[发明专利]一种由碳酸锂生产氢氧化锂的电解-双极膜电渗析系统及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由碳酸锂生产氢氧化锂的装置及生产方法，更具体的说是涉及一种电解及双极膜电渗析工艺相结合的电解-双极膜电渗析系统。

背景技术

以锂为原料的化合物在工业上广泛应用，如用于生产玻璃、陶瓷、空调制冷剂以及锂电池等工艺，特别是随着中国工业不断的发展，用于贮存电能的锂电池迅速发展，而对于锂电池所必须的高纯度的氢氧化锂的需求也愈来愈大。同时我国也是锂资源大国，但是锂的提取工艺相对落后，主要是耗能高、环境不友好、得到的氢氧化锂纯度低等问题。所以新型的、环境友好的并且能生产出高纯度的氢氧化锂产品的生产工艺亟待发展。

现在广泛使用的氢氧化锂生产工艺是沉淀法和电解法，沉淀法是将碳酸锂溶液加入到石灰水中，利用溶解度的不同碳酸锂与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化锂产品，而后通过过滤分离出碳酸钙沉淀，再经过结晶制备氢氧化锂产品。但是沉淀法需要消耗了大量的生石灰并且得到难以处理的碳酸钙废渣，对环境影响较大，另外得到的氢氧化锂产品中钙元素含量较高，需要再次提纯。

沉淀法生产原理如下：

CaΟ+Η₂Ο→Ca(ΟΗ)₂   （1）

Ca(OH)₂+Li₂CO₃→2LiOH+CaCO₃   (2)

美国专利US2011/0044882A1报道了利用电解法由氯化锂或者硫酸锂同时生产高纯度氢氧化锂和盐酸或硫酸的工艺，最终得到了镁、钙含量低于150ppb的氢氧化锂产品，通过加入烧碱和草酸钠将镁钙离子去除，之后再利用离子交换法将镁钙离子去除到工业级别，然后利用蒸发法将卤水进一步浓缩，然后利用电渗析产生的碱来生产氢氧化锂产品。但是这种方法所获得的氢氧化锂产品工艺产量较低、纯度低，并且生产过程中得到氯气很难贮存且操作危险性高，存在很大的安全隐患。

俄国应用电化学杂志（Russian Journal of Applied Chemistry(2004,77,(7),1108-1116)）报道了一种利用碳酸锂和硫酸以及电解为基础的氢氧化锂生产工艺，首先碳酸锂与硫酸反应得到硫酸锂溶液，再将硫酸锂通入电解槽制得氢氧化锂和稀硫酸，稀硫酸回用到碳酸锂的酸化工艺，最终得到了纯度很高的氢氧化锂产品。但是这种方法产量低且能耗高。

双极膜电渗析工艺是一种新型的以离子选择性透过膜和双极膜为基础的分离和生产工艺，被广泛应用于医药、化工、环境保护等领域，如氨基酸的脱盐、有机酸的生产、脱硫剂的再生、果汁的脱酸等等。双极膜是由阳离子交换层、水解离界面层与阴离子交换层复合组成的具有三层结构的特殊的离子交换膜，它能在电场的作用下，在水解离界面层上解离水得到质子和氢氧根，并且向相应的酸室和碱室移动，而酸室和碱室的离子会被质子或者氢氧根取代，从而达到产酸和产碱的目的，双极膜需要与单极膜一起使用组成特殊设计的膜堆，一般使用的膜堆结构有双极膜-阴离子交换膜-阳离子交换膜、双极膜-阴离子交换膜、双极膜-阳离子交换膜结构。

但双极膜电渗析用于生产氢氧化锂过程尚未报道。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种由碳酸锂生产氢氧化锂的电解-双极膜电渗析系统及其生产方法，以期在获得高纯度的氢氧化锂同时，简化工艺、降低能耗、提高产能。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明由碳酸锂生产氢氧化锂的电解-双极膜电渗析系统，其特点在于：所述电解-双极膜电渗析系统包括由一侧至另一侧依序排布第一碱室、第一料液室、第二碱室、第二料液室及阳极室构成的电解-双极膜电渗析膜堆；在第一碱室与第一料液室之间以阳离子交换膜（C1）为间隔实现离子交换，第一料液室和第二碱室之间以双极膜（BPM1）为间隔，第二碱室和第二料液室之间以阳离子交换膜（C2）为间隔实现离子交换，第二料液室和阳极室之间以双极膜（BPM2）为间隔；在第一碱室设置有阴极，在阳极室设置有阳极，阳极和阴极分别通过导线连接在直流电源的正极和负极；

第一碱室和第二碱室并行连通于碱液罐，第一料液室和第二料液室并行连通于料液罐，阳极室连通于电解液储罐；

碱液罐和第一碱室之间及碱液罐和第二碱室之间通过碱室驱动泵形成循环回路；

料液罐和第一料液室之间及料液罐和第二料液室之间通过料室驱动泵形成循环回路；

电解液储罐和阳极室之间通过阳极室驱动泵形成循环回路；

所述碱液罐和所述料液罐中分别放置有第一pH电极和第二pH电极。