CN121109779A - 碳还原锂矿的多产品联产方法和多产品联产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了碳还原锂矿的多产品联产方法和多产品联产系统，解决了传统的锂矿处理存在的能耗高、产生大量废渣以及资源利用率低的技术问题。方法包括对烟气进行处理和/或对熔液进行处理；对烟气进行处理的步骤包括：将烟气温度降低至500～700℃并收集固体，得到一级固体和第一洁净气；将第一洁净气的温度降至50℃以下并收集固体，得到二级固体和第二洁净气；对一级固体进行水淬处理，然后对生成的第一固液混合物进行过滤，得到第一溶液；对二级固体进行水淬处理，得到第三洁净气和第二溶液；对熔液进行处理的步骤包括：对高密度熔液进行冷却处理，得到第一固体；对中密度熔液进行冷却处理，得到第二固体；对低密度熔液进行冷却处理，得到第三固体。

Description

碳还原锂矿的多产品联产方法和多产品联产系统

技术领域

本发明涉及矿石高温冶炼的技术领域，具体而言，涉及碳还原锂矿的多产品联产方法和多产品联产系统。

背景技术

传统的锂矿处理的生产主流程是提取利用矿物中的锂，一般是通过高温煅烧使矿物结构重构后进行酸化培烧(如锂辉石)，或将矿物与硫酸盐混合高温煅烧(如锂云母)，使矿物中氧化锂生成可溶于水的硫酸锂，然后再通过湿法流程除渣、除杂、净化、提纯等工序，最后得到产品碳酸锂或氢氧化锂。

传统矿石煅烧和焙烧所采用的冶炼炉占地极大，通常设置1个熔液排料口，熔液整体排出后需进行冷凝、破碎后再进入湿法工序。由于全部矿物及添加料所形成的熔液的成分复杂，都进入湿法工序不仅使得湿法工序的处理量巨大、能耗高，还会产生大量废渣，最终导致锂矿的资源利用率不高，产生的经济效益低。

由于矿物中的有价物质利用单一，大量的资源成为废渣，仅部分进行了低价值利用。以锂辉石硫酸法生产碳酸锂为例，每生产一吨碳酸锂，需含氧化锂5%的精矿8吨以上(产生废渣约7吨)，或需采选品位(Li2O含量)1.25%的矿石33吨以上(选矿产生尾渣25吨以上)。若以锂云母硫酸盐法生产碳酸锂，每生产一吨碳酸锂，需含氧化锂1.5%的精矿约30吨(产生废渣约40吨)，需采选品位0.4%的矿石100吨以上(选矿产生尾渣70吨以上)。

可见，传统的锂矿处理主要针对锂资源的湿法提取，能耗很高，产生大量废渣，且其它资源基本没回收利用。然而，锂矿除含锂外，还含有许多碱金属及非金属，这些都是很有价值的矿产资源。

发明内容

为解决现有技术中传统的锂矿处理存在的能耗高、产生大量废渣以及资源利用率低的技术问题，本发明提供了冶炼炉以及碳还原锂矿的熔液处理系统、烟气处理系统、多产品联产系统和多产品联产方法，技术方案如下：

冶炼炉，包括炉体和排料组件，所述排料组件包括由下至上依次设于炉体上的：高密度熔液排料机构，包括设于炉体上的下出料口；中密度熔液排料机构，包括设于炉体上的中出料口；低密度熔液排料机构，包括设于炉体上的上出料口。

本发明的冶炼炉具有三个出料口，能够根据熔液中不同密度组分的分层现象，对应排出分布于不同标高处的熔液层，对不同的矿物熔液进行了适当分离，可以直接得到富集度较高或较为纯净的多种产品，或可以显著简化后续的物质提纯净化过程，实现多种产品的联产，进而显著提升矿石自然资源利用率。特别地是，冶炼炉的三个出料口可以按需使用，即可以根据不同的熔液组成和生产需求来开启相应数量和位置的出料口，既可以用于锂矿的冶炼，也可以用于硅矿、锂盐厂废渣、锂矿选矿厂尾渣、有色冶炼含锂废渣等的冶炼，具有极强的实用性。

