雷達液位計在鹵水電池級碳酸鋰工業中的應用探究

     在我國的西部青海、西藏等地區分布著豐富優質的鋰鹽湖資源，當前國內很多規模較大的鹵水電池級碳酸鋰企業，都是通過在直流電場下采用膜法分離工藝將鎂離子和鋰離子分離提取，這種工藝的自動化程度較高、污染少，但是提取工藝的精確度難以保證。為了提高復雜提取工藝的精確度，研究出合適的工藝測控儀表是至為關鍵的。本文通過研究分析相關資料，對雷達液位計這種新型的液位測量儀表在實際鹵水電池級碳酸鋰提取中的相關應用進行了探究分析，以供相關企業及工作人員參考。

1 國內鹵水電池級碳酸鋰的發展現狀

     鹽湖鹵水中鋰資源儲存量相當大，百分之八十以上的鋰資源都來源于此。因此，鋰鹽的生產企業主要是從鹽湖鹵水中提取碳酸鋰。鹽湖鹵水體系由于其自身的多樣性和復雜性，使得鹽湖資源提取的工藝存在差異。另外，鹽湖資源提取工藝一般情況下都是要求綜合利用多種資源[1]。

     電池級碳酸鋰產品的生產工藝技術路線一般是先從鹽湖鹵水中提取鋰精礦，在一系列的溶解、精制、沉鋰后得到zui終產品。其中鋰精礦主要有兩種溶解方式，即氫化溶解和苛化溶解。氫化溶解是通過熱分解沉淀碳酸鋰，而苛化溶解則是通過精制碳酸鈉沉鋰[2,3]。

2 雷達液位計的工作原理

     雷達液位計是利用微波的特性來進行液位測量的儀表，故其又被稱為是微波液位計。微波通常是波長在0.001m~1m，波頻為300MHz~3000GHz范圍內的雷達波。微波在一定條件下的傳播速度是恒定的，因此它可以通過測量微波從傳感器傳播至液體表面，并返回到傳感器所用的時間來計算測量的液位。微波的傳播速度與光速比較接近，一般在40m高空的信號測量的往返時間大概在0.27μs左右，如果液面逐漸增加，信號的往返時間還會隨液面增加而逐漸減少。由此看來，想通過測量時間的手段來達到高準確度的計算距離是非常難的事情。

     Micropilot是一種基于時間行程原理，用于測量參考點(過程連接)與物料表面間的距離的“俯視式”測量系統。該系統的原理是通過天線發射微波脈沖信號，微波脈沖信號在被物體表面發生反射，雷達系統則將這種反射回的波信號進行接收。由于雷達液位計可以記錄下脈沖波經歷的時間，且雷達波的傳輸速度為常數，那么根據公式：距離=(傳播時間*傳播速度）/2，就可以計算出液面到雷達天線的距離，進而可以算出液面的液位。

3 雷達液位計在鹵水電池級碳酸鋰制備中應用

3.1 碳酸鋰洗滌槽液位測量存在的問題

     在碳酸鋰生產工程中，其洗滌工序是按照氯化鈉和碳酸鋰在水中的溶解特性，以4:1的固液比例加入熱水以除去鈉離子和氯離子。碳酸鋰洗滌槽的下部呈錐子形，底部設置進水管和檢修爬梯，槽內雙層槳葉以65r/min的轉速進行攪拌。在洗滌槽運行時，由于碳酸鋰漿在槽內的液粘性大，溫度將近達到了90℃，并伴有大量熱氣，復雜的工況增加了洗滌槽的液位測量難度，致使產品穩定性得不到保障。雷達液位計在洗滌槽液位測量存在的問題如下。

