用于吸附法卤水提锂的设备
阅读说明:本技术 用于吸附法卤水提锂的设备 (Equipment for extracting lithium from brine by adsorption method ) 是由 李亦然 沈芳明 马君耀 许挺 张凯 于 2020-07-07 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种用于吸附法卤水提锂的设备,属于吸附提锂设备技术领域。它包括带式真空过滤机,所述的带式真空过滤机连接有用于将卤水和吸附剂混合的固液混合机构,带式真空过滤机上并沿着带式真空过滤机的传动方向依次设有相互连接的原料卤水区、洗盐区和解吸区,固液混合机构连接原料卤水区,输送洗盐液的第一液体输送机构和输送解吸液的第二液体输送机构分别连接洗盐区和解吸区。本发明相比现有的吸附塔吸附,本发明投资成本低,大幅降低了后续除盐提纯工艺的投资和生产成本,最终可以稳定得到电池级碳酸锂或氢氧化锂。(The invention provides equipment for extracting lithium from brine by an adsorption method, and belongs to the technical field of adsorption lithium extraction equipment. It includes belt vacuum filter, belt vacuum filter be connected with and be used for the solid-liquid mixing mechanism with brine and adsorbent mixture, belt vacuum filter is last and be equipped with interconnect's raw materials brine district, salt washing district and desorption district along belt vacuum filter's transmission direction in proper order, raw materials brine district is connected to solid-liquid mixing mechanism, salt washing liquid's first liquid conveying mechanism and the second liquid conveying mechanism who carries desorption liquid are connected respectively and are washed salt district and desorption district. Compared with the existing adsorption tower, the invention has low investment cost, greatly reduces the investment and production cost of the subsequent desalting and purifying process, and can stably obtain the battery-grade lithium carbonate or lithium hydroxide finally.)
技术领域
本发明属于吸附提锂设备技术领域,涉及一种用于吸附法卤水提锂的设备。
背景技术
吸附剂及吸附剂的使用形式是吸附法水处理技术的关键。由于粉体吸附剂固液分离困难、难回收等缺陷,20世纪90年代以后水处理吸附法已普遍采用颗粒吸附剂结合吸附塔的工艺。
水处理吸附剂主要分为有机和无机两大类,直径1-2mm左右的有机吸附剂已形成成熟市场,其填装在吸附塔中已广泛应用于水处理各个领域。以铁系、铝系、锰系等为代表的无机吸附剂,尤其是不能通过煅烧成型的羟基铁、铝、锰等吸附剂,其造粒过程目前尚缺乏成熟、完善的解决方案,造粒后的无机吸附剂往往易破碎,且颗粒吸附剂活性远低于粉体。
