基于双极膜电渗析制备氢氧化锂的系统的制作方法

1.本实用新型涉及氢氧化锂生产领域，尤其是一种基于双极膜电渗析制备氢氧化锂的系统。


背景技术：

2.氢氧化锂是锂电池生产中的重要初级原料，利用双极膜电渗析法可以通过锂盐制取氢氧化锂。双极膜包含阳离子交换层、界面亲水层和阴离子交换层，在直流电场作用下，双极膜可将水离解，在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。双极膜电渗析法利用这一特点，将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱。
3.双极膜电渗析法制备氢氧化锂的锂盐可以取自于锂矿石煅烧后的浸出液、卤水等原料。其中锂矿石煅烧后的浸出液锂含量较高，成分相对简单，制取氢氧化锂较为简单，而卤水的成分复杂，制取过程中产生的液体处理较为困难。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于双极膜电渗析制备氢氧化锂的系统，较大程度上对产物进行分离，以便于充分利用。
5.本实用新型公开的基于双极膜电渗析制备氢氧化锂的系统，包括用于去除镁、钙离子的除杂装置、用于制取氢氧化锂的双极膜电渗析装置和用于结晶分离氢氧化锂的结晶分离装置，所述双极膜电渗析装置包括第一双极膜电渗析段和第二双极膜电渗析段；
6.所述第一双极膜电渗析段具有第一盐室、第一酸室和第一碱室，所述第一酸室和第一碱室之间设置有双极膜，所述第一酸室和第一盐室之间设置有单价选择性阴离子交换膜，所述第一碱室与第一盐室之间设置有阳离子交换膜；
7.所述第二双极膜电渗析段具有第二盐室、第二酸室和第二碱室，所述第二酸室和第二碱室之间设置有双极膜，所述第二酸室和第二盐室之间设置有阴离子交换膜，所述第二碱室与第二盐室之间设置有阳离子交换膜；
8.所述除杂装置的出口与第一盐室相连接，所述第一酸室连接有盐酸收集装置，所述第一碱室与结晶分离装置相连接，所述第二盐室与第一盐室相连接，所述第二酸室连接有硫酸回收装置相连接，所述第二碱室与结晶分离装置相连接。
9.优选地，所述除杂装置包括碳酸钠储罐、碱液储罐、除杂反应釜和过滤机构，所述碳酸钠储罐和碱液储罐分别与除杂反应釜相连接，所述除杂反应釜与过滤机构相连接，所述过滤机构的清液出口与第一双极膜电渗析段的第一盐室相连接。
10.优选地，所述结晶分离装置的清液出口与所述碱液储罐相连接。
11.优选地，所述除杂装置还包括树脂除杂装置，所述树脂除杂装置包括树脂吸附设备和再生设备，所述树脂吸附设备连接于过滤机构与第一双极膜电渗析段之间，所述再生设备包括酸液槽、碱液槽和洗水槽，所述酸液槽、碱液槽和洗水槽分别与树脂吸附设备相连
接。
12.优选地，所述酸液槽与盐酸收集装置相连接，所述碱液槽与结晶分离装置的清液出口相连接。
13.优选地，所述的基于双极膜电渗析制备氢氧化锂的系统包括有石膏制取装置，所述石膏制取装置包括有单飞粉储罐、硫酸处理反应釜和压榨机，所述硫酸回收装置以及单飞粉储罐分别与硫酸处理反应釜相连接，所述硫酸处理反应釜与压榨机相连接。
14.本实用新型的有益效果是：该系统中利用两段双极膜电渗析，第一双极膜电渗析段利用单价选择性阴离子交换膜尽可能地将氯离子分离出来形成盐酸，第二双极膜电渗析段生成的则主要为硫酸，有利于两者的分别利用。
附图说明
15.图1是本实用新型的整体示意图；
16.图2是第一双极膜电渗析段的示意图；
