【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含锂矿物加工制备碳酸锂的，尤其涉及一种co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺及系统。
技术介绍
1、锂是一种新型能源和战略资源，在锂电池、陶瓷、玻璃、医药、冶金等行业得到广泛应用。近年来，随着动力电池产业的蓬勃发展，锂的需求量呈现爆发性增长，也促进了提锂技术的不断进步。自然界中，锂主要以矿物形态存在，国内主要以锂辉石为原料生产碳酸锂。
2、目前，以含锂矿物为原料生产碳酸锂的技术主要包括石灰石焙烧法、纯碱压煮法、转型焙烧-硫酸法等。其中，石灰石焙烧法的实用性非常普遍，适用于分解几乎所有的锂矿物。石灰石焙烧法的常规生产过程详见图1：石灰石与含锂矿物按一定的比例进行配料，配料后的原料进生料粉磨系统制备粒度符合要求的生料粉，以石灰石和锂辉石为主要原料的生料粉经喂料点喂入预热预分解系统，经多级旋风预热器气固换热后进分解炉中煅烧分解，随后经最下一级旋风预热器气固分离后进窑尾烟室，随后进回转窑中进行固相反应煅烧生成锂基化合物熟料，随后通过冷却机将高温熟料冷却得到锂基熟料产品。锂基熟料产品经粉磨系统粉磨处理后进水浸及过滤系统得到氢氧化锂浸出液及废渣(主要原理是含铝硅酸盐矿物通过石灰石焙烧，使主要杂质硅、铝生成难溶于水的化合物，而锂及其伴生有价金属钾、钠等生成易溶于水的化合物，然后用水浸出分离获得氢氧化锂)，氢氧化锂浸出液经蒸发浓缩后进母液碳酸化系统，与外购的高纯co2气体充分反应，随后经蒸发、分离、结晶等多道工序，得到碳酸锂产品。此外，预热预分解系统最上一级旋风预热器出口排出的低温烟气(为含低co2浓度烟气)经余热
3、石灰石焙烧法常规生产过程涉及的主要反应方程式为：
4、li2o·al2o3·4sio2+8caco3→li2al2o4+4ca2sio4+8co2 (1)
5、2li(oh)+co2→li2co3+h2o (2)
6、常规石灰石焙烧法的主要缺点是母液碳酸化过程需要提供含中、高浓度co2(co2湿基浓度≥40％，且co2浓度越高，母液碳酸化效率越高)烟气或纯co2气体，而常规石灰石焙烧法采用常规空气作为助燃介质，导致烟气量大且co2浓度偏低(co2浓度约10～20％)，无法满足母液碳酸化需求，从而需要提供含中、高浓度co2的烟气或购置纯co2气体，导致生产成本显著增加；同时，预热预分解系统大量含co2的烟气外排，导致碳减排压力显著提升。
7、基于上述背景，在不额外购置纯co2气体的前提下，研究通过对现有石灰石焙烧工艺进行优化改进，使得焙烧系统正常生产锂基化合物熟料的同时，制备母液碳酸化环节所需含中、高浓度co2的烟气，从而以较高的效率和较低的成本制备碳酸锂，同时降低系统co2排放量，成为石灰石焙烧法大规模制备碳酸锂的关键所在。
8、因此，基于市场需求及所面临的关键科学技术难题，提供一种充分考虑碳酸锂制备环节母液碳酸化需求，同时降低碳酸锂制备过程碳排放等问题的co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺及系统，具有重要的现实意义。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有技术存在的问题，提供一种co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺及系统，本专利技术解决了现有石灰石焙烧法母液碳酸化环节需要购置大量纯co2气体导致生产成本显著增加，且大量含co2的烟气外排导致碳减排压力显著提升的技术问题。
2、本专利技术是这样实现的：一种co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，包括如下步骤：
3、生料制备：
4、石灰石与含锂矿物按一定比例进行配料，配料后的原料经粉磨制备粒度符合要求的生料粉；
5、熟料制备和高co2浓度烟气制备：
6、生料粉以预定的喂料比例分别喂入co2提浓系统、碳化系统，分别经各个多级旋风预热器气固换热，之后全部进co2提浓系统的分解炉中煅烧分解；分解后的热生料旋风分离后分为两路，第一路经窑尾烟室进入回转窑中煅烧，第二路进入碳化系统的碳化炉进行co2固化吸收，再经旋风分离后再进入co2提浓系统的分解炉；回转窑内生成高温窑气和高温锂基化合物熟料，高温锂基化合物熟料通过冷却机冷却得到锂基熟料产品；
