一种用于盐湖提锂的富集浓缩设备及盐湖提锂方法

摘要

本发明涉及盐湖提锂领域，尤其涉及一种用于盐湖提锂的富集浓缩设备及盐湖提锂方法。所述富集浓缩设备包括吸附端和浓缩端，吸附端和浓缩端均为流动电极电容去离子装置，且吸附端电极正接，浓缩端电极反接。如此，通过吸附端和浓缩端的配合，实现了电极液在吸附端中吸附处理液中的离子，然后携带离子的电极液流动到浓缩端并将离子脱附到浓缩液中，即实现了处理液中离子向浓缩液迁移，实现目标离子例如锂离子的提取，又实现了电极液的再生，以保证设备的续航能力。

说明书

技术领域

本发明涉及盐湖提锂领域，尤其涉及一种用于盐湖提锂的富集浓缩设备及盐湖提锂方法。

背景技术

锂作为一种重要的战略性资源物质，是现代高科技产品不可或缺的重要原料，随着我国政策发布，近些年锂电池工业的迅速发展，市场对锂的需求增长，而锂盐大都从矿石中提取，但随着锂矿的消耗与我国锂资源大多集中在盐湖中，使得大家的目光转向盐湖提锂，而盐湖提锂是指利用盐湖卤水提取钾盐后形成的含锂卤水，进行深度除镁、碳化除杂和络合除钙后便能得到碳酸锂，其中富集浓缩作为将锂离子集中的重要技术得到开发，而富集浓缩是指通过将盐湖卤水中的锂离子通过一定手段使锂离子移动到同一个位置，使浓度上升的技术。

现有的盐湖提锂在进行富集浓缩时，FCDI装置(流动电极电容去离子装置)需要通过加大电压进行提锂，导致提锂成本提高，或通过化学试剂使锂离子脱出，所使用的化学试剂会对环境造成污染，并且化学药剂使用后的残渣容易造成二次污染，而现有的FCDI装置的提锂性能比较一般，给人们的使用过程带来了一定的不利影响。

发明内容

为了解决上述现有技术中FCDI装置的提锂性能效果差的缺陷，本发明提出了一种用于盐湖提锂的富集浓缩设备，可以高效提取锂离子，且功耗低、无污染。

本发明提出的一种用于盐湖提锂的富集浓缩设备，包括：吸附端、浓缩端、处理液容器、电极液容器和浓缩液容器；

吸附端和浓缩端均为流动电极电容去离子装置，电极液容器的输出端、吸附端的电极液流道、浓缩端的电极液流道和电极液容器的输入端依次串联形成电极液循环回路；

处理液容器与吸附端的盐水流道连通形成处理液循环回路，浓缩液容器与浓缩端的盐水流道连通形成浓缩液循环回路；

吸附端工作状态下，其电极液流道中的电极液吸附其盐水流道中处理液的离子；浓缩端工作状态下，其电极液流道中的电极液向其盐水流道中的浓缩液脱附离子。

优选的，令流动电极电容去离子装置中，接触阳离子交换膜的电极液流道为阴极电极液流道，接触阴离子交换膜的电极液流道为阳极电极液流道；电极液循环回路设有两条；第一条电极液循环回路上的电极液从电极液容器输出后依次经过吸附端的阴极电极液流道和浓缩端的阳极电极液流道后回到电极液容器；第二条电极液循环回路上的电极液从电极液容器输出后依次经过吸附端的阳极电极液流道和浓缩端的阴极电极液流道后回到电极液容器。

优选的，吸附端包括第一保护板、第二保护板和多个堆叠组件；多个堆叠组件被夹持在第一保护板和第二保护板之间，堆叠组件包括顺序堆叠的负电极流道板、阳离子交换膜、盐水板、阴离子交换膜和正电极流道板；负电极流道板上设有阴极流道槽，吸附端中所有阴极流道槽构成吸附端的阴极电极液流道；正电极流道板上设有阳极流道槽，吸附端中所有的阳极流道槽构成吸附端的阳极电极液流道；负电极流道板上设置有用于连接外部电源的电极耳作为负电极耳，正电极流道板上设置有用于连接外部电源的电极耳作为正电极耳；盐水板用于提供盐水流道。