作为上述的冶炼炉的进一步改进：下出料口、中出料口和上出料口沿炉体的周向布置。优选地，下出料口和中出料口的水平投影夹角以及中出料口和上出料口的水平投影夹角不小于10°。由此，便于进行排液机构相关管路阀门的布置和使用。

作为上述的冶炼炉的进一步改进：还包括与炉体内部连接的加热组件、下料组件和导气管。优选地，所述加热组件包括至少三个且呈环状分布的加热电极。所述下料组件包括至少三个下料管，所述至少三个下料管至少均匀地分布于加热机构的外围。由此，便于均匀加热以及均匀下料。

作为上述的冶炼炉的进一步改进：所述下料管包括上部的斜管段和下部的竖管段。由此，便于在冶炼炉上方的四周布置加料仓，避免与加热组件相互阻碍。

作为上述的冶炼炉的进一步改进：还包括执行机构和动力机构，所述振打结构设于炉体内部并用于破坏炉料结壳，所述动力机构设于炉体外部并用于驱动执行机构(如振打、旋转)。由此，可以使执行机构破除炉料结壳，避免炉体内发生大蹋料而造成炉况不稳。

作为上述的冶炼炉的进一步改进：所述炉体的内空形状为圆柱形，直径D为1～12米，内空高度H为直径D的0.8～1.5倍。优选地，所述炉体包括外层的碳钢壳体、内层的耐火砖内衬以及水冷却盘管。与传统直径大多数在8米以上的冶炼炉相比，本发明的冶炼炉可以小型化（D为1～3m、H为0.8～3m），可以集成撬装设备将其移动至需要对少量矿料（如锂厂或有色厂废渣、尾矿等）进行冶炼的工况，使用更加方便。

碳还原锂矿的熔液处理系统，碳、锂矿和造渣剂在上述的冶炼炉中进行还原反应生成熔液；熔液处理系统包括：第一冷却设备，用于对冶炼炉输出的高密度熔液进行冷却处理，输出含有锰铁硅合金的第一固体；第二冷却设备，用于对冶炼炉输出的中密度熔液进行冷却处理，输出含有硅单质的第二固体；第三冷却设备，用于对冶炼炉输出的低密度熔液进行冷却处理，输出含有二氧化硅和金属氧化物的第三固体。

传统的熔液处理流程为整体排出后经冷凝、破碎处理后进入后续工序如湿法工序，最终导致锂矿的资源利用率不高。在本发明的熔液处理系统中，结合上述的具有三个出料口的冶炼炉，根据锰铁硅合金(高密度，4g/cm³以上)、硅单质(中密度，约为2.3～2.4g/cm³)和浮渣(低密度，约为2.1～2.2g/cm³，主要为二氧化硅和金属氧化物)的密度差异而在熔液中呈现的分层现象，实现三种熔液组分的独立回收和联产。

实际生产中，根据原料品质和反应条件计算冶炼炉中各熔液层的高度/体积的理论值，然后根据各熔液层的经济价值，排出高于理论值或低于理论值的熔液层。例如，对于碳、锂矿和造渣剂高温下进行还原反应生成的熔液，若预期产品为硅单质，可以使5～10%理论值的中密度熔液随低密度熔液流入第三冷却设备，然后使80～90%理论值的中密度熔液流入第二冷却设备，然后使5～10%理论值的中密度熔液随高密度熔液流入第一冷却设备，这样流入第二冷却设备的为较为纯净的硅单质，进而可以直接获得较为纯净的硅单质产品。

