CN106916947B - 准分馏萃取分离硫酸锂中钠和钾的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明准分馏萃取分离硫酸锂中钠和钾的方法，属于溶剂萃取技术领域。以分离除去了碱土金属杂质之后的2N级硫酸锂溶液为料液，t‑BAMBP为萃取剂，磺化煤油为稀释剂，锂皂化t‑BAMBP为萃取有机相，硫酸锂料液为表观洗涤剂，准分馏萃取法分离硫酸锂中的碱金属杂质钠和钾。锂皂化有机相从第1级、硫酸锂料液从萃取段与萃洗段的交界处、表观洗涤液从最后1级进入准分馏萃取体系。从第1级出口水相中获得目标产品硫酸锂溶液，其中锂的浓度为1.0M～2.0M，钠的浓度为2.5×10‑7M～2.6×10‑6M，钾的浓度为1.1×10‑8M～1.0×10‑7M。将所得硫酸锂溶液浓缩结晶，获得纯度为5N～6N级水合硫酸锂。与原料相比较，分离产品中钠的去除率为99.978％～99.9969％，钾的去除率为99.9983％～99.99957％。

Description

准分馏萃取分离硫酸锂中钠和钾的方法
技术领域
本发明涉及准分馏萃取分离硫酸锂中钠和钾的方法，特别是涉及一种以锂皂化t-BAMBP为萃取有机相，硫酸锂料液为表观洗涤剂，准分馏萃取法分离硫酸锂溶液中杂质钠和钾的工艺方法，属于溶剂萃取技术领域。
背景技术
锂功能材料广泛用于原子能、航空航天、国防工业、光学仪器等高科技领域。纯度高于99.99％的硫酸锂是制备高性能锂功能材料的重要原料，因此研究开发制备纯度高于99.99％硫酸锂的工艺方法具有重要的实际意义。
工业级99％硫酸锂中的主要碱金属杂质是钠和钾。由于钾钠与锂同属于碱金属元素，在元素周期表中彼此毗邻，因此钾离子和钠离子与锂离子的性质相似。因此，在制备纯度较高的硫酸锂时，锂与钾钠尤其是锂与钠之间的分离较困难。由此可知，欲制备纯度高于99.99％硫酸锂，分离以钠为代表的碱金属杂质是关键技术之一。
目前，从纯度为99％的工业级硫酸锂中分离杂质钠和钾依然采用沉淀-再沉淀、结晶-重结晶等传统方法。采用传统方法分离硫酸锂中碱金属杂质，存在作业环境要求高、劳动强度大、分离效果较差、生产成本高、收率低、硫酸锂的纯度低于99.999％等缺点。截至今日，鲜见有关制备纯度为99.999％～99.9999％硫酸锂的报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有分离硫酸锂中钠和钾所存在的缺点和技术困难，提出一种分离硫酸锂中钠和钾新方法。
本发明准分馏萃取分离硫酸锂中钠和钾的方法，以分离除去了碱土金属杂质之后的硫酸锂溶液为料液，4-叔丁基-2-(α-甲苄基)苯酚(通常简称为t-BAMBP)为萃取剂，磺化煤油为稀释剂，锂皂化t-BAMBP为萃取有机相(又称为有机溶液)，硫酸锂料液为表观洗涤剂，具体通过以下工艺方案来实现。
1)硫酸锂料液
硫酸锂料液采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为1.0M～2.0M，钠的浓度为0.002M～0.012M，钾的浓度为0.001M～0.006M。
2)有机相
有机相为t-BAMBP的磺化煤油溶液，t-BAMBP浓度为0.8M～1.0M，锂皂化率为15％～20％。
3)表观洗涤液
表观洗涤液为硫酸锂料液，采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为1.0M～2.0M，钠的浓度为0.002M～0.012M，钾的浓度为0.001M～0.006M。
4)准分馏萃取体系
准分馏萃取体系由萃取段和萃洗段构成。锂皂化有机相从第1级进入准分馏萃取体系；硫酸锂料液从萃取段与萃洗段的交界处进入准分馏萃取体系；表观洗涤液从最后1级进入准分馏萃取体系。
5)分离产品
