CN105849317A - 制备氢氧化锂的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了制备氢氧化锂的方法。所述方法包括在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行包括双室膜过程的第一电膜过程，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流；以及在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将第一锂减少的水性流进行包括三室膜过程的第二电膜过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流。还提供了制备氢氧化锂的系统。

Description

制备氢氧化锂的方法和系统
本公开要求于2013年10月23日提交的第61/894,617号美国临时申请的优先权，在此通过引用将其整体并入。
本公开涉及制备氢氧化锂的方法和系统。例如，其涉及对于使用电化学方法来制备氢氧化锂有效的方法和系统。
使用三室膜电解池制备氢氧化锂的方法是已知的。然而，使用三室池的方法可能例如需要具有更高表面积的池，这可能例如导致在氢氧化锂的生产中更高的成本，其归因于例如具有更高表面积的池的成本和/或池中使用的膜的成本。具有更高表面积的池也会例如在工厂中占用更多的空间和/或所述工厂会需要更多的池。
因此根据本公开的一方面，提供了制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将锂化合物转化为氢氧化锂的条件下，将包含锂化合物的水性组合物进行第一电膜过程，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行第二电膜过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流。
本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将锂化合物转化为氢氧化锂的条件下，将包含锂化合物的水性组合物进行第一电膜过程，以进行至预先确定的程度，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行第二电膜过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流。
本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行第一电膜过程，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行第二电膜过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流。
本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行第一电膜过程，以进行至预先确定的程度，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行第二电膜过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流。
本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行包括双室膜过程的第一电膜过程，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行包括三室膜过程的第二电膜过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流。
本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行包括双室膜过程的第一电膜过程，以进行至预先确定的程度，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行包括三室膜过程的第二电膜过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流。
本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将锂化合物转化为氢氧化锂的条件下，将包含锂化合物的水性组合物进行双室单极或双极膜电解过程，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中进行；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行三室单极或双极膜电解过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与中央室隔开的阴极电解液室的第二电化学池中进行。
本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行双室单极或双极膜电解过程，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中进行；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行三室单极或双极膜电解过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与中央室隔开的阴极电解液室的第二电化学池中进行。
本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将锂化合物转化为氢氧化锂的条件下，将包含锂化合物的水性组合物进行双室单极或双极膜电解过程，以进行至预先确定的程度，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中进行；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行三室单极或双极膜电解过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与中央室隔开的阴极电解液室的第二电化学池中进行。
本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行双室单极或双极膜电解过程，以进行至预先确定的程度，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中进行；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行三室单极或双极膜电解过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与中央室隔开的阴极电解液室的第二电化学池中进行。
本公开还包括制备氢氧化锂的系统，所述系统包括：
第一电化学池，其对于在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含所述硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行双室单极或双极膜电解过程，以获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流是有效的，所述第一电化学池界定通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并被规格化以接收第一锂减少的水性流，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极，并被规格化以接收所述第一富含氢氧化锂的水性流；
第二电化学池，其对于在适于将所述第一锂减少的水性流中包含的所述硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行三室单极或双极膜电解过程，以获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流是有效的，所述第二电化学池界定通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与所述中央室隔开的阴极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并被规格化以接收所述第二锂减少的水性流，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极，并被规格化以接收所述第二富含氢氧化锂的水性流；以及
装置，其用于将所述第一锂减少的水性流从所述第一电化学池的所述阳极电解液室传输至所述第二电化学池的所述中央室。
本公开还包括制备氢氧化锂的系统，所述系统包括：
用于接收硫酸锂和/或硫酸氢锂并将其转化为氢氧化锂的双室单极或双极膜电解池，所述池包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极和至少一个pH计，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极；
用于接收硫酸锂和/或硫酸氢锂并将其转化为氢氧化锂的三室单极或双极膜电解池，所述池包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与中央室隔开的阴极电解液室，所述中央室包含至少一个pH计，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极；以及
第一电化学池的阳极电解液室与第二电化学池的中央室彼此流体流动连通，以当阳极电解液室中的pH低于预先确定的值时，将硫酸锂和/或硫酸氢锂从第一电化学池的阳极电解液室传输至第二电化学池的中央室，并且当第二电化学池的中央室中的pH高于预先确定的值时，将硫酸锂和/或硫酸氢锂从第二电化学池的中央室传输至第一电化学池的阳极电解液室。
本公开还包括制备氢氧化锂的系统，所述系统包括：
第一电化学池，其对于在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行电膜过程，以获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流是有效的，所述第一电化学池界定通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并被规格化以接收第一锂减少的水性流，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极，并被规格化以接收所述第一富含氢氧化锂的水性流；
第二电化学池，其对于在适于将所述第一锂减少的水性流中包含的所述硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行电膜过程，以获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流是有效的，所述第二电化学池界定通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与所述中央室隔开的阴极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并被规格化以接收所述第二锂减少的水性流，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极，并被规格化以接收所述第二富含氢氧化锂的水性流；以及
