我國鹽湖含鋰鹵水資源有兩個顯著的特點:一是鋰含量高,鹵水中鋰質量濃度高達2.2-3.1g/l;二是鎂鋰比高,比國外高數十倍乃至百倍,這給我國鋰資源的開發帶來了一定的難度。因而,研究出一種鋰資源的高效分離提取技術,是大規模開發我國鹽湖鋰資源的關鍵。
針對鹽鹵尤其是高氯化鎂鹽湖鹵水體系,國內外曾研究過多種萃取劑,如含磷有機萃取劑、胺類萃取劑、雙酮、酮、醇、冠醚,混合萃取劑等。值得指出的是:在我國以tbp萃取法提鋰研究的實驗規模大且最為深入,從高鎂鋰比鹵水中提鋰最為有效,是具有工業應用前景的鹽湖高鎂鋰比鹵水提鋰方法之一,但是單一的用tbp作為萃取劑存在有萃取效率相對較低的缺陷,且該法對設備腐蝕嚴重,萃取劑溶損較大且易對環境造成污染。
因此,研制一種耐腐蝕的新型設備,與高效的提取方法相結合,是解決現有鹽湖提鋰問題的關鍵。技術實現要素:有鑒于此,本發明的目的是針對現有技術的不足,提供一種應用離心萃取機進行鹽湖提鋰的方法,將先進設備與獨特工藝相結合,解決了鹽湖提鋰過程中的設備腐蝕嚴重,萃取劑溶損較大且易對環境造成污染問題,同時達到了較高提取效率的效果。
為達到上述目的,本發明采用以下技術方案:一種應用離心萃取機進行鹽湖提鋰的方法,包括以下步驟:
(1)萃取段:將預處理的鹽湖鋰水與萃取劑以體積比為1∶1-5混合加入到離心萃取機進行萃取;溫度為25-35℃;4-5級逆流萃取;所述萃取劑為磷酸三丁酯和煤油,其體積比為,磷酸三丁酯/煤油=1∶1-3;
(2)酸洗段:將步驟1)萃取所得有機相在所述離心萃取機中進行酸洗,溫度為25-35℃;3-4級逆流萃取;所述酸洗劑為3-4mol/l的鹽酸;所述有機相和鹽酸的體積比為3-5∶1;
(3)反萃取段:將步驟2)所得有機相在所述離心萃取機中進行反萃取,溫度為25-35℃;3-4級逆流反萃取;反萃取劑為4-6mol/l的鹽酸;所述有機相和鹽酸的體積比為8-10∶1。
進一步地,所述鹽湖鋰水的預處理為,向待萃取的鹽湖鋰水中加入過量的fecl3,形成lifecl4。進一步地,所述磷酸三丁酯和煤油的體積比為磷酸三丁酯/煤油=1∶3。
進一步地,所述離心萃取機,包括機架、電機、外殼、重相堰板和水平蓋,所述水平蓋和外殼分別固定于機架上,所述外殼側壁上設有重相出口和輕相出口,所述水平蓋的下部對稱設置有減震塊;所述電機固定于水平蓋上方;還包括通過軸懸掛于水平蓋上的轉鼓,所述轉鼓通過鎖母固定于軸上,所述的外殼的外壁設有與殼體相切的進料口,所述進料口包括重相進料口和輕相進料口,內壁上部設有重相集液腔、輕相集液腔,內壁下部設有導流葉,殼體底部內表面設有渦流盤,渦流盤中間設有放料閥;所述的軸為定制電機軸,為電機軸整體加長。
進一步地,所述轉鼓懸掛于水平蓋上,其下部無軸承、無機械密封,轉鼓為復合材料模塑成型,材質為聚丙烯或全氟烷氧基樹脂。進一步地,所述的外殼為復合材料整體模塑成型,材質為聚丙烯或全氟烷氧基樹脂。進一步地,所述重相堰板為均分為多個弧段,重相堰板由該多個弧段拼接而成。
進一步地,所述的離心萃取機進料、重相出口、輕相出口均采用帶法蘭的彎頭和可伸縮管的波紋管連接,管道連接均為復合材料整體模塑成型,材質為聚丙烯或全氟烷氧基樹脂。
所述的離心萃取機重相出口、輕相出口均配有取樣閥,溫度檢測口。
為了提高萃取效率,將本發明的離心萃取機和萃取工藝有效的結合,我們進行了大量的實驗探索,尤其需要指出的是,萃取劑的選擇、多級逆流萃取實驗溶劑的選擇及參數的設置、多級酸洗實驗酸的選擇及試驗參數的設定在整個萃取效果中顯得尤為重要。
以下我們對萃取劑的篩選,多級逆流萃取實驗參數的設置、多級酸洗實驗參數的設置實驗簡要列舉并進行簡要分析。
實驗1:萃取劑的選擇實驗選擇異丙醇、氟代β-雙酮+三烷基氧磷、磷酸三丁酯及稀釋劑磺化煤油作為萃取劑的成分,改變萃取劑種類及配比,進行小試實驗。將發酵液和不同種類及配比的萃取劑分別加熱至30℃,在分液漏斗中進行搖瓶實驗,待兩相完全分層后,取樣檢測。
實驗結論:選用氟代β-雙酮:三烷基氧磷=2:3作為萃取劑時,萃取率最高,但是β-雙酮類萃取劑造價太高,無法實現工業化應用,綜合考慮,選用tbp:磺化煤油=1:3的萃取劑體系最佳。
