阅读说明：本技术 一种石墨强化的水合物法锂离子连续富集系统及方法 (A kind of continuous enrichment system of hydrate lithium ion and method of graphite reinforcing ) 是由 宋永臣 凌铮 李峰 石常瑞 杨雅梅 周航 赵佳飞 李洋辉 杨明军 于 2019-08-13 设计创作，主要内容包括：一种石墨强化的水合物法锂离子连续富集系统,属于水合物技术应用领域。该连续富集系统包括水合物生成系统、水合物分解系统、电导率实时测量系统、锂溶液循环系统和环戊烷循环系统。本发明适用于盐湖卤水及海水中高附加值金属锂离子的富集,通过环戊烷水合物在常压低温下生成对盐的排除效应,利用反应锂盐溶液的循环以及水合物的连续生成过程,实现了锂离子的连续富集,同时对反应后盐溶液的在线电导率监测可以实现对锂离子富集程度的实时观察。该系统具有较好的连续性及普适性,能够对不同的锂盐溶液进行富集,同时水合物的分解能够生产出淡水,实现了资源的合理化利用。(A kind of continuous enrichment system of hydrate lithium ion that graphite is strengthened, belongs to Hydrate Technology application field.The continuous enrichment system includes that hydrate generates system, decomposition of hydrate system, conductivity real-time measurement system, lithium solution recycle system and the pentamethylene circulatory system.The enrichment of present invention high added value metal-lithium ion suitable for salt lake bittern and seawater, the exclusion effect to salt is generated under atmospheric low-temperature by pentamethylene hydrate, process is continuously generated using the circulation and hydrate for reacting lithium salt solution, the continuous enrichment of lithium ion is realized, while the real-time observation to lithium ion enrichment degree may be implemented to the online monitored conductivity of salting liquid after reaction.The system has preferable continuity and universality, can be enriched with, while the decomposition of hydrate can produce fresh water to different lithium salt solutions, realize the rational utilization of resource.)

一种石墨强化的水合物法锂离子连续富集系统及方法

技术领域

本发明属于水合物技术应用领域，涉及一种石墨强化的水合物法锂离子连续富集系统。

背景介绍

锂是自然界最轻的金属，具有较高的比热及电导率，日前锂离子主要用于玻璃和陶瓷工业，但是随着科学技术的不断发展与进步，锂及其化合物的应用越来越广泛，需求量也越来越大，特别是绿色电动能源汽车的发展，在对生产锂电池中锂离子的需求也在逐年的增长，这使得在未来如何稳步保持对锂离子的供应成为了新的挑战。自然界中的锂资源主要储存于花岗岩矿床和盐湖卤水、海水中，而全球的盐湖卤水和海水中锂资源的含量较高，占世界锂储量的66％，但是要想直接从卤水和海水中提取锂资源也并非易事。目前从海水及盐湖中提取锂的方法主要有离子交换吸附法、溶剂萃取法以及沉淀法等。离子交换吸附法的吸附剂溶损率相当高，流动性和渗透性很差，很难将其提锂技术实现工业化；溶剂萃取法的工艺复杂，在萃取工艺中需要处理的卤水量大，能耗高，对设备腐蚀严重，容易对环境造成污染；沉淀法是利用太阳能将含锂卤水自然蒸发浓缩，其过程的周期较长，不利用快速的锂资源提取。总之，现有的传统提锂技术存在着能耗高、对设备腐蚀性强、生产周期长等一些列不足之处。因此，寻找一种新型的经济、环保、快速的提锂技术是未来解决提锂过程中能耗问题以及环境污染等问题的关键。

发明内容

为了解决上述所述问题，本发明提供一种石墨强化的水合物法锂离子连续富集系统。本发明的原理在于利用水合物形成笼型结构过程中的排盐效应，将溶液在连续反应过程不断的浓缩以实现锂离子的富集，同时利用石墨具有高的比表面积和良好的导热性作为水合物成核的诱导剂，实现锂富集过程水合物的快速生成，而且石墨易于与水分离，可以对反应后的石墨进行回收循环利用以节约资源，具有良好的经济性。

本发明采用的技术方案：

一种石墨强化的水合物法锂离子连续富集系统，包括水合物生成系统、水合物分解系统、电导率实时测量系统、锂溶液循环系统和环戊烷循环系统；

所述水合物生成系统包括反应釜和温度控制系统；所述反应釜由石英玻璃制成，可进行实验过程的可视化，内层装载石墨用于水合物的反应，外层通入冷却液用于实验温度的控制，底部装有滤芯用于阻隔固体进行液体的流通；所述温度控制系统为加热/制冷循环水浴，内设有加热和制冷系统，通过内置温度传感器进行控温。

所述水合物分解系统包括淡水收集装置和石墨回收循环使用系统；所述淡水收集装置用于水合物分解后进行生产淡水的收集储存；所述石墨回收循环使用系统在水合物分解后通过固液分离器进行石墨的回收，储存于石墨储罐中，使用时通过输送泵将其输送至反应釜内。

所述电导率实时测量系统包括电导率仪和计算机采集设备；所述电导率仪用于测量浓缩后溶液的实时电导率，并将其数据传输至计算机设备；所述计算机采集设备用于接收电导率仪传输的实时电导率数据并进行记录分析。

所述锂溶液循环系统包括流体分离器、热交换器、锂溶液循环罐和流量计；反应后浓缩的锂溶液通过流体分离器后在热交换器中与进入反应釜前的锂溶液进行热量交换，对反应的溶液提前冷却，并且通过流量计控制锂溶液的流量。

