一种节能锂提取装置的制作方法

本技术涉及电化学法金属提取设备，尤其是一种节能锂提取装置。

背景技术：

1、随着不可再生能源的消耗，新能源的开发利用是一种必然的趋势。新能源汽车作为新能源开发利用的典型代表，在近几年得到了迅速发展，并将最终超越传统燃油汽车的市场份额，逐步完成对燃油车的替代。锂作为新能源汽车动力的系统必不可少的能源金属，其市场需求也将急剧增长，锂资源的高效、清洁、低成本开采对新能源汽车产业的可持续发展至关重要。

2、锂资源主要以矿石和盐湖卤水形式存在于自然界中，其中，盐湖卤水储量占锂资源总储量的80％以上。

3、cn 102382984 a提出了电化学脱嵌法盐湖提锂新技术，即利用水溶液锂电池的工作原理，以对锂离子具有“记忆效应”的脱锂的电池正极材料为电极材料，盐湖卤水为阴极电解液，不含镁的支持电解质为阳极电解液，从而组成的一个电化学脱嵌体系，实现提锂，此种方法，我们称之为电化学脱嵌法。为了解决工业生产的问题，需要提出了一种槽体，我们称之为脱嵌槽体，其盛放卤水其他待提锂溶液和富集锂溶液，实现了在其中完成电化学脱嵌法盐湖提锂工艺。

4、通过分析我们知道，在阴极侧，锂的电吸附的过程分为两步：

5、1、锂离子在电场的作用下移动到电极附近；

6、2、在电场的作用下，电极附近的锂离子与电极板上的吸附材料发生氧化还原反应，待提锂液体中的锂离子嵌入到电极的吸附材料中。

7、在阳极侧，锂离子的脱出的过程分为两步：

8、1、在电场的作用下，电极板上的吸附材料发生氧化还原反应，锂离子从电极上吸附材料脱出。

9、2、锂离子在电场的作用下从电极进入富锂溶液中；

10、在实际操作过程中发现，液体静止时的吸附效率会低于液体流动时的吸附效率。究其原因在于反应只在电极板表面进行，静止的液体会造成电极板表面局部离子浓度低，导致效率低。同时，由于每次锂吸附只能发生在电极板表面，因此导致单次吸附量很少，因此需要不断有新鲜的溶液达到电极板涂覆材料表面，在阴极侧，经扰动待提锂溶液中锂离子不断地到达电极表面嵌入到电极材料中；在阳极侧，电极材料中锂离子在电场的作用下脱出进入到富锂溶液中，并迅速离开电极表面。保持反应的持续进行，需要不断地将待提锂/或富锂液泵入脱嵌槽体，这一过程会消耗大量的能量。

11、为了进一步优化和改进设备，使之更加高效节能，我们对整体过程做了进一步的细致分析：

12、以嵌锂的阴极腔室为例，因为在阴极室发生从待提锂溶液中嵌入锂离子到呈欠锂态阴极的的反应过程。从传质的作用的区域来看，电极的表面及其附近的液层大致划分为双电层、扩散层区和对流层区。由于卤水都是含锂的高浓度盐溶液，双电层通常很薄，可以忽略。扩散层这个区域的主要传质方式是电迁移和扩散，一般情况下厚度为10-3～10-2cm。从宏观来看，非常接近电极表面，根据流体力学可知，在如此靠近电极表面的流层中，液体的对流速度很小，越靠近电极表面，对流的速度越小。因此，在这个区域对流的传质的作用很小。当溶液中含有大量的非锂电解质时，反应离子li+的迁移数很小，反应离子电迁移传质作用可以忽略不计，扩散传质为扩散层的主要传质方式。在反应电极表面附近的液层，主要是扩散层。在这个以外的区域为对流区，这个区域的各种物质的浓度与溶液本体浓度相同，通常这个区域对流传质作用远远大于电迁移传质作用，而忽略后者的作用，一般可以认为这个区域中的对流传质起主要作用。

13、由此可知，卤水在电极表面的反应过程中，大量的对流层根本无法为反应提供帮助，并且会消耗大量的电能。如何在维持反应速度不变的前提下，实现降低能耗，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

14、基于此，亟需一种节能锂提取装置，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种节能锂提取装置，以实现维持反应速度不变的前提下，降低能耗。

2、一种节能锂提取装置，包括脱嵌槽体、一个或多个成对出现的阴极板和阳极板、阴离子膜、回流管；所述阴极板和阳极板均设置在所述脱嵌槽体内部，所述阴离子膜设置在每一对成对出现的阴极板和阳极板之间，所述回流管两端分别与所述脱嵌槽体的进液口、出液口相连。

3、所述回流管将出液口流出的部分液体导回进液口。这样做的目的在于，在保证电极板附近的液体流速的前提下，减少整体流体流量，降低能耗。

4、进一步地，所述回流管上设置有分液装置，所述分液装置采用分流挡板、三通调节阀中至少一种。

5、优选的，所述回流管上设置有三通调节阀，可用于调节回流比。

6、优选的，回流比为0-90％(不包括0)，因为各种待提锂溶液中锂离子的浓度不同，浓度高，回流比大些，因为在溶液中有更多离子可以参与电化学反应；浓度小，回流比小些，尽可能有更多的新鲜溶液进入脱嵌槽体中，更多的锂离子有机会在电极界面参与电化学反应。

7、优选的，所述回流管与出液管的连接处夹角θ为锐角。

8、进一步地，所述回流管上设置有回流泵。

9、进一步地，所述阴极板和阳极板表面涂有吸附材料。

10、进一步地，所述阴极板和阳极板表面设置有布水网，用于均匀布水。

11、本实用新型的有益效果在于：

12、在保证锂提取效率的前提下降低能耗。

技术特征：

1.一种节能锂提取装置，其特征在于，包括脱嵌槽体(1)、一个或多个成对出现的阴极板(15)和阳极板(16)、阴离子膜(17)、回流管(2)；所述阴极板(15)和阳极板(16)均设置在所述脱嵌槽体(1)内部，所述阴离子膜(17)设置在每一对成对出现阴极板(15)和阳极板(16)之间，所述回流管(2)两端分别与所述脱嵌槽体(1)的进液口(12)、出液口(11)相连。

2.根据权利要求1所述的节能锂提取装置，其特征在于，所述回流管(2)上设置有分液装置，所述分液装置采用分流挡板、三通调节阀(21)中至少一种。

3.根据权利要求1所述的节能锂提取装置，其特征在于，所述回流管(2)与出液管(13)的连接处夹角θ为锐角。

4.根据权利要求1所述的节能锂提取装置，其特征在于，所述回流管(2)上设置有回流泵(22)。

5.根据权利要求1所述的节能锂提取装置，其特征在于，所述阴极板(15)和阳极板(16)表面设置有布水网，用于均匀布水。

技术总结
本技术涉及电化学脱嵌法金属提取设备技术领域，特别是一种节能锂提取装置，包括脱嵌槽体(1)、一个或多个成对出现的阴极板(15)和阳极板(16)、阴离子膜(17)、回流管(2)；所述阴极板(15)和阳极板(16)均设置在所述脱嵌槽体(1)内部，所述阴离子膜(17)设置在每一对成对出现阴极板(15)和阳极板(16)之间，所述回流管(2)两端分别与所述脱嵌槽体(1)的进液口(12)、出液口(11)相连。本技术的有益效果在于：在保证锂提取效率的前提下降低能耗。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：石家庄嘉硕电子技术有限公司
技术研发日：20230509
技术公布日：2024/1/15