膜法除硼工藝在鹽湖鹵水提鋰中的應(yīng)用

王 勇，曹建勇，曹晗宸

（青海啟迪清源新材料有限公司，青海格爾木 81600）

隨著鋰電池工業(yè)的發(fā)展，近年來中國也在積極開發(fā)西部鹽湖鋰資源，低成本的膜法提鋰技術(shù)在青海鹽湖的鹵水提鋰項目中得到了廣泛應(yīng)用。膜法提鋰技術(shù)的應(yīng)用，使鹽湖提鋰的生產(chǎn)成本可以控制在25 000元/t。在當(dāng)前碳酸鋰價格日趨回落的市場情況下，碳酸鋰仍能具備成本優(yōu)勢，富有市場競爭力。鹽湖鹵水中鎂、硼是兩種主要雜質(zhì)。經(jīng)濟(jì)高效的除硼工藝，對于鹽湖提鋰項目中鋰收率和碳酸鋰品質(zhì)都具有極為重要的意義。

1 項目概況

本項目是藏格鋰業(yè)10kt/a 碳酸鋰工程，該項目是格爾木藏格鋰業(yè)有限公司主導(dǎo)建設(shè)的膜法提鋰生產(chǎn)碳酸鋰的設(shè)備，由青海啟迪清源建設(shè)和運(yùn)營。

主要生產(chǎn)工藝是吸附法+膜法提鋰生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品為電池級碳酸鋰，設(shè)計規(guī)模公稱能力為10kt/a。項目包含的主要工藝裝置有：原鹵預(yù)處理、吸附裝置、膜法提鋰裝置、沉鋰裝置及配套的公輔工程。

表1 吸附單元的合格洗脫液水質(zhì)分析表

如表1所示，進(jìn)入膜車間鹵水中硼含量接近1g/L，硼鋰比在1.2～1.3。

膜法提鋰裝置主要功能為：從前端吸附裝置過來的洗脫液，經(jīng)過納濾、反滲透處理后去除鹵水中鎂、硼雜質(zhì)，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮后，將鹵水中的鋰離子含量提升至25g/L 以上，作為沉鋰母液送至下游沉鋰裝置作為原料。因原鹵水硼含量較高，為保證裝置連續(xù)運(yùn)行及下游產(chǎn)品質(zhì)量，提鋰裝置中需配套除硼單元。

2 系統(tǒng)納濾膜法除硼工藝裝置配置

本項目共配置了四級納濾除硼工藝設(shè)備，本文就四級納濾除硼設(shè)備分別介紹其系統(tǒng)配置和在項目運(yùn)行中的效果。

2.1 一級納濾除硼工藝裝置

在本項目中，一級納濾除硼工藝裝置，來水為離交產(chǎn)水，水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

表2 離交產(chǎn)水水質(zhì)分析表

因為要控制鹵水中鋰收率，除硼系統(tǒng)設(shè)計較高濃縮倍數(shù)，一段除硼設(shè)計濃縮倍數(shù)10倍，進(jìn)水pH 控制在9.2～9.5，產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)如表3所示。

表3 一級除硼產(chǎn)水水質(zhì)分析表

2.2 二級納濾除硼工藝裝置

在本項目中，二級納濾除硼工藝裝置，來水為一級除硼濃縮液，水質(zhì)指標(biāo)如表4所示。

表4 一級除硼濃縮液水質(zhì)分析表

二級納濾除硼裝置在系統(tǒng)中主要功能是回收一級除硼濃縮液中的鋰，進(jìn)水不調(diào)節(jié)pH，運(yùn)行方式采用純水透析方式，透析水與進(jìn)料比控制在2～3倍，采用多級透析方式。二級除硼產(chǎn)水套用回前端生產(chǎn)工藝，濃縮液調(diào)節(jié)pH 后進(jìn)入反滲透除硼工藝?yán)^續(xù)處理。二級納濾除硼產(chǎn)水水質(zhì)如表5所示。