碳还原锂矿的烟气处理系统，碳和锂矿在上述的冶炼炉中进行还原反应生成烟气；烟气处理系统包括：第一换热设备，用于对烟气进行冷却和预除尘处理，输出第一气固混合物和第一粉尘；第一气固分离设备，用于对第一气固混合物进行气固分离处理，输出第一洁净气和第二粉尘；第一水淬设备，用于对第一粉尘和第二粉尘构成的一级固体进行水淬处理，输出第一固液混合物；第一液固分离设备，用于对第一固液混合物进行液固分离处理，输出不溶渣和含有氢氧化锂的第一溶液；第二换热设备，用于对第一洁净气进行冷却和预除尘处理，输出第二气固混合物和第三粉尘；第二气固分离设备，用于对第二气固混合物进行气固分离处理，输出含有一氧化碳的第二洁净气和第四粉尘；第二水淬设备，用于对第三粉尘和第四粉尘构成的二级固体进行水淬处理，输出含有乙炔气的第三洁净气和含有氢氧化锂的第二溶液。

传统的烟气处理流程为降温、除尘、净化和排放，并未对烟气中的资源进行回收利用。在本发明的烟气处理系统中，得到的不溶渣可以返回到冶炼炉中进行深度冶炼，得到第一溶液和第二溶液可以用于生产氢氧化锂和氢氧化钾，由于冶炼炉在正压下运行，外部空气不会进入冶炼炉，因此得到的第二洁净气中主要为一氧化碳，一氧化碳可以作为优质煤气使用，第三洁净气主要为乙炔气，且所用设备的投资和运行成本低，易于操作和控制，最终实现多种产品的联产，使得烟气的有价资源被高效回收，提升经济效益，具有极强的实用性。

作为上述的烟气处理系统的进一步改进：还包括第一分离设备，所述第一分离设备对第一溶液进行分离处理，输出碱溶液和氢氧化锂固体。根据溶解性差异即可实现氢氧化锂和氢氧化钾的分离，操作简单，可创造较高的经济效益。

作为上述的烟气处理系统的进一步改进：还包括：第一蒸发结晶设备，用于对碱溶液进行蒸发结晶处理，输出第一晶体分散液；第二液固分离设备，用于对第一晶体分散液进行液固分离处理，输出固体碱和回用水；第一干燥设备，用于对固体碱进行干燥处理，得到碱产品。

作为上述的烟气处理系统的进一步改进：还包括：第二蒸发结晶设备，用于对第二溶液进行蒸发结晶处理，输出第二晶体分散液；第三液固分离设备，用于对第二晶体分散液进行液固分离处理，输出氢氧化锂固体和回用水；第二干燥设备，用于对氢氧化锂固体进行干燥处理，得到氢氧化锂产品。

作为上述的烟气处理系统的进一步改进：还包括依次对不溶渣进行干燥处理和造粒处理的第三干燥设备和造粒设备。由此，将不溶渣造粒后再回投于冶炼炉中反应，可以提升转化率，不会影响原料的反应活性。

作为上述的烟气处理系统的进一步改进：还包括储存一级固体的第一粉罐、储存二级固体的第二粉罐、储存第二洁净气的第一气罐以及储存第三洁净气的第二气罐。

作为上述的烟气处理系统的进一步改进：所述第一换热设备和第一气固分离设备构成一体式的第一换热除尘装置；并且/或者，所述第二换热设备和第二气固分离设备构成一体式的第二换热除尘装置。

碳还原锂矿的多产品联产系统，包括使碳、锂矿和造渣剂进行还原反应并生成烟气和熔液的冶炼炉；多产品联产系统还包括对烟气进行处理的烟气处理系统和/或对熔液进行处理的熔液处理系统；

其中：所述烟气处理系统包括：第一换热设备，用于对烟气进行冷却和预除尘处理，输出第一气固混合物和第一粉尘；第一气固分离设备，用于对第一气固混合物进行气固分离处理，输出第一洁净气和第二粉尘；第一水淬设备，用于对第一粉尘和第二粉尘构成的一级固体进行水淬处理，输出第一固液混合物；第一液固分离设备，用于对第一固液混合物进行液固分离处理，输出不溶渣和含有氢氧化锂的第一溶液；第二换热设备，用于对第一洁净气进行冷却和预除尘处理，输出第二气固混合物和第三粉尘；第二气固分离设备，用于对第二气固混合物进行气固分离处理，输出含有一氧化碳的第二洁净气和第四粉尘；第二水淬设备，用于对第三粉尘和第四粉尘构成的二级固体进行水淬处理，输出含有乙炔气的第三洁净气和含有氢氧化锂的第二溶液；

