解析氧化铝工厂富锂吸附剂中锂的方法和系统与流程

本发明属于无机化工
技术领域：
，涉及一种从拜耳法或烧结法生产氧化铝的精液中提取高附加值的锂盐的方法，具体涉及一种解析氧化铝工厂富锂吸附剂中锂的方法和系统。
背景技术：
：碳酸锂，一种无机化合物，化学式为li2co3，为无色单斜晶系结晶体或白色粉末。密度2.11g/cm3，熔点618℃，溶于稀酸，微溶于水，在冷水中溶解度较热水下大，不溶于醇及丙酮。广泛应用于电池、陶瓷玻璃、润滑剂、制药等行业。碳酸锂是生产二次锂盐和金属锂制品的基础材料，因而成为了锂行业中用量最大的锂产品，其他锂产品其本上都是碳酸锂的下游产品。碳酸锂的生产工艺根据原料来源的不同可以分为盐湖卤水提取和矿石提取。目前，国外主要采用盐湖卤水提取工艺生产碳酸锂，我国则主要采用固体矿石提取工艺。虽然我国也在积极开采盐湖锂资源，但由于技术、资源等因素的限制，开发速度相对缓慢。矿石提取锂工艺：矿石提取锂主要是采用锂辉石、锂云母等固体锂矿石生产碳酸锂和其他锂产品。从矿石中提取锂资源的历史悠久，技术也较成熟，主要生产工艺有石灰烧结法和硫酸法，其中硫酸法是目前使用的主要方法，工艺流程图如图1所示。盐湖卤水提取锂工艺：盐湖卤水提取锂工艺是指从含锂的盐湖卤水中提取碳酸锂和其他锂盐产品。目前世界上采用的盐湖卤水提取技术主要有沉淀法(碳酸盐沉淀法、铝酸盐沉淀法、硼镁和硼锂共沉淀法)、煅烧浸取法、碳化法、溶剂萃取法、离子交换法等，其中溶剂萃取法和离子交换法还没有实现大规模工业化应用。典型的沉淀法、煅烧浸取法、离子交换法工艺流程图分别如图2、图3和图4所示。近年来随着中国新能源技术快速发展和普及，锂离子电池生产规模增长迅速，导致碳酸锂市场较长时期处于一个供不应求局面，除了需求拉动因素，国内优质锂辉石矿匮乏，中国盐湖高镁卤水镁锂分离困难，国外锂业巨头产能增加有限导致供给不足。根据中铝河南分公司李春潮等人研究结果(李春潮、黄健，“锂在氧化铝生产中过程中的存在行为”《轻金属》2005年第6期，p17-19)，进入铝酸钠溶液中的锂在随后的种分或碳分中全部随氢氧化铝析出进入氢氧化铝晶体当中，母液中基本无残留，因此也不能累计。新的工艺将铝酸钠精液中少量的锂在种分前通过沉淀剂从铝酸钠溶液中分离，并进一步提纯为合格的碳酸锂产品，为我国乃至世界上拓展提锂原料，尤其是提升氧化铝行业的经济效益意义重大。我国中部地区铝土矿普遍锂含量偏高，以河南省新安县郁山矿区为例，平均含氧化锂约0.085％，锂分散赋存于铝土矿、高岭石、伊利石等矿物中(姬青海、姬果等，“新安县郁山铝土矿地质特征及伴生元素的研究”《矿产保护与利用》2014年第3期，p10-14)，锂在拜耳法溶出过程中约80％进入溶液，20％随赤泥排走，进入铝酸钠溶液中的锂最终进入成品氧化铝中，表1是对我国中部地区几个主要氧化铝企业氧化铝产品中氧化锂含量的测定，数据来源郑州轻金属研究院检测中心。表1我国中部地区部分氧化铝厂成品氧化铝中锂含量工厂li2o，％a工厂0.094b工厂0.11c工厂0.13d工厂0.12e工厂0.13从表1可见，我国中部地区氧化铝工厂产品中li2o普遍偏高，通常进口氧化铝li2o仅0.006％，如果按0.1％估算，氧化铝产量按1200万吨/年估算，每年经由冶金级氧化铝带走的li2o高达12000吨，这些锂资源没有得到合理利用，更有甚者，长期使用富锂氧化铝作为原料的电解厂电解质中锂富集超过合理区间，导致电解槽工况恶化，反过来不得不限量使用富锂氧化铝。经查阅国内外相关文献未见有解析氧化铝工厂富锂吸附剂中锂的报道。因此，本发明提出从中部省份氧化铝工厂富锂吸附剂中解析锂，即合理利用了资源，又改善氧化铝品质，解决了电解厂的后顾之忧。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种解析氧化铝工厂富锂吸附剂中锂的方法和系统。根据本发明一方面提供了一种解析氧化铝工厂富锂吸附剂中锂的方法，包括n次连续的顺流或逆流水热解析过程，n为大于2的正整数，所述水热解析过程依次包括解析配料、水热解析反应和解析浆料过滤，所述第一次解析配料的固相为富锂吸附剂，所述第二次至第n次解析配料的固相分别为第一次至第n-1次解析浆料过滤后得到的滤饼，所述第一次至第n-1次解析配料的液相分别为第二次至第n次解析浆料过滤后得到的滤液，所述第n次解析配料的液相为洁净热水，所述第一次解析浆料过滤后得到的滤液即为富锂解析液。