一种从氢氧化锂母液中分离钠钾的方法
阅读说明：本技术 一种从氢氧化锂母液中分离钠钾的方法 (Method for separating sodium and potassium from lithium hydroxide mother liquor ) 是由 沙亚利 李庆玲 李南平 于 2020-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种从氢氧化锂母液中分离钠钾的方法,首先将一定量硫酸锂加入氢氧化锂母液中,得到溶液A；接着控制冷冻速率,将溶液A冷冻至一定温度,析出固体,离心分离后得到溶液B和固体A,固体A搅洗后烘干,测试其化学成分；然后将溶液B继续冷冻至一定温度,析出固体,离心分离后得到溶液C和芒硝；最后测试溶液C中钾含量,达标后返回氢氧化锂生产体系,循环利用。用此方法分离钠钾制备硫酸钾,工艺简单易操作,反应过程绿色安全无污染,降低原有生产系统循环体量,降低生产成本,可做到生产零排放,具有较好的经济效应。(The invention discloses a method for separating sodium and potassium from lithium hydroxide mother liquor, which comprises the steps of firstly, adding a certain amount of lithium sulfate into the lithium hydroxide mother liquor to obtain a solution A; then controlling the freezing rate, freezing the solution A to a certain temperature, separating out solids, performing centrifugal separation to obtain a solution B and a solid A, stirring and drying the solid A, and testing chemical components of the solid A; then continuously freezing the solution B to a certain temperature, separating out solids, and performing centrifugal separation to obtain a solution C and mirabilite; and finally, testing the potassium content in the solution C, returning to a lithium hydroxide production system after reaching the standard, and recycling. The method for preparing potassium sulfate by separating sodium and potassium has the advantages of simple and easy operation process, green, safe and pollution-free reaction process, reduction of the circulating amount of the original production system, reduction of the production cost, zero emission of production and better economic effect.)
技术领域
本发明属于母液回收处理领域，具体涉及一种从氢氧化锂母液中分离钠钾的方法。
背景技术
随着锂离子电池等新能源材料产业的蓬勃发展，碳酸锂、氢氧化锂等锂盐产品的前景越发广阔，但是按照传统方法生产电池级氢氧化锂的过程中，由于原料矿石中钾含量高，体系循环过程中钾、钠会大量富集，如采用常规手段直接统一回收钠、钾以将其均作为副产物简单处理，将会造成大量钾的价值浪费。
硫酸钾在农业上主要用作钾肥，在工业上主要用于玻璃、染料、香料、医药等制备领域。而就目前而言，硫酸钾主要是通过硫酸盐型的钾盐矿和含钾盐湖卤水为原料制备，地球资源始终是有限的，为实现企业绿色可持续发展理念，设计一种从氢氧化锂母液中分离钠钾的方法，提取高纯度硫酸钾产品是极有必要的，此举将可降低原有生产系统循环体量，降低生产成本，做到生产零排放，同时能够产生明显的经济效应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从氢氧化锂母液中分离钠钾的方法，工艺简单易操作，反应过程绿色安全无污染，降低生产排放，合理利用资源，节约成本，提升企业经济效益。
