一种铝电解质脱锂提纯和回收锂的处理装置及处理工艺的制作方法

1.本发明涉及固废回收利用领域，更具体的是涉及工业铝电解质回收利用领域。


背景技术：

2.铝电解生产用的电解质称为铝电解质，由冰晶石、氧化铝和其他盐类添加物(如aif3、caf2、mgf2、lif)组成。随着技术的发展和对于铝土矿的需求量增大，高品位的铝土矿供不应求，现在低品位铝土矿被开采利用。低品位铝土矿中锂含量较高，在后续铝电解过程中，锂会在电解质体系中富集，造成电解质中锂含量升高，锂钠冰晶石导致电解质体系中在温度降低时氧化铝的溶解度急剧下降，因此需要除去多余锂元素，运行一段时期的电解槽通常需要排出过量的电解质来控制其平衡，致使了大量含锂电解铝废渣的产生。电解铝厂对于含锂电解铝废渣的物质组成成分测定如下表
3.表含杂(高li、k)电解质元素组成一览表单位：％
4.检测项目fnaallicamgfe检测结果53.0423.1413.201.483.080.260.020
5.表含杂电解质物质组成一览表单位：％
6.检测项目na3alf6lina2alf6na5al3f
14
k2naalf6caf2al2o3检测结果58311.03.34.21.8
7.铝电解质杂质净化除杂的必要性分析：如上表，含杂电解质的主要成为为冰晶石，化学式为na3aif6其次成分为锂钠冰晶石(lina2aif6)、亚冰晶石(na5al3f
14
)，钾钠冰晶石(k2naaif6)和氟化钙，其中，锂钠冰晶石导致电解质体系中在温度降低时氧化铝的溶解度急剧下降，需要除去li元素，同时钾冰晶石可以提高氧化铝的溶解度，但影响电流效率，副作用大于正作用，也需要除去。
8.目前国内企业对这废铝电解质不够重视，绝大多数企业都将此类电解质大量存放，如何通过采用合适的工艺提取回收铝电解质中的锂元素，综合对废铝电解质进行资源回收和综合利用，具有很重大的意义。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种铝电解质脱锂提纯和回收锂的处理装置及处理工艺。
10.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
11.一种铝电解质脱锂提纯和回收锂的处理装置，包括依次连接的粉碎工段、加热搅拌工段、过滤工段、滤液除锂工段、滤液脱钠钾工段，还包括配套的水处理系统和气体处理系统，所述粉碎工段包括雷蒙磨和粉料罐，所述加热搅拌工段包括加热搅拌机和蒸汽发生器，所述过滤工段包括板框压滤机，另设有处理所述板框压滤机滤渣的烘干机，所述滤液除锂工段包括调节罐和离心过滤机，所述调节罐用于添加碳酸钠，所述离心过滤机用于过滤碳酸锂；铝电解质自粉碎工段、加热搅拌工段、过滤工段、滤液除锂工段、滤液脱钠钾工段依
次进行粉碎，加热添加氯化铝，过滤生成滤液和滤渣，滤液经由调节罐添加碳酸钠后经离心过滤机生成二次滤液和碳酸锂，二次滤液经由滤液脱钠钾工段除去多余钾钠元素。
12.通过上述方案，利用强电解质的盐溶效应、同离子效应以及类冰晶石物质在水中稳定性的差异性，从而将高杂质的铝电解质中的l i、k等杂质去除，达到铝电解质去杂净化的目的，溶锂的原理为，锂钠冰晶石和钾钠冰晶石中去除l i和k杂质元素的原理根据含杂质的废电解质成分分析及冰晶石的化学性质可知，冰晶石、亚冰晶石以及锂钠冰晶石和钾钠冰晶石均微溶于水，当加入大量氯化铝后，由于同离子效应，使得冰晶石和亚冰晶石在该体系中的溶解度进一步减少，其他溶于水的盐的溶解度变化很小。由于钠冰晶石晶格更完整，更稳定，使得原料含杂电解质中锂纳冰晶石中的l i