吸附法卤水提锂技术对不同盐湖有广泛的适应性,可处理低锂含量卤水。吸附法卤水提锂技术目前已在阿根廷盐湖和我国青海盐湖实现规模工业化。同时,吸附法卤水提锂技术已有大量的研究关注,涉及吸附剂合成、不同卤水提锂效率、吸附反应机制等多个领域。
大量研究和实践表明,卤水提锂最高效的吸附剂是铝系、锰系、钛系等的氧化物或氢氧化物。上述金属氧化物或氢氧化物的吸附剂造粒技术一贯是水处理行业难题。然而,目前卤水提锂工业化产线仍沿袭传统水处理吸附法的技术路线,采用颗粒吸附剂结合吸附塔的工艺。
由于卤水提锂吸附剂的特性,已有研究和专利提出了利用粉体吸附剂进行卤水提锂。为了实现粉体吸附剂的回收,有研究利用板框压滤机、离心机和陶瓷膜实现吸附剂与水的固液分离;也有研究和专利将吸附剂载磁,其后利用磁选机实现固液分离。
颗粒吸附剂结合吸附塔的技术路线用于卤水提锂存在一些问题:1)投产阶段需大量构建填满吸附剂的吸附塔,投资成本高昂;2)一般得到镁锂比大于3:1,盐锂比TDS:Li大于30:1的解吸液;3)吸附段锂回收率一般小于60%,若要实现高锂回收率,需设置多塔串联和功能转换,大幅提高工业连续生产的难度。
粉体吸附剂结合板框压滤机、离心机、精密过滤或陶瓷膜的卤水提锂工艺目前尚处于实验室或中试阶段,相关文献、专利均仅关注粉体吸附剂与卤水的固液分离,对卤水提锂过程中吸附剂的洗涤过程缺乏认识和关注,因此上述工艺均无法得到低盐锂比解吸液。
卤水总盐度可达数百克/升,而其中锂含量仅为数十至数百毫克/升。本专利申请者经大量研究试验发现,在利用吸附法提取卤水中锂的过程中,如何最大限度地降低解吸液中的盐锂比是吸附法卤水提锂的关键。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题,提供一种用于吸附法卤水提锂的设备。
为达到上述目的,本发明采用了下列技术方案:
一种用于吸附法卤水提锂的设备,包括带式真空过滤机,所述的带式真空过滤机连接有用于将卤水和吸附剂混合的固液混合机构,带式真空过滤机上并沿着带式真空过滤机的传动方向依次设有相互连接的原料卤水区、洗盐区和解吸区,固液混合机构连接原料卤水区,输送洗盐液的第一液体输送机构和输送解吸液的第二液体输送机构分别连接洗盐区和解吸区。
在上述的用于吸附法卤水提锂的设备中,所述的第一液体输送机构包括至少两个相互独立且依次连接的洗盐液循环组件,不同的洗盐液循环组件由靠近解吸区的一侧向另一侧逐个连接。
在上述的用于吸附法卤水提锂的设备中,最靠近原料卤水区的洗盐液循环组件的出料口连接带式真空过滤机尾部,最靠近解吸区的洗盐液循环组件上方设有洗盐液输送器,每相邻的两个洗盐液循环组件中靠近解吸区一侧的洗盐液循环组件的出料口位于带式真空过滤机上方并与另一个洗盐液循环组件的进料口对应。
在上述的用于吸附法卤水提锂的设备中,所述的洗盐液循环组件包括连接带式真空过滤机的洗盐液真空盒,以及连接洗盐液真空盒的洗盐液输送组件,每相邻的两个洗盐液循环组件中靠近解吸区一侧的洗盐液循环组件上的洗盐液输送组件的出料口位于带式真空过滤机上方并与另一个洗盐液循环组件上的洗盐液真空盒对应。
在上述的用于吸附法卤水提锂的设备中,所述的第二液体输送机构包括至少两个相互独立且依次连接的解吸液循环组件,不同的解吸液循环组件由远离洗盐区的一侧向另一侧逐个连接。
在上述的用于吸附法卤水提锂的设备中,最靠近洗盐区的解吸液循环组件的出料口连接后续精加工工段,最远离洗盐区的解吸液循环组件的进料口连接位于带式真空过滤机上方的解吸液输送器,每相邻的两个解吸液循环组件中远离洗盐区一侧的解吸液循环组件的出料口位于带式真空过滤机上方并与另一个解吸液循环组件的进料口对应。
在上述的用于吸附法卤水提锂的设备中,所述的解吸液循环组件包括连接带式真空过滤机的解吸液真空盒,以及连接解吸液真空盒的解吸液输送组件,每相邻的两个解吸液循环组件中远离洗盐区一侧的解吸液循环组件上的解吸液输送组件位于带式真空过滤机上方并与另一个解吸液循环组件上的解吸液真空盒对应。
在上述的用于吸附法卤水提锂的设备中,还包括连接解吸区的洗盐回水区,所述的第一液体输送机构的出料口连接洗盐回水区。
在上述的用于吸附法卤水提锂的设备中,还包括连接解吸区的洗盐回水区,最靠近原料卤水区的洗盐液循环组件的出料口连接洗盐回水区,洗盐回水区通过输送带连接固液混合机构。
