Способ получения моногидрата гидроксида лития из рассолов и установка для его осуществления - RU2016103702A

1. Способ получения моногидрата гидроксида лития высокой степени чистоты из природных литийсодержащих рассолов, включающий: получение первичного литиевого концентрата; очистку литиевого концентрата от примесей кальция и магния; концентрирование очищенного раствора хлорида лития; электрохимическую конверсию раствора хлорида лития в раствор гидроксида лития мембранным электролизом; упаривание раствора гидрокисида лития и кристаллизацию моногидрата гидрокисида лития; утилизацию лития из маточного раствора операции кристаллизации LiOH⋅H₂O; улавливание и утилизацию анодного хлора, отличающийся тем, что: первичный литиевый концентрат, содержащий LiCl на уровне 4-6 кг/м, полученный в колоннах с неподвижным слоем сорбента, вначале подвергают обратноосмотическому концентрированию с получением потока деминерализованной воды и потока обратноосмотического солевого раствора с общей минерализацией 50-60 кг/м³; затем полученный обратноосмотический солевой раствор очищают от кальция и магния переводом их в нерастворимые соединения с использованием в качестве реагентов гидроксида лития и углекислого газа и отделением образующейся твердой фазы от раствора хлорида лития с концентрацией 45-55 кг/м³ фильтрацией; полученный в результате очистки от кальция и магния раствор хлорида лития после подкисления соляной кислотой до значения рН=6,0-6,5 подвергают электродиализному концентрированию при плотности тока 210-220 А/м² с получением потока диализата с содержанием LiCl на уровне 10-14 кг/м³ и потока электродиализного литиевого концентрата с содержанием LiCl 190-205 кг/м³; поток диализата смешивают с потоком поступающего на операцию обратноосмотического концентрирования первичного литиевого концентрата; поток электродиализного литиевого концентрата глубоко очищают от остаточного количества кальция и магния на ионите Lewatit-208-TR в Li-форме с последующей двух стадийной регенерацией отработанного ионита вначале обработкой 2,0N раствором соляной кислоты, затем обработкой 2,0N раствором гидроксида лития; отработанный солянокислый регенерат, содержащий CaCl₂, MgCl₂ и LiCl, направляют на операцию карбонатно-щелочной очистки, смешивая с потоком исходного обратноосмотического концентрата; отработанный гидроксиднолитиевый регенерат доукрепляют до исходной концентрации LiOH добавкой моногидрата гидроксида лития и используют вновь по прямому назначению; прошедший ионообменную очистку электродиализный литиевый концентрат подвергают термическому упариванию до концентрации LiCl 450 кг/м³ с одновременным высаливанием хлоридов натрия и калия; после отделения солей натрия и калия упаренный раствор разбавляют до содержания хлорида лития 350-380 кг/м³ и используют в качестве продуктивного подпиточного раствора в анолит на операции электрохимической конверсии LiCl в LiOH мембранным электролизом; мембранный электролиз проводят при плотности тока 1-4 кА/м² и постоянной концентрации хлорида лития в анолите на уровне 115-125 кг/м³, для чего продуктивный подпиточный раствор хлорида лития подают в циркуляционный анодный контур конверсионной электрохимической системы; поток отработанного анолита подвергают реагентной очистке от сульфат-ионов и объединяют с электродиализным концентратом; содержание LiOH в получаемом на операции электрохимической конверсии растворе гидроксида лития поддерживают в пределах 50-80 кг/м³; выводимый с операции упаривания и кристаллизации LiOH⋅H₂O поток отработанного маточного литийсодержащего щелочного раствора используют в качестве реагента на операции карбонатно-щелочной очистки обратноосмотического литиевого концентрата от кальция и магния; полученные кристаллы LiOH⋅H₂O после отделения от маточного раствора промывают в режиме противотока деминерализованной водой (конденсатом) и сушат под разрежением в замкнутой системе; определенную часть анодного хлора абсорбируют водным раствором карбамида с получением раствора соляной кислоты, используемой для подкисления обратноосмотического концентрата, прошедшего карбонатно-щелочную очистку от Са и Mg и приготовления солянокислого раствора для кислотной регенерации ионита Lewatit-208-TR; избыточное количество хлора улавливают гидроксидом натрия с получением раствора гипохлорита натрия, используемого в качестве товарного продукта или промежуточного продукта для производства гипохлорита кальция при комплексной переработке исходного рассола.

