CN112041470A - 用于提取锂的具有颗粒捕集器的离子交换反应器 - Google Patents

用于提取锂的具有颗粒捕集器的离子交换反应器 Download PDF

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大卫·亨利·辛达克尔
亚历山大·约翰·格兰特
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Abstract

本发明涉及从液体资源如天然和合成卤水、来自粘土和矿物的浸出液和回收产品中提取锂。对于从液体资源中提取锂，离子交换反应器具有罐、离子交换颗粒、颗粒捕集器和调节液体资源的pH的装置。

Description

用于提取锂的具有颗粒捕集器的离子交换反应器
交叉引用
本申请要求于2018年2月28日提交的美国临时专利申请序列号62/636,766的权益，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
锂是高能可充电电池和其他技术的基本元素。锂可以在多种液体溶液中找到，包括天然和合成卤水，以及来自矿物和回收产品的浸出液。
发明内容
可使用基于无机离子交换材料的离子交换过程从液体资源中提取锂。无机离子交换材料在释放氢离子的同时从液体资源吸收锂离子，然后在吸收氢离子的同时在酸中洗脱锂离子。可重复离子交换过程以从液体资源中提取锂离子并产生浓锂离子溶液。该浓锂离子溶液可被进一步加工成电池工业或其他工业的化学品。
将离子交换颗粒装载到用于提取锂的离子交换反应器中。使卤水、水和酸的交替流流过离子交换反应器以将锂从卤水中吸收到离子交换颗粒中，用水洗涤离子交换颗粒中残留的卤水，并用酸洗脱离子交换颗粒中的锂以形成锂洗脱溶液。锂吸收过程中氢的释放将酸化卤水并限制锂吸收，除非将卤水的pH维持在合适的范围内以促进热力学上有利的锂吸收和伴随的氢释放。
为了将离子交换颗粒保留在离子交换反应器中，同时允许卤水、水和酸的流进入和离开离子交换反应器，该离子交换反应器使用了一个或多个颗粒捕集器。这些颗粒捕集器通过利用过滤、重力沉降、离心沉降、磁场、其他固液分离方法或其组合将固体离子交换颗粒从液体流中分离。
本文所述的一方面是一种用于从液体资源产生锂洗脱溶液的离子交换反应器，其包括：罐(tank)；离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；一个或多个颗粒捕集器；以及用于调节所述液体资源的pH的装置。
在一些实施方案中，所述罐具有圆锥形形状。在一些实施方案中，所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体。在一些实施方案中，所述液体资源的所述pH的调节在所述罐中发生。在一些实施方案中，所述液体资源的所述pH的调节在将所述液体资源注入所述罐之前发生。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内的一个或多个过滤器。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器位于所述罐的底部。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物。
在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约200微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约50微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约25微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约10微米的孔隙空间。
在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包含多层网状物。在一些实施方案中，所述多层网状物包括至少一层用于过滤的较细网状物和至少一层用于结构支撑的较粗网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括由结构支撑物支撑的一个或多个网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包含一个或多个聚合物网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物，所述一个或多个网状物包括金属丝网状物。在一些实施方案中，所述金属丝网状物涂覆有聚合物。
在一些实施方案中，所述离子交换反应器被配置为将所述离子交换颗粒移至用于洗涤的一个或多个柱中。在一些实施方案中，所述离子交换反应器被配置为允许所述离子交换颗粒沉降到用于洗涤的一个或多个柱中。在一些实施方案中，所述柱被固定于所述罐的底部。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括通过所述罐的壁安装在一个或多个端口中的一个或多个过滤器。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个过滤器，并在所述一个或多个过滤器与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个重力沉降装置，并在所述一个或多个重力沉降装置与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内部的一个或多个重力沉降装置。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个离心沉降装置，并在所述一个或多个离心沉降装置与所述罐之间提供流体连通。
在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内部的一个或多个重力沉降装置。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个沉降罐、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个沉降罐、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个网状物、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个网状物、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个沉降罐、一个或多个网状物或其组合，并在所述一个或多个沉降罐、网状物或其组合与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个网状物、一个或多个沉降罐、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个网状物、一个或多个沉降罐、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。
在一些实施方案中，搅拌离子交换颗粒。在一些实施方案中，通过混合器搅拌离子交换颗粒。在一些实施方案中，通过螺旋桨搅拌离子交换颗粒。在一些实施方案中，通过将溶液泵送至所述罐中罐的底部附近而将所述离子交换颗粒流化。在一些实施方案中，通过将溶液从所述罐中泵送回所述罐中罐的底部附近而将所述离子交换颗粒流化。在一些实施方案中，通过将所述离子交换颗粒的浆液从所述罐的底部附近泵送至罐中的较高水平处而将所述离子交换颗粒流化。
在一些实施方案中，所述离子交换反应器还包括一个或多个分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液储存并进一步用于洗脱新鲜锂化的所述离子交换颗粒中的锂。在一些实施方案中，所述离子交换反应器还包含一个或多个分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液与额外的酸混合并进一步用于洗脱所述离子交换颗粒中的锂。
在一些实施方案中，所述离子交换颗粒还包含涂层材料。在一些实施方案中，所述涂层材料是聚合物。在一些实施方案中，所述涂层材料的所述涂层包含氯聚合物、氟聚合物、氯氟聚合物、亲水聚合物、疏水聚合物、其共聚物、其混合物或其组合。
本文所述的一方面是一种用于从液体资源产生锂洗脱溶液的离子交换系统，其包括：网络化的多个罐；离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；一个或多个颗粒捕集器；以及用于调节所述液体资源的pH的装置。
在一些实施方案中，使卤水、洗涤溶液和酸的流交替流过所述多个罐而将所述离子交换颗粒保留在所述网络化的多个罐中。在一些实施方案中，所述离子交换颗粒抵抗卤水、洗涤溶液和酸的逆流移动通过所述网络化的多个罐。在一些实施方案中，选自所述网络化的多个罐的罐的大小适于盐水、洗涤溶液或酸的批次，并且其中所述离子交换颗粒移动通过所述网络化的多个罐。
本文所述的一方面是一种从液体资源产生锂洗脱溶液的方法，其包括：提供离子交换反应器，所述离子交换反应器包括罐、离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂离子后用酸溶液处理时洗脱锂洗脱溶液、一个或多个颗粒捕集器以及用于调节所述液体资源的pH的装置；使液体资源流入所述离子交换反应器中，从而允许所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂；用酸溶液处理所述离子交换颗粒以产生所述锂洗脱溶液；以及使所述锂洗脱溶液通过所述一个或多个颗粒捕集器以收集所述锂洗脱溶液。
在一些实施方案中，所述罐具有圆锥形形状。在一些实施方案中，所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体。在一些实施方案中，所述液体资源的所述pH的调节在所述罐中发生。在一些实施方案中，所述液体资源的所述pH的调节在将所述液体资源注入所述罐之前发生。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内的一个或多个过滤器。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器位于所述罐的底部。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物。
在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约200微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约50微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约25微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约10微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括多层网状物。在一些实施方案中，所述多层网状物包括至少一层用于过滤的较细网状物和至少一层用于结构支撑的较粗网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括由结构支撑物支撑的一个或多个网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个聚合物网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物，所述一个或多个网状物包括金属丝网状物。在一些实施方案中，所述金属丝网状物涂覆有聚合物。
在一些实施方案中，所述离子交换反应器被配置为将所述离子交换颗粒移至用于洗涤的一个或多个柱中。在一些实施方案中，所述离子交换反应器被配置为允许所述离子交换颗粒沉降到用于洗涤的一个或多个柱中。在一些实施方案中，所述柱被固定于所述罐的底部。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括通过所述罐的壁安装在一个或多个端口中的一个或多个过滤器。
