Evaporador de triplo efeito cc + evaporador MVR de sulfato de sódio de 7 t/h

O sistema de evaporação e cristalização MVR de triplo efeito para cloreto de sódio (5 t/h) e sulfato de sódio (7 t/h), com núcleo composto por "separação de sais, acoplamento da solução-mãe, MVR em alta temperatura e refino por congelamento-aquecimento", alcança com sucesso o descarte zero de efluentes com alta concentração de sal provenientes da reciclagem de baterias de lítio e a recuperação de cloreto de sódio e sulfato de sódio como produtos de primeira qualidade, com uma taxa de recuperação de lítio de 96%. Este caso fornece à indústria de reciclagem de baterias de lítio um módulo padronizado, eficiente, de baixo consumo e com longo ciclo de vida, marcando a aplicação em larga escala de evaporadores MVR na indústria de baterias de lítio.

I. Contexto do Projeto 

A linha de reciclagem úmida de baterias de lítio ternárias desativada gera 300 toneladas de efluentes com alta salinidade diariamente, incluindo 120 toneladas do sistema de cloreto de sódio (NaCl 12%, Li⁺ 0,8 g/L, DQO 4000 mg/L) e 180 toneladas do sistema de sulfato de sódio (Na₂SO₄ 16%, Li⁺ 1,1 g/L, DQO 5500 mg/L). O evaporador de efeito simples existente apresenta um consumo de vapor de 1,25 toneladas/tonelada e uma taxa de arraste de lítio de 12%, o que não atende aos requisitos para o enriquecimento inicial de sais de lítio de grau de bateria. Em 2024, a empresa construiu uma unidade paralela de evaporação e cristalização composta por um reator de triplo efeito de cloreto de sódio com capacidade de 5 t/h e um reator MVR de sulfato de sódio com capacidade de 7 t/h. Requisitos: Pureza do cloreto de sódio ≥ 99,2%, pureza do sulfato de sódio ≥ 98,5%, ambos atendendo aos padrões industriais da Classe I; taxa de recuperação total de lítio ≥ 95%, solução enriquecida com Li⁺ ≥ 25 g/L; ausência de descarga de licor-mãe do sistema; consumo de energia por tonelada de água ≤ 45 kWh (média ponderada do reator de triplo efeito + MVR); materiais do equipamento resistentes à mistura ácida de Cl⁻ + SO₄²⁻ e capazes de operação contínua a 80 °C.

II. Arquitetura Geral do Processo

1. Pré-tratamento e remoção de impurezas

Após "coagulação e flotação + remoção de metais pesados por resina + ajuste de pH", o teor total de metais pesados é ≤ 0,1 mg/L e a dureza é ≤ 50 mg/L, evitando a formação de incrustações no evaporador.

2. Linha de Cloreto de Sódio – Cristalização por Evaporação com Circulação Forçada de Triplo Efeito (5 t/h): Operação em co-corrente, primeiro efeito a 105 °C (vapor vivo a 0,5 MPa), terceiro efeito a 65 °C, vapor secundário do último efeito entra no condensador de superfície, vácuo de -0,082 MPa; O cristalizador Oslo DTB está localizado no terceiro efeito, com um teor de sólidos na suspensão cristalina de 28% e um tamanho de partícula de 0,45 mm; 1,5 t/h de licor-mãe centrifugado é retornado à extremidade frontal e misturado com o licor-mãe da linha de sulfato de sódio para posterior recuperação de lítio.

3. Linha de Sulfato de Sódio – 7 t/h MVR Circulação Forçada Evaporação Cristalização

Temperatura de evaporação de 78 °C, aumento da temperatura do compressor centrífugo de 18 °C, taxa de compressão de 1,7, reutilização de 100% do vapor secundário; Separação de sal por congelamento-fusão a quente: Na₂SO₄ concentrado a 220 g/L entra em um cristalizador de congelamento a -3 °C, onde precipita Na₂SO₄·10H₂O e, após fusão a quente, retorna ao MVR, com uma taxa de remoção de sulfato de 90%; Licor-mãe rico em lítio a 2 t/h, com teor de lítio de 25 g/L, enviado para o processo de precipitação de carbonato de lítio.