从第1级出口水相中获得目标产品硫酸锂溶液，其中锂的浓度为1.0M～2.0M，钠的浓度为2.5×10-7M～2.6×10-6M，钾的浓度为1.1×10-8M～1.0×10-7M。将所得硫酸锂溶液浓缩结晶，获得纯度为99.999％～99.9999％级水合硫酸锂。与原料相比较，分离产品中钠的去除率为99.978％～99.9969％，钾的去除率为99.9983％～99.99957％。
本发明的优点如下：①分离效果好，钠的去除率为99.978％～99.9969％，钾的去除率为99.9983％～99.99957％。②产品纯度高，可以制得99.999％～99.9999％(5N～6N)级水合硫酸锂产品。③分离成本低，分离所得的硫酸锂溶液浓度高，便于浓缩结晶；在硫酸体系中直接分离除去2N级硫酸锂原料中的钠钾等碱金属杂质，工艺流程短且适合大规模生产。④绿色化程度高，准分馏萃取水相出口溶液为目标产品硫酸锂溶液，浓缩结晶获得水合硫酸锂晶体；有机相出口溶液经过硫酸溶液反萃取获得含钾钠的硫酸锂溶液(习惯上称为硫酸锂粗产品)，直接返回2N硫酸锂生产线处理，锂的综合收率高；反萃取之后的有机相转移至锂皂化工艺段，循环使用。此外，本发明还具有与2N硫酸锂生产线工艺衔接性好、设备简单、操作简便、作业环境好等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的准分馏萃取分离硫酸锂中钠和钾的方法作进一步描述。
实施例1：
1)硫酸锂料液
硫酸锂料液采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为1.5M，钠的浓度为0.006M，钾的浓度为0.003M。
2)有机相
有机相为t-BAMBP的磺化煤油溶液，t-BAMBP浓度为0.9M，锂皂化率为18％。
3)表观洗涤液
表观洗涤液为硫酸锂料液，采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为1.5M，钠的浓度为0.006M，钾的浓度为0.003M。
4)准分馏萃取体系
准分馏萃取体系由萃取段和萃洗段构成。锂皂化有机相从第1级进入准分馏萃取体系；硫酸锂料液从第40级进入准分馏萃取体系；表观洗涤液从54级进入准分馏萃取体系。
5)分离产品
从第1级出口水相中获得目标产品硫酸锂溶液，其中锂的浓度为1.5M，钠的浓度为2.5×10-7M(0.00000025M)，钾的浓度为1.3×10-8M(0.000000013M)。将所得硫酸锂溶液浓缩结晶，获得纯度为99.9999％级水合硫酸锂。
6)分离效果
与原料相比较，分离产品中钠的去除率为99.9958％，钾的去除率为99.99957％。
实施例2：
1)硫酸锂料液
硫酸锂料液采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为1.5M，钠的浓度为0.002M，钾的浓度为0.001M。
2)有机相
有机相为t-BAMBP的磺化煤油溶液，t-BAMBP浓度为1.0M，锂皂化率为17％。
3)表观洗涤液
表观洗涤液为硫酸锂料液，采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为1.5M，钠的浓度为0.012M，钾的浓度为0.006M。
4)准分馏萃取体系
准分馏萃取体系由萃取段和萃洗段构成。锂皂化有机相从第1级进入准分馏萃取体系；硫酸锂料液从第35级进入准分馏萃取体系；表观洗涤液从50级进入准分馏萃取体系。
5)分离产品
从第1级出口水相中获得目标产品硫酸锂溶液，其中锂的浓度为1.5M，钠的浓度为2.8×10-7M(0.00000028M)，钾的浓度为1.1×10-8M(0.000000011M)。将所得硫酸锂溶液浓缩结晶，获得纯度为99.9999％级水合硫酸锂。
6)分离效果
与原料相比较，分离产品中钠的去除率为99.9969％，钾的去除率为99.99928％。
实施例3：
1)硫酸锂料液
硫酸锂料液采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为2.0M，钠的浓度为0.012M，钾的浓度为0.006M。