在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个过滤器，并在所述一个或多个过滤器与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个重力沉降装置，并在所述一个或多个重力沉降装置与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内部的一个或多个重力沉降装置。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个离心沉降装置，并在所述一个或多个离心沉降装置与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内部的一个或多个离心沉降装置。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个沉降罐、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个沉降罐、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个网状物、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个网状物、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个沉降罐、一个或多个网状物或其组合，并在所述一个或多个沉降罐、网状物或其组合与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个网状物、一个或多个沉降罐、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个网状物、一个或多个沉降罐、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。
在一些实施方案中，搅拌离子交换颗粒。在一些实施方案中，通过混合器搅拌离子交换颗粒。在一些实施方案中，通过螺旋桨搅拌离子交换颗粒。在一些实施方案中，通过将溶液泵送至所述罐中罐的底部附近而将所述离子交换颗粒流化。在一些实施方案中，通过将溶液从所述罐中泵送回所述罐中罐的底部附近而将所述离子交换颗粒流化。在一些实施方案中，通过将所述离子交换颗粒的浆液从所述罐的底部附近泵送至罐中的较高水平处而将所述离子交换颗粒流化。
在一些实施方案中，所述方法还包括一个或多个分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液储存并进一步用于洗脱新鲜锂化的所述离子交换颗粒中的锂。在一些实施方案中，所述方法还包括一个或多个分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液与额外的酸混合并进一步用于洗脱所述离子交换颗粒中的锂。
在一些实施方案中，所述离子交换颗粒还包含涂层材料。在一些实施方案中，所述涂层材料是聚合物。在一些实施方案中，所述涂层材料包含氯聚合物、氟聚合物、氯氟聚合物、亲水聚合物、疏水聚合物、其共聚物、其混合物或其组合。
本文所述的一方面是一种用于从液体资源产生锂洗脱溶液的离子交换反应器，所述离子交换反应器包括：具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物；以及用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中或在将所述液体资源注入所述罐之前发生。
在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约200微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约50微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约25微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约10微米的孔隙空间。
在一些实施方案中，所述一个或多个网状物是一个或多个聚合物网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包括金属丝网状物。在一些实施方案中，所述金属丝网状物涂覆有聚合物。在一些实施方案中，涂覆所述金属丝网状物的所述聚合物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
本文所述的一方面是一种用于从液体资源产生锂洗脱溶液的离子交换反应器，所述离子交换反应器包括：具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物；以及用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中或在将所述液体资源注入所述罐之前发生。
在一些实施方案中，所述多层网状物包含至少一层用于过滤的较细网状物和至少一层用于结构支撑的较粗网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包含由结构支撑物支撑的一个或多个网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物是一个或多个聚合物网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含金属丝网状物。在一些实施方案中，所述金属丝网状物涂覆有聚合物。在一些实施方案中，涂覆所述金属丝网状物的所述聚合物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
本文所述的一方面是一种从液体资源产生锂洗脱溶液的方法，其包括：提供离子交换反应器，所述离子交换反应器包括(i)具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；(ii)离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；(iii)位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物；以及(iv)用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中或在将所述液体资源注入所述罐之前发生；使液体资源流入所述离子交换反应器中，从而允许所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂；用酸溶液处理所述离子交换颗粒以产生所述锂洗脱溶液；以及使所述锂洗脱溶液通过所述一个或多个颗粒捕集器以收集所述锂洗脱溶液。
在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约200微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约50微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约25微米的孔隙空间。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含小于约10微米的孔隙空间。
在一些实施方案中，所述一个或多个网状物是一个或多个聚合物网状物。在一些实施方案中，一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包含金属丝网状物。在一些实施方案中，所述金属丝网状物涂覆有聚合物。在一些实施方案中，涂覆所述金属丝网状物的所述聚合物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
本文所述的一方面是一种从液体资源产生锂洗脱溶液的方法，其包括：提供离子交换反应器，所述离子交换反应器包括：(i)具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；(ii)离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；(iii)位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括多层网状物；以及(iv)用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中或在将所述液体资源注入所述罐之前发生；使液体资源流入所述离子交换反应器中，从而允许所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂；用酸溶液处理所述离子交换颗粒以产生所述锂洗脱溶液；以及使所述锂洗脱溶液通过所述一个或多个颗粒捕集器以收集所述锂洗脱溶液。
在一些实施方案中，所述多层网状物包括至少一层用于过滤的较细网状物和至少一层用于结构支撑的较粗网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个颗粒捕集器包括由结构支撑物支撑的一个或多个网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个网状物是一个或多个聚合物网状物。在一些实施方案中，所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
在一些实施方案中，所述一个或多个网状物包括金属丝网状物。在一些实施方案中，所述金属丝网状物涂覆有聚合物。在一些实施方案中，涂覆所述金属丝网状物的所述聚合物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
援引并入
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同特别地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用而并入。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述和附图，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在这些附图中：
图1图示了离子交换反应器，其包括具有圆锥形形状的搅拌罐和通过该罐的壁安装在端口中的一个或多个过滤器。
图2图示了离子交换反应器，其包括具有圆锥形形状的搅拌罐和在该罐内的一个或多个过滤器。
图3图示了离子交换反应器，其包括具有圆锥形形状的搅拌罐和在该罐外部的一个或多个过滤器，并在该一个或多个过滤器与罐之间提供流体连通。
图4图示了离子交换反应器，其包括搅拌罐和外部圆锥形沉降罐，并在该沉降罐与该罐之间提供流体连通。
图5图示了离子交换系统，其包括网络化的多个搅拌罐和在该罐外部的一个或多个过滤器。
图6图示了离子交换系统，其包括网络化的多个罐，该网络化的多个罐包括与一个酸反应器网络化连接的多个卤水反应器。
图7图示了离子交换系统，其包括网络化的多个罐，其中离子交换颗粒抵抗卤水、洗涤溶液和酸的逆流移动，并且该系统被配置为连续或半连续地运行。
图8图示了离子交换反应器，其提供有一系列分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液储存并进一步用于洗脱离子交换颗粒中的锂。
图9A图示了离子交换反应器，其包括具有部分圆锥形形状的搅拌罐和在该罐内的一个或多个过滤器。
图9B描绘了使用图9A所示的离子交换反应器在液体资源与酸之间的多个循环后液体资源中锂的回收率。
图10图示了离子交换反应器，其包括具有部分圆锥形形状且末端为较细圆柱形柱的搅拌罐(其中在该罐内具有一个或多个过滤器)。
图11图示了离子交换反应器，其包括具有部分圆锥形形状且末端为较细圆柱形柱的搅拌罐(其中在该罐内具有一个或多个过滤器)以及用于将液体从该罐中泵出并送回到该较细圆柱形柱底部的泵送单元。
图12图示了离子交换反应器，其包括具有部分圆锥形形状的搅拌罐(其中在该罐内具有一个或多个过滤器)以及用于将液体从该罐中泵出并送回到该较细圆柱形柱底部的泵送单元。
具体实施方式
术语“锂”、“锂离子”和“Li+”在本说明书中可互换使用，并且除非特别指出相反的情况，否则这些术语是同义的。术语“氢”、“氢离子”、“质子”和“H+”在本说明书中可互换使用，并且除非特别指出相反的情况，否则这些术语是同义的。术语“锂化”、“富含锂”和“锂交换”在本说明书中可互换使用，并且除非特别指出相反的情况，否则这些术语是同义的。术语“质子化”、“富含氢”和“质子交换”在本说明书中可互换使用，并且除非特别指出相反的情况，否则这些术语是同义的。
具有颗粒捕集器的锂离子交换反应器
本文所述本发明的一方面是一种用于从液体资源中提取锂的离子交换反应器。该反应器的作用是使液体资源与离子交换颗粒接触，使得离子交换材料可从液体资源中吸收锂，将离子交换颗粒从液体资源分离，用水溶液洗涤颗粒，将离子交换颗粒从水溶液分离，使用酸溶液将锂从颗粒中洗脱出来，以及将颗粒从酸溶液分离。反应器包括用于测量和调节液体资源的pH的装置，以中和在锂吸收期间由离子交换材料释放的质子。