在上述技术方案中，所述水热解析反应的反应温度为160-220℃，反应时间为0.5-2h，l/s为5-30。根据本发明另一方面提供了一种解析氧化铝工厂富锂吸附剂中锂的系统，包括n级顺流或逆流水热解析装置，n为大于2的正整数，所述水热解析装置包括依次相连的解析配料槽、水热反应机组、浆料缓冲槽、解析浆料过滤机和滤液槽；所述第一至第n-1解析配料槽的液相进口端分别与第二至第n滤液槽出料口相连，所述第二至第n解析配料槽的固相进口端分别与第一至第n-1解析浆料过滤机的滤饼出口相连，所述第一至第n解析配料槽的出料端分别与第一至第n水热反应机组的进料端相连；所述第一至第n浆料缓冲槽的进料端和出料端分别与所述第一至第n水热反应机组的出料端和所述第一至第n解析浆料过滤机进料端相连，所述第一至第n解析浆料过滤机的滤液出口分别与所述第一至第n滤液槽进料口相连。在上述技术方案中，所述水热反应机组包括依次相连的高压隔膜泵、多级管道预热器、管道加热器和停留管道，所述高压隔膜泵的进料端和出料端分别与所述解析配料槽的出料端和所述多级管道预热器的冷相进料端相连，所述管道加热器的冷相进料端和冷相出料端分别与所述多级管道预热器的冷相出料端和所述停留管道进料端相连，所述管道加热器的热相进料端连接高压蒸汽，所述多级管道预热器的热相进料端和热相出料端分别与所述停留管道出料端和所述浆料缓冲槽的进料端相连。在上述技术方案中，所述解析配料槽和/或所述浆料缓冲槽为常规碳钢制常压搅拌槽。在上述技术方案中，所述解析浆料过滤机为真空过滤机或板框过滤机。进一步地，在上述技术方案中，所述多级管道预热器的级数大于6级。再进一步地，在上述技术方案中，所述多级管道预热器为三套管或四套管，优选为四套管。再进一步地，在上述技术方案中，所述停留管道为单管。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：(1)新工艺针对铝酸钠溶液采用吸附法提锂产生的富锂吸附剂，进一步采用高温高压水热浸出的原理进行锂的解析，属国内外首创；(2)水热反应机组采用全管道化料浆与料浆换热技术，使整个机组的能耗做到了最低；(3)通过多次逆流解析工艺，使解析液锂含量大于0.5g/l，吸附剂中锂解析率≥90％。附图说明图1为现有技术中硫酸焙烧法从锂辉石中提锂的工艺流程图；图2为现有技术中沉淀法从浓缩卤水中提锂的工艺流程图；图3为现有技术中煅烧浸取法从卤水中提锂的工艺流程图；图4为现有技术中离子交换法从卤水中提锂的工艺流程图；图5为本发明实施例中的从氧化铝工厂富锂吸附剂中解析锂的工艺流程图；图6为本发明实施例中的从氧化铝工厂富锂吸附剂中解析锂的系统组成示意图；图7为本发明实施例中的从氧化铝工厂富锂吸附剂中解析锂的水热反应机组的组成示意图；图中：第一解析配料槽11，第一水热反应机组12，第一浆料缓冲槽13，第一解析浆料过滤机14，第一滤液槽15，第二解析配料槽21，第二水热反应机组22，第二浆料缓冲槽23，第二解析浆料过滤机24，第二滤液槽25，第三解析配料槽31，第三水热反应机组32，第三浆料缓冲槽33，第三解析浆料过滤机34，第三滤液槽35，高压隔膜泵201，多级管道预热器202，管道加热器203，停留管道204。具体实施方式为了便于理解本发明，下面结合附图和实施例，对本发明的液压式气体压缩净化系统及其压缩净化方法作进一步更全面和详细的描述。说明书附图中给出了本发明的较佳实施例；但是，本发明可以以多种不同的形式来实现，而并不限于本文中所描述的实施例；相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例如图6所示，本发明实施例提供了一种解析氧化铝工厂富锂吸附剂中锂的系统，包括三级逆流水热解析装置，所述每一级水热解析装置包括依次相连的解析配料槽、水热反应机组、浆料缓冲槽、解析浆料过滤机和滤液槽。所述第一解析配料槽11和第二解析配料槽21的液相进口端分别与第二滤液槽25和第三滤液槽35出料口相连，所述第三解析配料槽31的液相进口端连接洁净水；所述待解析的氧化铝工厂富锂吸附剂加入到第一解析配料槽11中，所述第二解析配料槽21和第三解析配料槽31的固相进口端分别与第一解析浆料过滤机14和第二解析浆料过滤机24的滤饼出口相连，所述第一解析配料槽11、第二解析配料槽21和第三解析配料槽31的出料端分别与第一水热反应机组12、第二水热反应机组22和第三水热反应机组32的进料端相连。