罗布泊盐湖卤水中锂吸附率的提高

贾文婷，郭梁辉

罗布泊盐湖卤水中锂吸附率的提高

贾文婷1，郭梁辉2

（1. 国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司 质量检验部，新疆 哈密 839000； 2. 新疆工程学院 安全工程系，新疆 乌鲁木齐 830091）

针对罗布泊盐湖生产锂存在吸附效率低的问题，利用头脑风暴法，找出可能影响锂吸附效率的因素。在查找相关资料和试验的基础上，确定影响锂吸附率的主要因素，针对每个要因提出合理可行的措施。加装了流量计，调整采样点，重新设计布置吸附柱管路，实施这些控制措施后，通过检测得出锂吸附率均值达到82.36%，符合工艺要求。

盐湖；锂；吸附率；吸附柱

罗布泊盐湖是我国迄今为止发现的最大含钾硫酸镁亚型卤水矿床，初步查明全区硫酸钾给水度资源量约2.08亿t，同时盐湖卤水中伴生有丰富的镁、锂、硼等元素，开发潜力巨大。目前,公司已在罗布泊建成174.6 km2的盐田，形成了年产130万t农业用硫酸钾的生产能力，成为世界上最大的硫酸钾生产企业。随着公司年产120万t钾肥项目的投产，原料系统每年将产生155万t老卤，折合含有氯化锂约2 000 t。如果将老卤作为废液直接排回盐湖，既破坏了盐湖的资源结构，又造成了资源的巨大浪费，严重影响了罗布泊盐湖资源的可持续利用。锂资源被誉为国民经济领域和国防建设领域的“战略资源”[1]，在能源领域[2]和航空领域[3]等方面也存在着较大的应用前景。盐湖提锂已成为钾盐生产的主攻方向[4,5]，目前公司在提取锂离子上存在吸附率低的问题，为解决这个问题，在相关技术研究和实验室试验的基础上，对如何提高盐湖卤水中锂吸附率进行研究分析，找出影响锂吸附率的因素，提出针对性措施，最终达到提高企业效益的目的。

1 盐湖卤水中锂的提取

1.1 盐湖卤水提取锂的工序

解决锂资源的高效分离提取技术，是开发我国盐湖锂资源的关键问题[6,7]。目前，盐湖卤水除镁提锂的方法有沉淀法、煅烧㓎取法、离子交换法、溶剂萃取法等[8]。从罗布泊盐湖卤水中提取锂的流程见图1所示，一级盐田卤水中主要含氯化钠，二级盐田卤水主要含硫酸镁，三级盐田主要含钾混盐，四级盐田主要含光卤石，三级盐田的钾混盐与四级盐田的光卤石进行反应生成硫酸钾。将废弃的卤水也就是硼镁锂老卤打入离子筛柱吸附，盐酸洗脱后得到氯化锂溶液，经转化后与碳酸钠反应得到碳酸锂。

图1 盐湖卤水中锂提取流程图

1.2 碳酸锂的用途

碳酸锂为白色粉末状[9]，是锂工业中最基本一种原材料。碳酸锂在多种领域都发挥着重要的作用，目前全球最具潜力的可充电电池是锂离子电池[10]，在炼铝业、陶瓷业、玻璃业、医药业[11]、电子业等有着广泛的应用。

1.3 罗布泊盐湖锂吸附率低

通过对罗布泊盐湖卤水提取锂生产线长达一周的检测，得出锂的吸附率平均值为67%，低于同行业锂的吸附率，造成了较大的资源浪费，与工艺要求差距较大。按照生产工艺要求，锂的吸附率要达到80%以上。

2 确定影响锂吸附率的因素

2.1 碳酸锂生产成本主要影响因素

除了生产工艺外,盐湖卤水提锂的各种工艺中影响碳酸锂成本的最主要因素有两个:盐湖中锂含量的高低, 一般来讲盐湖锂含量越高成本越低;盐湖中镁锂比,一般镁锂比越小越好。罗布泊盐湖卤水中Li的含量为240~280 mg/L，镁锂比很高，超过400∶1。这两个因素是自然因素，影响着锂的回收，不可改变，要改变锂的吸附率现状就要从其他因素进行研究分析。