装置，其用于将所述第一锂减少的水性流从所述第一电化学池的所述阳极电解液室传输至所述第二电化学池的所述中央室。
本公开还包括制备氢氧化锂的系统，所述系统包括：
用于接收硫酸锂和/或硫酸氢锂并将其转化为氢氧化锂的电膜过程池，所述池包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极和至少一个pH计，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极；
用于接收硫酸锂和/或硫酸氢锂并将其转化为氢氧化锂的电膜过程池，所述池包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与所述中央室隔开的阴极电解液室，所述中央室包含至少一个pH计，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极；以及
所述第一电化学池的所述阳极电解液室与所述第二电化学池的所述中央室彼此流体流动连通，以当所述阳极电解液室的pH低于预先确定的值时，将硫酸锂和/或硫酸氢锂从所述第一电化学池的所述阳极电解液室传输至所述第二电化学池的所述中央室，并且当所述第二电化学池的所述中央室的pH高于预先确定的值时，将硫酸锂和/或硫酸氢锂从所述第二电化学池的所述中央室传输至所述第一电化学池的所述阳极电解液室。
在仅以示例的方式呈现本公开的不同实施方案的下述图中：
图1为根据本公开的实施方案的方法和系统的原理图；
图2为根据本公开的实施方案的双室膜池的原理图示，所述双室膜池可用于包括含有锂化合物(如硫酸锂和/或硫酸氢锂)的水溶液的电解的方法中；
图3显示了关于在约80℃的温度下和约3kA/m2的电流密度下在双室膜电解池中利用Nafion 324阳离子交换膜的用于制备氢氧化锂的方法的实例的图：图3A为显示不同离子的给料浓度和转化率随通过的电荷的变化的图，图3B为显示电流效率、转化率、比率和给料pH随通过的电荷的变化的图，图3C为显示电压和电流密度随通过的电荷的变化的图，以及图3D为显示氢氧根浓度随通过的电荷的变化的图；
图4显示了关于在约80℃的温度下和约4kA/m2的电流密度下在双室膜电解池中利用Nafion 324阳离子交换膜的用于制备氢氧化锂的方法的实例的图：图4A为显示电压和电流密度随通过的电荷的变化的图，图4B为显示不同离子的给料浓度随通过的电荷的变化的图，图4C为显示电流效率、转化率和比率随通过的电荷的变化的图，以及图4D为显示氢氧根浓度随通过的电荷的变化的图；
图5显示了关于在约80℃的温度下和约5kA/m2的电流密度下在双室膜电解池中利用Nafion 324阳离子交换膜的用于制备氢氧化锂的方法的实例的图：图5A为显示电压和电流密度随通过的电荷的变化的图，图5B为显示不同离子的给料浓度和比率随通过的电荷的变化的图，图5C为显示电流效率、转化率和比率随通过的电荷的变化的图，以及图5D为显示氢氧根浓度随通过的电荷的变化的图；
图6显示了关于在约80℃的温度下和约200mA/cm2的电流密度下在三室膜电解池中利用Nafion 324阳离子交换膜和Astom AHA阴离子交换膜的用于制备氢氧化锂同时产生硫酸铵的方法的实例的图：图6A为显示三室膜电解池的不同室中不同离子的浓度随通过的电荷的变化的图，图6B为显示电流密度、池的电压以及给料pH和酸性室pH随通过的电荷的变化的图，图6C为显示三室膜电解池的不同室的电流效率和比率随通过的电荷的变化的图，以及图6D为显示电压和电流密度随通过的电荷的变化的图；以及
图7显示了关于在约60℃的温度下和约100mA/cm2的电流密度下在三室膜电解池中利用Nafion 324阳离子交换膜和Fumatech FAB阴离子交换膜的用于制备氢氧化锂同时产生硫酸的方法的实例的图：图7A为显示三室膜电解池的不同室中的浓度随通过的电荷的变化的图，图7B为显示三室膜电解池的不同室的电流效率和比率随通过的电荷的变化的图，图7C为显示电流密度、通过的电荷以及给料pH随通过的电荷的变化的图，以及图7D为显示电压和电流密度随通过的电荷的变化的图。
除非另外指明，本节段和其他节段中描述的定义和实施方案意在适用于本文描述为适合的本公开的所有实施方案和方面，如本领域技术人员所理解的。
如本公开中使用的，除非上下文中另外明确规定，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数提及物。例如，包括“锂化合物”的实施方案应被理解为表示具有一种锂化合物、或两种或更多种另外的锂化合物的某些方面。
在包含“另外的”组分或“第二”组分(诸如另外的锂化合物或第二锂化合物)的实施方案中，本文使用的所述第二组分与其他组分或第一组分不同。“第三”组分与其他组分、第一组分和第二组分不同，以此类推，或者，“另外的”组分同样是不同的。
在理解本公开的范围时，本文使用的术语“包括”及其衍生语意图为开放性术语，其指定存在所规定的特征、元素、组分、组、整数和/或步骤，但是不排除存在其它未规定的特征、元素、组分、组、整数和/或步骤。前述也适用于具有相似含义的词，如术语“包含”、“具有”极其衍生语。本文使用的术语“由…组成”及其衍生语意图为封闭性术语，其指定存在所规定的特征、元素、组分、组、整数和/或步骤，同时排除了存在其它未规定的特征、元素、组分、组、整数和/或步骤。本文使用的术语“基本上由…组成”意图指定存在所规定的特征、元素、组分、组、整数和/或步骤以及在实质上不影响特征、元素、组分、组、整数和/或步骤的基本特征和新特征的那些特征、元素、组分、组、整数和/或步骤。
本文使用的程度术语如“约(about)”和“大约(approximately)”意为修改项的合理量的偏差，以使最终结果不明显改变。这些程度术语应被理解为包括修改项的至少±5％或至少±10％的偏差，条件是该偏差不会否定其所修改的词的含义。
本文中使用的术语“适合的”意指具体条件的选择会取决于待进行的具体操作或运行，但该选择会很好地处于本领域所培训的人员的技术范围之内。本文描述的所有方法将在足以提供期望产物的条件下进行。本领域的技术人员会理解，所有反应条件，包括，当适合时，例如，反应时间、反应温度、反应压力、反应物比例、流动速率、反应物纯度、电流密度、电压、浓度、pH值、氧化还原电位、池面积、使用的膜的类型以及再循环速率可以改变，以优化期望产物的产率，并且这样做在所述人员的技术范围之内。
本文使用的表述“至少基本上维持”，当其指在本公开的方法或其部分(例如喷射、加热、电渗析、电解等)期间维持的pH值或pH范围时，指的是在所述方法或其部分期间至少75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％的时间中维持所述pH值或pH范围。
本文使用的表述“至少基本上维持”，当指在本公开的方法或其部分(例如喷射、加热、电渗析、电解等)期间维持的浓度值或浓度范围时，指的是在所述方法或其部分期间至少75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％的时间中维持所述浓度值或浓度范围。
本文使用的表述“至少基本上维持”，当指在本公开的方法或其部分(例如喷射、加热、电渗析、电解等)期间维持的温度值或温度范围时，指的是在所述方法或其部分期间至少75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％的时间中维持所述温度值或温度范围。
本文使用的表达“至少基本上维持”当指本公开的过程或其部分(例如，电解等)期间维持的电流密度值或电流密度范围时，是指在所述过程或其部分期间至少75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％的时间中维持所述电流密度值或电流密度范围。
本文使用的表达“至少基本上维持”当指本公开的过程或其部分(例如，电解等)期间维持的电流效率值或电流效率范围时，是指在所述过程或其部分期间至少75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％的时间中维持所述电流效率值或电流效率范围。
本文使用的表述“至少基本上维持”，当指在本公开的方法或其部分(例如电渗析、电解等)期间维持的电压值或电压范围时，指的是在所述方法或其部分期间至少75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％的时间中维持所述电压值或电压范围。
本文使用的术语“电膜过程”指例如利用离子交换膜，并将电位差作为离子物质的驱动力的过程。电膜过程可以是例如(膜)电渗析或(膜)电解。例如，电膜过程可以是(膜)电解。
图1中显示了本公开的方法的示例性的流程图。其中例示的方法10用于制备氢氧化锂。参照图1，在其中例示的方法中，在适于消耗诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物以制备氢氧化锂的条件下，将包含诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物的水性组合物进行第一电膜过程，例如包括诸如双室单极膜电解过程的双室膜过程的第一电膜过程，任选地，其中用于制备氢氧化锂的诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物的消耗进行至预先确定的程度。参照图1，诸如双室单极膜电解过程的双室膜过程可以在第一电化学池12中进行，所述第一电化学池12包含通过诸如阳离子交换膜18的膜而与阴极电解液室16隔开的阳极电解液室14。
将认识到，本文中关于诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物而使用的术语“消耗”，是指水性组合物中存在的诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物的量减少。例如，本领域的技术人员容易理解，在如图1中显示的双室单极膜电解过程中，水(H2O)在阳极20处可以转化为质子(H+)和氧气(O2)，水在阴极22处可以转化为氢氧根离子(OH–)和氢气(H2)，并且包含诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物的水性组合物中最初存在的锂离子(Li+)可以通过电位差被驱使从阳极电解液室14穿过诸如阳离子交换膜18的膜而进入阴极电解液室16。由此获得第一锂减少的水性流24和第一富含氢氧化锂的水性流26，如图1所示，可以将其分别从第一电化学池12的阳极电解液室14和阴极电解液室16移出。鉴于电流，Li+离子迁移通过膜18，由此将Li2SO4转化为LiOH。
还可以获得第一含氧的流27和第一含氢的流28，如图1所示，可以将其分别从第一电化学池12的阳极电解液室14和阴极电解液室16移出。或者，作为电解反应产物而产生的氧气和/或氢气也可以，例如保留在水溶液中，并分别作为第一锂减少的水性流24和第一富含氢氧化锂的水性流26的组分而分别从第一电化学池12的阳极电解液室14和阴极电解液室16移出。
如图1所示，包含诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物的水性流29，可以用于将诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物引入第一电化学池12的阳极电解液室14。