2. Установка для получения моногидрата гидроксида лития высокой степени чистоты из природных литийсодержащих рассолов, включающая: устройство для получения первичного литиевого концентрата, связанное трубопроводами и арматурой с источником природного рассола, приемником маточного рассола; емкостью для сбора первичного литиевого концентрата и источником пресной воды; электролизный агрегат, содержащий мембранный электролизер с источником электропитания; католитный и анолитный баки; циркуляционные католитный и анолитный насосы; католитный и анолитный газоотделители, связанные между собой; выпарной агрегат для упаривания раствора гидроксида лития и выделения кристаллов LiOH⋅H₂O, включающий: выпарной аппарат, кристаллизатор, холодильник-конденсатор сокового пара, центрифугу для отделения кристаллов LiOH⋅H₂O от маточного раствора упаривания, насос для транспортировки фугата; выпарной аппарат для концентрирования очищенного от примесей раствора хлорида лития, емкость для сбора упаренного раствора хлорида лития с насосом для его транспортировки, абсорбер для утилизации анодного хлора путем абсорбции водным раствором, содержащим карбамид, с баком, циркуляционным насосом и вентагрегатом, абсорбер для утилизации избыточного анодного хлора с вентагрегатом, емкость для сбора конденсата, источник греющего пара, источник охлаждающей воды, отличающаяся тем, что установка для реализации способа дополнительно содержит обратноосмотический концентратор-опреснитель, реактор с мешалкой для реагентной очистки обратноосмотического концентрата, фильтр-пресс для отделения осадка и емкость для сбора очищенного обратноосмотического концентрата; электродиализный концентратор для концентрирования очищенного от примесей обратноосмотического концентрата, две ионообменные колонны для глубокой очистки электродиализного концентрата, емкость с раствором соляной кислоты, емкость с раствором гидроксида лития, выпарной аппарат для глубокого упаривания электродиализного концентрата, охлаждаемую емкость с мешалкой для кристаллизации выпавших солей NaCl и KCl и фильтр для их отделения, смеситель для приготовления подпиточного раствора в анолит для электрохимической конверсии хлорида в гидроксид лития: шнековый противоточный промыватель кристаллов LiOH⋅H₂O; вакуумную сушилку и фасовочную машину для моногидрата гидроксида лития, абсорбер для абсорбции хлора гидроксидом натрия и емкость для сбора гипохлорита натрия; при этом аппараты в составе установки, соединенные между собой трубопроводами, газоходами и арматурой в последовательности, обеспечивающей возможность ее непрерывной работы, а именно: обратноосмотический концентратор-опреснитель связан патрубком подачи питающего раствора через насос с баком приема и подачи первичного литиевого концентрата, патрубком вывода обратноосмотического литиевого концентрата с реактором для карбонатно-щелочного осаждения кальция и магния, патрубком вывода деминерализованной воды с приемно-расходной емкостью пресной воды; реактор с мешалкой для реагентной очистки обратноосмотического литиевого концентрата соединен через насос с входным патрубком фильтр-пресса, с источником углекислого газа, с патрубками вывода отработанных регенерационных растворов, через насос с баком приема и расхода католита; сборник очищенного от кальция и магния обратноосмотического литиевого концентрата соединен через насос с входным патрубком диализного тракта электродиализного концентратора-опреснителя и с выходным патрубком диализного тракта электродиализного концентратора-опреснителя, баком приема и подачи первичного литиевого концентрата, емкостью для приема и расхода регенерационной соляной кислоты и баком для приема и расхода производимого раствора соляной кислоты; бак приема и расхода электродиализного литиевого концентрата соединен с выходным патрубком концентрационного тракта электродиализного концентратора-опреснителя и через насос с патрубками для входа очищенного потока; ионообменные колонны соединены между собой патрубками для входа очищаемого потока электродиализного литиевого концентрата, патрубками для входа регенерационных растворов, которые через насосы также соединены с емкостью для приема и расхода соляной кислоты и емкостью для приготовления раствора гидроксида лития; патрубками для выхода отработанных регенерационных растворов, которые