硫酸法生產(chǎn)鋰鹽的工藝介紹及其安全性設(shè)計

胡 贊

（中藍(lán)長化工程科技有限公司 長沙 410116）

1 硫酸法工藝簡介

硫酸法處理鋰輝石精礦[1]是國內(nèi)目前應(yīng)用最為廣泛的礦石提鋰工藝，工藝過程易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，該法經(jīng)過多年的發(fā)展和完善，工藝已經(jīng)相對成熟。該工藝在國內(nèi)鋰鹽生產(chǎn)企業(yè)有著廣泛應(yīng)用，如天齊鋰業(yè)、能投鼎盛、國鋰中晟、丹棱興晟等。其生產(chǎn)工藝見圖1和圖2。

圖1 氫氧化鋰工藝流程圖

圖2 碳酸鋰工藝流程圖

此工藝的基本原理是：將鋰輝石精礦，經(jīng)過1000℃的轉(zhuǎn)型焙燒使其晶相轉(zhuǎn)化為β型，將其細(xì)磨后再混入過量的濃硫酸，在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行300℃左右的酸化焙燒，產(chǎn)生可溶性的硫酸鋰。冷卻后通過中和浸出過濾得到硫酸鋰溶液。再加入石灰乳堿化除鈣、鎂等雜質(zhì)。然后加入氫氧化鈉進(jìn)行苛化，再冷凍除去硫酸鈉。得到氫氧化鋰溶液，經(jīng)蒸發(fā)、離心后得到氫氧化鋰產(chǎn)品。將得到的氫氧化鋰溶解并通入二氧化碳得到碳酸鋰。

該工藝最大的優(yōu)點工藝過程易于控制，對礦石品位適應(yīng)性強(qiáng)，鋰回收率高；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，品質(zhì)好。同時還可副產(chǎn)硫酸鈉。

2 硫酸法工藝的安全性設(shè)計

2.1 工藝涉及的主要原輔材料

根據(jù)國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，限制單線產(chǎn)能5000噸/年以下的碳酸鋰、氫氧化鋰裝置。本文以2萬噸鋰鹽規(guī)模的項目為例進(jìn)行分析，以天然氣作為熱源。

該工藝涉及的主要原輔材料及最大儲量，具體情況見表1。

表1 主要原輔材料及最大儲量

根據(jù)《危險化學(xué)品目錄》，本項目涉及的危險化學(xué)品有濃硫酸（98%）、氫氧化鈉（50%，液態(tài)）、二氧化碳（液態(tài)和壓縮）、氨水（20%）、氫氧化鋰、氮氧化物、天然氣。其中天然氣屬于重點監(jiān)管的危險化學(xué)品。

2.2 危險源及危險和有害因素分析

2.2.1 重大危險源辨識

根據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源辨識》，對項目中幾種危險化學(xué)品的實際存在量進(jìn)行辨識。天然氣屬于辨識范圍，天然氣的臨界量為50t，但天然氣不涉及儲存，通過管道輸送，天然氣存在量相當(dāng)小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于臨界量。故該項目危險化學(xué)品的實際存在量未構(gòu)成危險化學(xué)品重大危險源。

2.2.2 建設(shè)項目工藝是否屬于重點監(jiān)管的危險化工工藝

該項目的生產(chǎn)工藝有氫氧化鋰工藝、碳酸鋰工藝、硫酸鈉生產(chǎn)工藝等，根據(jù)《首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知》以及《第二批重點監(jiān)管危險化工工藝目錄和調(diào)整首批重點監(jiān)管危險化工工藝中部分典型工藝的通知》中公布的18種危險工藝。該項目不涉及上述文件公布的18中危險工藝。

2.3 ?；钒踩苑治黾跋嚓P(guān)安全性設(shè)計

2.3.1 天然氣

天然氣：第2.1類低閃點易燃?xì)怏w，爆炸極限5%～15%，火災(zāi)危險性分類為甲類。其危險特性：與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱源和明火極易燃燒爆炸。其蒸汽比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火引著回燃。

安全性設(shè)計：化工和暖通專業(yè)應(yīng)該給電氣專業(yè)提條件，指明釋放源。由電氣專業(yè)確定釋放源級別、爆炸危險區(qū)域劃分類別、電氣設(shè)備選型等級，并繪制“爆炸危險區(qū)域劃分圖”。在可能泄漏或積聚的地方設(shè)置可燃有毒氣體檢測報警儀和聯(lián)鎖切斷裝置。本項目轉(zhuǎn)型焙燒和酸化焙燒過程、元明粉干燥處、鍋爐房以及燃?xì)庹{(diào)壓站，存在天然氣泄漏的風(fēng)險，必須設(shè)置可燃?xì)怏w檢測器。同時檢測器信號進(jìn)入DCS控制系統(tǒng)，當(dāng)天然氣泄漏超標(biāo)時，安裝在控制室內(nèi)的可燃?xì)怏w檢測報警裝置將產(chǎn)生聲光報警信號，同時啟動相應(yīng)區(qū)域的防爆軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制排風(fēng)，如經(jīng)事故確認(rèn)后報警信號不消失，則控制燃?xì)夤艿廊肟谔幍木o急關(guān)斷閥切斷燃?xì)夤?yīng)。

