摘 要: 概述了沉锂母液回收锂的方法，并介绍了 CWL - M 离心萃取机的工作原理及离心萃取处理沉锂母液的原理。通过青海某盐湖企业沉锂母液回收锂的工业化生产，获得的高浓度锂溶液可直接用于制备电池级碳酸锂产 品，得出新型离心萃取机可在沉锂母液回收锂行业中的推广应用。
关键词: 离心萃取机 ; 溶剂萃取 ; 沉锂母液 ; 锂回收
由于锂电池在消费电子以及电动汽车行业中的应用，使得锂资源的需求得到了显著的提升，碳酸锂( Li2 CO3 ) 是生产正极材料的基础原材料。根据地质调查局的报告，电池行业锂产品的消费占比为39% ，预计 2025 年锂电池生产过程中锂需求增加约70% ，锂资源呈现供不应求的局面。目前锂原料主要有锂矿石、盐湖卤水和二次锂资源。碳酸锂产品 是由净化后的高浓度硫酸锂或者氯化锂溶液经过碳 酸钠沉淀得到的。由于碳酸锂具有一定的溶解度， 沉淀后母液中仍含有大量的锂，同时含有大量钠以 及残余的碳酸根离子，溶液呈碱性，锂在母液中难以 回收。实现沉锂母液中锂的高效回收，提高整体工 艺流程中的锂回收率成为近年来的研究重点。
1、沉锂母液回收锂的方法
目前沉锂母液回收锂的方法主要有磷酸锂法、加酸浓缩法、加酸自循环和溶剂萃取法。不同回收 方法工艺对比如下: ①磷酸锂法。优点: 回收率较高，其回收率达到 90% ; 缺点: 磷酸锂价格较低，成本较高，经济效益不高。②加酸浓缩法。优点: 工艺简单，投入较小，可以得到高纯度的氯化锂溶液; 缺点: 回收率较低，一般为 70% 。生产周期较长。③ 加酸自循环。优点: 可以利用现有工艺，几乎没有投入，锂几乎没有损失; 缺点: 流程长、占用现有的生产线，不能增加产量，降低原有的产能。④ 溶剂萃取法。优点: 分离效率高、回收率高、能耗低、处理量大; 缺点: 对萃取设备要求高。
实现萃取分离效果的关键因素是选择合适的萃取设备，传统的萃取分离设备主要有混合澄清槽和萃取塔，存在料液存留量大、占地面积大、传质效率低以及有机相损失大等问题。而 CWL - M 型离心萃取机是新一代的高效快速萃取分离设备，可以快速建立平衡，根据不同的混合体系要求，调整混合与分离的部件，满足萃取效率高、传质级效率高以及能耗低的要求。
2、新型离心萃取机结构及工作原理
离心萃取机是一种通过离心力有效提取和分离液液两相的设备，可以实现液液两相传质、反应、萃取、洗涤、分离等功能。CWL - M 新型离心萃取机采用上悬式单支点结构，无底部机械密封。同时转鼓上方轴承采用双极迷宫密封装置，确保设备内部气体泄漏。离心萃取机工作时利用电机带动转鼓高速转动，密度不同且互不相溶的两种液体( 密度大的一相称为重相，密度小的一相称为轻相) 按照一定的流比分别从两个进料口进入转鼓和壳体之间的混合区，使两相快速混合，完成萃取传质过程。混合液在涡流盘的作用下进入转鼓，混合液与转鼓同步旋转，在离心力的作用下，密度大的重相在向上流动过程中逐步远离转鼓中心而靠向转鼓壁; 密度小的轻相逐步远离转鼓壁而靠向中心，澄清后的两相液体最终通过各自堰板进入收集室，并由出料管分别引出机外，完成两相分离过程。
3、离心萃取法回收沉锂母液中锂的原理
沉锂母液经调 pH 值后与萃取剂在离心机中充分混合，沉锂母液中的 Li 在萃取过程中以 Li + 形式存在。由于沉锂母液与萃取剂互不相溶，在离心萃取机中存在两种液相: 沉锂母液和萃取剂。通过搅拌，产生很大的相界面，使两相充分接触，Li + 被萃取剂选择性萃取，从含大量 Na + 的沉锂母液中分离出来，从而达到分离和提纯目的。提取过程如下:
由于沉锂母液与萃取剂之间有密度差，在离心力作用下产生分层，从而实现分离的目的。以萃取剂为主，并含有较多的锂为萃取相，以沉锂母液为主，并残有少量锂为萃余相。反萃则是利用萃取反应的逆过程，采用盐酸或者硫酸溶液与含有锂的萃取相进行混合，在离心萃取机内实现混合与分离，得到高浓度的锂溶液和空白有机相。
4、在沉锂母液回收锂中的应用
根据相关数据可知，年产 1 万 t 碳酸锂的生产线每小时产生 15 m3 的沉锂母液。本试验所处理的沉锂母液取自青海某盐湖企业，主要成分见表 1。
表 1 沉锂母液主要成分
优化后的萃取工艺条件: 采用该萃取体系，萃取段相比( O / A) = 1 ∶ ( 1 ～ 1. 5) ; 经过两级萃取后，负载有机采用洗酸洗涤，洗涤相比( O / A) = ( 10 ～ 15) ∶1; 最后采用 6 mol / L 盐酸进行两级反萃，反萃相比 ( O / A) = ( 15 ～ 20 ) ∶ 1，反萃后有机相循环使用。高锂溶液经碳酸钠沉淀得到碳酸锂产品。以上萃取 过程沉锂母液的流量为15 m3 / h ，有机相流量为10 ～ 15 m3 / h，针对该混合通量选用 CWL650 - M 型离心萃取机，设备技术参数见表 2。离心萃取法回收沉锂母液中锂的工艺流程如图 1 所示。
表 2 CWL650 - M 型离心萃取机技术参数
沉锂母液先调节 pH 值，过滤除去部分结晶物，滤液进入离心机萃取段，萃取后的萃余液进入后续污水处理，含有锂的萃取相进入洗涤工序进行离心洗涤，然后进入离心反萃，得到的空载有机循环使用，高锂母液进入沉锂工段进行沉锂。
图 1 离心萃取法回收沉锂母液中锂流程简图
该工艺生产线于 2021 年 9 月下旬投入使用，处理沉锂母液 15 ～ 20 m3 / h。目前中试线运行稳定， 获得的高浓度氯化锂溶液成分含量稳定( 如表 3 所示) ，可直接用于生产电池级碳酸锂。
表 3 高浓度锂溶液主要成分
5、结论
目前国内市场碳酸锂价格高达 50 万元/ t。采用离心萃取法直接从沉锂母液中回收锂，可提高锂的整体回收率，降低生产成本，解决沉锂母液回收锂的难题，使含锂资源得以综合开发利用，从而实现产业链的增长。CWL - M 型离心萃取机应用于沉锂母液回收锂，与传统的混合澄清槽、萃取塔相比，具有萃取效率高，有机挟带量少，萃取平衡时间短，可实现即开即停、在线清洗，沉锂母液中锂回收率较高且杂质金属分离效果好，适宜工业化推广应用。