本发明是这样来实现的：一种从氢氧化锂母液中分离钠钾的方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将一定量硫酸锂加入氢氧化锂母液中，得到溶液A，置于干燥无尘烧杯中；
步骤2：控制冷冻速率，将溶液A 冷冻至一定温度，析出固体，离心分离后得到溶液B和固体A，固体A搅洗后烘干，测试其化学成分；
步骤3：溶液B继续冷冻至一定温度，利用结晶分离装置分离得到溶液C和芒硝；
步骤4：溶液C测试钾含量，符合标准后，返回氢氧化锂生产体系循环利用，，不合标准则返回溶液B中再次分离。
进一步地，步骤1中的氢氧化锂母液为Li2O含量为50~70 g/L、K含量高于25 g/L、Na含量高于60 g/L的氢氧化锂溶液，加入硫酸锂的量按溶液中Na+: SO4 2-摩尔比为2~2.2：1计。
进一步地，步骤2溶液A是以3-8 min/℃的冷冻速率冷冻至5-15℃。
进一步地，步骤3中溶液B被冷冻至-10 ℃- -5 ℃。
进一步地，步骤4中当滤液C中钾浓度低于15 g/L即认定为符合标准。
有益效果：
本发明公开一种从氢氧化锂母液中分离钠钾的方法，工艺简单易操作，采用两次冷冻工艺将氢氧化锂母液中的钠钾进行高效回收，不仅减少了资源的浪费，还可降低原有生产系统循环体量，整个反应过程绿色安全无污染，生产成本得到有效降低，企业经济效益得到有效保障。
附图说明
图1为实施例1-5中所得固体A和液体C的化学组成测试结果统计图；
图2为结晶分离装置的结构示意图；
图3为隔离罩的仰视示意图；
图4为环形压板的俯视示意图；
图5为图2中A部分的放大图；
其中，1-冷冻结晶组件，2-养晶组件，3-细晶沉降组件；
11-循环泵，12-制冷装置，13-冷冻结晶器，14-出料泵，15-进料管，16-循环液出口，17-冷冻出料管；
21-稠厚器，22-芒硝离心机，23-旋液分离器，24-分离液出口，25-晶体出口；
31-沉降器，32-反冲泵，33-清液出口，34-沉降液出口，35-搅拌装置，36-隔离罩，37-连接盘，38-压液装置；
351-电机，352-搅拌轴，353-搅拌杆，354-横杆，355-滑动滚珠；
381-环形压板，382-固定杆，383-伸缩段，384-弹簧，385-环形滑动槽，386-壁刷。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
将110 g硫酸锂固体加入2000 mL氢氧化锂母液中，搅拌至完全溶解，抽滤后置于干燥无尘烧杯中，控制冷冻速率为5 min/℃，冷冻至5℃，离心分离，得到固体20.37 g，用1：1量纯水搅洗后100℃烘干测试，液体继续冷冻至-5℃，用结晶分离装置分离后收集固体，液体测试钾含量后，符合要求即返回生产系统。
实施例2
将115 g硫酸锂固体加入2000 mL氢氧化锂母液中，搅拌至完全溶解，抽滤后置于干燥无尘烧杯中，控制冷冻速率5 min/℃，冷冻至10℃，离心分离，得到固体19.03 g，用1：1量纯水搅洗后100℃烘干测试，液体继续冷冻至-8℃，用结晶分离装置分离后收集固体，液体测试钾含量后，符合要求即返回生产系统。
实施例3
将112 g硫酸锂固体加入2000 mL氢氧化锂母液中，搅拌至完全溶解，抽滤后置于干燥无尘烧杯中，控制冷冻速率8 min/℃，冷冻至5℃，离心分离，得到固体22.61 g，用1：1量纯水搅洗后100℃烘干测试，液体继续冷冻至-8℃，用结晶分离装置分离后收集固体，液体测试钾含量后，符合要求即返回生产系统。
实施例4
将120 g硫酸锂固体加入2000 mL氢氧化锂母液中，搅拌至完全溶解，抽滤后置于干燥无尘烧杯中，控制冷冻速率3 min/℃，冷冻至10℃，离心分离，得到固体20.12 g，用1：1量纯水搅洗后100℃烘干测试，液体继续冷冻至-5℃，用结晶分离装置分离后收集固体，液体测试钾含量后，符合要求即返回生产系统。
实施例5
将115 g硫酸锂固体加入2000 mL氢氧化锂母液中，搅拌至完全溶解，抽滤后置于干燥无尘烧杯中，控制冷冻速率6 min/℃，冷冻至8℃，离心分离，得到固体18.75 g，用1：1量纯水搅洗后100℃烘干测试，液体继续冷冻至-8 ℃，用结晶分离装置分离后收集固体，液体测试钾含量后，符合要求即返回生产系统。
图1为实施例1-5中所得固体A和液体C的化学组成测试结果统计图，从图中可以得知，氢氧化锂母液中的钠钾大部分都被分别析出，可用于其他用途的重复利用，减小了材料的浪费情况，且该方法可降低生产系统循环压力，具有经济效益。
各实施例中所用到的结晶分离装置包括冷冻结晶组件1、养晶组件2和细晶沉降组件3；
