本发明涉及盐水(含卤水)或海水提锂工艺的技术领域，具体涉及一种提取锂的连续离子交换装置和提锂工艺。
背景技术：
锂是一种银白色的金属元素，其被广泛用于可充电电池、玻璃、陶瓷、合金、润滑剂、医药等领域，尤其是可充电锂电池近年来作为混合动力汽车和电动汽车的主要动力源而受到广泛的关注。此外，将锂用于手机、笔记本电脑等现有的小型电池也存在着巨大的市场。因此，整个工业领域中国内和国外对锂的需求量都很大。
盐湖卤水型锂矿床占世界锂资源的66％，现有的从盐湖卤水中提取锂的方法包括沉淀法、煅烧浸出法、溶剂萃取法、膜分离法、吸附法等，其中吸附法具有工艺简单、回收率高、环境友好等特点，是最具应用前景的方法。但现有吸附法多为间歇提锂工艺，无法实现提锂工艺的快速连续进行，且存在所需的生产设备多、工艺操作复杂、耗时长、投资成本高、锂的提取率不高等问题。因此，采用传统的工艺实现提锂的操作不利于产业发展的需求，不利于盐湖资源综合开发利用的开展。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种提取锂的连续离子交换装置和方法，用于解决现有的提锂工艺无法快速连续地进行，且传统的提取锂的方法所需的生产设备较多、工艺操作复杂、耗时长、投资成本高、锂的提取率低的问题。
为了实现上述目的，本发明的第一技术方案为一种提取锂的连续离子交换装置，其特征在于，所述提取锂的连续离子交换装置包括运行基座和多个吸附柱，所述运行基座包括吸附区、淋洗区和脱附区，多个所述吸附柱排布在所述运行基座上，并分布在所述吸附区、所述淋洗区和所述脱附区中设置，
所述吸附区中的吸附柱与原料进液管连通，所述淋洗区中的吸附柱与淋洗进液管连通，所述脱附区中的吸附柱与脱附进液管连通，
所述运行基座上的吸附区、淋洗区和脱附区的位置依次更替。
优选地，所述提取锂的连续离子交换装置还包括分配阀，所述分配阀包括旋转端和固定端，所述分配阀的固定端和旋转端均开设有相同数量的槽口，
所述旋转端的每个槽口与对应的每个吸附柱连通，
所述固定端的多个槽口分为吸附区、淋洗区和脱附区，分布在所述吸附区的槽口与原料进液管连通，分布在所述淋洗区的槽口与淋洗进液管连通，分布在所述脱附区的槽口与脱附进液管连通。
优选地，所述运行基座包括转盘和推动转盘旋转的驱动器，多个所述吸附柱呈环形设置在所述转盘上。
优选地，每个所述吸附柱内均设置有顶层分布器和底层分布器，所述顶层分布器和所述底层分布器的孔径为2～6mm。
相比于现有技术，本发明所述的第一技术方案提取锂的连续离子交换装置具有以下优势：本发明提取锂的连续离子交换装置可使得各吸附柱在吸附、淋洗和脱附操作间依次连续切换，形成锂提取的连续工艺过程，有效提升了锂的提取速率，提高了离子交换效率，降低了补充吸附剂量，提高了盐湖资源综合开发利用的效益，满足产业发展的需要。此外，本发明所述的提取锂的连续离子交换装置能通过自动化的设备实现，因此缩短了工序操作时间，运行操作过程更加方便，成本较低。
本发明的第二技术方案为一种采用第一技术方案中的提取锂的连续离子交换装置的提锂工艺，其特征在于，包括如下步骤：
s1：第一周期：运行基座分为吸附区、淋洗区和脱附区，所述吸附区内的吸附柱进行吸附操作即将原料液输送到吸附区中的吸附柱内，待吸附区中的吸附剂吸附饱和后进入第二周期；
s2：第二周期：运行基座运转一次，步骤s1中的吸附区更替为淋洗区，步骤s1中的淋洗区更替为脱附区，步骤s1中的脱附区更替为吸附区，吸附区内的吸附柱进行吸附操作即将原料液输送到更替后吸附区中的吸附柱内，同时，淋洗区内的吸附柱进行淋洗操作即将淋洗液输送到更替后淋洗区中的吸附柱内；
s3：第三周期：运行基座再次运转，步骤s2中的淋洗区更替为脱附区，步骤s2中的脱附区更替为吸附区，步骤s2中的吸附区更替为淋洗区，脱附区中的吸附柱进行脱附操作即将脱附液输送到更替后脱附区中的吸附柱内，同时，淋洗区中的吸附柱进行淋洗操作即将淋洗液输送到更替后淋洗区中的吸附柱内，吸附区中的吸附柱进行吸附操作即将原料液输送到更替后吸附区中的吸附柱内；