如图1所示，然后可以在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将第一锂减少的水性流24进行第二电膜过程，例如包括诸如三室膜电解过程的三室膜过程的第二电膜过程。如图1所示，诸如三室膜电解过程的三室膜过程可以在第二电化学池30中进行，所述第二电化学池30包含通过诸如阴离子交换膜36的膜而与中央室34隔开的阳极电解液室32和通过诸如阳离子交换膜40的膜而与中央室34隔开的阴极电解液室38。
例如，本领域的技术人员容易理解，在诸如图1中显示的三室单极膜电解过程的三室单极膜电解过程期间，水(H2O)可以在阳极42处转化为质子(H+)和氧气(O2)，水可以在阴极44处转化为氢氧根离子(OH–)和氢气(H2)，第一锂减少的水性流24中最初存在的锂离子(Li+)可以通过电位差而被驱使从中央室34穿过诸如阳离子交换膜40的膜而进入阴极电解液室38，并且第一锂减少的水性流24中最初存在的硫酸根离子(SO4 2-)可以通过电位差而被驱使从中央室34穿过诸如阴离子交换膜36的膜而进入阳极电解液室32。由此获得第二锂减少的水性流46和第二富含氢氧化锂的水性流48，如图1所示，可以将其分别从第二电化学池30的中央室34和阴极电解液室38移出。实际上，可以将第二锂减少的水性流46传输至阳极电解液室14，同时可以将第二富含氢氧化锂的水性流48传输至阴极电解液室16。
如图1所示，在三室单极膜电解过程期间，可以将第一锂减少的水性流引入第二电化学池30的中央室34，可以将第二锂减少的水性流46从第二电化学池30的中央室34移出，并且可以将第二富含氢氧化锂的水性流48从第二电化学池30的阴极电解液室38移出。
在本公开的方法中，三室单极膜电解过程还可以包括在阳极电解液室32中产生硫酸。如图1所示，流50为含硫酸的水性流，因此可以从第二电化学池30的阳极电解液室32移出。
或者，三室单极膜电解过程还可以包括将氨引入第二电化学池30的阳极电解液室32，例如经由流52引入，并在第二电化学池30的阳极电解液室32中产生硫酸铵。如图1所示，流50为含硫酸铵的水性流，因此可以从第二电化学池30的阳极电解液室32移出。
还可以获得第二含氧的流54和第二含氢的流56，如图1所示，可以将其分别从第二电化学池30的阳极电解液室32和阴极电解液室38移出。或者，作为电解反应产物而产生的氧气和/或氢气也可以，例如保留在水溶液中，并分别作为流50和第二富含氢氧化锂的水性流48的组分而分别从第二电化学池30的阳极电解液室32和阴极电解液室38移出。
本领域的技术人员将认识到，可以使用其他的流，如流58、流60和流62，以例如将其他的试剂和/或溶剂引入第一电化学池12的阴极电解液室16、第二电化学池30的阴极电解液室38和/或第二电化学池30的阳极电解液室62。例如，这类流可以用于添加酸(例如H2SO4)和/或碱(例如LiOH)，例如以维持或改变pH值；和/或用于添加水，例如以维持或改变方法10的电化学池12、30的室中的浓度。本领域的技术人员还将认识到，这类试剂和/或溶剂也可以作为图1中显示或未显示的其他流的组分而被引入图1中显示的电化学池12、30的各个室中，以维持或改变电化学池12、30的室中的参数，如pH值和/或反应物(例如Li2SO4、LiHSO4、LiOH、NH3、NH4HSO4、(NH4)2SO4)的浓度。
如图1所示，本公开的方法还可以包括将第二锂减少的水性流46的至少一部分再循环至第一电膜过程。例如，如图1所示，可以将第二锂减少的水性流46引入至第一电化学池12的阳极电解液室14。例如，可以使用泵，经由适合的管道，将第二锂减少的水性流46的至少一部分从第二电化学池30传输至第一电化学池12。
如图1所示，本公开的方法还可以包括将第二富含氢氧化锂的水性流48的至少一部分再循环至第一电膜过程。例如，如图1所示，第二富含氢氧化锂的水性流48的至少一部分可以作为流58的组分而被引入第一电化学池12的阴极电解液室16。本领域的技术人员将认识到，将第二富含氢氧化锂的水性流48的至少一部分引入第一电化学池12的阴极电解液室16的替代路线是可能的。例如，可以将第二富含氢氧化锂的水性流48的至少一部分作为单独的流而引入阴极电解液室16。例如，可以使用泵，经由适合的管道，将第二富含氢氧化锂的水性流48的至少一部分从第二电化学池30传输至第一电化学池12。
例如，当池12中Li2SO4和/或LiHSO4的电解根据Li2SO4和/或LiHSO4的消耗(例如通过电流效率下降而观察到的)而已达到某一预先确定的程度时，或者当阳极电解液室14中阳极电解液的pH值(例如使用pH计测量的pH值)低于预先确定的值时，可以将阳极电解液室14的内含物(流24)传输至池30的中央室34。观察到在池12中，阳极电解液室14的pH值可趋于降低，因此当反应效率降低或不再有效时，将流24转移至pH值可趋于升高的室34中，直至达到电解效率降低或不再有效的某一点。在这种情况下，可以将流46传输至pH值会降低的室14。可以通过相同或不同的传输装置来进行室14与室34之间Li2SO4和/或LiHSO4的转移。这类装置可以是与泵组合的管道。本领域的技术人员会理解，在本公开的方法中，根据起始溶液(或给料溶液)(例如Li2SO4和/或LiHSO4的水溶液)的pH，所述起始溶液可以首先在双室单极或双极膜电解过程池中处理(例如，如果pH为中性或碱性)，然后在三室单极或双极膜电解过程中处理。或者，所述起始溶液可以首先在三室单极或双极膜电解过程池中处理(例如，如果pH为中性或酸性)，然后在双室单极或双极膜电解过程池中处理。当室38中达到某一LiOH的浓度时，可以将流48传输至室16，在其中LiOH可进一步浓缩。
本公开的方法可以以例如分批过程来操作。或者，本公开的方法可以以半连续过程或连续过程来操作。
本领域的技术人员将认识到，可以例如通过本领域已知的手段监控本公开方法的一种或多种参数，例如但不限于pH值、温度、电流密度、电压、电流效率和浓度。可以由本领域的技术人员来选择适于监控本公开方法中的具体参数的手段。也可以由本领域的技术人员维持和/或改变这类参数，例如根据他们的公知常识并参考本公开来维持和/或改变这类参数。
下文呈现的实例是非限定性的，并用于更好地例示本公开的方法。
本公开包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行包括双室膜过程的第一电膜过程，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将第一锂减少的水性流进行包括三室膜过程的第二电膜过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流。
例如，在第一电膜过程期间，用于制备氢氧化锂的硫酸锂和/或硫酸氢锂的消耗可以进行至预先确定的程度。
因此，本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物转化为氢氧化锂的条件下，将包含诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物的水性组合物进行第一电膜过程，以进行至预先确定的程度，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将第一锂减少的水性流进行第二电膜过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流。
例如，锂化合物可以包含氯化锂(LiCl)、氟化锂(LiF)、硫酸锂(Li2SO4)、硫酸氢锂(LiHSO4)、碳酸氢锂(LiHCO3)、碳酸锂(Li2CO3)、硝酸锂(LiNO3)、醋酸锂(LiC2H3O2)、硬脂酸锂和/或柠檬酸锂，基本上由氯化锂(LiCl)、氟化锂(LiF)、硫酸锂(Li2SO4)、硫酸氢锂(LiHSO4)、碳酸氢锂(LiHCO3)、碳酸锂(Li2CO3)、硝酸锂(LiNO3)、醋酸锂(LiC2H3O2)、硬脂酸锂和/或柠檬酸锂组成，或者由氯化锂(LiCl)、氟化锂(LiF)、硫酸锂(Li2SO4)、硫酸氢锂(LiHSO4)、碳酸氢锂(LiHCO3)、碳酸锂(Li2CO3)、硝酸锂(LiNO3)、醋酸锂(LiC2H3O2)、硬脂酸锂和/或柠檬酸锂组成。例如，锂化合物可以包含硫酸锂和/或硫酸氢锂，基本上由硫酸锂和/或硫酸氢锂组成，或者由硫酸锂和/或硫酸氢锂组成。
例如，包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的组合物还可包含H2SO4。
例如，在本公开的过程中，在适于将锂化合物如硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含锂化合物如硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行第一电膜过程，以进行至预先确定的程度。对于本公开的具体方法而言合适的预先确定的程度的选择可由本领域技术人员做出。例如，在适于消耗锂化合物如硫酸锂和/或硫酸氢锂以制备氢氧化锂直至一种或多种竞争性副反应进行至预先确定的程度、例如进行至氢氧化锂的制备不再有效的程度的条件下，将包含锂化合物如硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行第一电膜过程。例如，其中所述第一电膜过程为在包括通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中实施的双室单极或双极膜电解过程，锂化合物如硫酸锂和/或硫酸氢锂至氢氧化锂的转化可以继续进行直至氢氧根的电流效率不再有效，例如不再至少基本上维持氢氧根的电流效率，因而其减少。例如，其中第一电膜过程为在包括通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中实施的双室单极或双极膜电解过程，锂化合物如硫酸锂和/或硫酸氢锂至氢氧化锂的转化可以继续进行直至阳极电解液室中的pH为约0.4至约1.2，约0.5至约0.8，约0.5至约0.7，或者约0.6的值。
例如，其中第一电膜过程为在包括通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中实施的双室单极或双极膜电解过程，锂化合物如硫酸锂和/或硫酸氢锂至氢氧化锂的转化可以继续进行，直至水性组合物中包含的硫酸锂和/或硫酸氢锂消耗特定的量。
例如，预先确定的程度可以包括基于水性组合物中包含的硫酸锂和/或硫酸氢锂的总量，消耗水性组合物中包含的硫酸锂和/或硫酸氢锂的约30至约60重量％或者约30至约50重量％。例如，预先确定的程度可以包括消耗水性组合物中包含的硫酸锂和/或硫酸氢锂的约35至约45重量％。例如，预先确定的程度可以包括消耗水性组合物中包含的硫酸锂和/或硫酸氢锂的约38至约42％。例如，水性组合物可以包含硫酸锂，以及预先确定的程度可以包括消耗水性组合物中包含的硫酸锂的约30至约50％。例如，水性组合物可以包含硫酸锂，以及预先确定的程度可以包括消耗水性组合物中包含的硫酸锂的约35至约45％。例如，水性组合物可以包含硫酸锂，以及预先确定的程度可以包括消耗水性组合物中包含的硫酸锂的约38至约42％。
例如，第一电膜过程可以包括三室膜电解过程，例如三室单极或双极膜电解过程；基本上由三室膜电解过程，例如三室单极或双极膜电解过程组成；或者由三室膜电解过程，例如三室单极或双极膜电解过程组成。
例如，第一电膜过程可以包括双室膜电解过程，例如双室单极或双极膜电解过程；基本上由双室膜电解过程，例如双室单极或双极膜电解过程组成；或者由双室膜电解过程，例如双隔室单极或双极膜电解过程组成。