+
和钾钠冰晶石中的k
+
与氯化铝中的al
3+
交换，重构成新的质点，该物质可以认为形成更为稳定的亚冰晶石，k
+
和li
+
则进入到水中，形成氯化钾和氯化锂水溶液，由于该过程在高温水溶液中搅拌进行，同时将含杂电解质磨粉，增大颗粒比表面积，从而从动力学角度进一步提高该物理化学过程速度及效果。caf2和氧化铝难溶于水，直接与冰晶石及亚冰晶石一同沉淀下来。含杂铝电解质经由粉碎工段、加热搅拌工段、过滤工段、滤液除锂工段、滤液脱钠钾工段依次进行粉碎，铝电解质自粉碎工段增大颗粒比表面积，进一步提高含杂电解质在后续加热搅拌过程中物理化学过程反应速度及效果，加热添加氯化铝，过滤生成滤液和滤渣，滤液经由调节罐添加碳酸钠后经离心过滤机生成二次滤液和碳酸锂沉淀，二次滤液经由滤液脱钠钾工段除去多余钾钠元素。
13.进一步的，所述滤液脱钠钾工段包括ph调节周转罐、mvr蒸发结晶罐、降温析出槽、离心过滤机，所述ph调节周转罐用于添加盐酸，所述降温析出槽配备有循环冷却水池，所述离心过滤机滤渣配备有烘干机，所述离心过滤机滤液引入另一ph调节周转罐并添加盐酸，最终滤液通入加热搅拌工段的加热搅拌机内。
14.通过上述方案，滤液经过添加盐酸调节ph后，通过mvr蒸发结晶器将溶液浓度浓缩，此时溶液中浓度较高的氯化钠会过饱和结晶而析出一部分，同时氯化钾溶液浓度也会大幅升高。接着通过降温，其中氯化钠的溶解度随着温度的变化不大，而氯化钾则随着温度的变化溶解度变化较大，通过降温沉降将大部分氯化钠和氯化钾从盐溶液中分离。
15.进一步的，所述水处理系统包括软水系统、生活用水系统，还包括循环冷却水池，所述软水系统与加热搅拌机和蒸汽发生器连接。
16.通过上述方案，通过采用软水系统和循环利用蒸发用水，减少引入杂质。
17.本发明的另一个目的是提供一种应用上述处理装置的铝电解质脱锂提纯和回收锂的处理工艺，包括以下步骤；s1：碾磨，将铝电解质粉碎至细粉；s2：加热搅拌，将细粉加入溶液和氯化铝加热搅拌，温度75～95℃，搅拌时间40～60mi n；s3:过滤，将加热后的固液混合物进行固液分离，滤渣经过烘干机得到成品冰晶石，滤液进入后续工段；s4：锂分离：步骤s3所得的滤液中加入碳酸钠，之后通过离心过滤，得到碳酸锂滤渣和滤液，滤液加入盐酸调节成弱酸性，碳酸锂滤渣作为副产物；s5：蒸发结晶，去除多余水分，氯化钠过饱和析出，随后进行降温析出固体氯化钾；s6：离心过滤，得到滤渣副产物氯化钠、氯化钾和滤液，滤液输入ph调节周转罐，加入盐酸调节ph为中性后输入加热搅拌机再次利用。
18.通过上述方案，整个工艺预先将废铝电解质粉碎成细粉，增大颗粒比表面积，从而从动力学角度进一步提高该物理化学过程速度及效果，加热添加氯化铝，过滤生成滤液和滤渣(冰晶石)，滤液经由调节罐添加碳酸钠后经离心过滤机生成二次滤液和碳酸锂沉淀，
二次滤液经由滤液脱钠钾工段除去多余钾钠元素，既蒸发结晶器利用水溶剂加热蒸发使溶液达到过饱和而析出固体。由于氯化钠的溶解度随温度变化不大，因此在蒸发结晶过程中，氯化钠结晶先行过饱和析出，蒸发剩余的浓盐水(含氯化钾、氯化锂、氯化钠)则进入后续的沉降槽内进行进一步降温析出，温度降低氯化钾过饱和析出，最后将析出的氯化钾和氯化钠烘干，同时滤液调节ph重新利用，整个过程对废铝电解质中的过量锂、钾、钠元素进行综合利用和回收，整个过程综合利用固体废铝电解质，使其对其中杂质进行分离并产出电解质，废弃资源综合利用，绿色环保。
