硫酸法生產鋰鹽的工藝介紹及其安全性設計

胡 贊

（中藍長化工程科技有限公司 長沙 410116）

1 硫酸法工藝簡介

硫酸法處理鋰輝石精礦[1]是國內目前應用最為廣泛的礦石提鋰工藝，工藝過程易于控制，產品質量穩定可靠，該法經過多年的發展和完善，工藝已經相對成熟。該工藝在國內鋰鹽生產企業有著廣泛應用，如天齊鋰業、能投鼎盛、國鋰中晟、丹棱興晟等。其生產工藝見圖1和圖2。

圖1 氫氧化鋰工藝流程圖

圖2 碳酸鋰工藝流程圖

此工藝的基本原理是：將鋰輝石精礦，經過1000℃的轉型焙燒使其晶相轉化為β型，將其細磨后再混入過量的濃硫酸，在回轉窯中進行300℃左右的酸化焙燒，產生可溶性的硫酸鋰。冷卻后通過中和浸出過濾得到硫酸鋰溶液。再加入石灰乳堿化除鈣、鎂等雜質。然后加入氫氧化鈉進行苛化，再冷凍除去硫酸鈉。得到氫氧化鋰溶液，經蒸發、離心后得到氫氧化鋰產品。將得到的氫氧化鋰溶解并通入二氧化碳得到碳酸鋰。

該工藝最大的優點工藝過程易于控制，對礦石品位適應性強，鋰回收率高；產品質量穩定可靠，品質好。同時還可副產硫酸鈉。

2 硫酸法工藝的安全性設計

2.1 工藝涉及的主要原輔材料

根據國家相關產業政策，限制單線產能5000噸/年以下的碳酸鋰、氫氧化鋰裝置。本文以2萬噸鋰鹽規模的項目為例進行分析，以天然氣作為熱源。

該工藝涉及的主要原輔材料及最大儲量，具體情況見表1。

表1 主要原輔材料及最大儲量

根據《危險化學品目錄》，本項目涉及的危險化學品有濃硫酸（98%）、氫氧化鈉（50%，液態）、二氧化碳（液態和壓縮）、氨水（20%）、氫氧化鋰、氮氧化物、天然氣。其中天然氣屬于重點監管的危險化學品。

2.2 危險源及危險和有害因素分析

2.2.1 重大危險源辨識

根據《危險化學品重大危險源辨識》，對項目中幾種危險化學品的實際存在量進行辨識。天然氣屬于辨識范圍，天然氣的臨界量為50t，但天然氣不涉及儲存，通過管道輸送，天然氣存在量相當小，遠遠小于臨界量。故該項目危險化學品的實際存在量未構成危險化學品重大危險源。

2.2.2 建設項目工藝是否屬于重點監管的危險化工工藝

該項目的生產工藝有氫氧化鋰工藝、碳酸鋰工藝、硫酸鈉生產工藝等，根據《首批重點監管的危險化工工藝目錄的通知》以及《第二批重點監管危險化工工藝目錄和調整首批重點監管危險化工工藝中部分典型工藝的通知》中公布的18種危險工藝。該項目不涉及上述文件公布的18中危險工藝。

2.3 危化品安全性分析及相關安全性設計

2.3.1 天然氣

天然氣：第2.1類低閃點易燃氣體，爆炸極限5%～15%，火災危險性分類為甲類。其危險特性：與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱源和明火極易燃燒爆炸。其蒸汽比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火引著回燃。

安全性設計：化工和暖通專業應該給電氣專業提條件，指明釋放源。由電氣專業確定釋放源級別、爆炸危險區域劃分類別、電氣設備選型等級，并繪制“爆炸危險區域劃分圖”。在可能泄漏或積聚的地方設置可燃有毒氣體檢測報警儀和聯鎖切斷裝置。本項目轉型焙燒和酸化焙燒過程、元明粉干燥處、鍋爐房以及燃氣調壓站，存在天然氣泄漏的風險，必須設置可燃氣體檢測器。同時檢測器信號進入DCS控制系統，當天然氣泄漏超標時，安裝在控制室內的可燃氣體檢測報警裝置將產生聲光報警信號，同時啟動相應區域的防爆軸流風機強制排風，如經事故確認后報警信號不消失，則控制燃氣管道入口處的緊急關斷閥切斷燃氣供應。

