基于Aspen 模拟沉锂溢流液回收工艺浅析

张荣子

(青海盐湖佛照蓝科锂业股份有限公司，青海 格尔木 816000)

锂作为21 世纪能源金属，已广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业以及光电等行业，在现代工业中，锂是发展新能源、新材料产业的基础，其战略价值受到世界各国的重视。随着国家大力发展新能源汽车，电池行业对基础锂盐(碳酸锂、氢氧化锂和氯化锂)的需求量也越来越大［1］。

在碳酸锂生产中，沉锂母液中锂含量较高，约占生产总量10% ～20%［2］。目前，对沉锂溢流液中锂的回收，因制备工艺不同，开发了不同的回收工艺。

1 硫酸型卤水回收工艺

1.1 浓缩后冷冻结晶后碳酸钠沉锂

硫酸型盐湖卤水制备碳酸锂工艺中，沉锂溢流液为碳酸锂和硫酸钠水溶液，其回收工艺如下:先将沉锂母液与硫酸反应，生成低浓度的硫酸锂和硫酸钠的混合溶液，然后再蒸发浓缩、冷冻结晶，从而析出十水硫酸钠［3-4］。同时，在冷冻结晶的母液加入碳酸钠溶液以沉淀碳酸锂。

1.2 苛化浓缩后沉锂

沉锂母液加硫酸酸化后，按Li+和OH-的物质的量比加入氢氧化钠，再经过蒸发浓缩、冷冻结晶技术，析出硫酸钠，提高锂离子浓度至20 g/L 左右。同时，苛化浓缩后冷冻结晶母液通入二氧化碳沉锂制备碳酸锂;或者，直接将苛化浓缩后冷冻结晶母液继续蒸发浓缩，制备氢氧化锂［5-6］。

2 氯化物型卤水回收工艺

针对氯化物型盐湖卤水沉锂溢流液回收工艺报道较少，根据调研，目前其回收工艺如下:盐酸酸化后，利用当地自然条件，进行大面积盐田摊晒至锂离子浓度为20 g/L 左右，然后利用沉锂制备碳酸锂。

因受自然条件和大面积盐田维护费等影响，同时，在自然蒸发过程中，氯化钠自然沉降夹带大量的锂，存在回收率低、回收周期长等弊端。因此，研究开发高效、高回收率和低成本的氯化物型盐湖卤水沉锂溢流液回收工艺，具有十分重要的意义。

文章以Aspen 模拟溢流液蒸发为指导，通过实验验证相结合的方法，探究了碱性条件蒸发回收碳酸锂的可行性。为减少实际实验次数，缩短设计时间、节约实验成本提供了一种新思路。

3 试验过程

以Aspen［7］模拟软件为指导，开展沉锂溢流液蒸发实验可行性分析。根据模拟结果进行小试实验，考察析出物产品及杂质含量。溢流液组成如表1。

表1 溢流液成分Tab.1 Compasition of overflow

3.1 Aspen 模拟

Aspen 软件模拟采用Flash2 模型，物性方法采用ELECNRTL。按上述料液组成，进行模拟运算;以蒸发器出口气相分率为操作变量，以可能析出物和蒸发器计算压力、热负荷及进料锂离子质量流量为定义变量，进行灵敏度运算。其模拟流程图如图1。

图1 模拟流程图Fig.1 Simulation flow chart

3.2 小试实验

取若干沉锂溢流液，进行常压蒸发，待蒸发过程结束取析出物过滤并浆洗，检测成品及杂质含量，滤液检测各离子含量。

4 实验结果

4.1 Aspen 模拟结果

根据灵敏度分析，Aspen 模拟结果如图2。

图2 模拟结果Fig.2 Simulation results

通过软件模拟结果，碱性条件溢流液蒸发回收碳酸锂工艺理论上具有可行性。根据灵敏度分析结果，碱性溢流液在70 ℃蒸发时，随着蒸发器气相分率的增加，各物质析出顺序为碳酸锂/碳酸钙、氯化钠、一水碳酸钠。

4.2 蒸发实验结果

利用旋转蒸发仪，在70 ℃进行蒸发浓缩。控制蒸发量待蒸发过程结束，取析出物过滤，检测滤液中各离子含量;固体经浆洗后检测其产品含量和杂质含量，其结果如表2。

表2 蒸发实验结果Tab.2 Results of evaporation test

根据小试蒸发实验数据，当控制蒸发量为50%左右时，锂离子收率可达到80%左右，其结果与软件模拟结果基本接近;对析出物进行浆洗，检测碳酸锂主含量达到工业级优等品以上。

5 结论

通过Aspen 软件模拟与实验相结合的方法，既缩短了实际实验次数，又减少了实验成本，为小试实验和工业化实验提供了参考依据。

通过控制蒸发器气相分率，析出物经浆洗后可得到工业级碳酸锂产品，为沉锂溢流液回收工艺提供了新思路。