Evaporador de triple efecto cc + evaporador MVR de sulfato de sodio de 7 t/h

El sistema de evaporación y cristalización MVR de triple efecto de cloruro de sodio de 5 t/h + sulfato de sodio de 7 t/h, con separación de sales, acoplamiento de licor madre, MVR a alta temperatura y refinación por congelación y calor como elementos centrales, logra con éxito la eliminación total de aguas residuales con alto contenido en sal del reciclaje de baterías de litio y la recuperación de cloruro de sodio y sulfato de sodio como productos de primera calidad, con una tasa de recuperación integral de litio del 96 %. Este caso proporciona a la industria del reciclaje de baterías de litio un módulo estandarizado eficiente, de bajo consumo y con un ciclo prolongado, lo que marca la aplicación a gran escala de los evaporadores MVR en la industria de las baterías de litio.

I. Antecedentes del proyecto 

La línea de reciclaje húmedo de baterías ternarias de litio, desmantelada, genera 300 toneladas diarias de aguas residuales de alta salinidad, incluyendo 120 toneladas del sistema de cloruro de sodio (NaCl 12%), Li⁺ 0,8 g/L, DQO 4000 mg/L) y 180 toneladas del sistema de sulfato de sodio (Na₂SO₄ 16%), Li⁺ 1,1 g/L, DQO 5500 mg/L). El evaporador de simple efecto existente del propietario tiene un consumo de vapor de 1,25 toneladas/tonelada y una tasa de arrastre de litio del 12%, lo que no puede satisfacer los requisitos de enriquecimiento inicial de sales de litio de grado de batería. En 2024, la empresa construyó una unidad de evaporación y cristalización paralela que consta de un reactor de triple efecto de cloruro de sodio de 5 t/h y un reactor MVR de sulfato de sodio de 7 t/h. Requisitos: Pureza del cloruro de sodio ≥ 99,2%, pureza del sulfato de sodio ≥ 98,5%, ambas cumpliendo con los estándares industriales de Clase I; tasa de recuperación integral de litio ≥ 95%, solución enriquecida Li⁺ ≥ 25 g/L; sin descarga de licor madre del sistema; consumo de energía por tonelada de agua ≤ 45 kWh (promedio ponderado del reactor de triple efecto + MVR); materiales del equipo resistentes al ácido mixto Cl⁻ + SO₄²⁻ y capaces de funcionar a largo plazo a 80 ℃.

II. Arquitectura general del proceso

1. Pretratamiento y eliminación de impurezas

Después de la "coagulación y flotación + eliminación de metales pesados de resina + ajuste de pH", el contenido total de metales pesados ≤ 0,1 mg/L, dureza ≤ 50 mg/L, evitando la formación de incrustaciones en el evaporador.

2. Línea de cloruro de sodio - Cristalización por evaporación por circulación forzada de triple efecto de 5 t/h: Operación en corriente paralela, primer efecto 105 ℃ (vapor vivo 0,5 MPa), tercer efecto 65 ℃, el vapor secundario del último efecto ingresa al condensador de superficie, vacío -0,082 MPa; El cristalizador Oslo DTB está ubicado en el tercer efecto, con un contenido de sólidos de suspensión cristalina del 28 % y un tamaño de partícula de 0,45 mm; 1,5 t/h de licor madre centrífugo se devuelven al extremo frontal y se mezclan con el licor madre de la línea de sulfato de sodio para una mayor recuperación de litio.

3. Línea de sulfato de sodio – Cristalización por evaporación y circulación forzada MVR de 7 t/h

Temperatura de evaporación 78 ℃, aumento de temperatura del compresor centrífugo 18 ℃, relación de compresión 1,7, 100% de reutilización de vapor secundario; Separación de sal por fusión por congelación y calor: Na₂SO₄ concentrado 220 g/L ingresa a un cristalizador de congelación a -3 ℃, Na₂SO₄·10H₂O precipita y, después de la fusión en caliente, regresa al MVR, con una tasa de eliminación de sulfato del 90%; Licor madre rico en litio 2 t/h, contenido de litio 25 g/L, enviado al proceso de precipitación de carbonato de litio.

4. Sistema de secado de licor madre

Las aguas madres de ambas líneas se combinan y procesan en el secador de aguas madres Kang Jinghui, con un contenido de agua en sólidos secos ≤5 % y 0,4 t/d de impurezas. Posteriormente, se coprocesan en el centro de residuos peligrosos, logrando así un vertido cero de aguas madres.

III. Configuración de equipos y materiales clave

I V. Datos de Operación Promedio de 190 días consecutivos, junio 2024 - diciembre 2024

1.Capacidad de procesamiento: Cloruro de sodio 5,2 t/h, Sulfato de sodio 7,3 t/h (Tasa de carga 104%)

2. Consumo de vapor: Línea de cloruro de sodio 0,32 t/t de agua; Línea de sulfato de sodio 0,03 t/t de agua (solo operación)

3. Consumo de energía total: Línea de cloruro de sodio: 18 kWh/t; Línea de sulfato de sodio: 28 kWh/t; Promedio ponderado: 24 kWh/t

4. Calidad de la sal: NaCl 99,4%, blancura 84; Na₂SO₄ 98,8%, blancura 86. Todos cumplen con los estándares industriales de grado 1.

5. Tasa de recuperación de litio: 96%, licor madre rico en litio Li⁺ 26 g/L

6. Condensado: Cl⁻≤80 mg/L, SO₄²⁻≤50 mg/L, tasa de reutilización del 95 %

7. Tiempo de actividad del sistema: 98,5 %, paradas no planificadas 2 veces al año, cada una <4 h

8. Ciclo de limpieza: Línea de cloruro de sodio 100d; Línea de sulfato de sodio 110d

V. Innovaciones técnicas

1. Producción separada de sal y acoplamiento de licor madre: el MVR de triple efecto de cloruro de sodio y sulfato de sodio están conectados en paralelo, con reflujo cruzado de licor madre, lo que aumenta la tasa de recuperación de litio en un 10% en comparación con los sistemas de línea única.

2. MVR centrífugo de alta temperatura: aumento de temperatura de una sola etapa de 18 ℃, relación de presión 1,7, consumo de energía por tonelada de agua 28 kWh, 20 % más eficiente energéticamente que los sistemas Roots de doble etapa.

3. Separación de sal por congelación y fusión: nitración a baja temperatura, retorno de fusión en caliente al extremo frontal, tasa de eliminación de sulfato del 90%, contenido de sal de impurezas reducido en un 80%. 

4. Material compuesto de titanio/acero dúplex: lado del tubo TA10 + lado de la carcasa 2507, tasa de corrosión ≤0,01 mm/a en condiciones de ácido mixto Cl⁻+SO₄²⁻ a 80 ℃, vida útil de 10 años.

5. Antiincrustante con IA y gemelo digital: monitoreo en tiempo real de la diferencia de temperatura, conductividad y vibración; predice tendencias de incrustaciones de flúor; proporciona una advertencia con 72 horas de anticipación; reduce la frecuencia de limpieza anual de 12 a 3 veces.

VI. Beneficios ambientales y económicos

1. Ambiental: Reducción anual de 100.000 toneladas de aguas residuales de alta salinidad y reducción del 85% de sales residuales peligrosas.

2. Económico: Ahorro anual de 95.000 toneladas de agua primaria, 18.000 toneladas de vapor vivo, 22 millones de yuanes en ingresos por sal industrial como subproducto y recuperación de 110 toneladas de litio (equivalente a 580 toneladas de Li₂CO₃), lo que resulta en beneficios adicionales de 87 millones de yuanes.