19.进一步的，步骤s1中，铝电解质粉碎进料为块状，粒径50～150mm,出料为粉状，磨粉至50～80目粒径。
20.通过上述方案，磨粉至50～80目粒径，增大颗粒比表面积，从而从动力学角度进一步提高该物理化学过程速度及效果。
21.进一步的，步骤s5中mvr蒸发结晶罐冷凝水连同步骤s6离心过滤滤液经过调节ph为中性后输入加热搅拌机再次利用，不足部分采用软水系统补充。
22.通过上述方案，将最终滤液调整ph重新加入加热搅拌机再次利用，并采用软水系统补充，减少外来杂质引入。
23.进一步的，步骤s5中，降温析出固体，降温温度为35～45℃，降温时间为1～2h。
24.通过上述方案，
25.本发明的有益效果如下：
26.1、整个工艺预先将废铝电解质粉碎成细粉，增大颗粒比表面积，从而从动力学角度进一步提高该物理化学过程速度及效果，加热添加氯化铝，过滤生成滤液和滤渣(冰晶石)，滤液经由调节罐添加碳酸钠后经离心过滤机生成二次滤液和碳酸锂沉淀，二次滤液经由滤液脱钠钾工段除去多余钾钠元素，既蒸发结晶器利用水溶剂加热蒸发使溶液达到过饱和而析出固体。由于氯化钠的溶解度随温度变化不大，因此在蒸发结晶过程中，氯化钠结晶先行过饱和析出，蒸发剩余的浓盐水(含氯化钾、氯化锂、氯化钠)则进入后续的沉降槽内进行进一步降温析出，温度降低氯化钾过饱和析出，最后将析出的氯化钾和氯化钠烘干，同时滤液调节ph重新利用，整个过程对废铝电解质中的过量锂、钾、钠元素进行综合利用和回收，整个过程综合利用固体废铝电解质，使其对其中杂质进行分离并产出电解质，废弃资源综合利用，绿色环保。
附图说明
27.图1是本发明铝电解质脱锂提纯和回收锂的处理装置和工艺流程示意图；
28.图2是本发明水循环水处理系统的示意图；
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护
的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例1
32.如图1和图2所示，本实施例提供一种铝电解质脱锂提纯和回收锂的处理装置，包括依次连接的粉碎工段、加热搅拌工段、过滤工段、滤液除锂工段、滤液脱钠钾工段，还包括配套的水处理系统和气体处理系统，粉碎工段包括雷蒙磨和粉料罐，加热搅拌工段包括加热搅拌机和蒸汽发生器，过滤工段包括板框压滤机，另设置有处理板框压滤机滤渣的烘干机，滤液除锂工段包括调节罐和离心过滤机，调节罐用于添加碳酸钠，离心过滤机用于过滤碳酸锂；铝电解质自粉碎工段、加热搅拌工段、过滤工段、滤液除锂工段、滤液脱钠钾工段依次进行粉碎，加热添加氯化铝，过滤生成滤液和滤渣，滤液经由调节罐添加碳酸钠后经离心过滤机生成二次滤液和碳酸锂，二次滤液经由滤液脱钠钾工段除去多余钾钠元素。
33.因此利用强电解质的盐溶效应、同离子效应以及类冰晶石物质在水中稳定性的差异性，从而将高杂质的铝电解质中的li、k等杂质去除，达到铝电解质去杂净化的目的，溶锂的原理为，锂钠冰晶石和钾钠冰晶石中去除li和k杂质元素的原理根据含杂质的废电解质成分分析及冰晶石的化学性质可知，冰晶石、亚冰晶石以及锂钠冰晶石和钾钠冰晶石均微溶于水，水处理系统和气体处理系统对水源进行处理，生产软水，并对生产过程中的废气进行处理，当加入大量氯化铝后，由于同离子效应，使得冰晶石和亚冰晶石在该体系中的溶解度进一步减少，其他溶于水的盐的溶解度变化很小。由于钠冰晶石晶格更完整，更稳定，使得原料含杂电解质中锂纳冰晶石中的l i