     （1）由于洗滌工況復雜，導致雷達測位計選型難。洗滌槽內接觸式的液位計沒法安裝，由于受到洗滌槽內部結構以及復雜工況的影響，非接觸式液位計的測量結果不好。

     （2）射頻導納、低頻雷達等液位計由于的位測量波動較大，極易造成溢槽腐蝕設備以及粗品碳酸鋰浪費嚴重等，無法滿足碳酸鋰生產工藝的控制要求。

     （3）洗滌槽是一種在槽內及蒸汽管道安裝溫度變送器和電控門，并依托DCS和PID的調節來實現槽內恒溫的夾套蒸汽加熱結構，它通過液位測量來實現對電控門的全開或全關控制。由于液位測量會存在一定的誤差，這就導致在洗滌槽內沒有碳酸鋰時蒸汽電控閥門未關閉，進而導致槽內壁粗品碳酸鋰出現嚴重的結塊現象，堵塞管道并使泵葉輪產生磨損，影響了正常的生產作業。

     （4）洗滌槽中鹵水的注入量是由液位值來確定的，但是由于洗滌槽的液位誤差較大，導致碳酸鋰的質量得不到穩定控制。

3.2 碳酸鋰洗滌槽液位計選型

     在碳酸鋰生產中，由于射頻導納、低頻雷達等液位計由于的位測量波動較大，無法滿足無法滿足碳酸鋰生產工藝的控制要求，即便是安裝了導波管也無濟于事。因此，為了滿足碳酸鋰生產工藝的控制要求，特殊定制了一款低頻雷達液位計，在安裝調試運行三個月后洗滌槽液位測量值得到了穩定的控制，該特制的低頻雷達液位計解決的生產工藝問題如下。

     （1）對于碳酸鋰漿液粘度大，雷達液位計的天線掛料嚴重，清洗難度大，且容易造成液位計的天線損壞這一問題，該特制的低頻雷達液位計上配置了結晶物清洗的水沖洗孔，能夠實現對雷達天線的定時熱水沖洗。

     （2）利用該雷達液位測量儀表特有的“虛假回波學習”功能，解決了洗滌槽由于洗滌工況復雜造成的測量液位波動問題，以及存在的液位誤差。

     （3）洗滌槽內碳酸鋰的溫度高以及水蒸氣濃度大，造成液位測量存在不穩定性，針對此問題，利用該雷達液位測量儀表可以穿透高濃度蒸汽，且其抗干擾能力強。

     （4）由于高濃度的水蒸氣會造成天線的發射波被屏蔽，對液位測量造成嚴重影響，該雷達液位測量儀表通過利用防結露天線，使得這一問題得到了解決。

3.3 碳酸鋰洗滌槽液雷達液位計的安裝注意事項

     （1）在碳酸鋰生產中，為了避免造成液位測量誤差，在安裝液位計時應盡量避開障礙物。若不能避開時，需要在液位計安裝時應當對“虛假回波”進行儲存。

     （2）盡可能減少碳酸鋰與發射天線接觸，以便于安裝，且zui高料位要避免進入盲區。

     （3）液位計要與洗滌槽內壁保持一定距離，安裝時要盡可能保持天線發射方向與被測介質表面垂直，液位計外殼必須接地。

     （4）為防止雷達波被屏蔽，需要在雷達液位計的沖洗口安裝電動球閥，以定期對發射天線進行清洗。同時，需要在工藝允許范圍內清洗液位計，以避免影響液位測量值。

     5）為防止濺水干擾雷達波，造成瞬間液位值得誤差，應該進行將“阻尼時間”調大，避免液位測量值的跳變。

3.4 碳酸鋰洗滌槽液雷達液位計的調試運行

     鹵水電池級碳酸鋰制取中，對三臺洗滌槽進行安裝調試，調試后正常運行，液面測量值穩定，且測量誤差在10mm以內，符合電池級碳酸鋰生產工藝要求。洗滌槽液位測量值在雷達液位測量計改制前后數據對比如下表1。

4 結語

     綜上所述，在鹵水電池級碳酸鋰工業生產過程中，碳酸鋰洗滌槽中雷達液位測量計的準確度和穩定性是整個工業生產的核心工藝，也是實現液位測量自動化控制的基礎。