所述熔液处理系统包括：第一冷却设备，用于对冶炼炉输出的高密度熔液进行冷却处理，输出含有锰铁硅合金的第一固体；第二冷却设备，用于对冶炼炉输出的中密度熔液进行冷却处理，输出含有硅单质的第二固体；第三冷却设备，用于对冶炼炉输出的低密度熔液进行冷却处理，输出含有二氧化硅和金属氧化物的第三固体。

作为上述的多产品联产系统的进一步改进：所述冶炼炉包括炉体和排料组件，所述排料组件包括由下至上依次设于炉体上的：高密度熔液排料机构，包括设于炉体上的下出料口；所述下出料口与第一冷却设备连接；中密度熔液排料机构，包括设于炉体上的中出料口；所述中出料口与第二冷却设备连接；低密度熔液排料机构，包括设于炉体上的上出料口；所述上出料口与第三冷却设备连接。

碳还原锂矿的多产品联产方法，包括使碳、锂矿和造渣剂进行还原反应并生成烟气和熔液；还包括对烟气进行处理和/或对熔液进行处理；

其中：对烟气进行处理的步骤包括：将烟气温度降低至500～700℃并收集固体，得到一级固体和第一洁净气；继续将第一洁净气的温度降至50℃以下并收集固体，得到二级固体和含有一氧化碳的第二洁净气；对一级固体进行水淬处理，然后对生成的第一固液混合物进行过滤，得到含有氢氧化锂的第一溶液和不溶渣；对二级固体进行水淬处理，得到含有乙炔气的第三洁净气和含有氢氧化锂的第二溶液；

对熔液进行处理的步骤包括：根据熔液中不同密度组分的分层，分段排出熔液中的高密度熔液、中密度熔液和低密度熔液；对高密度熔液进行冷却处理，得到含有锰铁硅合金的第一固体；对中密度熔液进行冷却处理，得到含有硅单质的第二固体；对低密度熔液进行冷却处理，得到含有二氧化硅和金属氧化物的第三固体。

作为上述的多产品联产方法的进一步改进：还包括对第一溶液进行分离处理，得到碱溶液和氢氧化锂固体。

作为上述的多产品联产方法的进一步改进：所述分离处理包括步骤：将第一溶液蒸发浓缩至过饱和状态，然后降温至室温，再加入无水乙醇使氢氧化锂析出，然后过滤，即得到碱溶液和氢氧化锂固体。

作为上述的多产品联产方法的进一步改进：还包括对碱溶液进行蒸发结晶处理、过滤处理和干燥处理，得到碱产品和回用水。

作为上述的多产品联产方法的进一步改进：还包括对第二溶液进行蒸发结晶、过滤处理和干燥处理，得到氢氧化锂产品和回用水。

作为上述的多产品联产方法的进一步改进：还包括依次对不溶渣进行干燥处理和造粒处理。

作为上述的多产品联产方法的进一步改进：所述造渣剂为CaO-SiO₂-CaF₂复合造渣剂。由此，使二氧化硅和和多种金属氧化物被富集于熔液表面，提升硅单质的纯度，便于控制熔液的分段排出。

本发明的碳还原锂矿的多产品联产系统以及多产品联产方法的优点为上述冶炼炉、熔液处理系统和烟气处理系统的结合，此不赘述。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的冶炼炉的侧视示意图。

图2为本发明的冶炼炉的俯视示意图。

图3为本发明的碳还原锂矿的熔液处理系统、烟气处理系统和多产品联产系统的结构示意图。

上述附图中的有关标记为：

110-炉体，121-下出料口，122-中出料口，123-上出料口，130-加热电极，140-下料管，150-导气管，160-动力机构，210-第一冷却设备，220-第二冷却设备，230-第三冷却设备，311-第一换热设备，312-第一气固分离设备，313-第一水淬设备，314-第一液固分离设备，315-第一分离设备，316-第一蒸发结晶设备，317-第二液固分离设备，318-第一干燥设备，321-第二换热设备，322-第二气固分离设备，323-第二水淬设备，325-第二蒸发结晶设备，326-第三液固分离设备，327-第二干燥设备，331-第三干燥设备，332-造粒设备，341-第一粉罐，342-第二粉罐，343-第一气罐，344-第二气罐。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

