膜法除硼工藝在鹽湖鹵水提鋰中的應用

王 勇，曹建勇，曹晗宸

（青海啟迪清源新材料有限公司，青海格爾木 81600）

隨著鋰電池工業的發展，近年來中國也在積極開發西部鹽湖鋰資源，低成本的膜法提鋰技術在青海鹽湖的鹵水提鋰項目中得到了廣泛應用。膜法提鋰技術的應用，使鹽湖提鋰的生產成本可以控制在25 000元/t。在當前碳酸鋰價格日趨回落的市場情況下，碳酸鋰仍能具備成本優勢，富有市場競爭力。鹽湖鹵水中鎂、硼是兩種主要雜質。經濟高效的除硼工藝，對于鹽湖提鋰項目中鋰收率和碳酸鋰品質都具有極為重要的意義。

1 項目概況

本項目是藏格鋰業10kt/a 碳酸鋰工程，該項目是格爾木藏格鋰業有限公司主導建設的膜法提鋰生產碳酸鋰的設備，由青海啟迪清源建設和運營。

主要生產工藝是吸附法+膜法提鋰生產工藝，產品為電池級碳酸鋰，設計規模公稱能力為10kt/a。項目包含的主要工藝裝置有：原鹵預處理、吸附裝置、膜法提鋰裝置、沉鋰裝置及配套的公輔工程。

表1 吸附單元的合格洗脫液水質分析表

如表1所示，進入膜車間鹵水中硼含量接近1g/L，硼鋰比在1.2～1.3。

膜法提鋰裝置主要功能為：從前端吸附裝置過來的洗脫液，經過納濾、反滲透處理后去除鹵水中鎂、硼雜質，再經過蒸發濃縮后，將鹵水中的鋰離子含量提升至25g/L 以上，作為沉鋰母液送至下游沉鋰裝置作為原料。因原鹵水硼含量較高，為保證裝置連續運行及下游產品質量，提鋰裝置中需配套除硼單元。

2 系統納濾膜法除硼工藝裝置配置

本項目共配置了四級納濾除硼工藝設備，本文就四級納濾除硼設備分別介紹其系統配置和在項目運行中的效果。

2.1 一級納濾除硼工藝裝置

在本項目中，一級納濾除硼工藝裝置，來水為離交產水，水質指標如表2所示。

表2 離交產水水質分析表

因為要控制鹵水中鋰收率，除硼系統設計較高濃縮倍數，一段除硼設計濃縮倍數10倍，進水pH 控制在9.2～9.5，產水水質指標如表3所示。

表3 一級除硼產水水質分析表

2.2 二級納濾除硼工藝裝置

在本項目中，二級納濾除硼工藝裝置，來水為一級除硼濃縮液，水質指標如表4所示。

表4 一級除硼濃縮液水質分析表

二級納濾除硼裝置在系統中主要功能是回收一級除硼濃縮液中的鋰，進水不調節pH，運行方式采用純水透析方式，透析水與進料比控制在2～3倍，采用多級透析方式。二級除硼產水套用回前端生產工藝，濃縮液調節pH 后進入反滲透除硼工藝繼續處理。二級納濾除硼產水水質如表5所示。

表5 二級除硼產水水質分析表

2.3 三級納濾除硼工藝裝置

三級納濾除硼工藝裝置，來水為一級除硼產水。在一級除硼產水基礎上繼續調節進水pH 在9.2～9.5，設計濃縮倍數10倍，產水水質指標如表6所示。

表6 三級除硼產水水質分析表

三級除硼產水進入MVR 系統濃縮，提高鋰離子濃度至22～25g/L，此時硼也會濃縮，濃度上升至（150～180）×-6。為保證最終碳酸鋰品質，需要在MVR 系統之后再對鹵水進行除硼。三級除硼濃縮液回流至一級納濾除硼裝置進水端，保障系統鋰收率。

2.4 四級納濾除硼工藝裝置

四級納濾除硼工藝裝置設計來水為MVR 高鋰鹵水。調節進水pH 在9.2～9.5，裝置設計濃縮倍數3.5倍，產水水質指標如表7所示。

表7 四級除硼產水水質分析表

四級納濾除硼產水進入沉鋰工藝段生產碳酸鋰，濃縮液回流至MVR 系統進水端，保障系統鋰收率。

3 納濾膜法除硼工藝控制要點

3.1 pH控制

進水pH 的控制是納濾膜法除硼工藝成功的前提，必須控制在合適的pH 范圍，才能保障理想的除硼效果。通過在本項目中的實際調試運行，確定理想的pH 在9.2～9.5。

因為硼本身具有pH 緩沖效果，本項目設計中進水pH 的調節采用多點逐級加藥方式，每個加藥點配置管道混合器和在線pH 監測探頭，加藥計量泵采取PID 調節運行方式，嚴格控制納濾除硼工藝進水的pH。

3.2 進水溫度控制

進水溫度是另一個影響納濾除硼裝置穩定運行的重要因素。在初期調試中發現，由于原料在系統處理中存在溫升情況，到達納濾除硼工藝段時，水溫在35～40℃，在此溫度下運行會嚴重影響納濾膜法除硼裝置除硼效果。在進口加裝板式換熱器，經過調試測試，溫度越低時除硼效果越好，但會影響納濾膜產水通量。綜合考慮系統處理量和除硼效果，調節進水水溫在25～30℃，能保障納濾除硼裝置達到設計的運行指標。

4 結束語

通過納濾除硼技術在本項目中的成功應用，使膜法提鋰工藝在應對高硼鹽湖鹵水提鋰項目中得到了極大的優化和提高，能有效解決鹽湖碳酸鋰產品品質問題，為生產高標準鋰產品提供了更實用的技術手段。同時，本項目還結合了反滲透除硼工藝，對于系統中的水資源可實現重復利用，減少了項目對淡水資源的需求，反滲透濃縮液中具有較高的硼砂含量，可通過蒸發濃縮工藝提取硼砂，為本項目創造新的利潤增長點，進一步降低碳酸鋰的生產成本。