[发明专利]一种快速提取盐湖水中碳酸锂的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种从盐湖中提取碳酸锂的方法及系统，特别涉及一种快速提取盐湖水中碳酸锂的方法及系统。

背景技术

盐湖中含有多种矿物盐，是矿物盐的一个重要来源。但是盐湖中的矿物盐含量普遍较低，大规模开采利用难度较大。近年来的开采工艺主要是盐湖水晒盐法、矿床开采等方法，其中晒盐法是最环保的开采方法，但因其效率太低严重制约着它的进一步发展，所以能够提高蒸发结晶效率的方法具有重要的战略价值。

锂是原子量最小的金属元素，具有电位最负、电化当量最大、高比热、高电导率和化学活性强等特殊性能，是制造一次性电池、充电动力电池、航空航天用结构材料等的理想金属材料，被誉为21世纪能源金属。

锂在自然界中主要以锂辉石、锂云母等伟晶岩矿石和以锂离子形式存在于盐湖卤水、地下卤水和海水中。盐湖锂资源占世界锂资源工业储量的69％以上，我国盐湖锂资源占锂资源工业储量的85％。从盐湖卤水中提锂具有工艺简单、能耗少、成本低等特点，已逐渐取代从锂矿石生产锂。目前盐湖提锂的方法有很多，如离子交换法、吸附法、碳化法、沉淀法、萃取法，但这些方法或者还不够成熟，或者成本高，或者环保要求不能满足，难以实现工业化生产。

而目前国内盐湖工业化生产锂盐大多采用盐田工艺，卤水在冬季通过晒池蒸发使锂得到富集，然后灌入太阳池中进行蓄热保温，待温度达到30～50℃后，由于碳酸锂在卤水中的溶解度随温度升高而降低，因此使较多的碳酸锂达到饱和结晶析出。然后经进一步化学加工，获得工业级碳酸锂产品。该工艺虽然利用了高原太阳能和冷能的资源优势，但是生产周期太长，其中晒卤阶段需要4～6个月，结晶阶段需要2～4个月，每年只有一次收成，生产效率非常低，导致每年收益甚微。并且，太阳池的修建需要耗费大量物资，其中池底铺设的保温用土工膜，成本高，防渗漏效果差，每年因为膜渗漏问题而导致大量卤水流失，严重影响产能和经济效益。

卤水成分十分复杂，锂含量相对于钠、钾含量很少，因此要想提锂时使锂盐品位高需要先进行浓缩锂。由于碳酸锂在水中的溶解度随着温度升高而降低，该性质称为逆溶解度特性，实验表明其在卤水中的溶解度也具有类似性质，而钠盐、钾盐具有正溶解度特性，因此，可利用冷冻方式使钠盐钾盐在低温大量析出，锂在卤水中得到初步富集，然后直接加热富锂卤水，从而达到提取高品位碳酸锂的目的。而有关实验表明，急速冷冻比普通冷冻可以使钠盐钾盐析出得更快。因此利用急速冷冻技术使锂富集效率更高。但是，如果一定温度下卤水中碳酸锂浓度未达到饱和浓度，即使卤水温度较高，碳酸锂也不结晶，因此需要保温较长时间使锂盐达到饱和浓度，才会使锂盐饱和析出。为了缩短保温时间，加快浓缩卤水中锂浓度，可以采取减压蒸发方式。

减压蒸发是提高蒸发速率的一种高效方式。在密闭容器中，对于含水溶液或含易挥发溶剂的溶液，其液相与液表面气相保持平衡状态。当体系压力降低时，即液表面气相被抽走后，气液平衡被打破，液相中的水或易挥发溶质趋于蒸发出来补充气相，维护气液平衡。因此导致溶液沸点降低。不断将蒸发出来的气相抽走，则液相会持续沸腾蒸发 ，溶质被不断浓缩，当溶质浓度达到该温度下的饱和浓度时，便会结晶析出。

国内外报道了不少用于从盐湖卤水中提取Li₂CO₃的装置和方法，例如：《从盐湖卤水中提取锂的吸附技术及研究进展》（盐业与化工，2007年第36卷第3期）、《利用盐湖卤水萃取液制备碳酸锂》（盐湖研究，2006年第14卷第2期）、《国内外从盐湖卤水中提锂工艺技术研究进展》（世界科技研究与进展，2006年第28卷第5期）、《溶剂浮选法富集盐湖卤水中锂的研究》（盐业与化工，2011年第40卷第1期）等文献。这些装置和方法的特点是：吸附法利用离子筛型氧化物对锂的优良的选择性吸附，对锂的选择系数可高达10⁴～10⁵， 能有效的应用于盐湖卤水提锂，其机械强度和化学稳定性优良；溶剂萃取法适用于氯化镁含量较高的盐湖卤水，其特点在于工艺简单、产品纯度高、能耗较小；碳酸盐沉淀法工艺简单、可靠性高，适用于低镁锂比的盐湖卤水。它们的不足之处在于：离子筛吸附剂的实际吸附量与理论吸附量还有较大差距， 另外吸附剂的渗透性能差、造粒困难等性能限制了这种方法的工业化应用；溶剂萃取法也存在设备易被腐蚀且萃取剂的溶损较严重等问题；普通沉淀法也存在着提取效率较低的缺点。以上方法都不能在保护环境的前提下获得较高的生产效率。

现有技术中缺乏一种可以高效、环保地从盐湖卤水中提取锂盐的结晶方法和装置。

发明内容