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鹽化工技術(shù)在鋰行業(yè)的運用論文
摘要:介紹了鋰金屬元素的用途及生產(chǎn)現狀，鹽化工技術(shù)的引進(jìn)，MVＲ工序的技術(shù)特點(diǎn)及自控系統采用。
關(guān)鍵詞:鋰;鋰電池;機械蒸汽再壓縮
1金屬鋰提取
金屬鋰及其化合物近些年無(wú)論在民用還是在工業(yè)及國防行業(yè)，應用越來(lái)越廣泛。在原子能工業(yè)中具有十分獨特的地位，被譽(yù)為高能金屬;它推動(dòng)著(zhù)能源工業(yè)，尤其是電池技術(shù)的發(fā)展，無(wú)愧于能源金屬和推動(dòng)世界前進(jìn)的金屬的稱(chēng)謂。鋰的主要來(lái)源是礦石、鹽湖鹵水;現階段的開(kāi)采主要還是以含鋰的礦石為主。礦石法提取碳酸鋰的產(chǎn)能主要集中在中國，規模大約在2萬(wàn)t/a，目前礦石法碳酸鋰的成本平均在3萬(wàn)元/t左右。鋰礦石常用提煉方法目前主要采用3種方法，石灰石焙燒法、硫酸法和硫酸鹽法。中鹽工程技術(shù)研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“公司”)為成都新能興材有限公司瀘定鋰鹽廠(chǎng)新建鋰業(yè)項目，采用的是硫酸法提取。硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰對原料適應性強，可以處理鋰含量較低的礦石，作業(yè)簡(jiǎn)單且收率高，是當前最為成熟的礦石提鋰工藝，副產(chǎn)品是硫酸鈉。
2鹽化工技術(shù)在鋰領(lǐng)域的應用
礦石提鋰生產(chǎn)能耗高已成行業(yè)共識，隨著(zhù)生產(chǎn)經(jīng)驗不斷積累，實(shí)施技術(shù)改造、技術(shù)創(chuàng )新和節能降耗等措施，降低生產(chǎn)成本成為企業(yè)首要任務(wù)。在前期的煅燒、酸化轉化工段;蒸發(fā)結晶和冷凍技術(shù)相似度很高，所以，公司率先將鹽及鹽化工行業(yè)工程技術(shù)引入鋰行業(yè)，取得了成功，為企業(yè)節約了成本，創(chuàng )造了較好的經(jīng)濟效益。隨著(zhù)真空蒸發(fā)制鹽及鹽化工行業(yè)各種新技術(shù)和新設備的引入，為礦石提鋰的可持續發(fā)展提供了強勁動(dòng)力。鋰輝石提取氫氧化鋰和碳酸鋰在國內率先采用了DCS自控系統，從鋰精礦的進(jìn)料到碳酸鋰產(chǎn)品的產(chǎn)出，包括尾氣處理系統，全程實(shí)現了自動(dòng)化控制。為企業(yè)生產(chǎn)實(shí)現了自動(dòng)控制、節能降耗，改變了高耗低效的局面。
2．1提取工段
鋰行業(yè)原有的提取工段，無(wú)論是從煅燒到浸取，直至后續的過(guò)濾、洗滌工段，自動(dòng)化程度低，人工投入量大，生產(chǎn)效率低。隨著(zhù)鹽化工先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，從反應、過(guò)濾、洗滌等方面采取新型設備及自動(dòng)控制，理順了整體布局，從工藝上根本解決了跑冒滴漏、臟亂差的局面。減輕了工人的勞動(dòng)強度，減少了不必要的人員投入，節約了成本，降低了能耗。采用新技術(shù)后，礦石中鋰的晶轉率和酸化率以及氧化鋰的浸出率均大幅提高，渣中全鋰含量降到了0．15%以下，鋰的回收率顯著(zhù)提高。僅此一項節約成本在10%以上。
2．2蒸發(fā)工段
傳統的鋰行業(yè)蒸發(fā)一般采用三效蒸發(fā)工藝，產(chǎn)品存在著(zhù)能耗高，而且母液夾帶損失量大，產(chǎn)品顆粒小，收率低，造成成本增加。在瀘定鋰業(yè)的項目設計中通過(guò)可比論證(從原有的鋰行業(yè)蒸發(fā)系統到現真空制鹽系統)，根據物料的特性，采用近些年摸索出的新型蒸發(fā)工藝，與國外先進(jìn)蒸發(fā)結晶廠(chǎng)商HPD合作交流，吸收國外同行業(yè)相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，從根本上解決原有蒸發(fā)的弊端，提高收率和經(jīng)濟性。工程采用MVＲ技術(shù)設計蒸發(fā)系統。引進(jìn)先進(jìn)的MVＲ(機械熱壓縮)技術(shù)，配套國產(chǎn)壓縮設備。減少了原材輔料的運入和廢渣的運出，節省了設備的投資及運行能耗。無(wú)論是單水氫氧化鋰和碳酸鋰產(chǎn)品，還是元明粉產(chǎn)品的生產(chǎn)都采用了MVＲ蒸發(fā)技術(shù)。MVＲ即機械蒸汽再壓縮是將由生產(chǎn)介質(zhì)蒸發(fā)來(lái)的低溫、低壓二次蒸汽通過(guò)機械再壓縮生成高品位的蒸汽的過(guò)程(在壓縮以提高蒸汽的溫度、壓力和熱焓)。壓縮后的蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器，以此循環(huán)。