s4：第四周期：运行基座再次运转，步骤s3中的脱附区更替为吸附区，步骤s3中的吸附区更替为淋洗区，步骤s3中的淋洗区更替为脱附区，更替后的吸附区、淋洗区和脱附区内吸附柱分别同时进行吸附操作、淋洗操作和脱附操作；
s5：运行基座每间隔一周期运转一次，吸附区、淋洗区和脱附区依次更替，并且，所述吸附区、所述淋洗区和所述脱附区均分别同时进行吸附操作、淋洗操作和脱附操作。
优选地，每一所述周期的时间为0.5～3h。
优选地，所述脱附液的温度为20～60℃。
优选地，所述原料液的进料流量为5～20bv/h；所述淋洗液的进料流量为2～10bv/h；所述脱附液的出料流量为5～15bv/h。
优选地，所述原料液从所述吸附柱的底部进料，所述淋洗液和所述脱附液均从吸附柱的顶部进料。
相比于现有技术，本发明所述的第二技术方案提锂工艺具有以下优势：采用本发明所述的提锂工艺可将吸附柱在吸附、淋洗和脱附操作之间进行切换，从而完成锂的提取操作，并可同时对多个吸附柱进行操作，有效提高了锂的提取效率。本发明所述的提锂工艺过程简单，操作方便，锂吸附剂的使用量也不大，成本显著降低，生产效率提高，具有显著的经济效益。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1示出了本发明一种提取锂的连续离子交换装置的结构示意图。
标号说明
10-运行基座，20-吸附柱，
21-顶层分布器，22-底层分布器，
30-吸附区，40-淋洗区，
50-脱附区，60-分配阀，
61-固定端，62-旋转端，
63-槽口，70-原料进液管，
80-淋洗进液管，90-脱附进液管。
具体实施方式
本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
图1为本发明一种提取锂的连续离子交换装置的结构示意图。如图1所示，提取锂的连续离子交换装置包括运行基座10和多个吸附柱20，运行基座10包括有吸附区30、淋洗区40和脱附区50，多个吸附柱20排布在运行基座10上，并且分布设置在吸附区30、淋洗区40和脱附区50中，吸附区30中的吸附柱20与原料进液管70连通，淋洗区40中的吸附柱20与淋洗进液管80连通，脱附区50中的吸附柱20与脱附进液管90连通，运行基座10上的吸附区30、淋洗区40和脱附区50的位置依次更替。
通过原料进液管70将原料液输送到位于吸附区30的吸附柱20中，所述原料液为含有锂的液体，例如盐湖卤水、海水等。吸附柱20中填充有锂吸附剂，锂吸附剂是一种能对气体或液体物料中的锂具有吸附功能的固体物质，主要包括锰系吸附剂、铝系吸附剂、钛系吸附剂和复合锑酸盐吸附剂。本实施例中的锂吸附剂采用的是铝系吸附剂。原料液流经吸附柱20为流动相，利用吸附柱20内锂吸附剂对原料液中各种不同组分的吸附力大小从而使得各组分分离，锂被吸附在吸附剂内部。待吸附柱20中的吸附剂吸附饱和后，通过运行基座10的运转，使得吸附区30到达淋洗区40的位置，淋洗区40到达脱附区50的位置，脱附区50到达吸附区30的位置。在淋洗区40中，通过淋洗进液管80将淋洗液输送到位于淋洗区40的吸附柱20中，使得在淋洗液的冲洗下，去除掉吸附柱20中大量的原料液，以减少最终产物中的杂质成分，本实施例中的淋洗液为常温淡盐水。淋洗操作之后，运行基座10再次运转，使得淋洗区40到达脱附区50的位置，脱附区50到达吸附区30的位置，吸附区30到达淋洗区40的位置。在脱附区50中，通过脱附进液管90将脱附液输送到位于脱附区50的吸附柱20中，使得在脱附液的作用下，将锂从锂吸附剂中脱附出来，对从吸附柱20中输出的脱附液进行回收，再经由蒸发等操作，将脱附液中的锂提取出。此为锂提取过程中的吸附、淋洗和脱附步骤，在本发明中，由于设置有运行基座10，能使得吸附区30、淋洗区40和脱附区50依次更替，因此在本发明中，吸附区30、淋洗区40和脱附区50中的各吸附柱20可同时均处于工作状态，从而形成了锂的连续提取效果。
