 представляет собой диаграмму, показывающую примерную систему настоящего изобретения.Fig. 5 is a diagram showing an exemplary system of the present invention.

Фиг. 6 представляет собой график, показывающий колебания растворимости карбоната лития при разных температурах.Fig. 6 is a graph showing fluctuations in the solubility of lithium carbonate at different temperatures.

Фиг. 7 представляет собой график, показывающий теоретическую чистоту образцов твердой фазы как из питающего бака (растворитель), так и из реактора для кристаллизации (кристаллизатор) с течением времени при анализе ICPOES.Fig. 7 is a graph showing the theoretical purity of solids samples from both the feed tank (solvent) and the crystallization reactor (crystallizer) over time in ICPOES analysis.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE PRESENT INVENTION

Настоящее изобретение представляет собой новый способ, в котором применяют селективную кристаллизацию для получения карбоната лития батарейной чистоты или другой высокой чистоты, большей чем 99,5% карбоната лития (Li2CO3). В то время как в других типовых способах применяют кристаллизацию карбоната лития в качестве способа очистки, способ настоящего изобретения обеспечивает значительно упрощенный и прямой способ к карбонату лития высокой чистоты из неочищенных рассолов подземных вод, содержащих множество растворенных солей.The present invention is a novel process that uses selective crystallization to produce battery-grade or other high-purity lithium carbonate greater than 99.5% lithium carbonate (Li 2 CO 3 ). While other exemplary methods use lithium carbonate crystallization as a purification method, the method of the present invention provides a greatly simplified and direct method to high purity lithium carbonate from raw groundwater brines containing many dissolved salts.

Настоящее изобретение обеспечивает интегрированный и новый способ, который сокращает количество основных этапов обработки, для производства высокочистого карбоната лития с содержанием натрия от 0,01 до 0,002% по весу непосредственно из природных рассолов, содержащих литий, концентрированных до 0,2-10,0% по весу Li. Способ настоящего изобретения позволяет избежать:The present invention provides an integrated and novel method, which reduces the number of major processing steps, for the production of high purity lithium carbonate with a sodium content of 0.01 to 0.002% by weight directly from natural brines containing lithium, concentrated to 0.2-10.0% by weight Li. The method of the present invention avoids:

1) Одинарную и двойную стадии перекристаллизации моногидрата гидроксида лития.1) Single and double stages of recrystallization of lithium hydroxide monohydrate.

2) Двойную перекристаллизацию карбоната лития в бикарбонат лития и обратно в карбонат.2) Double recrystallization of lithium carbonate to lithium bicarbonate and back to carbonate.

3) Тщательного титрования добавления карбоната (селективное осаждение на основе растворимости) для первоначального осаждения нежелательных катионов (например, Mg и Ca).3) Thorough titration of carbonate addition (solubility based selective precipitation) to initially precipitate unwanted cations (eg Mg and Ca).

Отказ от применения цикла диоксид углерода/бикарбонат (который применяют в обычных способах) влечет за собой резкое упрощение с точки зрения необходимого оборудования (например, отсутствие диоксида кислорода под давлением для химической взаимной конверсии плюс связанная с ним промышленная инфраструктура), сокращение количества необходимых материалов (вода и потерянный образец), а также снижение потребности в энергии для завершающей обработки. Что касается физической установки, то сокращение необходимых стадий способа, упрощение способа обработки и непрерывное операционное проектирование значительно уменьшают физическую нагрузку на пилотную установку. Как таковое, настоящее изобретение обеспечивает значительные усовершенствования в отношении работоспособности и удобства применения, позволяя рассматривать и переводить в оперативный режим операции с небольшими площадками с меньшими капитальными затратами и инвестициями в инфраструктуру.Eliminating the carbon dioxide/bicarbonate cycle (which is used in conventional processes) entails a dramatic simplification in terms of required equipment (e.g. no pressurized oxygen dioxide for chemical interconversion plus associated industrial infrastructure), reduced materials needed ( water and lost sample), as well as reduced energy requirements for post-processing. With regard to the physical plant, the reduction in the necessary process steps, the simplification of the processing method, and continuous operational design significantly reduce the physical burden on the pilot plant. As such, the present invention provides significant improvements in operability and usability, allowing small site operations to be considered and brought online with lower capital and infrastructure investments.

Экспериментальное осаждение Li2CO3 из LiCl показывает, что вообще трудно получить Li2CO3 с хорошими характеристиками осаждения, фильтрации и промывки. Следующие наблюдения и выводы относятся к осаждению Li2CO3 из растворов LiCl.Experimental precipitation of Li 2 CO 3 from LiCl shows that it is generally difficult to obtain Li 2 CO 3 with good precipitation, filtration and washing characteristics. The following observations and conclusions refer to the precipitation of Li 2 CO 3 from LiCl solutions.

(1) Эффект концентрации NaCl на растворимость Li2CO3 (1) Effect of NaCl concentration on the solubility of Li 2 CO 3

Ионы в растворе имеют «перекрестные эффекты», влияющие на растворимость ионов и осаждение. Исследование влияния на растворимость Li2CO3 показано на фиг. 3А и 3В. При 95°C, когда концентрация NaCl увеличивается примерно до 9%, растворимость Li2CO3 увеличивается с 7,5 г/л в чистой воде до приблизительно 9,3 г/л. По мере дальнейшего увеличения концентрации NaCl растворимость Li2CO3 снижается, так что при 25 весовых процентах NaCl она составляет всего приблизительно 6,5 г/л, что меньше, чем растворимость в воде. KCl оказывает аналогичное влияние на растворимость Li2CO3 приблизительно в той же степени.Ions in solution have "cross effects" affecting ion solubility and precipitation. A study of the effect on solubility of Li 2 CO 3 is shown in FIG. 3A and 3B. At 95°C, when the concentration of NaCl increases to about 9%, the solubility of Li 2 CO 3 increases from 7.5 g/l in pure water to about 9.3 g/l. As the concentration of NaCl increases further, the solubility of Li 2 CO 3 decreases so that at 25 weight percent NaCl it is only about 6.5 g/l, which is less than the solubility in water. KCl has a similar effect on the solubility of Li 2 CO 3 to about the same extent.

(2a) Концентрация реагентов(2a) Reagent concentration

Принимая во внимание приведенные выше данные о влиянии концентрации NaCl на растворимость Li2CO3, желательно работать с такими концентрациями реагентов, которые обеспечивают высокую концентрацию NaCl в маточном растворе. Следует избегать осаждения NaCl из-за превышения его максимальной растворимости. При работе с водными растворами LiCl и Na2CO3 осаждение NaCl невозможно. Однако при применении Na2CO3 в виде взвеси твердого Na2CO3⋅H2O в его насыщенном растворе необходимо следить за тем, чтобы концентрации реагентов не приводили к осаждению NaCl. Также в данных случаях необходимо учитывать влияние избытка Na2CO3, который умеренно снижает растворимость NaCl в маточном растворе, а также присутствие NaCl в растворе LiCl (смотри 2b ниже).Taking into account the above data on the effect of NaCl concentration on the solubility of Li 2 CO 3 , it is desirable to work with such concentrations of reagents that provide a high concentration of NaCl in the mother liquor. Precipitation of NaCl should be avoided due to exceeding its maximum solubility. When working with aqueous solutions of LiCl and Na 2 CO 3 NaCl precipitation is not possible. However, when using Na 2 CO 3 in the form of a suspension of solid Na 2 CO 3 ⋅H 2 O in its saturated solution, it is necessary to ensure that the concentrations of the reagents do not lead to precipitation of NaCl. Also in these cases it is necessary to take into account the influence of an excess of Na 2 CO 3 , which moderately reduces the solubility of NaCl in the mother liquor, as well as the presence of NaCl in the LiCl solution (see 2b below).

(2b) Растворы хлорида лития(2b) Lithium chloride solutions

При извлечении лития из природных хлоридных рассолов извлеченный раствор LiCl, полученный путем солнечного выпаривания, после соответствующей очистки обычно содержит умеренное количество NaCl и KCl. Посредством простого солнечного испарения концентрацию обоих последних (особенно NaCl) можно снизить до довольно низких уровней. В таблице 2 показана растворимость NaCl в растворах с различным содержанием LiCl при 25°С и 100°С.When extracting lithium from natural chloride brines, the recovered LiCl solution obtained by solar evaporation, after appropriate purification, usually contains a moderate amount of NaCl and KCl. Through simple solar evaporation, the concentration of both of the latter (especially NaCl) can be reduced to fairly low levels. Table 2 shows the solubility of NaCl in solutions with different contents of LiCl at 25°C and 100°C.

ТАБЛИЦА 2 TABLE 2

Растворимость NaCl в рассоле, выпаренном на солнце, с от умеренной до высокой концентрацией хлорида лития Solubility of NaCl in sun-evaporated brine with moderate to high concentrations of lithium chloride

Весовые проценты LiClWeight percent LiCl Весовые проценты NaCl при 25°CWeight percent NaCl at 25°C Весовые проценты NaCl при 100°CWeight percent NaCl at 100°C 1212 12,312.3 15,015.0 1818 6,56.5 9,39.3 2020 5,35.3 8,08.0 2525 2,62.6 5,05.0 30thirty 1,01.0 2,62.6 4040 0,20.2 1,11.1 4545 0,20.2 0,80.8

При правильно контролируемых условиях выполнения способа, осаждённый карбонат лития с хорошими физическими свойствами можно получить в диапазоне концентраций LiCl, указанном выше. Однако извлечения будут сильно различаться, увеличиваясь по мере увеличения концентрации LiCl. Для достижения более высоких концентраций LiCl требуется повышенное солнечное испарение и увеличенное время пребывания в испарительных резервуарах.Under properly controlled process conditions, precipitated lithium carbonate with good physical properties can be obtained in the LiCl concentration range indicated above. However, recovery will vary greatly, increasing as LiCl concentration increases. Achieving higher LiCl concentrations requires increased solar evaporation and increased residence time in the evaporation tanks.