本文所述本发明的一方面是一种用于从液体资源中提取锂的离子交换反应器，其包括：a)一个或多个罐；b)离子交换颗粒；c)一个或多个颗粒捕集器；以及d)用于调节液体资源的pH的装置。
本文所述本发明的一方面是一种用于从液体资源中提取锂的方法，其包括：a)提供包括一个或多个颗粒捕集器的离子交换反应器；b)在所述离子交换反应器中提供离子交换颗粒；c)使所述离子交换颗粒在所述离子交换反应器中与所述液体资源接触，其中所述离子交换颗粒中的氢离子与所述液体资源中的锂离子交换，以在所述离子交换单元中产生富含锂的离子交换颗粒；d)从所述离子交换反应器中去除所述液体资源，同时使用所述一个或多个颗粒捕集器将所述离子交换颗粒保留在所述离子交换反应器中；e)用水溶液洗涤所述富含锂的离子交换颗粒一次或多次；f)从所述离子交换反应器中去除所述水溶液，同时使用所述一个或多个颗粒捕集器将所述离子交换颗粒保留在所述离子交换反应器中；g)用酸溶液处理所述富含锂的离子交换颗粒，其中所述富含锂的离子交换颗粒中的所述锂离子与所述酸溶液中的氢离子交换，以产生锂洗脱液；以及h)从所述离子交换反应器中去除所述锂洗脱液，同时使用所述一个或多个颗粒捕集器将所述离子交换颗粒保留在所述离子交换反应器中。
在一些实施方案中，酸溶液是盐酸、硫酸、硝酸、其他酸或其组合。在一些实施方案中，酸溶液具有小于约10N、小于约3N、小于约1N、小于约0.3N、小于约0.1N、大于约0.05N、大于约0.1N、大于约0.2N、大于约0.3N、大于约0.4N、大于约0.5N、大于约0.75N、大于约1N、大于约2N、大于约3N、大于约4N、大于约5N、大于约6N、大于约7N、大于约8N、大于约9N、约0.05N至约10N、约0.1N至约10N、约0.2N至约10N、约0.3N至约10N、约0.4N至约10N、约0.5N至约10N、约0.6N至约10N、约0.7N至约10N、约0.8N至约10N、约0.9N至约10N、约1N至约10N、约1N至约9N、约2N至约8N或约3N至约7N的质子浓度。
在一些实施方案中，锂洗脱溶液含有氯化锂、硫酸锂、硝酸锂或其他锂盐。在一些实施方案中，对锂洗脱溶液进行处理以产生金属锂、碳酸锂、氢氧化锂、一水氢氧化锂、硝酸锂、磷酸锂、氯化锂、金属锂、有机金属锂或其他锂盐。
成形罐
本文所述本发明的一方面是一种用于从液体资源中提取锂的离子交换反应器，其包括：a)底部横截面积较小的罐；b)装载到罐中的离子交换颗粒；c)用于在液体流从罐中去除时将离子交换颗粒容纳在罐中的一个或多个颗粒捕集器；以及d)用于调节罐中液体资源的pH的装置。
本文所述本发明的一方面是一种用于从液体资源中产生锂洗脱溶液的离子交换反应器，所述离子交换反应器包括：具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包含一个或多个网状物；以及用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中或在将所述液体资源注入所述罐之前发生。
本文所述本发明的一方面是一种用于从液体资源中产生锂洗脱溶液的离子交换反应器，所述离子交换反应器包括：具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包含多层网状物；以及用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中或在将所述液体资源注入所述罐之前发生。
在一些实施方案中，离子交换反应器包含具有圆锥体形状的罐。在一些实施方案中，圆锥体形状允许离子交换颗粒沉降到圆锥体形状的底部，而液体则在离子交换颗粒的沉降床的上方从罐中去除。在一些实施方案中，颗粒捕集器可具有位于离子交换颗粒的沉降高度上方的入口。在一些实施方案中，罐的形状使得液体能够从离子交换颗粒的沉降床的上方去除。在一些实施方案中，端口位于罐的底部或底部附近，以允许将包含离子交换颗粒和水的浆液从罐中去除或注入罐中。在一些实施方案中，过滤器位于罐的底部或底部附近，其允许对包含离子交换颗粒和水的浆液进行脱水。在一些实施方案中，过滤器位于罐的底部或底部附近，其允许通过该过滤器将溶液注入罐中。在一些实施方案中，离子交换反应器包含底部附近呈圆锥形或金字塔形的罐。在一些实施方案中，离子交换反应器包含底部附近呈圆锥形或金字塔形且顶部附近呈圆柱形或矩形的罐。
在一些实施方案中，将大量的液体资源和酸溶液装载到离子交换反应器中。在一些实施方案中，装载到离子交换反应器中的液体资源的体积比酸溶液的体积大2倍以上、5倍以上、10倍以上、20倍以上、50倍以上或100倍以上。在一些实施方案中，反应罐可具有底部较窄的圆锥体形状以便于离子交换颗粒在罐中的混合、以便于离子交换颗粒的沉降、以便于离子交换颗粒的洗涤或者以便于将离子交换颗粒从液体溶液(诸如液体资源、酸溶液或洗涤溶液)中分离。
在一些实施方案中，离子交换反应器可具有用于将离子交换颗粒与液体资源、洗涤溶液或酸洗脱溶液混合的混合装置。在一些实施方案中，混合装置是顶置式混合器。在一些实施方案中，混合装置是使卤水在整个罐中循环的螺旋桨。在一些实施方案中，混合装置是将离子交换颗粒的浆液从罐的底部提出的螺旋桨。在一些实施方案中，离子交换反应器可具有一个或多个混合装置。在一些实施方案中，混合装置是将溶液注入罐中从而搅动离子交换颗粒床的泵。在一些实施方案中，混合装置是将溶液注入罐中从而使离子交换颗粒在溶液中流化或悬浮的泵。在一些实施方案中，通过从罐的底部附近泵送浆液并将所述浆液注入罐中的较高水平来将离子交换颗粒在溶液中混合。在一些实施方案中，通过将流化离子交换材料不经过滤泵入和/或泵出罐以将其混合。在一些实施方案中，离子交换反应器的罐装有一个或多个喷雾器，该一个或多个喷雾器将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并将其移至罐的底部。在一些实施方案中，离子交换反应器配备有挡板。在一些实施方案中，一个或多个罐配备有挡板。在一些实施方案中，一个或多个罐配备有挡板以改善离子交换颗粒与卤水、水、酸或其他溶液的混合。
在一些实施方案中，离子交换反应器的罐呈矩形、圆柱形、圆锥形、球形、平行四边形、菱形、金字塔形或其组合。
在一些实施方案中，一个或多个网状物包含小于约200微米的孔隙空间。在一些实施方案中，一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。在一些实施方案中，一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。在一些实施方案中，一个或多个网状物包含小于约50微米的孔隙空间。在一些实施方案中，一个或多个网状物包含小于约25微米的孔隙空间。在一些实施方案中，一个或多个网状物包含小于约10微米的孔隙空间。在一些实施方案中，一个或多个网状物是一个或多个聚合物网状物。在一些实施方案中，一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。在一些实施方案中，一个或多个网状物包含金属丝网状物。在一些实施方案中，金属丝网状物涂覆有聚合物。在一些实施方案中，涂覆所述金属丝网状物的聚合物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
在一些实施方案中，多层网状物包含至少一层用于过滤的较细网状物和至少一层用于结构支撑的较粗网状物。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含由结构支撑物支撑的一个或多个网状物。在一些实施方案中，一个或多个网状物是一个或多个聚合物网状物。在一些实施方案中，一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。在一些实施方案中，一个或多个网状物包含金属丝网状物。在一些实施方案中，金属丝网状物涂覆有聚合物。在一些实施方案中，涂覆所述金属丝网状物的聚合物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
过滤器
在一些实施方案中，颗粒捕集器是过滤器。在一些实施方案中，过滤器以滤饼过滤器运行。在一些实施方案中，运行过滤器以限制滤饼的形成。在一些实施方案中，过滤器以剪切流运行。在一些实施方案中，过滤器以反洗运行。
在一些实施方案中，过滤器包含聚合物、多孔聚合物、聚合物网状物或聚合物复合物。在一些实施方案中，过滤器包含纺织聚合物或聚合物织物。在一些实施方案中，过滤器由聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚砜、聚乙烯、尼龙或另一种聚合物材料组成。在一些实施方案中，过滤器包含陶瓷、金属或合金材料。在一些实施方案中，过滤器包含聚合物、聚芳醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯四氟乙烯、亲水聚合物、疏水聚合物、共聚物、嵌段共聚物或其组合。在一些实施方案中，过滤器包含涂覆有聚合物的钢网状物或其他金属网状物。在一些实施方案中，过滤器包含涂覆有聚合物的不锈钢网状物。在一些实施方案中，过滤器包含涂覆有聚合物的304不锈钢网状物。在一些实施方案中，钢网状物上的涂层包含环氧树脂、硅酮、氯聚合物、氟聚合物、氯氟聚合物、聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚砜、聚乙烯、热固性环氧树脂、风干环氧树脂、酚醛环氧树脂、酚醛聚合物、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、陶瓷环氧树脂复合涂层，乙烯三氟氯乙烯、它们的其他聚合物组合物或其共聚物。在一些实施方案中，网状物包含环氧树脂、硅酮、氯聚合物、氟聚合物、氯氟聚合物、聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚砜、聚乙烯、热固性环氧树脂、风干环氧树脂、酚醛环氧树脂、酚醛聚合物、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、陶瓷环氧树脂复合涂层，乙烯三氟氯乙烯、它们的其他聚合物组合物或其共聚物。在一些实施方案中，过滤器包含含有聚醚醚酮的网状物。在一些实施方案中，网状物具有小于约200微米、小于约100微米、小于约50微米、小于约25微米、小于约10微米、小于约2微米、大于约200微米或大于约400微米的孔径。在一些实施方案中，网状物是纺织聚合物或聚合物织物。在一些实施方案中，过滤器是具有编织的网状物，该编织是平纹编织、斜纹编织、荷兰式平纹编织、荷兰式斜纹编织或其组合。在一些实施方案中，过滤器包含不锈钢网状物。在一些实施方案中，过滤器包含用诸如镍、镍合金、氧化物或另一种耐酸材料涂覆以改善耐酸性的不锈钢网状物。在一些实施方案中，过滤器包含聚酰胺、芳族聚酰胺、聚乙烯胺、聚四氢吡咯、聚呋喃、聚醚砜、聚砜、聚哌嗪酰胺、聚苯并咪唑啉、聚恶二唑、乙酰化纤维素、纤维素、具有磺化、羧化、磷酸化或其组合的官能化取代的聚合物、其他聚合物层或其组合。在一些实施方案中，过滤器还包含织物、聚合物、复合物或金属支撑物。在一些实施方案中，过滤器包含由具耐化学性的氧化物、环氧树脂、聚合物材料或其组合涂覆的金属材料。
在过滤器的一些实施方案中，过滤器由单丝或复丝材料编织而成。在一些实施方案中，过滤器织物的编织是方正平纹、斜纹平纹、荷兰式平纹、荷兰式斜纹、反向荷兰式、双面荷兰式、betamesh荷兰式、篮状编织或其组合。
在离子交换反应器的一些实施方案中，过滤器位于罐的内部、罐的外部(在罐的外部)或通过罐的壁安装在一个或多个端口中。在一些实施方案中，过滤器是平面过滤器、管式过滤器、中空纤维管式过滤器、筒式过滤器、Scheibler过滤器、Vallex过滤器、Sweetland过滤器、水平叶片式过滤器、离心式卸料过滤器、压缩过滤器、Nutsche过滤器或烛式过滤器。在一些实施方案中，离子交换反应器可具有大于约一个、大于约5个、大于约20个或大于约100个过滤器。在一些实施方案中，使用旋转扇将液体资源从包含液体溶液和离子交换颗粒的浆液中分离。
在一些实施方案中，过滤器在罐中。在一些实施方案中，过滤器以不同高度安装在罐中。在一些实施方案中，过滤器安装在罐中的端口或凸缘中。在一些实施方案中，一个或多个过滤器安装在一个或多个罐的底部。在一些实施方案中，一个或多个过滤器安装在一个或多个柱的底部，该一个或多个柱安装在一个或多个罐的底部。在一些实施方案中，过滤器与罐壁大致齐平。在具有多个过滤器的一些实施方案中，在重力作用下使得离子交换颗粒沉降到罐的底部时，使用罐的顶部附近的过滤器。在一些实施方案中，在离子交换颗粒已基本上沉降之后使用罐的底部附近的过滤器。在一些实施方案中，过滤器垂直或水平布置。在一些实施方案中，过滤器在罐的容积内或沿罐的侧面形成阵列。在一些实施方案中，串联或并联使用多个过滤器。在一些实施方案中，串联使用具有不同孔径的多个过滤器。在一些实施方案中，过滤器包含安装在较大网状物上的较小网状物，其中较小网状物阻挡离子交换颗粒并且较大网状物提供支撑较小网状物的强度。
