劉冰冰

（西藏阿里拉果資源有限責(zé)任公司，西藏 阿里 859000）

1 前言

鋰鹽產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)［1］，其重要性已經(jīng)不言而喻。隨著諸多電子產(chǎn)品、新能源汽車的不斷發(fā)展，鋰電池［2］已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分，因此對(duì)其數(shù)量及質(zhì)量的需求也在不斷攀升。碳酸鋰是鋰鹽生產(chǎn)過(guò)程中重要的產(chǎn)品之一，蒸發(fā)母液［3］中的鋰元素已經(jīng)達(dá)到了較高濃度，如何高效利用蒸發(fā)母液中的鋰元素，獲得最優(yōu)回收率和最優(yōu)產(chǎn)品品質(zhì)［4-7］，是每一個(gè)生產(chǎn)企業(yè)至關(guān)重要的一環(huán)，直接決定生產(chǎn)效益的好壞。文章通過(guò)兩種不同工藝，進(jìn)行三種不同條件下蒸發(fā)母液沉鋰實(shí)驗(yàn)研究［8-11］，對(duì)實(shí)驗(yàn)方法［12］、實(shí)驗(yàn)流程及路線進(jìn)行了闡述［13-17］，對(duì)兩種工藝三種不同條件下的綜合成本、經(jīng)濟(jì)效益、投資回收期等進(jìn)行了分析。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料和儀器

實(shí)驗(yàn)原料組成見(jiàn)表1，pH值為14。

表1 實(shí)驗(yàn)原料組成Tab.1 Composition of experimental raw materials

吸附劑：鈉分離樹(shù)脂為有機(jī)樹(shù)脂顆粒，骨架為苯乙烯二乙烯苯。吸附原理是依靠吸附材料上特殊的弱酸官能團(tuán)，在堿性環(huán)境下將鋰離子捕捉到鋰吸附材料上，然后在解析時(shí)酸溶液流經(jīng)鋰吸附材料，將鋰吸附材料上捕捉的鋰解析下來(lái)。

當(dāng)溶液中pH值為堿性時(shí)，與鋰離子置換出來(lái)的氫離子被氫氧根消耗，有利于反應(yīng)向右進(jìn)行，從而達(dá)到吸附鋰的目的。

實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備Tab.2 Instruments and equipments used in the experiment

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

文章通過(guò)吸附法沉鋰、碳酸鈉直接沉鋰兩種方法對(duì)蒸發(fā)母液中的鋰資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用和研究。

鋰鈉分離：通過(guò)鋰鈉分離樹(shù)脂除去蒸發(fā)母液中鈉、鉀離子，同時(shí)富集鋰離子；碳酸鈉沉鋰：利用碳酸鋰微溶于水的特性，在鋰鈉分離解析液中加入碳酸鈉，使液相中的鋰以碳酸鋰的形式沉淀得到產(chǎn)品；洗滌：利用各類無(wú)機(jī)鹽溶解度不同，將粗碳酸鋰中的可溶性雜質(zhì)鹽洗出，提高產(chǎn)品純度；粉碎：通過(guò)粉碎，達(dá)到下游客戶對(duì)產(chǎn)品粒度的要求；除磁：通過(guò)除磁，達(dá)到下游客戶對(duì)產(chǎn)品磁性物的要求。

2.2.1 吸附法從蒸發(fā)母液中回收鋰

鋰鈉分離鹽酸解析實(shí)驗(yàn)方法。通過(guò)鋰鈉分離樹(shù)脂除雜和濃縮后得到氯化鋰溶液，使用碳酸鈉沉鋰。具體工藝流程：鋰鈉分離→碳酸鈉沉鋰→離心分離→洗滌→離心分離→干燥、粉碎、包裝，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)母液回收再利用，實(shí)驗(yàn)路線見(jiàn)圖1。

圖1 鋰鈉分離鹽酸解析實(shí)驗(yàn)路線圖Fig.1 Roadmap of hydrochloric acid analytical test for separation of lithium sodium

鋰鈉分離硫酸解析實(shí)驗(yàn)方法。通過(guò)鋰鈉分離樹(shù)脂除雜和濃縮后得到氯化鋰溶液，使用碳酸鈉沉鋰。具體工藝流程：鋰鈉分離→碳酸鈉沉鋰→離心分離→洗滌→離心分離→干燥、粉碎、包裝，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)母液回收再利用，實(shí)驗(yàn)路線見(jiàn)圖2。