锂云母是一种含锂的层状硅酸盐矿物，属于云母族矿物的一种，化学通式大致可表示为 K(Li,Al)₃(Si,Al)₄O₁₀(F,OH)₃，按氧化物的质量分数计，主要元素分别为硅(约54.7%)、铝(约25.7%)、钾(约6.5%)、氟(约4.5%)、锂(约3.5%)、钠(约2.7%)以及其他含量很低的金属元素如钙、镁、锰、铁、铷、铯。

锂辉石是一种含锂的链状硅酸盐矿物，成分相对稳定，化学通式为 LiAlSi₂O₆，按氧化物的质量分数计，主要元素分别为硅(约64.5%)、铝(约26.5%)、锂(约5.6%)、钠(约1.17%)、钾(约1%)以及其他含量很低的金属元素如钙、镁、锰、铁。

锂云母和锂辉石与碳粉在冶炼炉中于1300～1900℃进行还原反应，除了分解为各种元素的氧化物之外，还会发生以下反应：(1)二氧化硅与碳反应生成硅单质和一氧化碳；(2)锰、铁、硅的合金化反应；(3)碱金属氧化物与碳反应生成碱金属单质和一氧化碳。

由此形成的烟气中主要含有未反应的原料粉尘(如矿粉、碳粉)、未反应的氧化物粉、碱金属单质和一氧化碳。特别地是，随着烟气温度降低至500～700℃，烟气中的碳粉会与锂单质反应生成气态的碳化锂(即乙炔锂)。

所形成的熔液主要包括硅单质、各种反应的氧化物以及锰铁硅合金，此时的分层较为复杂，不利于分段排出熔液。为了获得较为纯净的硅单质熔液，本发明采用造渣工艺，将大部分二氧化硅和金属氧化物以浮渣形式富集于熔液表面，由此所形成的熔液中，上部主要是由二氧化硅和多种金属氧化物的浮渣形成的低密度熔液，中部主要为硅单质熔液，下部主要为锰铁硅合金熔液。其中，本发明所选的造渣工艺为：向原料中加入CaO-SiO₂-CaF₂复合造渣剂，造渣剂的投加量满足使熔液的pH为弱碱性或接近中性(二元碱度R=0.8～1.2，R表示熔液中CaO与SiO₂的质量比)，未分解的二氧化硅和金属氧化物可以有效地富集于浮渣中。

针对上述的碳、锂矿和造渣剂在冶炼炉中于1300～1900℃进行还原反应所生成的熔液和烟气，本发明提供的冶炼炉以及碳还原锂矿的熔液处理系统、烟气处理系统、多产品联产系统和多产品联产方法的具体实施方式如下：

图1为本发明的冶炼炉的侧视示意图。图2为本发明的冶炼炉的俯视示意图。

如图1-2所示的冶炼炉包括炉体110以及与炉体110连接的排料组件、加热组件、下料组件、导气管150、执行机构(图中未示出)和动力机构160。

所述排料组件包括由下至上依次设于炉体110上的高密度熔液排料机构、中密度熔液排料机构、低密度熔液排料机构以及相应的管道和阀门。所述高密度熔液排料机构包括设于炉体110上的下出料口121。所述中密度熔液排料包括设于炉体110上的中出料口122。所述低密度熔液排料机构包括设于炉体110上的上出料口123。其中，下出料口121、中出料口122和上出料口123的设置高度根据实际生产产生的熔液组成来设置。

下出料口121、中出料口122和上出料口123沿炉体110的周向布置，下出料口121和中出料口122的水平投影夹角θ₁以及中出料口122和上出料口123的水平投影夹角θ₂均不小于10°。

