一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂系统及方法

摘要

本发明公开一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂系统，包括依次连通的制淡水单元及提锂单元，所述制淡水单元，用于制备淡水，并向提锂单元供给淡水；所述制淡水单元包括依次连通的逆流反渗透膜模块及反渗透膜模块，所述逆流反渗透膜模块通过其稀释水出端与反渗透膜模块的进端连通，从而能够在高原且淡水缺乏的环境下进行提锂作业，扩大了盐湖提锂的应用场景；提锂单元中设置依次连通的中高压反渗透膜组件、纳滤膜组件、高压反渗透膜组件及SCRO膜组件，其中高压反渗透膜组件的设置突破了现有反渗透膜组件的局限，并结合逆流反渗透膜膜组，减少浓水体积，降低后续的处理成本。

权利要求

1.一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂系统，其特征在于：其包括依次连通的制淡水单元及提锂单元，其中：所述制淡水单元，用于制备淡水，并向提锂单元供给淡水；

所述制淡水单元包括依次连通的逆流反渗透膜模块及反渗透膜模块，所述逆流反渗透膜模块通过其稀释水出端与反渗透膜模块的进端连通，以制备淡水；

所述逆流反渗透膜模块包括多段逆流反渗透膜组件，所述多段逆流反渗透膜组件的浓水侧并联设置，产水侧串联设置；

所述逆流反渗透膜模块的浓水侧进端及产水侧进端分别导入原卤水，所述产水侧出端为所述稀释水出端；

所述提锂单元包括依次连通的树脂吸附模块、膜浓缩模块、除杂模块及蒸发模块，其中：所述膜浓缩模块包括依次连通的中高压反渗透膜组件、纳滤膜组件、高压反渗透膜组件及SCRO膜组件，高压反渗透膜组件出端排出高压膜产水，再与中高压反渗透膜组件连通，将高压膜产水回流至中高压反渗透模块中，提升锂回收率；

所述纳滤膜组件包括连通的第一段组件及第二段组件，第一段组件为卷式膜组件，第二段组件为DT膜组件；

所述高压反渗透膜组件为STRO膜组件；所述SCRO膜组件的产水侧具有导入原卤水的进口；

所述除杂模块包括依次连通的除硬树脂组件及除硼树脂组件；

原卤水分别向逆流反渗透膜模块的浓水侧及产水侧供水，且供给水量比为5:1 1:1。

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2.根据权利要求1所述的一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂系统，其特征在于：所述逆流反渗透膜模块包括3至10段逆流反渗透膜组件。

3.一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂方法，其特征在于，其利用权利要求1‑2任意一项中所述的一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂系统进行提锂，其包含：步骤1：原卤水利用逆流反渗透膜模块稀释，得稀释水，稀释水经反渗透膜模块过滤，得淡水；

步骤2：淡水注入提锂单元，依次进行吸附、浓缩、除杂及蒸发处理，得高纯度浓水，实现盐湖提锂。

4.根据权利要求3所述的一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂方法，其特征在于：所述步骤2的具体操作步骤如下：

2.1：对原卤水进行吸附处理，再注入淡水后解析处理，得树脂解析液；

2.2：树脂解析液经预浓缩、除杂、高压浓缩及SCRO浓缩处理，得浓水；

2.3：浓水经除杂及蒸发，得高纯度浓水，以提锂。

说明书

一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及盐湖提锂领域，尤其是涉及一种高海拔且缺乏淡水环境的盐湖进行高倍浓缩提锂作业的盐湖提锂系统及方法。

背景技术

[0002] 盐湖提锂工艺大多是采用树脂吸附法、膜法、蒸发法结合，其中，树脂吸附法虽然无法将卤水处理到直接可以化学沉淀的程度，但能够将盐湖卤水的镁锂比从5000:1降低至3～5:1，杂质含量大幅度降低，且锂离子得到了富集达到0.5～1g/L之间，这大大降低了后续处理的难度。此后，通过纳滤、反渗透等膜法对解析液进一步除杂和预浓缩，最后再通过蒸发进一步浓缩解析液将锂浓缩提高至20～25g/L，浓缩液通过沉淀法便可以得到碳酸锂。