(2c) Раствор карбоната натрия(2c) Sodium carbonate solution

Помимо проведения осаждения Li2CO3 концентрированными растворами Na2CO3 (от 26 до 33 весовых процентов Na2CO3), возможно также применение суспензий кальцинированной соды и воды с общим содержанием Na2CO3 выше 33 весовых процентов. Данные суспензии включают смесь твердого гидратированного карбоната натрия (Na2CO3⋅H2O) в насыщенном растворе карбоната натрия. Успешно применялись суспензии, содержащие до 56 весовых процентов общего Na2CO3, которые можно без труда перекачивать. Применение данных суспензий позволяет достичь максимально возможной концентрации NaCl в маточном растворе в сочетании с раствором LiCl соответствующей концентрации. Следовательно, степень извлечения Li2CO3 является высокой. Однако одним из недостатков применения суспензий является невозможность удаления некоторых нерастворимых примесей из кальцинированной соды фильтрацией.In addition to carrying out the precipitation of Li 2 CO 3 with concentrated Na 2 CO 3 solutions (from 26 to 33 weight percent Na 2 CO 3 ), it is also possible to use suspensions of soda ash and water with a total content of Na 2 CO 3 above 33 weight percent. These slurries include a mixture of solid hydrated sodium carbonate (Na 2 CO 3 ⋅H 2 O) in saturated sodium carbonate solution. Successfully used suspensions containing up to 56 weight percent of the total Na 2 CO 3 that can be easily pumped. The use of these suspensions makes it possible to achieve the highest possible concentration of NaCl in the mother liquor in combination with a LiCl solution of the appropriate concentration. Therefore, the Li 2 CO 3 recovery rate is high. However, one of the disadvantages of using suspensions is the impossibility of removing some insoluble impurities from soda ash by filtration.

(3) Порядок смешения реагентов(3) Order of mixing reagents

В растворах LiCl хорошо осаждающиеся и фильтрующиеся осадки можно получить при применении разбавленных растворов карбоната лития, содержащих от 0,5 до 5% по весу Li+, при добавлении раствора холодным (25°С) к холодному раствору карбоната натрия с последующим нагреванием до приблизительно 95-100°C перед центрифугированием. Данный способ осуществляли успешно только тогда, когда применяли раствор LiCl с концентрацией не более 20 весовых процентов LiCl.In LiCl solutions, well settling and filterable precipitates can be obtained by using dilute lithium carbonate solutions containing 0.5 to 5 wt % Li + by adding the solution cold (25°C) to a cold sodium carbonate solution, followed by heating to about -100°C before centrifugation. This method was carried out successfully only when a LiCl solution with a concentration of no more than 20 weight percent LiCl was used.

Предпочтительным способом смешивания реагентов является одновременное добавление раствора хлорида лития и раствора (или взвеси) карбоната натрия к донной фракции (heel) среднего размера нефильтрованной взвеси (или маточного раствора) от предыдущего осаждения. Как правило, каждый раствор добавляют со скоростью потока, приблизительно пропорциональной его объему, так что общее время добавления составляет приблизительно 1 час. Хорошее встряхивание поддерживается на всем протяжении. Данный способ привел к получению осадков с превосходными физическими свойствами, и он применим к растворам LiCl с концентрацией 45 весовых процентов LiCl.The preferred method of mixing the reactants is to simultaneously add the lithium chloride solution and the sodium carbonate solution (or slurry) to the medium sized heel of the unfiltered slurry (or mother liquor) from the previous precipitation. Typically, each solution is added at a flow rate approximately proportional to its volume, so that the total addition time is approximately 1 hour. Good shaking is maintained throughout. This method resulted in precipitates with excellent physical properties and is applicable to LiCl solutions at a concentration of 45 weight percent LiCl.

(4) Температура осаждения(4) Deposition temperature

Ранее указывалось, что растворимость карбоната лития как в воде, так и в растворе хлорида натрия, является ретроградной (т.е. повышение температуры приводит к снижению растворимости), что противоречит обычному влиянию температуры на растворимость соли. Следовательно, его необходимо центрифугировать и фильтровать при повышенной температуре, чтобы улучшить извлечение лития. При применении описанного выше одновременного способа реагенты можно смешивать при комнатной температуре и при некоторой промежуточной температуре, такой как 50°C, вместо 95°C. После этого температуру повышают примерно до 95°C перед центрифугированием, чтобы получить осадок с превосходными свойствами. Данный способ обеспечивает определенное преимущество по сравнению с применением температуры добавления вблизи 95°С, поскольку данный способ устраняет нежелательное испарение и потерю тепла, которые могут иметь место при поддержании температуры вблизи 95°С вовремя относительно продолжительной стадии добавления.It was previously stated that the solubility of lithium carbonate in both water and sodium chloride solution is retrograde (i.e., an increase in temperature leads to a decrease in solubility), which contradicts the usual effect of temperature on the solubility of salt. Therefore, it must be centrifuged and filtered at an elevated temperature in order to improve lithium recovery. When using the simultaneous method described above, the reactants can be mixed at room temperature and at some intermediate temperature, such as 50°C, instead of 95°C. Thereafter, the temperature is raised to about 95° C. before centrifugation in order to obtain a pellet with excellent properties. This method provides a distinct advantage over using an addition temperature near 95°C, since this method eliminates unwanted evaporation and heat loss that can occur when maintaining a temperature near 95°C during a relatively long addition step.

(5) Применение избытка NaCO3 (5) Application of excess NaCO 3

Желательно применять приблизительно 10% избыток Na2CO3 по сравнению с эквивалентом LiCl, тем самым снижая растворимость Li2CO3 в маточном растворе за счет повышенной концентрации ионов карбоната. Уменьшение растворимости Li2CO3 с увеличением концентрации Na2CO3 не является линейным (т. е. степень уменьшения падает с увеличением Na2CO3). Следовательно, стоимость применяемого избытка Na2CO3 должна быть сбалансирована с увеличением извлечения Li2CO3, чтобы гарантировать, что избыток оправдан. Обычно предпочтительным является избыток от 5 до 10% Na2CO3 над стехиометрическим количеством.It is desirable to use approximately 10% excess of Na 2 CO 3 over the equivalent of LiCl, thereby reducing the solubility of Li 2 CO 3 in the mother liquor by increasing the concentration of carbonate ions. The decrease in the solubility of Li 2 CO 3 with increasing concentration of Na 2 CO 3 is not linear (i.e., the degree of decrease decreases with increasing Na 2 CO 3 ). Therefore, the cost of the applied excess Na 2 CO 3 must be balanced against the increase in recovery of Li 2 CO 3 to ensure that the excess is justified. Generally, an excess of 5 to 10% Na 2 CO 3 over the stoichiometric amount is preferred.

Три кривые фиг. 4 дают экспериментально определенные значения растворимости Li2CO3 при 95°C в зависимости от концентрации Na2CO3 для трех значений концентрации NaCl. Данные кривые графически иллюстрируют влияние концентрации Na2CO3 и NaCl на растворимость Li2CO3. Данные кривые можно применять для расчета ожидаемых потерь Li2CO3 с маточным раствором для любого заданного набора составов и концентраций реагентов.The three curves of Fig. 4 give the experimentally determined values of the solubility of Li 2 CO 3 at 95°C as a function of the concentration of Na 2 CO 3 for three concentrations of NaCl. These curves graphically illustrate the effect of the concentration of Na 2 CO 3 and NaCl on the solubility of Li 2 CO 3 . These curves can be used to calculate the expected loss of Li 2 CO 3 with the mother liquor for any given set of compositions and concentrations of reagents.

В настоящее время существует несколько способов удаления лития из обогащенного хлоридом лития рассола и других жидкостей, содержащих литий. Однако способы в настоящее время не применяются для производства жидкостей с низким содержанием магния и карбоната лития. Традиционные способы применения сподумена или литийалюмосиликатной руды (LiAlSi2O6) для извлечения карбоната лития из минеральных источников также дают материалы недостаточной чистоты. Соответственно, необходимо извлекать литий из рассола, содержащего литий, с чистотой, достаточной для получения металлического лития высокой чистоты в виде соли лития, такой как хлорид лития или карбонат лития.Currently, there are several methods for removing lithium from lithium chloride-enriched brine and other liquids containing lithium. However, the methods are not currently used to produce low magnesium and lithium carbonate fluids. Traditional methods of using spodumene or lithium aluminosilicate ore (LiAlSi 2 O 6 ) to extract lithium carbonate from mineral sources also produce materials of insufficient purity. Accordingly, it is necessary to recover lithium from a lithium-containing brine with a purity sufficient to obtain high purity lithium metal as a lithium salt, such as lithium chloride or lithium carbonate.

В данной связи, важнейшее преимущество способа настоящего изобретения заключается в возможности регулирования скорости роста кристаллов карбоната лития в присутствии нативного (с высоким содержанием натриевой соли) маточного рассола. Данное преимущество можно достигнуть при понимании связи между скоростью роста кристаллов как функцией температуры раствора и концентрацией растворенного карбоната лития. Контролируя способ кристаллизации, можно управлять размером, формой и качеством кристаллов карбоната лития, а также предотвращать образование нежелательных агломератов.In this regard, the most important advantage of the method of the present invention lies in the ability to control the growth rate of lithium carbonate crystals in the presence of native (high in sodium salt) mother brine. This advantage can be achieved by understanding the relationship between the crystal growth rate as a function of solution temperature and the concentration of dissolved lithium carbonate. By controlling the crystallization method, the size, shape and quality of the lithium carbonate crystals can be controlled, and the formation of unwanted agglomerates can be prevented.

Один вариант осуществления всего способа настоящего изобретения может быть в общем виде описан с применением схематического изображения примерной системы, показанной на фиг. 5.One embodiment of the entire method of the present invention may be generally described using a schematic representation of the exemplary system shown in FIG. 5.