17.图3是第二双极膜电渗析段的示意图。
18.附图标记：除杂装置1，碳酸钠储罐11，碱液储罐12，除杂反应釜13，过滤机构14，树脂吸附设备15，酸液槽16，碱液槽17，洗水槽18，双极膜电渗析装置2，第一双极膜电渗析段21，第一盐室211，第一酸室212，第一碱室213，第二盐室221，第二酸室222，第二碱室223，双极膜210，单价选择性阴离子交换膜220，阳离子交换膜230，阴离子交换膜240，阴极250，阳极260，第二双极膜电渗析段22，盐酸收集装置23，硫酸回收装置24，结晶分离装置3，碱液缓冲罐31，氢氧化锂收集装置32，硫酸处理反应釜41，单飞粉储罐42，压榨机43。
具体实施方式
19.下面结合附图对本实用新型进一步说明。
20.如图所示，本实用新型的基于双极膜电渗析制备氢氧化锂的系统，包括用于去除镁、钙离子的除杂装置1、用于制取氢氧化锂的双极膜电渗析装置2和用于结晶分离氢氧化锂的结晶分离装置3，所述双极膜电渗析装置2包括第一双极膜电渗析段21和第二双极膜电渗析段22；
21.所述第一双极膜电渗析段21具有第一盐室211、第一酸室212和第一碱室213，通常第一盐室211、第一酸室212和第一碱室213的排列顺序按照现有的双极膜电渗析设备排列即可，同一膜堆中具体可以设置多组，酸碱盐室，所述第一酸室212和第一碱室213之间设置有双极膜210，所述第一酸室212和第一盐室211之间设置有单价选择性阴离子交换膜220，所述第一碱室213与第一盐室211之间设置有阳离子交换膜230；
22.所述第二双极膜电渗析段22具有第二盐室221、第二酸室222和第二碱室223，通常第二盐室221、第二酸室222和第二碱室223的排列顺序按照现有的双极膜电渗析设备排列即可，同一膜堆中具体可以设置多组，酸碱盐室，所述第二酸室222和第二碱室223之间设置有双极膜210，所述第二酸室222和第二盐室221之间设置有阴离子交换膜240，所述第二碱室223与第二盐室221之间设置有阳离子交换膜230；
23.所述除杂装置1的出口与第一盐室211相连接，所述第一酸室212连接有盐酸收集装置23，所述第一碱室213与结晶分离装置3相连接，所述第二盐室221与第一盐室211相连
接，所述第二酸室222连接有硫酸回收装置24相连接，所述第二碱室223与结晶分离装置3相连接。
24.该系统利用卤水制取氢氧化锂，卤水中主要包含镁、钙、钠、钾、锂等阳离子，氯离子、硫酸根离子等阴离子。将浓缩后卤水的通入除杂装置1中，通过除杂装置1除去其中的镁、钙离子，然后将卤水通入第一双极膜电渗析段21，如图2所示，第一双极膜电渗析段21与现有的双极膜电渗析设备一样，具有阴极250和阳极260，在阴极250和阳极260之间通过离子交换膜隔离出第一盐室211、第一酸室212和第一碱室213，所不同的是第一酸室212和第一盐室211之间设置的是单价选择性阴离子交换膜220，而第二双极膜电渗析段22的第二酸室222和第二盐室221之间则采用常规的阴离子交换膜240。