一種鹽湖滷水鎂鋰分離及富集鋰的裝置的製作方法
2023-12-12 07:12:17 2
專利名稱：一種鹽湖滷水鎂鋰分離及富集鋰的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於提取冶金領域，具體來說，涉及一種用於直接處理鹽湖滷水，使之鎂鋰分離，進而富集鋰的裝置。
背景技術：
自從1990年鋰離子電池被索尼公司商業化以來，鋰在現代工業中顯得越來越重要，被譽為「21世紀的新能源金屬」，由於其高能量密度和很長的循環壽命，鋰離子電池被廣泛應用於電子設備中，鋰的市場需求急劇擴大，鋰資源的開採顯得更加重要。在自然界，鋰主要以礦石和滷水兩種形式存在，大部分鋰資源存在於滷水尤其是鹽湖滷水中，其儲量佔全部鋰資源儲量的80 %以上。隨著市場需求的增長，礦物鋰資源顯得供不應求，且開採成本高，人們開始開發鹽湖滷水中的鋰資源。滷水中通常含有鈉、鉀、鎂、 鈣、硼、鋰的氯化物、硫酸鹽和碳酸鹽，除少數鹽湖如智利阿塔卡瑪鹽湖滷水的鎂鋰比相對較低(約6 1)，其他大部分鹽湖滷水中的鎂鋰比都在40以上，最高的達到1837，鋰與大量的鹼土金屬離子共存。由於對角線規則的原因，Mg2+與Li+的化學性質非常相似，鎂鋰分離非常困難，嚴重製約了鋰的提取和應用。一直以來，從高鎂鋰比鹽湖滷水中提取鋰成為一個世界性難題。研究者們採用沉澱法、碳化法、離子交換法、溶劑萃取法等技術來開發滷水中的鋰資源，但這些方法大多過程複雜，成本高，對設備腐蝕嚴重，且產品純度不高，不利於大規模生產，因此設計出一種新的高效的方法的配套裝置是必不可少的。
實用新型內容本實用新型的目的在於，提出一種用於直接從鹽湖滷水中將鎂鋰分離，富集鋰的裝置。高效實現鋰與其他離子的分離，同時獲得富鋰溶液。使用本發明裝置，流程短，操作簡單，生產成本低，可連續操作，易於工業化應用。一種鹽湖滷水鎂鋰分離及富集鋰的裝置，包括具有被陰離子交換膜分隔成兩個空間的電滲析槽的電滲析裝置，以及陰極和陽極，所述的陰極和陽極分別設置於分隔成的兩個空間內；所述的陰極為塗覆有離子篩的導電基體，陽極為塗覆有嵌鋰態離子篩的導電基體。使用上述裝置的鹽湖滷水鎂鋰分離及富集鋰的方法，依次包括如下步驟(1)用陰離子交換膜將電滲析裝置的電滲析槽垂直隔成鋰鹽室和滷水室兩個區域，滷水室內充入鹽湖滷水，鋰鹽室內充入不含Mg2+的支持電解質溶液，如NaCl、KCl、 NH4Cl、Na2SO4, K2SO4, NaNO3> KNO3 溶液。(2)將塗覆有離子篩的導電基體置於滷水室中作為陰極；將塗覆有嵌鋰態離子篩的導電基體置於鋰鹽室中作為陽極，在外電勢的驅動下，使滷水室滷水中的Li+嵌入到離子篩中形成嵌鋰態離子篩，同時鋰鹽室中的嵌鋰態離子篩將Li+釋放到導電溶液後，恢復為離子篩；實現滷水室中的Li+與Mg2+及其他陽離子的分離，同時鋰在鋰鹽室中富集，得到富鋰溶液。[0009]經過上述步驟O)的操作，滷水室滷水中的Li+嵌入到離子篩中形成嵌鋰態離子篩，同時鋰鹽室中的嵌鋰態離子篩將Li+釋放到導電溶液後，恢復為離子篩；所以兩個電極可以交換位置重複使用。因此，步驟⑵完成後，至少還可以進行一次以下操作將滷水室中的嵌鋰後液排出，重新加入鹽湖滷水，然後將陰極和陽極交換放置，繼續進行電滲析。或者步驟( 完成後，為了避免每次交換陰極和陽極，還可以至少進行一次以下操作，進一步使Li+與Mg2+及其他陽離子分離，同時富集鋰保持陽極和陰極位置固定，將滷水室中的嵌鋰後液排出，將鋰鹽室中的含鋰溶液轉移到滷水室中，將新的鹽湖滷水加入到鋰鹽室中；即將滷水室和鋰鹽室轉換功能使用，繼續進行電滲析。(即每重複一次上述操作，滷水室和鋰鹽室就轉換功能使用一次)所述的嵌鋰態離子篩直接採用磷酸鐵鋰或LiMn2O4中的一種；所述的磷酸鐵鋰為 LiFePO4, LixMeyFePO4, LiFexMeyPO4, LiFeP04/C、LixMeyFeP04/C, LiFexMeyP04/C 中的一種或幾種的混合物，其中Me為Mn、Co、Mo、Ti、Al、Ni、Nb中的一種或幾種的混合，0 < χ < 1,0 < y < 1 ；或者通過如下過程得到用陰離子交換膜將電滲析裝置隔成鋰鹽室和滷水室兩個區域，滷水室內充入鹽湖滷水，鋰鹽室內充入不含Mg2+的支持電解質溶液；將對Li+有選擇性吸附作用的離子篩塗覆在導電基體上，置於電滲析裝置的滷水室中，以離子篩為陰極，以惰性電極為對電極進行陰極極化，使滷水中的Li+嵌入到離子篩中得到嵌鋰態離子篩。