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一种碳酸锂太阳池

专利查询3月前  25

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1.本实用新型涉及提锂技术领域,尤其涉及一种碳酸锂太阳池。


背景技术:

2.在我国青藏高原地区分布有类型和资源储量极为丰富的锂盐湖,具备很好的开发前景。位于西藏仲巴县境内的扎布耶盐湖是我国率先实现盐湖提锂产业化的典范,一直采用传统太阳池升温析锂方法进行碳酸锂的工业化生产。
3.但是,从实际生产情况看,多年来扎布耶的年产量一直停留在4000吨工业级碳酸锂以下,难以达产扩产,其主要技术原因之一在于灌入盐梯度太阳池的富锂卤水为冬季成卤,尽管li
+
浓度较高,但co
32-浓度较低,升温后沉锂效果不佳,li
+
沉淀不完全,导致碳酸锂收率较低,产出的锂精矿中碳酸锂的品位仅60%左右,而在沉锂后排出的尾卤中li
+
浓度仍然较高,锂损失严重。由于锂盐湖一般处于交通、能源条件较差的地区,若采用碳酸盐沉淀法,则无论是运输沉淀剂还是浓缩富锂卤水的费用,都会使其生产成本大为增加。


技术实现要素:

4.鉴于上述分析,本实用新型旨在提供一种碳酸锂太阳池,解决了现有技术中co
32-浓度较低、升温后沉锂效果不佳、li
+
沉淀不完全导致碳酸锂收率较低的问题。
5.本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的:
6.本实用新型提供了一种碳酸锂太阳池,主要针对野外碳酸锂提取,包括:
7.尾卤池,尾卤池被配置为容纳第一li
+
浓度、第一co
32-浓度的尾卤;
8.成卤池,成卤池被配置为容纳第二li
+
浓度、第二co
32-浓度的成卤;
9.析锂池,析锂池通过供卤管路与尾卤池和成卤池连接,以容纳尾卤与成卤,并作为碳酸锂混盐析出的场所;
10.其中,第一li
+
浓度大于第二li
+
浓度,第一co
32-浓度小于第二co
32-浓度。
11.进一步地,尾卤池和成卤池内均设置温度计,尾卤池内尾卤的温度高于成卤池内成卤的温度。
12.进一步地,尾卤池通过第一供卤管路与析锂池连接,成卤池通过第二供卤管路与析锂池连接。
13.进一步地,第一供卤管路包括第一潜水泵和第一水管,第一水管的进水口与第一潜水泵连接,第一水管的出水口位于析锂池的析锂层。
14.进一步地,第二供卤管路包括第二潜水泵和第二水管,第二水管的进水口与第二潜水泵连接,第二水管的出水口位于析锂池的析锂层。
15.进一步地,析锂池内设有卤水混匀设备,以备对析锂池底部的析锂层卤水进行机械扰动和对流循环。
16.进一步地,卤水混匀设备为抽注水设备、搅拌设备中的一种或多种组合。
17.进一步地,析锂池内设有成核基体,以供碳酸锂混盐晶体附着生长。
18.进一步地,成核基体的数量为多个。
19.进一步地,成核基体包括棉织品、塑料网、金属网、生物质中的一种或多种组合。
20.与现有技术相比,本实用新型至少可实现如下有益效果之一:
21.a)本实用新型提供的碳酸锂太阳池,以原盐梯度太阳池排出的高li
+
低co
32-尾卤(即尾卤池内尾卤)为原料,采用成卤池内成卤作为天然沉淀剂,将尾卤和成卤按比例进行兑卤操作作为提锂母液,制作析锂池升温析锂,通过提高卤水中的co
32-而使li
+
结晶析出,能够有效回收原盐梯度太阳池排出尾卤中的碳酸锂,从而能够提高碳酸锂的收得率。
22.b)本实用新型提供的碳酸锂太阳池,采用盐湖卤水经蒸发浓缩形成的低li
+
高co
32-夏季成卤作为天然沉淀剂,能够避免使用工业沉淀剂对湖泊自然环境造成的影响与破坏,降低碳酸锂的生产成本,更适于在交通不便、工业能源条件较落后的青藏高原进行卤水锂资源的提取。
23.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分的从说明书中变得显而易见,或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