例如，第一电膜过程可以包括三室膜电解过程，例如三室双极膜电解过程；基本上由三室膜电解过程，例如三室双极膜电解过程组成；或者由三室膜电解过程，例如三室双极膜电解过程组成。
例如，第一电膜过程可以包括双室膜电解过程，例如双室双极膜电解过程；基本上由双室膜电解过程，例如双室双极膜电解过程组成；或者由双室膜电解过程，例如双室双极膜电解过程组成。
例如，可以在包括通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中实施双室膜电解过程如双室单极或双极膜电解过程。
例如，阳离子交换膜可以包括磺化的聚四氟乙烯如NafionTM 324阳离子交换膜或用于苛性碱浓缩的其它膜如FuMA-Tech FKB或AstomCMB阳离子交换膜；基本上由磺化的聚四氟乙烯如NafionTM 324阳离子交换膜或用于苛性碱浓缩的其它膜如FuMA-Tech FKB或Astom CMB阳离子交换膜组成；或者由磺化的聚四氟乙烯如NafionTM 324阳离子交换膜或用于苛性碱浓缩的其它膜如FuMA-Tech FKB或Astom CMB阳离子交换膜组成。对于本公开的具体方法而言合适的阳离子交换膜的选择可由本领域技术人员做出。
例如，在双室膜电解过程如双室单极或双极膜电解过程期间，可将包含锂化合物如硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性流引入阳极电解液室，可从阳极电解液室中移出第一锂减少的水性流，以及可从阴极电解液室中移出第一富含氢氧化锂的水性流。
例如，在双室单极或双极膜电解过程的阴极电解液室中，氢氧化锂可以被至少基本上维持在约2M至约4M，约2.5至约3.5M，约2.8至约3.2M，或者约3M的浓度。
例如，在双室单极或双极膜电解过程期间，可在约10℃至约100℃，约10℃至约100℃，约10℃至约90℃，约20℃至约85℃，或者约80℃的温度下，将包含锂化合物如硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性流引入阳极电解液室。
例如，在双室单极或双极膜电解过程期间，可在约20℃至约100℃，约20℃至约85℃，约20℃至约85℃，约60℃至约85℃，约70℃至约85℃，或者约80℃的温度下，从阳极电解液室中移出第一锂减少的水性流。
例如，在双室单极或双极膜电解过程期间，第一电化学池中的温度可以被至少基本上维持在约60℃至约110℃，约60℃至约100℃，约60℃至约90℃，约60℃至约85℃，约75℃至约85℃，约50至约70℃，约55至约65℃，或者约80℃的值。
例如，在双室单极或双极膜电解期间，电流密度可以被至少基本上维持在从约0.1kA/m2至约8000kA/m2，0.5kA/m2至约6kA/m2，约1kA/m2至约6kA/m2，约2kA/m2至约6kA/m2，或者约3kA/m2至约5kA/m2的值。例如，电流密度可以被至少基本上维持在选自约3kA/m2，约4kA/m2以及约5kA/m2的值。例如，电流密度可以被至少基本上维持在约4kA/m2的值。
例如，在双室单极或双极膜电解过程中，电压可以被至少基本上维持在约3V至约8V，约5V至约10V，约4V至约6V，约4至约5，或者约4.5的值。
例如，第一电化学池可具有约100m2至约2000m2，约100m2至约1000m2，约400m2至约500m2，或者约430m2的表面积。
例如，第二电膜过程可以包括双室膜电解过程，例如双室单极或双极膜电解过程；基本上由双室膜电解过程，例如双室单极或双极膜电解过程组成；或者由双室膜电解过程，例如双室单极或双极膜电解过程组成。
例如，第二电膜过程可以包括三室膜电解过程，例如三室单极或双极膜电解过程；基本上由三室膜电解过程，例如三室单极或双极膜电解过程组成；或者由三室膜电解过程，例如三室单极或双极膜电解过程组成。
例如，可在包括通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与中央室隔开的阴极电解液室的第二电化学池中实施三室膜电解过程，如三室单极或双极膜电解过程。
例如，阳离子交换膜可以包括磺化的聚四氟乙烯如NafionTM 324阳离子交换膜或者用于苛性碱浓缩的其它膜如FuMA-Tech FKB或AstomCMB阳离子交换膜；基本上由磺化的聚四氟乙烯如NafionTM 324阳离子交换膜或者用于苛性碱浓缩的其它膜如FuMA-Tech FKB或Astom CMB阳离子交换膜组成；或者由磺化的聚四氟乙烯如NafionTM 324阳离子交换膜或者用于苛性碱浓缩的其它膜如FuMA-Tech FKB或Astom CMB阳离子交换膜组成。对于本公开的具体方法而言合适的阳离子交换膜的选择可由本领域技术人员做出。
例如，在三室膜电解过程如三室单极或双极膜电解过程期间，可将第一锂减少的水性流引入中央室，可从中央室中移出第二锂减少的水性流，以及可从阴极电解液室中移出第二富含氢氧化锂的水性流。
例如，三室膜电解过程如三室单极或双极膜电解过程还可包括在阳极电解液室中产生酸如硫酸，以及从阳极电解液室中移出含酸的水性流如含硫酸的水性流。
对于本公开的具体方法而言合适的阴离子交换膜的选择可由本领域技术人员做出。例如，本领域技术人员将会理解，质子阻挡膜可以，例如用于同时产生酸如硫酸的方法中。例如，在三室单极或双极膜电解过程中，阴离子交换膜可以是质子阻挡膜。例如，质子阻挡膜可以是如Fumatech FAB、Astom ACM或Asahi AAV阴离子交换膜。
例如，在三室单极或双极膜电解过程的阳极电解液室中，酸(如硫酸)可以被至少基本上维持在约0.1M至约2M的酸(如硫酸)浓度。例如，在三室单极或双极膜电解过程的阳极电解液室中，硫酸可以被至少基本上维持在约0.5M至约1.5M，约0.7M至约1.2M，或者约0.8M的硫酸浓度。
例如，在三室膜电解过程的阴极电解液室中，氢氧化锂可以被至少基本上维持在约1M至约5.0M，约1M至约4.0M，约1.5M至约2.5M，约1.8M至约2.2M，或者约2M的浓度。
例如，在三室单极或双极膜电解期间，可在约20℃至约85℃，约40℃至约85℃，约40℃至约75℃，约50℃至约70℃，约50℃至约65℃，或者约60℃的温度下，将第一锂减少的水性流引入中央室。
例如，在三室单极或双极膜电解过程期间，可在约20℃至约80℃，约30℃至约70℃，约40℃至约80℃，或者约60℃的温度下，从阳极电解液室中移出第二锂减少的水性流。
例如，在三室单极或双极膜电解过程中，第二电化学池中的温度可以被至少基本上维持在约30℃至约90℃，约40℃至约85℃，约50℃至约80℃，约50℃至约70℃，约50℃至约65℃，或者约60℃的值。
例如，在三室单极或双极膜电解过程中，电流密度可以被至少基本上维持在约0.5kA/m2至约5kA/m2，约1kA/m2至约2kA/m2，约3kA/m2至约5kA/m2，约4kA/m2，或者约1.5kA/m2的值。
例如，在三室单极或双极膜电解过程中，电压可以被至少基本上维持在约5V至约9V，约6V至约8V，约6.5V至约7.5V，或者约7V的值。
例如，第二电化学池可以具有约的1000m2至约4000m2，约2000m2至约3000m2，或者约2700m2的池面积。
可选地，例如，在本公开的方法中，三室单极或双极膜电解过程还可以包括将氨引入阳极电解液室中，在阳极电解液室中产生铵化合物如硫酸铵，以及从阳极电解液室中移出含铵化合物的水性流如含硫酸铵的水性流。
对于本公开的具体方法而言合适的阴离子交换膜的选择可由本领域技术人员做出。例如，本领域技术人员将会理解，在不同时产生酸如硫酸的方法中，可使用不是质子阻挡膜的阴离子交换膜，因为其可能例如与质子阻挡膜相比能够经受更高的温度和/或具有更低的电阻。例如，在三室单极或双极膜电解过程中，阴离子交换膜可以不是质子阻挡膜。例如，阴离子交换膜可以是诸如Astom AHA阴离子交换膜或FuMA-TechFAP的膜。
例如，在三室单极或双极膜电解过程的阳极电解液室中，铵化合物(如硫酸铵)可以被至少基本上维持在约0.5M至约5M，约1M至约4M，或者约3M的铵化合物(如硫酸铵)浓度。
例如，在三室单极或双极膜电解过程的阴极电解液室中，氢氧化锂可以被至少基本上维持在约1M至约4.0M，约1.5M至约2.5M，或者约2M的浓度。
例如，本公开的方法还可包括使第二锂减少的水性流的至少一部分再循环至第一电膜过程。例如，再次使用双室单极或双极膜电解池以获得更高浓度的氢氧化锂是可能的。本领域技术人员还将理解，用于制备氢氧化锂的连续过程也可能是有用的。
例如，当在第二电膜过程中，第二电化学池的中央室的pH达到约2至约12，约3至约10，约4至约9，约5至约8，或者约8的值时，第二锂减少的水性流可以再循环至第一电膜过程，以控制第一锂减少的水性流的pH的值高于0.4至约1.2，约0.5至约0.8，约0.5至约0.7，或者约0.6。
例如，所述方法还可包括将再循环的第二锂减少的水性流呈送至第一电膜过程，直至阳极电解液室中的pH为约0.4至约1.2，约0.5至约0.8，约0.5至约0.7，或者约0.6的值，然后将第一锂减少的水性流再呈送至第二电膜过程。
例如，可以至少基本上维持双室单极或双极膜电解过程的阳极电解液室和/或三室单极或双极膜电解过程的中央室中的pH。例如，可以通过调整双室单极或双极膜电解过程的电流密度、三室单极或双极膜电解过程的电流密度、第一锂减少的水性流的流动速率和第二锂减少的水性流的流动速率中的至少一种来至少基本上维持pH。
本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行双室单极或双极膜电解过程，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中进行；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将第一锂减少的水性流进行三室单极或双极膜电解过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与中央室隔开的阴极电解液室的第二电化学池中进行。
例如，在双室单极或双极膜电解过程期间，硫酸锂和/或硫酸氢锂至氢氧化锂的转化可以进行至预先确定的程度。
因此，本公开还包括制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物转化为氢氧化锂的条件下，将包含诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物的水性组合物进行双室单极或双极膜电解过程，以进行至预先确定的程度，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中进行；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将第一锂减少的水性流进行三室单极或双极膜电解过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与中央室隔开的阴极电解液室的第二电化学池中进行。
例如，在双室单极或双极膜电解过程期间，可将包含锂化合物如硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性流引入阳极电解液室，可从阳极电解液室中移出第一锂减少的水性流，以及可从阴极电解液室中移出第一富含氢氧化锂的水性流；以及在三室单极或双极膜电解过程期间，可将第一锂减少的水性流引入中央室，可从中央室中移出第二锂减少的水性流，以及可从阴极电解液室中移出第二富含氢氧化锂的水性流。
例如，所述方法还可包括将第二锂减少的水性流的至少一部分再循环至双室单极或双极膜电解过程。
