Li+、Na+、K+、SO42--H2O体系相图在MVR蒸发过程的应用研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0533

摘要/Abstract

摘要：

工业上硫酸法矿石提锂生产碳酸锂的副产品是元明粉。为了解决元明粉生产环节MVR蒸发过程中出现的硫酸锂与硫酸钠共晶问题,采取了如下措施：首先,结合生产MVR流程实际取样数据,利用Li⁺、Na⁺、K⁺、SO₄^2--H₂O体系相图进行理论分析,利用火焰光度计、原子吸收分光光度计及XRD等化学分析手段,综合分析证明了元明粉MVR蒸发过程中硫酸锂与硫酸钠共晶复盐的存在。其次,结合MVR设备结构及生产工艺,提出了硫酸锂和硫酸钠共晶造成元明粉产品杂质锂含量超标问题的解决方法。

关键词: 硫酸钠, MVR结晶器, 硫酸锂, 共结晶

Abstract:

In industry,the by-product of extracting lithium from ore to produce lithium carbonate is the sodium sulfate pow-der.In order to solve the current problem of lithium sulfate and sodium sulfate eutectic during MVR evaporation,the following measures were taken：Firstly,combining with the actual sample data of MVR production process,the phase diagram of Li⁺,Na⁺,K⁺,SO₄^2- -H₂O system was theoretically analyzed,and the existence of lithium sulfate and sodium sulfate eutectic com-plex salts in the evaporation process of MVR was proved and comprehensively analyzed by chemical analyzed means of flame photometer,atomic absorption spectrophotometer and XRD.Secondly,combining with the MVR equipment structure and pro-duction process,a solution to the problem of excessive lithium impurities in sodium sulfate production caused by lithium sul-fate and sodium sulfate eutectic was put forward.

Key words: sodium sulfate, MVR crystallizer, lithium sulfate, cocrystallization

中图分类号:

TQ131.1

田海英,周复,徐川,涂明江,钟兆资,廖仕英,李仕红. Li⁺、Na⁺、K⁺、SO₄^2--H₂O体系相图在MVR蒸发过程的应用研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(8): 75-78.

Tian Haiying,Zhou Fu,Xu Chuan,Tu Mingjiang,Zhong Zhaozi,Liao Shiying,Li Shihong. Application research of Li⁺,Na⁺,K⁺,SO₄^2--H₂O system phase diagram in MVR evaporation process[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2021, 53(8): 75-78.

图/表 10

图1

表1

表2

表3

图2

表4

图3

表5

表6

图4

编号	平衡液相组分质量分数/%				平衡固相组分质量分数/%
编号	Li₂SO₄	Na₂SO₄	K₂SO₄	H₂O	Li₂SO₄	Na₂SO₄	K₂SO₄
1	7.46	18.54	1.83	70.85	32.50	62.47	5.03
2	7.91	21.95	2.05	68.07	30.19	64.87	4.94
3	7.62	19.67	2.17	69.49	31.49	62.85	5.67
4	7.92	22.87	2.06	69.77	29.43	65.74	4.83
5	8.03	20.81	1.81	68.41	31.76	63.72	4.52
6	7.81	22.64	4.71	68.72	27.59	61.90	10.51
7	6.83	19.64	2.10	68.90	29.25	65.08	5.67
8	7.17	21.94	1.91	68.05	28.28	66.95	4.77
9	8.04	21.15	2.52	73.87	30.93	62.95	6.12
10	7.62	18.08	2.39	68.33	32.97	60.51	6.52
11	8.03	19.72	2.42	68.76	32.35	61.49	6.16
12	7.93	18.92	2.81	70.11	32.57	60.14	7.29
13	8.44	20.94	2.90	66.29	31.89	61.19	6.92
14	7.75	19.32	3.00	69.75	31.51	60.79	7.70
15	7.41	19.78	2.78	70.02	30.28	62.54	7.18
16	6.99	19.55	2.54	70.19	29.47	63.76	6.77
17	7.99	15.32	2.06	71.47	37.77	56.08	6.15
18	8.01	18.64	1.96	71.14	33.85	60.92	5.24
19	6.32	22.69	2.21	65.86	25.00	69.47	5.53
20	6.72	21.35	2.44	65.92	27.13	66.66	6.22
21	7.86	17.91	2.71	68.39	33.54	59.15	7.31
22	7.51	22.46	2.65	64.12	28.28	65.42	6.30
23	7.49	20.21	3.85	68.17	29.31	61.19	9.50
24	7.61	19.15	3.10	72.28	31.22	60.75	8.03
25	8.10	23.73	3.16	66.78	28.46	64.53	7.02
26	7.41	19.47	3.59	73.59	29.95	60.90	9.16
27	7.17	24.09	3.70	66.75	25.48	66.22	8.30
28	7.94	23.68	3.48	68.75	27.91	64.37	7.72
29	6.76	24.95	2.82	67.82	24.28	69.33	6.39
30	7.58	25.59	3.09	67.33	25.84	67.50	6.66
31	7.17	25.32	3.38	68.41	24.81	67.81	7.39
32	6.66	27.10	4.27	67.40	21.97	69.15	8.88

