本實(shí)用新型涉及一種濃縮鹵水的系統(tǒng)，特別涉及一種濃縮鹵水并除鹽的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鋰是一種用途廣泛的金屬元素，隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展，特別是電動(dòng)車(chē)的發(fā)展，對(duì)鋰的需求量越來(lái)越大?，F(xiàn)有的鋰主要從鹽湖中提取得到。鎂是地球的地殼中第八豐富的元素，約占2%的質(zhì)量，因此，在鹽湖鹵水中，普遍含有較多量的鎂。鎂的存在，使得難以有效地對(duì)鹵水進(jìn)行分離純化，導(dǎo)致在從鹵水中提取所需要的鹽時(shí)，需要進(jìn)行處理的除鎂處理。而鹽湖普遍地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，交通不便，原位降低鹵水中鎂含量存在很大的困難。

從鹽湖湖水制備工業(yè)可用鹵水的進(jìn)程中，需要蒸發(fā)大量的水，以提高鹵水中對(duì)應(yīng)離子的濃度。然而受制于高原特殊的自然環(huán)境，現(xiàn)有的鹵水制備過(guò)程，使用的是常規(guī)的曬鹽法，即通過(guò)建設(shè)曬鹽池（鹽灘），利用自然的風(fēng)吹日曬使池中近90%的水分蒸發(fā)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鹵水的濃縮。曬鹽池普遍占地?cái)?shù)十平方公里，管理難度很大。曬鹽法嚴(yán)重依賴(lài)于天氣，鹵水的生產(chǎn)周期普遍需要半年，年度間的產(chǎn)量極不穩(wěn)定，極端條件下當(dāng)年甚至無(wú)法得到可用的鹵水，鹵水產(chǎn)量難以控制，嚴(yán)重制約了鹽湖的開(kāi)采。

此外，曬鹽制鹵的過(guò)程中往往伴隨著不可避免的鹵水滲漏、鎂等鹽在漫長(zhǎng)的制鹵過(guò)程中析出并夾帶大量的鋰等，造成大量的鋰離子損失，使得有限的資源難以得到較好的利用。曬鹽法嚴(yán)重提高了湖水的蒸發(fā)量，對(duì)鹽湖地區(qū)的生態(tài)環(huán)境也存在較大的不利影響，已有鹽湖因?yàn)闀覃}法開(kāi)采而干涸?，F(xiàn)有曬鹽法制備得到的鹵水，受限于自然條件，鹵水成分批間差異大，無(wú)法得到標(biāo)準(zhǔn)化的鹵水，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝難以固化，得到的產(chǎn)品質(zhì)量同樣不夠穩(wěn)定。

現(xiàn)有方法制備得到的鹵水中，普遍存在大量的雜質(zhì)離子。在眾多的雜質(zhì)離子中，鎂離子對(duì)鋰的影響最大。這是因?yàn)殒V鋰的離子性質(zhì)比較接近，難以通過(guò)物理方法將其分離。如鎂沉淀時(shí)，比較容易帶出鋰離子，造成鋰大量損失。因此，現(xiàn)有技術(shù)中為了降低鹵水中鎂鋰比，進(jìn)而獲得可用于鋰生產(chǎn)的鹵水，人們開(kāi)發(fā)出的除鎂方法均為化學(xué)除鎂。如CN105217665A公開(kāi)了以高鎂鋰鹽湖鹵水為原料，加入一定的可溶性三價(jià)金屬鹽，通過(guò)合成鎂基層狀功能材料來(lái)降低高鎂鋰比鹽湖鹵水中鎂鋰比，使高鎂鋰比鹽湖鹵水中的鎂鋰得以分離。