Во-первых, получают неочищенный рассол 1. Предпочтительно, неочищенный рассол 1 представляет собой в первую очередь хлорид лития. Состав неочищенного хлоридного рассола 1 не ограничен, но обычно будет содержать 0,1-6% по весу Li, 0,1-3% по весу Na, 0,001-0,4% по весу K, 0,01-2,6% по весу Ca, 0,01-0,5% по весу Mg, 0,1-0,22% по весу B и 0,1-0,3% по весу Si. Примерный состав неочищенного хлоридного рассола 1 представляет собой 1% по весу Li, 2,5% по весу Na, 0,01% по весу K, 0,01% по весу Mg, 0,01% по весу Ca, 0,12% по весу B и 0,26% по весу Si.First, crude brine 1 is obtained. Preferably, crude brine 1 is primarily lithium chloride. The composition of the crude chloride brine 1 is not limited, but will typically contain 0.1-6 wt% Li, 0.1-3 wt% Na, 0.001-0.4 wt% K, 0.01-2.6% by weight Ca, 0.01-0.5% by weight Mg, 0.1-0.22% by weight B and 0.1-0.3% by weight Si. The approximate composition of crude chloride brine 1 is 1 wt% Li, 2.5 wt% Na, 0.01 wt% K, 0.01 wt% Mg, 0.01 wt% Ca, 0.12% by weight B and 0.26% by weight Si.

Неочищенный рассол 1 загружают в питающий бак 4 через линию 2 и обрабатывают достаточным количеством карбоната натрия для осаждения всех карбонатобразующих твердых веществ 5 (Mg, Ca и Li). Данная осажденная смесь будет иметь более низкое качество, чем технический карбонат лития, образующийся в других способах, поскольку данная осажденная смесь будет содержать все карбонатные формы соответствующих катионов. Питающий бак 4 содержит смеситель 6. Смеситель 6 перемешивает содержимое питающего бака 4, чтобы сохранить твердые вещества в растворе и ускорить массоперенос. Смеситель 6 не обязательно должен быть физическим смесителем; смеситель 6 может просто перемешивать потоком жидкости.The crude brine 1 is fed into the feed tank 4 via line 2 and treated with enough sodium carbonate to precipitate all of the carbonate-forming solids 5 (Mg, Ca and Li). This precipitated mixture will be of lower quality than commercial lithium carbonate produced by other processes, since this precipitated mixture will contain all of the carbonate forms of the relevant cations. The feed tank 4 contains a mixer 6. The mixer 6 mixes the contents of the feed tank 4 to keep the solids in solution and promote mass transfer. Mixer 6 need not be a physical mixer; the mixer 6 can simply mix with the liquid flow.

Целью данной первой стадии является вытеснение как Li2CO3, так и CaCO3/MgCO3 и т.д. в виде неочищенного твердого вещества. В заводских испытаниях сначала осаждают только Ca/Mg (возможно, бор и Si), получая раствор Li2CO3, который является метастабильным и пересыщенным. При стоянии раствор в конечном итоге дает осадок Li2CO3, но это не контролируется. Измерения с помощью ионной хроматографии позволяют узнать точное содержание [Li+] во входном рассоле. Например, приблизительно 3000 мг Li+, подаваемого в виде LiCl, дают приблизительно 16 г Li2CO3/л, но предел насыщения при 10°C составляет всего приблизительно 12-14 г/л. Таким образом, после смягчения возникает пересыщение. Это кинетически стабильное состояние со временем приведет к самопроизвольной кристаллизации Li2CO3 в холодном реакторе. Способ настоящего изобретения может применять данное метастабильное состояние для более эффективного извлечения как с точки зрения потребления энергии, так и продолжительности способа. В то время как обычные способы предусматривали бы простое нагревания данной партии, чтобы вызвать кристаллизацию, и без того высокое пересыщение в сочетании с отсутствием контроля, обеспечиваемого изменением температуры, не позволяет контролировать способ кристаллизации. В настоящем изобретении перенасыщенный раствор добавляют контролируемым образом, применяя принципы непрерывной кристаллизации в хорошо перемешивающем реакторе для кристаллизации с внесением затравки (при температуре приблизительно 70°С). Данный протокол обеспечивает стабильный воспроизводимый рост кристаллов, который можно поддерживать, чтобы избежать агломерации, что приводит к получению более чистого материала, который легче обрабатывать. Таким образом, на способ настоящего изобретения не оказывает негативное влияние высокое пересыщение, которое усложнило бы традиционные способы, применяющие периодическую перекристаллизацию пересыщенного карбоната лития с применением термического или химического пересыщения. Данные предшествующие способы, применяющие периодическую кристаллизацию, не смогли бы контролировать способ, что привело бы к отказу оборудования и нечистому продукту. Способ настоящего изобретения также может применять химическое перенасыщение для повышения массовой пропускной способности. Данная особенность, вероятно, отвечает за необычно широкую устойчивость к химическому воздействию.The purpose of this first stage is to displace both Li 2 CO 3 and CaCO 3 /MgCO 3 etc. as a crude solid. In factory tests, only Ca/Mg (possibly boron and Si) is deposited first, producing a Li 2 CO 3 solution that is metastable and supersaturated. On standing, the solution eventually precipitates Li 2 CO 3 , but this is not controlled. Measurements using ion chromatography allow you to know the exact content of [Li+] in the input brine. For example, approximately 3000 mg Li+ supplied as LiCl yields approximately 16 g Li 2 CO 3 /l, but the saturation limit at 10° C. is only approximately 12-14 g/l. Thus, after softening, supersaturation occurs. This kinetically stable state will eventually lead to spontaneous crystallization of Li 2 CO 3 in a cold reactor. The method of the present invention can utilize this metastable state for more efficient recovery, both in terms of energy consumption and process time. While conventional methods would involve simply heating a given batch to induce crystallization, the already high supersaturation combined with the lack of control afforded by temperature variation does not allow for control of the crystallization process. In the present invention, the supersaturated solution is added in a controlled manner using continuous crystallization principles in a well stirred seeded crystallization reactor (at a temperature of approximately 70°C). This protocol provides consistent, reproducible crystal growth that can be maintained to avoid agglomeration, resulting in a cleaner material that is easier to process. Thus, the process of the present invention is not adversely affected by high supersaturation, which would complicate conventional methods using periodic recrystallization of supersaturated lithium carbonate using thermal or chemical supersaturation. These prior methods using batch crystallization would not be able to control the process, resulting in equipment failure and impure product. The method of the present invention can also use chemical supersaturation to increase mass throughput. This feature is likely responsible for the unusually broad chemical resistance.

Во-вторых, питающий бак 4 поддерживают при низкой температуре T1. Более низкая температура T1 может составлять от -10°C до 40°C, предпочтительно от 5°C до 25°C, более предпочтительно от 10°C до 20°C. При данной температуре, карбонат лития будет иметь его наибольшую растворимость. Конкретно, растворимость может составлять от 10 мг/мл до 30 мг/мл, более предпочтительно от 15 мг/мл до 21 мг/мл. Питающий бак 4 дополнительно включает линию отвода твердых отходов 8, которая будет отводить любой твердый материал (скорее всего, MgX и CaX) из отработанного материала. MgX может представлять собой гидроксид магния, силикат магния, борат магния или карбонат магния. CaX может представлять собой гидроксид кальция, силикат кальция, борат кальция или карбонат кальция.Secondly, the supply tank 4 is maintained at a low temperature T 1 . The lower temperature T 1 may be -10°C to 40°C, preferably 5°C to 25°C, more preferably 10°C to 20°C. At a given temperature, lithium carbonate will have its highest solubility. Specifically, the solubility may be 10 mg/ml to 30 mg/ml, more preferably 15 mg/ml to 21 mg/ml. The feed tank 4 further includes a solid waste line 8 which will remove any solid material (most likely MgX and CaX) from the waste material. MgX may be magnesium hydroxide, magnesium silicate, magnesium borate or magnesium carbonate. CaX may be calcium hydroxide, calcium silicate, calcium borate or calcium carbonate.

Надосадочную жидкость без кристаллов в питающем баке 4 затем подают в первый реактор для кристаллизации 14 по линии подачи 10. Данную надосадочную жидкость без кристаллов можно получить, применяя стандартное фильтрование или способ осаждения, подходящий для пилотной установки, включая, но не ограничиваясь, любые стандартные средства разделения твердой и жидкой фаз, включая фильтрацию с применением мембраны или спеченного материала, центробежное осаждение и гравитационное осаждение. Первый реактор для кристаллизации 14 поддерживают при высокой температуре Т2. Высокая температура Т2 может составлять от 40°С до 100°С, предпочтительно от 55°C до 85°C, более предпочтительно от 65°C до 75°C. Данная температура обеспечивает условия более низкой растворимости для соли карбоната лития. В частности, растворимость может составлять от 2 мг/мл до 20 мг/мл, предпочтительно от 5 мг/мл до 10 мг/мл. В первый реактор для кристаллизации 14 дополнительно вносят затравку карбоната лития высокой чистоты, чтобы обеспечить среду для выращивания кристаллов карбоната лития. Данная затравка может включать спонтанное образование Li2CO3 (первичное зародышеобразование) при нагревании жидкой фазы с образованием пересыщенного раствора, или затравка может быть осуществлена путем добавления коммерчески полученного высокочистого (более 99,95%) Li2CO3. Пример данного колебания растворимости представлен на фиг. 6, которая представляет собой диаграмму растворимости карбоната лития в воде.The crystal-free supernatant in feed tank 4 is then fed to the first crystallization reactor 14 via feed line 10. This crystal-free supernatant can be obtained using standard filtration or precipitation methods suitable for the pilot plant, including, but not limited to, any standard means. separation of solid and liquid phases, including filtration using a membrane or sintered material, centrifugal settling and gravitational settling. The first crystallization reactor 14 is maintained at a high temperature T 2 . High temperature T 2 may be from 40°C to 100°C, preferably from 55°C to 85°C, more preferably from 65°C to 75°C. This temperature provides lower solubility conditions for the lithium carbonate salt. In particular, the solubility may be from 2 mg/ml to 20 mg/ml, preferably from 5 mg/ml to 10 mg/ml. The first crystallization reactor 14 is further seeded with high purity lithium carbonate to provide a growth medium for lithium carbonate crystals. This seeding may involve the spontaneous formation of Li 2 CO 3 (primary nucleation) by heating the liquid phase to form a supersaturated solution, or the seeding may be by adding commercially available high purity (greater than 99.95%) Li 2 CO 3 . An example of this solubility variation is shown in FIG. 6 which is a solubility chart of lithium carbonate in water.