本领域技术人员将会理解，视情况，利用本文公开的实例，所述方法也可以发生改变。
例如，可将至少一部分的本公开的方法作为分批过程进行操作。可选地，例如可将所述方法作为连续过程或半连续过程进行操作。例如，本领域技术人员将会理解，例如如本文所述的，可以通过调整双室单极或双极膜电解过程的电流密度和/或三室单极或双极膜电解过程的电流密度和/或在所述过程之间流动的流的流动速率，从而至少基本上维持双室单极或双极膜电解过程的阳极电解液室和/或三室单极或双极膜电解池的中央室中的pH。
例如，可以至少基本上维持双室单极或双极膜电解过程的阳极电解液室和/或三室单极或双极膜电解过程的中央室中的pH。
例如，可以通过调整双室单极或双极膜电解过程的电流密度、三室单极膜电解过程的电流密度、第一锂减少的水性流的流动速率和第二锂减少的水性流的流动速率中的至少一种来至少基本上维持pH。
用于测量和/或监测pH的合适的手段的选择可由本领域技术人员做出。合适的电流密度和/或合适的流动速率的选择可由本领域技术人员做出。
例如，本公开的方法还可进一步包括将第二富含氢氧化锂的水性流的至少一部分再循环至第一电膜过程。
例如，方法还可包括从第一电化学池的阴极电解液室中移出第一含氢的流。例如，所述方法还可包括从第二电化学池的阴极电解液室中移出第二含氢的流。例如，所述方法还可包括从第一电化学池的阳极电解液室中移出第一含氧的流。例如，所述方法还可包括从第二电化学池的阳极电解液室中移出第二含氧的流。
例如，用于将第一锂减少的水性流从第一电化学池的阳极电解液室传输至第二电化学池的中央室的装置，可以有效地用于将未转化的硫酸锂和/或硫酸氢锂从第二电化学池的中央室传输至第一电化学池的阳极电解液室。
例如，本公开的系统还可以包括用于将第二锂减少的水性流从第二电化学池的阴极电解液室传输至第二电化学池的阴极电解液室的装置。
例如，第一电化学池中的阳极电解液室还可以包含至少一个用于接收包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性流的入口。
例如，第一电化学池中的阳极电解液室还可以包含至少一个用于排出第一锂减少的水性流的出口。
例如，第一电化学池中的阳极电解液室还可以包含至少一个用于排出第一含氧的流的出口。
例如，第一电化学池中的阴极电解液室还可以包含至少一个用于排出第一富含氢氧化锂的水性流的出口。
例如，第一电化学池中的阴极电解液室还可以包含至少一个用于接收第二富含氢氧化锂的水性流的入口。
例如，第一电化学池中的阴极电解液室还可以包含至少一个用于排出第一含氢的流的出口。
例如，第二电化学池中的阳极电解液室对于制备硫酸可以是有效的，并且所述第二电化学池还包含至少一个用于排出含硫酸的水性流的出口。
例如，电化学池中的阳极电解液室还可以包含至少一个用于接收包含氨的流的入口；第二电化学池中的阳极电解液室对于制备硫酸铵是有效的，并且所述第二电化学池还包含至少一个用于排出含硫酸铵的水性流的出口。
例如，第二电化学池中的阳极电解液室还可以包含至少一个用于排出第二含氧的流的出口。
例如，第二电化学池中的阴极电解液室还可以包含至少一个用于排出第二富含氢氧化锂的水性流的出口。
例如，第二电化学池中的阴极电解液室还可以包含至少一个用于排出第二含氢的流的出口。
例如，第二电化学池中的中央室还可以包含至少一个用于接收第一锂减少的水性流的入口。
例如，第二电化学池中的中央室还可以包含至少一个用于排出第二锂减少的水性流的出口。
例如，用于传输的装置包括泵与管道的组合。
例如，所述系统还可以包括用于将第一锂减少的水性流从第一电化学池传输至第二电化学池的第一管道。
例如，所述系统还可以包括用于将第二锂减少的水性流从第二电化学池传输至第一电化学池的第二管道。
例如，所述系统还可以包括用于将第二富含氢氧化锂的水性流从第二电化学池传输至第一电化学池的第三管道。
例如，第一电化学池还可以包括用于测量阳极电解液室的pH的装置，并且所述系统被配置为当阳极电解液室的pH低于预先确定的值时，将第一锂减少的水性流从第一电化学池传输至第二电化学池。
例如，第二电化学池还可以包括用于测量中央室的pH的装置，并且所述系统被配置为当中央室的pH高于预先确定的值时，将未转化的硫酸锂和/或硫酸氢锂从第二电化学池的中央室传输至第一电化学池的阳极电解液室。
例如，第一电化学池还可以包括用于测量第二电化学池的阴极电解液室中氢氧化锂的浓度的装置，并且所述系统被配置为将第二富含氢氧化锂的水性流从第二电化学池的阴极电解液室传输至第一电化学池的阴极电解液室。
例如，所述系统可以被配置为作为连续过程操作。
例如，所述系统可以被配置为作为半连续过程操作。
例如，第一电化学池的阳极电解液室与第二电化学池的中央室可以经由泵和管道而彼此流体流动连通。
例如，第二电化学池的阴极电解液室与第一电化学池的阴极电解液室经由泵和管道而彼此流体流动连通。
实施例
由于在图2所示的双室配置中，阳极反应产生氧气和质子，导致阳极电解质溶液的pH下降，因此某些已知的方法已并入了例如三室池的使用。当使用双室池时，完全移出阳离子会变得低效，因为对于穿过阳离子膜的电荷转移，质子会与锂离子转移形成竞争。然而，使用双室膜电解池，诸如硫酸锂的锂化合物至硫酸氢锂的部分转化应当是可行的。
硫酸氢根具有1.9的pKa，因此硫酸根会缓冲水性硫酸锂溶液的pH，使得在多达一半的硫酸根转化为硫酸氢根时(即25％的转化)，质子浓度将为约0.01M。在该浓度下，由Nafion 324(N324)膜处的质子造成的低效将是可忽略的。
之前的工作已显示出，已完全转化为硫酸氢根(即50％的转化)的溶液的pH为约0.9，或质子浓度略大于0.1M。在这种情况下，因为质子相比锂离子是更加可移动的，因此质子转移通过N324膜将可能是显著的，这会例如降低氢氧化锂生产的电流效率。因此，硫酸锂的竞争转化将是不可能的，而本公开中总结的测试工作集中于测定效率随转化的变化。
在本公开的方法中，在使用双室膜电解过程将水溶液中的硫酸锂部分地转化后(以便将更多的锂转化为氢氧化锂)，然后可以将溶液送至三室膜电解过程。本文也报导了测试，其中使用两种方法处理双室工作中生产的溶液，以便研究当给料溶液具有较低的pH值时该方法的操作。
一般实验详述
双室实验在装配有DSA-O2阳极、不锈钢(SS316)阴极和Nafion324膜的ICI FM-01实验室电解池(64cm2，ICI Chemicals，UK)中进行。三室工作在与之前研究中使用的三室膜电解池类似装配的ElectrocellMP池(100cm2)中进行，并且实验装置的其他方面与之前在其他申请(US 61/636,869；US 61/755,151；US 61/788,292；PCT/CA2013/000398)中描述的相同。
实施例1：双室膜电解池试验
使用双室配置，用包含硫酸锂的水溶液作为给料溶液来进行测试。因为这些运行的主要目的是评估电流效率随转化(硫酸氢根/硫酸根)的变化，因此使用阴极电解液室中约2M的LiOH进行测试。该浓度低于之前工作中产生的约3M的浓度。然而，在约3M的浓度下，氢氧根浓度微小的变化会显著地降低氢氧化锂电流效率。相反，在约2M的浓度附近，氢氧根浓度微小的变化不会极大地影响氢氧化锂电流效率，因此效率的任何改变一般可以归因于从给料的质子转移。
使用双室池以不同的电流密度进行各种运行。图3-5为涉及表1总结的实验的图：图3A-3D涉及第856-96号实验；图4A-4D涉及第856-99号实验；而图5A-5D涉及第879-1号实验。下文讨论了使用双室池的实验的结果和这些运行的过程的方面。
例如图3A中显示的，随着各个运行的进行，锂离子和钠离子从给料中移出。随着水从给料中移出，硫酸根离子浓度从约1.7M浓缩至高达约2.3M，随着锂离子从给料中转出，给料中锂离子与硫酸根离子的比例从大于约2(电解开始时)变为小于约1(结束时)。在该运行中，进行了略大于约50％的转化，使得最终的阳极电解质溶液仅含有亚硫酸氢锂和少量的硫酸。
在运行期间定期采集两个室的样品并评估电流效率。图3B显示阴极电解液中氢氧根生产的累积电流效率和阳离子从给料的损失。如显示的，在约35％转化处采集的样品和约45％转化处采集的样品之间，电流效率开始下降。虽然累积电流效率的改变看起来微小，但增加的电流效率的改变(未显示)是极大的。这种变化似乎是当测量的给料pH值达到约0.6时出现的。
在更高电流密度下的运行具有类似的趋势，表1提供使用约3kA/m2(第856-96号实验)、约4kA/m2(第856-99号实验)和约5kA/m2(第879-1号实验)的电流密度进行的三次运行的结果。所述运行的氢氧根的电流效率在运行的起始部分接近约80％。对于使用更高电流密度进行的运行，电流效率开始下降的点似乎在稍后(即在更高的转化处)出现。
表1：使用硫酸锂给料的双室运行的特征。
图4A中显示了使用4kA/m2的电流密度的运行的电压分布。在大部分运行中的电压起始较高并随着运行的进行降低。在图4A中，经过运行的过程，氢氧根浓度从约1.9M增大至约2.4M，这减小了阴极电解液室的电压降。
所构建的ICI FM-01池具有约7mm的电极/膜缝隙。在缝隙可以降低至约2mm的更大的商业化的池中，当使用约3M的包含氢氧化锂的水溶液作为阴极电解质溶液时，估计总的池电压会为约4.5-5V。因此，以约4kA/m2的电流密度运行的双室膜电解过程的能耗会为约7kWh/kg(LiOH于3M溶液中)。该能耗比得上观测到的同时生产硫酸铵的三室池所需要的能耗，但是该过程仅以约1.5kA/m2的电流密度运行。
如果在约3吨/小时LiOH设备中使用双室池来转化约40％的硫酸锂，以约400mA/cm2的电流密度运行的池面积将会为约430m2。如本文讨论的，然后可以通过三室池来处理剩余的约60％的硫酸锂。在讨论三室工作之后，下文中还将讨论池面积的估算。
实施例2：使用转化的硫酸锂/硫酸氢锂的三室膜电解池试验
双室工作可用于由硫酸锂溶液生产氢氧化锂至约40％的转化。由于可用的过程溶液的量是小的，因此使用合成制备的硫酸氢锂/硫酸锂溶液进行两组初始运行以适当地确定测试条件。再次混合来自双室工作的最终溶液，并通过加入一些氢氧化锂来调整至已转化约42％的溶液。为了去除可能的氢氧根浓度的影响，将氢氧化锂降至约2M。
A.用于生产硫酸铵的N324/AHA三室池
之前的研究(US 61/636,869；US 61/755,151；US 61/788,292；PCT/CA2013/000398)中使用的三室池被再次用于本研究的测试工作，并且包括Nafion N324阳离子交换膜和Astom AHA阴离子交换膜。图6A-D为涉及本实验的图。本节段中讨论了使用同时生产硫酸铵的三室池的实验结果和该过程的方面。
含有约1.64M LiHSO4和约0.2M Li2SO4(即约85％的硫酸氢根)的起始溶液以约200mA/cm2的电流密度在池中运行，并移出阴极电解液中的产生氢氧化锂/氢氧化钠的硫酸锂以及阳极电解液中的硫酸铵(在pH值控制下向给料加入氨)。水从给料移出，但将另外的水加入阳极电解液和阴极电解液以基本上维持浓度，如图6A所示。实验运行的同时，硫酸根从给料移出约93％。
在运行过程中，因为硫酸根相比锂更有效地移出，因此给料pH(起始约0.6)升高，实验结束时达到略高于约2，如图6B所示。照此，整个运行中，给料中的硫酸氢根的百分比降低，直至大部分溶液以硫酸根形式存在。池电压相当恒定在约7V，直至临近运行结束(其中给料开始耗尽)。
图6C中显示了对各个室测量的电流效率，其证实了硫酸根移出更加有效。氢氧根生产效率为约72％，而硫酸根移出为约114％。高于100％的硫酸根移出是由于这样的计算，即，假设“硫酸根”以硫酸根(SO4 2-)转移穿过膜，然而，在这些pH下，一些转移必定为硫酸氢根(HSO4 -)形式。
B.用于生产硫酸的N324/FAB三室池
