CWL-M型離心萃取機在沉鋰母液回收鋰中的應用

　　摘 要: 概述了沉鋰母液回收鋰的方法，并介紹了 CWL - M 離心萃取機的工作原理及離心萃取處理沉鋰母液的原理。通過青海某鹽湖企業(yè)沉鋰母液回收鋰的工業(yè)化生產，獲得的高濃度鋰溶液可直接用于制備電池級碳酸鋰產 品，得出新型離心萃取機可在沉鋰母液回收鋰行業(yè)中的推廣應用。

　　關鍵詞: 離心萃取機 ; 溶劑萃取 ; 沉鋰母液 ; 鋰回收

　　由于鋰電池在消費電子以及電動汽車行業(yè)中的應用，使得鋰資源的需求得到了顯著的提升，碳酸鋰( Li2 CO3 ) 是生產正極材料的基礎原材料。根據地質調查局的報告，電池行業(yè)鋰產品的消費占比為39% ，預計 2025 年鋰電池生產過程中鋰需求增加約70% ，鋰資源呈現供不應求的局面。目前鋰原料主要有鋰礦石、鹽湖鹵水和二次鋰資源。碳酸鋰產品 是由凈化后的高濃度硫酸鋰或者氯化鋰溶液經過碳 酸鈉沉淀得到的。由于碳酸鋰具有一定的溶解度， 沉淀后母液中仍含有大量的鋰，同時含有大量鈉以 及殘余的碳酸根離子，溶液呈堿性，鋰在母液中難以 回收。實現沉鋰母液中鋰的高效回收，提高整體工 藝流程中的鋰回收率成為近年來的研究重點。

　　1、沉鋰母液回收鋰的方法

　　目前沉鋰母液回收鋰的方法主要有磷酸鋰法、加酸濃縮法、加酸自循環(huán)和溶劑萃取法。不同回收 方法工藝對比如下: ①磷酸鋰法。優(yōu)點: 回收率較高，其回收率達到 90% ; 缺點: 磷酸鋰價格較低，成本較高，經濟效益不高。②加酸濃縮法。優(yōu)點: 工藝簡單，投入較小，可以得到高純度的氯化鋰溶液; 缺點: 回收率較低，一般為 70% 。生產周期較長。③ 加酸自循環(huán)。優(yōu)點: 可以利用現有工藝，幾乎沒有投入，鋰幾乎沒有損失; 缺點: 流程長、占用現有的生產線，不能增加產量，降低原有的產能。④ 溶劑萃取法。優(yōu)點: 分離效率高、回收率高、能耗低、處理量大; 缺點: 對萃取設備要求高。

　　實現萃取分離效果的關鍵因素是選擇合適的萃取設備，傳統(tǒng)的萃取分離設備主要有混合澄清槽和萃取塔，存在料液存留量大、占地面積大、傳質效率低以及有機相損失大等問題。而 CWL - M 型離心萃取機是新一代的高效快速萃取分離設備，可以快速建立平衡，根據不同的混合體系要求，調整混合與分離的部件，滿足萃取效率高、傳質級效率高以及能耗低的要求。

　　2、新型離心萃取機結構及工作原理

　　離心萃取機是一種通過離心力有效提取和分離液液兩相的設備，可以實現液液兩相傳質、反應、萃取、洗滌、分離等功能。CWL - M 新型離心萃取機采用上懸式單支點結構，無底部機械密封。同時轉鼓上方軸承采用雙極迷宮密封裝置，確保設備內部氣體泄漏。離心萃取機工作時利用電機帶動轉鼓高速轉動，密度不同且互不相溶的兩種液體( 密度大的一相稱為重相，密度小的一相稱為輕相) 按照一定的流比分別從兩個進料口進入轉鼓和殼體之間的混合區(qū)，使兩相快速混合，完成萃取傳質過程?；旌弦涸跍u流盤的作用下進入轉鼓，混合液與轉鼓同步旋轉，在離心力的作用下，密度大的重相在向上流動過程中逐步遠離轉鼓中心而靠向轉鼓壁; 密度小的輕相逐步遠離轉鼓壁而靠向中心，澄清后的兩相液體最終通過各自堰板進入收集室，并由出料管分別引出機外，完成兩相分離過程。