7、高温窑气进入碳化系统对其内部的生料进行预热并向进行co2固化吸收反应的热生料提供co2介质，碳化系统的顶部出口排出的烟气为低温低co2浓度烟气；高温三次风进入co2提浓系统对其内部的生料进行预热预分解，co2提浓系统的顶部出口排出的烟气为低温高co2浓度烟气，低温高co2浓度烟气的温度范围为240～380℃，低温高co2浓度烟气中湿基co2浓度为40～70％；
8、低温高co2浓度烟气分为三路，第一路经循环再次引入分解炉；第二路与出回转窑的高温窑气混合进入碳化炉；第三路进入母液碳酸化系统发生碳酸化反应制备碳酸锂；
9、锂基熟料碳酸化：
10、锂基熟料产品进行水浸及过滤，得到氢氧化锂浸出液及废渣，氢氧化锂浸出液经蒸发浓缩后进行碳酸化，碳酸化时氢氧化锂浸出液与来自co2提浓系统的部分高co2浓度烟气发生碳酸化反应，随后经蒸发、分离、结晶，得到碳酸锂产品。
11、在上述技术方案中，优选的，所述含锂矿物中锂含量为3～5％，原料中含锂矿物与石灰石的比例范围为1：3.05～3.2。
12、在上述技术方案中，优选的，所述co2提浓系统与碳化系统的生料喂料比例优选为2～2.5：1。
13、在上述技术方案中，优选的，所述co2提浓系统的底端旋风预热器进入窑尾烟室与碳化炉的物料分配比例为0～1.5：1。
14、在上述技术方案中，优选的，所述co2提浓系统中，分解炉出口的温度为880～900℃。
15、在上述技术方案中，优选的，所述碳化炉中发生co2固化吸收反应的反应温度窗口为650～700℃。
16、在上述技术方案中，优选的，出回转窑的高温窑气和低温高co2浓度烟气在进入碳化炉之前，先进行飞灰分离后再进入碳化炉；进行飞灰分离时采用旋风分离器分离。
17、在上述技术方案中，优选的，第一路和第三路的低温高co2浓度烟气均先进行除尘后再进入分解炉和母液碳酸化系统。
18、在上述技术方案中，优选的，所述碳化系统顶部出口排出的低温低co2浓度烟气经余热回收利用系统回收部分热量后进烟气处理系统，经烟气处理后进烟囱排放到大气中。
19、一种co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的系统，包括co2提浓系统、碳化系统、窑尾烟室、回转窑、冷却机和母液碳酸化系统；
20、所述co2提浓系统包括第一列多级旋风预热器和分解炉，所述第一列多级旋风预热器的底端旋风预热器的进风口连接所述分解炉的出风管，所述第一列多级旋风预热器的顶端旋风预热器的出风口排出低温高co2浓度烟气，所述第一列多级旋风预热器的顶端旋风预热器的进料口用于生本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述含锂矿物中锂含量为3～5％，原料中含锂矿物与石灰石的比例范围为1：3.05～3.2。
3.根据权利要求1所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述CO2提浓系统与碳化系统的生料喂料比例优选为2～2.5：1。
4.根据权利要求1所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述CO2提浓系统的底端旋风预热器进入窑尾烟室与碳化炉的物料分配比例为0～1.5：1。
5.根据权利要求1所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述CO2提浓系统中，分解炉出口的温度为880～900℃。
6.根据权利要求1所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述碳化炉中发生CO2固化吸收反应的反应温度窗口为650～700℃。
7.根据权利要求1所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，
8.根据权利要求1所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：第一路和第三路的低温高CO2浓度烟气均先进行除尘后再进入分解炉和母液碳酸化系统。
9.根据权利要求1所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述碳化系统顶部出口排出的低温低CO2浓度烟气经余热回收利用系统回收部分热量后进烟气处理系统，经烟气处理后进烟囱排放到大气中。
10.一种CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的系统，其特征在于：包括CO2提浓系统、碳化系统、窑尾烟室、回转窑、冷却机和母液碳酸化系统；