+
和钾钠冰晶石中的k
+
与氯化铝中的al
3+
交换，重构成新的质点，该物质可以认为形成更为稳定的亚冰晶石，k
+
和li
+
则进入到水中，形成氯化钾和氯化锂水溶液，由于该过程在高温水溶液中搅拌进行，同时将含杂电解质磨粉，增大颗粒比表面积，从而从动力学角度进一步提高该物理化学过程速度及效果。caf2和氧化铝难溶于水，直接与冰晶石及亚冰晶石一同沉淀下来。含杂铝电解质经由粉碎工段、加热搅拌工段、过滤工段、滤液除锂工段、滤液脱钠钾工段依次进行粉碎，铝电解质自粉碎工段增大颗粒比表面积，进一步提高含杂电解质在后续加热搅拌过程中物理化学过程反应速度及效果，加热添加氯化铝，过滤生成滤液和滤渣，滤液经由调节罐添加碳酸钠后经离心过滤机生成二次滤液和碳酸锂沉淀，二次滤液经由滤液脱钠钾工段除去多余钾钠元素。
34.滤液脱钠钾工段包括ph调节周转罐、mvr蒸发结晶罐、降温析出槽、离心过滤机，ph调节周转罐用于添加盐酸，降温析出槽配备有循环冷却水池，离心过滤机滤渣配备有烘干机，离心过滤机滤液引入另一ph调节周转罐并添加盐酸，最终滤液通入加热搅拌工段的加热搅拌机内，滤液经过添加盐酸调节ph后，通过mvr蒸发结晶器将溶液浓度浓缩，此时溶液中浓度较高的氯化钠会过饱和结晶而析出一部分，同时氯化钾溶液浓度也会大幅升高。接着通过降温，其中氯化钠的溶解度随着温度的变化不大，而氯化钾则随着温度的变化溶解度变化较大，通过降温沉降将大部分氯化钠和氯化钾从盐溶液中分离。
35.水处理系统包括软水系统、生活用水系统，还包括循环冷却水池，软水系统与加热搅拌机和蒸汽发生器连接。
36.参照图1和图2，一种应用上述处理装置的铝电解质脱锂提纯和回收锂的处理工艺，包括以下步骤；s1：碾磨，将铝电解质粉碎至细粉；s2：加热搅拌，将细粉加入溶液和氯化
铝加热搅拌，温度75～95℃，搅拌时间40～60mi n；s3:过滤，将加热后的固液混合物进行固液分离，滤渣经过烘干机得到成品冰晶石，滤液进入后续工段；s4：锂分离：步骤s3所得的滤液中加入碳酸钠，之后通过离心过滤，得到碳酸锂滤渣和滤液，滤液加入盐酸调节成弱酸性，碳酸锂滤渣作为副产物；s5：蒸发结晶，去除多余水分，氯化钠过饱和析出，随后进行降温析出固体氯化钾；s6：离心过滤，得到滤渣副产物氯化钠、氯化钾和滤液，滤液输入ph调节周转罐，加入盐酸调节ph为中性后输入加热搅拌机再次利用。
37.步骤s1中，铝电解质粉碎进料为块状，粒径50～150mm,出料为粉状，磨粉至50～80目粒径。
38.步骤s5中mvr蒸发结晶罐冷凝水连同步骤s6离心过滤滤液经过调节ph为中性后输入加热搅拌机再次利用，不足部分采用软水系统补充。
39.步骤s5中，降温析出固体，降温温度为35～45℃，降温时间为1～2h。
40.①
物理化学原理
41.利用强电解质的盐溶效应、同离子效应以及类冰晶石物质在水中稳定性的差异性，从而将高杂质的铝电解质中的l i、k等杂质去除，达到铝电解质去杂净化的目的。
42.a、盐效应