[0003] 目前，盐湖提锂工艺存在两个问题：一是能够提锂作业的盐湖位于高原地带，地势偏僻，常用盐湖提锂的膜法及吸附法具有较大局限性，所述膜法及吸附法实施盐湖提锂过程需要大量的淡水稀释和解析，盐湖含盐量过高且现场没有地下水和河水，无法采用反渗透膜组件制取淡水；二是使用的反渗透膜组件往往只能将锂含量浓缩到5～7g/L，盐含量浓缩30～50g/L，显然，经反渗透膜组件后获得较低浓缩倍数，将高倍浓缩的需求通过蒸发工艺实现，致使实施蒸发工艺的蒸发器器处理量较大，投资和运行成本高。

[0004] 因此，如何能够在高原缺乏淡水的环境下，能够低成本作业的实现盐湖提锂是本领域技术人员需要解决的重要技术问题之一。

发明内容

[0005] 为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种高海拔且缺乏淡水环境的盐湖进行高倍浓缩提锂作业的盐湖提锂系统及方法。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0007] 一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂系统，其包括依次连通的制淡水单元及提锂单元，其中：

[0008] 所述制淡水单元，用于制备淡水，并向提锂单元供给淡水；

[0009] 所述制淡水单元包括依次连通的逆流反渗透膜模块及反渗透膜模块，所述逆流反渗透膜模块通过其稀释水出端与反渗透膜模块的进端连通，以制备淡水；

[0010] 所述逆流反渗透膜模块包括多段逆流反渗透膜组件，所述多段逆流反渗透膜组件的浓水侧并联设置，产水侧串联设置。

[0011] 进一步优选的：所述逆流反渗透膜模块的浓水侧进端及产水侧进端分别导入原卤水，所述产水侧出端为所述稀释水出端。

[0012] 进一步优选的：所述逆流反渗透膜模块包括3至10段逆流反渗透膜组件。

[0013] 进一步优选的：所述提锂单元包括依次连通的树脂吸附模块、浓缩模块、除杂模块及蒸发模块，其中：

[0014] 所述浓缩模块包括依次连通的中高压反渗透膜组件、纳滤膜组件、高压反渗透膜组件及SCRO膜组件，高压反渗透膜组件出端排出高压膜产水，再与中高压反渗透膜组件连通，将高压膜产水回流至中高压反渗透模块中，提升锂回收率。

[0015] 进一步优选的：所述纳滤膜组件包括连通的第一段组件及第二段组件，第一段组件为卷式膜组件，第二段组件为DT膜组件。

[0016] 进一步优选的：所述高压反渗透膜组件为STRO膜组件；所述SCRO膜组件的产水侧具有导入原卤水的进口。

[0017] 进一步优选的：所述除杂模块包括依次连通的除硬树脂组件及除硼树脂组件。

[0018] 一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂方法，其利用上述的一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂系统进行提锂，其包含：

[0019] 步骤1：原卤水利用逆流反渗透膜模块稀释，得稀释水，稀释水经反渗透膜模块过滤，得淡水；

[0020] 步骤2：淡水注入提锂单元，依次进行吸附、浓缩、除杂及蒸发处理，得高纯度浓水，实现盐湖提锂。

[0021] 进一步优选的：原卤水分别向逆流反渗透膜模块的浓水侧及产水侧供水，且供给水量比为5:1～1:1。

[0022] 进一步优选的：所述步骤2的具体操作步骤如下：

[0023] 2.1：对原卤水进行吸附处理，再注入淡水后解析处理，得树脂解析液；

[0024] 2.2：树脂解析液经预浓缩、除杂、高压浓缩及SCRO浓缩处理，得浓水；

[0025] 2.3：浓水经除杂及蒸发，得高纯度浓水，以提锂。

[0026] 采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

[0027] 1、本发明在提锂作业前设置了淡水制备工序，从而能够在高原且淡水缺乏的环境下进行提锂作业，扩大了盐湖提锂的应用场景；另，本发明中逆流反渗透膜模块包括多段逆流反渗透膜组件，所述多段逆流反渗透膜组件的浓水侧并联设置，产水侧串联设置，实现多次且连续稀释，以获得稀释水，再经反渗透膜模块过滤，得淡水；

