锂冶炼厂设计(engineering design of lithium plant)

以锂精矿或富锂卤水为原料，生产锂产品的稀有金属冶炼厂设计。设计主要范围包括：石灰石法氢氧化锂车间设计、硫酸法碳酸锂车间设计和金属锂车间设计。原料主要为含锂矿物和富锂卤水。含锂矿物有：锂辉石、锂云母、透锂长石和磷铝石等。富锂卤水包括：盐湖卤水、海卤水及地下卤水。

简史大规模工业生产锂产品的工厂设计始于20世纪50年代，1953～1960年美国和苏联分别建设以锂精矿为原料生产碳酸锂和单水氢氧化锂的工厂，其生产规模以碳酸锂计为5000～8000t／a。60年代以后，美国和智利建成以富锂卤水为原料的碳酸锂厂，日本、联邦德国以碳酸锂为原料发展了二次锂盐加工，生产多种锂产品。50年代末，中国开始从制盐母液中回收碳酸锂，并自行设计了第一个以锂辉石为原料，生产单水氢氧化锂的工厂，80年代末，中国已有8家企业生产锂产品，其产量(以碳酸锂计)为5500t／a。

产品方案与设计规模锂产品广泛用于军工、冶金、玻璃陶瓷、化工、机械、电子和医药工业等领域，产品品种及规格达100多个。常用锂产品有碳酸锂、单水氢氧化锂、氟化锂、氯化锂、溴化锂、氢化锂、金属锂及锂带等，其中：碳酸锂既作为产品直接使用，也用于加工其他锂产品的基本原料。锂冶炼厂的设计规模(以碳酸锂计)，较大者一般为5000～20000t／a。1000t／a以下的小厂，经济效益较差。

工艺流程选择工艺流程一般根据原料类型及产品方案确定。生产碳酸锂的主要原料为锂辉石精矿及富锂卤水。锂精矿的处理工序有备料、焙烧、浸出、净化、浓缩等；富锂卤水要经日晒析锂、净化和浓缩等处理工序。用锂辉石精矿的工艺流程有硫酸法和硫酸钾法。美国和中国用硫酸法，前苏联用硫酸钾法。两种工艺流程相比，硫酸法流程短，回收率高，产品质量好，能耗低，是处理锂辉石精矿较好的生产方法。富锂卤水一般采用盐田晒卤和纯碱沉淀法，美国银峰(Silver Peak)锂厂及智利阿塔卡玛(Atacama)锂厂采用这种方法，其工艺流程简单，能耗少，产品成本低，颇有竞争力。但这种方法主要适用于含镁较低的富锂卤水及日照长的干燥地区。生产单水氢氧化锂的原料，主要为锂辉石精矿、锂云母精矿和工业碳酸锂。采用石灰石法处理锂辉石精矿及锂云母精矿直接生产单水氢氧化锂，辅助材料仅用石灰石，生产过程中无腐蚀性，但其回收率低、渣量大且能耗高，当以锂云母精矿为原料时，其缺点更为突出。采用石灰苛化法处理工业碳酸锂生产单水氢氧化锂，产品质量高、能耗低、渣量少，为大规模工业生产所采用。工业上用电解法生产金属锂，电解质成分为LiCl一KCl熔盐。氯化锂以碳酸锂为原料经盐酸处理制得。以锂辉石为原料制取金属锂工艺流程见图1，用碳酸锂加工制取常用锂产品的工艺流程见图2，富锂卤水制取碳酸锂工艺流程见图3。

设备选择锂厂的主要设备有回转窑、过滤机、蒸发器、干燥机和电解槽等。(1)回转窑。在石灰石法生产单水氢氧化锂过程中用于将生料浆烧成为熟料，窑的进料端挂链条；在硫酸法生产碳酸锂过程中用于锂辉石精矿转型焙烧及p锂辉石硫酸化焙烧，均为干式中空窑。(2)蒸发器。用于浓缩熟料浸出并经净化后的

溶液。为节约能耗，一般采用三效蒸发，同时为便于清理蒸发器积垢，采用自然循环外加热式。(3)过滤机。用于浸出料浆及洗渣的过滤，常用转鼓真空过滤机。(4)干燥机。用于单水氢氧化锂产品的干燥，可用间接加热搅拌式真空干燥机，或干燥空气加热的回转干燥机；碳酸锂产品的干燥，用远红外干燥机或转盘式干燥机；氯化锂的干燥，当产量小时用石墨坡板炉，产量大时用喷雾干燥器。(5)电解槽。用于生产金属锂，槽型

各个国家有所不同，但均为熔盐电解，以石墨为阳极，铁件为阴极。

车间组成与配置大、中型锂厂的生产车间一般有碳酸锂车间、氢氧化锂车间、金属锂车间和二次锂盐加工车间。辅助设施有中心化验室、硫酸库、动力车间和维彦车间等。配置应以碳酸锂车间为主体，与其他车间沟通形成一个整体。碳酸锂车间转型窑排出含尘烟气，酸化窑烟气含二氧化硫，金属锂车间电解槽排出经过净化的烟气中含有一定数量的氯，设计时要考虑它们之间的相互影响、气象条件和环境保护。硫酸库、油库或煤气站应单独设置，与碳酸锂车间的距离要符合安全规程。煤场粉尘较大，要安排在生产车间的下风向。各个车间采取单独集中配置，亦可根据产品方案、场地实际情况，适当合并集中配置。

主要技术经济指标以锂辉石精矿为原料硫酸法生产碳酸锂，电解法制取金属锂的技术经济指标为：

锂辉石精矿至碳酸锂总回收率／％85～90

碳酸锂至金属锂回收率／％75～85

锂辉石精矿至金属锂总回收率／％70～75

金属锂纯度／％98．5～99．9

电流效率／％80～85

生产1t金属锂消耗：

锂辉石精矿(含Li206％)／t47～51

硫酸(含H2S0493％)／t16~18

纯碱(含NazC0399％)／t13.5~14.5

氯化钾(KCl~>99％)／kg150~200

盐酸(含HCI>~31％)／t18~20

矿物油／t0.5

电／kW•h37000~49000

煤／t26~30