對(duì)于鎂鋰的質(zhì)量比高達(dá)幾十甚至幾百的鹽湖鹵水，如采用化學(xué)沉淀來(lái)除鎂，需要消耗大量的化學(xué)試劑，操作繁雜冗長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高，環(huán)保成本高。如采用離子吸附法處理上述鹽湖鹵水，鎂含量太高，極易影響吸附劑對(duì)鋰的選擇系數(shù)，對(duì)吸附劑造粒性和滲透性等要求高，在吸附和脫吸的過(guò)程中，容易損耗吸附劑，而鋰的損耗量也超過(guò)50%。煅燒法因運(yùn)行溫度高，能耗高，結(jié)塊嚴(yán)重，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。萃取法的萃取和反萃取工藝流程長(zhǎng)，藥劑消耗量大，毒性大，對(duì)環(huán)境不友好。同時(shí)，上述方法處理后的鹵水中鋰的濃度仍然較低，仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的濃縮來(lái)制取鋰鹽。這些現(xiàn)有的方法，普遍操作復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)，需要引入較大量的化學(xué)添加劑，對(duì)鹽湖地區(qū)脆弱的生態(tài)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

通過(guò)加熱液體，可以加速其中的水分蒸發(fā)，加速液體表面的空氣流動(dòng)速度，也有利于加速水分的蒸發(fā)，但是，這意味著需要消耗更多的能量。但是對(duì)于鹽湖而言，因?yàn)楹泻写罅康牡V物質(zhì)，通過(guò)加熱固然可以在一定程度上提高其蒸發(fā)速度，但是隨著湖水的蒸發(fā)，其中的鹽濃度越來(lái)越高，蒸發(fā)的速度也會(huì)隨之降低，蒸發(fā)相同量的水所耗費(fèi)的能量一般是初始蒸發(fā)時(shí)的3～5倍，能耗急劇上升。這也是現(xiàn)有曬鹽法耗時(shí)極長(zhǎng)的一個(gè)重要原因。此外，加熱湖水來(lái)提高其濃縮速度，意味著需要消耗大量的能量，同時(shí)因?yàn)樯崃考哟螅馕吨芰康膿p失也是極大的，在偏遠(yuǎn)的鹽湖地區(qū)這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

高原鹽湖地區(qū)的空氣比較干燥，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，部分鹽湖地區(qū)的平均溫度僅為10℃，空氣相對(duì)溫度一般不超過(guò)30%。經(jīng)計(jì)算可知，這種條件下，每立方米空氣中的含水量一般不超過(guò)3g。如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，干空氣的引入可以進(jìn)一步提高鹽湖水的蒸發(fā)速度，然而其同時(shí)可以使湖水或鹵水表面的溫度快速降低，影響蒸發(fā)速度進(jìn)一步升高。加熱干空氣并使用熱干空氣固然可以較為有效地避免水面溫度下降過(guò)快，提高湖水或鹵水的蒸發(fā)溫度，但熱空氣與水的熱交換并不充分，導(dǎo)致熱的損失非常之大，測(cè)算表達(dá)其熱損失超過(guò)80%，大量的熱被白白浪費(fèi)。

因此，有必要提出一種新的系統(tǒng)，既能夠快速、低能耗的濃縮湖水或鹵水，又可以在盡可能少損耗鋰的情況下析出一定量的雜質(zhì)鹽，特別是鎂鹽，提高目標(biāo)產(chǎn)物鋰的濃度，降低鹵水的鎂鋰比，然后再選擇合適的方法制備鋰鹽產(chǎn)品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種有效濃縮鹵水并除鹽的系統(tǒng)。

本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：

一種濃縮鹵水并除鹽的系統(tǒng)，包括第一蒸發(fā)裝置，進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、冷凝器和熱交換器；

蒸發(fā)裝置具有進(jìn)水口、出水口；

進(jìn)風(fēng)口引入的空氣導(dǎo)入至蒸發(fā)裝置；

蒸發(fā)裝置排出的空氣通過(guò)冷凝器后經(jīng)出風(fēng)口排出；

熱交換器用于與蒸發(fā)裝置中的鹵水進(jìn)行熱交換。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，出風(fēng)口通過(guò)導(dǎo)風(fēng)管連接至另一設(shè)有熱交換器的第二蒸發(fā)裝置。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，進(jìn)風(fēng)口后設(shè)有用于加熱空氣的換熱器。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，蒸發(fā)裝置包括第一立式蒸發(fā)器和級(jí)連的第二立式蒸發(fā)器組成，第一立式蒸發(fā)器和級(jí)連的第二立式蒸發(fā)器之間設(shè)有導(dǎo)氣裝置。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，進(jìn)風(fēng)口與鹵水水平面之間的距離保持恒定。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，冷凝器為熱泵的冷端。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，第一和第二蒸發(fā)裝置之間設(shè)有可自由切換冷熱端的熱泵。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，蒸發(fā)裝置上方設(shè)有蓋板。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，冷凝器設(shè)有冷凝水收集器。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，系統(tǒng)設(shè)有用于給蒸發(fā)裝置曝氣的曝氣裝置。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，裝置還包括用于為裝置運(yùn)行時(shí)補(bǔ)熱的太陽(yáng)能光熱裝置。

