锂行业盐化工技术的运用

1金属锂提取

金属锂及其化合物近些年无论在民用还是在工业及国防行业，应用越来越广泛。在原子能工业中具有十分独特的地位，被誉为高能金属;它推动着能源工业，尤其是电池技术的发展，无愧于能源金属和推动世界前进的金属的称谓。锂的主要来源是矿石、盐湖卤水;现阶段的开采主要还是以含锂的矿石为主。矿石法提取碳酸锂的产能主要集中在中国，规模大约在2万t/a，目前矿石法碳酸锂的成本平均在3万元/t左右。锂矿石常用提炼方法目前主要采用3种方法，石灰石焙烧法、硫酸法和硫酸盐法。中盐工程技术研究院有限公司(以下简称“公司”)为成都新能兴材有限公司泸定锂盐厂新建锂业项目，采用的是硫酸法提取。硫酸法生产碳酸锂对原料适应性强，可以处理锂含量较低的矿石，作业简单且收率高，是当前最为成熟的矿石提锂工艺，副产品是硫酸钠。

2盐化工技术在锂领域的应用

矿石提锂生产能耗高已成行业共识，随着生产经验不断积累，实施技术改造、技术创新和节能降耗等措施，降低生产成本成为企业首要任务。在前期的煅烧、酸化转化工段;蒸发结晶和冷冻技术相似度很高，所以，公司率先将盐及盐化工行业工程技术引入锂行业，取得了成功，为企业节约了成本，创造了较好的经济效益。随着真空蒸发制盐及盐化工行业各种新技术和新设备的引入，为矿石提锂的可持续发展提供了强劲动力。锂辉石提取氢氧化锂和碳酸锂在国内率先采用了DCS自控系统，从锂精矿的进料到碳酸锂产品的产出，包括尾气处理系统，全程实现了自动化控制。为企业生产实现了自动控制、节能降耗，改变了高耗低效的局面。

2．1提取工段

锂行业原有的提取工段，无论是从煅烧到浸取，直至后续的过滤、洗涤工段，自动化程度低，人工投入量大，生产效率低。随着盐化工先进技术的引进，从反应、过滤、洗涤等方面采取新型设备及自动控制，理顺了整体布局，从工艺上根本解决了跑冒滴漏、脏乱差的局面。减轻了工人的劳动强度，减少了不必要的人员投入，节约了成本，降低了能耗。采用新技术后，矿石中锂的晶转率和酸化率以及氧化锂的浸出率均大幅提高，渣中全锂含量降到了0．15%以下，锂的回收率显著提高。仅此一项节约成本在10%以上。

2．2蒸发工段

传统的锂行业蒸发一般采用三效蒸发工艺，产品存在着能耗高，而且母液夹带损失量大，产品颗粒小，收率低，造成成本增加。在泸定锂业的项目设计中通过可比论证(从原有的锂行业蒸发系统到现真空制盐系统)，根据物料的特性，采用近些年摸索出的新型蒸发工艺，与国外先进蒸发结晶厂商HPD合作交流，吸收国外同行业相关先进技术，从根本上解决原有蒸发的弊端，提高收率和经济性。工程采用MVR技术设计蒸发系统。引进先进的MVR(机械热压缩)技术，配套国产压缩设备。减少了原材辅料的运入和废渣的运出，节省了设备的投资及运行能耗。无论是单水氢氧化锂和碳酸锂产品，还是元明粉产品的生产都采用了MVR蒸发技术。MVR即机械蒸汽再压缩(MechanicalVaporRe-compression)是将由生产介质蒸发来的低温、低压二次蒸汽通过机械再压缩生成高品位的蒸汽的过程(在压缩以提高蒸汽的温度、压力和热焓)。压缩后的蒸汽进入蒸发器，以此循环。蒸发装置通过压缩机的机械能转化为热能来循环利用，在此情况下，除在冷启动开车运行或提高负荷的情况下，需要少量外来生蒸汽，在正常运行时无需外来蒸汽补充，极大提高了系统的热效率。在多效蒸发系统中，末效的热能只能通过冷凝器来释放，造成热力损失，而在MVR系统中，热能全部利用机械能回收。且还减少了循环冷却水系统。随着盐化工技术在锂行业的引进，针对原有的蒸发罐型也进行了修改，采用现在新型的真空制盐的轴向进料外加热强制循环的蒸发罐型。提高产品的(氢氧化锂、碳酸锂及硫酸钠)结晶颗粒和纯度，减少母液循环量，降低能耗。改变了目前锂行业硫酸钠蒸发普遍存在粒径小，纯度低，二次蒸汽夹带量大的难题。解决了离心分离穿滤量大，导致母液循环量大，运行成本高的问题。在其他辅助设备的选型方面，结合锂行业的特点，采用盐化工行业成熟的技术，对换热设备、离心脱水干燥等设备进行了优选。