在上述的用于吸附法卤水提锂的设备中,所述的洗盐回水区包括连接带式真空过滤机的洗盐回水真空盒,洗盐回水真空盒通过洗盐回水输送组件连接洗盐回收固液分离器,原料卤水区通过原料卤水输送组件连接原料卤水固液分离器。
与现有的技术相比,本发明的优点在于:
1、相比现有的吸附塔吸附,本发明投资成本低,可降低约80%的投资成本。
2、利用本发明可以得到镁锂比小于1:1,盐锂比(TDS/Li)小于10:1的解吸液,大幅降低了后续除盐提纯工艺的投资和生产成本,最终可以稳定得到电池级碳酸锂或氢氧化锂。
3、吸附剂损失小,吸附剂在单次吸附解吸循环中的泄漏率小于0.01%。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的局部结构示意图;
图3是本发明的局部结构示意图。
图中:固液混合机构1、混合罐1a、原料卤水区2、洗盐区3、解吸区4、第一液体输送机构5、第二液体输送机构6、洗盐液循环组件7、洗盐液收集罐7a、洗盐液真空盒8、洗盐液输送组件9、解吸液循环组件10、解吸液真空盒11、解吸液输送组件11a、洗盐回水区12、输送带13、洗盐回水真空盒14、洗盐回水输送组件15、洗盐回收固液分离器16、原料卤水输送组件17、原料卤水固液分离器18、带式真空过滤机100、机架101、滤布102、刮板103。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1-3所示,一种用于吸附法卤水提锂的设备,包括带式真空过滤机100,所述的带式真空过滤机100连接有用于将卤水和吸附剂混合的固液混合机构1,带式真空过滤机100上并沿着带式真空过滤机100的传动方向依次设有相互连接的原料卤水区2、洗盐区3和解吸区4,固液混合机构1连接原料卤水区2,输送洗盐液的第一液体输送机构5和输送解吸液的第二液体输送机构6分别连接洗盐区3和解吸区4。
在本实施例中,原料卤水区2、洗盐区3和解吸区4在带式真空过滤机100为相互连接的,这些区域的设定是根据固液混合机构1、第一液体输送机构5和第二液体输送机构6的物料或液体与带式真空过滤机100接触的区域进行划分的。带式真空过滤机100为现有技术,可采用市售产品,具体的说,带式真空过滤机100包括机架101,以及在机架101上的滤布102,该滤布102首尾连接呈环形,再机架101上的电机通过张紧轮等组件驱动下周向循环转动。
滤布102用以固液分离,即将吸附剂和液体进行分离,滤布102优选选用大通气量滤布,滤布通气量大于500L/m2·s,以保证卤水与吸附剂分离的处理能力,对吸附剂的截留率大于90%。
固液混合机构1将吸附剂与卤水混合,卤水中的含锂盐及其他盐被吸附剂吸附,固液混合机构1将混合物输送到原料卤水区2,在该原料卤水区2中吸附剂与卤水实现固液分离,卤水透过滤布102,吸附剂位于滤布102上。
固液混合机构1包括一个混合罐1a,混合罐1a里面具有搅拌桨,用于搅拌吸附剂和卤水,混合罐1a可直接置于原料卤水区2上方,使吸附剂与卤水混合物能直接洒落在原料卤水区2的滤布102上,或者通过输送泵连接混合罐1a,使吸附剂与卤水混合物输入到原料卤水区2的滤布102上。卤水采用泵送到混合罐1a中,吸附剂可直接加入混合罐1a,或者通过输送带加入到混合罐1a中。
洗盐液采用淡水,通过输送泵送到洗盐区3上方,也即第一液体输送机构5可以为输送淡水的输送泵。
作为一种优选的方案,结合图3所示,第一液体输送机构5包括至少两个相互独立且依次连接的洗盐液循环组件7,不同的洗盐液循环组件7由靠近解吸区4的一侧向另一侧逐个连接。也就是说,洗盐液循环组件7实现相互串联。
最靠近原料卤水区2的洗盐液循环组件7的出料口连接带式真空过滤机100尾部,这里的尾部是指滤布102末端,最靠近原料卤水区2的洗盐液循环组件7的出水回到滤布102末端上,增加滤布102上的吸附剂中的含盐量。
最靠近解吸区4的洗盐液循环组件7上方设有洗盐液输送器,洗盐液输送器为连接输送泵的喷头或者是管道等,用于将淡水直接喷洒在滤布102的吸附剂上,从而将吸附剂中的盐脱离。
在本实施例中,多个洗盐液循环组件7串联连接的方式,实际上是形成梯度洗脱的效果,也符合化学中少量多次的原则,将吸附剂中的杂盐预先洗脱。
