利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置，其特征在于：所述电渗析装置由双极膜电渗析器、平衡缓冲槽、循环泵和配套管线阀门共同组成；所述双极膜电渗析器为五室形式，分别为阳极室、酸室、碱室、脱盐室和阴极室，并设置有特种阳离子交换膜、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜；所述双极膜电渗析器的两端为阳极室与阴极室，在阳极室内设置阳极板，在阴极室内设置阴极板，所述阳极板通过电缆与直流电源的正极连接，所述阴极板通过电缆与直流电源的负极连接。本发明专利技术的电渗析装置无需复杂的化学反应过程，以各类可溶性锂盐溶液为原料，一步制备出高浓度氢氧化锂溶液，可实现低能耗、无污染、规模化的连续稳定生产。

Electrodialysis device using lithium hydroxide soluble lithium salt solution system

The invention discloses an electrodialysis device preparing lithium hydroxide solution by using soluble lithium salt solution system, which is characterized in that the electrodialysis device by bipolar membrane electrodialysis, buffer tank, balance of circulating pump and supporting pipeline valves together; the bipolar membrane electrodialysis with five chamber, respectively as anode room, room, room, acid alkali desalination chamber and a cathode chamber, and to set up a special cation exchange membrane, bipolar membrane, cation exchange membrane and anion exchange membrane; the two ends of the bipolar membrane electrodialysis for the anode chamber and a cathode chamber, the anode plate is arranged in the anode chamber and a cathode plate is arranged in the cathode chamber, the the anode plate is connected with the DC power supply through the positive cable, the cathode plate connected by negative cable and DC power supply. The electrodialysis device of the invention does not require complex chemical reaction process, with all kinds of soluble lithium salt solution as raw materials, was prepared for high concentration lithium hydroxide solution, to achieve continuous and stable production of low energy consumption, no pollution, scale.

【技术实现步骤摘要】
利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置
本专利技术涉及一种利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置。
技术介绍