　　3、離心萃取法回收沉鋰母液中鋰的原理

　　沉鋰母液經調 pH 值后與萃取劑在離心機中充分混合，沉鋰母液中的 Li 在萃取過程中以 Li + 形式存在。由于沉鋰母液與萃取劑互不相溶，在離心萃取機中存在兩種液相: 沉鋰母液和萃取劑。通過攪拌，產生很大的相界面，使兩相充分接觸，Li + 被萃取劑選擇性萃取，從含大量 Na + 的沉鋰母液中分離出來，從而達到分離和提純目的。提取過程如下:

　　由于沉鋰母液與萃取劑之間有密度差，在離心力作用下產生分層，從而實現分離的目的。以萃取劑為主，并含有較多的鋰為萃取相，以沉鋰母液為主，并殘有少量鋰為萃余相。反萃則是利用萃取反應的逆過程，采用鹽酸或者硫酸溶液與含有鋰的萃取相進行混合，在離心萃取機內實現混合與分離，得到高濃度的鋰溶液和空白有機相。

　　4、在沉鋰母液回收鋰中的應用

　　根據相關數據可知，年產 1 萬 t 碳酸鋰的生產線每小時產生 15 m3 的沉鋰母液。本試驗所處理的沉鋰母液取自青海某鹽湖企業(yè)，主要成分見表 1。

表 1 沉鋰母液主要成分

　　優(yōu)化后的萃取工藝條件: 采用該萃取體系，萃取段相比( O / A) = 1 ∶ ( 1 ～ 1. 5) ; 經過兩級萃取后，負載有機采用洗酸洗滌，洗滌相比( O / A) = ( 10 ～ 15) ∶1; 最后采用 6 mol / L 鹽酸進行兩級反萃，反萃相比 ( O / A) = ( 15 ～ 20 ) ∶ 1，反萃后有機相循環(huán)使用。高鋰溶液經碳酸鈉沉淀得到碳酸鋰產品。以上萃取 過程沉鋰母液的流量為15 m3 / h ，有機相流量為10 ～ 15 m3 / h，針對該混合通量選用 CWL650 - M 型離心萃取機，設備技術參數見表 2。離心萃取法回收沉鋰母液中鋰的工藝流程如圖 1 所示。

表 2 CWL650 - M 型離心萃取機技術參數

　　沉鋰母液先調節(jié) pH 值，過濾除去部分結晶物，濾液進入離心機萃取段，萃取后的萃余液進入后續(xù)污水處理，含有鋰的萃取相進入洗滌工序進行離心洗滌，然后進入離心反萃，得到的空載有機循環(huán)使用，高鋰母液進入沉鋰工段進行沉鋰。

圖 1 離心萃取法回收沉鋰母液中鋰流程簡圖

　　該工藝生產線于 2021 年 9 月下旬投入使用，處理沉鋰母液 15 ～ 20 m3 / h。目前中試線運行穩(wěn)定， 獲得的高濃度氯化鋰溶液成分含量穩(wěn)定( 如表 3 所示) ，可直接用于生產電池級碳酸鋰。

表 3 高濃度鋰溶液主要成分

　　5、結論

　　目前國內市場碳酸鋰價格高達 50 萬元/ t。采用離心萃取法直接從沉鋰母液中回收鋰，可提高鋰的整體回收率，降低生產成本，解決沉鋰母液回收鋰的難題，使含鋰資源得以綜合開發(fā)利用，從而實現產業(yè)鏈的增長。CWL - M 型離心萃取機應用于沉鋰母液回收鋰，與傳統(tǒng)的混合澄清槽、萃取塔相比，具有萃取效率高，有機挾帶量少，萃取平衡時間短，可實現即開即停、在線清洗，沉鋰母液中鋰回收率較高且雜質金屬分離效果好，適宜工業(yè)化推廣應用。