[发明专利]一种浓缩卤水并除盐的物理方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种浓缩卤水并除盐的物理方法及系统，特别涉及一种浓缩卤水并除镁的物理方法及系统。

背景技术

锂是一种用途广泛的金属元素，随着新能源汽车的发展，特别是电动车的发展，对锂的需求量越来越大。现有的锂主要从盐湖中提取得到。镁是地球的地壳中第八丰富的元素，约占2％的质量，因此，在盐湖卤水中，普遍含有较多量的镁。镁的存在，使得难以有效地对卤水进行分离纯化，导致在从卤水中提取所需要的盐时，需要进行处理的除镁处理。而盐湖普遍地处偏远地区，基础设施薄弱，交通不便，原位降低卤水中镁含量存在很大的困难。

从盐湖湖水制备工业可用卤水的进程中，需要蒸发大量的水，以提高卤水中对应离子的浓度。然而受制于高原特殊的自然环境，现有的卤水制备过程，使用的是常规的晒盐法，即通过建设晒盐池(盐滩)，利用自然的风吹日晒使池中近90％的水分蒸发，进而实现卤水的浓缩。晒盐池普遍占地数十平方公里，管理难度很大。晒盐法严重依赖于天气，卤水的生产周期普遍需要半年，年度间的产量极不稳定，极端条件下当年甚至无法得到可用的卤水，卤水产量难以控制，严重制约了盐湖的开采。

此外，晒盐制卤的过程中往往伴随着不可避免的卤水渗漏、镁等盐在漫长的制卤过程中析出并夹带大量的锂等，造成大量的锂离子损失，使得有限的资源难以得到较好的利用。晒盐法严重提高了湖水的蒸发量，对盐湖地区的生态环境也存在较大的不利影响，已有盐湖因为晒盐法开采而干涸。现有晒盐法制备得到的卤水，受限于自然条件，卤水成分批间差异大，无法得到标准化的卤水，导致生产工艺难以固化，得到的产品质量同样不够稳定。

现有方法制备得到的卤水中，普遍存在大量的杂质离子。在众多的杂质离子中，镁离子对锂的影响最大。这是因为镁锂的离子性质比较接近，难以通过物理方法将其分离。如镁沉淀时，比较容易带出锂离子，造成锂大量损失。因此，现有技术中为了降低卤水中镁锂比，进而获得可用于锂生产的卤水，人们开发出的除镁方法均为化学除镁。如CN105217665A公开了以高镁锂盐湖卤水为原料，加入一定的可溶性三价金属盐，通过合成镁基层状功能材料来降低高镁锂比盐湖卤水中镁锂比，使高镁锂比盐湖卤水中的镁锂得以分离。

对于镁锂的质量比高达几十甚至几百的盐湖卤水，如采用化学沉淀来除镁，需要消耗大量的化学试剂，操作繁杂冗长，生产成本高，环保成本高。如采用离子吸附法处理上述盐湖卤水，镁含量太高，极易影响吸附剂对锂的选择系数，对吸附剂造粒性和渗透性等要求高，在吸附和脱吸的过程中，容易损耗吸附剂，而锂的损耗量也超过50％。煅烧法因运行温度高，能耗高，结块严重，设备腐蚀严重。萃取法的萃取和反萃取工艺流程长，药剂消耗量大，毒性大，对环境不友好。同时，上述方法处理后的卤水中锂的浓度仍然较低，仍需要进行进一步的浓缩来制取锂盐。这些现有的方法，普遍操作复杂，耗时较长，需要引入较大量的化学添加剂，对盐湖地区脆弱的生态是一个严峻的挑战。

通过加热液体，可以加速其中的水分蒸发，加速液体表面的空气流动速度，也有利于加速水分的蒸发，但是，这意味着需要消耗更多的能量。但是对于盐湖而言，因为湖水中含有大量的矿物质，通过加热固然可以在一定程度上提高其蒸发速度，但是随着湖水的蒸发，其中的盐浓度越来越高，蒸发的速度也会随之降低，蒸发相同量的水所耗费的能量一般是初始蒸发时的3～5倍，能耗急剧上升。这也是现有晒盐法耗时极长的一个重要原因。此外，加热湖水来提高其浓缩速度，意味着需要消耗大量的能量，同时因为散热量加大，意味着能量的损失也是极大的，在偏远的盐湖地区这是一个巨大的挑战。

高原盐湖地区的空气比较干燥，据相关文献记载，部分盐湖地区的平均温度仅为10℃，空气相对温度一般不超过30％。经计算可知，这种条件下，每立方米空气中的含水量一般不超过3g。如本领域技术人员熟知的，干空气的引入可以进一步提高盐湖水的蒸发速度，然而其同时可以使湖水或卤水表面的温度快速降低，影响蒸发速度进一步升高。加热干空气并使用热干空气固然可以较为有效地避免水面温度下降过快，提高湖水或卤水的蒸发温度，但热空气与水的热交换并不充分，导致热的损失非常之大，测算表达其热损失超过80％，大量的热被白白浪费。

因此，有必要提出一种新的方法，既能够快速、低能耗的浓缩湖水或卤水，又可以在尽可能少损耗锂的情况下析出一定量的镁盐，提高目标产物锂的浓度，降低卤水的镁锂比，然后再选择合适的方法制备锂盐产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效浓缩卤水并除盐的物理方法。

本发明所采取的技术方案是：