В принципе, разница температур между двумя емкостями может составлять всего 1°C, однако, минимальная температура 30°C является наиболее разумной для обеспечения способа, эффективного по времени и энергии. В связи с этим более высокая разница температур между T1 и T2 приводит к меньшему контролю над кристаллизацией соли карбоната лития, но образуется больше соли карбоната лития. С другой стороны, более низкая разница температур между T1 и T2 приводит к большему контролю над кристаллизацией, но образуется меньше соли карбоната лития. Вне зависимости от этого, способ заявленного изобретения будет работать при любой разности температур между Т1 и Т2, где скорость кристаллизации контролируют контролированием комбинации (i) скорости потока на входе и выходе из каждой из емкостей и (ii) разницы температур между реакторами.In principle, the temperature difference between the two containers can be as little as 1°C, however, a minimum temperature of 30°C is the most reasonable to provide a time and energy efficient method. In this regard, a higher temperature difference between T 1 and T 2 leads to less control over the crystallization of the lithium carbonate salt, but more lithium carbonate salt is formed. On the other hand, a lower temperature difference between T 1 and T 2 results in greater control of crystallization, but less lithium carbonate salt is formed. Regardless of this, the method of the claimed invention will work at any temperature difference between T 1 and T 2 , where the crystallization rate is controlled by controlling a combination of (i) the flow rate at the inlet and outlet of each of the tanks and (ii) the temperature difference between the reactors.

Контролируя скорость кристаллизации, настоящее изобретение позволяет контролировать размер, морфологию и агломерацию кристаллов. Преимущество настоящего изобретения также заключается в возможности контролирования (i) скорости потока в и из каждой из емкостей и (ii) перепад температур между реакторами по мере протекания процесса, так что при необходимости можно вносить изменения в скорость кристаллизации. Включение затравочных кристаллов карбоната лития высокой чистоты дополнительно обеспечивает средства снижения степени пересыщения и контроля скорости кристаллизации и морфологии выделенных кристаллов.By controlling the crystallization rate, the present invention makes it possible to control the size, morphology and agglomeration of the crystals. The present invention also has the advantage of being able to control (i) the flow rate to and from each of the vessels and (ii) the temperature difference between the reactors as the process progresses so that changes in the crystallization rate can be made as needed. The inclusion of high purity lithium carbonate seeds further provides a means of reducing the degree of supersaturation and controlling the crystallization rate and morphology of the precipitated crystals.

Для фиг. 6, образцы обрабатывали, применяя общий способ, указанной выше. Измерения растворимости позволяют прогнозировать эффективность массопереноса в расчете на объем. Образцы определяли, применяя трехкратный гравиметрический анализ, определяя общую массу карбонат лития в растворе.For FIG. 6, the samples were processed using the general method above. Solubility measurements allow prediction of mass transfer efficiency on a volume basis. Samples were determined using a three-fold gravimetric analysis, determining the total mass of lithium carbonate in solution.

Первый реактор для кристаллизации 14 может содержать механическую мешалку 16, которую применяют для эффективного взбалтывания и перемешивания в реакторе, поддерживая равномерное распределение концентрации по всему реактору. Данное перемешивание, в свою очередь, обеспечивает равномерную скорость роста кристаллов и предотвращает комкование и агломерацию очищенного Li2CO3.The first crystallization reactor 14 may include a mechanical agitator 16 which is used to effectively agitate and mix the reactor while maintaining a uniform distribution of concentration throughout the reactor. This mixing, in turn, ensures a uniform crystal growth rate and prevents clumping and agglomeration of the purified Li 2 CO 3 .

В качестве примера способа настоящего изобретения, питающий бак 4 можно поддерживать при 20°C, тогда как первый реактор для кристаллизации 14 поддерживают 90°C. Данная разница температур в 70°C температура обеспечивает теоретическую массовую пропускную способность 7 мг карбоната лития на мл рассола, циркулирующего между двумя условиями. Поскольку рассол поступает в реактор первый для кристаллизации 14 при более высокой температуре T2, рассол становится перенасыщенным по отношению к новой температуре. Данная разница температур вызывает кристаллизацию, которая вытесняет карбонат лития из раствора, тем самым уменьшая содержание карбоната лития в растворе.As an example of the method of the present invention, the feed tank 4 can be maintained at 20°C while the first crystallization reactor 14 is maintained at 90°C. This temperature difference of 70°C provides a theoretical mass throughput of 7 mg of lithium carbonate per ml of brine circulating between the two conditions. Since the brine enters the crystallization reactor 14 first at a higher temperature T 2 , the brine becomes supersaturated with respect to the new temperature. This temperature difference causes crystallization, which displaces the lithium carbonate from the solution, thereby reducing the content of lithium carbonate in the solution.

Очищенный карбонат лития 15 собирают на дне первого реактора для кристаллизации 14 и фильтруют через фильтр 18 (например, рукавный фильтр или фильтр-пресс, или другим способом фильтрации или седиментации, подходящим для пилотной установки, включая, но не ограничиваясь, любые стандартные средства для разделения твердых частиц/жидкости, включая фильтрацию с применением мембраны или спеченных сред, центробежное осаждение и гравитационное осаждение) для сбора очищенного, твердого карбоната лития.The purified lithium carbonate 15 is collected at the bottom of the first crystallization reactor 14 and filtered through a filter 18 (e.g., a bag filter or filter press, or other filtration or sedimentation method suitable for the pilot plant, including, but not limited to, any standard separation media solids/liquids, including filtration using a membrane or sintered media, centrifugal settling and gravity settling) to collect purified, solid lithium carbonate.

В простейшем способе настоящего изобретения жидкая фаза без кристаллов из первого реактора для кристаллизации 14 перекачивается обратно в питающий бак 4 по возвратной линии 21, который охлаждается в линии по мере возврата. Таким образом, жидкая фаза теперь недонасыщена по сравнению с более низкой температурой, что позволяет карбонату лития (грязному) из твердой фазы растворяться и возвращаться в жидкую фазу в ее равновесной концентрации. Примеси (такие как Ca или MgCO3) остаются в твердой фазе, так как они будут иметь самую низкую растворимость в питающем баке 4 (более низкая температура T1) и не будут дальше загрязнять жидкую фазу.In the simplest method of the present invention, the crystal-free liquid phase from the first crystallization reactor 14 is pumped back to the feed tank 4 via the return line 21, which is cooled in the line as it is returned. Thus, the liquid phase is now undersaturated compared to the lower temperature, allowing the lithium carbonate (dirty) from the solid phase to dissolve and return to the liquid phase at its equilibrium concentration. Impurities (such as Ca or MgCO 3 ) remain in the solid phase since they will have the lowest solubility in the feed tank 4 (lower temperature T 1 ) and will not further contaminate the liquid phase.

Затем, способ циклирования жидких фаз продолжают из питающего бака 4 (где карбонат лития имеет высокую растворимость) в первый реактор для кристаллизации 14 (где растворимость карбоната лития является низкой). Данный способ создает чистый перенос массы карбоната лития, перемещающегося из питающего бака 4 в первый реактор для кристаллизации 14. Таким образом, жидкая фаза действует как конвейерная лента.Then, the liquid phase cycling process is continued from the feed tank 4 (where lithium carbonate has a high solubility) to the first crystallization reactor 14 (where the solubility of lithium carbonate is low). This method creates a net mass transfer of lithium carbonate moving from the feed tank 4 to the first crystallization reactor 14. The liquid phase thus acts as a conveyor belt.

Если чистота карбоната лития в первом реакторе для кристаллизации 14 является недостаточной, можно добавлять второй реактор для кристаллизации 24 на пути потока. Надосадочную жидкость без кристаллов, содержащую карбонат лития, из первого реактора для кристаллизации 14 будут подавать во второй реактор для кристаллизации 24 по транспортной линии 20. В данном варианте осуществления будут применять три температуры. Температура Т1 питающего бака 4 будет самой низкой температурой, температура Т3 второго реактора для кристаллизации 24 будет самой высокой, и температура Т2 первого реактора для кристаллизации 14 будет между температурами Т1 и Т3. Как и ранее, способ будет функционировать, если разница температур между T3, T2 и T1 составляет всего 1°C, однако предпочтительна разница температур минимум 10-20°C (T3-T2 и T2-T1), чтобы обеспечить функционирование с приемлемой эффективностью. Второй реактор для кристаллизации фактически является клоном первого с идентичным оборудованием (фильтрация, смесители, контроль температуры).If the purity of the lithium carbonate in the first crystallization reactor 14 is insufficient, a second crystallization reactor 24 can be added along the flow path. The crystal-free supernatant containing lithium carbonate from the first crystallization reactor 14 will be fed to the second crystallization reactor 24 via a transfer line 20. Three temperatures will be used in this embodiment. The temperature T 1 of the feed tank 4 will be the lowest temperature, the temperature T 3 of the second crystallization reactor 24 will be the highest, and the temperature T 2 of the first crystallization reactor 14 will be between the temperatures T 1 and T 3 . As before, the method will function if the temperature difference between T 3 , T 2 and T 1 is only 1°C, however, a temperature difference of at least 10-20°C is preferred (T 3 -T 2 and T 2 -T 1 ), to ensure operation with acceptable efficiency. The second crystallization reactor is actually a clone of the first one with identical equipment (filtration, mixers, temperature control).