2.3.2 二氧化碳

二氧化碳：液態二氧化碳在常壓下迅速汽化，能造成-80～-43℃低溫，引起皮膚和眼睛嚴重的凍傷。氣態二氧化碳比空氣重，容易在較低處積聚或擴散到相當遠的地方。人進入高濃度二氧化碳環境，在幾秒鐘內迅速昏迷倒下，反射消失、瞳孔擴大或縮小、大小便失禁等，更嚴重者出現呼吸停止及休克，甚至死亡。

經分析：本項目碳酸鋰車間碳化工序，會大量使用二氧化碳。人員進入碳化釜檢修時，釜內二氧化碳過量，人員未佩戴勞保用品，易造成中毒窒息事故。調漿工序，加入碳酸鈣時，物料會發生反應產生二氧化碳氣體，故調漿浸出的地坑存在二氧化碳大量積聚的可能性。

安全性設計：將液態二氧化碳儲罐布置在室外，并將其溫度、壓力等信號送至DCS系統。在碳酸鋰車間和調漿浸出的地坑設置二氧化碳高濃度報警或低氧報警，同時設計強制通風設備。報警信號與通風設施聯鎖，一旦濃度超限即自動啟動通風。當人員進入碳化釜或地坑時，要求佩戴勞保用品和便攜式探測器。

2.3.3 液體儲罐區（濃硫酸、液堿、氨水等）

濃硫酸：有強烈的腐蝕性和吸水性。遇水大量放熱,可發生沸濺。接觸可致人體灼傷及皮肉碳化。

液堿：有強烈刺激和腐蝕性。皮膚和眼直接接觸可引起灼傷。

氨水：易分解放出氨氣,溫度越高,分解速度越快,可形成爆炸性氣氛。

安全性設計：硫酸罐、液堿罐、氨水罐等設置液位報警和聯鎖，對儲罐的液位進行在線監測，當出現液位超限或泄漏時，系統將進行報警，并啟動緊急事故裝置。

濃硫酸儲罐、液堿儲罐和氨水儲罐應按規范設置圍堰。同時建議設置備用儲罐（備用儲罐容積不小于單體儲罐容積），并設置倒料管線。若發生泄漏事故，可通過轉料泵將泄漏的危險物料打入相應的備用儲罐，不利于回收的危險物料排入事故應急池，再經過廢水站處理，達標后外排。且濃硫酸罐區建議設置雨棚，以防泄漏同時下雨的情況，稀硫酸會腐蝕儲罐和管道。

2.3.4 特殊設備（壓力容器）的安全性設計

在生產不正常情況下對有可能超壓的鍋爐、儲氣罐、二氧化碳儲罐等設置安全閥及放空系統。

3 建議設計應采用的安全設施

⑴設置視頻監控系統和生產過程參數的聯動系統，實時在線指導生產操作過程，對整個生產線各安全控制要點、各重要安全參數、重要危險源進行實時在線監控，包括設備運轉參數、安全控制要點的溫度壓力液位、泄漏點等進行全程監控，并聯鎖報警停機，確保生產過程安全。

⑵各裝置及裝置內單元設備間，建構筑物平面的防火間距按現行《建筑設計防火規范》的規定進行布置，以符合消防安全要求。

⑶根據化工企業安全衛生設計規范HG20571-2014，在相關作業場所設置洗眼器。并配備防酸堿防護用品和應急藥品。

⑷設置事故應急池，當發生事故時有足夠的容積容納事故液體，以滿足清凈下水要求，防止直接排放造成環境破壞。

4 結語

安全和工業衛生直接關系到工人的生命安全和身體健康，所有項目從設計階段開始就要把安全放在首位，要從源頭杜絕中毒、爆炸和火災事故的發生。本文分析了該工藝在設計方面應該注意的安全性問題，希望可為今后類似工程設計提供借鑒和參考。