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硫酸盐焙烧工艺生产电池级碳酸锂

2021.12.15

随着经济快速发展,能源短缺已成为现实,合理利用资源、能源是当今社会发展的必然趋势,大城市雾霾天气的出现,离不开汽车尾气排放所造成的环境污染,而开发清洁能源、利用可再生能源是全人类共同奋斗的目标。因此,世界各国政府都瞄准了新能源汽车这个产业。新能源电动汽车规模化生产,带动着整个相关上下游产业的快速发展。 

硫酸盐焙烧工艺主要工序有配料成型、烘干焙烧、破碎磨粉、浆化浸出、过滤、净化除杂、压滤、浓缩、冷却结晶、离心、离子交换、精滤、除铁、沉锂、过滤、洗涤、过滤、干燥、粉碎包装等。

一、配料成型

锂云母矿和其他辅料分别暂存在各自的配料仓中,每个配料仓下设两个出料口,各物料经电子皮带秤计量后送至同一条胶带输送机上,通过胶带输送机送至破碎机进行破碎混合。混合料采用两种方式焙烧,一种是采用回转窑,另一种是采用隧道窑,采用隧道窑需要通过压制成型设备将粉料压制成砖坯。 

二、烘干焙烧

1、回转窑焙烧:混合料通过提升机送至加料仓,用给料机控制加料速度,在回转窑中,以天然气为燃料进行焙烧,焙烧温度控制在850~1000℃。焙烧后的焙砂由回转窑头部卸落至单筒冷却机冷却。

2、隧道窑焙烧:压制成型的砖坯码好装入隧道车中,利用轨道运输,将隧道车缓慢送入隧道窑烘干区,利用窑炉余热对砖坯进行烘干,烘干温度110℃左右,含水率由10%降到1%左右;再送入隧道窑中进行焙烧,焙烧温度控制在850~1000℃。 

三、破碎磨粉

焙烧后的熟料,采用破碎机破碎后再用磨粉机对其进行磨粉,磨粉后物料进入熟料料仓,破碎、磨粉过程全程密闭,湿式作业,磨粉后含水率 30%左右,磨粉后送入浆化罐进行浆化。 

四、浆化浸出

浸出之前,需进行浆化,项目先将磨粉后粉料由料仓中打入浆化罐,粉料与水混合,通过搅拌制成浆料,后进入浸出环节。在浸出釜中按一定比例加入浆料和热水、回用水,控温 90~100℃(蒸汽间接加热),浸出时间约 2~3h,加盖密闭浸出,待有价金属几乎全部溶解于水中,浸出完成后固液分离,浸出渣主要成分为二氧化硅、氧化铝、硫酸钙、氟化钙等,浸出渣含水率约 30%。 

五、净化除杂、压滤

净化过程包含三次净化, 一次净化:卤水由泵送至一次净化釜,再加入已制备好的氢氧化钙浆液、氢氧化钾溶液和碳酸钠溶液碱化到一定的 pH 值,水解除去铝、铁、锰等杂质离子。净化后料浆经隔膜压滤机进行一段液固分离,一次净化后液送往二次净化,一次净化渣经搅拌清洗后压滤后装袋运输至渣场;二次净化:一次净化后液经加热(蒸汽加热,加热温度为 90℃)后,泵送至二段净化釜,加入净化剂除去溶液中钙、镁离子。净化后料浆经隔膜压滤机进行二次固液分离,二次净化后液送往三次净化,二次净化渣经搅拌清洗后压滤后装袋运输至渣场;三次净化:二次净化后的溶液经加热(蒸汽加热,加热温度为 90℃)后,泵送至三次净化釜,加入深度净化剂与金属离子形成络合物,除去溶液中残存的钙、镁等离子。净化后料浆经压滤进行三次固液分离,三次净化后液管道输送至浓缩工序,三次净化渣经搅拌清洗压滤后采用吨袋装袋叉车运输至渣场暂存。 

六、浓缩

浓缩:三次净化后的溶液锂离子浓度约 10g/L 左右,直接沉锂不仅会使得碳酸锂转化率低,而且因为溶液量大,造成后续工序设备利用率低,净化后液需要浓缩以提高锂离子浓度。浓缩后溶液水分蒸发 50%,锂离子浓度约为 20g/L。 

七、冷却结晶

冷却结晶:浓缩后的溶液,其溶液中离子浓度进一步升高,随着温度降低,溶液中的硫酸钾(含少量硫酸钠)会结晶析出,硫酸盐析出后,项目采用离心机进行固液分离,分离后的硫酸钾、硫酸钠经烘干后,得到硫酸钾、硫酸钠混合盐,该部分盐回用于配料焙烧工序。 

八、离子交换

离子交换:冷却结晶后的溶液中还含有一定的杂质,需要进一步除杂,离子交换后液送沉锂工序。 

九、精滤、除铁

精滤:离子交换后液采用精密过滤器进行精滤,精滤会产生一定的精滤渣,精滤后液经管道进入沉锂工序。

除铁:在精滤后液至沉锂工序的管道设置了管道除铁器,溶液在管道中流动的同时,溶液中的磁性杂质会得到去除。 

十、沉锂

离子交换后液经过精密过滤后泵入沉锂搅拌槽(管道中设有管道除铁器,将液体里面的磁性物质与液体进行分离),加入配制成一定浓度的碳酸钠沉淀碳酸锂,反应完全后,泵至压滤机进行液固分离得到碳酸锂和沉锂后液。

十一、干燥、粉碎、包装

碳酸锂经过多次洗涤后产出固体碳酸锂产品,再经干燥、气流粉碎后接包装袋包装入库。

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