11.根据权利要求10所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的系统，其特征在于：所述窑尾烟室烟气出口与碳化炉的烟气进口之间设置有旋风分离器，所述旋风分离器的进风口连接窑尾烟室烟气出口和第二支路管道的排气口，旋风分离器的顶端出风口连接碳化炉的烟气进口，旋风分离器的底端出料口连接窑尾烟室；所述旋风分离器的级数为一～二级。
12.根据权利要求10所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的系统，其特征在于：所述第一支路管道的进气口、第三支路管道的进气口在与所述第一列多级旋风预热器的顶端旋风预热器的出风口连通的管路上设置有除尘器。
13.根据权利要求10所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的系统，其特征在于：所述第二列多级旋风预热器的顶端旋风预热器出风口连接余热回收利用系统，所述余热回收利用系统的烟气出口连接烟气处理系统。
14.根据权利要求10所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的系统，其特征在于：所述母液碳酸化系统包括水浸及过滤装置、蒸发浓缩装置和母液碳酸化装置，所述冷却机的锂基熟料出口连接水浸及过滤装置的进料口，所述水浸及过滤装置的浸出液出口连接蒸发浓缩装置的进液口，所述蒸发浓缩装置的出液口连接母液碳酸化装置的进液口，所述第一支路管道的排气口连接母液碳酸化装置的进气口。
15.根据权利要求14所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的系统，其特征在于：所述母液碳酸化系统还包括粉磨系统，所述粉磨系统位于冷却机和水浸及过滤装置之间，所述冷却机的锂基熟料出口连接粉磨系统的物料入口，所述粉磨系统的物料出口连接水浸及过滤装置的进料口。
16.根据权利要求10所述的CO2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的系统，其特征在于：所述第一列多级旋风预热器的级数为四～七级；所述第二列多级旋风预热器的级数为四～七级。
...【技术特征摘要】
1.一种co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述含锂矿物中锂含量为3～5％，原料中含锂矿物与石灰石的比例范围为1：3.05～3.2。
3.根据权利要求1所述的co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述co2提浓系统与碳化系统的生料喂料比例优选为2～2.5：1。
4.根据权利要求1所述的co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述co2提浓系统的底端旋风预热器进入窑尾烟室与碳化炉的物料分配比例为0～1.5：1。
5.根据权利要求1所述的co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述co2提浓系统中，分解炉出口的温度为880～900℃。
6.根据权利要求1所述的co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述碳化炉中发生co2固化吸收反应的反应温度窗口为650～700℃。
7.根据权利要求1所述的co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：出回转窑的高温窑气和低温高co2浓度烟气在进入碳化炉之前，先进行飞灰分离后再进入碳化炉；进行飞灰分离时采用旋风分离器分离。
8.根据权利要求1所述的co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：第一路和第三路的低温高co2浓度烟气均先进行除尘后再进入分解炉和母液碳酸化系统。
9.根据权利要求1所述的co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的工艺，其特征在于：所述碳化系统顶部出口排出的低温低co2浓度烟气经余热回收利用系统回收部分热量后进烟气处理系统，经烟气处理后进烟囱排放到大气中。
10.一种co2梯度提浓协同含锂矿物制备碳酸锂的系统，其特征在于：包括co2提浓系统、碳化系统、窑尾烟室...
【专利技术属性】
技术研发人员：金周政，彭学平，陈昌华，代中元，林敏燕，
申请(专利权)人：天津水泥工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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