硫酸法生产锂盐的工艺介绍及其安全性设计

胡 赞

（中蓝长化工程科技有限公司 长沙 410116）

1 硫酸法工艺简介

硫酸法处理锂辉石精矿[1]是国内目前应用最为广泛的矿石提锂工艺，工艺过程易于控制，产品质量稳定可靠，该法经过多年的发展和完善，工艺已经相对成熟。该工艺在国内锂盐生产企业有着广泛应用，如天齐锂业、能投鼎盛、国锂中晟、丹棱兴晟等。其生产工艺见图1和图2。

图1 氢氧化锂工艺流程图

图2 碳酸锂工艺流程图

此工艺的基本原理是：将锂辉石精矿，经过1000℃的转型焙烧使其晶相转化为β型，将其细磨后再混入过量的浓硫酸，在回转窑中进行300℃左右的酸化焙烧，产生可溶性的硫酸锂。冷却后通过中和浸出过滤得到硫酸锂溶液。再加入石灰乳碱化除钙、镁等杂质。然后加入氢氧化钠进行苛化，再冷冻除去硫酸钠。得到氢氧化锂溶液，经蒸发、离心后得到氢氧化锂产品。将得到的氢氧化锂溶解并通入二氧化碳得到碳酸锂。

该工艺最大的优点工艺过程易于控制，对矿石品位适应性强，锂回收率高；产品质量稳定可靠，品质好。同时还可副产硫酸钠。

2 硫酸法工艺的安全性设计

2.1 工艺涉及的主要原辅材料

根据国家相关产业政策，限制单线产能5000吨/年以下的碳酸锂、氢氧化锂装置。本文以2万吨锂盐规模的项目为例进行分析，以天然气作为热源。

该工艺涉及的主要原辅材料及最大储量，具体情况见表1。

表1 主要原辅材料及最大储量

根据《危险化学品目录》，本项目涉及的危险化学品有浓硫酸（98%）、氢氧化钠（50%，液态）、二氧化碳（液态和压缩）、氨水（20%）、氢氧化锂、氮氧化物、天然气。其中天然气属于重点监管的危险化学品。

2.2 危险源及危险和有害因素分析

2.2.1 重大危险源辨识

根据《危险化学品重大危险源辨识》，对项目中几种危险化学品的实际存在量进行辨识。天然气属于辨识范围，天然气的临界量为50t，但天然气不涉及储存，通过管道输送，天然气存在量相当小，远远小于临界量。故该项目危险化学品的实际存在量未构成危险化学品重大危险源。

2.2.2 建设项目工艺是否属于重点监管的危险化工工艺

该项目的生产工艺有氢氧化锂工艺、碳酸锂工艺、硫酸钠生产工艺等，根据《首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》以及《第二批重点监管危险化工工艺目录和调整首批重点监管危险化工工艺中部分典型工艺的通知》中公布的18种危险工艺。该项目不涉及上述文件公布的18中危险工艺。

2.3 危化品安全性分析及相关安全性设计

2.3.1 天然气

天然气：第2.1类低闪点易燃气体，爆炸极限5%～15%，火灾危险性分类为甲类。其危险特性：与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火极易燃烧爆炸。其蒸汽比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火引着回燃。

安全性设计：化工和暖通专业应该给电气专业提条件，指明释放源。由电气专业确定释放源级别、爆炸危险区域划分类别、电气设备选型等级，并绘制“爆炸危险区域划分图”。在可能泄漏或积聚的地方设置可燃有毒气体检测报警仪和联锁切断装置。本项目转型焙烧和酸化焙烧过程、元明粉干燥处、锅炉房以及燃气调压站，存在天然气泄漏的风险，必须设置可燃气体检测器。同时检测器信号进入DCS控制系统，当天然气泄漏超标时，安装在控制室内的可燃气体检测报警装置将产生声光报警信号，同时启动相应区域的防爆轴流风机强制排风，如经事故确认后报警信号不消失，则控制燃气管道入口处的紧急关断阀切断燃气供应。

2.3.2 二氧化碳

二氧化碳：液态二氧化碳在常压下迅速汽化，能造成-80～-43℃低温，引起皮肤和眼睛严重的冻伤。气态二氧化碳比空气重，容易在较低处积聚或扩散到相当远的地方。人进入高浓度二氧化碳环境，在几秒钟内迅速昏迷倒下，反射消失、瞳孔扩大或缩小、大小便失禁等，更严重者出现呼吸停止及休克，甚至死亡。

经分析：本项目碳酸锂车间碳化工序，会大量使用二氧化碳。人员进入碳化釜检修时，釜内二氧化碳过量，人员未佩戴劳保用品，易造成中毒窒息事故。调浆工序，加入碳酸钙时，物料会发生反应产生二氧化碳气体，故调浆浸出的地坑存在二氧化碳大量积聚的可能性。

安全性设计：将液态二氧化碳储罐布置在室外，并将其温度、压力等信号送至DCS系统。在碳酸锂车间和调浆浸出的地坑设置二氧化碳高浓度报警或低氧报警，同时设计强制通风设备。报警信号与通风设施联锁，一旦浓度超限即自动启动通风。当人员进入碳化釜或地坑时，要求佩戴劳保用品和便携式探测器。

2.3.3 液体储罐区（浓硫酸、液碱、氨水等）

浓硫酸：有强烈的腐蚀性和吸水性。遇水大量放热,可发生沸溅。接触可致人体灼伤及皮肉碳化。

液碱：有强烈刺激和腐蚀性。皮肤和眼直接接触可引起灼伤。

氨水：易分解放出氨气,温度越高,分解速度越快,可形成爆炸性气氛。

安全性设计：硫酸罐、液碱罐、氨水罐等设置液位报警和联锁，对储罐的液位进行在线监测，当出现液位超限或泄漏时，系统将进行报警，并启动紧急事故装置。

浓硫酸储罐、液碱储罐和氨水储罐应按规范设置围堰。同时建议设置备用储罐（备用储罐容积不小于单体储罐容积），并设置倒料管线。若发生泄漏事故，可通过转料泵将泄漏的危险物料打入相应的备用储罐，不利于回收的危险物料排入事故应急池，再经过废水站处理，达标后外排。且浓硫酸罐区建议设置雨棚，以防泄漏同时下雨的情况，稀硫酸会腐蚀储罐和管道。

2.3.4 特殊设备（压力容器）的安全性设计

在生产不正常情况下对有可能超压的锅炉、储气罐、二氧化碳储罐等设置安全阀及放空系统。

3 建议设计应采用的安全设施

⑴设置视频监控系统和生产过程参数的联动系统，实时在线指导生产操作过程，对整个生产线各安全控制要点、各重要安全参数、重要危险源进行实时在线监控，包括设备运转参数、安全控制要点的温度压力液位、泄漏点等进行全程监控，并联锁报警停机，确保生产过程安全。

⑵各装置及装置内单元设备间，建构筑物平面的防火间距按现行《建筑设计防火规范》的规定进行布置，以符合消防安全要求。

⑶根据化工企业安全卫生设计规范HG20571-2014，在相关作业场所设置洗眼器。并配备防酸碱防护用品和应急药品。

⑷设置事故应急池，当发生事故时有足够的容积容纳事故液体，以满足清净下水要求，防止直接排放造成环境破坏。

4 结语

安全和工业卫生直接关系到工人的生命安全和身体健康，所有项目从设计阶段开始就要把安全放在首位，要从源头杜绝中毒、爆炸和火灾事故的发生。本文分析了该工艺在设计方面应该注意的安全性问题，希望可为今后类似工程设计提供借鉴和参考。