优选的，吸附端中所有的阴极流道槽串联形成作为阴极电极液流道的单向流道；吸附端中所有的阳极流动槽串联形成作为阳极电极液流道的单向流道。

优选的，负电极流道板包括负极导电板和负极集流板，负极集流板和负极导电板形成以负极导电板为底的阴极流道槽；正电极流道板包括正极导电板和正极集流板，正极集流板和正极导电板形成以正极导电板为底的阳极流道槽；负电极耳设置在负极导电板上，正电极耳设置在正极导电板上。

优选的，吸附端中，各堆叠组件中心线共线的顺序设置，相邻的堆叠组件中负电极流道板和正电极流道板布置方向相反；且相邻的堆叠组件中，相互靠近的负电极流道板共用负极导电板，相互靠近的正电极流道板共用正极导电板。

优选的，负极导电板和负极集流板之间、负极集流板和阳离子交换膜之间、阴离子交换膜和正极集流板之间以及正极集流板和正极导电板之间均设有密封垫。

优选的，浓缩端与吸附端结构相同。

本发明还提出了一种盐湖提锂方法，效率高，且实施方便。

本发明提供的一种盐湖提锂方法，采用所述的用于盐湖提锂的富集浓缩设备进行盐湖提锂；所述方法包括以下步骤：

S1、获取所述的用于盐湖提锂的富集浓缩设备，吸附端设有三个堆叠组件；处理液容器中填充待处理盐水，浓缩液容器中填充选择的浓缩液；电极液容器中填充电极液；

S2、通过外部电源向吸附端和浓缩端供电，使得电极液电离；吸附端中的电极液吸附其盐水流道中待处理盐水的离子，浓缩端中的电极液向其盐水流道中的浓缩液脱附离子，实现待处理盐水的锂离子向浓缩液中迁移。

优选的，电极液浓度为10％，外部电源的工作电压为2.4v，吸附端中的电极液流速和浓缩端中的电极液流速均为100ml/min。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供的用于盐湖提锂的富集浓缩设备包括吸附端和浓缩端，吸附端和浓缩端均为流动电极电容去离子装置，且吸附端电极正接，浓缩端电极反接。如此，通过吸附端和浓缩端的配合，实现了电极液在吸附端中吸附处理液中的离子，然后携带离子的电极液流动到浓缩端并将离子脱附到浓缩液中，即实现了处理液中离子向浓缩液迁移，实现目标离子例如锂离子的提取，又实现了电极液的再生，以保证设备的续航能力。

(2)第一条电极液循环回路和第二条电极液循环回路独立设置，使得离子的吸附脱附根据离子极性定向输送，从而提高离子提取效率。

(3)本发明中吸附端包括多个堆叠组件，每一个堆叠组件相当于一个独立的电容去离子装置，多个堆叠组件形成多层式电容去离子装置结构的吸附端，提高离子吸附效果。本发明中，通过阴极流道槽串联形成阴极电极液流道，阳极流动槽串联形成阳极电极液流道，使得电极液单向流动，吸附端中的堆叠组件逐渐吸附处理液中的离子，从而提高离子提取效率。本发明中，通过浓缩端和吸附端配合，提高了离子提取效率，提高了提锂效率。

(4)本发明中，相邻的堆叠组件极性相反设置且共用相互接近且极性相同的导电板，以压缩吸附端和浓缩端的体积，使得吸附端和浓缩端更加轻薄。

(5)本发明中，通过密封垫的设置，避免了电极液的泄露，保证了整个吸附端的结构安全。

(6)本发明中的盐湖提锂方法采用的富集浓缩设备体积轻薄，便于推广，且有利于提高锂离子提取率和提取效率。

附图说明

图1为吸附端结构图；

图2为图1的局部放大图；

图3为堆叠组件示意图；

图4为用于盐湖提锂的富集浓缩设备的结构图；

图5为流速对比示意图；

图6为浓度对比示意图；

图7为工作电压对比示意图；

图示：1、吸附端；2、浓缩端；3、处理液容器；4、电极液容器；5、浓缩液容器；

11、第一外壳；12、第二外壳；13、第一锁紧件；14、第二锁紧件；

21、第三外壳；22、第四外壳；23、第三锁紧件；24、第四锁紧件；

101、第一保护板；102、第二保护板；1031、负极导电板；1032、负极集流板；104、阳离子交换膜；105、盐水板；106、阴离子交换膜；1071、正极导电板；1072、正极集流板；108、电极耳；110、密封垫。