本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型系統(tǒng)，可以通過(guò)純物理方法，實(shí)施過(guò)程中無(wú)需額外添加化學(xué)試劑即可快速有效的除去鹵水中90%以上的Mg、Na、K等雜質(zhì)離子，同時(shí)鋰離子濃度快速提高約10倍，質(zhì)量損耗控制在10%以?xún)?nèi)，可用于各鋰鹽湖鹵水的除鎂處理，提高鋰離子的含量，為下一步碳酸鋰產(chǎn)品的制備節(jié)省數(shù)倍的除鎂成本和能源消耗。本實(shí)用新型系統(tǒng)特別適合處理高鎂鋰比的鹵水。

本實(shí)用新型系統(tǒng)通過(guò)控制鹵水的蒸發(fā)溫度和引入高速風(fēng)機(jī)，增強(qiáng)液體表面的空氣對(duì)流，鹵水的蒸發(fā)速率是無(wú)風(fēng)機(jī)時(shí)的11～32倍，極大的提高了蒸發(fā)速率。75℃、20W風(fēng)機(jī)作用下，鹵水的單位質(zhì)量蒸發(fā)能耗僅為無(wú)風(fēng)機(jī)時(shí)的32.9%，節(jié)能效果顯著。通過(guò)熱泵等方式回收和利用蒸發(fā)過(guò)程中的熱量，可以進(jìn)一步降低能耗約40～50%。

本實(shí)用新型系統(tǒng)在蒸發(fā)一定程度后，對(duì)鹵水進(jìn)行及時(shí)的降溫處理和固液分離，使鎂混鹽因鹵水降溫后過(guò)飽而結(jié)晶析出，有效降低了鹵水中鎂離子的含量，進(jìn)一步提高了鹵水后續(xù)蒸發(fā)的速率。應(yīng)用于工業(yè)化制鹵時(shí)，整個(gè)鹵水（湖水）的濃縮過(guò)程基本可以控制在數(shù)小時(shí)至數(shù)天內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)了鹵水的連續(xù)化制備，可以根據(jù)需要對(duì)鹵水的濃度、鎂含量等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，可以獲得標(biāo)準(zhǔn)化的鹵水使得后續(xù)的鋰生產(chǎn)工藝可以固定，得到的產(chǎn)品質(zhì)量也更為穩(wěn)定可靠。及時(shí)固液分離后的鎂鹽不易結(jié)塊，方便進(jìn)行后續(xù)的深加工，這些副產(chǎn)物都有利于鹽湖綜合開(kāi)發(fā)利用。

本實(shí)用新型的系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)閉式濃縮，也可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式濃縮。閉式濃縮即在不持續(xù)引入外界空氣的情況下，通過(guò)對(duì)空氣冷卻除濕后進(jìn)一步加熱用于鹵水的加速蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鹵水的濃縮，可以有效避免空氣中的CO₂被鹵水吸收，導(dǎo)致碳酸鋰過(guò)早析出，影響其收率。開(kāi)放式濃縮與之相反，通過(guò)持續(xù)引入加熱的干空氣對(duì)鹵水進(jìn)行濃縮，這種情況下空氣中的CO₂會(huì)被鹵水吸收，在條件合適的情況下，如雜質(zhì)鹽的量遠(yuǎn)大于鋰的量時(shí)，可以促使雜質(zhì)鹽先行析出，殘留的CO₃^2-根也有利于后續(xù)碳酸鋰的析出。可以根據(jù)實(shí)際情況的需要，選擇不同的濃縮方法，滿(mǎn)足不同的需要。