43.向弱电解质、难溶电解质和非电解质的溶液中加入与弱电解质没有相同离子的强电解质时，由于溶液中离子总浓度增大，离子间相互牵制作用增强，使得弱电解质解离的阴、阳离子结合形成分子的机会减小，从而使弱电解质分子浓度减小，离子浓度相应增大，解离度增大，这种效应称为盐效应。当溶解度降低时为盐析效应；反之为盐溶效应。
44.b、同离子效应
45.两种含有相同离子的盐溶于水时，他们的溶解度会降低，这种现象即同离子效应。
46.c、解度盐析效应
47.溶解度指在一定温度下，某固态物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的溶质的质量。当盐类物质溶解度降低时该物质达到饱和状态，即有盐类的析出。
48.②
杂质分离过程
49.a、锂钠冰晶石和钾钠冰晶石中去除l i和k杂质元素的原理根据含杂质的废电解质成分分析及冰晶石的化学性质可知，冰晶石、亚冰晶石以及锂钠冰晶石和钾钠冰晶石均微溶于水，当加入大量氯化铝后，由于同离子效应，使得冰晶石和亚冰晶石在该体系中的溶解度进一步减少，其他溶于水的盐的溶解度变化很小。由于钠冰晶石晶格更完整，更稳定，使得原料含杂电解质中锂纳冰晶石中的li
+
和钾钠冰晶石中的k
+
与氯化铝中的al
3+
交换，重构成新的质点，该物质可以认为形成更为稳定的亚冰晶石，k
+
和li
+
则进入到水中，形成氯化钾和氯化锂水溶液，由于该过程在高温水(约80℃)溶液中搅拌进行，同时将含杂电解质磨粉至50-80目粒径的粉料，增大颗粒比表面积，从而从动力学角度进一步提高该物理化学过程速度及效果。caf和氧化铝难溶于水，直接与冰晶石及亚冰晶石一同沉淀下来。
50.b、licl、kcl与nacl的分离及回收
51.licl的分离：调节罐内加入碳酸钠，使其中绝大部分碳酸锂沉淀后通过离心过滤机分离出来，作为副产品直接外售。离心过滤机滤液经盐酸调整ph为中性后进行nacl和kcl的分离。
52.nacl、kcl的分离：通过mvr蒸发结晶器将溶液浓度浓缩，此时溶液中浓度较高的
nacl会过饱和结晶而析出一部分，同时kcl溶液浓度也会大幅升高。接着通过降温，其中nac1的溶解度随着温度的变化不大，而kc1则随着温度的变化溶解度变化较大，通过降温沉降将大部分kc1和nac1从盐溶液中分离。lic1、kc1与nacl的溶解度与温度关系详见下表
53.表kcl与nacl随温度变化的溶解度大小单位：g/100g
[0054][0055]
表kcl与naci随温度变化的溶解度大小单位：g/100g
[0056]
实施原理：整个工艺预先将废铝电解质粉碎成细粉，增大颗粒比表面积，从而从动力学角度进一步提高该物理化学过程速度及效果，加热添加氯化铝，过滤生成滤液和滤渣(冰晶石)，滤液经由调节罐添加碳酸钠后经离心过滤机生成二次滤液和碳酸锂沉淀，二次滤液经由滤液脱钠钾工段除去多余钾钠元素，既蒸发结晶器利用水溶剂加热蒸发使溶液达到过饱和而析出固体。由于氯化钠的溶解度随温度变化不大，因此在蒸发结晶过程中，氯化钠结晶先行过饱和析出，蒸发剩余的浓盐水(含氯化钾、氯化锂、氯化钠)则进入后续的沉降槽内进行进一步降温析出，温度降低氯化钾过饱和析出，最后将析出的氯化钾和氯化钠烘干，同时滤液调节ph重新利用，整个过程对废铝电解质中的过量锂、钾、钠元素进行综合利用和回收，整个过程综合利用固体废铝电解质，使其对其中杂质进行分离并产出电解质，废弃资源综合利用，绿色环保。