[0028] 2、本发明中提锂单元中设置依次连通的高压反渗透膜组件、纳滤膜组件、高压反渗透膜组件及SCRO膜组件，其中高压反渗透膜组件运行压力可达到120bar，该高压反渗透膜组件设置突破了现有反渗透膜组件的局限，并结合逆流反渗透膜膜组，减少浓水体积，降低后续的处理成本。

附图说明

[0029] 图1是本发明实施例中所述一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂系统的结构图；

[0030] 图2是本发明实施例中所述逆流反渗透膜模块的结构图；

[0031] 图3是本发明实施例中所述一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂方法的框图。

具体实施方式

[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0033] 在本发明中需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“竖直”“水平”“内”“外”等均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示本发明的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

[0034] 实施例

[0035] 如图1所示，一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂系统，其包括依次连通的制淡水单元及提锂单元。

[0036] 所述制淡水单元，用于制备淡水，并向提锂单元供给淡水；

[0037] 如图1所示，所述制淡水单元包括依次连通的逆流反渗透膜模块3及反渗透膜模块6；所述逆流反渗透膜模块3具有浓水侧进端、浓水侧出端及产水侧进端、产水侧出端，浓水侧进端及产水侧进端分别导入原卤水2，原卤水2由盐湖1中抽取，该逆流反渗透膜模块3通过其稀释水出端与反渗透膜模块6的进端连通，以制备淡水8，所述产水侧出端为所述稀释水出端；

[0038] 如图1及图2所示，所述逆流反渗透膜模块3包括多段逆流反渗透膜组件，根据实际盐湖的具体参数设定逆流反渗透膜组件的数量，一般情况下，逆流反渗透膜组件的数量为3‑10段，在本实施例及图2所示，所述逆流反渗透膜组件的数量为3段，且分别为首段逆流反渗透膜组件、二段逆流反渗透膜组件及末段逆流反渗透膜组件；每段逆流反渗透膜组件为中空纤维或者卷式膜组件，耐70bar的运行压力，每段逆流反渗透膜组件具有浓水侧及产水侧，每段逆流反渗透膜组件中浓水侧通过高压泵打入原卤水2，产水侧通过增压泵打进原卤水2，原卤水2中水分子透过逆流反渗透膜组件中逆流反渗透膜从浓水侧到产水侧，从产水侧的稀释水出端排出稀释水5；

[0039] 如图2所示，所述多段逆流反渗透膜组件的浓水侧并联设置，产水侧串联设置，原卤水2分成两部分，一部分原卤水9通过浓水侧进端导入逆流反渗透膜模块3的浓水侧，也就是说原卤水导入至多段逆流反渗透膜组件浓水侧的进端，逆流反渗透膜模块3的浓水侧出端导出逆流反渗透浓水4，也就是说每段逆流反渗透膜组件浓水侧的出端则分别排出每段浓水，并汇集以获得逆流反渗透浓水；另一部分原卤水10通过产水侧进端导入逆流反渗透膜模块3的产水侧，也就是说原卤水10导入多段逆流反渗透膜组件的产水侧，因多段逆流反渗透膜组件的产水侧串联连通，多次且连续稀释，从逆流反渗透膜模块3的产水侧出端排出稀释水5，并导入至反渗透膜模块6，得淡水8；所述一部分原卤水9与另一部分原卤水10的水量比为5:1～1:1；

