CN209759047U - 高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及氢氧化锂制备和提纯技术领域，具体是一种高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置，包括醇洗装置，醇洗装置连接加醇装置，醇洗装置的溶液输出端连接电渗析装置，电渗析装置的溶液输出端连接提纯装置，提纯装置连接CO₂进气管，提纯装置的溶液输出端连接纳滤膜装置，纳滤膜装置的输出端连接双极膜电渗析器，双极膜电渗析器连接CO₂出气管，CO₂出气管连接提纯装置的CO₂进气管。本实用新型克服了目前工艺的缺点,提供一种投资成本低,效率更高,经济性好的盐湖锂的提纯装置。

Description

高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置

本专利申请案主张申请号为“201821530742.5”、名称为“高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置”、申请日为“2018.9.18”的中国实用新型专利申请的优先权。

技术领域

本实用新型涉及氢氧化锂制备和提纯技术领域，具体是一种高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置。

背景技术

氢氧化锂为白色粉末，是最重要的锂盐之一,广泛应用于化工原料、化学试剂、锂离子电池、石油、冶金、玻璃、陶瓷等行业，同时也是国防工业、原子能工业和航天工业的重要原料。目前氢氧化锂主要用于生产锂基润滑脂、碱性蓄电池的电解液以及溴化锂制冷机吸收液，还可以作为生产其他锂盐制品的原料。电动汽车和其他电动工具多数采用锂电池,氢氧化锂是一种制备锂离子电池的关键原料。锂及其化合物广泛应用于工业部门和高新技术产业中,被誉为“推动世界进步的能源金属”。

由于从盐湖卤水提锂比矿石提锂工艺简单、生产成本低，资源丰富，所以卤水提锂在上世纪未已占据了提锂工业的主导地位,提锂主要是盐湖提锂。

目前以卤水为原料制备氢氧化锂的方法主要有碳酸锂苛化法、离子膜电解法、铝酸盐沉淀法和煅烧法等。

其中，碳酸锂苛化法制备工艺是主要工业制备方法,采用碳酸钠苛化溶液,但杂质量含量比较高,不适合电池级的应用。

卤水离子膜电解法离子膜电解法制备LiOH，具有回收率高(近100％)，无二次污染，而且制得的产品纯度高(>99％)等优点。但本方法对精制卤水杂质离子的含量要求非常高且卤水锂含量要高。另外，离子膜价格昂贵、不易维护，相对提高了制备Li0H的生产成本。

煅烧法的优点是锂镁等资源可综合利用，需化工原料少；煅烧可以去除硼镁等杂质，提高了氢氧化锂的纯度。缺点是镁使得工艺流程复杂，设备腐蚀严重，蒸发水量大，能耗高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置，包括醇洗装置，醇洗装置连接加醇装置，醇洗装置的溶液输出端连接电渗析装置，电渗析装置的溶液输出端连接提纯装置，提纯装置连接CO2进气管，提纯装置的溶液输出端连接纳滤膜装置，纳滤膜装置的输出端连接双极膜电渗析器，双极膜电渗析器连接CO₂出气管，CO₂出气管连接提纯装置的CO₂进气管。

所述纳滤膜装置与双极膜电渗析器之间设有加酸装置。

所述双极膜电渗析器内设置多室池，多室池内设有至少两个隔室。

所述加醇装置内加入醇，醇可选用包括C1/C5的直链烷烃醇。

所述加醇装置加入的醇选用甲醇、乙醇或丙醇中的一种。

所述电渗析装置为一价离子选择性膜的电渗析装置。

本实用新型的工作原理及工作过程如下：

1、利用醇洗沉淀镁,制备中镁锂比盐溶液：

国内老卤中Mg：Li比非常高,可以达到由20：1,在醇洗装置中通过向高镁锂比的老卤中加入醇，使镁盐沉淀，而锂则保留在水醇溶液中，可以使用的醇包括C1/C5的直链烷烃醇,比如甲醇、乙醇、丙醇等,其中乙醇效果最好，可以除去90％的镁盐。