Второй реактор для кристаллизации 24 содержит смеситель 26. Смеситель 26 перемешивает содержимое второго реактора для кристаллизации 24 для поддержания постоянной концентрации (т.е. для предотвращения возникновения градиентов). Смеситель 26 не обязательно является физическим смесителем; смеситель 26 может быть просто перемешиванием потоком жидкости. Однако, в предпочтительном варианте осуществления, смеситель 26 представляет собой физический смеситель. The second crystallization reactor 24 includes a mixer 26. The mixer 26 mixes the contents of the second crystallization reactor 24 to maintain a constant concentration (ie, to prevent gradients from occurring). Mixer 26 is not necessarily a physical mixer; the mixer 26 may simply be agitation by a liquid flow. However, in the preferred embodiment, mixer 26 is a physical mixer.

Очищенный карбонат лития 25 собирают на дне второго реактора для кристаллизации 24 и фильтруют через фильтр 28 (например, рукавный фильтр или фильтр-пресс) для сбора очищенного твердого карбоната лития. Конечный выделенный карбонат лития дополнительно подвергают промывке 50 с применением чистой воды (обратного осмоса или дистиллированной) на стадии фильтрации, перед сушкой и окончательной упаковкой.The purified lithium carbonate 25 is collected at the bottom of the second crystallization reactor 24 and filtered through a filter 28 (eg baghouse or filter press) to collect the purified solid lithium carbonate. The final recovered lithium carbonate is further subjected to a 50% clean water (reverse osmosis or distilled) wash in the filtration step before drying and final packaging.

Свободную от кристаллов жидкую фазу во втором реакторе для кристаллизации 24 перекачивают обратно в питающий бак 4 по линии передачи 32, которую охлаждают в линии по мере возврата. Таким образом, жидкая фаза теперь недонасыщена по сравнению с концентрацией при более низкой температуре, что позволяет карбонату лития (грязному) из твердой фазы растворяться и возвращаться в жидкую фазу в его равновесной концентрации. Примеси (такие как Ca или MgCO3) остаются в твердой фазе, так как они будут иметь самую низкую растворимость в питающем баке 4 (более низкая температура T1) и не будут дальше загрязнять жидкую фазу.The crystal-free liquid phase in the second crystallization reactor 24 is pumped back to the feed tank 4 via the transfer line 32, which is cooled in the line as it is returned. Thus, the liquid phase is now undersaturated compared to the concentration at the lower temperature, allowing the lithium carbonate (dirty) from the solid phase to dissolve and return to the liquid phase at its equilibrium concentration. Impurities (such as Ca or MgCO 3 ) remain in the solid phase since they will have the lowest solubility in the feed tank 4 (lower temperature T 1 ) and will not further contaminate the liquid phase.

Клапан выбора входа 31 позволяет оператору выбирать (i) рециркулировать ли материал из первого реактора для кристаллизации 14 и/или второго реактора для кристаллизации 24, или (ii) направлять ли свежий рассол 1, подлежащий обработке, в питающий бак 4. Таким образом, клапан выбора входа 31 может выбирать, добавлять ли новый свежий материал, содержащий больше Li+, для ввода в способ или отработанный рассол для растворения оставшегося грязного Li2CO3.The input selection valve 31 allows the operator to select (i) whether to recycle material from the first crystallization reactor 14 and/or the second crystallization reactor 24, or (ii) whether to direct the fresh brine 1 to be processed into the supply tank 4. Thus, the valve input selection 31 can choose whether to add new fresh material containing more Li + to enter the process or spent brine to dissolve the remaining dirty Li 2 CO 3 .

Добавление второго реактора для кристаллизации 24 добавляет последовательность фракционной кристаллизации, при которой твердые вещества с высоким содержанием примесей из питающего бака 4 растворяются, кристаллизуются единожды, давая более чистое твердое вещество в первом реакторе для кристаллизации 14, который постоянно находится в динамическом движении (растворение и наращивание) с окончательным событием кристаллизации во втором реакторе для кристаллизации 24 с получением материала высокой чистоты. Либо постепенно (в непрерывном режиме), либо поэтапно (периодический режим) очищенные кристаллы будут выделять фильтрацией или каким-либо другим способом разделения твердой и жидкой фаз. Они будут извлечены из реактора и выделены в качестве конечного очищенного продукта.The addition of a second crystallization reactor 24 adds a fractional crystallization sequence in which the high impurity solids from the feed tank 4 are dissolved, crystallized once, yielding a purer solid in the first crystallization reactor 14, which is constantly in dynamic motion (dissolution and buildup). ) with a final crystallization event in the second crystallization reactor 24 to produce high purity material. Either gradually (continuous mode) or stepwise (batch mode), the purified crystals will be isolated by filtration or some other method of separating the solid and liquid phases. They will be removed from the reactor and isolated as the final purified product.

В другом варианте осуществления, несколько стадий можно добавлять по мере необходимости, чтобы адаптироваться практически к любому химическому составу рассола, что делает весь способ модульным, гибким и легко адаптируемым, что значительно увеличивает количество разнообразных рассолов, которые можно обработать с помощью данного способа, без необходимости значительных реконструкций всего дизайна. Другими словами, при необходимости можно добавить больше реакторов для кристаллизации (N+1).In another embodiment, multiple steps can be added as needed to adapt to virtually any brine chemistry, making the entire process modular, flexible, and highly adaptable, greatly increasing the variety of brines that can be processed with the process without the need for significant reconstructions of the entire design. In other words, more crystallization reactors (N+1) can be added as needed.

Каждый из N+1 реакторов для кристаллизации содержит смеситель 36. Смеситель 36 перемешивает содержимое реактора для кристаллизации N+1, поддерживая постоянную концентрацию (т.е., предотвращает образование градиентов). Смеситель 36 не обязательно является физическим смесителем; смеситель 36 может просто перемешивать потоком жидкости.Each of the N+1 crystallization reactors contains a mixer 36. The mixer 36 mixes the contents of the N+1 crystallization reactor while maintaining a constant concentration (ie, prevents the formation of gradients). Mixer 36 is not necessarily a physical mixer; the mixer 36 can simply mix with the liquid flow.

Очищенный карбонат лития 35 собирают на дне реактора N+1 для кристаллизации и фильтруют через фильтр 38 (например, рукавный фильтр или фильтр-пресс) для сбора очищенного твердого карбоната лития. Окончательно выделенный карбонат лития дополнительно подвергают промывке 50 с применением чистой воды (обратного осмоса или дистиллированной) на стадии фильтрации, перед сушкой и окончательной упаковкой.Purified lithium carbonate 35 is collected at the bottom of the N+1 reactor for crystallization and filtered through a filter 38 (eg baghouse or filter press) to collect purified solid lithium carbonate. The finally recovered lithium carbonate is further washed 50 with pure water (reverse osmosis or distilled) in the filtration step, before drying and final packaging.

Свободную от кристаллов жидкую фаза из реактора для кристаллизации N+1 перекачивается обратно в питающий бак 4 по линии транспортировки 40, которую охлаждают в линии по мере возврата. Таким образом, жидкая фаза теперь недонасыщена по сравнению с концентрацией при более низкой температуре, что позволяет карбонату лития (грязному) из твердой фазы растворяться и возвращаться в жидкую фазу в его равновесной концентрации. Примеси (такие как Ca или MgCO3) остаются в твердой фазе, так как они будут иметь самую низкую растворимость в питающем баке 4 (более низкая температура T1) и не будут дальше загрязнять жидкую фазу.The crystal-free liquid phase from the N+1 crystallization reactor is pumped back to the feed tank 4 via the transfer line 40, which is cooled in the lines as it is returned. Thus, the liquid phase is now undersaturated compared to the concentration at the lower temperature, allowing the lithium carbonate (dirty) from the solid phase to dissolve and return to the liquid phase at its equilibrium concentration. Impurities (such as Ca or MgCO 3 ) remain in the solid phase since they will have the lowest solubility in the feed tank 4 (lower temperature T 1 ) and will not further contaminate the liquid phase.

Отработанный поток 55 после промывки чистых кристаллических твердых веществ можно повторно применять для извлечения Li с применением традиционных средств, таких как, но не ограничиваясь, экстракция растворителем.Waste stream 55, after washing with pure crystalline solids, can be reused to recover Li using conventional means such as, but not limited to, solvent extraction.

После выделения кристаллического продукта в фильтре образуются два отдельных отработанных потока отходов. Первый отработанный поток представляет собой отработанную надосадочную жидкость из горячего реактора. Второй поток отходов представляет собой промывку, которая представляет собой чистую воду обратного осмоса или деионизированную воду при температуре 70°C, применяемую для промывки осадка на фильтре. Промывочная вода смывает налипшую надосадочную жидкость и растворяет внешний слой кристаллов. Данные отработанные потоки являются достаточно чистыми, единственным другим компонентом является [Na+] или [K+]. Соединение отработанных потоков с экстрактом растворителя, селективным по отношению к Li, позволит целесообразно извлекать любой Li из сточных вод, резко повышая эффективность. Затем экстракт растворителем можно применять в качестве сырья для способа перекристаллизации.After separation of the crystalline product in the filter, two separate spent waste streams are formed. The first waste stream is the spent supernatant from the hot reactor. The second waste stream is a wash, which is pure reverse osmosis water or deionized water at 70°C used to wash the filter cake. Wash water washes away the adhering supernatant and dissolves the outer layer of crystals. These waste streams are quite pure, the only other component being [Na+] or [K+]. Combining waste streams with a Li-selective solvent extract will make it possible to expediently recover any Li from wastewater, dramatically increasing efficiency. The solvent extract can then be used as a raw material for a recrystallization process.