在锂电池正极材料和锂电池电解质的合成工艺中，氢氧化锂有比碳酸锂更好的合成效果。随着中国电池材料工业的快速发展，电池级氢氧化锂的需求缺口在进一步放大。同时随着锂基润滑油的普遍使用，对工业级氢氧化锂的市场需求也处于快速增长过程。中国现有的氢氧化锂制造工艺主要为两种，冻硝法与沉淀法。冻硝法的工艺原理为：Li2SO4+2NaOH→(冷冻)→2LiOH+Na2SO4↓冻硝法在生产过程中消耗大量烧碱，同时有复杂精细的当量浓度控制过程。低温冻硝需要将混合后溶液的温度降低到-2℃到-10℃，这一过程消耗大量电力，而且运行效率偏低。冻硝后的氢氧化锂溶液需要两次蒸发结晶才可能达到电池级氢氧化锂纯度，这一过程也会消耗大量能源并造成锂损耗。沉淀法的工艺原理为：Li2CO3+Ca(OH)2→2LiOH+CaCO3↓沉淀法在生产过程中消耗大量石灰，产生大量废渣，石灰配浆过程复杂烦琐并造成环境污染。所产生的氢氧化锂溶液需要两次以上的蒸发结晶才可能达到工业级氢氧化锂纯度，这一过程会消耗大量能源并造成锂损耗。利用本专利技术的装置来生产氢氧化锂溶液并进一步蒸发浓缩为一水合氢氧化锂固体，可完全避免上述问题。在对中国青海的高镁锂比盐湖进行提锂的工艺中，盐湖浓缩得到的高镁锂卤水都需要通过镁锂分离工艺来形成高锂低镁的富锂卤水，富锂卤水通过精制除镁工艺(投放氢氧化钠沉镁)形成镁离子浓度50ppm以下的精制锂溶液。精制除镁工艺需要复杂的碱液配制系统，在增加运行成本的同时，对精制锂溶液形成了大量的氯化钠污染并降低了锂离子浓度。利用本专利技术的装置，使用精制氯化锂溶液来生产氢氧化锂溶液并进行除镁操作，可完全避免上述问题。双极膜是指带有阴离子交换层和阳离子交换层组合结构的离子交换膜，通常在膜两侧施加1.2伏以上的工作电压，膜内水分会连续稳定分解为H+与OH-，并分别从阳离子交换膜侧和阴离子交换膜侧透出。双极膜与离子交换膜配合使用，双极膜与阳离子交换膜与阴离子交换膜组合形成三室式电渗析装置。利用电渗析装置可以从有机酸盐生产有机酸、从氨基酸盐生产氨基酸。但至今国内外尚无利用电渗析装置生产氢氧化锂的工业化项目。在申请号为201410124102.4的文献中，其申请的基础是基于试验室微型设备，所采用的电渗析装置膜组是酸室与碱室的双室形式，为双极膜与阳离子交换膜的组合。与本专利技术的包含脱盐室、酸室和碱室三室以及双极膜与阴离子交换膜、阳离子交换膜的组合的阴离子交换膜阳离子交换膜电渗析装置有本质的不同；两室形式膜组的电渗析装置，双极膜水解所产生的氢离子会穿过阳离子交换膜到达碱室，降低电渗析装置运行效率并增加能耗；文献中的电渗析装置，会在酸室中形成大量二氧化碳气泡，严重影响膜的导电性而造成电渗析装置运行事故，不可能形成工业化的氢氧化锂生产装置。
技术实现思路
本专利技术的电渗析装置直接使用锂盐溶液为原料，一步制备出氢氧化锂溶液，这一方法避免了传统化学法工艺制造氢氧化锂的烦琐过程与污染排放环节，并大幅度节约能耗与物料成本。本专利技术所设计的电渗析装置为工业化装置，可直接用于氢氧化锂的经济性规模化生产，同时所生成的酸液可循环使用于前端工艺。所述电渗析装置由双极膜电渗析器、平衡缓冲槽、循环泵和配套管线阀门共同组成，其技术特性如下：1.双极膜电渗析器为五室形式，分别为阳极室、酸室、碱室、脱盐室和阴极室，并同时设置有阳离子交换膜、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜。2.双极膜电渗析器的两侧为阳极室与阴极室，阳极室内设置钛材质涂氧化铱的阳极板，阴极室内设置钛材质或不锈钢的阴极板。使用电缆将阳极板与直流电源的正极连接，将阴极板与直流电源的负极连接。3.在阳极室和阴极室之间夹装膜组，组装形式为：阳极室框、膜组、阴极室框。4.膜组组装形式为：阳离子交换膜+N×(碱板形室+BP膜+酸板形室+阴离子交换膜+脱盐板形室+阳离子交换膜)，其中N值从3-100不等。三种板形室为橡胶材质薄板框，框内镶嵌塑料纱网，厚度为3-10mm，上下开孔以形成流道。板形室的开孔处与框内纱网选择性连通，形成板形室框内流体的上下连通。双极膜、阳离子交换膜与阴离子交换膜均在上下部开孔以形成流道。5.双极膜电渗析器中，双极膜的阳膜侧朝向阴极，阴离膜侧朝向阳极。在双极膜的两侧施加1.2伏(理论水解电压为0.83伏)的工作电压时，膜间的水分被连续稳定水解为H+与OH-。在电场力作用下，H+从阳离子交换膜侧透出，OH-从阴离子交换膜侧透出。6.锂盐溶液(LiX)进入双极膜电渗析器的脱盐室，锂盐溶液中Li+在电场力作用下穿过阳离子交换膜进入碱室，与双极膜的阴膜侧透出的OH-配对形成氢氧化锂溶液。锂盐溶液中的X-在电场力作用下穿过阴离子交换膜进入酸室，与双极膜的阴膜侧透出的OH-配对形成HX酸液。7.为简化装置运行操作，并节约运行成本与设备投资，双极膜电渗析器的阳极室与阴极室的电解质溶液选择为氢氧化锂溶液。直接使用双极膜电渗析器中碱液平衡缓冲槽中的氢氧化锂溶液实现极室液循环。8.由于在阳极室与阴极室中使用氢氧化锂溶液为电极液，在碱性溶液条件下：阳极反应为：阴极反应为：2H2O+2e-→H2+2OH-由于在阳极反应中会生成氧原子，具有强烈的氧化性，将会对阳极侧的第一张膜造成腐蚀破坏。