4. Sistema de Secagem da Água-Mãe

O licor-mãe de ambas as linhas é combinado e processado no secador de licor-mãe Kang Jinghui, apresentando um teor de sólidos secos ≤5% e impurezas de 0,4 t/d. Em seguida, é coprocessado no centro de resíduos perigosos, atingindo o descarte zero de licor-mãe.

III. Configuração dos principais equipamentos e materiais

IV . Média dos dados operacionais durante 190 dias consecutivos, de junho de 2024 a dezembro de 2024

1. Capacidade de processamento: Cloreto de sódio 5,2 t/h, Sulfato de sódio 7,3 t/h (Taxa de carga 104%)

2. Consumo de vapor: Linha de cloreto de sódio 0,32 t/t de água; Linha de sulfato de sódio 0,03 t/t de água (somente em operação)

3. Consumo total de energia: Linha de cloreto de sódio 18 kWh/t; Linha de sulfato de sódio 28 kWh/t; Média ponderada 24 kWh/t

4. Qualidade do sal: NaCl 99,4%, brancura 84; Na₂SO₄ 98,8%, brancura 86. Todos atendem aos padrões de grau industrial 1.

5. Taxa de recuperação de lítio: 96%, solução-mãe rica em lítio Li⁺ 26g/L

6. Condensado: Cl⁻≤80mg/L, SO₄²⁻≤50mg/L, taxa de reutilização de 95%

7. Tempo de atividade do sistema: 98,5%, desligamentos não planejados 2 vezes por ano, cada um com duração inferior a 4 horas.

8. Ciclo de limpeza: Linha de cloreto de sódio 100d; Linha de sulfato de sódio 110d

V. Inovações Técnicas

1. Produção separada de sal e acoplamento da solução-mãe: O reator de triplo efeito de cloreto de sódio e o reator de vaporização de sulfato de sódio são conectados em paralelo, com refluxo cruzado da solução-mãe, aumentando a taxa de recuperação de lítio em 10% em comparação com sistemas de linha única.

2. MVR centrífugo de alta temperatura: Elevação de temperatura em estágio único de 18℃, taxa de compressão de 1,7, consumo de energia por tonelada de água de 28 kWh, 20% mais eficiente em termos energéticos do que os sistemas Roots de dois estágios.

3. Separação de sal por congelamento e descongelamento: Nitração em baixa temperatura, retorno do sal fundido à etapa inicial, taxa de remoção de sulfato de 90%, redução do teor de sal impuro em 80%. 

4. Material compósito de titânio/aço duplex: lado do tubo TA10 + lado da carcaça 2507, taxa de corrosão ≤0,01 mm/ano em condições de ácido misto Cl⁻+SO₄²⁻ a 80 °C, vida útil de 10 anos.

5. Sistema anti-incrustante com IA e gêmeo digital: Monitoramento em tempo real da diferença de temperatura, condutividade e vibração; prevê tendências de incrustação de flúor; fornece aviso prévio de 72 horas; reduz a frequência anual de limpeza de 12 para 3 vezes.

VI. Benefícios Ambientais e Econômicos

1. Ambiental: Redução anual de 100.000 toneladas de águas residuais com alta salinidade e redução de 85% nos sais residuais perigosos.

2. Econômico: Economia anual de 95.000 toneladas de água primária, 18.000 toneladas de vapor vivo, 22 milhões de yuans em receita com o sal industrial subproduto e recuperação de 110 toneladas de lítio (equivalente a 580 toneladas de Li₂CO₃), resultando em benefícios adicionais de 87 milhões de yuans.