2.3.2 二氧化碳

二氧化碳：液態(tài)二氧化碳在常壓下迅速汽化，能造成-80～-43℃低溫，引起皮膚和眼睛嚴(yán)重的凍傷。氣態(tài)二氧化碳比空氣重，容易在較低處積聚或擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方。人進(jìn)入高濃度二氧化碳環(huán)境，在幾秒鐘內(nèi)迅速昏迷倒下，反射消失、瞳孔擴(kuò)大或縮小、大小便失禁等，更嚴(yán)重者出現(xiàn)呼吸停止及休克，甚至死亡。

經(jīng)分析：本項目碳酸鋰車間碳化工序，會大量使用二氧化碳。人員進(jìn)入碳化釜檢修時，釜內(nèi)二氧化碳過量，人員未佩戴勞保用品，易造成中毒窒息事故。調(diào)漿工序，加入碳酸鈣時，物料會發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，故調(diào)漿浸出的地坑存在二氧化碳大量積聚的可能性。

安全性設(shè)計：將液態(tài)二氧化碳儲罐布置在室外，并將其溫度、壓力等信號送至DCS系統(tǒng)。在碳酸鋰車間和調(diào)漿浸出的地坑設(shè)置二氧化碳高濃度報警或低氧報警，同時設(shè)計強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備。報警信號與通風(fēng)設(shè)施聯(lián)鎖，一旦濃度超限即自動啟動通風(fēng)。當(dāng)人員進(jìn)入碳化釜或地坑時，要求佩戴勞保用品和便攜式探測器。

2.3.3 液體儲罐區(qū)（濃硫酸、液堿、氨水等）

濃硫酸：有強(qiáng)烈的腐蝕性和吸水性。遇水大量放熱,可發(fā)生沸濺。接觸可致人體灼傷及皮肉碳化。

液堿：有強(qiáng)烈刺激和腐蝕性。皮膚和眼直接接觸可引起灼傷。

氨水：易分解放出氨氣,溫度越高,分解速度越快,可形成爆炸性氣氛。

安全性設(shè)計：硫酸罐、液堿罐、氨水罐等設(shè)置液位報警和聯(lián)鎖，對儲罐的液位進(jìn)行在線監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)液位超限或泄漏時，系統(tǒng)將進(jìn)行報警，并啟動緊急事故裝置。

濃硫酸儲罐、液堿儲罐和氨水儲罐應(yīng)按規(guī)范設(shè)置圍堰。同時建議設(shè)置備用儲罐（備用儲罐容積不小于單體儲罐容積），并設(shè)置倒料管線。若發(fā)生泄漏事故，可通過轉(zhuǎn)料泵將泄漏的危險物料打入相應(yīng)的備用儲罐，不利于回收的危險物料排入事故應(yīng)急池，再經(jīng)過廢水站處理，達(dá)標(biāo)后外排。且濃硫酸罐區(qū)建議設(shè)置雨棚，以防泄漏同時下雨的情況，稀硫酸會腐蝕儲罐和管道。

2.3.4 特殊設(shè)備（壓力容器）的安全性設(shè)計

在生產(chǎn)不正常情況下對有可能超壓的鍋爐、儲氣罐、二氧化碳儲罐等設(shè)置安全閥及放空系統(tǒng)。

3 建議設(shè)計應(yīng)采用的安全設(shè)施

⑴設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)過程參數(shù)的聯(lián)動系統(tǒng)，實時在線指導(dǎo)生產(chǎn)操作過程，對整個生產(chǎn)線各安全控制要點、各重要安全參數(shù)、重要危險源進(jìn)行實時在線監(jiān)控，包括設(shè)備運轉(zhuǎn)參數(shù)、安全控制要點的溫度壓力液位、泄漏點等進(jìn)行全程監(jiān)控，并聯(lián)鎖報警停機(jī)，確保生產(chǎn)過程安全。

⑵各裝置及裝置內(nèi)單元設(shè)備間，建構(gòu)筑物平面的防火間距按現(xiàn)行《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行布置，以符合消防安全要求。

⑶根據(jù)化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計規(guī)范HG20571-2014，在相關(guān)作業(yè)場所設(shè)置洗眼器。并配備防酸堿防護(hù)用品和應(yīng)急藥品。

⑷設(shè)置事故應(yīng)急池，當(dāng)發(fā)生事故時有足夠的容積容納事故液體，以滿足清凈下水要求，防止直接排放造成環(huán)境破壞。

4 結(jié)語

安全和工業(yè)衛(wèi)生直接關(guān)系到工人的生命安全和身體健康，所有項目從設(shè)計階段開始就要把安全放在首位，要從源頭杜絕中毒、爆炸和火災(zāi)事故的發(fā)生。本文分析了該工藝在設(shè)計方面應(yīng)該注意的安全性問題，希望可為今后類似工程設(shè)計提供借鑒和參考。