从粉煤灰生产氧化铝工业废水中制备电池级碳酸锂的系统的制作方法

1.本实用新型涉及痕量金属锂回收技术领域，尤其涉及一种从粉煤灰生产氧化铝工业废水中制备电池级碳酸锂的系统。


背景技术：

2.锂电池极高的质量比容量等优势使其与其他类型电池相比，具有良好的能量密度和功率系数，被广泛应用于新能源汽车、电子和工业储能等各个方面。目前，在全球范围内新能源汽车发展迅速，2018年我国新能源汽车己达到100万辆，其带来的动力锂电市场规模则超过800亿元，显示出巨大的市场需求。我国锂电行业的蓬勃发展给锂盐市场带来机遇，锂盐日益増长的需求促使了锂资源的大力开发。
3.准格尔矿区煤中锂含量大于300mg/kg，超过了我国煤炭中伴生锂矿的利用品位 (120.00mg/kg)，具有很大的开发利用价值。在酸法生产氧化铝过程中，锂元素在提铝废水中富集。废水中主要元素含量铝离子1.2g/l、钙离子7.7g/l、镁离子0.48g/l、钾离子1.30g/l、钠离子0.8g/l、锂离子0.01g/l、ph值为5，氯离子浓度0.4mol/l，其中mg/li比约为5，属于低镁锂比优质资源。萃取法溶剂萃取技术具有效率高、连续性强、操作简单、固定成本投入小等优点，在高镁盐湖卤水提锂应用方面得到快速发展，兴华锂盐采用萃取法建立了5000吨碳酸锂生产线从大柴旦盐湖提锂。然而萃取体系tbp浓度高对设备溶胀严重，反萃酸度高，易造成设备腐蚀和tbp降解，同时有机相需要消耗大量的碱再生，锂的回收流程繁琐，技术需要进一步优化。而且粉煤灰工业废水组成与现有提锂原料相差较大，产业化锂提取技术不能完全适用该原料，因此，需要对现有萃取法进行优化，获得适用于粉煤灰废水提锂系统。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本实用新型的目的在于提出一种从粉煤灰生产氧化铝工业废水中制备电池级碳酸锂的系统。
6.为达到上述目的，本实用新型提出一种从粉煤灰生产氧化铝工业废水中制备电池级碳酸锂的系统，包括蒸发浓缩装置；萃取装置和反萃装置；以及碳酸锂制备装置。
7.所述蒸发浓缩装置包括原液槽、蒸发器、浓缩液槽、过滤器、粗液槽以及连接管道、泵、阀门和仪表。
8.所述原液槽通过泵和连接管道连接至所述蒸发器，所述蒸发器通过连接管道连接至所述浓缩液槽，所述浓缩液槽通过泵和连接管道连接至所述过滤器，洗水槽通过泵和连接管道连接至所述过滤器，所述过滤器通过连接管道连接至所述粗液槽和固废库。
9.所述蒸发器为使用蒸汽热源的三效顺流蒸发系统。
10.所述过滤器为叶滤机。
11.所述萃取装置和所述反萃装置包括离心萃取机、有机相中间罐、反萃剂罐以及连
接管道、泵、阀门和仪表。
12.所述粗液槽通过泵和连接管道连接至所述萃取装置的离心萃取机，所述萃取装置的离心萃取机通过连接管道连接至所述反萃装置的离心萃取机，所述反萃装置的离心萃取机通过连接管道连接至所述有机相中间罐，所述有机相中间罐通过泵和连接管道连接至所述萃取装置的离心萃取机，所述反萃剂罐通过泵和连接管道连接至所述反萃装置的离心萃取机。
13.所述碳酸锂制备装置包括碱液槽、精制液槽、一级反应沉淀槽、二级反应沉淀槽、第一过滤器、第二过滤器、烘干机以及连接管道、泵、阀门和仪表。
14.所述反萃装置的离心萃取机通过连接管道连接至所述精制液槽，所述精制液槽通过连接管道连接至所述一级反应沉淀槽，所述碱液槽通过泵和连接管道连接至所述一级反应沉淀槽和所述二级反应沉淀槽，所述一级反应沉淀槽通过泵和连接管道连接至所述第一过滤器，所述过滤器通过连接管道连接至所述二级反应沉淀槽，所述二级反应沉淀槽通过泵和连接管道连接至所述第二过滤器，所述第二过滤器通过连接管道连接至所述烘干机。