2.2 锂吸附影响因素分析

通过头脑风暴法，集思广益，从“人、机、料、法、环、测”六个方面对目标进行讨论分析，整理出影响锂吸附率的因素关系图（见图2）。

由图2可以看出影响锂吸附率的末端因素共有9个，分别是老卤锂离子浓度低；无流量计量装置；无流量控制装置；无控温相关设备；操作不规范；取样点设置不合适；检测不规范；检测设备/校准未检定；管道设计不合理。这9个末端因素是否是要因需要进行一一确认，最终找出所有要因，针对要因提出相应控制措施，以提高锂的吸附率。

图2 影响锂吸附率的因素关系图

2.3 确定影响锂吸附率的要因

如表1所示，随机抽取某一段时间内6个批次的老卤，对其初始锂离子含量测定，测得卤水锂初始浓度在230~250 mg/L之间，均大于200 mg/L，平均浓度在239 mg/L，符合确认标准。可以确定老卤离子浓度不低，符合要求。

表1 老卤卤水初始锂离子含量

调查选取7 d的流量数据（见表2），发现流量数据波动较大，低流量的时候在5.4m3/h，高流量时能达到7.5 m3/h，流量波动幅度超过35%，表明流量非常不稳定。通过分析，找出的原因是现场无流量表，无准确的流量计数装置，不能实时监控流量数据，导致控制流量不易，数据波动范围大。因此确定无流量计量装置为要因。

表2 管道卤水流量

现场室内和室外都有流量控制阀。现场卤水罐中已安装调节老卤温度的热水盘管和冷水盘管，不存在卤水温度低、卤水粘度大的问题。由专人在接料口接料实时监测温度，均大于28 ℃。现有8名操作人员，本岗位工作年限均在2年以上，实验人员理论成绩和实操成绩考核优秀率100%，故操作不规范并非要因。

以往取样检查老卤锂浓度，是从储罐底部的取样口取样（见图3）。通过查《液体化工产品采样通则》GB/T 6680-2003，发现取样点设置不合理，从底部取样不能代表整个罐体的样品浓度。标准表明罐体中液体浓度分布不均匀，一般来说，底部液体浓度与实际浓度相比偏高。确定取样点设置不合理是要因。

图3 储罐取样口

实验前均对操作仪器调零校准，8名操作人员均取得了高级化验员职业鉴定证书，所以检测不规范不构成要因。相关仪器的校准有相应的检定证书，并且配置的电子天平精度为0.000 1，原子吸收分光光度计波长精度：全波段≤±0.1 nm ，均达到实验要求。并且对相关实验人员进行了培训。因此检测设备/校准未检定并非要因。

对现场的两个吸附柱柱压进行监测，如表3所示，从7组数据中发现两个吸附柱的柱压常在0.07~0.27 MPa之间波动，压力大使得吸附柱管道接口漏液，易污损实验设备和造成触电事故。实验中两个吸附柱采用串联的方式，使得柱1柱压超过0.1 MPa，柱2柱压未超0.1 MPa。由此确定管道设计不合理是要因。

表3 管道串联时吸附柱压力

通过资料分析、现场实测等方法进行逐一确定影响锂吸附率的因素，最终确定了3个主要因素：即无流量计量装置、取样点设置不合理、管道设计不合理。

3 控制措施

3.1 加装流量表

表4 管道卤水流量

对于确定的要因，分别提出相应的目标、对策和具体措施。通过在现场安装流量表，专人监控，将实时数据报告给流量控制阀处员工及时调控。随机选取某个时间段7个批次的数据发现流量波动趋于平缓（见表4），对策措施有效。