24.附图仅用于示出具体实用新型的目的,而并不认为是对本实用新型的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
25.图1为本实用新型的碳酸锂太阳池的结构示意图;
26.图2为本实用新型的连接杆和紧固件的结构示意图。
27.附图标记:
28.1-析锂池;2-析锂层;3-成核件;4-连接杆;5-紧固槽;6-紧固件;7-弹性凸起;8-尾卤池;9-成卤池。
具体实施方式
29.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实用新型,其中,附图构成本实用新型的一部分,并与本实用新型一起用于阐释本实用新型的原理。
30.本实用新型提供了一种碳酸锂太阳池,主要针对野外碳酸锂提取,参见图1至图2,碳酸锂太阳池包括:
31.尾卤池8,尾卤池8被配置为容纳第一li
+
浓度、第一co
32-浓度的尾卤;
32.成卤池9,成卤池9被配置为容纳第二li
+
浓度、第二co
32-浓度的成卤;
33.析锂池1,析锂池1与尾卤池8和成卤池9连接,以容纳供入的尾卤与成卤,并作为碳酸锂混盐析出的场所;
34.其中,第一li
+
浓度大于第二li
+
浓度,第一co
32-浓度小于第二co
32-浓度。
35.也就是说,碳酸锂太阳池包括尾卤池8、成卤池9以及分别与尾卤池8和成卤池9连接的析锂池1,析锂池1内的卤水为尾卤池8内尾卤与成卤池9内成卤的混合卤,尾卤池8内尾卤中的li
+
浓度大于成卤池9内成卤中的li
+
浓度,尾卤池8内尾卤中的co
32-浓度小于成卤池9内成卤中的co
32-浓度。
36.与现有技术相比,本实用新型提供的碳酸锂太阳池,以原盐梯度太阳池排出的高
li
+
低co
32-尾卤(即尾卤池8内尾卤)为原料,采用成卤池9内成卤作为天然沉淀剂,将尾卤和成卤按比例进行兑卤操作作为提锂母液,制作析锂池升温析锂,通过提高卤水中的co
32-而使li
+
结晶析出,能够有效回收原盐梯度太阳池排出尾卤中的碳酸锂,从而能够提高碳酸锂的收得率。
37.同时,上述碳酸锂太阳池采用盐湖卤水经蒸发浓缩形成的低li
+
高co
32-夏季成卤作为天然沉淀剂,能够避免使用工业沉淀剂对湖泊自然环境造成的影响与破坏,降低碳酸锂的生产成本,更适于在交通不便、工业能源条件较落后的青藏高原进行卤水锂资源的提取。
38.此外,上述碳酸锂太阳池在利用兑卤法提高尾卤中co
32-浓度的同时,也充分利用了尾卤的部分余热,不仅能够大幅提高碳酸锂的收得率,而且在一定程度上可以减轻制卤压力,相较于其他方法更易于操作,效果突出,经济环保,不会污染环境。
39.需要说明的是,对于尾卤的预热利用,析锂池析锂适合的温度为30℃以上,温度越高,则析锂效果越好。本实用新型的碳酸锂太阳池尾卤池8内尾卤温度(20~30℃)高于成卤池9内成卤温度(10℃以下),尾卤池8和成卤池9内均设置温度计,以监测尾卤和成卤的温度。通过将尾卤池8内尾卤与成卤池9内成卤进行兑卤,能够有效利用尾卤池8内尾卤的预热加热成卤池9内成卤,提高成卤池9内成卤的温度,从而能够实现尾卤池8内尾卤的预热利用。
40.本实施例的一个可选实施方式,尾卤池通过第一供卤管路与析锂池连接,成卤池通过第二供卤管路与析锂池连接。具体而言,第一供卤管路包括第一潜水泵和第一水管,第一水管的进水口与第一潜水泵连接,第一水管的出水口位于析锂池的析锂层。第二供卤管路包括第二潜水泵和第二水管,第二水管的进水口与第二潜水泵连接,第二水管的出水口位于析锂池的析锂层。利用潜水泵将尾卤池内尾卤与成卤池内成卤灌卤至析锂池并混合得到析锂池中的卤水,可以准确控制尾卤与成卤的灌入量,而且控制方便。
41.为了提高析锂池中碳酸锂的结晶析出效率,析锂池1内设有成核基体,以供碳酸锂混盐晶体附着生长。具体而言,析锂池1的结构包括池体以及设于池体内的成核基体,需要说明的是,成核基体的摆放形式可以但不限于沿池体的底面横向、纵向或斜向摆放,还可以通过其他辅助设置悬浮在池体内。实施时,将成核基体置于池体内,作为可供碳酸锂混盐晶体附着生长的成核基体;向池体内灌卤,在卤水表层铺设淡水层,静置数日,制得盐梯度太阳池;待盐梯度太阳池进入稳定升温析锂阶段,监测池体底部的析锂层2(即下对流层)卤水的li