而工业膜中，只有耐腐蚀的特种阳离子交换膜可供选择，所以阳极室侧的第一张膜优选为特种阳离子交换膜。在阴极反应中会生成OH-，Li+透过阳离子交换膜达到阴极室增加氢氧化锂浓度，所以阴极室侧的第一张膜优选为阳离子交换膜。9.在电渗析装置的连续运行过程中，锂盐溶液连续定量加入到料液平衡槽，料液从槽底出口经料液泵输送到双极膜电渗析器，再由平衡阀均分流量分配给双极膜电渗析器中的脱盐室。料液在脱盐室中形成稀释液，稀释液返回到料液缓冲槽。在连续运行过程中，缓冲槽中的液位将略高于平衡槽，液位差使缓冲槽中的稀释液从槽隔板底部开孔返回到平衡槽。随着锂盐溶液的连续加入，循环料液总量持续增加中，增加量将从缓冲槽的溢流口溢出稀释液到酸液平衡缓冲槽。实现料液循环在连续运行过程中的自适应平衡。10.在电渗析装置的连续运行过程中，稀释液连续溢流到酸液平衡槽，稀酸液从槽底出口经酸液泵输送到双极膜电渗析器，再由平衡阀均匀流量分配给双极膜电渗析器中的酸室。稀酸液在酸室中形成浓酸液，浓酸液返回到酸液缓冲槽。缓冲槽中的液位将略高于平衡槽，液位差使缓冲槽中的浓酸液从槽隔板底部开孔返回到平衡槽。因为稀释液的连续加入，循环酸液总量持续增加中，增加量将从缓冲槽的溢流口溢出浓酸液。实现酸液循环在连续运行过程中的自适应平衡。由料液槽溢流到酸液平衡槽中的稀释液会夹带少量锂离子，这部分锂离子在酸室中不会流失，将随浓酸液一起进入到前端配置锂盐溶液的工艺中，实现锂离子整体循环收率100％。11.在电渗析装置的连续运行过程中，RO水(去离子水)连续定量加入到碱液平衡槽，稀氢氧化锂溶液从槽底出口经酸液泵输送到双极膜电渗析器，再由平衡阀均匀流量分配给双极膜电渗析器中的碱室。稀氢氧化锂溶液在碱室中形成浓氢氧化锂溶液，浓氢氧化锂溶液返回到碱液缓冲槽。缓冲槽中的液位将略高于平衡槽，液位差使缓冲槽中浓氢氧化锂溶液从槽隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置，其特征在于：所述电渗析装置由双极膜电渗析器、平衡缓冲槽、循环泵和配套管线阀门共同组成；所述双极膜电渗析器为五室形式，分别为阳极室、酸室、碱室、脱盐室和阴极室，并设置有特种阳离子交换膜、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜；所述双极膜电渗析器的两端为阳极室与阴极室，在所述阳极室内设置阳极板，在所述阴极室内设置阴极板，所述阳极板通过电缆与直流电源的正极连接，所述阴极板通过电缆与直流电源的负极连接；在所述双极膜电渗析器中设置三种板形室来形成脱盐室、酸室、碱室，板形室之间设置膜以形成室间的隔断，阳极室与碱室被特种阳离子交换膜隔断，碱室与酸室被双极膜隔断，酸室与脱盐室被阴离子交换膜隔断，碱室与脱盐室被阳离子交换膜隔断，脱盐室与阴极室被阳离子交换膜隔断；所述双极膜电渗析器的两端设置有极室框与电极板，分别形成阴极室和阳极室，在极室框上设置有料液、酸液、碱液与极室液的进出管道接口，并在极室框中多组开孔，溶液进出管道与极室框开孔分组联通，形成极室框与膜组配套对接的料液、酸液、碱液分配流道；在膜组中设置三种板形室来形成脱盐室、酸室、碱室，板形室为绝缘柔性橡胶材质的薄板框，框内镶嵌塑料纱网，在板形室的上下边框中开孔以形成三组流道，板形室的上下框中的开孔处与框内的塑料纱网按板形室类型选择性连通，形成板形室框内的塑料沙网中的液体与板形室框中流道的上下联通；在膜组中设置特种阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜，均在膜片的上下边沿处三组开孔以形成流道；膜与板形室按顺序连续多层叠加组成膜组，在膜组中形成料液、酸液与碱液的三组流道；在阴极室框和阳极室框之间夹装膜组，并通过机械方式压紧，压紧后，极室框的料液、酸液与碱液流道与膜组的料液、酸液与碱液流道一一对应连接，形成双极膜电渗析器；在电渗析装置的连续运行过程中，分别有四种溶液在电渗析装置中循环运行，所述四种溶液分别是：料液、酸液，碱液与极室液，通过料液平衡缓冲槽实现料液在所述双极膜电渗析器的脱盐室中的稳定循环运行，同时实现料液量的连续补充与稀释液的平衡排放；通过酸液平衡缓冲槽实现酸液在所述双极膜电渗析器的酸室中的稳定循环运行，同时实现酸液量的连续补充与浓酸液的平衡排放；通过碱液平衡缓冲槽实现碱液在所述双极膜电渗析器的碱室中的稳定循环运行，同时实现碱液量的连续补充与浓碱液的平衡排放；直接利用碱液平衡缓冲槽中的碱液缓冲槽中的浓碱液作为极室液，实现极室液在双极膜电渗析器的极室中的稳定循环运行；所述电渗析装置利用可溶性锂盐溶液为原料，锂盐溶液以LiX表示，其中X表示可溶性锂盐溶液的阴离子，将所述锂盐溶液送入所述电渗析装置的脱盐室，在电场力作用下，所述锂盐溶液中的Li...