2、电渗析提纯浓缩锂盐,得到低镁锂比的溶液：

醇沉后的醇水溶液可以直接进入一价离子选择性膜的电渗析装置,将剩余的大部分镁除去,选择性在90％左右。

3、利用CO₂从高锂镁比的盐湖溶液进入提纯装置提纯锂溶液：

经过上一步电渗析除镁的溶液,进入提纯装置，在提纯装置中通过加入CO₂可以形成碳酸镁和碳酸锂盐溶液，利用碳酸镁在水中溶解度相比碳酸锂在水中溶解度低的特点,形成高锂含量的溶液，比如镁锂比提高到1：2左右，沉淀镁的最佳条件为：当搅拌时间为20min、n(CO₃ ^2-)/n(Mg)＝0.91时，镁离子的去除率可达98％，将碳酸镁沉淀去除，绝大部分锂离子保留在溶液中。

4、将碳酸镁沉淀,过滤后的富锂溶液送入纳滤膜装置,通过纳滤膜装置将多价离子,特别是二价的镁离子、碳酸根离子分离出去,并浓缩富锂溶液，由于碳酸锂在水中的溶解度不大，比较合理的碳酸锂浓度在0.5到1,3％，最佳浓度1％。

5、锂溶液通过双极膜电渗析器制备氢氧化锂，同时副产品酸：

浓缩提纯的碳酸锂溶液可以直接进入双极膜电渗析器制备氢氧化锂；浓缩提纯的碳酸锂溶液也可以用强酸中和,得到锂盐,然后进入双极膜电渗析器制备氢氧化锂。

本实用新型的双极膜电渗析方法可以在至少有两个隔室的多室池中进行。典型的，当锂盐解离形成弱酸时，使用两室结构双极膜电渗析器，此时采用双极膜与阳离子交换膜配对，如碳酸锂盐属于弱酸盐，通过两室结构生产氢氧化锂，同时得到的碳酸可以分解为CO₂，没有其他副产物和污染物。副产CO₂可以通入到高镁锂比的溶液中，利用碳酸镁的在水溶解度小的特点，形成碳酸镁沉淀，过滤沉淀分离,得到富含锂盐的溶液,然后通过纳滤技术使碳酸镁含量下降到1ppm以下,富集碳酸锂到1％的含量。

多数情况三室结构更加常见。当锂盐解离形成强酸时，使用三室结构双极膜电渗析器，此时采用双极膜与阴阳离子交换膜配对，将锂盐溶液加入到进料室,在电场作用下,锂离子通过阳膜进入双极膜室,与双极膜分离出的氢氧根离子结合,形成氢氧化锂，而酸根离子,可以是氯离子、硝酸根离子,硫酸根离子通过阴膜进入双极膜的另一室,与氢离子结合形成相应的酸。

本实用新型所达到的有益效果是：

本实用新型克服了目前工艺的缺点,提供一种投资成本低,效率更高,经济性好的盐湖锂的提纯装置。另外，本实用新型利用了双极膜电渗析装置，可以直接通过锂盐得到高纯的氢氧化锂，避免了苛碱法的杂质高、提纯过程复杂的缺点，可获得纯度较高的氢氧化锂产品。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型实施例一的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二的结构示意图。

图中：1、醇洗装置；2、电渗析装置；3、提纯装置；4、纳滤膜装置；5、双极膜电渗析器；6、加醇装置；7、CO2进气管；8、加酸装置。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一：

如图1所示，一种高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置，包括醇洗装置1，醇洗装置1连接加醇装置6，醇洗装置1的溶液输出端连接电渗析装置2，电渗析装置2的溶液输出端连接提纯装置3，提纯装置3连接CO₂进气管7，提纯装置3的溶液输出端连接纳滤膜装置4，纳滤膜装置4的输出端连接双极膜电渗析器5，双极膜电渗析器5连接CO₂出气管，CO₂出气管连接提纯装置的CO₂进气管7。