吸附进液管可直接通入盐湖卤水的水源中，对盐湖卤水进行输送，淋洗进液管80可直接与淡盐水或自来水水源连接，以实现水流输送，经过吸附柱20的原料液(盐湖卤水)或淋洗液均可直接排放到盐湖卤水的水源中，若本装置与水源距离较远，还可设置各类储罐对原料液、淋洗液等进行储存。
通过设置有运行基座10对任意一个或一组吸附柱20均能快速高效地切换其运行模式，使得锂在提取的过程中能高效快速地进行，同时运行基座10上位于吸附区30、淋洗区40和脱附区50中的吸附柱20均能同时进行相应的操作。本实施例有效提高了锂提取的速率，提高了离子交换效率，降低了补充吸附剂量，提高了盐湖资源综合开发利用的效益，满足产业发展的需要。
位于吸附区30、淋洗区40和脱附区50中吸附柱20的数量以及各吸附柱20相互之间的关系，需根据原料进液管70的流量大小、淋洗进液管80的流量大小、脱附进液管90的流量大小以及吸附、淋洗和脱附所需的时间来确定，使得在一个周期内，吸附区30中的吸附柱20完成吸附操作，淋洗区40中的吸附柱20完成淋洗操作，脱附区50中的吸附柱20完成脱附操作。各吸附柱20之间的关系包括独立、串联和并联。
进一步，为了提高本发明的自动化程度，本实施例提取锂的连续离子交换装置还包括分配阀60，所述分配阀60包括旋转端62和固定端61，分配阀60的固定端61和旋转端62均开设有相同数量的槽口63，其中，旋转端62的每个槽口63与对应的每个吸附柱20连通，固定端61的多个槽口63分为吸附区30、淋洗区40和脱附区50，分布在吸附区30的槽口63与原料进液管70连通，分布在淋洗区40的槽口63与淋洗进液管80连通，分布在脱附区50的槽口63与脱附进液管90连通。
原料液、淋洗液和脱附液分别通过吸附区30、淋洗区40和脱附区50中固定端61上的槽口63输入，再经由与每个固定端61上的槽口63对应的旋转端62的槽口63向吸附柱20中输送。旋转端62会随着所对应的吸附柱20的移动而移动，即在初始位置时，吸附区30中的吸附柱20连通的旋转端62吸附槽口63与固定端61中位于吸附区30的槽口63对应设置，使得原料液经由位于固定端61上吸附区30的槽口63和对应的旋转端62上的吸附槽口63输入到吸附柱20中，淋洗区40中的吸附柱20连通的旋转端62淋洗槽口63与固定端61中位于淋洗区40的槽口63对应设置，使得淋洗液经由位于固定端61上淋洗区40的槽口63和对应的旋转端62上的淋洗槽口63输入到吸附柱20中，脱附区50中的吸附柱20连通的旋转端62脱附槽口63与固定端61中位于脱附区50的槽口63对应设置，使得脱附液经由位于固定端61上脱附区50的槽口63和对应的旋转端62上的脱附槽口63输入到吸附柱20中。当位于吸附区30的吸附柱20吸附饱和、位于淋洗区40的吸附柱20完成淋洗操作，位于脱附区50的吸附柱20完成脱附操作后，运行基座10一次运转，使得吸附区30中的吸附柱20到达淋洗区40，淋洗区40中的吸附柱20到达脱附区50，脱附区50中的吸附柱20到达吸附区30，相应的，旋转端62也进行运转，与运转前的吸附区30中吸附柱20连通的吸附槽口63随着吸附柱20的位置转换也相应地转移到淋洗区40切换为淋洗槽口63，并与固定端61中位于淋洗区40的槽口63相对应，使得淋洗液通过固定端61上位于淋洗区40的槽口63和旋转端62运转后所对应的淋洗槽口63输出，与运转前的淋洗区40中的吸附柱20连通的淋洗槽口63随着吸附柱20的位置转换也相应地转移到脱附区50切换为脱附槽口63，并与固定端61中位于脱附区50的槽口63相对应，使得脱附液通过固定端61上位于脱附区50的槽口63和旋转端62运转后所对应的脱附槽口63输出，与运转前的脱附区50中吸附柱20连通的脱附槽口63随着吸附柱20的位置转换也相应地转移到吸附区30切换为吸附槽口63，并与固定端61中位于吸附区30的槽口63相对应，使得吸附液通过固定端61上位于吸附区30的槽口63和旋转端62运转后所应的吸附槽口63输出，进行第二周期的吸附、淋洗和脱附操作。