После промывки выделенный карбонат лития по линии 60 подается в сушилку, и затем удаляется из сушилки по линии 65.After washing, the separated lithium carbonate is fed through line 60 to the dryer and then removed from the dryer through line 65.

В качестве дополнительного способа грязный Li2CO3 (кристаллический материал чистотой менее 99,5%) можно загружать по линии 19 в первый реактор для кристаллизации 14. Неочищенный кристаллический материал можно растворять, и затем перекристаллизовывать (перерабатывать) для получения чистого кристаллического материала 15. Данный теперь чистый кристаллический материал будут выделять фильтрацией или каким-либо другим способом разделения твердой и жидкой фаз в качестве конечного очищенного продукта. Опять же, можно добавить несколько стадий для адаптации любой чистоте Li2CO3, загружаемого по линии 19.As an additional method, dirty Li 2 CO 3 (crystalline material less than 99.5% pure) can be charged via line 19 to the first crystallization reactor 14. The crude crystalline material can be dissolved and then recrystallized (processed) to obtain pure crystalline material 15. This now pure crystalline material will be isolated by filtration or some other solid-liquid separation process as the final purified product. Again, several steps can be added to adapt to any purity of Li 2 CO 3 loaded through line 19.

При перекристаллизации получают суспензию (сухая загрузка и чистая вода или загущенная суспензия из горячего кристаллизатора) и выдерживают ее в холодном резервуаре. Холодный резервуар обеспечит неразбавляющее растворение. Надосадочную жидкость (отфильтрованную) из холодного резервуара пропускают в горячий кристаллизатор с регулируемой скоростью потока, как и прежде. Возможность применять чистую воду с более низким [Na] позволяет выделять более чистый продукт. Надосадочную жидкость из горячего резервуара (после фильтрации) возвращают в холодный резервуар для повторного растворения менее чистых кристаллов. Данную перекристаллизацию можно проводить как каскадную стадию MSMPR (последовательное повышение температуры) или путем периодического выделения, промывки растворителем и перезагрузки сухих кристаллов в чистую воду. В данном последнем случае материал, экстрагированный растворителем, может быть повторно введен в систему. При достаточной настройке можно добавить непрерывное повторное введение образцов, чтобы весь способ работал в полностью непрерывном режиме.During recrystallization, a suspension is obtained (dry batch and pure water or a thickened suspension from a hot crystallizer) and kept in a cold tank. A cold reservoir will provide non-diluting dissolution. The supernatant (filtered) from the cold reservoir is passed into the hot crystallizer at a controlled flow rate as before. The ability to use pure water with lower [Na] allows a purer product to be isolated. The supernatant from the hot tank (after filtration) is returned to the cold tank to re-dissolve the less pure crystals. This recrystallization can be carried out as a cascaded MSMPR (sequential temperature rise) step or by intermittent isolation, solvent washing and reloading of the dry crystals into pure water. In this last case, the solvent extracted material can be reintroduced into the system. With enough customization, continuous re-introduction of samples can be added to make the whole process run in a completely continuous fashion.

Настоящее изобретение имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными способами.The present invention has a number of advantages over conventional methods.

Во-первых, требуется меньше рабочего растворителя. Поскольку жидкую фазу применяют, прежде всего, как транспортер массы из питателя в кристаллизатор, в способе потенциально можно применять малый рабочий объем рассола, что значительно уменьшает размер реактора для переработки и физическое пространство, необходимое для установки, не ставя под угрозу потенциальную способность извлечения массы. Как таковой, настоящий способ является более гибким и может быть развернут в большом разнообразии мест. С добавлением некоторой формы встроенного испарения в обратный контур можно было бы реализовать три других преимущества. То есть (i) способ станет полностью непрерывным, поскольку сырье может быть добавлено в виде неочищенного рассола, (ii) очищенные твердые вещества/отходы можно собирать из кристаллизатора или питателя, и (iii) отработанный рассол можно концентрировать и рециркулировать, обеспечивая максимальное извлечение лития при еще более низких начальных загрузках Li. Таким образом, настоящее изобретение может представлять собой непрерывный способ, а не периодический способ.First, less working solvent is required. Since the liquid phase is used primarily as a stock transporter from the feeder to the crystallizer, the process can potentially use a small working volume of brine, which greatly reduces the size of the processing reactor and the physical space required for the plant without compromising potential stock recovery capability. As such, the present method is more flexible and can be deployed in a wide variety of locations. With the addition of some form of built-in evaporation to the return loop, three other benefits could be realized. That is, (i) the process will become fully continuous as feedstock can be added as raw brine, (ii) purified solids/waste can be collected from the crystallizer or feeder, and (iii) spent brine can be concentrated and recycled to maximize lithium recovery. at even lower initial loads Li. Thus, the present invention may be a continuous process rather than a batch process.

Во-вторых, скорость кристаллизации можно строго контролировать за счет перепада температур между реакторами и скорости потока в и из резервуаров. Во всех других способах кристаллизация карбоната лития происходит за счет высокой степени пересыщения, чтобы максимизировать извлечение требуемой соли. Хотя это способствует быстрой очистке, это также приводит к меньшему контролю скорости кристаллизации и вызывает образование агломератов. В настоящем изобретении общую степень пересыщения поддерживают на относительно низком уровне, поскольку сверхконцентрированный раствор, дозируемый в более крупный реактор, составляет относительно небольшую долю (от 1% до 25% по объему) от общей удерживаемой среды. В то время как чистая масса, извлекаемая в единицу времени, таким образом, является меньшей, легко достигается степень контроля кристаллов (размер, морфология и агломерация).Secondly, the rate of crystallization can be tightly controlled by the temperature difference between the reactors and the flow rate in and out of the tanks. In all other processes, the crystallization of lithium carbonate occurs at the expense of a high degree of supersaturation in order to maximize the recovery of the desired salt. While this promotes fast cleanup, it also results in less control of the crystallization rate and causes agglomerates to form. In the present invention, the overall degree of supersaturation is maintained at a relatively low level because the over-concentrated solution dosed into the larger reactor is a relatively small fraction (1% to 25% by volume) of the total retained medium. While the net mass recovered per unit time is thus smaller, a degree of crystal control (size, morphology and agglomeration) is easily achieved.

В-третьих, способ настоящего изобретения хорошо адаптируется. Благодаря способности настоящего изобретения изменять поток, скорость кристаллизации можно контролировать, даже если химический состав входного сырья внезапно изменится. В одном варианте осуществления данное преимущество достигается за счет включения встроенной аналитической технологии. В другом варианте осуществления микроскопический зонд процесса кристаллизации можно применять для непрерывного контроля размера, формы и качества (монокристалл по сравнению с агломератом) в потоке. Другой вариант осуществления может включать встроенную систему ионной хроматографии, позволяющую отслеживать катионный состав и концентрацию в зависимости от времени. Данные инструменты позволяют адаптировать и непрерывно изменять условия способа (например, скорость потока и температуру) для обеспечения оптимального функционирования установки и могут реагировать на изменения в составе входного рассола или другие изменения исходных материалов.Thirdly, the method of the present invention is highly adaptable. Due to the ability of the present invention to change the flow, the rate of crystallization can be controlled even if the chemical composition of the input raw material suddenly changes. In one embodiment, this benefit is achieved by incorporating embedded analytics technology. In another embodiment, a microscopic probe of the crystallization process can be used to continuously monitor size, shape and quality (single crystal versus agglomerate) in a stream. Another embodiment may include an in-line ion chromatography system to track cation composition and concentration over time. These tools allow process conditions (eg, flow rate and temperature) to be adapted and continually modified to ensure optimal plant operation and can respond to changes in feed brine composition or other feedstock changes.

Что касается встроенной аналитической технологии, концентрация других ионов сильно влияет на растворимость целевого Li2CO3. Встроенная аналитическая технология работает для выделения чистого материала, несмотря на богатую солью среду. Встроенную аналитическую технологию (например, ионную хроматографию) можно применять для адаптации к переменным входным потокам (например, добавление слишком большого или слишком малого количества Na2CO3 вызовет колебания в растворимости или характере кристаллизации).With regard to inline analytical technology, the concentration of other ions greatly affects the solubility of the target Li 2 CO 3 . The built-in analytical technology works to isolate pure material despite the salt-rich environment. Inline analytical technology (eg ion chromatography) can be used to adapt to variable input streams (eg adding too much or too little Na 2 CO 3 will cause fluctuations in solubility or crystallization behavior).

Например, отслеживание мутности с помощью инструмента Blaze (Blaze 900 производства Blaze Metrics) предотвращает сбои системы, позволяет оценить скорость кристаллизации и применяет значения для фиксации диапазона скорости потока и температуры. В целом, отслеживание мутности является важной метрикой технологического способа, позволяющей убедиться, что система работает в нормальных пределах, и что кристаллизация протекает должным образом. Инструмент Blaze позволяет отслеживать мутность в зависимости от времени, что дает изменение массы кристаллов в единицу времени, чтобы уверенно регулировать кристаллизацию (температуру и скорости добавления потоков). В общем, слишком быстрая кристаллизация приведет к агломерации кристаллов. Инструмент Blaze также визуализирует кристаллы, когда они проходят через фильтр-пресс, чтобы соотнести форму кристаллов с чистотой. Микроскоп Blaze сообщает о длине корда, что дает измерение размера и формы кристаллов во времени в процессе кристаллизации. Таким образом, можно (1) запускать изменения температуры, скорости потока или времени фильтрации (операции установки) на основе данных Blaze и (2) изменять время выдержки и, возможно, принимать решения о чистоте на основе данных изображения кристалла.For example, turbidity tracking with the Blaze tool (Blaze 900 from Blaze Metrics) prevents system crashes, evaluates crystallization rates, and applies values to fix flow rate and temperature ranges. In general, turbidity monitoring is an important process metric to ensure that the system is operating within normal limits and that crystallization is proceeding properly. The Blaze tool allows you to track turbidity over time, which gives you the change in mass of crystals per unit time to confidently control crystallization (temperature and flow addition rates). In general, too rapid crystallization will result in agglomeration of the crystals. The Blaze tool also visualizes the crystals as they pass through the filter press to correlate the shape of the crystals with purity. The Blaze microscope reports the length of the cord, which gives a measurement of the size and shape of the crystals over time during the crystallization process. Thus, it is possible to (1) trigger changes in temperature, flow rate, or filtration time (setting operation) based on the Blaze data and (2) change dwell time and possibly make purity decisions based on crystal image data.