本實(shí)用新型系統(tǒng)基本擺脫了天氣對(duì)生產(chǎn)的制約，有望實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的鹽湖資源開(kāi)采。同時(shí)，由于僅需滿(mǎn)足數(shù)天內(nèi)鹵水生產(chǎn)的要求，鹽灘占地由數(shù)十平方公里縮小到1%以?xún)?nèi)，極大的縮小了湖水濃縮制鹵的占地面積；避免了由于降雨引起的減產(chǎn)；避免了大型工程中普遍存在的滲漏難題；避免了鎂等混合鹽在漫長(zhǎng)的析出過(guò)程中因板結(jié)而夾帶損失大量的鋰，大幅減少了鋰的損失；避免了鹽田擴(kuò)建引發(fā)的湖水蒸發(fā)量失衡而逐漸干涸，同時(shí)也可以充分利用其他雜質(zhì)鹽。此外，本實(shí)用新型系統(tǒng)在鹵水蒸發(fā)過(guò)程中還可以獲得冷凝水，利于減少鹽湖地區(qū)水的損失，對(duì)保護(hù)鹽湖地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境具有非常重要的意義。

本實(shí)用新型系統(tǒng)可以很好地利用高原地區(qū)日照豐富，空氣濕度小等天然條件，同時(shí)操作簡(jiǎn)單，易于控制，人力成本低；生產(chǎn)周期短，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，十分適用于條件相對(duì)惡劣的高原鹽湖地區(qū)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的系統(tǒng)。

參照?qǐng)D1，一種濃縮鹵水并除鹽的系統(tǒng)，包括第一蒸發(fā)裝置1，進(jìn)風(fēng)口2、出風(fēng)口3、冷凝器4和熱交換器6；

蒸發(fā)裝置1具有進(jìn)水口、出水口；

進(jìn)風(fēng)口2引入的空氣導(dǎo)入至蒸發(fā)裝置1；

蒸發(fā)裝置1排出的空氣通過(guò)冷凝器4后經(jīng)出風(fēng)口3排出；

熱交換器6用于與蒸發(fā)裝置1中的鹵水進(jìn)行熱交換。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，出風(fēng)口3通過(guò)導(dǎo)風(fēng)管連接至另一設(shè)有熱交換器6的第二蒸發(fā)裝置1。第一蒸發(fā)裝置和第二蒸發(fā)裝置可以根據(jù)需要進(jìn)行對(duì)調(diào)，不影響其功能行使。

裝置運(yùn)行時(shí)，操作步驟如下：

1)將含鎂離子的鹵水升溫，增強(qiáng)其表面空氣對(duì)流，加速蒸發(fā)至有鹽析出，得到初步濃縮的鹵水；

2)將初步濃縮的鹵水冷卻使其中的鹽析出，固液分離，收集剩余的鹵水；

3)對(duì)剩余的鹵水重復(fù)上述兩步操作，進(jìn)一步濃縮鹵水并分離析出的鹽，至達(dá)到生產(chǎn)需要停止?jié)饪s。

參照?qǐng)D2，另一種濃縮鹵水并除鹽的系統(tǒng)，包括第一蒸發(fā)裝置1，進(jìn)風(fēng)口2、出風(fēng)口3、冷凝器4和熱交換器6；

蒸發(fā)裝置1包括第一立式蒸發(fā)器101和級(jí)連的第二立式蒸發(fā)器101組成，第一立式蒸發(fā)器101和級(jí)連的第二立式蒸發(fā)器101之間設(shè)有導(dǎo)氣裝置，立式蒸發(fā)器101具有獨(dú)立的進(jìn)水口，底部設(shè)有出水口；

進(jìn)風(fēng)口2引入的空氣經(jīng)換熱器7加熱后依次進(jìn)過(guò)蒸發(fā)裝置1的第一立式蒸發(fā)器101和級(jí)連的第二立式蒸發(fā)器101進(jìn)行熱質(zhì)交換；