在一些实施方案中，通过过滤器从罐中去除液体资源、酸溶液或洗涤溶液。在一些实施方案中，通过罐的底部附近的过滤器从罐中去除酸溶液。在一些实施方案中，通过罐的顶部、中部和底部附近的过滤器从罐中去除液体资源。在一些实施方案中，通过罐的顶部、中部和底部附近的过滤器从罐中去除洗涤溶液。
在一些实施方案中，在离子交换反应器运行期间或在离子交换反应器暂停运行时更换坏掉的过滤器或在其原始规格的可接受范围内不再运行的过滤器。在一些实施方案中，将多个烛式过滤器插入罐中，当一个过滤器发生故障时，暂停通过该过滤器的泵送，同时维持通过其他过滤器的泵送。在一些实施方案中，在连接过滤器的管或管道中存在离子交换颗粒用于检测该过滤器的故障。在一些实施方案中，使用一个或多个压力传感器检测过滤器、颗粒捕集器、固液分离装置或其组合的故障。
在一些实施方案中，离子交换材料包含在具有过滤器的隔室中，该过滤器允许液体溶液渗透到隔室中。在一些实施方案中，离子交换材料包含在旋转隔室中。在一些实施方案中，隔室可具有经设计用于引导液体溶液通过隔室的挡板或其他固定装置。在一些实施方案中，反应器是旋转床反应器。
在一些实施方案中，过滤器是带式过滤器、板框压滤机、含滤芯的压力容器、转鼓式过滤器、转盘式过滤器、筒式过滤器、具有固定床或移动床的离心式过滤器、金属筛、带孔篮式离心机、三点式离心机、刮刀式离心机或推料离心机。在一些实施方案中，过滤器可使用滚动或振动装置。在一些实施方案中，过滤器是水平的、垂直的或者可以使用虹吸管。
在一些实施方案中，通过使用重力、离心力、电场、振动、刷子、液体喷射、刮刀、间歇性逆流、振动、横流过滤或在过滤器表面上泵送悬浮液以阻止、限制或去除滤饼。在一些实施方案中，将离子交换颗粒和液体的浆液切向移至过滤器以限制滤饼的生长。在一些实施方案中，在过滤之前、期间或之后使用重力、磁力、离心沉降或其他固液分离方法以阻止滤饼形成。
在一些实施方案中，过滤器包含筛子、金属筛、滤网、弧形滤网、弯曲滤网、高频电磁筛、共振筛或其组合。
在一些实施方案中，在将液体资源液流重新注入到土地之前使用袋式过滤器从液体资源液流中去除离子交换颗粒。
其他颗粒捕集器
在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器是固液分离装置。
在离子交换反应器的一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器是位于罐外部的外部颗粒捕集器。在一些实施方案中，将稀释的浆液从罐中去除，转移到外部颗粒捕集器，并分离成浓缩浆液和具有低悬浮固体或无悬浮固体的溶液。在一些实施方案中，将浓缩浆液返回到罐或转移到不同的罐。在一些实施方案中，将离子交换颗粒从一个卤水罐转移到另一个卤水罐、从一个酸罐转移到另一个酸罐、从一个洗涤罐转移到另一个洗涤罐、从卤水罐转移到洗涤罐、从洗涤罐转移到酸罐、从酸罐转移到洗涤罐或从酸罐转移到卤水罐。
在一些实施方案中，颗粒捕集器可使用重力沉降。在一些实施方案中，颗粒捕集器可包括沉降罐、浓缩器、澄清器、重力浓缩器。在一些实施方案中，颗粒捕集器以间歇模式、半间歇模式、半连续模式或连续的模式运行。在一些实施方案中，颗粒捕集器包括圆形盆式浓缩器，浆液通过中央入口进入使得浆液被分散到浓缩器中，该浓缩器具有一个或多个耙动组件，该一个或多个耙动组件将离子交换颗粒旋转并浓缩到颗粒可通过浓缩器的底部离开的区域。
在一些实施方案中，颗粒捕集器包括深锥、深锥罐、深锥压缩罐或其中浆液按重量压缩的罐。在一些实施方案中，颗粒捕集器包括层式浓缩器，该层式浓缩器具有一系列垂直定向的浓缩器，这些浓缩器具有中心轴和耙动组件。在一些实施方案中，颗粒捕集器包括板式浓缩器，该板式浓缩器具有可为光滑、平坦、粗糙或波纹状的倾斜板或管。在一些实施方案中，颗粒捕集器包括重力澄清器，该重力澄清器可以是一端进料并且另一端溢流且任选地具有用于移动颗粒的桨和/或链机构的矩形盆。
在一些实施方案中，颗粒捕集器使用离心沉降。在一些实施方案中，颗粒捕集器可包括管式离心机、多室离心机、锥篮式离心机、螺旋式离心机、沉降离心机或盘式离心机。在一些实施方案中，颗粒连续或间歇地从离心机排出。在一些实施方案中，颗粒捕集器是水力旋流器。在一些实施方案中，颗粒捕集器是串联或并联的水力旋流器或离心机阵列。在一些实施方案中，使用集水池将离子交换颗粒再浆化。在一些实施方案中，水力旋流器可具有多个进料点。在一些实施方案中，水力旋流器是倒置使用的。在一些实施方案中，在水力旋流器锥尖附近注入液体，以提高切割的锐利度。在一些实施方案中，堰在颗粒捕集器的中心旋转，同时浆化离子交换颗粒进料进入颗粒捕集器的中部附近，而离子交换颗粒由于“茶杯效应”而被捕集在颗粒捕集器的底部和中心。
在一些实施方案中，颗粒捕集器可使用磁分离。在一些实施方案中，离子交换颗粒是磁性的。在一些实施方案中，将耐酸性磁性颗粒(诸如SiO2涂覆的磁铁矿或者其他涂覆或未涂覆的磁性材料)附于离子交换颗粒的表面以实现磁分离。
在一些实施方案中，颗粒捕集器是具有相似或不同机制的颗粒捕集器的集合。在一些实施方案中，基于重力、磁力、离心力或其组合的颗粒捕集器位于离子交换反应器的罐的内部或外部。
在一些实施方案中，利用离子交换颗粒与洗涤液体的逆流洗涤离子交换颗粒。在一些实施方案中，利用离子交换颗粒与液体的逆流使用卤水或酸液处理离子交换颗粒。在一些实施方案中，使用串联的颗粒捕集器或分离器对固体进行逆流洗涤。在一些实施方案中，额外的颗粒捕集器或分离器位于逆流回路的液体流末端，以限制颗粒的损失。在一些实施方案中，使用逆流洗涤以使新鲜水的使用最小化。
分阶段流动
本文所述本发明的一方面是一种用于从液体资源中提取锂的分阶段离子交换反应器，其包括：a)含有离子交换颗粒和相关颗粒捕集器的罐；b)在脱锂化的不同阶段含有卤水的一个或多个罐；以及c)在锂化的不同阶段含有酸的一个或多个罐。
本文所述本发明的一方面是一种用于从液体资源中提取锂的分阶段离子交换反应器，其包括：a)含有离子交换颗粒和相关颗粒捕集器的罐；以及b)在脱锂化的不同阶段含有卤水的一个或多个罐。
本文所述本发明的一方面是一种用于从液体资源中提取锂的分阶段离子交换反应器，其包括：a)含有离子交换颗粒和相关颗粒捕集器的罐；以及b)在锂化的不同阶段含有酸的一个或多个罐。
在一些实施方案中，分阶段离子交换反应器使氢饱和的离子交换颗粒与部分脱锂化的卤水接触，以最大程度地从卤水中回收锂。在一些实施方案中，分阶段离子交换反应器使锂饱和的离子交换颗粒与部分锂化的酸接触，以最大程度地将酸中的质子转化成锂离子。
在一些实施方案中，分阶段离子交换反应器使接近锂饱和的离子交换颗粒与新鲜卤水接触，以使离子交换颗粒完全锂饱和并使颗粒最大程度地吸收锂。在一些实施方案中，分阶段离子交换反应器使接近质子饱和的离子交换颗粒与新鲜酸接触，以使离子交换颗粒完全质子饱和并最大程度地从颗粒中洗脱锂。
切换网络(interchange network)
在一些实施方案中，多个离子交换反应器连接以形成包含卤水回路、洗涤回路或酸回路的切换网络。在卤水回路的一些实施方案中，卤水流过卤水回路中的第一反应器，然后流进卤水回路中的下一反应器，依此类推，使得当卤水流过一个或多个反应器时将锂从卤水中去除。在酸回路的一些实施方案中，酸流过酸回路中的第一反应器，然后流进酸回路中的下一反应器，依此类推，使得锂用酸从柱中洗脱以产生锂洗脱物。在水洗涤回路的一些实施方案中，水流过水洗涤回路中的第一反应器，然后任选地流进水洗涤回路中的下一反应器，依此类推，以使残留卤水或其他杂质被洗出。在一些实施方案中，使用颗粒捕集器将离子交换颗粒保留在回路中的各个反应器内。在一些实施方案中，使用颗粒捕集器将离子交换颗粒以逆流方向移动通过卤水、洗涤和/或酸回路内的一系列反应器，或者在不同回路之间移动离子交换颗粒。
在切换网络的一些实施方案中，离子交换反应器在卤水回路、水洗涤回路和酸回路之间切换。在一些实施方案中，卤水回路中的第一反应器装载有锂，然后切换到水洗涤回路中以去除残留卤水。在一些实施方案中，洗涤水洗涤回路中的第一反应器以去除残留卤水，然后切换至酸回路，在此处用酸洗脱锂以形成锂洗脱物。在一些实施方案中，酸回路中的第一反应器用酸洗脱，然后切换到卤水回路中以从卤水中吸收锂。在一些实施方案中，使用两个水洗涤回路在卤水回路和酸回路之后洗涤反应器。在反应器切换系统的一些实施方案中，仅使用一个水洗涤回路在卤水回路之后洗涤柱，而过量的酸被碱中和或从卤水回路中的反应器中洗出。
在切换网络的一些实施方案中，卤水回路中的第一反应器被切换成为水洗涤回路中的最后一反应器。在一些实施方案中，水洗涤回路中的第一反应器被切换成为酸回路中的最后一反应器。在一些实施方案中，酸回路中的第一反应器被切换成为卤水回路中的最后一反应器或水洗涤回路中的最后一反应器以供去除酸。
其他方面
在一些实施方案中，通过反应器的卤水流以间歇、半间歇、半连续或连续的运行模式运行。在一些实施方案中，通过反应器的洗涤溶液流以间歇、半连续或连续的运行模式运行。在一些实施方案中，通过反应器的酸溶液流以间歇、半连续或连续的运行模式运行。在一些实施方案中，离子交换颗粒在多个反应器之间移动。在一些实施方案中，离子交换颗粒在多个反应器之间以与卤水、洗涤溶液和酸流动的相反方向移动。
在一些实施方案中，使用气泵、水泵或真空泵移动水、卤水、酸、浆液或其他溶液。在一些实施方案中，使用真空系统移动水、卤水、酸、浆液或其他溶液。在一些实施方案中，对一个或多个罐、柱或其他容器加压以移动水、卤水、酸、浆液或其他溶液。在一些实施方案中，对一个或多个罐、柱或其他容器加压以移动水、卤水、酸、浆液或其他溶液通过过滤器、颗粒捕集器或其他固液分离装置。在一些实施方案中，对与离子交换材料/流体悬浮液接触的过滤器施加真空，以将流体从反应器中吸出，同时将离子交换材料留在反应器内。在一些实施方案中，将真空阀安装在管线内距过滤器大约6英寸处，该真空阀在要反洗过滤器时关闭。在一些实施方案中，将真空阀安装在管线内距过滤器大约4英寸处，该真空阀在要反洗过滤器时关闭。在一些实施方案中，将真空阀安装在管线内距过滤器大约8英寸处，该真空阀在要反洗过滤器时关闭。在一些实施方案中，对于反洗，将加压空气泵送通过过滤器以打碎过滤器另一侧上的滤饼。在一些实施方案中，为了恢复对悬浮液中流体的过滤，再次打开真空阀以使过滤器再次暴露于真空。在一些实施方案中，使用一系列真空阀以最小化来自真空/排水管线的真空损失。
在一些实施方案中，使用洗涤溶液从离子交换颗粒中去除残留卤水、残留酸或其他杂质。在一些实施方案中，洗涤溶液是水、经pH调节的水、水溶液或非水溶液。在一些实施方案中，将离子交换颗粒从罐中去除并装载到柱中，在柱中洗涤离子交换颗粒。在一些实施方案中，将离子交换颗粒从罐中去除并装载到柱中，在柱中洗涤离子交换颗粒以去除残留卤水。在一些实施方案中，将离子交换颗粒从罐中去除并装载到柱中，在柱中洗涤离子交换颗粒以去除残留酸。在一些实施方案中，离子交换颗粒形成填充床、沉降床、流化床或其组合。在一些实施方案中，离子交换颗粒在罐与柱之间移动。在一些实施方案中，离子交换颗粒在罐与柱之间移动，在罐中离子交换颗粒被流化，在柱中离子交换颗粒形成填充床或沉降床。在一些实施方案中，一个或多个柱直接附接至一个或多个罐。在一些实施方案中，一个或多个柱安装在一个或多个罐的底部，使得离子交换颗粒能够从罐沉降到柱中。在一些实施方案中，一个或多个柱安装在一个或多个锥形底部罐的底部，使得离子交换颗粒能够从罐沉降到柱中。在一些实施方案中，一个或多个柱安装在一个或多个罐的底部，使得离子交换颗粒能够在重力的作用下和或随着溶液流从罐沉降到柱中。
在一些实施方案中，使用含有EDTA、EDTA二钠或其他阻垢剂的洗涤溶液从离子交换反应器中去除CaSO4、MgSO4、SrSO4、BaSO4、MgCO3、CaCO3、BaCO3、SrCO3、硫酸盐垢、碳酸盐垢或其他垢。在一些实施方案中，在每次卤水、水或酸处理之前或之后进行阻垢剂洗涤。在一些实施方案中，在离子交换循环的次数小于约10次、小于约50次或小于约200次之后进行阻垢剂洗涤。
在一些实施方案中，在离子交换颗粒的性能的锂吸收容量、锂选择性、锂吸收动力学、化学稳定性或机械稳定性降低之后，从反应器中更换这些离子交换颗粒。在一些实施方案中，在对运行干扰最小的情况下更换离子交换反应器网络中的一个或多个离子交换反应器中的离子交换颗粒。
在一些实施方案中，在从液体资源中吸收锂之前、期间或之后向离子交换反应器添加碱。在一些实施方案中，以溶液、水溶液、浆液组分或固体的形式添加碱。碱用于中和离子交换材料释放的质子并将液体资源的pH保持在约5-7、约3-8或约1-9的范围内。
在一些实施方案中，离子交换反应器具有将离子交换颗粒压缩到过滤器上同时迫使液体资源通过过滤器的柱塞、活塞或其他机械装置。在一些实施方案中，对离子交换反应器加压以迫使流体以较高速率通过过滤器。在一些实施方案中，在过滤器的流出侧使用真空以提高过滤速度。
