Un evaporador MVR de cloruro de sodio de 6 t/h para metales no ferrosos

I. Antecedentes del proyecto 

El cliente es una fundición de mica de litio a gran escala con una capacidad de producción anual de 20.000 toneladas de carbonato de litio apto para baterías. La sección de enjuague de la línea de producción genera diariamente 150 m³ de aguas residuales con alto contenido de cloro, con la siguiente composición: NaCl 180-210 g/L, Li 400-600 mg/L, F⁻2 g/L, Ca 1,2 g/L, SS 300 mg/L. El evaporador de triple efecto original llevaba diez años en funcionamiento, con un consumo de vapor de 0,35 t/t de agua. La pérdida de vacío provocó una disminución del 30 % en la capacidad de producción de verano, y las aguas madres, enriquecidas con Li, solo se podían vender a bajo precio. En 2024, la empresa inició una modernización de cero emisiones. Kang Jinghui suministró un evaporador MVR de cloruro de sodio de 6 t/h (volumen de agua de evaporación) según un modelo EPC. Se puso en marcha con éxito en marzo de 2025, logrando un consumo de vapor de ≤0,09 t/t de agua, una pureza de cristal de NaCl ≥99,5%, una tasa de recuperación de Li >92% y un ahorro anual en costos operativos de 9,2 millones de yuanes.

II. Ruta del proceso

1. Características del agua afluente

Elevación del punto de ebullición Δb = 10℃ (23 % NaCl, 70 kPa·A)

Sobresaturación crítica ΔCmax = 6 g/L, propensa a la formación de cristales finos de NaCl

Altos niveles de F⁻ y Ca, factor de escala RF = 0,9, fuerte tendencia a la escala

2. Resumen del proceso

Agua cruda → Sedimentación de alta densidad (Ca(OH)₂ + Na₂CO₃, Ca ≤ 30 mg/L) → Lecho de intercambio catiónico de ácido débil (Ca ≤ 5 mg/L) → Microfiltración tubular (SDI ≤ 2) → Precalentamiento de dos etapas (condensado + vapor secundario) → Evaporador de circulación forzada MVR → Cristalizador Oslo → Centrífuga de pistón de dos etapas → Secador de lecho fluidizado → Envasado automático

El vapor secundario experimenta un aumento de temperatura de 18 ℃ a través de un compresor centrífugo de alta velocidad, relación de compresión 1,7, temperatura de evaporación 55 ℃, grado de vacío -90 kPa, evitando la hidrólisis a alta temperatura de LiCl.

3. Tecnologías centrales

Recuperación de energía de doble efecto: la sección de película descendente maneja el 75% de la evaporación, mientras que la sección de circulación forzada promueve el crecimiento de los cristales, reduciendo el área de transferencia de calor de la unidad en un 20%.

Lavado de piernas con sal en línea: Tiempo de residencia del cristal ≥50 min, d50=0,9 mm, CV≤5%, humedad centrífuga ≤3%.

Extracción de litio madre: El licor madre rico en litio (Li 8-10 g/L) se bombea periódicamente a un cristalizador congelado (-5 °C) para precipitar LiCl·2H₂O. Tras la centrifugación, se devuelve al taller de litio, logrando una tasa de recuperación de Li >92 %.

Limpieza Inteligente: El CIP se activa cuando la diferencia de temperatura en la pared de la tubería es >2 °C o el vacío disminuye 2 kPa. Se utiliza una mezcla alterna de ácido, álcali y agente quelante, lo que prolonga el ciclo de limpieza de 4 a 18 días.

III. Configuración del equipo

Evaporador: Acero dúplex 2205, área de intercambio térmico de 600 m², margen de diseño del 25%, lo que garantiza cinco años de funcionamiento sin fugas. Compresor: Impulsor fresado de una pieza de titanio, diámetro de 1,0 m, velocidad lineal ≤265 m/s, cojinete de levitación magnética, vida útil de 100.000 h, valor de vibración <1,2 mm/s.

Centrífuga: empujador de pistón de dos etapas, espacio entre filtros de 0,12 mm, la sección de lavado utiliza licor madre enfriado a 3 ℃ para reducir el arrastre de Li⁺ a 50 ppm.

Secado: Lecho fluidizado circulante de circuito cerrado, protección de nitrógeno, contenido de oxígeno <3%, temperatura del producto ≤55℃, para evitar la aglomeración de NaCl.

IV. Automatización y seguridad

DCS+APC: Control de circuito cerrado de tasa de evaporación, relación de compresión, densidad de licor madre y analizador de Li⁺ en línea, fluctuación ±2%.

SIS redundante dual: 16 enclavamientos que incluyen sobretensión del compresor, contenido de oxígeno >6 %, temperatura >65 ℃, fuga de Li⁺ >0,1 mg/m³, tiempo de respuesta <250 ms.

V. Datos operativos (evaluación del desempeño en junio de 2025)

Tasa de evaporación: 6000 kg/h (Diseño 6000)

Vapor vivo: 0,09 t/t de agua (Diseño 0,12)

Consumo de energía: 24 kWh/t de agua (Compresor + Bomba de circulación + Bomba de vacío + Unidad de refrigeración)

Agua de refrigeración: 1,5 t/t de agua (32℃→38℃)

Salida: NaCl 4,2 t/d, pureza 99,6%, Ca≤80 ppm, Li≤50 ppm, materia insoluble en agua≤0,05%, cumple con los requisitos de sal de sosa cáustica de membrana de intercambio iónico de grado de batería

Tasa de recuperación del sistema: NaCl 98,8%, Li 92%, tasa de reutilización de agua 100%, descarga cero de aguas residuales de la planta.

VI. Beneficios económicos y ambientales

Ahorro anual de vapor de 21.000 toneladas, equivalente a 2.300 toneladas de carbón estándar, y reducción de carbono de 6.000 toneladas. Ahorro en costos operativos de 5,2 millones de yuanes al año (vapor + eliminación externalizada). Subproducto LiCl·2H₂O de 600 toneladas al año, a un ritmo de 15.000 yuanes/tonelada, lo que genera ingresos adicionales de 9 millones de yuanes. Plazo de amortización de la inversión de 1,5 años.

VII. Comentarios de los clientes

El sistema MVR lleva ocho meses funcionando sin fallos en el compresor. El nivel de vacío se mantiene en -91 kPa incluso en verano, y la blancura del NaCl es >85, lo que sustituye por completo la sal refinada comprada. El proyecto transforma el agua de enjuague en un recurso, sentando las bases para la creación de una planta de fundición de litio ecológica.