具体实施方式

参照图4，本实施方式提出的一种用于盐湖提锂的富集浓缩设备，包括：吸附端1、浓缩端2、处理液容器3、电极液容器4和浓缩液容器5。

吸附端1和浓缩端2均为流动电极电容去离子装置，本实施方式中，吸附端1和浓缩端2的接电极性相反。具体的，吸附端1用于实现去离子功能，浓缩端2用于实现离子脱附电极液再生功能。

本实施方式中，电极液容器4的输出端、吸附端1的电极液流道、浓缩端2的电极液流道和电极液容器4的输入端依次串联形成电极液循环回路。处理液容器3与吸附端1的盐水流道连通形成处理液循环回路，浓缩液容器5与浓缩端2的盐水流道连通形成浓缩液循环回路。

如此，本实施方式中，吸附端1以处理液作为盐水，吸附端1工作状态下，其电极液流道中的电极液吸附其盐水流道中处理液的离子。浓缩端工作状态下，其电极液流道中的电极液向其盐水流道中的浓缩液脱附离子。如此，通过吸附端1和浓缩端2的配合，实现了电极液在吸附端1中吸附处理液中的离子，然后携带离子的电极液流动到浓缩端2并将离子脱附到浓缩液中，即实现了处理液中离子向浓缩液迁移，实现目标离子例如锂离子的提取，又实现了电极液的再生，以保证设备的续航能力。

参照图2，本实施方式中，令由负电极流道板、阳离子交换膜104、盐水板105、阴离子交换膜106和正电极流道板顺序堆叠形成的流动电极电容去离子结构作为堆叠组件，吸附端1包括第一保护板101、第二保护板102以及夹持在第一保护板101和第二保护板102之间的一个或者多个堆叠组件构成；浓缩端2包括第三保护板、第四保护板以及夹持在第三保护板和第四保护板之间的一个或者多个堆叠组件构成。

堆叠组件中，负电极流道板上设有阴极流道槽，正电极流道板上设有阳极流道槽，盐水板105上设有盐水流道。如此，正接状态下，负电极流道板连接电源负极，正电极流道板连接电源正极，电源通电状态下，盐水流道中的盐水发生电离，盐水中的阳离子透过阳离子交换膜104被吸附到阴极流道槽的电极液中，盐水中的阴离子透过阴离子交换膜106被吸附到阳极流道槽的电极液中，实现盐水去离子。反接状态下，负电极流道板连接电源正极，正电极流道板连接电源负极，电源通电状态下，盐水流道中的盐水发生电离，阴极流道槽的电极液中的阳离子透过阳离子交换膜104转移到盐水流道槽的盐水中，阳极流道槽的电极液中的阴离子透过阴离子交换膜106转移到盐水流道槽的盐水中，实现电极液再生。

参照图3，本实施例中，负电极流道板包括负极导电板1031和负极集流板1032，负极集流板1032和负极导电板1031形成以负极导电板1031为底的阴极流道槽，负极导电板1031位于负极集流板1032远离阳离子交换膜104的一侧。正电极流道板包括正极导电板1071和正极集流板1072，正极集流板1072和正极导电板1071形成以正极导电板1071为底的阳极流道槽，正极导电板1071位于正极集流板1072远离阴离子交换膜106的一侧。负极导电板1031上设置电极耳108作为负电极耳，以便通过负电极耳连接外部电源，正极导电板1071上设置电极耳108作为正电极耳，以便通过正电极耳连接外部电源。