3.2 调整采样点

将老卤打入储存罐之前测得的老卤初始锂浓度平均为239 mg/L。将老卤打入储存罐后，在下端采样的吸附数据做统计，吸附前卤水锂浓度在平均为292 mg/L。改变采样位置后，采样点设置在吸附柱进料口。通过动态的取样方式，每隔30 min取样一次（一个吸附循环共9次），可以完整、全面的反应整个吸附工序锂浓度的变化，符合国家取样标准，采样具代表性，数据具有准确性。经测得的老卤初始锂浓度平均为239 mg/L，与老卤打入储存罐之前测得数据相符。

3.3 改变管道连接方式

之前两个吸附柱采用串联的方式，使得第一个吸附柱的压力过大。通过现场实测，结合各管道专业施工图纸，遵循保证质量、易于操作、易于检修的原则，经反复排列，确定最佳方案。联合技术专家进行了管道排列二次设计，最终确定把两个吸附柱的连接方式由串联改为并联（见图4），并在吸附柱上安装减压排气管。

图4 吸附柱串联改为并联图

改装前后压力对比发现（见表5），改装后吸附柱1和吸附柱2的压力均小于0.1 MPa。吸附管道漏夜问题解决了，符合对策目标。

4 锂吸附率提高效果

对策实施完成后，随机选取7个批次的卤水进行分析，由表6可以看出锂吸附率最低为80.69%，最高为84.06%，均＞80%，其均值已达到82.36%。原来锂吸附率均值为67%，现通过采取控制措施，锂的吸附率提高了15.36%，效果非常明显。

表5 管道并联时吸附柱压力

表6 采取措施后锂吸附率

5 结论

（1）通过排查确定影响锂回收率的三个主要因素为无流量计量装置、取样点设置不合理、管道设计不合理。

（2）针对三个主要原因分别提出相应的对策措施，加装流量计，采样点设置在吸附柱进料口，将吸附柱的连接方式由串联改为并联。

（3）实施控制措施后，通过试验检测出锂吸附率均值达到82.36%，实现目标，说明控制措施有效。

通过对盐湖卤水中锂吸附率提高的研究，发现影响锂吸附率的主要因素，提出并实施控制措施，实现了锂吸附率提高的目标。为企业提高了生产效率，减少了资源浪费。

［1］ Hamzaoui A H,Mnif A,Hammi H,et al.Contribution to the lithium recovery from brine [J].Desalination,2003,(128):221-224.

［2］ Panero S,Ciuffa F,D Epifano A,et al.New concepts for the development of lithium and proton conducting membranes [J].Electrochimica Scta,2003,(48):2009-2014.

［3］ Jamnik J,Maier J.Nanocrystallinity effects in lithium battery materials Aspects of nani-ionics.Part IV [J].Phys.Chem.Phys,2003,5(23):5125-5220 .

［4］刘元会,邓天龙.国内外从盐湖卤水中提锂工艺技术研究进展[J].世界科技研究与发展,2006（5）:69-75.

［5］高世杨.青海盐湖锂盐开发与环境[J].盐湖研究,2000,8(1):17-23.

［6］汪镜亮.卤水锂资源提锂现状[J].化工矿物与加工,1999（12）:1-5.

［7］于明臻.我国锂盐工业的现状及技术进展[J].无机盐工业, 1999, 31 (1):21-24.

［8］孙锡良,陈白珍,徐徽,等.从盐湖卤水中萃取锂[J].中南大学学报:自然科学版,2007,38(2):262-266.

［9］周喜诚.吸附法从盐湖卤水中提锂及制备碳酸锂的工艺研究[D].长沙：中南大学，2013:1-2.

［10］刘浪浪，问娟娟. 锂离子电池新型负极材料的研究进展[J].当代化工，2014,43（12）:2690-2692.

［11］游清治.锂及其化合物在医药中的应用[J].世界有色金,1997, (12): 41.

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

贾文婷（1989-），女，新疆哈密市人，助理工程师，2012年毕业于石河子大学生物技术专业，研究方向：从事化工管理工作。E-mail：405437072@qq.com。

郭梁辉（1986-），男，讲师，硕士，研究方向：矿山安全。E-mail：15739510063@139.com。