在一些实施方案中，使液体资源、洗涤溶液或酸溶液的流再循环通过离子交换反应器。在一些实施方案中，卤水从反应器底部的再循环用于产生离子交换颗粒的流化床或部分流化床。在一些实施方案中，在罐的底部注入酸、卤水、水或其他溶液的流以使离子交换颗粒从罐的底部流化或悬浮。在一些实施方案中，在罐的底部注入酸、卤水、水或其他溶液的流并在罐的顶部将其去除。在一些实施方案中，将酸、卤水、水或其他溶液的流作为反应器网络的一部分移动并将其在罐的底部注入以使离子交换颗粒从罐的底部流化或悬浮。在一些实施方案中，将酸、卤水、水或其他溶液的流作为连续运行或半连续运行的反应器网络的一部分移动并将其在罐的底部注入以使离子交换颗粒从罐的底部流化或悬浮。
在一些实施方案中，离子交换反应器配备有喷雾系统以将罐的内表面上的离子交换颗粒洗掉并将离子交换颗粒移至罐的底部。
在一些实施方案中，使用一次性添加的酸洗脱离子交换颗粒中的锂，以相似或不同浓度的各种等分试样进行滴定。在一些实施方案中，使用pH测量或酸滴定监测或控制离子交换颗粒中锂的洗脱。在一些实施方案中，向包含水和离子交换颗粒的浆液中添加酸，并且添加到浆液的酸浓度高于添加酸之后浆液的最终酸浓度。
在一些实施方案中，监测卤水、酸或水溶液的pH变化以确定锂吸收、锂洗脱或洗涤过程的时间。
在一些实施方案中，在离子交换反应器中的罐或柱的顶部或底部添加或去除离子交换颗粒。在一些实施方案中，在离子交换反应器中的罐或柱的顶部或底部添加或去除卤水、水或酸溶液。在一些实施方案中，将离子交换颗粒加入离子交换反应器中的罐或柱的顶部，且离子交换颗粒可沉降到底部。在一些实施方案中，将离子交换颗粒加入离子交换反应器中的罐或柱的顶部，且离子交换颗粒可随着卤水向上移动通过罐或柱而沉降到底部。在一些实施方案中，在离子交换反应器中的罐或柱的顶部添加离子交换颗粒，且离子交换颗粒可以以由卤水、水或酸溶液的上升流控制的速率沉降到底部，该卤水、水或酸溶液在柱的底部添加并从柱的顶部去除。
在一些实施方案中，罐由聚合物、金属、陶瓷、合金、不锈钢、塑料衬里的合金、氧化物衬里的合金、玻璃纤维、复合物材料或其组合的材料构成。在一些实施方案中，罐由PVDF、PE、PP、PVC、PTFE、其他耐酸性材料或其组合构成。
在一些实施方案中，当卤水资源与离子交换颗粒接触时，由于离子交换颗粒的锂吸收和质子释放，卤水资源的pH降低。在一些实施方案中，向液体资源添加碱以将pH控制在约5-7、约4-8、或约1-9的范围内。在一些实施方案中，以固体、浆液、液体溶液或水溶液的形式添加碱。在一些实施方案中，碱可包括CaO、Ca(OH)2、Mg(OH)2、NaOH、KOH、Sr(OH)2、Ba(OH)2或其组合。
在离子交换反应器或反应器系统的一些实施方案中，使用絮凝剂帮助沉淀或分离。
离子交换颗粒
在一些实施方案中，离子交换颗粒是涂覆或未涂覆的离子交换颗粒。在一些实施方案中，离子交换颗粒包含选自以下的离子交换材料：LiFePO4、LiMnPO4、Li2MO3(M＝Ti、Mn、Sn)、Li4Ti5O12、Li4Mn5O12、LiMn2O4、Li1.6Mn1.6O4、LiMO2(M＝Al、Cu、Ti)、Li4TiO4、Li7Ti11O24、Li3VO4、Li2Si3O7、Li2CuP2O7、Al(OH)3、LiCl.xAl(OH)3.yH2O、SnO2.xSb2O5.yH2O、TiO2.xSb2O5.yH2O、其固溶体及其组合。在一些实施方案中，离子交换材料包含LiFePO4、Li2SnO3、Li2MnO3、Li2TiO3、Li4Ti5O12、Li4Mn5O12、Li1.6Mn1.6O4、其固溶体或其组合。
在一些实施方案中，离子交换颗粒具有涂层，该涂层包含Nb2O5、Ta2O5、MoO2、TiO2、ZrO2、SnO2、SiO2、Li2O、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2MoO3、LiNbO3、LiTaO3、Li2SiO3、Li2Si2O5、Li2MnO3、ZrSiO4、AlPO4、LaPO4、ZrP2O7、MoP2O7、Mo2P3O12、BaSO4、AlF3、SiC、TiC、ZrC、Si3N4、ZrN、BN、碳、石墨碳、无定形碳、硬碳、类金刚石碳、其固溶体或其组合。在一些实施方案中，涂层材料包含TiO2、ZrO2、SiO2、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2MnO3、ZrSiO4、LiNbO3或其组合。
在一些实施方案中，离子交换颗粒是多孔的、非多孔的或复合的。在一些实施方案中，离子交换颗粒由嵌入基质的涂覆或未涂覆的离子交换颗粒组成。在一些实施方案中，基质是PVDF、聚苯乙烯、其他耐酸性聚合物、陶瓷粘合剂、硅粘合剂或其组合。
在另一方面，涂层材料包含氯聚合物、氟聚合物、氯氟聚合物、亲水聚合物、疏水聚合物、其共聚物、其混合物或其组合。在另一方面，涂层材料包含共聚物、嵌段共聚物、线性聚合物、支化聚合物、交联聚合物、热处理的聚合物、溶液加工的聚合物、其共聚物、其混合物或其组合。在另一方面，涂层材料包含聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺类型、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(4-乙烯基吡啶-共-苯乙烯)(PVPCS)、聚苯乙烯(PS)、聚丁二烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、乙烯四氟乙烯聚合物(ETFE)、聚(三氟氯乙烯)(PCTFE)、乙烯三氟氯乙烯(Halar)、聚氟乙烯(PVF)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟弹性体、三氟氯乙烯偏氟乙烯(FKM)、全氟聚醚(PFPE)、全氟磺酸(Nafion)、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯丁二烯(氯丁橡胶)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、发泡聚苯乙烯(EPS)、聚二乙烯基苯、其共聚物、其混合物或其组合。在另一方面，涂层材料包含聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、乙烯三氟氯乙烯(Halar)、聚(4-乙烯基吡啶-共-苯乙烯)(PVPCS)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、发泡聚苯乙烯(EPS)、聚苯硫醚、磺化聚合物、羧化聚合物、其他聚合物、其共聚物、其混合物或其组合。
在一些实施方案中，涂覆颗粒包含选自LiFePO4、Li2SnO3、Li2MnO3、Li2TiO3、Li4Ti5O12、Li4Mn5O12、Li1.6Mn1.6O4、其固溶体或其组合的离子交换材料以及包含TiO2、ZrO2、SiO2、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2MnO3、ZrSiO4、LiNbO3、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、乙烯三氟氯乙烯(Halar)、聚(4-乙烯基吡啶-共-苯乙烯)(PVPCS)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、发泡聚苯乙烯(EPS)、聚苯硫醚、磺化聚合物、羧化聚合物、其他聚合物、其共聚物、其混合物或其组合的涂层材料。
在另一方面，通过干混、溶剂中混合、乳液、挤出、将一种溶剂鼓泡到另一种溶剂中、浇铸、加热、蒸发、真空蒸发、喷雾干燥、气相沉积、化学气相沉积、微波、水热合成、聚合、共聚、交联、辐照、催化、发泡、其他沉积方法或其组合将涂层沉积在离子交换颗粒上。在另一方面，使用溶剂沉积涂层，该溶剂包含n-甲基-2-吡咯烷酮、二甲亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基乙基酮、乙醇、丙酮、其他溶剂或其组合的溶剂沉积涂层。
液体资源
在一些实施方案中，液体资源选自：天然卤水、溶解盐滩、地热卤水、海水、浓缩海水、脱盐废水、浓缩卤水、加工卤水、来自离子交换过程的液体、来自溶剂萃取过程的液体、合成卤水、来自矿石的浸出液、来自矿物的浸出液、来自粘土的浸出液、来自回收产品的浸出液、来自回收材料的浸出液或其组合。在一些实施方案中，液体资源选自：天然卤水、溶解盐滩、浓缩卤水、加工卤水、合成卤水、地热卤水、来自离子交换过程的液体、来自溶剂萃取过程的液体、来自矿物的浸出液、来自粘土的浸出液、来自回收产品的浸出液、来自回收材料的浸出液或其组合。在一些实施方案中，液体资源任选地在进入离子交换反应器之前被预处理以去除悬浮的固体、碳氢化合物、有机分子或者其他化学或离子物质。在一些实施方案中，液体资源任选地在来自其源头后没有任何预处理的情况下被进料至离子交换反应器。在一些实施方案中，在已将锂从液体资源中去除之后，将液体资源注入到水库、盐湖、盐滩、盆地或其他地质矿床中。在一些实施方案中，在锂回收之前或之后从液体资源中回收其他物质。在一些实施方案中，在锂回收之前、期间或之后调节液体资源的pH。
洗脱处理
在一些实施方案中，将从离子交换反应器产生的锂洗脱溶液进一步处理成锂化学品，该锂化学品选自：硫酸锂、氯化锂、碳酸锂、磷酸锂、氢氧化锂、金属锂、金属锂氧化物、金属锂磷酸盐、硫化锂或其组合。在一些实施方案中，将从离子交换反应器产生的锂洗脱溶液进一步处理成固态、水溶液、液态、浆液形式、水合或无水的锂化学品。
在一些实施方案中，使用酸回收、酸循环、酸再生、精馏、反渗透、蒸发、纯化、化学沉淀、膜电解或其组合进一步处理从离子交换反应器产生的锂洗脱溶液。
方法
本文所述本发明的一方面是一种从液体资源中产生锂洗脱溶液的方法，其包括：提供离子交换反应器，该离子交换反应器包含罐、离子交换颗粒，该离子交换颗粒选择性地从液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂离子后用酸溶液处理时洗脱锂洗脱溶液、一个或多个颗粒捕集器以及用于调节所述液体资源的pH的装置；使液体资源流入所述离子交换反应器中，从而允许所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂；用酸溶液处理所述离子交换颗粒以产生所述锂洗脱溶液；以及使所述锂洗脱溶液通过所述一个或多个颗粒捕集器以收集所述锂洗脱溶液。
本文所述本发明的一方面是一种从液体资源中产生锂洗脱溶液的方法，其包括：提供离子交换反应器，该离子交换反应器包含(i)具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；(ii)离子交换颗粒，该离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；(iii)位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包含一个或多个网状物；以及(iv)用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中或在将所述液体资源注入所述罐之前发生；使液体资源流入所述离子交换反应器中，从而允许所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂；用酸溶液处理所述离子交换颗粒以产生所述锂洗脱溶液；以及使所述锂洗脱溶液通过所述一个或多个颗粒捕集器以收集所述锂洗脱溶液。
本文所述本发明的一方面是一种从液体资源中产生锂洗脱溶液的方法，其包括：提供离子交换反应器，该离子交换反应器包括：(i)具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；(ii)离子交换颗粒，该离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；(iii)位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包含多层网状物；以及(iv)用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中或在将所述液体资源注入所述罐之前发生；使液体资源流入所述离子交换反应器中，从而允许所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂；用酸溶液处理所述离子交换颗粒以产生所述锂洗脱溶液；以及使所述锂洗脱溶液通过所述一个或多个颗粒捕集器以收集所述锂洗脱溶液。