蒸發(fā)裝置1排出的空氣通過(guò)冷凝器4后經(jīng)出風(fēng)口3排出；

熱交換器6用于與蒸發(fā)裝置1中的鹵水進(jìn)行熱交換；

冷凝器4為熱泵5的冷端，用于回收出風(fēng)中的熱。

裝置運(yùn)行原理如下：

從進(jìn)風(fēng)口引入空氣的經(jīng)過(guò)換熱器加熱后，進(jìn)入第一立式蒸發(fā)器，與蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)的鹵水（湖水）進(jìn)行熱質(zhì)交換，之后濕度未完全飽和空氣繼續(xù)進(jìn)入第二立式蒸發(fā)器進(jìn)行熱質(zhì)交換，之后排出蒸發(fā)裝置，通過(guò)冷凝器回收空氣中的熱，同時(shí)得到冷凝水，最終空氣從出風(fēng)口排出。

出風(fēng)口的風(fēng)可以直接排入大氣，或出風(fēng)口通過(guò)導(dǎo)風(fēng)管與進(jìn)風(fēng)口連通，之后引入換熱器內(nèi)，再次進(jìn)行加熱后導(dǎo)入蒸發(fā)裝置中，進(jìn)一步用于鹵水的蒸發(fā)濃縮。這樣可以分別實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式濃縮和閉式濃縮，滿(mǎn)足不同的需要。

熱泵回收的熱可以根據(jù)需要，靈活用于鹵水的預(yù)熱、補(bǔ)熱，或空氣的預(yù)熱或加熱。

立式蒸發(fā)器是指蒸發(fā)器內(nèi)部可以進(jìn)行水循環(huán)并使水與空氣相接觸的密閉式蒸發(fā)器，其結(jié)構(gòu)可以是本領(lǐng)域周知的。一般而言，兩個(gè)立式蒸發(fā)器串聯(lián)設(shè)置，已經(jīng)可以使空氣與液體進(jìn)行充分的熱質(zhì)交換，攜帶出盡可能多的水。當(dāng)然，也可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置多組立式蒸發(fā)器串聯(lián)。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，出風(fēng)口通過(guò)導(dǎo)風(fēng)管連接至另一設(shè)有熱交換器的第二蒸發(fā)裝置。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，進(jìn)風(fēng)口后設(shè)有用于加熱空氣的換熱器。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，蒸發(fā)裝置包括第一立式蒸發(fā)器和級(jí)連的第二立式蒸發(fā)器組成，第一立式蒸發(fā)器和級(jí)連的第二立式蒸發(fā)器之間設(shè)有導(dǎo)氣裝置。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，冷凝器為熱泵的冷端。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，出風(fēng)口通過(guò)導(dǎo)風(fēng)管與進(jìn)風(fēng)口連通。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，進(jìn)風(fēng)口與鹵水水平面之間的距離保持恒定。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，第一和第二蒸發(fā)裝置之間設(shè)有可自由切換冷熱端的熱泵。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，蒸發(fā)裝置1設(shè)有活動(dòng)濾板11。這樣可以方便地對(duì)析出的鹽進(jìn)行初步的壓縮，減少其中的水分。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，進(jìn)風(fēng)口與鹵水水平面之間的距離保持恒定。這樣可以盡可能減少風(fēng)的損耗，保持盡可能高的風(fēng)速。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，第一和第二蒸發(fā)裝置之間設(shè)有可自由切換冷熱端的熱泵5。這樣可以有效地回收利用其中的熱能，也可以方便根據(jù)需要對(duì)鹵水進(jìn)行冷卻或加熱（預(yù)熱），滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的需要。熱泵回收的熱能還可以根據(jù)需要，用于鹵水的補(bǔ)熱，或空氣的預(yù)熱，或其他用途。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，蒸發(fā)裝置上方設(shè)有蓋板。這樣可以有效減少熱量不必要的散失，同時(shí)可以提高液體表面的風(fēng)速，提高能源的利用率。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，冷凝器設(shè)有冷凝水收集器。這樣可以得到淡水，滿(mǎn)足鹽湖地區(qū)的淡水需求，同時(shí)有助于維持鹽湖地區(qū)的水平衡。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，系統(tǒng)設(shè)有用于給蒸發(fā)裝置曝氣的曝氣裝置，使空氣與水更為充分的接觸，同時(shí)對(duì)鹵水進(jìn)行一定的攪動(dòng)。

作為上述系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，裝置還包括用于為裝置運(yùn)行時(shí)補(bǔ)熱的太陽(yáng)能光熱裝置。