一种适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种以碳酸锂为原料采用双极膜法制备氢氧化锂的双极膜装置。包括：阳极液进口，阴极接线柱、阳极液出口、阴极液出口；其特征在于，在靠近夹紧板内侧放置有极液流道板，在极液流道板的内侧放置有铂钽铱电极，在铂钽铱电极开始向内依次放置有对锂截留率大于98%的双极膜，阻碱阳膜、阻酸阴膜为一组的膜组；在极液流道板上分别开设有阳极液进口和阳极液出口，以及阴极液进口和阴极液出口；料液进口和氢氧化锂出口、以及浓酸进口和浓酸出口分别开设于两块夹紧板，与外界连通。由于采用新开发的耐强酸对锂截留率大于98%的双极膜，使装置的整体寿命大幅提高到3年以上、氢氧化锂的收率从原来的95‑98%提高到98%以上、每生产一吨单水氢氧锂转化能耗下降到2000度电以下。

A bipolar membrane device for preparing lithium hydroxide from lithium carbonate

【技术实现步骤摘要】
一种适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置
本专利技术属于膜分离
，具体涉及一种适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置。
技术介绍
生产碳酸锂的主要原料是盐湖卤水（矿石法由于成本高在全球产能很小），因此规模化生产碳酸锂的企业必须拥有锂资源储量较为丰富的盐湖资源开采权，这使得该行业具备较高的资源壁垒；另一方面，由于全球盐湖绝大多数资源都是高镁低锂型，而从高镁低锂老卤中提纯分离碳酸锂的工艺技术难度很大，之前这些技术仅掌握在少数国外公司手中，这使得碳酸锂行业又具备了技术壁垒。因此，造就了碳酸锂行业的全球寡头垄断格局。目前全球碳酸锂市场集中度非常高。在我国的几个大型项目投产前，全球主要产能集中在SQM、FMC、和Chemetall三家手中；资料显示，碳酸锂产品虽然存在一定的资源和技术壁垒，但我国具备可开采价值的盐湖还是不少，技术除中信国安、西藏矿业外盐湖集团也面临突破，行业的壁垒正逐渐削弱。双极膜是一种具有特殊功能的离子交换膜，它在电场作用下其中间层发生水解离，产生H+和OH-离子。而双极膜电渗析技术就是将这种特殊功能复合到普通电渗析中，从而可以实现即时酸/碱的生产/再生，或者酸化和/或碱化。该技术可以广泛应用于食品加工、化工合成和环境保护等领域，由于其技术先进性、经济竞争性和环境友好性，双极膜电渗析技术被誉为一种可持续发展技术。将双极膜电渗析技术应用于传统有机酸或有机碱的生产/再生过程中，不仅可以实现有机酸盐或有机碱盐的转化，而且产生的NaOH或HCl可以回用于生成过程中。目前国外的双极膜技术在几年前就进行了工业化应用，并针对不同应用领域开发了一系列的双极膜产品。以德国与日本为代表的国外制膜技术属于第三代技术，而制膜设备及支撑布的生产是以德国、日本、瑞士为最先进。以德国为代表的欧洲国家，双极膜技术的产业化程度较高。而日本主要是均相膜电渗析膜、氯碱膜的产业化程度较高。目前双极膜的应用主要是欧洲国家，主要应用为烟道气脱硫、天然气脱硫、甲醇钠制备、HF与HNO3的回收、甲磺酸制备、二甲基异丙胺再生、氨基酸制备、医药中间体制备等高端领域的应用。而对于葡萄糖酸、乳酸、酒石酸等普通有机酸的制备应用较少，这些产品他们主要是从中国等发展中国家进口，其成本比较他们自己用双极膜生产更便宜。近几年来，以均相膜为代表的电膜技术在国内外开始活跃，应用领域日益扩大，特别在节能减排、资源回收领域发挥反渗透与蒸发法无可取代的地位。目前以中国科技大学的徐铜文教授为代表的研究队伍，发展了多项国际领先的均相膜、双极膜、扩散渗析膜的制膜理论与方法。水处理中心在八十年代起就开始研究双极膜技术，只是在九十年代后几乎处于停顿状态。另外，目前有多个大学与科研院所都对均相膜、双极膜进行了研究。