15.所述第一过滤器是叶滤机，所述第二过滤器是平盘过滤机。
16.所述一级反应沉淀槽和所述二级反应沉淀槽内设有蒸汽加热盘管。
17.采用上述技术方案后，本实用新型和现有技术相比所具有的优点是：将粉煤灰中的锂回收，并制成产品，提高粉煤灰的高值化利用，利用粉煤灰生产氧化铝产生的工业废水制备碳酸锂，解决了氧化铝生产过程中废水处理问题，充分利用粉煤灰工业废水中锂资源，该系统锂元素提取率大于98％，碳酸锂纯度大于99.50％，实现了对煤炭资源的吃干榨净，具有重大战略意义。该系统装置产生的废水进行了充分的回收利用，仅产生少量盐渣，污染较小。
18.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1是本实用新型一实施例提出的从粉煤灰生产氧化铝工业废水中制备电池级碳酸锂的系统中的蒸发浓缩装置的结构示意图；
21.图2是本实用新型一实施例提出的从粉煤灰生产氧化铝工业废水中制备电池级碳酸锂的系统中的萃取装置和反萃装置的结构示意图；
22.图3本实用新型一实施例提出的从粉煤灰生产氧化铝工业废水中制备电池级碳酸锂的系统中的碳酸锂制备装置的结构示意图。
23.如图所示：1、工业废水；2、原液槽；3、原液泵；4、蒸发器；5、蒸汽；6、叶滤机；7、叶滤机；8、洗水槽；9、粗液槽；10、固废库；11、粗液；12、萃取用离心萃取机；13、萃余液；14、反萃取用离心萃取机；15、有机相中间罐；16、反萃剂罐； 17、精制液；18、精制液槽；19、碱液槽；20、一级反应沉淀槽；21、蒸汽加热盘管； 22、叶滤机；23、二级反应沉降槽；24、平盘过滤机；25、烘干机；26、电池级碳酸锂。
具体实施方式
24.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
25.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用粉煤灰生产氧化铝过程中工业废水作为原料，经蒸发浓缩、萃取富集锂、反萃、深度除杂和沉淀等工艺制备电池级碳酸锂的系统。该系统由蒸发浓缩装置、萃取和反萃装置、碳酸锂制备装置组成。
26.所述蒸发浓缩装置包括原液槽、蒸发器、浓缩液槽、过滤器、粗液槽以及连接管道、泵、阀门和仪表等。粉煤生产氧化铝产生的工业废水存入原液槽内，由原液泵送入蒸发器。所述蒸发器为三效顺流蒸发系统，热源为蒸汽，蒸发温度80～160℃，优选90～140℃；蒸发时间1～5h，优选2～3h。蒸发后的浓缩液进入浓缩液槽，经过滤洗涤后进入粗液槽中，所述过滤器为立盘过滤机。
27.所述萃取和反萃装置包括若干台离心萃取机、有机相中间罐、反萃剂罐以及连接管道、泵、阀门和仪表等。萃取和反萃工艺均为逆流萃取，级数4～10级，数台离心萃取机串联完成萃取和反萃过程。有机相采用新型多元萃取体系，tbp复合萃取剂 fecl3 煤油(或环己烷、二异丁基酮)，复合萃取剂为tbp与二(2-乙基己基磷酸) (p204)、2-乙基己基磷酸-2-乙基己基酯(p507)和磷酸二异辛酯(p350)的一种或两种按照不同比例混合，混合原则tbp体积占比为60～80％，p204和p507总占比为 10～20％，环己烷或者煤油占比为10～20％，通过加入氯化铁调整料浆中fe/li的摩尔比为1.2～2.0。萃取相比(o/a)为2～5。萃取温度25～50℃。反萃相比(o/a)为1～ 4，反萃剂为水、水 氯化锂或水 氯化钠，反萃取温度25～50℃。