所述加热组件包括三个呈环状分布的加热电极130；所述下料组件包括七个下料管140，其中有六个下料管140均匀地分布于加热机构外围，还有一个下料管140位于加热机构的中心处；所述下料管140包括上部的斜管段和下部的竖管段。

所述振打结构设于炉体110内部并用于破坏炉料结壳，所述动力机构160设于炉体110外部并用于驱动执行机构运动。

所述炉体110的内空形状为圆柱形，直径D为1～12米，内空高度H为直接D的0.8～1.5倍；炉体110包括外层的碳钢壳体、内层的耐火砖内衬以及水冷却盘管。

图3为本发明的碳还原锂矿的熔液处理系统、烟气处理系统和多产品联产系统的结构示意图。

如图3所示，所述熔液处理系统包括第一冷却设备210、第二冷却设备220和第三冷却设备230。

所述第一冷却设备210用于对冶炼炉输出的高密度熔液进行冷却处理，输出含有锰铁硅合金的第一固体；所述下出料口121与第一冷却设备210连接。所述第二冷却设备220用于对冶炼炉输出的中密度熔液进行冷却处理，输出含有硅单质的第二固体；所述中出料口122与第二冷却设备220连接。所述第三冷却设备230用于对冶炼炉输出的低密度熔液进行冷却处理，输出含有二氧化硅和金属氧化物的第三固体；所述上出料口123与第三冷却设备230连接。

所述烟气处理系统包括第一换热设备311、第一气固分离设备312、第一水淬设备313、第一液固分离设备314、第二换热设备321、第二气固分离设备322、第二水淬设备323、第一分离设备315、第一蒸发结晶设备316、第二液固分离设备317、第一干燥设备318、第二蒸发结晶设备325、第三液固分离设备326、第二干燥设备327、第三干燥设备331和造粒设备332。

所述第一换热设备311用于对烟气进行冷却和预除尘处理，输出第一气固混合物和第一粉尘；所述第一气固分离设备312用于对第一气固混合物进行气固分离处理，输出第一洁净气和第二粉尘；所述第一水淬设备313用于对第一粉尘和第二粉尘构成的一级固体进行水淬处理，输出第一固液混合物；所述第一液固分离设备314，用于对第一固液混合物进行液固分离处理，输出不溶渣和含有氢氧化锂的第一溶液。

所述第二换热设备321用于对第一洁净气进行冷却和预除尘处理，输出第二气固混合物和第三粉尘；所述第二气固分离设备322用于对第二气固混合物进行气固分离处理，输出含有一氧化碳的第二洁净气和第四粉尘；所述第二水淬设备323用于对第三粉尘和第四粉尘构成的二级固体进行水淬处理，输出含有乙炔气的第三洁净气和含有氢氧化锂的第二溶液。

所述第一分离设备315对第一溶液进行分离处理，输出碱溶液和氢氧化锂固体。

所述第一蒸发结晶设备316用于对碱溶液进行蒸发结晶处理，输出第一晶体分散液；所述第二液固分离设备317用于对第一晶体分散液进行液固分离处理，输出固体碱和回用水；所述第一干燥设备318用于对固体碱进行干燥处理，得到碱产品。

所述第二蒸发结晶设备325用于对第二溶液进行蒸发结晶处理，输出第二晶体分散液；所述第三液固分离设备326用于对第二晶体分散液进行液固分离处理，输出氢氧化锂固体和回用水；所述第二干燥设备327用于对氢氧化锂固体(来自于第一分离设备315和第三液固分离设备326)进行干燥处理，得到氢氧化锂产品。

所述第三干燥设备331用于对不溶渣进行干燥处理，所述造粒设备332用于对干燥的不溶渣和第三固体进行造粒处理。

还包括储存一级固体的第一粉罐341、储存二级固体的第二粉罐342、储存第二洁净气的第一气罐343以及储存第三洁净气的第二气罐344。

优选地，所述第一换热设备311和第一气固分离设备312构成一体式的第一换热除尘装置，所述第二换热设备321和第二气固分离设备322构成一体式的第二换热除尘装置，具体可采用申请号为2021101312443、专利名称为换热除尘结构、换热除尘装置及高温含尘气体处理方法中公开的换热除尘装置。