所述环戊烷循环系统包括流体分离器、热交换器、环戊烷循环罐和流量计；未参加反应的环戊烷通过流体分离器后在热交换器中与进入反应釜前的环戊烷进行热量交换，对反应的环戊烷提前冷却，并且通过流量计控制环戊烷的流量。

本发明的一种石墨强化的水合物法锂离子连续富集系统，利用反应锂盐溶液的循环以及水合物的连续生成过程，实现了锂离子的连续富集，同时对反应后盐溶液的在线电导率监测可以实现对锂离子富集程度的实时观察。石墨作为水合物反应过程的促进剂，在水合物分解后能够回收循环利用，以节约成本。该系统具有较好的连续性及普适性，能够对不同的锂盐溶液进行富集，同时水合物的分解能够生产出淡水，实现了资源的合理化利用。本发明具有节能环保、设备简单、资源利用率高等优点。

附图说明

图1是一种石墨强化的水合物法锂离子连续富集系统图。

图2是水合物反应装置图。

图中：1锂溶液循环罐；2第一离心泵；3第一热交换器；4第一球形阀；5第一流量计；6环戊烷循环罐；7第二离心泵；8第二热交换器；9第二球形阀；10第二流量计；11混合阀；12止回阀；13喷雾器；14加热/制冷循环水浴；15第三球形阀；16第四球形阀；17第一闸阀；18第一旋转泵；19流体分离器；20第一输送泵；21第一止回阀；22电导率仪；23计算机采集设备；24第二输送泵；25第二止回阀；26第二闸阀；27第二旋转泵；28水合物分解器；29第三闸阀；30固液分离器；31淡水储罐；32石墨储罐；33第三输送泵；34第四闸阀；35冷却液；36石墨；37水合物反应釜；38滤芯。

具体实施方式

如图所示，本发明的一种石墨强化的水合物法锂离子连续富集系统，包括水合物生成系统、水合物分解系统、电导率实时测量系统、锂溶液循环系统和环戊烷循环系统；

所述水合物生成系统包括水合物反应釜和循环制冷系统；所述水合物反应釜37由石英玻璃制成，用于过程可视化，其内层装载石墨用于水合物的反应，外层通入冷却液用于温度控制，底部装有滤芯39用于阻隔固体进行液体的流通；所述循环制冷系统为加热/制冷循环水浴14，内设有加热和制冷系统，通过内置温度传感器进行控温；

所述水合物分解系统包括淡水收集装置和石墨回收循环使用系统；所述淡水收集装置用于水合物分解后进行生产淡水的收集储存；所述石墨回收循环使用系统在水合物分解后通过固液分离器30进行石墨的回收，储存于石墨储罐32中，使用时通过输送泵将其输送至反应釜内。

所述电导率实时测量系统包括电导率仪22和计算机采集设备；所述电导率仪22用于测量浓缩后溶液的实时电导率，并将其数据传输至计算机采集设备；所述计算机采集设备用于接收电导率仪传输的实时电导率数据并进行记录分析。

所述锂溶液循环系统包括第一离心泵2、第一热交换器3、锂溶液循环罐1和第一流量计5；反应后浓缩的锂溶液通过流体分离器后在第一热交换器3中与进入反应釜前的锂溶液进行热量交换，对反应的溶液提前冷却，并且通过流量计控制锂溶液的流量。

所述环戊烷循环系统包括第二离心泵7、第二热交换器8、环戊烷循环罐6和第二流量计10；未参加反应的环戊烷通过流体分离器后在热交换器中与进入反应釜前的环戊烷进行热量交换，对反应的环戊烷提前冷却，并且通过流量计控制环戊烷的流量。

使用上述石墨强化的水合物法锂离子连续富集系统的方法，步骤如下：

第一步：打开循环制冷系统14，将温度设置到实验温度，通过第三球形阀15和第四球形阀16控制进出釜体的制冷液流量，使之到达平衡；

第二步：通过第一离心泵2和第二离心泵7分别将含锂盐溶液和环戊烷输送到釜内，根据锂溶液第一流量计5和环戊烷第二流量计10读数，利用第一球形阀4和第二球形阀9分别控制锂溶液的流量和环戊烷的流量，使之到达实验所需的配比；锂溶液和环戊烷在混合阀11混合后通过喷雾器13将混合液雾化，然后进入水合物反应釜37内；

第三步：水合物在利用石墨36作为促进剂的水合物反应釜37内生成，打开第一闸阀17，利用第一旋转泵18将未反应的含锂溶液和环戊烷通过滤芯38进入到流体分离器19，而生成的水合物固体被留在水合物反应釜37内；

第四步：通过流体分离器19将含锂溶液和环戊烷分离，环戊烷通过输送泵24进入到第二热交换器8与即将进入到反应釜37内的环戊烷进行热量交换，然后回到环戊烷循环罐6进行循环使用；利用电导率仪22对循环过程中的含锂溶液进行电导率检测，并通过计算机23记录存储检测数据，然后含锂溶液经过第一热交换器3回到锂溶液循环罐中；整个过程不断循环，随着水合物生成量的增大循环过程中锂溶液的浓度不断增加；

第五步：当检测到循环过程的锂溶液浓度达到实验要求时循环停止，得到富集的含锂溶液；此时关闭第一球形阀4、第二球形阀9和第一闸阀17，打开第二闸阀26，让生成的水合物通过第二旋转泵27进入水合物分解器28进行分解；待完全分解后打开第三闸阀29让分解产物进入固液分离器30进行固液分离，得到的淡水溶液储存到淡水储罐31，石墨颗粒回收到石墨储罐32进行循环利用。