每相邻的两个洗盐液循环组件7中靠近解吸区4一侧的洗盐液循环组件7的出料口位于带式真空过滤机100上方并与另一个洗盐液循环组件7的进料口对应。这种结构,靠近近解吸区4的洗盐液循环组件7到远离解吸区4的洗盐液循环组件7的洗盐液中的盐浓度依次递增,实现递增式的梯度洗脱提高洗脱的效率。
申请人发现,当洗盐液中的盐浓度越高时,被吸附剂吸附的锂盐越不容易解吸,当吸附剂中的盐锂比(普通盐与含锂盐的比)越高时,锂越不容易被洗脱。考虑到要同时满足洗脱盐及降低锂盐的洗脱,本发明创造性的提出梯度洗脱的结构。该梯度洗脱结构的原理是:洗盐液循环组件7的出料口出来的洗盐液的含盐量,由靠近解吸区4的方向向靠近原料卤水区2的方向逐渐增高,也即最靠近解吸区4的洗盐液为纯水,而最靠近原料卤水区2的洗盐液中包含有部分解吸的锂盐和其他洗脱下来的杂盐。这个优点在于,沿滤布102传动方向的洗盐液的含盐量呈梯度递减,盐分被逐步洗脱,洗脱过程中锂盐被同步洗脱的概率大大降低,从而防止锂盐被提前洗脱,也使其他杂盐得到更好的洗脱。
本实施例,还提供了一种将最靠近原料卤水区2的洗盐液循环组件7的出料口出来的锂盐重新吸附回收的结构。也即,还包括连接解吸区4的洗盐回水区12,所述的第一液体输送机构5的出料口连接洗盐回水区12。具体的说,是最靠近原料卤水区2的洗盐液循环组件7的出料口连接洗盐回水区12。由于洗盐回水区12连接在在解吸区4后面,到达洗盐回水区12内的吸附剂内的锂盐已经被解吸,或者或吸附剂内的锂盐含量极低,洗盐液循环组件7的出料口的回水中含有的锂盐又可以再次被吸附剂吸附,从而避免锂盐浪费。
梯度洗盐的具体结构是这样的:洗盐液循环组件7包括连接带式真空过滤机100的洗盐液真空盒8,以及连接洗盐液真空盒8的洗盐液输送组件9,每相邻的两个洗盐液循环组件7中靠近解吸区4一侧的洗盐液循环组件7上的洗盐液输送组件9的出料口位于带式真空过滤机100上方并与另一个洗盐液循环组件7上的洗盐液真空盒8对应。
洗盐液循环组件7包括连接洗盐液真空盒8洗盐液收集罐7a,洗盐液收集罐7a连接真空泵和输送泵,通过输送泵来转移洗盐液,使洗盐液到达滤布102上方,对滤布上的吸附剂进行淋洗,通过真空泵产生真空,滤布102上的液体吸入到洗盐液收集罐7a中。最靠近原料卤水区2的洗盐液循环组件7的洗盐水用输送泵打到洗盐回水区12上方,对吸附剂进行淋洗。
洗盐液真空盒8上方设有布水结构,布水结构可以是一根管,或者是多根管沿带式真空过滤机100轴向间隔排列,该布水结构连接洗盐液进水口,其中最靠近解吸区4的布水结构直接连接洗盐液输送器,最靠近原料卤水区2的洗盐液循环组件7不连接布水结构,其余的洗盐液循环组件7出口均连接一个布水结构。
第二液体输送机构6包括至少两个相互独立且依次连接的解吸液循环组件10,不同的解吸液循环组件10由远离洗盐区3的一侧向另一侧逐个连接。
可以理解为,解吸液循环组件10的结构可以与洗盐液循环组件7的结构是一样的,其功能就是输送液体,通过液体对滤布102上的吸附剂进行淋洗,将吸附剂中的锂盐洗脱。
在本实施例中,解吸液循环组件10也是相互串联的结构,起到梯度洗脱的效果。最靠近洗盐区3的解吸液循环组件10的出料口连接后续精加工工段,该精加工工段为后续工段,如过滤、浓缩等,但精加工工段为现有技术,不属于本发明的结构,也不是本发明所要解决的技术问题。
最远离洗盐区3的解吸液循环组件10的进料口连接位于带式真空过滤机100上方的解吸液输送器,解吸液输送器可以为输送泵,直接输送纯水,每相邻的两个解吸液循环组件10中远离洗盐区3一侧的解吸液循环组件10的出料口位于带式真空过滤机100上方并与另一个解吸液循环组件10的进料口对应。
沿着真空过滤机100的滤布102的传输方向,解吸液中的锂含量逐渐降低,最后为纯水对吸附剂进行解吸,使吸附剂中的锂能够被充分洗脱。
解吸液循环组件10包括连接带式真空过滤机100的解吸液真空盒11,以及连接解吸液真空盒11的解吸液输送组件11a,每相邻的两个解吸液循环组件10中远离洗盐区3一侧的解吸液循环组件10上的解吸液输送组件位于带式真空过滤机100上方并与另一个解吸液循环组件10上的解吸液真空盒11对应。解吸液输送组件11a包括连接解吸液真空盒11的收集罐和输送泵,其中一个解吸液循环组件10的输送泵与管道连接的出口与相邻的另一个解吸液循环组件10上的解吸液真空盒11对应。