碳还原锂矿的多产品联产系统包括上述的熔液处理系统和烟气处理系统。

本发明的碳还原锂矿的多产品联产方法包括对烟气进行处理和对熔液进行处理。其中：

对烟气进行处理的步骤包括步骤11-14，具体如下：

步骤11，将烟气温度降低至500～700℃并收集固体，得到一级固体和第一洁净气；在此操作中，在烟气停留于第一换热设备311的过程中，碳粉会与锂单质反应生成气态的碳化锂，而未反应的锂单质和其余碱金属单质如钠单质和钾单质则冷凝并附着于粉尘上并通过第一换热设备311的自然沉降和第一气固分离设备312的物理拦截收集于一级固体中，所得第一洁净气中主要为一氧化碳和碳化锂。

步骤12，继续将第一洁净气的温度降至50℃以下并收集固体，得到二级固体和含有一氧化碳的第二洁净气；在此操作中，气态的碳化锂会冷凝析出并通过第二换热设备321的自然沉降和第二气固分离设备322的物理拦截收集于二级固体中，所得第二洁净气中主要为一氧化碳。

步骤13，采用第一水淬设备313对一级固体进行水淬处理，然后对生成的第一固液混合物进行过滤，得到含有氢氧化锂的第一溶液和不溶渣；在此操作中，碱金属单质与水反应生成碱性的第一溶液，而矿粉、碳粉等不溶物则被收集于不溶渣中。

采用第一分离设备315对第一溶液进行分离处理，得到碱溶液和氢氧化锂固体，具体为：将第一溶液蒸发浓缩至过饱和状态，然后降温至室温，再加入无水乙醇使氢氧化锂析出，然后过滤，即得到碱溶液和氢氧化锂固体。在此操作中，氢氧化锂因在无水乙醇中的溶解度很低而析出，通过过滤即可得到较为纯净的氢氧化锂固体，而氢氧化钠和氢氧化钾仍溶解于液相，因此可以得到碱溶液。

进一步对碱溶液进行蒸发结晶处理、过滤处理和干燥处理，即得到碱产品和回用水。

步骤14，采用第二水淬设备323对二级固体进行水淬处理，得到含有乙炔气的第三洁净气和含有氢氧化锂的第二溶液；在此操作中，二级固体中的碳化锂会与水反应生成氢氧化锂和乙炔气，所得第二溶液为较为纯净的氢氧化锂溶液，第三洁净气中主要为乙炔气。

进一步对第二溶液进行蒸发结晶、过滤处理和干燥处理，即得到氢氧化锂产品和回用水。

对熔液进行处理的步骤包括步骤21-24，具体如下：

步骤21，根据熔液中不同密度组分的分层，分段排出熔液中的高密度熔液、中密度熔液和低密度熔液。

步骤22，采用第一冷却设备210对高密度熔液进行冷却处理，得到含有锰铁硅合金的第一固体，可以进一步纯化得到锰铁硅合金产品。

步骤23，采用第二冷却设备220对中密度熔液进行冷却处理，得到含有硅单质的第二固体，可以进一步纯化得到硅单质产品。

步骤24，采用第三冷却设备230对低密度熔液进行冷却处理，得到含有二氧化硅和金属氧化物的第三固体。可同时对第三固体和干燥的不溶渣进行造粒处理以便于其它工段处理。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.碳还原锂矿的多产品联产方法，包括使碳、锂矿和造渣剂进行还原反应并生成烟气和熔液，其特征在于：还包括对烟气进行处理和/或对熔液进行处理；其中：