圖2 鋰鈉分離硫酸解析實(shí)驗(yàn)路線圖Fig.2 Analytical roadmap of lithium sodium separation sulfuric acid

2.2.2 碳酸鈉直接沉鋰

通過(guò)添加碳酸鈉直接升溫沉鋰得到碳酸鋰粗礦。具體工藝流程：沉鋰母液→碳酸鈉升溫沉鋰→離心分離→洗滌→離心分離→干燥、包裝，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)母液回收再利用，實(shí)驗(yàn)路線見(jiàn)圖3。

圖3 碳酸鈉直接沉鋰實(shí)驗(yàn)路線圖Fig.3 Direct deposition of lithium by sodium carbonate

2.3 分析方法

其中，Li+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+等金屬離子以及B和SO采用ICP-OES 分析，Cl-采用標(biāo)準(zhǔn)硝酸銀溶液滴定，CO采用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定。

3 結(jié)果與討論

3.1 吸附法鹽酸解析效果分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，直接沉淀、吸附—解析—沉淀工藝均可以得到碳酸鋰產(chǎn)品，但鋰收率及碳酸鋰品質(zhì)存在差異，具體工藝數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 三種回收工藝指標(biāo)對(duì)比Tab.3 Comparison of three kinds of recovery process indexes %

3.2 三種工藝經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

因蒸發(fā)母液為蒸發(fā)系統(tǒng)副產(chǎn)物，無(wú)需原料消耗，因此整個(gè)生產(chǎn)成本的核心為輔料，約占90%，其他如水、電、氣、蒸汽、人工、包裝袋等，約占10%。蒸發(fā)母液供給量按每天68 m3計(jì)，可日產(chǎn)3.92 t 碳酸鋰。以此為基準(zhǔn)，三種工藝的噸產(chǎn)品綜合成本分析見(jiàn)表4～6及圖4。

圖4 三種沉鋰工藝的噸產(chǎn)品綜合成本分析Fig.4 Comprehensive cost analysis of product per ton for three kinds of lithium deposition process

表4 吸附法鹽酸解析噸產(chǎn)品綜合成本分析Tab.4 Comprehensive cost analysis of tons of products by adsorption hydrochloric acid analysis 元/t

3.3 成本分析

（1）吸附法鹽酸解析噸產(chǎn)品綜合成本分析，見(jiàn)表4。

（2）吸附法硫酸解析噸產(chǎn)品綜合成本分析，見(jiàn)表5。

表5 吸附法硫酸解析噸產(chǎn)品綜合成本分析Tab.5 Comprehensive cost analysis of tons of products by adsorption sulfuric acid analysis 元/t

（3）碳酸鈉直接沉鋰噸產(chǎn)品綜合成本分析，見(jiàn)表6。

表6 碳酸鈉直接沉鋰噸產(chǎn)品綜合成本分析Tab.6 Comprehensive cost analysis of sodium carbonate directly deposited lithium tons 元/t

由圖表可知，碳酸鈉直接沉鋰噸產(chǎn)品綜合成本最低，吸附法鹽酸解析噸產(chǎn)品綜合成本最高，吸附法硫酸解析噸產(chǎn)品綜合成本居中，主要影響因素為輔助原料、耗電量和設(shè)備折舊費(fèi)用，其中輔助原料費(fèi)用的影響最大。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

吸附工藝過(guò)程收率按85%計(jì)，碳酸鈉直接沉鋰過(guò)程收率按76%計(jì)，全年生產(chǎn)期按300 d 計(jì)，通過(guò)對(duì)三種沉鋰工藝的產(chǎn)能、銷售額的對(duì)比來(lái)分析經(jīng)濟(jì)效益，見(jiàn)表7、表8及圖5。

圖5 三種沉鋰工藝的年銷售額分析Fig.5 Analysis of annual sales of three kinds of lithium deposition processes

表7 吸附法沉鋰工藝產(chǎn)能、銷售額分析Tab.7 Analysis of production capacity and sales of lithium deposition process by adsorption method

表8 碳酸鈉直接沉鋰工藝產(chǎn)能、銷售額分析Tab.8 Analysis of production capacity and sales of sodium carbonate direct deposition of lithium