所述双极膜电渗析器5内设置多室池，多室池内设有至少两个隔室。

所述加醇装置6内加入醇，醇可选用包括C1/C5的直链烷烃醇。

所述加醇装置6加入的醇选用甲醇、乙醇或丙醇中的一种，优选乙醇。

所述电渗析装置2为一价离子选择性膜的电渗析装置。

本实用新型的工作原理及工作过程如下：

1、在醇洗装置1内利用醇洗沉淀镁,制备中镁锂比盐溶液，

国内老卤中Mg：Li比非常高,可以达到由20：1,通过向高镁锂比的老卤中加入醇,使镁盐沉淀，而锂则保留在水醇溶液中。可以使用的醇包括C1/C5的直链烷烃醇,比如甲醇、乙醇、丙醇等,其中乙醇效果最好，可以除去90％的镁盐。

2、利用电渗析装置2提纯浓缩锂盐,得到低镁锂比的溶液，

醇沉后的醇水溶液可以直接进入一价离子选择性膜的电渗析装置2,将剩余的大部分镁除去,选择性在90％左右。

3、提纯装置3利用CO₂从高锂镁比的盐湖溶液提纯锂溶液：

电渗析除镁的溶液,进入提纯装置3后，通过加入CO₂可以形成碳酸镁和碳酸锂盐溶液,利用碳酸镁在水中溶解度很低而碳酸锂在水中溶解度高的特点,形成高锂含量的溶液,比如镁锂比提高到1：2左右。沉淀镁的最佳条件：当搅拌时间为20min、n(CO₃ ^2-)/n(Mg)＝0.91时，镁离子的去除率可达98％，去除碳酸镁沉淀后，绝大部分锂离子保留在溶液中。

4、将碳酸镁沉淀,过滤后的富锂溶液通过纳滤膜装置4,将多价离子,特别是二价的镁离子、碳酸根离子分离出去,并浓缩富锂溶液。由于碳酸锂在水中的溶解度不大，比较合理的碳酸锂浓度在0.5到1,3％,最佳浓度1％。

5、锂溶液通过双极膜电渗析器5制备氢氧化锂,同时副产品酸：

经过纳滤膜装置4浓缩提纯的碳酸锂溶液可以直接进入双极膜电渗析器5制备氢氧化锂。

双极膜电渗析器5设置多室池，多室池包括三个隔室。当锂盐解离形成强酸时，使用三室结构双极膜电渗析方法，此时采用双极膜与阴阳离子交换膜配对，阴阳离子交换膜使用阻碱型阳膜和阻酸性阴膜。将锂盐溶液加入到进料室,在电场作用下,锂离子通过阳膜进入双极膜室,与双极膜分离出的氢氧根离子结合,形成氢氧化锂.而碳酸根离子通过阴膜进入双极膜的另一室,与氢离子结合形成相应的碳酸，碳酸随后分解产生CO₂。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于，所述纳滤膜装置4与双极膜电渗析器5之间设有加酸装置8，加酸装置8加入一定量的0.50％LiCl。浓缩提纯的碳酸锂溶液用强酸中和后，得到锂盐，然后进入双极膜电渗析器5制备氢氧化锂。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于，双极膜电渗析器5设置多室池，多室池包括两个隔室，两室结构配有两组阳离子交换膜和双极膜，阳离子交换膜为阻碱型阳膜。

Claims (6)

1.一种高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置，其特征在于，包括醇洗装置，醇洗装置连接加醇装置，醇洗装置的溶液输出端连接电渗析装置，电渗析装置的溶液输出端连接提纯装置，提纯装置连接CO₂进气管，提纯装置的溶液输出端连接纳滤膜装置，纳滤膜装置的输出端连接双极膜电渗析器，双极膜电渗析器连接CO₂出气管，CO₂出气管连接提纯装置的CO₂进气管。

2.根据权利要求1所述的高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置，其特征在于，所述纳滤膜装置与双极膜电渗析器之间设有加酸装置。

3.根据权利要求1或2所述的高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置，其特征在于，所述双极膜电渗析器内设置多室池，多室池内设有至少两个隔室。

4.根据权利要求1或2所述的高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置，其特征在于，所述加醇装置内加入醇，醇可选用包括C1/C5的直链烷烃醇。

5.根据权利要求4所述的高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置，其特征在于，所述加醇装置加入的醇选用甲醇、乙醇或丙醇中的一种。

6.根据权利要求1或2所述的高镁锂比老卤溶液双极膜电渗析法制备氢氧化锂的装置，其特征在于，所述电渗析装置为一价离子选择性膜的电渗析装置。