В качестве другого примера состав рассола можно отслеживать с помощью ионной хроматографии. В частности, концентрацию и состав рассола можно отслеживать и количественно определять в нескольких ключевых контрольных точках. Например, мониторинг на входе позволяет указать точную массу карбоната натрия, необходимого для надлежащего умягчения входного рассола, и проверить исходное состояние. В этом отношении слишком много карбоната также будет означать слишком высокую [Na+], вызывая повышение растворимости продукта Li2CO3. Мониторинг умягченной отфильтрованной надосадочной жидкости дает [Li+] по мере его выхода из холодного бака и для подтверждения того, что только CaCO3 и другие незначительные примеси удаляются в виде твердых частиц из холодного бака (т.е. что химическое пересыщение поддерживают без потерь Li2CO3 в холодном баке). Мониторинг горячей отфильтрованной надосадочной жидкости дает [Li+] после кристаллизации, что доказывает, что горячий бак была достаточно горяч для запуска кристаллизации.As another example, the composition of a brine can be monitored using ion chromatography. In particular, the concentration and composition of the brine can be monitored and quantified at several key control points. For example, inlet monitoring allows you to specify the exact amount of sodium carbonate needed to properly soften the inlet brine and check the initial state. In this regard, too much carbonate will also mean too high [Na+], causing an increase in the solubility of the product Li 2 CO 3 . Monitoring of the softened filtered supernatant gives [Li+] as it exits the cold tank and to confirm that only CaCO 3 and other minor impurities are removed as solids from the cold tank (i.e. that chemical supersaturation is maintained without loss of Li 2 CO 3 in the cold tank). Monitoring of the hot filtered supernatant gives [Li+] after crystallization, which proves that the hot tank was hot enough to trigger crystallization.

В-четвертых, учитывая влияние концентрации NaCl на растворимость Li2CO3, можно применять очень высокие концентрации рассола для повышения степени извлечения в способе кристаллизации. Максимальная общая масса извлеченного Li2CO3 определяется разницей в растворимости между двумя различными температурами в реакторах. С чистым Li2CO3 при 95°C растворимость составляет около 10 мг/мл. Однако если содержание NaCl превышает 25% по массе, растворимость Li2CO3 падает ниже приблизительно 6 мг/мл. Таким образом, применение высокой концентрации NaCl для вытеснения большего количества Li2CO3 из раствора и увеличения выхода извлечения имеет свои преимущества. Напротив, в обычных способах кристаллизации функционирование при высоких концентрациях NaCl приводит к высокой степени загрязнения и снижению чистоты конечного Li2CO3. Непрерывная кристаллизация настоящего изобретения применяет данное комбинированное поведение растворимости, в то же время достигая высокой чистоты Li2CO3 в данном способе.Fourth, given the effect of NaCl concentration on the solubility of Li 2 CO 3 , very high brine concentrations can be used to increase recovery in the crystallization process. The maximum total mass of recovered Li 2 CO 3 is determined by the difference in solubility between two different temperatures in the reactors. With pure Li 2 CO 3 at 95°C the solubility is about 10 mg/ml. However, if the NaCl content exceeds 25% by weight, the solubility of Li 2 CO 3 falls below about 6 mg/ml. Thus, the use of a high concentration of NaCl to displace more Li 2 CO 3 from the solution and increase the recovery yield has its advantages. In contrast, in conventional crystallization processes, operation at high concentrations of NaCl results in a high degree of contamination and a decrease in the purity of the final Li 2 CO 3 . The continuous crystallization of the present invention exploits this combined solubility behavior while achieving high purity Li 2 CO 3 in this process.

Благодаря данным преимуществам настоящее изобретение обеспечивает снижение конечной стоимости производства за счет снижения потребности в энергии для обработки материала и дополнительно предлагает преимущества в отношении эквивалентов парниковых газов, высвобождаемых при обработке.With these advantages, the present invention provides a reduction in the final cost of production by reducing the energy requirement for material processing and additionally offers advantages in terms of greenhouse gas equivalents released during processing.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Образцы твердой фазы как из питающего бака (диссольвер), так и из реактора для кристаллизации (кристаллизатор) выделяли и анализировали с помощью ICPOES. Результаты показаны на фиг. 7. Было обнаружено, что образцы твердой фазы из диссольверов постепенно снижают чистоту по мере извлечения Li2CO3, оставляя после себя в основном CaCO3. Образцы из кристаллизатора сохраняли высокую чистоту. Текущие коэффициенты ошибки трех повторов в данных ICPOES подтверждают, что образец имеет чистоту >99% (т.е. чистоту более 99,5%).Solids samples from both the feed tank (dissolver) and the crystallization reactor (crystallizer) were isolated and analyzed by ICPOES. The results are shown in FIG. 7. It has been found that the solids samples from the dissolvers gradually decrease in purity as Li 2 CO 3 is recovered, leaving behind mostly CaCO 3 . Samples from the crystallizer retained high purity. The current triplicate error rates in the ICPOES data confirm that the sample is >99% pure (i.e., greater than 99.5% pure).

Ссылки в настоящем изобретении на термины, такие как «вертикальный», «горизонтальный» и т.д., приведены в качестве примера, а не в качестве ограничения, чтобы установить рамки рассмотрения. Ясно, что для описания изобретения можно применять различные другие рамки рассмотрения без отклонения от сущности и объема изобретения. Также ясно, что признаки изобретения не обязательно показаны на чертежах в масштабе. Кроме того, в той степени, в которой термины «состоит из», «включает», «имеющий», «имеет», «с» или их варианты применяют либо в подробном описании, либо в формуле изобретения, предполагается, что данные термины являются включающими и открытыми, подобно термину «включающий».References in the present invention to terms such as "vertical", "horizontal", etc., are given by way of example, and not by way of limitation, in order to set the scope. It is clear that various other scopes of consideration can be applied to describe the invention without deviating from the essence and scope of the invention. It is also clear that features of the invention are not necessarily shown in the drawings to scale. Furthermore, to the extent that the terms "consists of", "includes", "having", "has", "with", or variations thereof are used in either the detailed description or the claims, these terms are intended to be inclusive and open, like the term "inclusive".

Ссылки в настоящем изобретении на термины, измененные выражением аппроксимации, такие как «примерно», «приблизительно» и «по существу», не должны ограничиваться точно указанным значением. Выражение аппроксимации может соответствовать точности прибора, применяемого для измерения значения, и, если иное не зависит от точности прибора, может указывать на +/-10% от установленного значения(ий).References in the present invention to terms modified by the approximation expression, such as "about", "approximately" and "substantially", should not be limited to the exact meaning indicated. The approximation expression may correspond to the accuracy of the instrument used to measure the value and, unless otherwise dependent on the accuracy of the instrument, may indicate +/-10% of the set value(s).

Элемент, «соединенный» или «связанный» с другим элементом, может быть непосредственно соединен или связан с другим элементом или, вместо этого, может присутствовать один или несколько промежуточных элементов. Элемент может быть «напрямую соединен» или «напрямую связан» с другим элементом, если отсутствуют промежуточные элементы. Элемент может быть «косвенно соединен» или «косвенно связан» с другим элементом, если присутствует по меньшей мере один промежуточный элемент. Элемент «на» или «соприкасающийся» с другим элементом может находиться непосредственно на или в прямом контакте с другим элементом, или вместо этого может присутствовать один или несколько промежуточных элементов. Элемент может находиться «непосредственно на» или в «прямом контакте» с другим элементом, если промежуточные элементы отсутствуют. Элемент может быть «косвенно на» или находиться в «косвенном контакте» с другим элементом, если присутствует по меньшей мере один промежуточный элемент.An element "connected" or "connected" to another element may be directly connected to or associated with another element, or, instead, one or more intermediate elements may be present. An element can be "directly connected" or "directly connected" to another element if there are no intermediate elements. An element may be "indirectly connected" or "indirectly connected" to another element if at least one intermediate element is present. An element "on" or "in contact" with another element may be directly on or in direct contact with another element, or one or more intermediate elements may be present instead. An element may be "directly on" or in "direct contact" with another element if there are no intermediate elements. An element may be "indirectly on" or in "indirect contact" with another element if at least one intermediate element is present.

Терминология, применяемая в настоящем изобретении, предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения изобретения. Как применяют в настоящем изобретении, формы единственного числа «a», «an» и «the» предназначены также для включения форм множественного числа, если в контексте явно не указано иное. Кроме того, следует понимать, что термины «содержит» и/или «содержащий» при применении в настоящем изобретении определяют наличие заявленных признаков, целых чисел, стадий, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавление одного или нескольких других признаков, целых чисел, стадий, операций, элементов, компонентов и/или их групп.The terminology used in the present invention is only intended to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. As used in the present invention, the singular forms "a", "an" and "the" are also intended to include plural forms, unless the context clearly indicates otherwise. In addition, it should be understood that the terms "comprises" and/or "comprising" when used in the present invention determine the presence of the claimed features, integers, steps, operations, elements and/or components, but does not exclude the presence or addition of one or more other signs, integers, stages, operations, elements, components and/or their groups.