+
浓度,待碳酸锂基本析出完全后,实施排卤操作,采收晾晒并称重计量池底、边坡以及成核基体上析出的碳酸锂混盐。需要说明的是,碳酸锂的成核主要依靠外来的质点、基底或基体的诱发而产生,这种成核方式称为非均匀成核。在实际应用中,溶液过饱和后不能立即成核的主要障碍是生成晶核时要出现液-固界面,为此需要提供界面能。如果碳酸锂的成核依附于已有的界面上(如容器壁、杂质颗粒、成核剂等)形成,则高能量的液-固界面能就被低能量的晶核与成核基体之间的界面所取代,这种界面代换比界面的生成所需要的能量要少得多。上述析锂池采用立体结晶法进行提锂,在池体的底面设置成核基体,成核基体的存在能够诱发非均匀成核,为碳酸锂的成核提供更多的固-液接触面和附着基体,大大降低成核位垒,使得碳酸锂的成核更容易发生,加速下一步碳酸锂晶体的生长,从而提高太阳池中碳酸锂的结晶析出效率,上述析锂池具有效果突出、易于操作、经济环保等特点,适用于野
外析锂池的工业化提锂生产。
42.为了增大成核基体的表面积,为结晶提供更多的生长界面,上述成核基体包括支撑件以及设于支撑件之间的成核件3,成核件3上开设网孔。其中,支撑件主要用于结构支撑成核件3并将成核件3固定在析锂池1的池体内,成核件3主要用于晶体的生长,这样,网孔的开设,能够增大成核基体的表面积,晶体不仅能够在成核基体的表面形成,还能够在成核基体内的网孔孔壁上形成,从而能够进一步促进结晶的生成,提高碳酸锂的收得率。
43.需要说明的是,上述网孔的形状可以为方形孔或圆形孔等,为了提高提锂效果,上述网孔的孔径控制在1mm~10mm。
44.示例性地,上述成核件3可以为平面状或立体状,例如,成核基体包括棉织品、塑料网、金属网、生物质中的一种或多种组合,其中,这里的生物质主要指植物,包括草本植物和木本植物。更进一步地,成核基体为纱布、塑料网、土工膜、铁丝网等可供晶体附着生长的材质中的一种或多种组合,制成不同的平面结构或刺球状等空间立体结构。
45.或者,采用秸秆,也可以就地取材,采用野外自然形成的刺球状的植物体作为成核件3,如西藏扎布耶湖区自然形成的风滚草团。
46.值得注意的是,通过试验表明,从单位面积析锂量来看,采用风滚草和刺球状立体结构作为成核件3的提锂效果好,而且利用裸露的铁丝捆绑风滚草和刺球状立体结构的效果更佳。这是因为,碳酸锂晶体是按树枝状方式长大,因此,刺球状立体结构和风滚草更加有利于碳酸锂晶体的生长。
47.对于成核基体的数量,示例性地,池体的底面均匀布置多个成核基体。这样,通过多个成核基体共同作用,能够进一步提高碳酸锂的收得率。
48.可以理解的是,多个成核基体可以单独设置也可以相互连接构成一个整体。
49.值得注意的是,多个成核基体的分布密度也会影响结晶效果,因此,相邻两个成核基体的间距控制1~20m。这是因为,将成核基体的间距能够在保证碳酸锂的收得率的基础上,尽量减少成核基体的布置个数,简化析锂池的整体结构和制作成本。
50.从结构稳定的角度考虑,相邻两个成核基体通过连接件固定连接。这样,将多个成核基体相互连接构成一个整体,能够减少在梯度盐太阳池形成过程中和析锂过程中成核基体发生晃动,保证整个系统的稳定性,更加有利于碳酸锂结晶。
51.对于连接件的结构,具体来说,其包括两根连接杆4,连接杆4靠近成核基体的一端与成核基体转动连接,两个连接杆4通过相互配合的外螺纹和内螺纹配合连接。在实际应用中,对于成分不同的成卤,相邻两个成核基体的间距需要进行适当调整,连接件采用上述结构,通过调整外螺纹内螺纹的配合长度,能够调整相邻两个成核基体的间距,从而提高上述析锂池的适用性。需要说明的是,现有技术中,通常外螺纹与内螺纹之间的配合连接是用于固定连接,而本实用新型的外螺纹与内螺纹之间的配合连接主要是用于距离的调节。
52.值得注意的是,当相邻两个成核基体的间距调整完毕后,需要将两根连接杆4固定连接,避免在提锂过程中两者发生转动,导致相邻两个成核基体的间距发生变化,因此,上述连接管的外管壁开设两条紧固槽5,上述连接件还包括紧固件6,紧固件6的一端与池体底面固定连接,紧固件6的另一端设有u型件,u型件的内壁设有两个弹性凸起7,弹性凸起7插入紧固槽5中,这样,通过紧固件6将弹性凸起7插入紧固槽5中,能够将连接杆4与池体底面固定连接,从而避免连接杆4发生转动;此外,连接杆4通过紧固件6与池体底面固定连接,还