再次构建三室电化学池，将Astom AHA膜替换为一片新的Fumatech FAB膜，并进行类似的测试，在阳极电解液中产生硫酸。图7A-D为涉及该实验的图。在本节段中讨论了使用同时生产硫酸的三室池的实验的结果和该过程的方面。
在该实验中，将更多的水加入阳极电解液以将硫酸浓度维持在低于约0.8M，如图7A所示。观察到电流效率(图7B)和给料pH(图7C)有类似的趋势。在这种情况下，由于使用了更低的电流密度(约100mA/cm2)，仅有约73％的硫酸根移出，并且经过实验运行，相比实施例2节段A中讨论的实验出现了更少的转化。
虽然该测试的电流密度为之前测试电流密度的一半，但得到了类似的池电压。在不希望限于理论的情况下，这主要是由于FAB膜的高电阻。
这些测试中的氢氧根电流效率相比之前的研究(US 61/636,869；US 61/755,151；US 61/788,292；PCT/CA2013/000398)低了约10％-15％。将所述池拆解并观察到N324膜中的裂缝。所述裂缝位于垫片区域并且不应该引发问题。在不希望限于理论的情况下，所述裂缝可能是由于多次重构建的塑料筐的轻度变形(在较高的温度下)而形成的。使用一片新的N324膜进行了新的运行，并略微提高了电流效率。将硫酸氢锂/硫酸锂溶液替换为更高pH值的硫酸锂溶液进行最后的运行，并且电流效率提高至接近正常。在不希望限于理论的情况下，更低的给料pH似乎影响了三室生产。随着给料pH的升高，电流效率并未显著升高，这是已经预期的。
在不希望限于理论的情况下，例如氯-碱工业中已知的，给料中的钙也可以引起效率的损失。
因此显示，包括双室和三室膜电解池之组合的方法可用于将硫酸锂转化为氢氧化锂。双室池对于制备氢氧根直至约40％的转化是高效的。本测试也显示，当在三室池中处理所得到的溶液时，氢氧根生产的电流效率出现了约10-15％的下降。观察到同时生产硫酸铵或硫酸的方法对于氢氧根的形成有类似的表现。
在双室池中加工约40％的锂值显著地降低了每小时3吨LiOH的生产所需的总池面积。该方法的功率成本类似于以更高的约400mA/cm2的电流密度运行的双室池。本领域的技术人员会认识到，使用更低的电流密度会降低功率，但会增大需要的池面积。
表2：各种方法的池面积和功率
kWh/kg LiOH，于3M溶液中
例如由于双室池中使用的高电流密度，得到了对本系统的益处。然而，本领域的技术人员将认识到在这些电流密度下，DSA-O2阳极的寿命缩短。
本研究的方法中得到的氢氧根生产的更低的电流效率会略微增大三室过程的池面积。然而，这种低效假定当溶液从双室系统送至运行三室池的不同的系统时溶液的连续处理。或者，两种类型的池可以流出相同的溶液，因此方法可以以任何需要的pH运行，并且溶液的pH可以升高或降低，例如，通过改变一个池或另一个池处理的百分比。例如，如果需要降低pH，则可以增加双室池的电流密度和/或降低三室池的电流密度。在使用Fumatech FAB膜生成硫酸的情况下，会将pH控制在约1.5，以便例如保持FAB膜导电并使质子转移最小化。
在使用Astom AHA的硫酸铵生产的情况下，在之前的研究中报导的问题之一是阻止给料pH值升高(因为苛性碱电流效率远低于硫酸根移出)。本方法中使用的双室池可以用于将总的给料pH维持在低得多的pH。
两种方法(即双室方法和三室方法)的组合还可允许更好地利用给料溶液，因为更大量的水被从给料中去除，这可能允许更连续的操作。
已经关于具体实例来描述本公开。该描述意图帮助理解本公开，而非限制它的范围。对本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离如本文所述的本公开的范围的情况下，可对本公开进行各种修改，并且本文件意图涵盖这样的修改。
因此观察到，通过利用高电流效率以及需要低的总的池面积，本公开的方法和系统对于以低成本将Li2SO4和/或LiHSO4转化为LiOH是有效的。发现通过将双室单极或双极膜电解方法与双室单极或双极膜电解方法组合，此类较高的电流效率是可能的，由此导致这样的在电流和空间方面的节约。
所有公开文本、专利和专利申请通过引用以相同的程度整体并入本文，如同各个公开文本、专利或专利申请被明确且单独地表明通过引用整体并入。当发现本公开中的术语与通过引用并入本文的文件定义不同时，将本文中提供的定义作为该术语的定义。

Claims (118)

1.制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含所述硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行包括双室膜过程的第一电膜过程，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行包括三室膜过程的第二电膜过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流。
2.如权利要求1所述的方法，其中在所述第一电膜过程中，用于制备氢氧化锂的所述硫酸锂和/或硫酸氢锂的转换被进行至预先确定的程度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一电膜过程包括双室单极或双极膜电解过程。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述双室单极或双极膜电解过程在包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中进行。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述阳离子交换膜包含全氟化的磺酸。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性流引入所述阳极电解液室，将所述第一锂减少的水性流从所述阳极电解液室移出，并将所述第一富含氢氧化锂的水性流从所述阴极电解液室移出。
7.如权利要求6所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，所述硫酸锂和/或硫酸氢锂至氢氧化锂的转化被进行到直至氢氧根的电流效率不再被至少基本上维持，从而所述电流效率降低。
8.如权利要求6所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，所述硫酸锂和/或硫酸氢锂至氢氧化锂的转化被进行到直至所述阳极电解液室的pH为约0.4至约1.0的值。
9.如权利要求6所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，所述硫酸锂和/或硫酸氢锂至氢氧化锂的转化被进行到直至所述阳极电解液室的pH为约0.5至约0.7的值。
10.如权利要求6至9中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程的所述阴极电解液室中，氢氧化锂被至少基本上维持在约2M至约4M的浓度。
11.如权利要求6至9中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程的所述阴极电解液室中，氢氧化锂被至少基本上维持在约3M的浓度。
12.如权利要求6至11中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，在约20℃至约100℃的温度下，将所述包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性流引入所述阳极电解液室。
13.如权利要求6至11中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，在约80℃的温度下，将所述包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性流引入所述阳极电解液室。
14.如权利要求6至13中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，在约60℃至约85℃的温度下，将所述第一锂减少的水性流从所述阳极电解液室移出。
15.如权利要求6至13中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，在约60℃的温度下，将所述第一锂减少的水性流从所述阳极电解液室移出。
16.如权利要求4至15中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，所述第一电化学池的温度被至少基本上维持在约60℃至约85℃的值。
17.如权利要求4至15中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，所述第一电化学池的温度被至少基本上维持在约80℃的值。
18.如权利要求3至17中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，电流密度被至少基本上维持在约0.5kA/m2至约6kA/m2的值。
19.如权利要求3至17中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，电流密度被至少基本上维持在约3kA/m2至约5kA/m2的值。
20.如权利要求3至17中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，电流密度被至少基本上维持在约4kA/m2的值。
21.如权利要求3至20中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，电压被至少基本上维持在约3V至约8V的值。
22.如权利要求3至20中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，电压被至少基本上维持在约5V至约10V的值。
23.如权利要求3至20中任一项所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，电压被至少基本上维持在约4V至约6V的值。
24.如权利要求4至23中任一项所述的方法，其中所述第一电化学池具有约200m2至约2000m2的池面积。
25.如权利要求4至23中任一项所述的方法，其中所述第一电化学池具有约400m2至约500m2的池面积。
26.如权利要求1至25中任一项所述的方法，其中所述第二电膜过程包括三室单极或双极膜电解过程。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述三室单极或双极膜电解过程在包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与所述中央室隔开的阴极电解液室的第二电化学池中进行。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述阳离子交换膜包含磺化的聚四氟乙烯。
29.如权利要求27或28所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，将所述第一锂减少的水性流引入所述中央室，将所述第二锂减少的水性流从所述中央室移出，并将所述第二富含氢氧化锂的水性流从所述阴极电解液室移出。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述三室单极或双极膜电解过程还包括在所述阳极电解液室中产生硫酸，并将含硫酸的水性流从所述阳极电解液室移出。