本实施方式中，吸附端1和浓缩端2包括多个堆叠组件时，设置吸附端1中各堆叠组件顺序设置且中心线共线，浓缩端2中各堆叠组件顺序设置且中心线共线。如此，当相邻的堆叠组件中负电极流道板和正电极流道板布置方向相反；则相邻的堆叠组件中相互靠近的负电极流道板可共用负极导电板1031，相互靠近的正电极流道板共用正极导电板1071，以压缩吸附端1和浓缩端2的体积，使得吸附端1和浓缩端2更加轻薄。

本实施方式中，负极导电板1031和负极集流板1032之间设有密封垫110，负极集流板1032和阳离子交换膜104之间也设有密封垫110，该两个密封垫110配合阳离子交换膜104密封阴极流道槽，避免阴极电极液泄露。阴离子交换膜106和正极集流板1072之间设有密封垫110，正极集流板1072和正极导电板1071之间也设有密封垫110，该两个密封垫110配合阴离子交换膜106密封阳极流道槽，避免阳极电极液泄露。

本实施方式中，吸附端1中所有的阴极流道槽串联形成作为阴极电极液流道的单向流道；吸附端1中所有的阳极流动槽串联形成作为阳极电极液流道的单向流道。浓缩端2的结构与吸附端1结构相同，浓缩端2中所有的阴极流道槽串联形成作为阴极电极液流道的单向流道；浓缩端2中所有的阳极流动槽串联形成作为阳极电极液流道的单向流道。

参照图1、图4，具体的，本实施方式中，吸附端1还包括第一外壳11、第二外壳12、第一锁紧件13和第二锁紧件14；吸附端通过第一锁紧件13和第二锁紧件14锁紧，具体的，第一锁紧件13穿过第一外壳11、第一保护板101、堆叠组件、第二保护板102和第二外壳12，第二锁紧件14配合第一锁紧件13锁紧第一外壳11、第一保护板101、堆叠组件、第二保护板102和第二外壳12构成的层叠结构。具体的，第二锁紧件14与第一锁紧件13螺纹配合。

同理，浓缩端2还包括第三外壳21、第四外壳22、第三锁紧件23和第四锁紧件24；浓缩端2通过第三锁紧件23和第四锁紧件24锁紧，具体的，第三锁紧件23穿过第三外壳21、第三保护板、堆叠组件、第四保护板和第四外壳22，第四锁紧件24配合第三锁紧件23锁紧第三外壳21、第三保护板、堆叠组件、第四保护板和第四外壳22构成的层叠结构。具体的，第三锁紧件23与第四锁紧件24螺纹配合。

本实施方式中，吸附端1中的堆叠组件正接，即负电极耳连接外部电源的负极，正电极耳连接外部电源的正极；浓缩端2中的堆叠组件反接，即负电极耳连接外部电源的正极，正电极耳连接外部电源的负极。

该用于盐湖提锂的富集浓缩设备中，电极液循环回路设有两条；第一条电极液循环回路上的电极液从电极液容器4输出后依次经过吸附端1的阴极电极液流道和浓缩端2的阳极电极液流道后回到电极液容器4；第二条电极液循环回路上的电极液从电极液容器4输出后依次经过吸附端1的阳极电极液流道和浓缩端2的阴极电极液流道后回到电极液容器4。具体的，本实施方式中，处理液循环回路、浓缩液循环回路、第一条电极液循环回路和第二条电极液循环回路上均设有动力泵，以驱动液体流动。

本实施方式中，吸附端1中阳极电极液流道上的电极液带正电荷，从而吸附处理液中的阴离子；吸附端1中阴极电极液流道上的电极液带负电荷，从而吸附处理液中的阳离子。电极液从吸附端1流动到浓缩端2，第一条电极液循环回路上，电极液在吸附端1中阳极电极液流道上吸附到阴离子，携带阴离子的电极液流动到浓缩端2的阴极电极液流道，由于浓缩端2反接，故而携带阴离子的电极液在浓缩端2的阴极电极液流道中进行脱附，电极液中携带的阴离子经过浓缩端2中的阳离子交换膜104迁移到浓缩液中，实现电极液再生。第二条电极液循环回路上，电极液在吸附端1中阴极电极液流道上吸附到阳离子，携带阳离子的电极液流动到浓缩端2的阳极电极液流道，由于浓缩端2反接，故而携带阳离子的电极液在浓缩端2的阳极电极液流道中进行脱附，电极液中携带的阳离子经过浓缩端2中的阴离子交换膜106迁移到浓缩液中，实现电极液再生。