在一些实施方案中，罐具有圆锥形形状。在一些实施方案中，罐具有部分圆锥形形状。在一些实施方案中，圆锥形形状允许离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从沉降床的上方去除液体。在一些实施方案中，部分圆锥形形状允许离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从沉降床的上方去除液体。
在一些实施方案中，在罐中发生液体资源的pH的调节。在一些实施方案中，在注入罐之前发生液体资源的pH的调节。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含在罐内的一个或多个过滤器。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含一个过滤器。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含一个过滤器。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含两个过滤器。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含三个过滤器。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含四个过滤器。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含五个过滤器。
在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器位于罐的底部。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器位于罐的底部附近。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器位于罐的底部上方。
在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含一个或多个网状物。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含一个网状物。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含两个网状物。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含三个网状物。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含四个网状物。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含五个网状物。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器的所有网状物均相同。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器的至少一个网状物与一个或多个颗粒捕集器的其余网状物不同。
在一些实施方案中，一个或多个网状物包含小于约200微米、小于约175微米、小于约150微米、小于约100微米、小于约75微米、小于约50微米、小于约25微米、小于约10微米、大于约1微米、大于约5微米、大于约10微米、大于约20微米、大于约30微米、大于约40微米、大于约50微米、大于约60微米、大于约70微米、大于约80微米、大于约90微米、大于约100微米、大于约125微米、大于约150微米、大于约175微米、约1微米至约200微米、约5微米至约175微米、约10微米至约150微米、约10微米至约100微米、约10微米至约90微米、约10微米至约80微米、约10微米至约70微米、约10微米至约60微米或约10微米至约50微米的孔隙空间。
在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含多层网状物。在一些实施方案中，多层网状物包含至少一层用于过滤的较细网状物和至少一层用于结构支撑的较粗网状物。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含由结构支撑物支撑的一个或多个网状物。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含一个或多个聚合物网状物。在一些实施方案中，一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含一个或多个网状物，该一个或多个网状物包含金属丝网状物。在一些实施方案中，金属丝网状物涂覆有聚合物。在一些实施方案中，离子交换反应器被配置为将所述离子交换颗粒移至用于洗涤的一个或多个柱中。在一些实施方案中，离子交换反应器被配置为允许所述离子交换颗粒沉降到用于洗涤的一个或多个柱中。在一些实施方案中，柱被固定于所述罐的底部。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含通过所述罐的壁安装在一个或多个端口中的一个或多个过滤器。
在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含在所述罐外部的一个或多个过滤器，并在所述一个或多个过滤器与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含在所述罐外部的一个或多个重力沉降装置，并在所述一个或多个重力沉降装置与所述罐之间提供流体连通。
在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含在所述罐内部的一个或多个重力沉降装置。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含在所述罐外部的一个或多个离心沉降装置，并在所述一个或多个离心沉降装置与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含在所述罐内部的一个或多个离心沉降装置。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含在所述罐外部的一个或多个沉降罐、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个沉降罐、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含在所述罐外部的一个或多个网状物、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个网状物、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含在所述罐外部的一个或多个沉降罐、一个或多个网状物或其组合，并在所述一个或多个沉降罐、网状物或其组合与所述罐之间提供流体连通。在一些实施方案中，一个或多个颗粒捕集器包含在所述罐外部的一个或多个网状物、一个或多个沉降罐、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个网状物、一个或多个沉降罐、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。
在一些实施方案中，搅拌离子交换颗粒。在一些实施方案中，通过混合器搅拌离子交换颗粒。在一些实施方案中，通过螺旋桨搅拌离子交换颗粒。在一些实施方案中，通过将溶液泵送至所述罐中罐的底部附近而将所述离子交换颗粒流化。在一些实施方案中，通过将溶液从所述罐中泵送回所述罐中罐的底部附近而将所述离子交换颗粒流化。在一些实施方案中，通过将所述离子交换颗粒的浆液从所述罐的底部附近泵送至罐中的较高水平处而将所述离子交换颗粒流化。
在一些实施方案中，该方法还包括一个或多个分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液储存并进一步用于洗脱新鲜锂化的所述离子交换颗粒中的锂。在一些实施方案中，该方法还包括一个或多个分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液与额外的酸混合并进一步用于洗脱所述离子交换颗粒中的锂。
在一些实施方案中，离子交换颗粒还包含涂层材料。在一些实施方案中，涂层材料是聚合物。在一些实施方案中，涂层材料的涂层包含氯聚合物、氟聚合物、氯氟聚合物、亲水聚合物、疏水聚合物、其共聚物、其混合物或其组合。
实施例
实施例1：具有圆锥形底部和安装过滤器的离子交换反应器
使用经涂覆的离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有50,000mg/L Na、20,000mg/L Ca、3,000mg/L Mg和500ppm Li的水溶液。经涂覆的离子交换颗粒由离子交换材料和涂层材料组成。离子交换材料为Li4Mn5O12，并且涂层材料为ZrO2。该颗粒由96重量％的活性材料和4重量％的涂层材料组成。该颗粒的平均直径为30μm，并且涂层厚度为大约100nm。通过首先经由固相法合成Li4Mn5O12，然后使用丙醇锆(IV)作为前体将涂层沉积在Li4Mn5O12的表面上来产生颗粒。
将离子交换颗粒装载到图1所示的离子交换反应器中。离子交换反应器包括圆锥形罐(101)、PEEK 12um网状物(102)(该网状物安装在罐壁中开口处的凸缘上使得网状物与装有PVC管的罐壁大致齐平，以允许流体通过网状物流入和流出罐，同时使离子交换颗粒保留在罐内)、顶置式搅拌器(103)、pH控制器(104)和在罐顶部的喷雾系统(未示出)，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射水，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并下落至罐的底部。
将颗粒以水性浆液的形式装载到罐中。将1.5N硫酸通过PEEK网状物泵入罐中以产生H2SO4当量浓度为0.75N的浆液。将酸与离子交换颗粒一起搅拌以在溶液中产生Li2SO4。在酸处理过程中，颗粒吸收氢同时释放锂。Li4Mn5O12活性材料被转化为具有富氢组成的质子化状态。ZrO2涂层允许将氢和锂分别扩散到活性材料以及从活性材料扩散，同时提供限制锰和氧从活性材料溶解的保护屏障。40分钟后，通过PEEK网状物从罐中收集洗脱溶液以用于元素分析测定洗脱物的组成。
酸处理后，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。将卤水通过PEEK网状物泵入罐中。颗粒由质子化状态转化为具有富锂组成的锂化状态。向罐中添加NaOH水溶液以将卤水的pH保持为6。4小时后，通过PEEK网状物从罐中去除耗尽的卤水。然后通过喷雾系统用水洗涤离子交换颗粒。用水洗涤颗粒三次，并通过PEEK网状物从罐中排出水，使离子交换颗粒的水性浆液留在罐的底部。
然后，如前所述，用酸再次处理锂化材料，以在溶液中产生锂。重复质子化和锂化的循环，以从卤水中提取锂，并产生Li2SO4溶液。由于涂层提供了保护屏障，因此活性材料在酸中的溶解和降解受到限制。通过搅拌后酸溶液的元素分析来测定活性材料的溶解。25次离子交换循环后，离子交换材料的锂吸收容量没有可测量的损失，并且每个循环从卤水溶液中回收的锂大约为65％。
实施例2：具有圆锥形底部和内部过滤器的离子交换反应器
使用经涂覆的离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有50,000mg/L Na、20,000mg/L Ca、3,000mg/L Mg和500ppm Li的水溶液。经涂覆的离子交换颗粒由离子交换材料和涂层材料组成。离子交换材料为Li4Mn5O12，并且涂层材料为SiO2。该颗粒由94重量％的活性材料和6重量％的涂层材料组成。该颗粒的平均直径为30μm，并且涂层厚度为大约400nm。通过首先经由固相法合成Li4Mn5O12，然后使用正硅酸乙酯(TEOS)作为前体将涂层沉积在Li4Mn5O12的表面上来产生颗粒。
将离子交换颗粒装载到图2所示的离子交换反应器中。离子交换反应器包括圆锥形罐(201)、两个内部烛式过滤器(该两个内部烛式过滤器包括安装在PVC管上的PEEK 12um网状物(202)，以允许流体通过网状物流入和流出罐，同时使离子交换颗粒保留在罐内)、顶置式搅拌器(203)、pH控制器(204)和在罐顶部的喷雾系统(未示出)，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射水，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部。