采用双极膜法制备氢氧化锂也有众多人进行研究，如中国专利技术专利CN201510526884公开了双极膜法从溶液中回收氢氧化锂工艺；中国专利技术专利CN201610782830公开了利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂溶液的电渗析装置；中国专利技术专利CN201610794516公开了利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂和碳酸锂的方法；中国专利技术专利CN201680025927公开了氢氧化锂和碳酸锂的制备方法及其装置；中国专利技术专利CN201680027677公开了氢氧化锂和碳酸锂的制备方法；中国专利技术专利CN201710972445公开了一种基于膜分离耦合法的电池级氢氧化锂制备方法等。以上双极膜法制备氢氧化锂都没有解决双极膜产生的稀酸的去向问题，以及稀硫酸中锂的流失率高的问题也没解决。而中国专利技术专利CN201410124047公开了一种由盐湖卤水提取氢氧化锂的方法：首先通过加入碳酸钠除去盐湖卤水中的钙镁离子；得到的低镁锂比卤水通过普通电渗析浓缩后得到浓缩卤水；向浓缩卤水中加入碳酸钠再次除钙镁离子；之后通过多步结晶法加入碳酸钠得到碳酸锂；将碳酸锂再溶后通过电解-双极膜电渗析系统制备氢氧化锂。以及中国专利技术专利CN201410124102公开了一种由碳酸锂生产氢氧化锂的电解-双极膜电渗析系统及其生产方法：包括由一侧至另一侧依序排布的第一碱室、第一料液室、第二碱室、第二料液室及阳极室构成的电解-双极膜电渗析膜堆；各腔室依次通过阳离子交换膜、双极膜、阳离子交换膜及双极膜间隔。这几个专利虽然采用了以碳酸锂为原料进行双极膜制备氢氧化锂，但由于碳酸锂的溶解度太小（不到1.5%），造成了双极膜过程的能耗太大，电流太小，膜面积过多造成投资太大。以上这些缺点都使该这些专利很难正常工业化应用。我们针对以上现状，在前人研究的基础上，针对碳酸锂、硫酸锂、双极膜法制备氢氧化锂的特殊要求，进行了系列研究与开发，经过多方面试验研究，终于开发了以碳酸锂为原料，采用稀硫酸为内循环载体物质的双极膜制备氢氧化锂的制备工艺与装置，并开发出了具有对锂有高截留率的双极膜，并形成双极膜+阳膜+阴膜的三隔室双极膜装置。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是开发一种以碳酸锂为原料采用双极膜法制备氢氧化锂的双极膜装置。本专利技术的目的还在于提供一种可以进行经济、环保的双极膜法制备氢氧化锂的运行参数。本专利技术通过下述技术方案得以实现的：一种适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，包括：阳极液进口，阴极接线柱、阳极液出口、阴极液出口；其特征在于，在靠近夹紧板内侧放置有极液流道板，在极液流道板的内侧放置有铂钽铱电极，在铂钽铱电极开始向内依次放置有对锂截留率大于98%的双极膜，阻碱阳膜、阻酸阴膜为一组的膜组；在极液流道板上分别开设有阳极液进口和阳极液出口，以及阴极液进口和阴极液出口；料液进口和氢氧化锂出口、以及浓酸进口和浓酸出口分别开设于两块夹紧板，与外界连通。所述的阻碱阳膜是采用ASTOM公司生产的CMB阳膜。所述的阻酸阴膜是采用ASTOM公司生产的AHA阴膜。所述的夹紧板通过紧固螺栓夹紧。所述的夹紧板上分别连接有阳极接线柱和阴极接线柱。作为优选，上述一种制备氢氧化锂的双极膜装置中极液流道板之间放置有多组膜组，能够节省能耗与材料成本。作为优选，上述一种制备氢氧化锂的双极膜装置中对锂截留率大于98%的双极膜的厚度为0.1-0.35毫米。双极膜的厚度是影响能耗与截留率的主要因素之一。作为优选，上述一种制备氢氧化锂的双极膜装置中对锂截留率大于98%的双极膜控制膜电阻为5-8Ω/cm2，交联度为70-90%，膜厚度为0.15-0.25mm，以提升装置的能耗与截留率。