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“有锂走遍天下” 磷酸铁废水处理技术应“风”而上,助力行业发展

日期:2022-08-10    来源:财讯网

国际储能网

2022
08/10
16:53
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关键词: 锂电池 新能源汽车产业 锂离子电池市场

正如石油开启了化石能源时代一样,锂电池也将引领新的能源革命。电车的主要成本来自电池。据估算,随着电池技术的进步,锂电池的成本在过去十几年,每年价格平均下跌16%。2012-2020年,锂离子电池的平均成本,已经下降了82%,这也加速了电动车的普及。

在锂电池推动下,锂电池正极材料、负极材料产销规模已位居全球前列。而新能源材料是新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料,具有比传统材料更为优异的性能,是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键。

有“锂”走遍天下

锂因存电量大、回收率高、环境友好,在可充电电池领域的应用达70%以上,主要应用于新能源汽车的动力锂电池。“双碳”背景下,我国新能源汽车呈爆发式增长,销量连续7年位居全球第一,在这个风口上,我国新能源锂电池领域加大研发力度,“有锂走遍天下”成为了行业共识。

中国市场对动力电池的需求位很高,行业发展前景广阔。2020年,我国发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,明确力争经过15年的持续努力,使我国新能源汽车核心技术达到国际水平,具备较强国际竞争力。

2021年,全球锂离子电池市场规模达到545GWh,其中,中国锂离子电池市场规模约324GWh,约占全球市场的59.4%,而中国锂电企业销量合计达382GWh,中国企业在全球市场的占有率达到70%。

《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》指出,到2025年,中国新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右,新能源汽车对锂电池的需求将持续增长,预计到2027年,中国新能源汽车行业锂电池正极材料需求量将超过100万吨。

锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池需求的增加,使正极材料的需求也不断提高。目前市面较为成熟的磷酸铁生产路线为铵法和钠法。按照2021年产品平均价格水平,铵法具有更强成本优势,应用较多。

硫酸亚铁和磷酸铵加上一些其他成分,形成磷酸铁。磷酸铁生产过程中会产生大量的洗水和母液,5万吨磷酸铁设计废水量,洗水450T/h,母液84T/h。磷酸铁母液及洗水的pH均为酸性,水温经一次降温后30-35℃,母液硫酸根高达50000-60000mg/L,TDS含量12000-65000mg/L,其中不乏钙、镁、锰、氟等金属离子。

磷酸铁废水处理方案设计

近几年我国环保政策趋严,对于环境保护意识不断加强,磷酸铁生产过程中的大量废水需要找到一种合理的工艺方案进行处理,不能随意排放。目前一些传统工艺处理磷酸铁废水容易导致后续处理难度加大,造成不必要的处理问题,成本提高,经济效益差。可采用预处理+多级膜浓缩+MVR方案处理,纯水(pH6-7,电导≤10μs/cm)回用,MVR结晶出盐。

1、预处理

预处理要去废水中铁、锰、钙、镁及氟离子等,以保证膜系统稳定运行。

⑴多介质过滤器

多介质过滤器中通过装填不同粒径的高纯度的石英砂、无烟煤等滤料对原水中悬浮物、颗粒物及胶体等物质进行过滤,同时对原水中的浊度起到降低作用。多介质过滤器完成制水周期后会执行自动清洗程序,保证设备本身的过滤效果。多介质过滤器具有低成本,操作、维护、管理方便,定时自动启动冲洗等特点。

⑵超滤膜

UF系统是以机械筛分原理为基础的一种溶液分离过程,使用压力通常为0.03-0.6MPa,筛分孔径从0.005-0.1μm,截留分子量为1000-500,000道尔顿左右。一般采用0.03μm的公称膜孔可以去除细菌、病毒、颗粒物质包括胶体,以保护后续反渗透设备工艺。出水水质出水SDI≤3。选用超滤膜具有以下特点:

①超强膜丝渗透性,实现制水过程更低压力、更高通量;

②降低清洗频率和减少化学药剂消耗量;

③拥有超高运行效率、制水效率和操作稳定行;

④膜丝强度高,抗拉强度达到2.9MPa,年断丝率小于万分之二;

⑤膜产品抗高浊度稳定运行。

2、多级膜浓缩

UF产水通过预浓RO膜浓缩,保证浓缩液端盐含量达到35g/L,预浓RO产水TDS<400mg/L;一次高压RO膜浓缩系统产水、二次高压RO膜浓缩系统产水,通过中间RO系统进行净化;中间RO系统产水通过淡化RO系统进一步净化,淡化RO系统选用高脱盐RO膜元件,保证产水电导率<10us/cm。

反渗透是又称逆渗透,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。通过采用高抗污染反渗透膜片,延缓产水量在运行中的衰减;稳定耐用的膜化学确保运行的可靠性;pH耐受范围(pH1-13)允许在严重污染或结构的情况下实现充分有效的化学清洗。通过高倍率浓缩提高浓水的含盐量,减小后续蒸发单元的处理能力,提高整个零排放系统的效率,还可以提高工艺过程处理中有价值物质的回收效率。

采用多级RO膜浓缩,实现了盐酸和其他盐分的分离。但是需要考虑膜结垢、铁/锰污染膜、磷酸钙、磷酸铵镁结垢等问题。

膜法废水深度处理工艺,解决了磷酸铁锂生产废水难处理的问题。在磷酸铁锂高速增长,环保污染也在加剧的特殊时期,实现废水资源化回收利用十分关键。

3、蒸发结晶

蒸发技术欲达到的效果一方面是压缩较高浓度盐水的体积,使其内部的盐分结晶;另一方面是形成循环产业经济,将析出的盐分提供给将此作为原材料的厂商。MVR蒸发结晶器根据浓液收集的物料特性设计而成,可节省许多能源的消耗,吨水耗电可控制在25Kwh以下,降低运行成本30%-50%。

未来,锂电池市场规模还将继续大幅增加。在产能不断增加的同时,也需要考虑当下环境的问题。相信磷酸铁废水处理技术的应用会让废水处理难题得到解决,为行业发展助力。


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