经除杂处理后的卤水首先被通入第一盐室211中，在加压和电渗析作用下，第一盐室211中的盐成分逐渐减少，由于第一酸室212和第一盐室211之间是单价选择性阴离子交换膜220，可以选择性的通过氯离子，而硫酸根离子则保留于第一盐室211中，第一酸室212生成主要成分为盐酸的酸液，并通过盐酸收集装置23进行收集，第一碱室213中生成含有氢氧化锂、氢氧化钠以及氢氧化钾的碱液；经第一双极膜电渗析段21处理后，液体中绝大部分氯离子被渗析生成盐酸，剩余阴离子主要是硫酸根离子，将其通入第二双极膜电渗析段的第二盐室221，经过第二双极膜电渗析段的电渗析，在第二酸室222中生成硫酸，通过硫酸收集装置收集，在第二碱室223中生成含有氢氧化锂、氢氧化钠以及氢氧化钾的碱液，与第一碱室213生成的碱液成分相似，将两者一起通入结晶分离装置3，通过结晶分离装置3，结晶并分离出氢氧化锂，剩余溶液则为强碱液，可以进行回收利用。可以设置氢氧化锂收集装置32用于收集结晶分离出的氢氧化锂。
25.除杂装置1的作用是为了除去镁、钙离子，具体可以参考现有的镁、钙离子去除设备，在本技术的优选实施例中，所述除杂装置1包括碳酸钠储罐11、碱液储罐12、除杂反应釜13和过滤机构14，所述碳酸钠储罐11和碱液储罐12分别与除杂反应釜13相连接，所述除杂反应釜13与过滤机构14相连接，所述过滤机构14的清液出口与第一双极膜电渗析段21的第一盐室211相连接。卤水通入除杂反应釜13中，碳酸钠储罐11向除杂反应釜13中通入碳酸钠溶液，碱液储罐12向除杂反应釜13中通入碱液，镁、钙离子在碱性环境下生成氢氧化镁和碳酸钙，然后通过过滤机构14进行过滤，从而去除镁、钙离子。
26.为了充分利用产物，所述结晶分离装置3的清液出口与所述碱液储罐12相连接。如此则可以将含有结晶分离氢氧化锂后的碱液通入除杂反应釜13中进行利用。该碱液中虽然含有氢氧化钠和氢氧化钾等，成分相对较为复杂，但是完全满足除杂系统的要求，且其本身来源于卤水，不会引入新的杂质污染。
27.通过碳酸钠和碱液除杂后的溶液还含有少量钙离子，为了进一步去除溶液中的钙离子，在本技术的优选实施例中，所述除杂装置1还包括树脂除杂装置，所述树脂除杂装置包括树脂吸附设备15和再生设备，所述树脂吸附设备15连接于过滤机构14与第一双极膜电渗析段21之间，所述再生设备包括酸液槽16、碱液槽17和洗水槽18，所述酸液槽16、碱液槽17和洗水槽18分别与树脂吸附设备15相连接。树脂可以通过其吸附作用进一步去除镁、钙离子，但是树脂吸附后需要对其进行再生，再生方式是依次从酸液槽16通入酸液进行酸洗、从碱液槽17通入碱液进行碱洗，最后通过洗水槽18通入洗水进行水洗，树脂再生活化后可以重复利用去除镁、钙离子。
28.在双极膜电渗析中会生成盐酸、硫酸，结晶分离氢氧化锂后的液体是强碱液，其
中，盐酸可以用树脂的酸洗，结晶分离后的清液可以用于碱洗，因此，作为本技术的优选实施方式，所述酸液槽16与盐酸收集装置23相连接，所述碱液槽17与结晶分离装置3的清液出口相连接。结晶分离装置3与用于通入树脂吸附设备15的碱液槽17以及用于通入除杂反应釜13碱液储罐12之间可以设置碱液缓冲罐31，用于碱液的缓冲和储存。至此，本系统可以将产出的多数粗液进行直接回收利用，可以有效降低生产成本，其余的溶液则可以通过进一步精炼等方式进行后续处理，但是处理量已经大幅降低。
29.至于通过硫酸回收装置24收集的主要成分为硫酸的酸液，本系统中还包括有石膏制取装置，所述石膏制取装置包括有单飞粉储罐42、硫酸处理反应釜41和压榨机43，所述硫酸回收装置24以及单飞粉储罐42分别与硫酸处理反应釜41相连接，所述硫酸处理反应釜41与压榨机43相连接。将主要成分为硫酸的酸液通入硫酸处理反应釜41中，再从单飞粉储罐42通入通入单飞粉，经反应后进行压榨，即可生产石膏。