2．3冷冻工段

制盐工业为基础工业，无论在产业规模或者技术优化程度都远高于锂矿石加工制取锂产品的工程化技术。传统的硫酸钠冷冻工艺存在着效率低、能耗高、工艺繁琐、设备操作复杂、设备投资大的特点，与先进的盐化工行业的冷冻技术相比有较大的差距。盐行业的相关技术的引入，对锂行业现有产能的升级改造和新建项目的节能降耗有重要意义。在设计过程中采用公司专有的专利技术，在连续冷冻工艺做重大改变，使冷冻能耗降低，冷冻设备小型化;大幅降低锂产品生产的基础设施投资成本和运行成本。母液冷冻是将母液中的锂进行回收，提高锂收率的一个重要环节。通过冷冻将母液中的硫酸钠冷冻析出，进行锂产品的回收工艺环节。优化原有工艺，充分利用冷源进行高效换热。经换热后的硝母液泵入预冷器预冷后再进入预冷结晶器，经过一段预冷结晶器降温后，转入冷冻结晶器进行二段冷冻。冷冻后的含十水硝料液排入沉降器进行固液分离，分离出的十水硝浆进入离心机脱水，湿十水硝直接进入溶硝罐，沉降器上层的清液返回前段回收锂产品。预冷结晶器和冷冻结晶器采用专利技术设计。对预冷器和冷冻结晶器设计采用新型罐型，延长洗罐周期。洗罐时只是对加热管进行洗涤，利用极少的能量对预冷器和结晶器进行洗涤，免除了大排料洗罐，洗罐周期长的缺点，达到再次循环制冷的目的。减轻了工人的操作强度，减少了洗罐时间，增加了有效生产时间。该专利洗涤的优点是不用排出预冷器和冷冻结晶器的物料，直接对换热管进行洗涤;大大节省了操作时间，提高了生产效率。采用冷媒技术，替代直接冷冻机制冷的工艺，消除了在氨蒸发器内堵管的弊端。通过换热充分利用冷源。利用十水硝的特性，采用溶硝罐系统，将部分十水硝溶解成无水硝，剩余的硝溶液进入后工段的蒸发系统，这样就大大减少了硝蒸发系统的能耗和设备的大小。在此只蒸发十水硝中的水分。

2．4自控系统

随着自控系统的引入，提高了系统的运行稳定性，大大减轻了一线操作人员的劳动强度。采用DCS对生产全过程进行自动化调控，保证装置工艺指标处于最佳状态，同时有利于安全生产。对生产过程的温度、压力、流量、液位、料位、等各种参数的检测及进出工段的能源统计均由DCS系统完成，有效地减少物料及能源浪费，提高能源利用。

3结束语

制盐及盐化工技术在锂行业的应用，不仅解决了原有锂行业生产中煅烧、浸取除杂等工艺陈旧的问题，还解决了原有冷冻系统、蒸发系统能耗高的问题。随着自动化程度的提升，提高了矿石中锂的回收率，降低运行成本和人工成本。预计矿石中锂的残余量降到0．15%以下，能耗降低20%左右，产品成本降到2．5万元以下。因此，随着盐化工技术在锂行业的引进，使锂行业的工艺技术得到一次大幅的升级，矿石提锂将焕发新的生机。

作者:刘长岩 秦佳政 单位:中盐工程技术研究院有限公司

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