Sistema de cristalización por evaporación MVR con extracción de litio y electrolito de aluminio de 6 t/h

I. Antecedentes del proyecto

Bajo el objetivo de "carbono dual", el reciclaje de baterías de iones de litio retiradas se ha convertido en un área clave para garantizar el suministro de recursos estratégicos como el litio, el níquel y el cobalto. El electrolito de aluminio (bloque de carbono catódico + electrolito), subproducto del reciclaje de baterías de litio, contiene 6-8 g/L de Li₂CO₃ soluble, 200 g/L de NaF/KF, 20 g/L de Al³⁺ y trazas de metales pesados, presentando cuatro características destacadas: alto contenido de fluoruro, alto contenido de sales, alto contenido de litio y alta corrosividad. Los evaporadores tradicionales de triple efecto presentan un alto consumo de vapor, un alto arrastre de litio y una corta vida útil del equipo, lo que dificulta el cumplimiento de los requisitos de enriquecimiento inicial de sales de litio de grado de batería.

Los requisitos de adquisición del cliente son los siguientes: Concentrado primario Li₂CO₃ ≥ 80 g/L, relación de enriquecimiento ≥ 12; Pureza de Li₂CO₃ de grado batería ≥ 99,2%, rendimiento primario ≥ 90%; Sin descarga de licor madre del sistema; consumo de energía por tonelada de agua ≤ 42 kWh; Material del equipo resistente al 30% de HF y funcionamiento a largo plazo a 85 ℃.

II. Ruta del proceso

1. Pretratamiento para la eliminación de impurezas

"Eliminación de aluminio con CO₂ + captura de metales pesados + eliminación profunda de impurezas con resina": burbujeo de CO₂ a pH 8,0, Al³⁺ a Al(OH)₃, Al ≤ 3 mg/L después de la filtración por membrana cerámica; la nueva resina quelante de tiol adsorbe selectivamente Ni/Co/Mn, metales pesados totales ≤ 0,05 mg/L, evitando la formación de espuma por evaporación y el envenenamiento del catalizador.

2. Cristalización por Evaporación de Circulación Forzada MVR: Utiliza un módulo integrado de precalentamiento de dos etapas + evaporación de circulación forzada de efecto simple + compresor de vapor centrífugo + cristalizador Oslo DTB: Temperatura de evaporación: 78 °C (vacío: -0,080 MPa), aumento de temperatura del compresor: 20 °C, relación de compresión: 1,75; 100 % de reutilización de vapor secundario, requiriendo solo 0,5 t de vapor vivo para la reposición inicial; Caudal de la bomba de circulación: 2000 m³/h, velocidad de la tubería: 3,8 m/s, lo que inhibe la formación de incrustaciones de fluoruro; El cristalizador DTB controla el contenido de sólidos de la suspensión al 30 %, el tamaño promedio de partícula: 0,55 mm y el contenido de agua: ≤2 % después de la centrifugación.

3. Separación y purificación de sales fundidas por congelación y calor: 80 g/l de Li₂CO₃ concentrado y 220 g/l de NaF entran en un cristalizador por congelación a -5 ℃, precipitando sales mixtas de NaF·KF, que se devuelven al extremo frontal después de la centrifugación; el licor madre congelado se calienta a 95 ℃, logrando una pureza de cristal de Li₂CO₃ ≥99,2 %, con un rendimiento de primera pasada del 90 %. 4. Secado de licor madre y recuperación de fluoruro: un secador de película delgada para licor madre rico en litio logra un contenido de sólidos secos de ≤3 % y un contenido de sal mixta de 0,25 t/d, que luego se envía al parque industrial para el coprocesamiento de residuos peligrosos, logrando una descarga cero de licor madre.

III. Equipos y materiales clave

IV. Datos operativos (promedio continuo de 200 días, 05/05/2024-11/2024)

• Capacidad de procesamiento: 6,3 t/h (tasa de carga 105%)

• Consumo de electricidad por tonelada de agua: 39 kWh (incluyendo compresor, bomba de circulación y secado)

• Reposición de vapor: 0,02 t/t de agua (solo en servicio)

• Relación de enriquecimiento de litio: 13 veces, concentración de Li₂CO₃: 82 g/L Tasa de recuperación de litio: 91 %, tasa de recuperación de sal mixta de NaF: 94 %

• Condensado F⁻: 4 mg/L, tasa de reutilización: 97 %

• Tiempo de actividad del sistema: 98,7 %, apagado no planificado una vez al año

• Ciclo de limpieza: 100 días (3 horas de circulación de ácido en línea)

V. Innovaciones técnicas

1. Sistema de material resistente al flúor: la tasa de corrosión de la aleación de titanio TA10 en el lado del tubo es ≤0,008 mm/a en condiciones de 30 % HF y 80 ℃, lo que aumenta la vida útil 8 veces en comparación con 316L.

2. MVR centrífugo de alta temperatura: aumento de temperatura de una sola etapa de 20 ℃, relación de presión de 1,75, consumo de energía de 28 kWh por tonelada de compresión de agua, ahorro de energía del 18 % en comparación con el sistema Roots de dos etapas.

3. Tamaño de partícula controlable de Oslo DTB: tasa de circulación 3-4, tamaño de partícula promedio 0,55 mm, consumo de energía de deshidratación centrífuga reducido en un 20%, el rendimiento del primer paso de sal de litio de grado de batería aumentó en un 15%.

4. Separación de sal por fusión por congelación y calor: Utilizando la diferencia de solubilidad entre NaF y Li₂CO₃, se realizan nitrificación a baja temperatura y fusión en caliente en la etapa frontal, logrando una tasa de eliminación de sulfato del 92% y una reducción del 85% en impurezas.

VI. Beneficios ambientales y económicos

1. Ambiental: Reducción anual de 52.000 toneladas de aguas residuales de alta salinidad, 8,5 toneladas de emisiones de F⁻ y reducción del 88% en residuos peligrosos e impurezas.

2. Económico: Ahorro anual de 50.000 toneladas de agua primaria y 6.500 toneladas de vapor vivo, con un subproducto de 3.300 toneladas de Li₂CO₃ de grado batería. A 150.000 yuanes/tonelada, esto se traduce en unos ingresos anuales por ventas de 495 millones de yuanes.

VII. Conclusión

El sistema de cristalización por evaporación MVR para la extracción de litio con electrolito de aluminio de 6 t/h resuelve con éxito los tres principales desafíos: altos niveles de fluoruro, salinidad y pérdida de litio. Con materiales de titanio resistentes a la corrosión, MVR de alta temperatura, tamaño de partícula DTB controlable y separación por congelación como base, logra un enriquecimiento de alto nivel de recursos de litio y cero vertidos de aguas residuales. Este caso práctico proporciona a la industria del reciclaje de baterías de litio un módulo estandarizado eficiente, de bajo consumo y ciclo largo, lo que marca un nuevo hito en la aplicación a gran escala de la tecnología MVR en el campo de la extracción de recursos estratégicos de nuevas energías.