编号	平衡液相组分质量分数/%				平衡固相组分质量分数/%
编号	Li₂SO₄	Na₂SO₄	K₂SO₄	H₂O	Li₂SO₄	Na₂SO₄	K₂SO₄
1	3.84	22.28	1.18	68.16	17.58	78.99	3.43
2	3.10	23.91	0.84	69.03	14.01	83.59	2.40
3	3.53	21.16	1.13	70.61	17.11	79.44	3.45
4	3.37	24.39	1.13	66.34	14.69	82.21	3.10
5	3.91	19.97	1.37	70.33	19.34	76.39	4.27
6	3.19	22.50	1.38	68.93	14.87	81.07	4.07
7	4.06	23.92	1.74	68.37	17.16	78.20	4.64
8	3.53	21.03	1.48	72.38	17.03	78.47	4.50
9	3.20	24.51	0.93	69.79	14.08	83.34	2.58
10	4.07	21.03	1.73	69.65	18.99	75.93	5.09
11	4.30	23.74	1.84	69.68	18.06	77.06	4.88
12	4.74	24.74	2.00	70.42	18.85	76.13	5.01
13	4.05	27.04	1.42	69.16	15.65	80.87	3.47
14	4.85	27.45	2.14	65.98	17.67	77.42	4.92
15	3.78	28.22	1.67	67.69	14.17	81.88	3.95
16	3.66	30.22	1.53	66.87	13.05	83.50	3.45
17	3.29	34.76	1.42	66.15	10.59	86.53	2.88
18	3.31	29.81	1.43	67.86	12.12	84.57	3.31
19	3.33	28.75	1.48	70.47	12.57	83.90	3.53
20	3.60	30.69	1.58	68.04	12.70	83.79	3.51
21	3.81	28.81	1.77	68.06	14.00	81.90	4.11
22	3.86	27.39	1.66	67.51	14.79	81.19	4.02
23	3.84	27.57	1.73	67.29	14.61	81.22	4.17
24	4.22	28.28	2.01	67.38	15.40	79.95	4.64
25	4.73	27.75	2.05	66.82	17.20	78.09	4.70
26	4.00	28.22	1.97	66.10	14.78	80.62	4.60
27	3.75	27.63	1.62	68.23	14.34	81.75	3.91
28	3.94	27.42	1.94	68.01	14.95	80.40	4.65
29	3.58	28.04	1.69	69.08	13.60	82.34	4.06
30	3.72	27.22	1.03	68.76	14.64	82.82	2.55
31	4.29	29.27	2.85	67.79	14.92	78.82	6.26
32	4.37	28.32	2.17	67.76	15.81	79.23	4.96

编号	平衡液相组分质量分数/%				平衡固相组分质量分数/%
编号	Li₂SO₄	Na₂SO₄	K₂SO₄	H₂O	Li₂SO₄	Na₂SO₄	K₂SO₄
1	3.19	24.71	0.91	69.11	13.93	83.56	2.51
2	3.66	18.78	0.11	70.98	20.03	79.59	0.38
3	3.80	22.67	1.56	69.14	17.01	78.57	4.42
4	3.28	25.25	1.27	70.76	13.88	82.73	3.39
5	4.35	25.19	1.96	68.47	17.36	77.70	4.94
6	4.18	25.37	1.26	68.98	17.00	79.76	3.24
7	3.33	28.12	1.72	69.14	12.71	83.15	4.14
8	3.50	29.01	1.49	68.43	13.03	83.47	3.50
9	3.40	27.28	2.88	69.36	12.90	80.19	6.91
10	3.98	29.61	1.88	66.91	14.16	81.62	4.22
11	3.92	28.30	1.71	67.50	14.58	81.41	4.01
12	4.83	27.40	1.99	66.49	17.71	77.69	4.60
13	4.15	26.68	1.83	67.06	15.99	79.55	4.46
14	3.58	27.64	17.03	61.32	10.02	59.87	30.11
15	4.18	27.52	1.90	68.91	15.66	79.83	4.50

编号	各组分质量分数/%				n（Li⁺）/ n（SO₄^2-）	n（Na⁺）/ n（SO₄^2-）	n（K⁺）/ n（SO₄^2-）
编号	Li⁺	Na⁺	K⁺	SO₄^2-	n（Li⁺）/ n（SO₄^2-）	n（Na⁺）/ n（SO₄^2-）	n（K⁺）/ n（SO₄^2-）
1	2.73	21.80	5.15	58.49	0.64	1.56	0.22
2	2.17	24.12	4.71	59.07	0.51	1.70	0.20
3	2.09	22.73	4.60	59.10	0.48	1.61	0.19
4	1.03	26.34	1.74	55.14	0.26	1.99	0.08
5	1.63	26.99	3.55	66.96	0.34	1.68	0.13
6	1.18	27.29	2.32	62.60	0.26	1.82	0.09

成分	质量浓度	成分	质量浓度
Li₂O	8.24	K⁺	4.20
SO₄^2-	190.60	Na⁺	82.50

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Li⁺、Na⁺、K⁺、SO₄^2--H₂O体系相图在MVR蒸发过程的应用研究

Application research of Li⁺,Na⁺,K⁺,SO₄^2--H₂O system phase diagram in MVR evaporation process

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编号	原液体积/mL	共晶料体积/mL	V（原液）/ V（共晶料）	冲洗后母液 ρ（Li₂O）/(g·L^-1)	冲洗后固体 w（Li₂O）/%
1	341	1 900	0.18	25.05	0.45
2	341	1 900	0.18	25.24	0.72
3	741	1 500	0.49	23.10	0.09
4	741	1 500	0.49	22.50	0.08
5	1 100	1 700	0.65	20.06	0.09
6	1 100	1 700	0.65	20.54	0.09

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