将颗粒以水性浆液的形式装载到罐中。将1.5N盐酸通过PEEK网状物泵入罐中以产生HCl当量浓度为0.75N的浆液。将酸与离子交换颗粒一起搅拌以在溶液中产生LiCl。在酸处理过程中，颗粒吸收氢同时释放锂。Li4Mn5O12活性材料被转化为具有富氢组成的质子化状态。SiO2涂层允许将氢和锂分别扩散到活性材料以及从活性材料扩散，同时提供限制锰和氧从活性材料溶解的保护屏障。40分钟后，通过PEEK网状物从罐中收集洗脱溶液以用于元素分析以测定洗脱物组成。
酸处理后，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。将卤水通过罐顶部的开口泵入罐中。颗粒由质子化状态转化为具有富锂组成的锂化状态。向罐中添加NaOH水溶液以将卤水的pH保持为7。6小时后，通过PEEK网状物从罐中去除耗尽的卤水。然后通过喷雾系统用水洗涤离子交换颗粒。用水洗涤颗粒三次，并通过PEEK网状物从罐中排出水，使离子交换颗粒的水性浆液留在罐的底部。
然后，如前所述，用酸再次处理锂化材料，以在溶液中产生锂。重复质子化和锂化的循环，以从卤水中提取锂，并产生LiCl溶液。由于涂层提供了保护屏障，因此活性材料在酸中的溶解和降解受到限制。
实施例3：具有圆锥形底部和外部过滤器的离子交换反应器
使用经涂覆的离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有70,000mg/L Na、1,000mg/L Ca、5,000mg/L Mg和200ppm Li的水溶液。经涂覆的离子交换颗粒由离子交换材料和涂层材料组成。离子交换材料为Li4Mn5O12，并且涂层材料为ZrO2。该颗粒由96重量％的活性材料和4重量％的涂层组成。该颗粒的平均直径为30μm，并且涂层厚度为大约100nm。通过首先经由固相法合成Li4Mn5O12，然后使用丙醇锆(IV)作为前体将涂层沉积在Li4Mn5O12的表面上来产生颗粒。
将离子交换颗粒装载到图3所示的离子交换反应器中。离子交换反应器包括圆锥形罐(301)、外部沉降罐(302)(其入口从罐中吸取稀释浆液，一个出口将浓缩浆液返回到罐中，另一个出口从系统中去除液体)、顶置式搅拌器(303)、pH控制器(304)和在罐顶部的喷雾系统(未示出)，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射水，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部。
将颗粒以水性浆液的形式装载到罐中。将1.5N硫酸泵入罐中以产生H2SO4当量浓度为0.75N的浆液。将酸与离子交换颗粒一起搅拌以在溶液中产生Li2SO4。在酸处理过程中，颗粒吸收氢同时释放锂。Li4Mn5O12活性材料被转化为具有富氢组成的质子化状态。ZrO2涂层允许将氢和锂分别扩散到活性材料以及从活性材料扩散，同时提供限制锰和氧从活性材料溶解的保护屏障。40分钟后，通过沉降罐从罐中收集洗脱溶液以用于元素分析以测定洗脱物组成。
酸处理后，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。颗粒由质子化状态转化为具有富锂组成的锂化状态。向罐中添加NaOH水溶液以将卤水的pH保持为6。4小时后，通过沉降罐从罐中去除耗尽的卤水。然后通过喷雾系统用水洗涤离子交换颗粒。用水洗涤颗粒三次，并通过沉降罐从罐中排出水，使离子交换颗粒的浓缩水性浆液留在罐的底部。
然后，如前所述，用酸再次处理锂化材料，以在溶液中产生锂。重复质子化和锂化的循环，以从卤水中提取锂，并产生Li2SO4溶液。
实施例4：具有外部沉降罐的离子交换反应器
使用离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有70,000mg/L Na、1,000mg/L Ca、5,000mg/L Mg和200ppm Li的水溶液。离子交换颗粒由离子交换材料Li4Mn5O12组成。颗粒具有30μm的平均直径。经由固相法合成Li4Mn5O12。
将离子交换颗粒装载到图4所示的离子交换反应器中。离子交换反应器包含圆柱形罐(401)、外部沉降罐(402)(其入口从罐中吸取稀释浆液，一个出口将浓缩浆液返回到罐中，另一个出口从系统中去除液体)、顶置式搅拌器(403)、pH控制器(404)和在罐顶部的喷雾系统(未示出)，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射水，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部。
将颗粒以水性浆液的形式装载到罐中。将1.5N硫酸泵入罐中以产生H2SO4当量浓度为0.75N的浆液。将酸与离子交换颗粒一起搅拌以在溶液中产生Li2SO4。在酸处理过程中，颗粒吸收氢同时释放锂。Li4Mn5O12活性材料被转化为具有富氢组成的质子化状态。40分钟后，通过沉降罐从罐中收集洗脱溶液以用于元素分析以测定洗脱物组成。
酸处理后，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。颗粒由质子化状态转化为具有富锂组成的锂化状态。向罐中添加NaOH水溶液以将卤水的pH保持为6。4小时后，通过沉降罐从罐中去除耗尽的卤水。然后通过喷雾系统用水洗涤离子交换颗粒。用水洗涤颗粒三次，并通过沉降罐从罐中排出水，使离子交换颗粒的浓缩水性浆液留在罐的底部。
然后，如前所述，用酸再次处理锂化材料，以在溶液中产生锂。重复质子化和锂化的循环，以从卤水中提取锂，并产生Li2SO4溶液。
实施例5：具有外部过滤器的离子交换系统
使用离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有70,000mg/L Na、1,000mg/L Ca、5,000mg/L Mg和200ppm Li的水溶液。离子交换颗粒由离子交换材料Li4Mn5O12组成。颗粒具有30μm的平均直径。经由固相法合成Li4Mn5O12。
将离子交换颗粒装载到图5所示的离子交换反应器中。离子交换反应器包含用于卤水混合和水洗涤的较大圆柱形卤水罐(501)、用于酸混合的较小圆柱形酸罐(502)、用于从酸罐中去除液体的沉降罐(503)、用于从卤水罐中去除液体的沉降罐(504)以及用于在酸罐和卤水罐之间移动离子交换颗粒同时在酸洗脱之前去除水以形成更浓浆液的沉降罐(505)。每个罐均装有顶置式搅拌器、pH控制器和在罐顶部的喷雾系统(未示出)，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射水，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部。
将颗粒以水性浆液的形式装载到酸罐中。将1.5N盐酸泵入罐中以产生HCl当量浓度为0.75N HCl的浆液。将酸与离子交换颗粒一起搅拌以在溶液中产生LiCl。在酸处理过程中，颗粒吸收氢同时释放锂。Li4Mn5O12活性材料被转化为具有富氢组成的质子化状态。30分钟后，使用外部沉降罐(503)将酸性洗脱物和离子交换颗粒的浆液分离成浓缩浆液和洗脱溶液。将浓缩浆液重新注入到酸罐中以供洗涤。然后使用外部沉降罐(503)用水洗涤浆液以去除大部分水。然后使用外部沉降罐(505)将浆液转移到卤水罐，同时去除一些含有水的残留酸。
在卤水罐中，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。颗粒由质子化状态转化为具有富锂组成的锂化状态。向罐中添加Ca(OH)2的水性浆液以将卤水的pH保持为7。6小时后，通过沉降罐(504)从罐中去除耗尽的卤水，同时将离子交换颗粒返回到卤水罐。然后通过喷雾系统用水洗涤离子交换颗粒。用水洗涤颗粒三次，并使用连接至卤水罐的外部沉降罐(504)去除水，使离子交换颗粒的水性浆液留在罐的底部。然后通过外部沉降罐(505)将浆液移至酸罐，同时去除过量的水以增加待装载到酸罐中的浆液的浓度。
然后，如前所述，用酸再次处理锂化材料，以在溶液中产生锂。重复质子化和锂化的循环，以从卤水中提取锂，并产生LiCl溶液。
实施例6：多个卤水反应器共享一个酸反应器的离子交换系统
使用离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有60,000mg/L Na、20,000mg/L Ca、5,000mg/L Mg和120ppm Li的水溶液。离子交换颗粒由离子交换材料Li4Mn5O12组成。颗粒具有40μm的平均直径。经由固相法合成Li4Mn5O12。
将离子交换颗粒装载到图6所示的离子交换系统中。离子交换系统包括用于卤水混合和水洗涤的四个卤水反应器(601、602、603、604)，其具有包括内部烛式过滤器、顶置式搅拌器和pH控制器的大圆锥形罐；以及用于酸洗脱的一个酸反应器(605)，酸反应器具有包含内部烛式过滤器和顶置式搅拌器的小圆锥形罐。每个罐均在罐顶部装有喷雾系统，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射洗涤溶液，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部，同时从罐中去除可溶物质。
在卤水罐中，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。颗粒由质子化状态转化为具有富锂组成的锂化状态。向罐中添加Ca(OH)2的水性浆液以将卤水的pH保持为6.5。从卤水中吸收锂的时间在反应器之间交错，其中每个卤水反应器开始锂吸收大约两小时后进行下一个卤水反应器的锂吸收。在每个反应器将离子交换颗粒在卤水中搅拌八小时后，通过烛式过滤器去除耗尽的卤水。然后，用水洗涤离子交换颗粒五次，通过烛式过滤器去除水。然后将水和离子交换颗粒的剩余浆液转移至酸反应器。
将颗粒以水性浆液的形式装载到酸罐中。将1.5N盐酸泵入罐中以产生HCl当量浓度为0.75N的浆液。在洗脱期间向罐中添加额外的1.5N盐酸溶液，以刺激进一步洗脱离子交换颗粒中的锂。将酸与离子交换颗粒一起搅拌以产生LiCl洗脱溶液。在酸处理过程中，颗粒吸收氢同时释放锂。Li4Mn5O12活性材料被转化为具有富氢组成的质子化状态。45分钟后，通过烛式过滤器去除酸洗脱物并将其送至洗脱物处理单元以形成电池级碳酸锂。用水洗涤剩余的酸性浆液一次，并通过烛式过滤器去除水。然后将浆液转移至卤水罐。将浆液转移回卤水罐后，洗涤下一个卤水反应器并将下一个卤水反应器的浆液转移至酸反应器以供洗脱。
实施例7：具有多个反应器的连续离子交换系统
使用离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有70,000mg/L Na、30,000mg/L Ca、4,000mg/L Mg和80ppm Li的水溶液。离子交换颗粒由离子交换材料Li4Mn5O12组成。颗粒具有30μm的平均直径。经由固相法合成Li4Mn5O12。
将离子交换颗粒装载到图7所示的离子交换系统中。离子交换系统包括卤水回路，该卤水回路包含用于卤水混合和水洗涤的四个卤水反应器(701、702、703、704)，该卤水反应器包括大圆锥形罐、外部沉降罐、顶置式搅拌器和pH控制器；水洗涤回路；以及酸回路，该酸回路包含用于酸洗脱的两个酸反应器(705、706)，酸反应器包括较小圆锥形罐、外部沉降罐和顶置式搅拌器。每个罐均在罐顶部装有喷雾系统，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射水性洗涤溶液，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部。
在卤水罐中，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。颗粒由质子化状态转化为具有富锂组成的锂化状态。向罐中添加Ca(OH)2的水性浆液以将卤水的pH保持为6.5。当离子交换颗粒沿逆流方向流动时，卤水连续流过串联的四个卤水反应器。离子交换颗粒在水性浆液中移动。使用外部沉降罐分离卤水和离子交换颗粒。通过将卤水或离子交换颗粒重新注入回反应器中并按需将其从反应器中去除来维持卤水和离子交换颗粒通过系统的正确相对速度。当离子交换颗粒到达卤水回路的末端时，将其转移至水洗涤回路，在水洗涤回路中将残留卤水从颗粒去除。洗涤后通过过滤器去除过量水以形成浓缩浆液，将浓缩浆液转移至酸回路。
然后将颗粒转移到酸回路中。颗粒移动通过酸回路，同时酸溶液在回路的另一端进入酸回路并沿逆流方向移动通过酸回路。使用外部沉降罐从酸洗脱物中分离离子交换颗粒。将1.5N盐酸泵入罐中以产生HCl当量浓度为0.75N的浆液，酸溶液在罐中进入酸回路。离子交换颗粒将锂释放到酸溶液中以形成酸洗脱溶液。将酸洗脱溶液转移至下一个酸反应器，在下一个酸反应器中将酸洗脱溶液进一步转化成洗脱溶液。从酸回路中去除洗脱溶液并经由膜电解处理以形成电池级氢氧化锂。在洗涤回路中洗涤离开酸回路的离子交换颗粒，并将其返回至卤水回路的起点。
