羅布泊鹽湖鹵水中鋰吸附率的提高

賈文婷，郭梁輝

羅布泊鹽湖鹵水中鋰吸附率的提高

賈文婷1，郭梁輝2

（1. 國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司 質(zhì)量檢驗(yàn)部，新疆 哈密 839000； 2. 新疆工程學(xué)院 安全工程系，新疆 烏魯木齊 830091）

針對(duì)羅布泊鹽湖生產(chǎn)鋰存在吸附效率低的問(wèn)題，利用頭腦風(fēng)暴法，找出可能影響鋰吸附效率的因素。在查找相關(guān)資料和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定影響鋰吸附率的主要因素，針對(duì)每個(gè)要因提出合理可行的措施。加裝了流量計(jì)，調(diào)整采樣點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)布置吸附柱管路，實(shí)施這些控制措施后，通過(guò)檢測(cè)得出鋰吸附率均值達(dá)到82.36%，符合工藝要求。

鹽湖；鋰；吸附率；吸附柱

羅布泊鹽湖是我國(guó)迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大含鉀硫酸鎂亞型鹵水礦床，初步查明全區(qū)硫酸鉀給水度資源量約2.08億t，同時(shí)鹽湖鹵水中伴生有豐富的鎂、鋰、硼等元素，開(kāi)發(fā)潛力巨大。目前,公司已在羅布泊建成174.6 km2的鹽田，形成了年產(chǎn)130萬(wàn)t農(nóng)業(yè)用硫酸鉀的生產(chǎn)能力，成為世界上最大的硫酸鉀生產(chǎn)企業(yè)。隨著公司年產(chǎn)120萬(wàn)t鉀肥項(xiàng)目的投產(chǎn)，原料系統(tǒng)每年將產(chǎn)生155萬(wàn)t老鹵，折合含有氯化鋰約2 000 t。如果將老鹵作為廢液直接排回鹽湖，既破壞了鹽湖的資源結(jié)構(gòu)，又造成了資源的巨大浪費(fèi)，嚴(yán)重影響了羅布泊鹽湖資源的可持續(xù)利用。鋰資源被譽(yù)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)領(lǐng)域的“戰(zhàn)略資源”[1]，在能源領(lǐng)域[2]和航空領(lǐng)域[3]等方面也存在著較大的應(yīng)用前景。鹽湖提鋰已成為鉀鹽生產(chǎn)的主攻方向[4,5]，目前公司在提取鋰離子上存在吸附率低的問(wèn)題，為解決這個(gè)問(wèn)題，在相關(guān)技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)如何提高鹽湖鹵水中鋰吸附率進(jìn)行研究分析，找出影響鋰吸附率的因素，提出針對(duì)性措施，最終達(dá)到提高企業(yè)效益的目的。

1 鹽湖鹵水中鋰的提取

1.1 鹽湖鹵水提取鋰的工序

解決鋰資源的高效分離提取技術(shù)，是開(kāi)發(fā)我國(guó)鹽湖鋰資源的關(guān)鍵問(wèn)題[6,7]。目前，鹽湖鹵水除鎂提鋰的方法有沉淀法、煅燒?取法、離子交換法、溶劑萃取法等[8]。從羅布泊鹽湖鹵水中提取鋰的流程見(jiàn)圖1所示，一級(jí)鹽田鹵水中主要含氯化鈉，二級(jí)鹽田鹵水主要含硫酸鎂，三級(jí)鹽田主要含鉀混鹽，四級(jí)鹽田主要含光鹵石，三級(jí)鹽田的鉀混鹽與四級(jí)鹽田的光鹵石進(jìn)行反應(yīng)生成硫酸鉀。將廢棄的鹵水也就是硼鎂鋰?yán)消u打入離子篩柱吸附，鹽酸洗脫后得到氯化鋰溶液，經(jīng)轉(zhuǎn)化后與碳酸鈉反應(yīng)得到碳酸鋰。