蒸發(fā)裝置通過(guò)壓縮機的機械能轉化為熱能來(lái)循環(huán)利用，在此情況下，除在冷啟動(dòng)開(kāi)車(chē)運行或提高負荷的情況下，需要少量外來(lái)生蒸汽，在正常運行時(shí)無(wú)需外來(lái)蒸汽補充，極大提高了系統的熱效率。在多效蒸發(fā)系統中，末效的熱能只能通過(guò)冷凝器來(lái)釋放，造成熱力損失，而在MVＲ系統中，熱能全部利用機械能回收。且還減少了循環(huán)冷卻水系統。隨著(zhù)鹽化工技術(shù)在鋰行業(yè)的引進(jìn)，針對原有的蒸發(fā)罐型也進(jìn)行了修改，采用現在新型的真空制鹽的軸向進(jìn)料外加熱強制循環(huán)的蒸發(fā)罐型。提高產(chǎn)品的(氫氧化鋰、碳酸鋰及硫酸鈉)結晶顆粒和純度，減少母液循環(huán)量，降低能耗。改變了目前鋰行業(yè)硫酸鈉蒸發(fā)普遍存在粒徑小，純度低，二次蒸汽夾帶量大的難題。解決了離心分離穿濾量大，導致母液循環(huán)量大，運行成本高的問(wèn)題。在其他輔助設備的選型方面，結合鋰行業(yè)的特點(diǎn)，采用鹽化工行業(yè)成熟的技術(shù)，對換熱設備、離心脫水干燥等設備進(jìn)行了優(yōu)選。
2．3冷凍工段
制鹽工業(yè)為基礎工業(yè)，無(wú)論在產(chǎn)業(yè)規�；蛘呒夹g(shù)優(yōu)化程度都遠高于鋰礦石加工制取鋰產(chǎn)品的工程化技術(shù)。傳統的硫酸鈉冷凍工藝存在著(zhù)效率低、能耗高、工藝繁瑣、設備操作復雜、設備投資大的特點(diǎn)，與先進(jìn)的鹽化工行業(yè)的冷凍技術(shù)相比有較大的差距。鹽行業(yè)的相關(guān)技術(shù)的引入，對鋰行業(yè)現有產(chǎn)能的升級改造和新建項目的節能降耗有重要意義。在設計過(guò)程中采用公司專(zhuān)有的專(zhuān)利技術(shù)，在連續冷凍工藝做重大改變，使冷凍能耗降低，冷凍設備小型化;大幅降低鋰產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎設施投資成本和運行成本。母液冷凍是將母液中的鋰進(jìn)行回收，提高鋰收率的一個(gè)重要環(huán)節。通過(guò)冷凍將母液中的硫酸鈉冷凍析出，進(jìn)行鋰產(chǎn)品的回收工藝環(huán)節。優(yōu)化原有工藝，充分利用冷源進(jìn)行高效換熱。經(jīng)換熱后的硝母液泵入預冷器預冷后再進(jìn)入預冷結晶器，經(jīng)過(guò)一段預冷結晶器降溫后，轉入冷凍結晶器進(jìn)行二段冷凍。冷凍后的含十水硝料液排入沉降器進(jìn)行固液分離，分離出的十水硝漿進(jìn)入離心機脫水，濕十水硝直接進(jìn)入溶硝罐，沉降器上層的清液返回前段回收鋰產(chǎn)品。預冷結晶器和冷凍結晶器采用專(zhuān)利技術(shù)設計。對預冷器和冷凍結晶器設計采用新型罐型，延長(cháng)洗罐周期。洗罐時(shí)只是對加熱管進(jìn)行洗滌，利用極少的能量對預冷器和結晶器進(jìn)行洗滌，免除了大排料洗罐，洗罐周期長(cháng)的缺點(diǎn)，達到再次循環(huán)制冷的目的。減輕了工人的操作強度，減少了洗罐時(shí)間，增加了有效生產(chǎn)時(shí)間。該專(zhuān)利洗滌的優(yōu)點(diǎn)是不用排出預冷器和冷凍結晶器的物料，直接對換熱管進(jìn)行洗滌;大大節省了操作時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。采用冷媒技術(shù)，替代直接冷凍機制冷的工藝，消除了在氨蒸發(fā)器內堵管的弊端。通過(guò)換熱充分利用冷源。利用十水硝的特性，采用溶硝罐系統，將部分十水硝溶解成無(wú)水硝，剩余的硝溶液進(jìn)入后工段的蒸發(fā)系統，這樣就大大減少了硝蒸發(fā)系統的能耗和設備的大小。在此只蒸發(fā)十水硝中的水分。
2．4自控系統
隨著(zhù)自控系統的引入，提高了系統的運行穩定性，大大減輕了一線(xiàn)操作人員的勞動(dòng)強度。采用DCS對生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化調控，保證裝置工藝指標處于最佳狀態(tài)，同時(shí)有利于安全生產(chǎn)。對生產(chǎn)過(guò)程的溫度、壓力、流量、液位、料位、等各種參數的檢測及進(jìn)出工段的能源統計均由DCS系統完成，有效地減少物料及能源浪費，提高能源利用。
3結束語(yǔ)
制鹽及鹽化工技術(shù)在鋰行業(yè)的應用，不僅解決了原有鋰行業(yè)生產(chǎn)中煅燒、浸取除雜等工藝陳舊的問(wèn)題，還解決了原有冷凍系統、蒸發(fā)系統能耗高的問(wèn)題。隨著(zhù)自動(dòng)化程度的提升，提高了礦石中鋰的回收率，降低運行成本和人工成本。預計礦石中鋰的殘余量降到0．15%以下，能耗降低20%左右，產(chǎn)品成本降到2．5萬(wàn)元以下。因此，隨著(zhù)鹽化工技術(shù)在鋰行業(yè)的引進(jìn)，使鋰行業(yè)的工藝技術(shù)得到一次大幅的升級，礦石提鋰將煥發(fā)新的生機。
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