表5 二級除硼產(chǎn)水水質(zhì)分析表

2.3 三級納濾除硼工藝裝置

三級納濾除硼工藝裝置，來水為一級除硼產(chǎn)水。在一級除硼產(chǎn)水基礎(chǔ)上繼續(xù)調(diào)節(jié)進(jìn)水pH 在9.2～9.5，設(shè)計濃縮倍數(shù)10倍，產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)如表6所示。

表6 三級除硼產(chǎn)水水質(zhì)分析表

三級除硼產(chǎn)水進(jìn)入MVR 系統(tǒng)濃縮，提高鋰離子濃度至22～25g/L，此時硼也會濃縮，濃度上升至（150～180）×-6。為保證最終碳酸鋰品質(zhì)，需要在MVR 系統(tǒng)之后再對鹵水進(jìn)行除硼。三級除硼濃縮液回流至一級納濾除硼裝置進(jìn)水端，保障系統(tǒng)鋰收率。

2.4 四級納濾除硼工藝裝置

四級納濾除硼工藝裝置設(shè)計來水為MVR 高鋰鹵水。調(diào)節(jié)進(jìn)水pH 在9.2～9.5，裝置設(shè)計濃縮倍數(shù)3.5倍，產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)如表7所示。

表7 四級除硼產(chǎn)水水質(zhì)分析表

四級納濾除硼產(chǎn)水進(jìn)入沉鋰工藝段生產(chǎn)碳酸鋰，濃縮液回流至MVR 系統(tǒng)進(jìn)水端，保障系統(tǒng)鋰收率。

3 納濾膜法除硼工藝控制要點

3.1 pH控制

進(jìn)水pH 的控制是納濾膜法除硼工藝成功的前提，必須控制在合適的pH 范圍，才能保障理想的除硼效果。通過在本項目中的實際調(diào)試運(yùn)行，確定理想的pH 在9.2～9.5。

因為硼本身具有pH 緩沖效果，本項目設(shè)計中進(jìn)水pH 的調(diào)節(jié)采用多點逐級加藥方式，每個加藥點配置管道混合器和在線pH 監(jiān)測探頭，加藥計量泵采取PID 調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，嚴(yán)格控制納濾除硼工藝進(jìn)水的pH。

3.2 進(jìn)水溫度控制

進(jìn)水溫度是另一個影響納濾除硼裝置穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。在初期調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，由于原料在系統(tǒng)處理中存在溫升情況，到達(dá)納濾除硼工藝段時，水溫在35～40℃，在此溫度下運(yùn)行會嚴(yán)重影響納濾膜法除硼裝置除硼效果。在進(jìn)口加裝板式換熱器，經(jīng)過調(diào)試測試，溫度越低時除硼效果越好，但會影響納濾膜產(chǎn)水通量。綜合考慮系統(tǒng)處理量和除硼效果，調(diào)節(jié)進(jìn)水水溫在25～30℃，能保障納濾除硼裝置達(dá)到設(shè)計的運(yùn)行指標(biāo)。

4 結(jié)束語

通過納濾除硼技術(shù)在本項目中的成功應(yīng)用，使膜法提鋰工藝在應(yīng)對高硼鹽湖鹵水提鋰項目中得到了極大的優(yōu)化和提高，能有效解決鹽湖碳酸鋰產(chǎn)品品質(zhì)問題，為生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)鋰產(chǎn)品提供了更實用的技術(shù)手段。同時，本項目還結(jié)合了反滲透除硼工藝，對于系統(tǒng)中的水資源可實現(xiàn)重復(fù)利用，減少了項目對淡水資源的需求，反滲透濃縮液中具有較高的硼砂含量，可通過蒸發(fā)濃縮工藝提取硼砂，為本項目創(chuàng)造新的利潤增長點，進(jìn)一步降低碳酸鋰的生產(chǎn)成本。