【技术特征摘要】
1.一种利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置，其特征在于：所述电渗析装置由双极膜电渗析器、平衡缓冲槽、循环泵和配套管线阀门共同组成；所述双极膜电渗析器为五室形式，分别为阳极室、酸室、碱室、脱盐室和阴极室，并设置有特种阳离子交换膜、双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜；所述双极膜电渗析器的两端为阳极室与阴极室，在所述阳极室内设置阳极板，在所述阴极室内设置阴极板，所述阳极板通过电缆与直流电源的正极连接，所述阴极板通过电缆与直流电源的负极连接；在所述双极膜电渗析器中设置三种板形室来形成脱盐室、酸室、碱室，板形室之间设置膜以形成室间的隔断，阳极室与碱室被特种阳离子交换膜隔断，碱室与酸室被双极膜隔断，酸室与脱盐室被阴离子交换膜隔断，碱室与脱盐室被阳离子交换膜隔断，脱盐室与阴极室被阳离子交换膜隔断；所述双极膜电渗析器的两端设置有极室框与电极板，分别形成阴极室和阳极室，在极室框上设置有料液、酸液、碱液与极室液的进出管道接口，并在极室框中多组开孔，溶液进出管道与极室框开孔分组联通，形成极室框与膜组配套对接的料液、酸液、碱液分配流道；在膜组中设置三种板形室来形成脱盐室、酸室、碱室，板形室为绝缘柔性橡胶材质的薄板框，框内镶嵌塑料纱网，在板形室的上下边框中开孔以形成三组流道，板形室的上下框中的开孔处与框内的塑料纱网按板形室类型选择性连通，形成板形室框内的塑料沙网中的液体与板形室框中流道的上下联通；在膜组中设置特种阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜，均在膜片的上下边沿处三组开孔以形成流道；膜与板形室按顺序连续多层叠加组成膜组，在膜组中形成料液、酸液与碱液的三组流道；在阴极室框和阳极室框之间夹装膜组，并通过机械方式压紧，压紧后，极室框的料液、酸液与碱液流道与膜组的料液、酸液与碱液流道一一对应连接，形成双极膜电渗析器；在电渗析装置的连续运行过程中，分别有四种溶液在电渗析装置中循环运行，所述四种溶液分别是：料液、酸液，碱液与极室液，通过料液平衡缓冲槽实现料液在所述双极膜电渗析器的脱盐室中的稳定循环运行，同时实现料液量的连续补充与稀释液的平衡排放；通过酸液平衡缓冲槽实现酸液在所述双极膜电渗析器的酸室中的稳定循环运行，同时实现酸液量的连续补充与浓酸液的平衡排放；通过碱液平衡缓冲槽实现碱液在所述双极膜电渗析器的碱室中的稳定循环运行，同时实现碱液量的连续补充与浓碱液的平衡排放；直接利用碱液平衡缓冲槽中的碱液缓冲槽中的浓碱液作为极室液，实现极室液在双极膜电渗析器的极室中的稳定循环运行；所述电渗析装置利用可溶性锂盐溶液为原料，锂盐溶液以LiX表示，其中X表示可溶性锂盐溶液的阴离子，将所述锂盐溶液送入所述电渗析装置的脱盐室，在电场力作用下，所述锂盐溶液中的Li+穿过阳离子交换膜达到碱室，在碱室中与双极膜水电解所生成的OH-配对形成LiOH溶液；所述锂盐溶液中的X-穿过阳离子交换膜达到酸室，在酸室中与双极膜水电解所生成的H+配对形成HX溶液。2.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中所述双极膜电渗析器在阳极室和阴极室之间为特种阳离子交换膜、碱室、双极膜、酸室、阴离子交换膜、脱盐室和阳离子交换膜组合的三室形式膜组。3.根据权利要求1所述的电渗析装置，其中不同的锂盐溶液在通过电渗析装置后形成氢氧化锂溶液与不同的酸液。4.根据权利要求3所述的电渗析装置，其中使用硫酸锂溶液为原料生成氢氧化锂溶液和硫酸溶液，或者使用氯化锂溶液为原料生成氢氧化锂溶液和盐酸溶液。5.根据权利要求1所述的电渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭发云，龚政，
申请(专利权)人：江苏力泰锂能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32