实施例

本实施例中，吸附端1中设有三个堆叠组件，即吸附端1包括顺序设置的：第一保护板101、负极导电板1031、密封垫110、负极集流板1032、密封垫110、阳离子交换膜104、盐水板105、阴离子交换膜106、密封垫110、正极集流板1072、密封垫、正极导电板1071；密封垫、正极集流板1072、密封垫110、阴离子交换膜106、盐水板105、阳离子交换膜104、密封垫110、负极集流板1032、密封垫110、负极导电板1031；密封垫110、负极集流板1032、密封垫110、阳离子交换膜104、盐水板105、阴离子交换膜106、密封垫110、正极集流板1072、密封垫、正极导电板1071和第二保护板102。

浓缩端与吸附端结构相同，即浓缩端2中设有三个堆叠组件，浓缩端2包括顺序设置的：第三保护板、负极导电板1031、密封垫110、负极集流板1032、密封垫110、阳离子交换膜104、盐水板105、阴离子交换膜106、密封垫110、正极集流板1072、密封垫、正极导电板1071；密封垫、正极集流板1072、密封垫110、阴离子交换膜106、盐水板105、阳离子交换膜104、密封垫110、负极集流板1032、密封垫110、负极导电板1031；密封垫110、负极集流板1032、密封垫110、阳离子交换膜104、盐水板105、阴离子交换膜106、密封垫110、正极集流板1072、密封垫、正极导电板1071和第四保护板。

本实施方式中，各正极导电板1071上设有正电极耳，各负极导电板1031上设有负电极耳。吸附端1中的堆叠组件正接，即吸附端1中，正电极耳连接外部电源正极，负电极耳连接外部电源负极。浓缩端2中的堆叠组件反接，即浓缩端2中，正电极耳连接外部电源负极，负电极耳连接外部电源正极。

本实施例中，进行盐湖提锂的步骤如下：

S1、获取用于盐湖提锂的富集浓缩设备，处理液容器3中填充待处理盐水，浓缩液容器5中填充选择的浓缩液；电极液容器4中填充电极液；

S2、通过外部电源向吸附端1和浓缩端2供电，使得电极液电离；驱动第一条电极液循环回路撒花姑娘的电极液和第二条电极液循环回路上的电极液循环流动，吸附端1中的电极液吸附其盐水流道中待处理盐水的离子，浓缩端2中的电极液向其盐水流道中的浓缩液脱附离子，实现待处理盐水的锂离子向浓缩液中迁移。

本实施例中，统计了不同的电极液浓度、流速以及外部电源工作电压对除盐效率的影响。图5所示，电极液浓度为10％且外部电源的工作电压为2.4v时不同的电极液流速对除盐效率的影响，试验证明流速低于100ml/min时，流速越快，除盐效率越高；流速高于100ml/min时，流速的提升对除盐效率影响不大。

图6所示，电极液流速为100ml/min且外部电源的工作电压为2.4v时不同的电极液浓度对除盐效率的影响，试验证明浓度低于10％时，浓度越大，除盐效率越高；浓度高于10％时，除盐效率再次下降。

图7所示，电极液浓度为10％且电极液流速为100ml/min时外部电源不同的工作电压对除盐效率的影响，试验证明工作电压低于2.4v时，工作电压越大，除盐效率越高；工作电压高于2.4v时，工作电压的提升对除盐效率影响不大。

因此，本实施例中，电极液浓度为10％，外部电源的工作电压为2.4v，第一条电极液循环回路和第二条电极液循环回路上电极液流速均为100ml/min。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。