所述第一浆料缓冲槽13、第二浆料缓冲槽23和第三浆料缓冲槽33的进料端分别与所述第一水热反应机组12、第二水热反应机组22和第三水热反应机组32的出料端相连，出料端分别与所述第一解析浆料过滤机14、第二解析浆料过滤机24和第三解析浆料过滤机34进料端相连，所述第一解析浆料过滤机14、第二解析浆料过滤机24和第三解析浆料过滤机34的滤液出口分别与所述第一滤液槽15、第二滤液槽25和第三滤液槽35进料口相连。具体地，如图7所示，所述第一水热反应机组12、第二水热反应机组22和第三水热反应机组32分别包括依次相连的高压隔膜泵201、多级管道预热器202、管道加热器203和停留管道204，所述高压隔膜泵201的进料端和出料端分别与所述解析配料槽的出料端和所述多级管道预热器202的冷相进料端相连，所述管道加热器203的冷相进料端和冷相出料端分别与所述多级管道预热器202的冷相出料端和所述停留管道204进料端相连，所述管道加热器203的热相进料端连接高压蒸汽，所述多级管道预热器202的热相进料端和热相出料端分别与所述停留管道204出料端和所述浆料缓冲槽的进料端相连。详细地，所述解析配料槽和/或所述浆料缓冲槽为常规碳钢制常压搅拌槽。详细地，所述解析浆料过滤机为真空过滤机或板框过滤机。详细地，所述多级管道预热器202的级数大于6级。详细地，所述多级管道预热器202为三套管或四套管，优选为四套管。详细地，所述停留管道204为单管。利用上述系统，解析氧化铝工厂富锂吸附剂中锂的方法，如图5所示，具体包括三次连续的逆流水热解析过程，每一次所述水热解析过程依次包括解析配料、水热解析反应和解析浆料过滤，所述第一次解析配料的固相为富锂吸附剂，所述第二次和第三次解析配料的固相分别为第一次和第二次解析浆料过滤后得到的滤饼，所述第一次和第二次解析配料的液相分别为第二次和第三次解析浆料过滤后得到的滤液，所述第三次解析配料的液相为洁净热水，所述第一次解析浆料过滤后得到的滤液即为富锂解析液。在一个具体实施例中，用某氧化铝工厂精液，精液含nk＝160g/l，rp＝1.08，li+＝0.050g/l，经过吸附、重溶等工序，产出的富锂吸附剂含li2o达到4.0％滤饼，每小时进入解析工序的干富锂吸附剂的流量是1.0t/h，用二次解析液进行化浆，控制料浆l/s＝15±1，打入第一水热反应机组，矿浆温度85℃，矿浆流量约15m3/h。多级管道预热器7的内管φ57×4mm，外管φ89×5mm，每级套管长度80m(单程)，有效换热面积14m2，管道加热器8内外管管径与多级管道预热器7相同，长度160m(双程)，停留管道9管径φ89×5mm，长度1520m(19程)。水热反应机组设计最高加热温度240℃，高压隔膜泵6设计压力6.0mpa。具体地，如图7所示，所述第一水热反应机组12、第二水热反应机组22和第三水热反应机组32分别包括依次相连的高压隔膜泵201、多级管道预热器202、管道加热器203和停留管道204，所述高压隔膜泵201的进料端和出料端分别与所述解析配料槽的出料端和所述多级管道预热器202的冷相进料端相连，所述管道加热器203的冷相进料端和冷相出料端分别与所述多级管道预热器202的冷相出料端和所述停留管道204进料端相连，所述管道加热器203的热相进料端连接高压蒸汽，所述多级管道预热器202的热相进料端和热相出料端分别与所述停留管道204出料端和所述浆料缓冲槽的进料端相连。管道加热器203出口料浆温度控制220℃，经停留管道204后矿浆逆流进入多级管道预热器202外管内进行换热，第一级管道预热器外管最终矿浆温度降至95℃，进入料浆缓冲槽，高压蒸汽消耗量为1.0-1.5t/h。解析浆料过滤机选du1.3×8m橡胶带式真空过滤机，过滤面积10.4m2，过滤后滤饼含水率65-70％。经三次逆流水热解析后，最终滤饼含li2o≤0.3％，锂总的解析率≥92.5％，第一滤液槽15中解析液含li+＝1150mg/l。最后，以上仅为本发明的较佳实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12