作为优选，本专利技术所述的对锂截留率大于98%的双极膜是通过以下方法制备获得。原材料包括：厚度为0.1-0.15毫米的聚乙烯、聚丁二烯、石墨烯；所述的制备过程是：（A）底膜原料准备聚乙烯、聚丁二烯、石墨烯按照质量比例为100：5-50：1-10备料；（B）制备底膜在聚乙烯、聚丁二烯中掺入石墨烯制备得到底膜；（C）制备双极膜采用含浸法，将底膜的阳面层采用冰乙酸进行羧基化，底膜的阴面采用氯乙醚进行氯乙基化，然后再用间苯二胺进行季胺化，得到对锂截留率大于98%的双极膜；所述的对锂截留率大于98%的双极膜的指标包括：对锂截留率大于98%、控制膜电阻为5-8Ω/cm2，交联度为70-90%，膜厚度为0.15-0.25mm。使用本专利技术的双极膜，使双极膜法制备氢氧化锂的电流效率、氢氧化锂的浓度与纯度大幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，包括：阳极液进口（1），阴极接线柱（13）、阳极液出口（16）、阴极液出口（17）；其特征在于，在靠近夹紧板（10）内侧放置有极液流道板（8），在极液流道板（8）的内侧放置有铂钽铱电极（15），在铂钽铱电极（15）开始向内依次放置有对锂截留率大于98%的双极膜（2），阻碱阳膜、阻酸阴膜为一组的膜组；在极液流道板（8）上分别开设有阳极液进口（1）和阳极液出口（16），以及阴极液进口（5）和阴极液出口（17）；料液进口（7）和氢氧化锂出口（11）、以及浓酸进口（14）和浓酸出口（12）分别开设于两块夹紧板（10），与外界连通。

【技术特征摘要】
1.一种适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，包括：阳极液进口（1），阴极接线柱（13）、阳极液出口（16）、阴极液出口（17）；其特征在于，在靠近夹紧板（10）内侧放置有极液流道板（8），在极液流道板（8）的内侧放置有铂钽铱电极（15），在铂钽铱电极（15）开始向内依次放置有对锂截留率大于98%的双极膜（2），阻碱阳膜、阻酸阴膜为一组的膜组；在极液流道板（8）上分别开设有阳极液进口（1）和阳极液出口（16），以及阴极液进口（5）和阴极液出口（17）；料液进口（7）和氢氧化锂出口（11）、以及浓酸进口（14）和浓酸出口（12）分别开设于两块夹紧板（10），与外界连通。2.如权利要求1所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述的夹紧板（10）通过紧固螺栓（6）夹紧。3.如权利要求1所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述的夹紧板（10）上分别连接有阳极接线柱（9）和阴极接线柱（13）。4.如权利要求1所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述极液流道板（8）之间放置有多组膜组。5.如权利要求1所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述对锂高截留率大于98%的双极膜的厚度为0.1-0.35毫米。6.如权利要求1所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述对锂高截留率大于98%的双极膜的控制膜电阻为5-8Ω/cm2，交联度为70-90%，膜厚度为0.15-0.25mm。7.如权利要求1-6中任一项所述的适用于以碳酸锂为原料制备氢氧化锂的双极膜装置，其特征在于：所述对锂高截留率大于98%的双极膜的是通过以下方法制备获得，原材料包括：厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：易家祥，刘爱兵，陈昌明，
申请(专利权)人：宜宾丽博生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51