28.所述碳酸锂制备装置包括碱液槽、精制液槽、反应沉淀槽、过滤器、烘干机以及连接管道、泵、阀门和仪表等。由反萃装置得到的精制液进入精制液槽，精制液与碱液槽内的纯碱溶液在反应沉淀槽内搅拌混合，反应沉淀槽内设有蒸汽加热盘管。碳酸钠的加入量为理论计算的0.8～1.5倍，用于沉淀溶出液中的少量钙和镁，调节料浆ph 为11～12，反应温度60～120℃，优选80～100℃；反应时间30～90min，优选30～ 45min。反应后的料液经叶滤机过滤得到纯净的氯化锂混合液，加入过量的碳酸钠使锂沉淀，碳酸钠的加入量为理论值的1～2倍；反应温度60～120℃，优选80～90℃；反应时间1～4h，优选1～2h。反应后的料液经平盘过滤机过滤、洗涤后进入烘干机，烘干温度为150～250℃，优选180～230℃。
29.见图1，所述蒸发浓缩装置包括原液槽2、蒸发器4、浓缩液槽6、叶滤机7、叶滤机8、粗液槽9、固废库10以及连接管道、泵、阀门和仪表等。粉煤生产氧化铝产生的工业废水1送入原液槽2内，由原液泵3送入蒸发器4。所述蒸发器4为三效顺流蒸发系统，热源为蒸汽5，蒸发温度为90～140℃；蒸发时间2～3h。蒸发后的浓缩液进入浓缩液槽6，浓缩液槽6的料浆由泵送入叶滤机7进行过滤、洗涤，洗涤水为洗水槽8中的去离子水。过滤洗涤后的溶液进入粗液槽9，滤饼作为固废盐类存入固废库10。
30.见图2，所述萃取和反萃装置包括五台萃取用离心萃取机12、五台反萃取用离心萃取机14、有机相中间罐15、反萃剂罐16以及连接管道、泵、阀门和仪表等。萃取和反萃工艺均
为逆流萃取，级数5级，数台离心萃取机串联完成萃取和反萃过程。由粗液槽10送来的粗液11进入离心萃取机12中，经过5级逆流萃取后产生的萃余液 13送往粉煤灰生产氧化铝装置中的成品过滤洗涤工序，萃取后得到的有机相继续进入反萃装置的离心萃取机14，经过5级逆流反萃取后得到有机相进入有机相中间罐15 中循环利用。反萃剂罐16内装有反萃剂水，经过5级逆流反萃取得到精制液17。
31.见图3，所述碳酸锂制备装置包括碱液槽19、精制液槽18、一级反应沉淀槽20、叶滤机22、二级反应沉降槽23、平盘过滤机24、烘干机25以及连接管道、泵、阀门和仪表等。由反萃装置得到的精制液17进入精制液槽18内，随后由泵进入一级反应沉淀槽20内与来自碱液槽19内的碳酸钠溶液混合，用于沉淀溶液中的少量钙和镁，调节料浆ph为11～12。反应沉淀槽内设有蒸汽加热盘管21，利用蒸汽对槽内溶液加热，反应温度为80℃，反应时间45min。反应后的料液进入叶滤机22进行过滤，滤饼送入固废库10，滤液进入二级反应沉淀槽23，与来自碱液槽19内的碳酸钠溶液混合，碳酸钠的加入量为理论值的1～2倍，使溶液中的锂生成碳酸锂沉淀。反应沉淀槽内设有蒸汽加热盘管21，利用蒸汽对槽内溶液加热，反应温度为85℃，反应时间为2h。反应后的料液送入平盘过滤机24进行过滤、洗涤，滤液和洗液送往粉煤灰生产氧化铝装置中的成品过滤洗涤工序。过滤洗涤后得到的滤饼进入烘干机25，烘干温度为180～ 230℃。最终得到成品电池级碳酸锂26。
32.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
33.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
34.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
35.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。