Хотя изобретение было проиллюстрировано описанием различных вариантов осуществления, и хотя данные варианты осуществления описаны достаточно подробно, в намерения заявителя не входит каким-либо образом ограничивать объем прилагаемой формулы изобретения данными подробностями. Дополнительные преимущества и модификации очевидны специалистам в данной области техники. Таким образом, настоящее изобретение в его более широких аспектах поэтому не ограничивается конкретными деталями, репрезентативным устройством и способом, а также показанным и описанным иллюстративным примером. В интересах полного предоставления возможности обычным специалистам в данной области техники реализовать и применять заявленное изобретение заявитель представил информацию как о преимуществах, так и о недостатках различных подробных вариантов осуществления. Специалистам ясно, что в некоторых применениях можно полностью избежать недостатков конкретного варианта осуществления, подробно описанных выше, и они перевешиваются общими преимуществами, обеспечиваемыми заявленным изобретением. Соответственно, могут быть сделаны отступления от приведенных выше подробных описаний без отклонения от сущности или объема общей изобретательской концепции заявителя.Although the invention has been illustrated by the description of various embodiments, and although these embodiments are described in sufficient detail, it is not the applicant's intention to limit the scope of the appended claims in any way to these details. Additional advantages and modifications will be apparent to those skilled in the art. Thus, the present invention in its broader aspects is therefore not limited to the specific details, representative apparatus and method, and the illustrative example shown and described. In the interest of fully enabling those of ordinary skill in the art to make and use the claimed invention, Applicant has provided information on both the advantages and disadvantages of various detailed embodiments. It will be appreciated by those skilled in the art that in some applications the disadvantages of the particular embodiment detailed above can be completely avoided and are outweighed by the overall benefits provided by the claimed invention. Accordingly, departures from the above detailed descriptions may be made without departing from the spirit or scope of Applicant's general inventive concept.

Claims (18)

1. Способ извлечения лития из неочищенного рассола, включающий:1. A method for extracting lithium from a crude brine, including: загрузку неочищенного рассола (1) в питающий бак (4), поддерживаемый при температуре T1 и содержащий источник карбоната в количестве, достаточном для осаждения всех карбонатобразующих твердых веществ в неочищенном рассоле (1), с образованием осажденной смеси и надосадочной жидкости без кристаллов, иloading the crude brine (1) into a feed tank (4) maintained at T 1 and containing a carbonate source sufficient to precipitate all of the carbonate-forming solids in the crude brine (1) to form a precipitated mixture and a crystal-free supernatant, and подачу надосадочной жидкости без кристаллов из питающего бака (4) в первый реактор для кристаллизации (14), который поддерживают при температуре T2, кристаллизуя соль карбонат лития из надосадочной жидкости без кристаллов,supplying the crystal-free supernatant from the feed tank (4) to the first crystallization reactor (14), which is maintained at a temperature T 2 , crystallizing the lithium carbonate salt from the crystal-free supernatant, где значение температуры T1 меньше, чем значение температуры T2, иwhere the temperature value T1 less than the temperature value T2, And контролирование скорости потока, поддерживая равновесную концентрацию карбоната лития в растворенной фазе реактора для кристаллизации (14).controlling the flow rate by maintaining an equilibrium concentration of lithium carbonate in the dissolved phase of the crystallization reactor (14). 2. Способ по п. 1, дополнительно включающий:2. The method of claim 1, further comprising: подачу жидкой фазы из первого реактора для кристаллизации (14) назад в питающий бак (4).feeding the liquid phase from the first crystallization reactor (14) back to the feed tank (4). 3. Способ по п. 1 или 2, в котором в первый реактор для кристаллизации (14) вносят зародыши кристаллизации карбоната лития высокой чистоты.3. Process according to claim 1 or 2, wherein high purity lithium carbonate nuclei are introduced into the first crystallization reactor (14). 4. Способ по любому из пп. 1-3, дополнительно включающий:4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, further comprising: подачу жидкой фазы из первого реактора для кристаллизации (14) во второй реактор для кристаллизации (24), который поддерживают при температуре T3,feeding the liquid phase from the first crystallization reactor (14) to the second crystallization reactor (24), which is maintained at a temperature T 3 , где значение температуры T3 больше, чем значение температуры T2.where the temperature value T 3 is greater than the temperature value T 2 . 5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором источник карбоната представляет собой карбонат натрия, карбонат калия или диоксид углерода.5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, wherein the carbonate source is sodium carbonate, potassium carbonate, or carbon dioxide. 6. Способ по любому из пп. 1-5, дополнительно включающий:6. The method according to any one of paragraphs. 1-5, further comprising: подачу жидкой фазы из первого реактора для кристаллизации (14) во второй реактор для кристаллизации (24), который поддерживают при температуре T3, где значение температуры T3 больше, чем значение температура T2, иfeeding the liquid phase from the first crystallization reactor (14) to the second crystallization reactor (24), which is maintained at a temperature T 3 , where the value of the temperature T 3 is greater than the value of the temperature T 2 , and продолжение способа подачи жидкой фазы из «n» реактора для кристаллизации в «n+1» реактор для кристаллизации, где «n+1» реактор для кристаллизации поддерживают при температуре большей, чем температура «n» реактора для кристаллизации,continuation of the method of supplying the liquid phase from the "n" crystallization reactor to the "n+1" crystallization reactor, where the "n+1" crystallization reactor is maintained at a temperature greater than the temperature of the "n" crystallization reactor, где «n» представляет собой целое, большее чем или равное 2.where "n" is an integer greater than or equal to 2. 7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором скорость потока является достаточной для поддержания равновесной концентрации растворенного карбоната лития в растворенной фазе, так что общая массовая скорость потока кристаллизации является большей, чем максимальная применяемая скорость потока.7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, in which the flow rate is sufficient to maintain an equilibrium concentration of dissolved lithium carbonate in the dissolved phase, so that the total mass flow rate of crystallization is greater than the maximum applied flow rate. 8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором скорость потока регулируют для обеспечения скорости добавления раствора для достижения 50-250 г Li2CO3 в час. 8. The method according to any one of paragraphs. 1-7, in which the flow rate is adjusted to ensure the rate of addition of the solution to achieve 50-250 g Li 2 CO 3 per hour.
RU2022118631A 2019-12-11 2020-12-09 Process and method for lithium carbonate purification based on a lithium chloride solution with impurities RU2795224C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/946,767 2019-12-11
US17/115,140 2020-12-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2795224C1 true RU2795224C1 (en) 2023-05-02

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516538C2 (en) * 2012-02-17 2014-05-20 Закрытое акционерное общество (ЗАО) "Экостра-Наутех" Method of obtaining lithium concentrate from lithium-bearing natural brines and its processing
WO2014078908A1 (en) * 2012-11-23 2014-05-30 Ady Resources Limited Process for recovering lithium from a brine with reagent regeneration and low cost process for purifying lithium
RU2659968C1 (en) * 2017-04-14 2018-07-04 Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Экостар-Наутех" Method of obtaining lithium concentrate from lithium-bearing natural brines and processing thereof into lithium chloride or lithium carbonate
RU2660864C2 (en) * 2016-12-27 2018-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН Method for preparing lithium carbonate from lithium-containing natural brines
CN110182831A (en) * 2019-05-28 2019-08-30 昌鑫生态科技(陕西)有限公司 The technology of salt lake extraction lithium carbonate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516538C2 (en) * 2012-02-17 2014-05-20 Закрытое акционерное общество (ЗАО) "Экостра-Наутех" Method of obtaining lithium concentrate from lithium-bearing natural brines and its processing
WO2014078908A1 (en) * 2012-11-23 2014-05-30 Ady Resources Limited Process for recovering lithium from a brine with reagent regeneration and low cost process for purifying lithium
RU2660864C2 (en) * 2016-12-27 2018-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН Method for preparing lithium carbonate from lithium-containing natural brines
RU2659968C1 (en) * 2017-04-14 2018-07-04 Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Экостар-Наутех" Method of obtaining lithium concentrate from lithium-bearing natural brines and processing thereof into lithium chloride or lithium carbonate
CN110182831A (en) * 2019-05-28 2019-08-30 昌鑫生态科技(陕西)有限公司 The technology of salt lake extraction lithium carbonate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11649170B2 (en) Preparation of lithium carbonate from lithium chloride containing brines
CA2789771C (en) Highly pure lithium carbonate prepared using reverse osmosis
CN102099296A (en) A process for recovering lithium from a brine
WO2012099637A1 (en) Production of high purity lithium compounds directly from lithium containing brines
WO2014078908A1 (en) Process for recovering lithium from a brine with reagent regeneration and low cost process for purifying lithium
EP4090461A1 (en) Ion exchange system and method for conversion of aqueous lithium solution
CN101229923A (en) Novel technique for producing large-particle high-grade soft leonite from potassium mixed salt by hot crystallization
US20240051837A1 (en) Method for the production of lithium hydroxide (lioh) directly from lithium chloride (lici), without the need for an intermediate production of lithium carbonate or similar
CN1456505A (en) Method for preparing lithium compound from lithium metasilicate mixed salt
AU2020401568B2 (en) Process and method for refining lithium carbonate starting from an impure lithium chloride solution
CN1736870A (en) Method for preparing potassium nitrate using nitric acid conversion methdo
RU2795224C1 (en) Process and method for lithium carbonate purification based on a lithium chloride solution with impurities
CN109534369B (en) Membrane integrated lithium chloride preparation equipment and method thereof
CN103449481A (en) Preparation method of lithium carbonate
CN1673083A (en) Technological process of preparing potassium nitrate and magnesium chloride
CN1522961A (en) Process for preparing calcined soda by trona containing abundant sodium bicarbonate
EP4186997A1 (en) Preparation of lithium hydroxide
CN104556154B (en) Comprehensive utilization technology of residual liquid after evaporation of heavy salt water
JP2002317286A (en) Method of preparing aqueous potassium hydroxide solution