对烟气进行处理的步骤包括：

将烟气温度降低至500～700℃并收集固体，得到一级固体和第一洁净气；

继续将第一洁净气的温度降至50℃以下并收集固体，得到二级固体和含有一氧化碳的第二洁净气；

对一级固体进行水淬处理，然后对生成的第一固液混合物进行过滤，得到含有氢氧化锂的第一溶液和不溶渣；

对二级固体进行水淬处理，得到含有乙炔气的第三洁净气和含有氢氧化锂的第二溶液；

对熔液进行处理的步骤包括：

根据熔液中不同密度组分的分层，分段排出熔液中的高密度熔液、中密度熔液和低密度熔液；

对高密度熔液进行冷却处理，得到含有锰铁硅合金的第一固体；

对中密度熔液进行冷却处理，得到含有硅单质的第二固体；

对低密度熔液进行冷却处理，得到含有二氧化硅和金属氧化物的第三固体。

2.如权利要求1所述的多产品联产方法，其特征在于：还包括对第一溶液进行分离处理，得到碱溶液和氢氧化锂固体。

3.如权利要求2所述的多产品联产方法，其特征在于：所述分离处理包括步骤：将第一溶液蒸发浓缩至过饱和状态，然后降温至室温，再加入无水乙醇使氢氧化锂析出，然后过滤，即得到碱溶液和氢氧化锂固体。

4.如权利要求2所述的多产品联产方法，其特征在于：还包括对碱溶液进行蒸发结晶处理、过滤处理和干燥处理，得到碱产品和回用水。

5.如权利要求2所述的多产品联产方法，其特征在于：还包括对第二溶液进行蒸发结晶、过滤处理和干燥处理，得到氢氧化锂产品和回用水。

6.如权利要求1所述的多产品联产方法，其特征在于：还包括依次对不溶渣进行干燥处理和造粒处理。

7.如权利要求1所述的多产品联产方法，其特征在于：所述造渣剂为CaO-SiO2-CaF2复合造渣剂。

8.权利要求1-7之一所述的多产品联产方法所采用的多产品联产系统，包括使碳、锂矿和造渣剂进行还原反应并生成烟气和熔液的冶炼炉，其特征在于：多产品联产系统还包括对烟气进行处理的烟气处理系统和/或对熔液进行处理的熔液处理系统；其中：

所述烟气处理系统包括：

第一换热设备(311)，用于对烟气进行冷却和预除尘处理，输出第一气固混合物和第一粉尘；

第一气固分离设备(312)，用于对第一气固混合物进行气固分离处理，输出第一洁净气和第二粉尘；

第一水淬设备(313)，用于对第一粉尘和第二粉尘构成的一级固体进行水淬处理，输出第一固液混合物；

第一液固分离设备(314)，用于对第一固液混合物进行液固分离处理，输出不溶渣和含有氢氧化锂的第一溶液；

第二换热设备(321)，用于对第一洁净气进行冷却和预除尘处理，输出第二气固混合物和第三粉尘；

第二气固分离设备(322)，用于对第二气固混合物进行气固分离处理，输出含有一氧化碳的第二洁净气和第四粉尘；

第二水淬设备(323)，用于对第三粉尘和第四粉尘构成的二级固体进行水淬处理，输出含有乙炔气的第三洁净气和含有氢氧化锂的第二溶液；

所述熔液处理系统包括：

第一冷却设备(210)，用于对冶炼炉输出的高密度熔液进行冷却处理，输出含有锰铁硅合金的第一固体；

第二冷却设备(220)，用于对冶炼炉输出的中密度熔液进行冷却处理，输出含有硅单质的第二固体；

第三冷却设备(230)，用于对冶炼炉输出的低密度熔液进行冷却处理，输出含有二氧化硅和金属氧化物的第三固体。

9.如权利要求8所述的多产品联产系统，其特征在于：所述冶炼炉包括炉体(110)和排料组件，所述排料组件包括由下至上依次设于炉体(110)上的：

高密度熔液排料机构，包括设于炉体(110)上的下出料口(121)；所述下出料口(121)与第一冷却设备(210)连接；

中密度熔液排料机构，包括设于炉体(110)上的中出料口(122)；所述中出料口(122)与第二冷却设备(220)连接；

低密度熔液排料机构，包括设于炉体(110)上的上出料口(123)；所述上出料口(123)与第三冷却设备(230)连接。