соединены с реактором для карбонатно-щелочного осаждения кальция и магния и емкостью для приготовления раствора гидроксида лития; патрубками для выхода очищенного электродиализного концентрата, которые, в свою очередь, соединены с емкостью для приема и расхода очищенного электродиализного концентрата; емкость для приготовления раствора гидроксида лития соединена с приемно-расходной емкостью пресной воды и дозатором моногидрата гидроксида лития; охлаждаемая емкость с мешалкой для кристаллизации хлоридов натрия и калия из глубоко очищенного литиевого концентрата соединена с выходным патрубком глубоко упаренного литиевого концентрата выпарного агрегата для упаривания очищенного электродиализного литиевого концентрата и через пульповый насос и друк-фильтр с емкостью для приема и расхода очищенного от кристаллов NaCl и KCl глубоко упаренного литиевого концентрата, которая через насосы и смеситель для приготовления продуктивного подпиточного раствора хлорида лития соединен с емкостью для приема и расхода конденсата операций упаривания и емкостью для приема и расхода продуктивного подпиточного раствора хлорида лития, которая через насос соединена с анолитным баком электролизного агрегата; бак приема и расхода католита соединен через насос с патрубком входа католита выпарного аппарата для упаривания католита, с выходным патрубком католита и газоотделителя катодного тракта, с переливным патрубком кристаллизатора моногидрата гидроксида лития и патрубком выхода фугата из центрифуги для отделения кристаллов моногидрата гидроксида лития от маточного раствора упаренного католита; шнековый противоточный промыватель своим загрузочным бункером посредством транспортера связан с разгрузочным люком центрифуги для отделения кристаллов моногидрата гидроксида лития от маточного раствора, выходным патрубком промывной жидкости соединен через насос с емкостью для приема и расхода конденсата операций упаривания, а выходным патрубком промывной жидкости соединен со сборником промывного раствора, который через насос соединен с баком приема и расхода католита; сушилка вакуумная для сушки кристаллов моногидрата гидроксида лития связана своим загрузочным бункером с разгрузочным устройством шнекового противоточного промывателя кристаллов LiOH⋅Н₂О, своим устройством выгрузки с фасовочной машиной, а своим патрубком для выхода газовой фазы с источником разрежения; реактор для осаждения сульфат-ионов из отработанного потока анолита соединен с патрубком выхода анолита анолитного тракта и баком анолита, а через насос и друк-фильтр с емкостью для приема и расхода очищенного электродиализного литиевого концентрата, а также с источником раствора хлорида бария; выхлоп вентилятора вентагрегата системы утилизации анодного хлора посредством газоходов соединен с атмосферой через сдувочный патрубок для удаления избыточной газовой фазы из очищенного газового потока и напрямую с патрубком входа очищенного от хлора эжектирующего газового потока газовоздушного эжектора, всасывающий патрубок которого соединен с патрубком выхода хлора анодного газоотделителя; выходной патрубок хлоргазовой смеси газовоздушного эжектора посредством газоходов через регулируемые задвижки соединен с патрубком входа в абсорберы очищаемого хлоргазового потока, а выходные патрубки для выхода очищенного от хлора газового потока соединен посредством газоходов с всасом вентилятора, образуя таким образом замкнутый контур циркуляции газового потока эжектирующего хлора из анодного газоотделителя; циркуляционный бак абсорбера для утилизации анодного хлора путем абсорбции водным раствором, содержащим карбамид, соединен с дозатором концентрированного раствора карбамида; бак для приема и расхода производимого раствора соляной кислоты соединен с патрубком входа абсорбента в абсорбер для утилизации анодного хлора путем абсорбции водным раствором, содержащим карбамид, и входным патрубком циркуляционного насоса; циркуляционный бак щелочного абсорбента соединен с приемно-расходной емкостью пресной воды, источником раствора гидроксида натрия, через насос и холодильник с патрубком входа щелочного абсорбента в абсорбер для утилизации избыточного анодного хлора, с патрубком выхода щелочного абсорбента из абсорбера для утилизации избыточного анодного хлора с емкостью товарного раствора гипохлорита натрия.