[0040] 如图2所示，在本实施例中：首段逆流反渗透膜组件、二段逆流反渗透膜组件及末段逆流反渗透膜组件的浓水侧进端分别导入一部分原卤水9，首段逆流反渗透膜组件、二段逆流反渗透膜组件及末段逆流反渗透膜组件的浓水侧出端分别排出每段浓水，汇集而成逆流反渗透浓水4；首段逆流反渗透膜组件产水侧进端导入另一部分原卤水10，其出端排出首段产水，首段产水进入二段逆流反渗透膜组件产水侧进端，其出端排出二段产水，二段产水末段逆流反渗透膜组件产水侧进端，其出端排出稀释水5。

[0041] 由于原卤水2含盐量较高且含有结垢因子(结垢因子包含硫酸根、钙离子)；逆流反渗透膜模块3采用多段逆流反渗透膜组件的浓水侧并联设置结构，其不会连续浓缩，避免逆流反渗透膜的严重污染，从而确保的浓缩效率。

[0042] 上述逆流反渗透膜模块3运行压力为70bar，逆流反渗透膜模块3的产水侧增压泵运行压力为10～15bar。

[0043] 如图1所示，所述提锂单元包括依次连通的树脂吸附模块11、浓缩模块、除杂模块及蒸发模块28。

[0044] 如图1所示，所述树脂吸附模块11的进端通入淡水8，其出端排出树脂解析液12；

[0045] 所述浓缩模块包括依次连通的中高压反渗透膜组件13、纳滤膜组件16、高压反渗透膜组件19及SCRO膜组件22；需要注意的是：高压反渗透膜组件19出端排出高压膜产水，再与中高压反渗透膜组件连通，将高压膜产水回流至中高压反渗透模块11中，提升锂回收率；回流混合浓缩后的循环浓水21经所述SCRO膜组件22进一步浓缩处理；具体的说：高压反渗透膜组件19所排出的高压膜产水20与树脂解析液12混合并导流至中高压反渗透膜组件13浓缩6～8倍，而后依次经纳滤膜组件16、高压反渗透膜组件19处理，高压反渗透膜组件19所排出循环浓水21再导入SCRO膜组件22，实现进一步浓缩。

[0046] 所述纳滤膜组件13包括连通的第一段组件及第二段组件，第一段组件为卷式膜组件，第二段组件为DT膜组件；具体的说：所述第一段组件针对中高压反渗透膜组件11排出的预浓水12；中高压反渗透产水14或反渗透产水8与第一段纳滤浓水混合后导入第二段组件内，此过程简称为透析，此部分透析比为1：1～1:3，所述透析的主要作用是增加纳滤膜组件13对锂离子的回收率；第二段组件采用DT膜组件，其更耐污染，从而提升使用寿命。

[0047] 所述高压反渗透膜组件19为120bar的STRO膜组件，所述STRO膜组件耐压程度大且更耐污染。

[0048] 所述SCRO膜组件22的产水侧导入原卤水2，以降低SCRO膜组件22中SCRO膜两侧渗透压差，所述SCRO膜组件22的浓水出端与除杂模组连通，其产水出端与制淡水单元的反渗透膜模块6的进端连通，以制备淡水；具体的说：原卤水2导入至SCRO膜组件22的产水侧，经SCRO膜组件22处理的产水29导入至反渗透膜模块6内，进行淡水8的制备。

[0049] 所述除杂模块，用于SCRO膜组件22的浓水23进行除硬及除硼处理，其包括依次连通的除硬树脂组件24及除硼树脂组件26，具体的说：所述除硬树脂组件24出端与除硼树脂组件26的进端连通，所述除硼树脂组件26的出端与蒸发模块28的进端连通。