圖1 鹽湖鹵水中鋰提取流程圖

1.2 碳酸鋰的用途

碳酸鋰為白色粉末狀[9]，是鋰工業(yè)中最基本一種原材料。碳酸鋰在多種領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，目前全球最具潛力的可充電電池是鋰離子電池[10]，在煉鋁業(yè)、陶瓷業(yè)、玻璃業(yè)、醫(yī)藥業(yè)[11]、電子業(yè)等有著廣泛的應(yīng)用。

1.3 羅布泊鹽湖鋰吸附率低

通過(guò)對(duì)羅布泊鹽湖鹵水提取鋰生產(chǎn)線長(zhǎng)達(dá)一周的檢測(cè)，得出鋰的吸附率平均值為67%，低于同行業(yè)鋰的吸附率，造成了較大的資源浪費(fèi)，與工藝要求差距較大。按照生產(chǎn)工藝要求，鋰的吸附率要達(dá)到80%以上。

2 確定影響鋰吸附率的因素

2.1 碳酸鋰生產(chǎn)成本主要影響因素

除了生產(chǎn)工藝外,鹽湖鹵水提鋰的各種工藝中影響碳酸鋰成本的最主要因素有兩個(gè):鹽湖中鋰含量的高低, 一般來(lái)講鹽湖鋰含量越高成本越低;鹽湖中鎂鋰比,一般鎂鋰比越小越好。羅布泊鹽湖鹵水中Li的含量為240~280 mg/L，鎂鋰比很高，超過(guò)400∶1。這兩個(gè)因素是自然因素，影響著鋰的回收，不可改變，要改變鋰的吸附率現(xiàn)狀就要從其他因素進(jìn)行研究分析。

2.2 鋰吸附影響因素分析

通過(guò)頭腦風(fēng)暴法，集思廣益，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”六個(gè)方面對(duì)目標(biāo)進(jìn)行討論分析，整理出影響鋰吸附率的因素關(guān)系圖（見(jiàn)圖2）。

由圖2可以看出影響鋰吸附率的末端因素共有9個(gè)，分別是老鹵鋰離子濃度低；無(wú)流量計(jì)量裝置；無(wú)流量控制裝置；無(wú)控溫相關(guān)設(shè)備；操作不規(guī)范；取樣點(diǎn)設(shè)置不合適；檢測(cè)不規(guī)范；檢測(cè)設(shè)備/校準(zhǔn)未檢定；管道設(shè)計(jì)不合理。這9個(gè)末端因素是否是要因需要進(jìn)行一一確認(rèn)，最終找出所有要因，針對(duì)要因提出相應(yīng)控制措施，以提高鋰的吸附率。

圖2 影響鋰吸附率的因素關(guān)系圖

2.3 確定影響鋰吸附率的要因

如表1所示，隨機(jī)抽取某一段時(shí)間內(nèi)6個(gè)批次的老鹵，對(duì)其初始鋰離子含量測(cè)定，測(cè)得鹵水鋰初始濃度在230~250 mg/L之間，均大于200 mg/L，平均濃度在239 mg/L，符合確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)?？梢源_定老鹵離子濃度不低，符合要求。

表1 老鹵鹵水初始鋰離子含量

調(diào)查選取7 d的流量數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2），發(fā)現(xiàn)流量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，低流量的時(shí)候在5.4m3/h，高流量時(shí)能達(dá)到7.5 m3/h，流量波動(dòng)幅度超過(guò)35%，表明流量非常不穩(wěn)定。通過(guò)分析，找出的原因是現(xiàn)場(chǎng)無(wú)流量表，無(wú)準(zhǔn)確的流量計(jì)數(shù)裝置，不能實(shí)時(shí)監(jiān)控流量數(shù)據(jù)，導(dǎo)致控制流量不易，數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍大。因此確定無(wú)流量計(jì)量裝置為要因。