同样的,每个解吸液真空盒11上方也设有一个布水结构,布水结构可以直接是管道上设置若干开口,或者是喷洒头等,该布水结构将解吸液形成喷淋状,对滤布102上的吸附剂进行喷淋,从而将锂盐从吸附剂中洗出。这种洗脱方式,存在一个极大的优点:由于带式真空过滤机100滤布102上的吸附剂中的锂含量是越往后传输,含量越少,越不容易被解吸,而本实施例的解吸液循环组件10呈串联结构后,解吸液中的锂含量随滤布102的传输方向也是越往后越小,也即随着滤布102的传输方向,不同的解吸液循环组件10出来的解吸液中的锂含量与滤布102上的吸附剂中的锂含量呈现一个正相关的关系,到最后就是用纯水作为解吸液直接对锂含量最少的吸附剂进行解吸洗脱,达到洗脱完全的效果。
需要说明的是,最靠近原料卤水区2的洗盐液循环组件7的洗盐水可以直接打到盐田。但这样处理会降低盐田中的卤水的含盐率,且洗盐水中也含有一定的锂,直接排入盐田造成锂吸附不完全,影响锂的提取率。因此,作为一种优选的方案,本实施例在解吸区4后面设置了一个洗盐回水区12,最靠近原料卤水区2的洗盐液循环组件7的出料口连接洗盐回水区12,洗盐液循环组件7出水对洗盐回水区12上的吸附剂进行淋洗。
洗盐回水区12通过输送带13连接固液混合机构1。具体的说,在机架101上与滤布102尾部对应的位置设有一块刮板103,刮板103将滤布102上的吸附剂刮下后,掉落到输送带13上,输送带13连接混合罐1a,吸附剂重新回到混合罐1a中,与卤水混合,将卤水中的锂盐吸附,吸附剂完成吸附-解吸-重新吸附的循环。
洗盐回水区12包括连接带式真空过滤机100的洗盐回水真空盒14,洗盐回水真空盒14通过洗盐回水输送组件15连接洗盐回收固液分离器16,原料卤水区2通过原料卤水输送组件17连接原料卤水固液分离器18。
在本实施例中,固液分离器16为布袋式过滤器、紧密过滤器、磁选机、三足离心机、碟片式分离机中的一种或几种。当吸附剂为磁性吸附剂时,可选用磁选机,当吸附剂为非磁性吸附剂时,则选用除磁选机以外的其他固液分离设备。
本发明的工作过程是:
吸附剂投入到混合罐1a中,盐田的卤水用泵送到混合罐中,固液比为1:10-200,具体根据式真空过滤机100的选型及卤水的含盐量设定,搅拌状态下,卤水中的盐被吸附剂吸附。
吸附剂和卤水的混合物,从混合罐中,投入到原料卤水区2,在带式真空过滤机100的真空作用下,卤水透过滤布102,吸附剂隔离在滤布102上,随着滤布102的传动,吸附剂到达洗盐区3,洗盐液在洗盐区3上方对滤布上的吸附剂进行淋洗,将吸附剂中的杂盐洗脱,经过洗脱处理后的洗盐液回到洗盐回水区12,对洗盐回水区12内的吸附剂进行淋洗,使吸附剂吸附洗盐液中透滤的吸附剂以及锂盐。
经过洗盐区3的吸附剂进入到解吸区4后,通过解吸液的淋洗后,吸附剂中的锂盐被吸出,通过解吸液循环组件10收集后,得到含有锂盐的液体,可以进入到下道工序进行处理。
申请人经过大量实验发现,对于不同的卤水分离,滤布通气量最小应不低于500L/m2·s才能满足较理想的带式真空过滤机处理能力,不同使用情况的吸附剂泄漏量存在一定差异,但一般小于10%。此时穿过带式真空过滤机滤布的卤水、洗盐液、解吸液中吸附剂的含量一般低于1%。
上述固含低于1%的卤水、洗盐液、解吸液经磁选机、精密过滤设备或陶瓷膜二次处理进行固液分离后,向盐田排放或进入后系统处理。若吸附剂中含有磁性物,则可用磁选机进行回收,若吸附剂中不含磁性物,则可用精密过滤设备或陶瓷膜进行回收。
从带式真空过滤机穿滤的吸附剂经磁选机、精密过滤设备和陶瓷膜二次捕集后,反冲回到带式真空过滤机对应的给水口,进而回到吸附解吸主体循环。带滤机对吸附剂的捕集率大于90%,后段固液分离设备对吸附剂的捕集率大于99.9%,因此吸附剂在单次吸附解吸循环中的泄漏率小于0.01%。
本发明提出的带式真空过滤机,可实现吸附剂小水量快速洗涤、吸附剂解吸再生和洗盐流失锂的回收。利用本发明可以得到镁锂比小于1:1,盐锂比(TDS/Li)小于10:1的解吸液,大幅降低了后续除盐提纯工艺的投资和生产成本,最终可以稳定得到电池级碳酸锂或氢氧化锂。本发明提出的新设备可以回收盐分洗涤过程流失的锂离子,进而使卤水吸附解吸过程达到80%以上的锂离子回收率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神。
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