[0050] 所述蒸发模块28，用于除杂模块的产水27进行蒸发提浓处理，达到提锂目的。

[0051] 如图3所示，一种用于缺乏淡水环境的盐湖提锂方法，其包含：

[0052] 步骤1：原卤水2利用逆流反渗透膜模块3稀释，得稀释水5，稀释水5利用反渗透膜模块6过滤后，得淡水8；

[0053] 步骤2：淡水8注入提锂单元，依次进行吸附、浓缩、除杂及蒸发处理，得高纯度浓水，实现盐湖提锂。

[0054] 结合图1至图3所示，所述步骤1中，所述原卤水2中盐分含量为100g/L～300g/L，将原卤水2分两部分，一部分通过增压泵打进逆流反渗透膜模块3的浓水侧，另一部分通过高压泵打进逆流反渗透膜模块3的产水侧，水分子透过逆流反渗透膜模块中逆流反渗透膜从浓水侧到产水侧，将产水侧的盐水稀释，而获得稀释水5，逆流反渗透膜模块3产生逆流反渗透浓水4，将逆流反渗透浓水4外排至盐湖的太阳池进行提钾、提钠作业；反渗透膜模块的运行压力约为70bar，逆流反渗透膜模块和反渗透膜模块串联，并采用同一高压泵；

[0055] 另，稀释水5经反渗透膜模块6过滤，得淡水8，同时还得过滤浓水7，所述过滤浓水7回流至盐湖。

[0056] 需要注意的是：在步骤1中，稀释水5的制备是上述多段逆流反渗透膜组件中产水侧串联，实现多次且连续的稀释，获得稀释水5，且稀释水5含盐量小于35g/L。

[0057] 结合图1至图3所示，所述步骤2的具体操作步骤如下：

[0058] 2.1：对原卤水2进行吸附处理，再注入淡水8后解析处理，得树脂解析12；具体的说：树脂吸附模块11先通入原卤水2，对原卤水2进行吸附处理，再通入淡水8解析得到树脂解析液12，该树脂解析液12中锂含量0.3～0.5g/L，盐含量3～8g/L，钙含量0～150mg/L，镁含量0～600mg/L，硫酸根含量0～200mg/L；

[0059] 2.2：树脂解析液12经预浓缩、除杂、循环浓缩及高压浓缩处理，得浓水23；具体的说：树脂解析液12依次经过中高压反渗透膜组件13进行预浓缩，得预浓水15；预浓水15经纳滤膜组件13除杂，得纳滤产水18；纳滤产水18经高压反渗透膜组件19处理，得高压膜产水20，高压膜产水20与树脂解析液12混合后，回流至与中高压反渗透膜组件13并经纳滤膜组件16后，再导入高压反渗透膜组件19，得循环浓水21；循环浓水21经SCRO膜组件22浓缩，得浓水23；所述中高压反渗透膜组件13对锂离子的截留率为98％以上，经中高压反渗透膜组件13.所得预浓水15的盐含量40～50g/L，锂含量达到3～5g/L；另，经纳滤膜组件16除杂后的纳滤产水18中钙镁含量均小于20mg/L，并提高对锂离子回收率达99％以上；再，经循环浓缩的循环浓水21中锂含量浓缩到10.5g/L以上，盐含量80g/L～100g/L；最后，经SCRO膜组件
22浓缩后的浓水23中锂含量达到15～20g/L，盐含量达到150g/L～200g/L；

[0060] 另，中高压反渗透膜组件13排出的反渗透产水14导至回用水池内；纳滤膜组件16所排出的纳滤浓水17外排至盐湖；

[0061] 2.3：浓水23经除杂及蒸发，得高纯度浓水；具体的说：浓水23经除杂模块的除硬树脂组件24及除硼树脂组件26除杂后，得除杂浓水27，除杂浓水27中钙镁含量均小于3mg/L，硼含量小于10mg/L；除杂浓水27经蒸发模块28蒸发后，得高纯度浓水，该高纯度浓水水中锂含量能够达到20g/L～25g/L，实现锂离子的提取作业。

[0062] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。