所述的鹽湖滷水包括任意含Li+的溶液、任意鹽湖中的原始滷水及其蒸發濃縮後的滷水和提鉀後的蒸發老滷中的一種或幾種。步驟⑵所述的導電基體為塗釕鈦網、石墨板、Pt族金屬及其合金箔、碳纖維布、 石墨紙中的一種。所述的電滲析裝置中溶液的溫度為0 80°C，pH值為2 12 ；電滲析裝置中兩電極間的電壓範圍為0.5 2. 0V。所述的離子篩為磷酸鐵、鈦酸鋰、MnA中的一種或幾種的混合物。所述的磷酸鐵為!^hMexPO4，其中Me為Mn、Co、Mo、Ti、Al、Ni、Nb中的一種或幾種的混合，X的範圍為0彡X彡0. 1 ；鈦酸鋰為Li4Ti5012、LixMeyTi5012、Li4MemTin012中的一種或幾種的混合物；Me為V、Fe、Co、Mn、Al、Ba、Ag、&、Sr、Nb、F中的一種或幾種的混合；0 < χ <4，0<y<4，0<m<5，0<n<5。上述的鹽湖滷水鎂鋰分離及富集鋰的方法的配套裝置，包括具有被陰離子交換膜分隔成兩個空間的電滲析槽的電滲析裝置，以及陰極和陽極，所述的陰極和陽極分別設置於隔成的兩個空間內；所述的陰極為塗覆有離子篩的導電基體，陽極為塗覆有嵌鋰態離子篩的導電基體。本實用新型通過自主設計一種電滲析裝置，採用在水溶液中穩定工作並對Li+有記憶效應的離子篩材料，通過調整體系電勢，使溶液中的Li+嵌入到離子篩的晶格中，其他離子留在溶液中，通過這一過程實現鋰與其他離子的有效分離；再將嵌鋰態的離子篩置於不含Mg2+的支持電解質溶液如NaCl溶液中，調整體系的電勢，使嵌鋰態離子篩中的Li+釋放到溶液中，得到富鋰溶液，實現鎂鋰的高效分離和鋰的富集；其優點在於在電滲析裝置運行過程中，滷水中的鋰嵌入到離子篩的同時，嵌鋰態離子篩脫鋰到鋰鹽室，這一過程有效降低了能耗，提高了鋰的提取效率。本實用新型具有如下優點本實用新型所述的離子篩對Li+具有很好的選擇性，且吸附量大，穩定性好，能循環富集滷水中的鋰；1、此裝置能處理不同鎂鋰比的滷水，特別是能高效解決高鎂鋰比滷水中鎂鋰分離的技術難題；2、此實用新型所設計的電滲析裝置可以同時完成兩個工作電極上鋰的嵌入和脫出，實現鋰的高效選擇性提取，且槽電壓低，能耗低；在完成一個周期的操作後，通過調換電極或者電解質溶液來實現連續循環工作；3、此實用新型所設計的電滲析裝置在鎂鋰分離的同時可以同步完成鋰的富集；且電滲析裝置結構簡單，操作方便，能循環處理鹽湖滷水；4、此方法成本低，易於規模化生產。
圖1為本實用新型的電滲析槽俯視示意圖；圖中1為陰離子交換膜，2為陰極，3為陽極，4為滷水室，5為鋰鹽室圖2為使用本實用新型時Li+濃度隨電滲析時間的變化圖；圖3為使用本實用新型時Li+濃度隨循環係數的變化圖。
具體實施方式
為了更詳細地解釋本實用新型，列舉以下實施例進行說明，但本實用新型不局限於這些實施例。本實用新型裝置參見圖1，電滲析裝置的電滲析槽用陰離子交換膜1垂直分隔成兩個空間，即滷水室4和鋰鹽室5，陰極2和陽極3分別設置於隔成的兩個空間內；陰極2為塗覆有離子篩的導電基體，陽極3為塗覆有嵌鋰態離子篩的導電基體。實施例1按20 1 1的重量比將IOgFePO4離子篩、0.5g高純石墨和0.5gPVDF混合均勻， 將N-甲基吡咯烷酮(NMP)有機溶劑加入到混合好的粉末中研磨調漿，將漿狀物塗覆在石墨板上，在110°C的真空箱內保溫乾燥12小時，冷卻後得到磷酸鐵離子篩複合膜；將磷酸鐵複合膜置於電滲析裝置中的滷水室，電滲析裝置的俯視示意圖如圖1所示；將2L某鹽湖滷水加入滷水室，鹽湖滷水的主要成分及含量如下表所示
權利要求1. 一種鹽湖滷水鎂鋰分離及富集鋰的裝置，其特徵在於，包括具有被陰離子交換膜 [1]分隔成兩個空間的電滲析槽的電滲析裝置，以及陰極[2]和陽極[3]，所述的陰極[2] 和陽極[3]分別設置於分隔成的兩個空間內；所述的陰極[2]為塗覆有離子篩的導電基體， 陽極[2]為塗覆有嵌鋰態離子篩的導電基體。
專利摘要本實用新型涉及一種鹽湖滷水鎂鋰分離及富集鋰的裝置。包括具有被陰離子交換膜分隔成兩個空間的電滲析槽的電滲析裝置，以及陰極和陽極，所述的陰極和陽極分別設置於分隔成的兩個空間內；所述的陰極為塗覆有離子篩的導電基體，陽極為塗覆有嵌鋰態離子篩的導電基體。該裝置能高效實現鋰與其他離子的分離，同時獲得富鋰溶液。使用該裝置流程短，操作簡單，生產成本低，可連續操作，易於工業化應用。
文檔編號C22B26/12GK202181336SQ20112023251
公開日2012年4月4日 申請日期2011年7月4日 優先權日2011年7月4日
發明者劉旭恆, 梁新星, 趙中偉 申請人:中南大學