能够对连接杆4进行支撑,减少两根连接杆4的外螺纹和内螺纹连接处在重力的作用下发生变形。
53.为了实现析锂池内的稳定结晶状态,上述成核基体通过紧固件固定在池体的底面上,紧固件的底部设置角铁,以增加稳定性。这样,通过紧固件能够将成核基体稳定地固定在池体的底面上,从而能够为结晶提供稳定的析锂环境。
54.值得注意的是,析锂的过程主要是在析锂层2中进行,因此,成核基体的高度需要小于或等于析锂层2的高度,也就是说,成核基体仅需要设置在析锂层2中即可。
55.利用本实用新型提供的碳酸锂太阳池提取碳酸锂,包括如下步骤:
56.步骤1:将尾卤池内尾卤与成卤池内成卤进行兑卤,并灌卤至析锂池,得到卤水,其中,尾卤中的li
+
浓度大于成卤中的li
+
浓度,尾卤中的co
32-浓度小于成卤中的co
32-浓度;
57.步骤2:在卤水表面铺设淡水层,静置数日,制得盐梯度太阳池;
58.步骤3:待盐梯度太阳池进入稳定升温析锂阶段,监测析锂池底部析锂层(下对流层)卤水的li
+
浓度,待碳酸锂基本析出完全(析锂层卤水平均li
+
浓度在1.3g/以下,即可判断为析出完全)后方可实施排卤操作,采收晾晒并称重计量池底及边坡析出的碳酸锂混盐。
59.需要说明的是,上述尾卤池内尾卤可以为前一盐梯度太阳池升温析锂后底部的析锂层(下对流层)高li
+
低co
32-尾卤或每年2月份和/或3月份制得的高li
+
低co
32-的冬季成卤,上述成卤池内成卤可以为盐湖卤水8月份和/或9月份经蒸发浓缩形成的低li
+
高co
32-夏季成卤。
60.对于夏季成卤,具体来说,上述夏季成卤可以为同年度盐湖卤水经蒸发浓缩形成的低li
+
高co
32-夏季成卤,也可以为往年储存的盐湖卤水经蒸发浓缩形成的低li
+
高co
32-夏季成卤。
61.为了保证往年储存的盐湖卤水经蒸发浓缩形成的低li
+
高co
32-夏季成卤能够用于后续生产,往年储存的低li
+
高co
32-夏季成卤需要确保安全过冬,即确保卤水中的co
32-不会因冬季环境气温的降低而析出,可以在每年8月份和/或9月份生产结束后,向结晶池内灌入低li
+
高co
32-夏季成卤,再铺设淡水,制作存储太阳池以升温过冬。待来年2、3月份结晶池灌卤时,再按一定比例进行跨年度兑卤。
62.为了能够促进提锂池的析锂层混合均匀且避免破坏提锂池的盐梯度层(过渡层),上述步骤3中,待盐梯度太阳池进入稳定升温析锂阶段之后还包括如下步骤:采用卤水混匀设备对析锂池底部的析锂层(下对流层)卤水进行机械扰动和强制对流循环操作,卤水混匀设备为抽注水设备、搅拌设备中的一种或多种组合,抽注水设备的流量范围控制在30~100m3/h之间。
63.为了能够促进析锂层的卤水空间分布更为均匀,上述步骤1中,采用潜水泵灌卤至析锂池。
64.示例性地,从实际应用来看,上述尾卤池内尾卤中的li
+
浓度为1.7~1.8g/l,co
32-浓度为18~22g/l(例如,20g/l),这是因为,尾卤池内尾卤来自于原盐梯度太阳池析锂后得到的尾卤,为了能够尽量提取原盐梯度太阳池内的碳酸锂,要求li
+
浓度达到排出标准;成卤池内成卤的li
+
浓度为1.3~1.7g/l(例如,1.6g/l),co
32-浓度为40g/l以上(例如,45~60g/l),这是因为,将成卤池内成卤的li
+
浓度和co
32-浓度限定在上述范围内,表明成卤已经达到作为灌入析锂池的提锂母液的要求和标准。
65.为了进一步提高碳酸锂的收得率,采用上述两种尾卤和成卤进行兑卤时,尾卤和成卤的质量比为1:0.5~1:2(例如,1:1~1:2)。这样,通过控制兑卤比例,能够进一步控制兑卤后提锂池内卤水中的li
+
浓度和co
32-浓度,使得析锂池内卤水实现碳酸锂析出最完全的程度。
66.以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

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