表2 管道鹵水流量

現(xiàn)場(chǎng)室內(nèi)和室外都有流量控制閥?，F(xiàn)場(chǎng)鹵水罐中已安裝調(diào)節(jié)老鹵溫度的熱水盤管和冷水盤管，不存在鹵水溫度低、鹵水粘度大的問(wèn)題。由專人在接料口接料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，均大于28 ℃?，F(xiàn)有8名操作人員，本崗位工作年限均在2年以上，實(shí)驗(yàn)人員理論成績(jī)和實(shí)操成績(jī)考核優(yōu)秀率100%，故操作不規(guī)范并非要因。

以往取樣檢查老鹵鋰濃度，是從儲(chǔ)罐底部的取樣口取樣（見(jiàn)圖3）。通過(guò)查《液體化工產(chǎn)品采樣通則》GB/T 6680-2003，發(fā)現(xiàn)取樣點(diǎn)設(shè)置不合理，從底部取樣不能代表整個(gè)罐體的樣品濃度。標(biāo)準(zhǔn)表明罐體中液體濃度分布不均勻，一般來(lái)說(shuō)，底部液體濃度與實(shí)際濃度相比偏高。確定取樣點(diǎn)設(shè)置不合理是要因。

圖3 儲(chǔ)罐取樣口

實(shí)驗(yàn)前均對(duì)操作儀器調(diào)零校準(zhǔn)，8名操作人員均取得了高級(jí)化驗(yàn)員職業(yè)鑒定證書，所以檢測(cè)不規(guī)范不構(gòu)成要因。相關(guān)儀器的校準(zhǔn)有相應(yīng)的檢定證書，并且配置的電子天平精度為0.000 1，原子吸收分光光度計(jì)波長(zhǎng)精度：全波段≤±0.1 nm ，均達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。并且對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行了培訓(xùn)。因此檢測(cè)設(shè)備/校準(zhǔn)未檢定并非要因。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的兩個(gè)吸附柱柱壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如表3所示，從7組數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)吸附柱的柱壓常在0.07~0.27 MPa之間波動(dòng)，壓力大使得吸附柱管道接口漏液，易污損實(shí)驗(yàn)設(shè)備和造成觸電事故。實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)吸附柱采用串聯(lián)的方式，使得柱1柱壓超過(guò)0.1 MPa，柱2柱壓未超0.1 MPa。由此確定管道設(shè)計(jì)不合理是要因。

表3 管道串聯(lián)時(shí)吸附柱壓力

通過(guò)資料分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法進(jìn)行逐一確定影響鋰吸附率的因素，最終確定了3個(gè)主要因素：即無(wú)流量計(jì)量裝置、取樣點(diǎn)設(shè)置不合理、管道設(shè)計(jì)不合理。

3 控制措施

3.1 加裝流量表

表4 管道鹵水流量

對(duì)于確定的要因，分別提出相應(yīng)的目標(biāo)、對(duì)策和具體措施。通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)安裝流量表，專人監(jiān)控，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)告給流量控制閥處員工及時(shí)調(diào)控。隨機(jī)選取某個(gè)時(shí)間段7個(gè)批次的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)流量波動(dòng)趨于平緩（見(jiàn)表4），對(duì)策措施有效。

3.2 調(diào)整采樣點(diǎn)

將老鹵打入儲(chǔ)存罐之前測(cè)得的老鹵初始鋰濃度平均為239 mg/L。將老鹵打入儲(chǔ)存罐后，在下端采樣的吸附數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)，吸附前鹵水鋰濃度在平均為292 mg/L。改變采樣位置后，采樣點(diǎn)設(shè)置在吸附柱進(jìn)料口。通過(guò)動(dòng)態(tài)的取樣方式，每隔30 min取樣一次（一個(gè)吸附循環(huán)共9次），可以完整、全面的反應(yīng)整個(gè)吸附工序鋰濃度的變化，符合國(guó)家取樣標(biāo)準(zhǔn)，采樣具代表性，數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性。經(jīng)測(cè)得的老鹵初始鋰濃度平均為239 mg/L，與老鹵打入儲(chǔ)存罐之前測(cè)得數(shù)據(jù)相符。