31.如权利要求30所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，所述阴离子交换膜为质子阻挡膜。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述质子阻挡膜为FumatchFAB。
33.如权利要求30至32中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程的所述阳极电解液室中，所述硫酸被至少基本上维持在约0.1M至约2M的硫酸浓度。
34.如权利要求30至32中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程的所述阳极电解液室中，所述硫酸被至少基本上维持在小于或等于约0.7M至约1.2M的硫酸浓度。
35.如权利要求30至32中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程的所述阳极电解液室中，所述硫酸被至少基本上维持在小于或等于约0.8M的硫酸浓度。
36.如权利要求30至35中任一项所述的方法，其中在所述三室膜电解过程的所述阴极电解液室中，所述氢氧化锂被至少基本上维持在约1M至约3M的浓度。
37.如权利要求30至35中任一项所述的方法，其中在所述三室膜电解过程的所述阴极电解液室中，所述氢氧化锂被至少基本上维持在约2M的浓度。
38.如权利要求30至37中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，在约40℃至约85℃的温度下，将所述第一锂减少的水性流引入所述中央室。
39.如权利要求30至37中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，在约60℃的温度下，将所述第一锂减少的水性流引入所述中央室。
40.如权利要求30至39中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，在约40℃至约80℃的温度下，将所述第二锂减少的水性流从所述阳极电解液室移出。
41.如权利要求30至39中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，在约60℃的温度下，将所述第二锂减少的水性流从所述阳极电解液室移出。
42.如权利要求30至39中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，所述第二电化学池的温度被至少基本上维持在约50℃至约70℃的值。
43.如权利要求30至41中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，所述第二电化学池的温度被至少基本上维持在约60℃的值。
44.如权利要求30至43中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，电流密度被至少基本上维持在约0.5kA/m2至约5kA/m2的值。
45.如权利要求30至43中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，电流密度被至少基本上维持在约1kA/m2至约1kA/m2的值。
46.如权利要求30至45中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，电压被至少基本上维持在约5V至约9V的值。
47.如权利要求30至45中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，电压被至少基本上维持在约6V至约8V的值。
48.如权利要求30至47中任一项所述的方法，其中所述第二电化学池具有约1000m2至约4000m2的池面积。
49.如权利要求30至47中任一项所述的方法，其中所述第二电化学池具有约2000m2至约3000m2的池面积。
50.如权利要求29所述的方法，其中所述三室单极或双极膜电解过程还包括将氨引入所述阳极电解液室，在所述阳极电解液室中产生硫酸铵，并将含硫酸铵的水性流从所述阳极电解液室移出。
51.如权利要求50所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程中，所述阴离子交换膜不为质子阻挡膜。
52.如权利要求51所述的方法，其中所述阴离子交换膜为AstomAHA膜。
53.如权利要求50至52中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程的所述阳极电解液室中，所述硫酸铵被至少基本上维持在约0.5M至约4M的硫酸铵浓度。
54.如权利要求50至52中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程的所述阳极电解液室中，所述硫酸铵被至少基本上维持在约3M的硫酸铵浓度。
55.如权利要求50至54中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程的所述阴极电解液室中，所述氢氧化锂被至少基本上维持在约1M至约3M的浓度。
56.如权利要求50至54中任一项所述的方法，其中在所述三室单极或双极膜电解过程的所述阴极电解液室中，所述氢氧化锂被至少基本上维持在约2M的浓度。
57.如权利要求1至56中任一项所述的方法，其中所述方法还包括将所述第二锂减少的水性流的至少一部分再循环至所述第一电膜过程。
58.如权利要求69所述的方法，其中当在所述第二电膜过程中，所述第二电化学池的所述中央室的pH达到约2至约12的值时，将所述第二锂减少的水性流再循环至所述第一电膜过程。
59.如权利要求69所述的方法，其中当在所述第二电膜过程中，所述第二电化学池的所述中央室的pH达到约3至约10的值时，将所述第二锂减少的水性流再循环至所述第一电膜过程。
60.如权利要求59所述的方法，其中所述方法还包括将所述再循环的第二锂减少的水性流进行所述双室单极或双极膜电解过程，直至所述阳极电解液室的pH为约0.5至约0.8的值，然后将所述第一锂减少的水性流再进行所述第二电膜过程。
61.如权利要求60所述的方法，其中至少基本上维持所述双室单极或双极膜电解过程的所述阳极电解液室的pH和/或所述三室单极或双极膜电解过程的所述中央室的pH。
62.如权利要求61所述的方法，其中通过调整所述双室单极或双极膜电解过程的电流密度、所述三室单极或双极膜电解过程的电流密度、所述第一锂减少的水性流的流动速率和所述第二锂减少的水性流的流动速率中的至少一种来至少基本上维持pH。
63.如权利要求2至62中任一项所述的方法，其中所述预先确定的程度包括消耗所述水性组合物中包含的所述硫酸锂和/或硫酸氢锂的约30％至约60％。
64.如权利要求2至62中任一项所述的方法，其中所述预先确定的程度包括消耗所述水性组合物中包含的所述硫酸锂和/或硫酸氢锂的约35％至约45％。
65.如权利要求2至62中任一项所述的方法，其中所述预先确定的程度包括消耗所述水性组合物中包含的所述硫酸锂和/或硫酸氢锂的约38％至约42％。
66.如权利要求2至62中任一项所述的方法，其中所述水性组合物包含硫酸锂，并且其中所述预先确定的程度包括消耗所述水性组合物中包含的所述硫酸锂的约30％至约50％。
67.如权利要求2至62中任一项所述的方法，其中所述水性组合物包含硫酸锂，并且其中所述预先确定的程度包括消耗所述水性组合物中包含的所述硫酸锂的约35％至约45％。
68.如权利要求2至62中任一项所述的方法，其中所述水性组合物包含硫酸锂，并且其中所述预先确定的程度包括消耗所述水性组合物中包含的所述硫酸锂的约38％至约42％。
69.制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：
在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将所述包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行双室单极或双极膜电解过程，并获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室的第一电化学池中进行；以及
在适于制备至少另一部分氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行三室单极或双极膜电解过程，并获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流，所述电解过程在包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与所述中央室隔开的阴极电解液室的第二电化学池中进行。
70.如权利要求69所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，消耗所述硫酸锂和/或硫酸氢锂以制备氢氧化锂进行至预先确定的程度。
71.如权利要求69或70所述的方法，其中在所述双室单极或双极膜电解过程中，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性流引入所述阳极电解液室，将所述第一锂减少的水性流从所述阳极电解液室移出，并且将所述第一富含氢氧化锂的水性流从所述阴极电解液室移出；以及
在所述三室单极或双极膜电解过程中，将所述第一锂减少的水性流引入所述中央室，将所述第二锂减少的水性流从所述中央室移出，并且将所述第二富含氢氧化锂的水性流从所述阴极电解液室移出。
72.如权利要求71所述的方法，其中所述方法还包括将所述第二锂减少的水性流的至少一部分再循环至所述双室单极或双极膜电解过程。
73.如权利要求72所述的方法，其中当在所述三室单极或双极膜电解过程中，所述第二电化学池的所述中央室的pH达到约3至约10的值时，将所述第二锂减少的水性流再循环至所述双室单极或双极膜电解过程。
74.如权利要求73所述的方法，其中当在所述三室单极或双极膜电解过程中，所述第二电化学池的所述中央室的pH达到约5至约8的值时，将所述第二锂减少的水性流再循环至所述双室单极或双极膜电解过程。
75.如权利要求74所述的方法，其中所述方法还包括将所述再循环的第二锂减少的水性流进行所述第一电膜过程，直至所述阳极电解液室的pH为约0.5至约0.8的值，然后将所述第一锂减少的水性流再进行所述第二电膜过程。
76.如权利要求75所述的方法，其中至少基本上维持所述双室单极或双极膜电解过程的所述阳极电解液室的pH和/或所述三室单极或双极膜电解过程的所述中央室的pH。
77.如权利要求76所述的方法，其中通过调整所述双室单极或双极膜电解过程的电流密度、所述三室单极或双极膜电解过程的电流密度、所述第一锂减少的水性流的流动速率和所述第二锂减少的水性流的流动速率中的至少一种来至少基本上维持pH。
78.如权利要求1至77中任一项所述的方法，其中所述方法还包括将所述第二富含氢氧化锂的水性流的至少一部分再循环至所述第一电膜过程。
79.如权利要求1至78中任一项所述的方法，其中所述方法作为连续过程操作。
80.如权利要求1至78中任一项所述的方法，其中所述方法作为半连续过程操作。
81.如权利要求4至80中任一项所述的方法，其中所述方法还包括将第一含氢的流从所述第一电化学池的所述阴极电解液室移出。
82.如权利要求4至81中任一项所述的方法，其中所述方法还包括将第二含氢的流从所述第二电化学池的所述阴极电解液室移出。
83.如权利要求4至82中任一项所述的方法，其中所述方法还包括将第一含氧的流从所述第一电化学池的所述阳极电解液室移出。