由圖、表可知，吸附沉鋰工藝的年產(chǎn)能比碳酸鈉直接沉鋰工藝要低，所得產(chǎn)品的品位高，銷售單價(jià)高，所以年銷售額高于碳酸鈉直接沉鋰工藝。但吸附沉鋰工藝較為復(fù)雜，碳酸鈉直接沉鋰工藝較為簡(jiǎn)單。

3.5 投資回收期分析

對(duì)于吸附法鹽酸/硫酸解析沉鋰工藝，所涉及到的投資有兩部分，分別為廠房投資和設(shè)備投資。初步概算廠房投資需2 300萬(wàn)元、設(shè)備投資需4 636萬(wàn)元，合計(jì)6 936 萬(wàn)元，外加其他投資累計(jì)7 016 萬(wàn)元，投資回收期估算分析見(jiàn)表9、表10。

表9 吸附法鹽酸解析工藝投資回收期估算分析Tab.9 Analysis of investment payback period of adsorption hydrochloric acid analysis process

表10 吸附法硫酸解析工藝投資回收期估算分析Tab.10 Estimated analysis of the investment payback period of sulfuric acid analysis process by adsorption method

對(duì)于碳酸鈉直接沉鋰工藝所涉及到的投資有兩部分，分別為廠房投資和設(shè)備投資。初步概算廠房投資需2 300 萬(wàn)元、設(shè)備投資需400 萬(wàn)元，合計(jì)2 700 萬(wàn)元，其他小額投資暫不計(jì)入，投資回收期估算分析見(jiàn)表11。

表11 碳酸鈉直接沉鋰工藝投資回收期估算分析Tab.11 Estimate and analysis of investment payback period of sodium carbonate direct deposition of lithium technology

由表8～11 及圖6 可知，吸附法鹽酸和硫酸解析沉鋰工藝的投資回收期基本一致，且隨著銷售單價(jià)的提高而縮短，最長(zhǎng)投資回收期約為89 d，最短投資回收期約為45 d。碳酸鈉直接沉鋰工藝投資回收期明顯短于吸附法沉鋰工藝，其關(guān)鍵在于該工藝的設(shè)備投資顯著低于吸附法沉鋰工藝，最長(zhǎng)投資回收期為42 d，比吸附法最短回收期還要短，其最短投資回收期僅為21 d。

圖6 三種沉鋰工藝的投資回收期分析Fig.6 Analysis of the payback period of three kinds of lithium deposition processes

4 總結(jié)

吸附法鹽酸或硫酸解析工藝中輔助原料鹽酸、硫酸以及生產(chǎn)設(shè)備的購(gòu)買投資較大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較碳酸鈉直接沉鋰工藝要高很多，且鹽酸的投資顯著高于硫酸，該工藝生產(chǎn)的鋰鹽產(chǎn)品品位較高，銷售單價(jià)較高；而碳酸鈉直接沉鋰工藝，投資較少，但產(chǎn)出的鋰鹽產(chǎn)品品位較低，銷售價(jià)格較低，年產(chǎn)能顯著高于吸附法沉鋰工藝。結(jié)合當(dāng)前鋰鹽產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格，兩種沉鋰工藝均有很可觀的經(jīng)濟(jì)效益，投資回收期都很短，且碳酸鈉直接沉鋰工藝，因不需要酸性物質(zhì)、工藝簡(jiǎn)單、年產(chǎn)能較大等優(yōu)勢(shì)，其投資回收期最短。

兩種沉鋰工藝中也存在一定的問(wèn)題，首先是吸附法鹽酸或硫酸沉鋰工藝中，酸的耗量是此工藝的關(guān)鍵點(diǎn)，需進(jìn)一步深入考察離子交換系統(tǒng)工藝參數(shù)和氯化鋰解析濃度；而在碳酸鈉直接沉鋰工藝過(guò)程中，未對(duì)沉鋰母液除雜且引入鈉離子，導(dǎo)致沉鋰過(guò)程中其他鹽類析出，得到的鋰鹽產(chǎn)品純度不高，銷售價(jià)格較低，今后在沉鋰母液除雜及鋰鹽產(chǎn)品純度方面應(yīng)進(jìn)行深入研究。