旋转端62在运转的过程中，旋转端62上的槽口63和固定端61上的槽口63呈错位设置，此时，旋转端62堵塞住了固定端61上的槽口63的出口，因此，在吸附柱20位置切换的过程中，原料液、淋洗液和脱附液均不会从固定端61上的槽口63溢出。在第二周期结束后，运行基座10、旋转端62再次运转到达相应的位置，进入第三周期，随着时间的推移，运行基座10、旋转端62按照上述过程每一周期运行一次，形成了连续的提锂工艺。
当然，本实施例中可设置有控制器，来控制运行基座10和旋转阀的运转。
本实施例通过设置包含有旋转端62和固定端61的分配阀60，使得整个提锂工艺实现了连续自动化的运行，在各个周期向不同的吸附柱20中输送的原料液、淋洗液和脱附液均可自动切换，大大提高了锂的提取效率，减少了人力的投入，操作模式方便快捷，缩减了生产成本，利于广泛推广使用。
另外，本实施例中的运行基座10包括转盘和推动转盘旋转的驱动器(附图中未示出)，多个吸附柱20呈环形设置在转盘上。
吸附柱20沿转盘圆周设置，环绕转盘圆心呈360°分布，每三个周期为一次循环，转盘完成依次循环运转360°，回到原始位置。即在每一周期中位于吸附区30中的吸附柱20经过淋洗区40和脱附区50，回到吸附区30，完成一次吸附、淋洗和脱附操作。每一周期的运转均通过驱动器来驱动，使得转盘按照驱动器中的设定运转相应的角度，实现吸附区30、淋洗区40和脱附区50的更替。
本实施例中转盘的设置更利于对吸附柱20中操作的切换，吸附柱20排布整齐，切换过程高效快捷，进一步提升了本实施例的自动化程度和运行效率。
需要说明的是，本实施例中每个吸附柱20内均设置有顶层分布器21和底层分布器22，分布器的孔径为2～6mm。
分布器能使液体在塔横截面上均匀分布，从而保证塔内高效率地操作。本实施例中的顶层分布器21和底层分布器22分别紧贴吸附柱20的顶端和底端设置，在顶层分布器21和底层分布器22之间形成装载区域，在装载区域的底部填充直径为3～6mm石子或惰性氧化铝球等其他耐磨材质覆盖底层分布器22，在装载区域的顶部填充直径为2～6mm聚丙烯小球或其他密度较小的材质覆盖顶层分布器21，装载区域中间填充有锂吸附剂。按顶部进料方式和流体分布要求，分布器的孔径设定为2～6mm。
本实施例，每个吸附柱20中均设置有顶层分布器21和底层分布器22，利于原料液、淋洗液和脱附液在吸附柱20中的传输，提高了吸附效率、淋洗效率和脱附效率。
本发明还提供了一种提锂工艺，为采用上述提取锂的连续离子交换装置的提锂工艺，按照如下步骤进行，在提取锂的连续离子交换装置启动后，进入第一周期的运行，即步骤s1。在第一周期中，使得吸附区30内的吸附柱20进行吸附操作，即将原料液输送到吸附区30中的吸附柱20内，待吸附剂吸附饱和后进入第二周期的运行。其中，输送原料液的原料进液管70道一端直接伸入盐湖中或与原料储罐相连，向吸附区30中输送的原料液为经过滤去除泥沙后的盐湖卤水，避免了泥沙对吸附柱20中锂吸附剂的损害。原料液的进料流量通过设置在进料管道上的流量计控制为5～20bv/h，且原料液采用的是从吸附柱20的底部输入，向吸附柱20的顶部流动的方式，更利于原料液在吸附柱20中与吸附柱20内部的吸附剂的接触，从而提高吸附效率，同时也能减少吸附塔内的偏流和进料时原料液对吸附剂的冲刷，降低吸附剂的破损。经吸附柱20后，原料液中的大部分锂被吸附柱20所吸附，吸附处理后的原料液从吸附柱20的顶部输出，进行排放，可直接排放到盐湖中。