冷冻结晶组件1包括循环泵11、制冷装置12、冷冻结晶器13和出料泵14；养晶组件2包括稠厚器21、芒硝离心机22和旋液分离器23；细晶沉降组件3包括沉降器31和反冲泵32；
冷冻结晶器13具有内腔，冷冻结晶器13上设置有与内腔连通的进料管15、
循环液出口16、冷冻出料管17；循环液出口16通过循环泵11连通到制冷装置12，制冷装置12与冷冻结晶器13连通；冷冻出料管17与出料泵14连通；
出料泵14的出料口与旋液分离器23连通，旋液分离器23具有分离液出口24、晶体出口25；分离液出口24与冷冻结晶器13的内腔连通，晶体出口25与稠厚器21连通；
稠厚器21的出液口与芒硝离心机22的入料口连通，芒硝离心机22的出口连通到沉降器31；沉降器31的上部设置有清液出口33以及底部设置有沉降液出口34，沉降液出口34设置有反冲泵32，所述反冲泵32与进料管15连通。
使用时，首先将溶液B由进料管15输送到冷冻结晶器13内，当浆液淹没循环液出口16后启动循环泵11，循环泵11由循环液出口16吸出浆液，将浆液输送到制冷装置12进行降温冷却，冷却后的浆液重新送入到冷冻结晶器13内，如此循环往复，至将浆液温度冷冻至-10 ℃- -5 ℃，冷却后的浆液由于温度降低在冷冻结晶器13内析出大量芒硝晶体，芒硝晶体在自身重力的作用下沉降到冷冻结晶器13的底部。
然后通过冷冻出料管17将含有芒硝晶体的冷冻料液通过出料泵14送入到旋液分离器23，分离出的清液由分离液出口24返回冷冻结晶器13(清液含有少量细小晶体)，而含有大量粗颗粒的芒硝的浆液由晶体出口25进入稠厚器21。
在稠厚器21内，含有大量粗颗粒的芒硝的浆液养晶沉降，然后将养晶后的浆液送入到芒硝离心机26进行分离，分离出的液体(含有15％的细小晶体)送入到沉降器31，固体芒硝被分离出来。
离心分离出的液体输送至沉降器31后细小的芒硝晶体缓慢沉降，上层清液由清液出口33溢流至清液贮槽，测试钾含量后，符合要求返回生产系统，下层芒硝晶体由沉降液出口34返回冷冻结晶器13做晶种，增加晶体粒度。
为了避免芒硝晶体附着在沉降器31的内壁上，同时避免芒硝晶体在角落固定堆积，在沉降器31内设有搅拌装置35，搅拌装置35包括电机351、搅拌轴352和搅拌杆353，电机351通过支架固定在沉降器31顶部，搅拌轴352一端与电机351连接、另一端伸入至沉降器31下端，在搅拌轴352底部设有横杆354，数个搅拌杆353均布在横杆354上方；
为了既能在正常搅拌速度下实现搅拌析晶，又能在搅拌的同时使沉降器31内的液体流动速度保持在一个较低的水平，增加沉淀效果，在沉降器31内设有数个环形隔离罩36以将沉降器31内部分隔为多个环形空间，隔离罩36顶端与连接盘37固接，连接盘37顶部与沉降器31顶部固定连接，搅拌杆353均匀设置在相应设置的隔离罩36围合空间内，利用该方式使得液体被分隔在相邻的隔离罩36之间以减少液体之间的流动，可最大程度降低液体流动干扰，保证细晶沉降效果。
为防止液面浮动对细晶析出效果产生影响，在沉降器31内且位于连接盘37的下方设有压液装置38，压液装置38由数个齐平分布的环形压板381组成，位于相邻隔离罩36之间的环形压板381匹配嵌套在相邻隔离罩36间以便顺着隔离罩36表面进行纵向运动，在隔离罩36与沉降器31内壁间也设有一个环形压板381、此环形压板的内侧壁与最外侧隔离罩36的外壁接触设置，环形压板381的顶部通过固定杆382相互衔接为一体，在固定杆382顶部设有伸缩段383，伸缩段383内设有弹簧384。
为防止环形压板381下降时与搅拌杆353之间产生位置干涉，搅拌杆353为纵向伸缩杆，在搅拌杆353的顶部设有滑动滚珠355，在环形压板381底部与滑动滚珠355对应的位置设有环形滑动槽385。
具体使用的过程中，芒硝离心机26离心分离出的液体从沉降器31底部进入到沉降器31中，在液体填充到隔离罩36间后，环形压板381在底部液体的作用下逐步平稳上浮，进而导致伸缩段383内的弹簧384受力压缩，接着电机351启动带动搅拌杆353转动，搅拌杆353顶部的滑动滚珠355沿着环形滑动槽385做环周运动，当细晶沉降完成，清液从上端的清液出口33导出，下层芒硝晶体从沉降液出口34流出，在清液流出的过程中，总液面下降，环形压板381受到底部液体的浮力减小，在弹簧的弹性回复力的作用下，环形压板381随液面同步下降，环形压板381始终顶压在液面上方，使得液面下沉稳定，细晶不会在液体被导出的过程中出现较大的浮动。
在隔离罩36与沉降器31内壁间的环形压板381的外侧面上设有壁刷386，壁刷既不会影响清液流出，又可在环形压板381下降的过程中刮落沉降器31壁上粘覆的少量晶体。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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