3.3 改變管道連接方式

之前兩個(gè)吸附柱采用串聯(lián)的方式，使得第一個(gè)吸附柱的壓力過(guò)大。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，結(jié)合各管道專業(yè)施工圖紙，遵循保證質(zhì)量、易于操作、易于檢修的原則，經(jīng)反復(fù)排列，確定最佳方案。聯(lián)合技術(shù)專家進(jìn)行了管道排列二次設(shè)計(jì)，最終確定把兩個(gè)吸附柱的連接方式由串聯(lián)改為并聯(lián)（見(jiàn)圖4），并在吸附柱上安裝減壓排氣管。

圖4 吸附柱串聯(lián)改為并聯(lián)圖

改裝前后壓力對(duì)比發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)表5），改裝后吸附柱1和吸附柱2的壓力均小于0.1 MPa。吸附管道漏夜問(wèn)題解決了，符合對(duì)策目標(biāo)。

4 鋰吸附率提高效果

對(duì)策實(shí)施完成后，隨機(jī)選取7個(gè)批次的鹵水進(jìn)行分析，由表6可以看出鋰吸附率最低為80.69%，最高為84.06%，均＞80%，其均值已達(dá)到82.36%。原來(lái)鋰吸附率均值為67%，現(xiàn)通過(guò)采取控制措施，鋰的吸附率提高了15.36%，效果非常明顯。

表5 管道并聯(lián)時(shí)吸附柱壓力

表6 采取措施后鋰吸附率

5 結(jié)論

（1）通過(guò)排查確定影響鋰回收率的三個(gè)主要因素為無(wú)流量計(jì)量裝置、取樣點(diǎn)設(shè)置不合理、管道設(shè)計(jì)不合理。

（2）針對(duì)三個(gè)主要原因分別提出相應(yīng)的對(duì)策措施，加裝流量計(jì)，采樣點(diǎn)設(shè)置在吸附柱進(jìn)料口，將吸附柱的連接方式由串聯(lián)改為并聯(lián)。

（3）實(shí)施控制措施后，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)出鋰吸附率均值達(dá)到82.36%，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，說(shuō)明控制措施有效。

通過(guò)對(duì)鹽湖鹵水中鋰吸附率提高的研究，發(fā)現(xiàn)影響鋰吸附率的主要因素，提出并實(shí)施控制措施，實(shí)現(xiàn)了鋰吸附率提高的目標(biāo)。為企業(yè)提高了生產(chǎn)效率，減少了資源浪費(fèi)。

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How to Enhance Lithium Adsorption Rate of Bittern From Luobupo Saline Lake

JIA Wen-ting1, GUO Liang-hui2

（1. SDIC Xinjiang Luobupo Hoevellite Co, Ltd., Xinjiang Hami 839000, China； 2. Xinjiang Institute of Engineering,Xinjiang Urumchi830091, China）

According to the problem of low adsorption efficiency in production of lithium from Luobupo saline lakebittern, the brainstorming method was used to find out the factors affecting the adsorption efficiency. On the basis of seeking relevant information and tests, the main factors influencing the adsorption of lithium were determined, reasonable and feasible measures were put forward, such as installing the flow meter, adjusting the sampling point, redesigning the layout of adsorption column pipeline and so on. After adopting these control measures, average lithium adsorption rate reached 82.36%, which accorded with the process requirements.

Saline lake; Lithium;Adsorption efficiency; Adsorption column

TQ 028

A

1671-0460（2017）12-2477-04

2017-03-27

賈文婷（1989-），女，新疆哈密市人，助理工程師，2012年畢業(yè)于石河子大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)，研究方向：從事化工管理工作。E-mail：405437072@qq.com。

郭梁輝（1986-），男，講師，碩士，研究方向：礦山安全。E-mail：15739510063@139.com。