84.如权利要求4至83中任一项所述的方法，其中所述方法还包括将第二含氧的流从所述第二电化学池的所述阳极电解液室移出。
85.制备氢氧化锂的系统，所述系统包括：
第一电化学池，其对于在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含所述硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行双室单极或双极膜电解过程，以获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流是有效的，所述第一电化学池界定通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并被规格化以接收第一锂减少的水性流，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极，并被规格化以接收所述第一富含氢氧化锂的水性流；
第二电化学池，其对于在适于将所述第一锂减少的水性流中包含的所述硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行三室单极或双极膜电解过程，以获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流是有效的，所述第二电化学池界定通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与所述中央室隔开的阴极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并被规格化以接收所述第二锂减少的水性流，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极，并被规格化以接收所述第二富含氢氧化锂的水性流；以及
装置，其用于将所述第一锂减少的水性流从所述第一电化学池的所述阳极电解液室传输至所述第二电化学池的所述中央室。
86.如权利要求85所述的系统，其中用于将所述第一锂减少的水性流从所述第一电化学池的所述阳极电解液室传输至所述第二电化学池的所述中央室的所述装置，对于将未转化的硫酸锂和/或硫酸氢锂从所述第二电化学池的所述中央室传输至所述第一电化学池的所述阳极电解液室是有效的。
87.如权利要求85或86所述的系统，其还包含用于将所述第二锂减少的水性流从所述第二电化学池的所述阴极电解液室传输至所述第二电化学池的所述阴极电解液室的装置。
88.如权利要求85至87中任一项所述的系统，其中所述第一电化学池中的所述阳极电解液室还包含至少一个用于接收包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性流的入口。
89.如权利要求85至88中任一项所述的系统，其中所述第一电化学池中的所述阳极电解液室还包含至少一个用于排出所述第一锂减少的水性流的出口。
90.如权利要求85至89中任一项所述的系统，其中所述第一电化学池中的所述阳极电解液室还包含至少一个用于排出第一含氧的流的出口。
91.如权利要求85至90中任一项所述的系统，其中所述第一电化学池中的所述阴极电解液室还包含至少一个用于排出所述第一富含氢氧化锂的水性流的出口。
92.如权利要求85至91中任一项所述的系统，其中所述第一电化学池中的所述阴极电解液室还包含至少一个用于接收所述第二富含氢氧化锂的水性流的入口。
93.如权利要求85至92中任一项所述的系统，其中所述第一电化学池中的所述阴极电解液室还包含至少一个用于排出第一含氢的流的出口。
94.如权利要求85至93中任一项所述的系统，其中所述第二电化学池中的所述阳极电解液室对于制备硫酸是有效的，并且所述第二电化学池还包含至少一个用于排出含硫酸的水性流的出口。
95.如权利要求85至94中任一项所述的系统，其中所述电化学池中的所述阳极电解液室还包含至少一个用于接收包含氨的流的入口；所述第二电化学池中的所述阳极电解液室对于制备硫酸铵是有效的，并且所述第二电化学池还包含至少一个用于排出含硫酸铵的水性流的出口。
96.如权利要求85至95中任一项所述的系统，其中所述第二电化学池中的所述阳极电解液室还包含至少一个用于排出第二含氧的流的出口。
97.如权利要求85至96中任一项所述的系统，其中所述第二电化学池中的所述阴极电解液室还包含至少一个用于排出所述第二富含氢氧化锂的水性流的出口。
98.如权利要求85至97中任一项所述的系统，其中所述第二电化学池中的所述阴极电解液室还包含至少一个用于排出第二含氢的流的出口。
99.如权利要求85至98中任一项所述的系统，其中所述第二电化学池中的所述中央室还包含至少一个用于接收所述第一锂减少的水性流的入口。
100.如权利要求85至99中任一项所述的系统，其中所述第二电化学池中的所述中央室还包含至少一个用于排出所述第二锂减少的水性流的出口。
101.如权利要求85至100中任一项所述的系统，其中用于传输的所述装置包含泵与管道的组合。
102.如权利要求85至101中任一项所述的系统，其中所述系统还包含用于将所述第一锂减少的水性流从所述第一电化学池传输至所述第二电化学池的第一管道。
103.如权利要求85至102中任一项所述的系统，其中所述系统还包含用于将所述第二锂减少的水性流从所述第二电化学池传输至所述第一电化学池的第二管道。
104.如权利要求85至103中任一项所述的系统，其中所述系统还包含用于将所述第二富含氢氧化锂的水性流从所述第二电化学池传输至所述第一电化学池的第三管道。
105.如权利要求85至104中任一项所述的系统，其中所述第一电化学池还包含用于测量所述阳极电解液室的pH的装置，并且所述系统被配置为当所述阳极电解液室的pH低于预先确定的值时，将所述第一锂减少的水性流从所述第一电化学池传输至所述第二电化学池。
106.如权利要求85至105中任一项所述的系统，其中所述第二电化学池还包含用于测量所述中央室的pH的装置，并且所述系统被配置为当所述中央室的pH高于预先确定的值时，将未转化的硫酸锂和/或硫酸氢锂从所述第二电化学池的所述中央室传输至所述第一电化学池的所述阳极电解液室。
107.如权利要求85至106中任一项所述的系统，其中所述第一电化学池还包含用于测量所述第二电化学池的所述阴极电解液室中氢氧化锂的浓度的装置，并且所述系统被配置为将所述第二富含氢氧化锂的水性流从所述第二电化学池的所述阴极电解液室传输至所述第一电化学池的所述阴极电解液室。
108.如权利要求85至107中任一项所述的系统，其中所述系统被配置为作为连续过程操作。
109.如权利要求85至108中任一项所述的系统，其中所述系统被配置为作为半连续过程操作。
110.制备氢氧化锂的系统，所述系统包括：
用于接收硫酸锂和/或硫酸氢锂并将其转化为氢氧化锂的双室单极或双极膜电解池，所述池包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极和至少一个pH计，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极；
用于接收硫酸锂和/或硫酸氢锂并将其转化为氢氧化锂的三室单极或双极膜电解池，所述池包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与所述中央室隔开的阴极电解液室，所述中央室包含至少一个pH计，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极；以及
所述第一电化学池的所述阳极电解液室与所述第二电化学池的所述中央室彼此流体流动连通，以当所述阳极电解液室的pH低于预先确定的值时，将硫酸锂和/或硫酸氢锂从所述第一电化学池的所述阳极电解液室传输至所述第二电化学池的所述中央室，并且当所述第二电化学池的所述中央室的pH高于预先确定的值时，将硫酸锂和/或硫酸氢锂从所述第二电化学池的所述中央室传输至所述第一电化学池的所述阳极电解液室。
111.如权利要求110所述的系统，其中借助于泵和管道，所述第一电化学池的所述阳极电解液室与所述第二电化学池的所述中央室彼此流体流动连通。
112.如权利要求110所述的系统，其中借助于泵和管道，所述第二电化学池的所述阴极电解液室与所述第一电化学池的所述阴极电解液室彼此流体流动连通。
113.制备氢氧化锂的系统，所述系统包括：
第一电化学池，其对于在适于将硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的水性组合物进行电膜过程，以获得第一锂减少的水性流和第一富含氢氧化锂的水性流是有效的，所述第一电化学池界定通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并被规格化以接收第一锂减少的水性流，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极，并被规格化以接收所述第一富含氢氧化锂的水性流；
第二电化学池，其对于在适于将所述第一锂减少的水性流中包含的所述硫酸锂和/或硫酸氢锂转化为氢氧化锂的条件下，将所述第一锂减少的水性流进行电膜过程，以获得第二锂减少的水性流和第二富含氢氧化锂的水性流是有效的，所述第二电化学池界定通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与所述中央室隔开的阴极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并被规格化以接收所述第二锂减少的水性流，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极，并被规格化以接收所述第二富含氢氧化锂的水性流；以及
装置，其用于将所述第一锂减少的水性流从所述第一电化学池的所述阳极电解液室传输至所述第二电化学池的所述中央室。
114.制备氢氧化锂的系统，所述系统包括：
用于接收硫酸锂和/或硫酸氢锂并将其转化为氢氧化锂的双室电膜过程池，所述池包含通过阳离子交换膜而与阴极电解液室隔开的阳极电解液室，所述阳极电解液室包含至少一个阳极和至少一个pH计，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极；
用于接收硫酸锂和/或硫酸氢锂并将其转化为氢氧化锂的三室电膜过程池，所述池包含通过阴离子交换膜而与中央室隔开的阳极电解液室和通过阳离子交换膜而与所述中央室隔开的阴极电解液室，所述中央室包含至少一个pH计，所述阳极电解液室包含至少一个阳极，并且所述阴极电解液室包含至少一个阴极；以及
所述第一电化学池的所述阳极电解液室与所述第二电化学池的所述中央室彼此流体流动连通，以便当所述阳极电解液室的pH低于预先确定的值时，将硫酸锂和/或硫酸氢锂从所述第一电化学池的所述阳极电解液室传输至所述第二电化学池的所述中央室，并且当所述第二电化学池的所述中央室的pH高于预先确定的值时，将硫酸锂和/或硫酸氢锂从所述第二电化学池的所述中央室传输至所述第一电化学池的所述阳极电解液室。
115.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电膜过程为电解。
116.如权利要求1所述的方法，其中所述第一电膜过程为电渗析。
117.如权利要求1、115或116所述的方法，其中所述第二电膜过程为电解。
118.如权利要求1、115或116所述的方法，其中所述第二电膜过程为电渗析。
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