2)有机相
有机相为t-BAMBP的磺化煤油溶液，t-BAMBP浓度为1.0M，锂皂化率为20％。
3)表观洗涤液
表观洗涤液为硫酸锂料液，采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为2.0M，钠的浓度为0.012M，钾的浓度为0.006M。
4)准分馏萃取体系
准分馏萃取体系由萃取段和萃洗段构成。锂皂化有机相从第1级进入准分馏萃取体系；硫酸锂料液从第32级进入准分馏萃取体系；表观洗涤液从46级进入准分馏萃取体系。
5)分离产品
从第1级出口水相中获得目标产品硫酸锂溶液，其中锂的浓度为2.0M，钠的浓度为2.6×10-6M(0.0000026M)，钾的浓度为1.0×10-7M(0.00000010M)。将所得硫酸锂溶液浓缩结晶，获得纯度为99.999％级水合硫酸锂。
6)分离效果
与原料相比较，分离产品中钠的去除率为99.978％，钾的去除率为99.9983％。
实施例4：
1)硫酸锂料液
硫酸锂料液采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为1.0M，钠的浓度为0.002M，钾的浓度为0.001M。
2)有机相
有机相为t-BAMBP的磺化煤油溶液，t-BAMBP浓度为0.8M，锂皂化率为15％。
3)表观洗涤液
表观洗涤液为硫酸锂料液，采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为1.0M，钠的浓度为0.002M，钾的浓度为0.001M。
4)准分馏萃取体系
准分馏萃取体系由萃取段和萃洗段构成。锂皂化有机相从第1级进入准分馏萃取体系；硫酸锂料液从第36级进入准分馏萃取体系；表观洗涤液从51级进入准分馏萃取体系。
5)分离产品
从第1级出口水相中获得目标产品硫酸锂溶液，其中锂的浓度为1.0M，钠的浓度为3.1×10-7M(0.00000031M)，钾的浓度为2.6×10-8M(0.000000026M)。将所得硫酸锂溶液浓缩结晶，获得纯度为99.9999％级水合硫酸锂。
6)分离效果
与原料相比较，分离产品中钠的去除率为99.978％，钾的去除率为99.9983％。

Claims (1)

1.准分馏萃取分离硫酸锂中钠和钾的方法，其特征在于：以硫酸锂溶液为料液，t-BAMBP为萃取剂，磺化煤油为稀释剂，锂皂化t-BAMBP为萃取有机相，硫酸锂料液为表观洗涤剂，具体通过以下工艺来实现：
1）硫酸锂料液
硫酸锂料液采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为1.0 M～2.0 M，钠的浓度为0.002 M～0.012 M，钾的浓度为0.001 M～0.006 M；
2）有机相
有机相为t-BAMBP的磺化煤油溶液，t-BAMBP浓度为0.8 M～1.0 M，锂皂化率为15%～20%；
3）表观洗涤液
表观洗涤液为硫酸锂料液，采用氢氧化锂调节pH值为13，其中锂的浓度为1.0 M～2.0M，钠的浓度为0.002 M～0.012 M，钾的浓度为0.001 M～0.006 M；
4）准分馏萃取体系
准分馏萃取体系由萃取段和萃洗段构成；锂皂化有机相溶液从第1级进入准分馏萃取体系；硫酸锂料液从萃取段与萃洗段的交界处进入准分馏萃取体系；表观洗涤液从最后1级进入准分馏萃取体系；
5）分离产品
从第1级出口水相中获得目标产品硫酸锂溶液，其中锂的浓度为1.0 M～2.0 M，钠的浓度为2.5×10-7 M～2.6×10-6 M，钾的浓度为1.1×10-8 M～1.0×10-7 M；与原料相比较，分离产品中钠的去除率为99.978%～99.9969%，钾的去除率为99.9983%～99.99957%。
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