第一周期，待吸附区30中的吸附柱20吸附饱和后进入第二周期的运行即步骤s2。运行基座10运转一次，步骤s1中的吸附区30更替为淋洗区40，步骤s1中的淋洗区40更替为脱附区50，步骤s1中的脱附区50更替为吸附区30，更替后的吸附区30内的吸附柱20进行吸附操作，即将原料液输送到更替后的吸附区30中的吸附柱20内，更替后的淋洗区40内的吸附柱20进行淋洗操作，即将原料液输送到更替后的淋洗区40中的吸附柱20内，对完成吸附操作的吸附柱20进行淋洗处理，使得残留在吸附柱20中的原料液在淋洗液的冲洗下排出，从而减少最终脱附出的液体中的杂质即减少最终提取出的锂中的杂质，所述淋洗液采用的是淡盐水或自来水，本实施例中为了减少成本，对于首次使用的淋洗液可采用中间储罐进行回收，再次用作淋洗液，经二次使用的淋洗液再进行排放，可直接排放至盐湖。上述淋洗液采用的是从吸附柱20的顶部输入底部排放的方式，提升了淋洗液在吸附柱20内的冲洗效果，淋洗液的进料流量通过淋洗进料管道上的流量计控制为2～10bv/h。
在第二周期中，完成淋洗区40的淋洗操作，且同时完成吸附区30的吸附操作，之后进入第三周期的运行即步骤s3。运行基座10再次运转，则步骤s2中的淋洗区40更替为脱附区50，步骤s2中的脱附区50更替为吸附区30，步骤s2中的吸附区30更替为淋洗区40，更替后的脱附区50内的吸附柱20进行脱附操作，即将脱附液输送到更替后的脱附区50中的吸附柱20内，脱附操作是指将吸附剂中所吸附的物质脱除，以使其进入脱附液的操作。本实施例中的脱附液采用的是温热的淡盐水或温热的自来水，所使用的脱附液的温度为20～60℃，温热的脱附液能加速锂从吸附剂上的脱附，上述脱附液采用的也是从吸附柱20的顶部输入底部排出的方式，由于吸附剂在脱附时会收缩，通过上进料的方式能达到对吸附剂更好的冲刷作用，同时，脱附操作采用上进料的方式，吸附操作采用下进料的方式，使得吸附塔内的吸附剂保持一定的松散程度，有利于吸附柱20吸附效率的提高。对输出的脱附液整体进行全部回收，以提高锂的最终产量，再经由蒸发等操作使得脱附液中的锂析出，为了保证脱附效率，控制所述脱附液的出料流量为5～15bv/h。更替后的淋洗区40中的吸附柱20进行淋洗操作，即将淋洗液输送到更替后的淋洗区40中的吸附柱20内，更替后的吸附区30中的吸附柱20进行吸附操作，即将原料液输送到更替后的吸附区30中的吸附柱20内。
在第三周期中，吸附区30中的吸附操作、淋洗区40中的淋洗操作和脱附区50中的脱附操作为同时进行，当各项操作均完成时，则进入第四周期的运行即步骤s4。运行基座10再次运转，步骤s3中的脱附区50更替为吸附区30，步骤s3中的吸附区30更替为淋洗区40，步骤s3中的淋洗区40更替为脱附区50，在更替后的吸附区30、淋洗区40和脱附区50中分别同时进行吸附操作、淋洗操作和脱附操作，所述吸附操作、淋洗操作和脱附操作同步骤s1、s2和s3中的吸附操作、淋洗操作和脱附操作。
随着时间的推移，逐步进入第五周期、第六周期、第七周期……运行基座10每间隔一个周期运转一次，吸附区30、淋洗区40和脱附区50相应依次更替，在每个周期中，吸附区30、淋洗区40和脱附区50分别同时进行吸附操作、淋洗操作和脱附操作。每一周期的时间间隔设定为5～3h，根据原料液的进液流量、淋洗液的进液流量和脱附液的进液流量等因素在具体生产过程中确定。
本实施例所述的提锂工艺过程简单，操作方便，锂吸附剂的使用量不大，相比于传统的锂提取的工艺显著降低了生产成本，并提高了生产效率，且整个操作过程环保无污染，适用范围广泛，具有显著的经济效益。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。