實驗2:多級逆流萃取實驗在通量為160ml/min,體積比o/a為3∶1,進料溫度為35℃,逆流萃取的操作條件下,采用cwl50-m系列新型高效離心萃取機作為萃取設備,改變萃取級數,觀察實驗效果。將預處理后的鹵水(含有lifecl4的溶液)和萃取劑均加熱到35℃,鹵水以40ml/min的進料量從萃取器的重相進料口進入設備,萃取劑以120ml/min的進料量從萃取器的輕相進料口進入設備,待兩相均出料穩定后,取樣檢測,同時觀察設備腐蝕情況。萃取級數依次設置為1、2、3、4、5、6,重復上述操作,
實驗結論:隨著萃取級數的增加,萃取率逐漸升高,分離效果好,經過5級逆流萃取后,鋰以lifecl4·2tbp的萃合物形式萃入有機相中,鋰的萃取率可達到90.48%。更高的萃取級數下鋰的萃取率基本不會再有提升,且設備沒有腐蝕情況。
實驗3:多級酸洗實驗在通量為120ml/min,體積比o/a為5∶1,進料溫度為35℃,逆流萃取的操作條件下,采用cwl50-m系列新型高效離心萃取機作為萃取設備,改變萃取級數,觀察實驗效果。將經過5級萃取后的負載有機相和3~4mol/l的鹽酸均加熱到35℃,負載有機相以100ml/min的進料量從萃取器的輕相進料口進入設備,鹽酸以20ml/min的進料量從萃取器的重相進料口進入設備,待兩相均出料穩定后,觀察設備腐蝕情況。萃取級數依次設置為1、2、3、4,重復上述操作。
實驗結論:隨著酸洗級數的增加,設備并未發現任何腐蝕現象,不論高級別還是低級別的萃取,分離效果均良好。
實驗4:多級逆流反萃取實驗在通量為110ml/min,體積比o/a為10∶1,進料溫度為35℃,逆流反萃取的操作條件下,采用cwl50-m系列新型高效離心萃取機作為反萃取設備,改變反萃取級數,觀察實驗效果。將負載有機相和反萃取劑均加熱到35℃,反萃取劑以10ml/min的進料量從萃取器的重相進料口進入設備,負載有機相以100ml/min的進料量從萃取器的輕相進料口進入設備,待兩相均出料穩定后,取樣檢測,同時觀察設備腐蝕情況。萃取級數依次設置為1、2、3、4,重復上述操作,實驗結果如表4。
實驗結論:經過反萃,鋰以licl的形式進入水相中。隨著反萃取級數的增加,反萃取率逐漸升高,設備未發現腐蝕情況,并且分離效果好,經過4級逆流反萃取后,反萃取率可達到95.68%,最終得到的licl產品純度可達96.5%。
實驗5:設備耐腐蝕性實驗在通量為160ml/min,體積比o/a為3∶1,進料溫度為35℃,5逆流萃取的操作條件下,分別采用cwl-m系列新型高效離心萃取機、傳統離心萃取機、混合澄清槽作為萃取設備,連續運行一周,觀察各個設備腐蝕情況。實驗結果如表5。
實驗結論:傳統的萃取設備都出現了不同程度的腐蝕,cwl-m系列離心萃取機未發現任何腐蝕,說明cwl-m系列離心萃取機的耐腐蝕性能最佳。
本發明的有益效果是:
1.本發明提供的離心萃取機是一種新型高效的鹽湖提鋰設備,具有耐腐蝕性強,結構精巧,萃取率高等顯著優勢。離心萃取機殼體、轉鼓和管道均為復合材料整體模塑成型,材質為聚丙烯,全氟烷氧基樹脂,有效的提高了設備的耐腐蝕性能。離心萃取機通過電機帶動萃取反應器進行萃取反應,實現了萃取、反萃和酸洗的半自動化和一體化,同時,由于本發明所用離心萃取機上設置有平衡減震結構,有利于降低萃取反應的震動,增強了整個機器的穩定性。
2.本發明提供的鹽湖提鋰方法,通過萃取、酸洗和反萃取獲得較高純度的鋰鹽,萃取階段優選磷酸三丁酯/煤油=1∶1-3作為萃取劑,既保證了較高的提取率,又降低了生產的成本,便于推廣應用和工業化生產;酸洗和反萃取階段先以較低濃度的鹽酸,再用較高濃度的鹽酸對含鋰有機溶劑進行洗滌,逐級除去有機溶劑中溶于鹽酸的雜質,提高了鋰鹽的純度。
3.本發明將離心萃取機應用到鹽湖提鋰技術后,既能有效地解決設備腐蝕和萃取劑溶損問題,又能提高提取率和提取工作的的效率。打開了鹽湖提鋰工業應用的市場,具有很好的市場應用前景。附圖說明圖1為本發明的工藝流程圖;圖2為本發明離心萃取機的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。