实施例8：具有分阶段洗脱的离子交换反应器
使用经涂覆的离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有70,000mg/L Na、12,000mg/L Ca、3,000mg/L Mg和200ppm Li的水溶液。经涂覆的离子交换颗粒由离子交换材料和涂层材料组成。离子交换材料为Li4Mn5O12，并且涂层材料为SiO2。该颗粒由94重量％的活性材料和6重量％的涂层材料组成。该颗粒的平均直径为30μm，并且涂层厚度为大约400nm。通过首先经由固相法合成Li4Mn5O12，然后使用TEOS作为前体将涂层沉积在Li4Mn5O12的表面上来产生颗粒。
将离子交换颗粒装载到图8所示的离子交换系统中。离子交换系统包括离子交换反应器(801)，该离子交换反应器包含内部烛式过滤器的阵列(该烛式过滤器具有装在PVC管上的PEEK 12um网状物，以允许流体通过网状物流入和流出罐，同时使离子交换颗粒保留在罐内)、顶置式搅拌器、pH控制器和在罐顶部的喷雾系统内，该喷雾系统具有多个喷嘴，这些喷嘴喷射水以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部；酸料罐(802)；以及分阶段洗脱罐(803)。
如实施例2所述运行反应器，但在洗脱期间，首先用锂离子和质子的大约50/50混合物的酸洗脱溶液洗脱锂饱和的离子交换颗粒，使得酸洗脱溶液转化成具有90％锂离子和仅10％质子的洗脱溶液，最大程度地将质子转化成锂离子。从罐中去除洗脱溶液并将其进一步加工成电池级氢氧化锂。然后，使新鲜酸流入罐中，将其转化成锂离子和质子的大约50/50混合物的酸洗脱溶液，然后使该酸洗脱溶液流入分阶段罐中储存直至下一个洗脱步骤。将该离子交换颗粒用水洗涤，使用pH控制在6.5的卤水进行处理，再次用水洗涤，然后将其返回到上述洗脱。
实施例9：离子交换反应器
使用经涂敷的离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有100,000mg/L Na和300ppm Li的水溶液。该颗粒由85重量％的活性材料和15重量％的涂层材料组成。颗粒具有40μm的平均直径。
将离子交换颗粒装载到图9A所示的离子交换反应器中。离子交换反应器包括锥形底部罐(901)、聚醚醚酮12μm孔径网状物(902)(该网状物安装在锥形底部罐的底部以允许将流体通过网状物泵入和泵出罐，同时使离子交换颗粒保留在罐内)、顶置式搅拌器(903)、pH控制器(904)、包含聚醚醚酮35μm孔径网状物的内部过滤器(905)和在罐顶部的喷雾系统(未示出)，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射水，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部。
将颗粒以干燥材料的形式装载到罐中。将2.0N盐酸泵入罐中并与离子交换颗粒一起搅拌以产生LiCl洗脱溶液。在酸处理过程中，颗粒吸收氢同时释放锂。活性材料被转化为具有富氢组成的质子化状态。涂层允许氢和锂分别扩散到活性材料以及从活性材料扩散，同时提供了保护活性材料的保护屏障。40分钟后，通过网状物从罐中收集洗脱溶液，脱水，使用碳酸钠沉淀和树脂离子交换珠粒纯化以去除痕量Mg/Ca，并通过在90摄氏度下添加碳酸钠溶液加工成碳酸锂。
酸处理后，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。将卤水泵入罐中并与离子交换颗粒一起搅拌，颗粒由质子化状态转化为富锂组成的锂化状态。向罐中添加NaOH水溶液以将卤水的pH保持为6。4小时后，通过网状物从罐中去除耗尽的卤水。然后通过喷雾系统用水洗涤离子交换颗粒。用水洗涤颗粒三次，并通过网状物从罐中排出水，在罐的底部留下低含水量的离子交换颗粒湿床。
然后，如前所述，用酸再次处理锂化材料，以在溶液中产生锂。重复质子化和锂化的循环，以从卤水中提取锂，并产生LiCl溶液。由于涂层提供了保护屏障，因此离子交换颗粒的降解受到限制。图9B示出了在卤水和酸之间的多个循环后卤水中锂的回收率(LiCl溶液中锂的产量占卤水中总锂的百分比)。
实施例10：具有附接柱的离子交换反应器
使用经涂覆的离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有100,000mg/L Na、200ppm Li和包含Ca、Mg和B的其他物质的氯化物水溶液。经涂覆的离子交换颗粒由离子交换材料和涂层材料组成。离子交换材料为Li2MnO3，并且涂层材料为二氧化钛。该颗粒由95重量％的活性材料和5重量％的涂层材料组成。颗粒具有200μm的平均直径。通过首先经由固相法合成Li2MnO3，然后将涂层从丙醇钛前体沉积到Li2MnO3材料的表面上来产生颗粒。
将离子交换颗粒装载到图10所示的离子交换反应器中。离子交换反应器包括锥形底部罐(1001)(其中锥形底部罐的底部连接并安装有较细的圆柱形柱)、聚丙烯100um网状物(1002)(该网状物安装在柱的底部以允许将流体通过网状物泵入和泵出罐，同时使离子交换颗粒保留在罐内)、顶置式搅拌器(1003)、pH控制器(1004)、包含聚丙烯100μm孔径网状物的内部过滤器(1005)和在罐顶部的喷雾系统(未示出)，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射水，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部。
将颗粒以干燥材料的形式装载到罐中。将1.5N硫酸泵入罐中并与离子交换颗粒一起搅拌以产生硫酸锂洗脱溶液。在酸处理过程中，颗粒吸收氢同时释放锂。涂层允许氢和锂分别扩散到活性材料以及从活性材料扩散，同时提供了保护活性材料的保护屏障。40分钟后，通过网状物从罐中收集洗脱溶液，脱水，使用碳酸钠沉淀和树脂离子交换珠粒纯化以去除痕量Mg/Ca，并通过在90摄氏度下添加碳酸钠溶液加工成碳酸锂。
酸处理后，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。将卤水泵入罐中并与离子交换颗粒一起搅拌，颗粒由质子化状态转化为富锂组成的锂化状态。向罐中添加NaOH水溶液以将卤水的pH保持为6。4小时后，通过网状物从罐中去除耗尽的卤水。离子交换颗粒在柱中形成沉降床。用水连续地洗涤离子交换颗粒，水流动通过柱以有效地从离子交换颗粒中去除残留卤水。洗涤后，通过网状物从柱的底部排出残留的洗涤水，在柱的底部留下卤水夹带最少且水夹带最少的离子交换颗粒湿床。
然后，如前所述，用酸再次处理锂化材料，以在溶液中产生锂。重复质子化和锂化的循环，以从卤水中提取锂，并产生硫酸锂溶液。由于涂层提供了保护屏障，因此离子交换颗粒的降解受到限制。
实施例11：具有附接柱和流化泵的离子交换反应器
使用离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有60,000mg/L Ca、100ppm Li和包含Na、Mg和B的其他物质的氯化物水溶液。经涂覆的离子交换颗粒由活性离子交换材料和聚合物涂层组成。颗粒具有30μm的平均直径。
将离子交换颗粒装载到图11所示的离子交换反应器中。离子交换反应器包含锥形底部罐(1101)(其中锥形底部罐的底部连接并安装有较细的圆柱形柱)、具有5μm孔径的聚合物涂覆的钢网状物(1102)(该网状物安装在柱的底部以允许将流体通过网状物泵入和泵出罐，同时使离子交换颗粒保留在罐内)、顶置式搅拌器(1103)、pH控制器(1104)、用于将液体从罐中泵出和泵回到柱的底部的泵送单元(1105)(其中泵送单元的入口和出口被具有5μm孔径的聚合物涂覆的钢网状物覆盖)、包含具有5μm孔径的聚合物涂覆的钢网状物的内部过滤器(1106)和在罐顶部的喷雾系统(未示出)，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射水，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部。
将颗粒以干燥材料的形式装载到罐中。将1.0N盐酸泵入罐中并与离子交换颗粒一起搅拌以产生氯化锂洗脱溶液。在酸处理过程中，颗粒吸收氢同时释放锂。10分钟后，通过网状物从罐中收集洗脱溶液，脱水，使用碳酸钠沉淀和树脂离子交换珠粒纯化以去除痕量Mg/Ca，并通过在90摄氏度下添加碳酸钠溶液加工成碳酸锂。
酸处理后，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。将卤水泵入罐中并与离子交换颗粒一起搅拌。在罐搅拌的同时，利用泵送单元将卤水从罐中泵出并注入柱的底部，以使沉降在柱中的任何颗粒流化并使在罐中搅拌的卤水中的颗粒悬浮。颗粒由质子化状态转化为具有富锂组成的锂化状态。向罐中添加Ca(OH)2的水性浆液以将卤水的pH保持为6。3小时后，通过网状物从罐中去除耗尽的卤水。离子交换颗粒在柱中形成沉降床。用水连续地洗涤离子交换颗粒，水流动通过柱以有效地从离子交换颗粒中去除残留卤水。洗涤后，通过网状物从柱的底部排出残留洗涤水，在柱的底部留下卤水夹带最少且水夹带最少的离子交换颗粒湿床。
然后，如前所述，用酸再次处理锂化材料，以在溶液中产生锂。重复质子化和锂化的循环，以从卤水中提取锂，并产生氯化锂溶液。由于涂层提供了保护屏障，因此离子交换颗粒的降解受到限制。
实施例12：具有流化泵的离子交换反应器
使用经涂覆的离子交换颗粒从卤水中提取锂。卤水是含有100,000mg/L Na和500ppm Li的水溶液。经涂覆的离子交换颗粒由离子交换材料和涂层材料组成。离子交换材料为Li4Ti5O12，并且涂层材料为TiO2。该颗粒由90重量％的活性材料和10重量％的涂层材料组成。颗粒具有80μm的平均直径。通过首先合成Li4Ti5O12，然后将涂层沉积在Li4Ti5O12的表面上来产生颗粒。
将离子交换颗粒装载到图12所示的离子交换反应器中。离子交换反应器包括锥形底部罐(1201)、聚醚醚酮35μm孔径网状物(1202)(该网状物安装在锥形底部罐的底部以允许将流体通过网状物泵入和泵出罐，同时使离子交换颗粒保留在罐内)、顶置式搅拌器(1203)、pH控制器(1204)、包含聚醚醚酮35μm孔径网状物的内部过滤器(1206)、用于将液体从罐中泵出和泵回到柱的底部的泵送单元(1205)(其中泵送单元的入口和出口被具有35μm孔径的聚合物涂覆的钢网状物覆盖)和在罐顶部的喷雾系统(未示出)，该喷雾系统具有一个或多个喷嘴，这些喷嘴经定位以喷射水，以将离子交换颗粒从罐的侧面洗掉并使其下落至罐的底部。
将颗粒以干燥材料的形式装载到罐中。将1.5N盐酸泵入罐中并与离子交换颗粒一起搅拌以产生LiCl洗脱溶液。在酸处理过程中，颗粒吸收氢同时释放锂。Li4Ti5O12活性材料被转化为具有富氢组成的质子化状态。涂层允许氢和锂分别扩散到活性材料以及从活性材料扩散，同时提供了保护活性材料的保护屏障。15分钟后，通过网状物从罐中收集洗脱溶液，脱水，使用碳酸钠沉淀和树脂离子交换珠粒纯化以去除痕量Mg/Ca，并通过在90摄氏度下添加碳酸钠溶液加工成碳酸锂。
酸处理后，用卤水处理质子化颗粒，其中颗粒吸收锂同时释放氢。将卤水泵入罐中并与离子交换颗粒一起搅拌，颗粒由质子化状态转化为富锂组成的锂化状态。向罐中添加NaOH水溶液以将卤水的pH保持为6。4小时后，通过网状物从罐中去除耗尽的卤水。然后通过喷雾系统用水洗涤离子交换颗粒。用水洗涤颗粒三次，并通过网状物从罐中排出水，在罐的底部留下低含水量的离子交换颗粒湿床。
然后，如前所述，用酸再次处理锂化材料，以在溶液中产生锂。重复质子化和锂化的循环，以从卤水中提取锂，并产生LiCl溶液。由于涂层提供了保护屏障，因此离子交换颗粒的降解受到限制。尽管本文中已经示出并描述了本发明的优选实施方案，但对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。本领域技术人员在不脱离本发明的情况下现将会想到多种变化、改变和替代。应当理解，本文中描述的本发明实施方案的各种替代方案任选地用于实施本发明。旨在以下述权利要求限定本发明的范围，并由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。

Claims (134)

1.一种用于从液体资源产生锂洗脱溶液的离子交换反应器，所述离子交换反应器包括：
a)罐；
b)离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；
c)一个或多个颗粒捕集器；以及
d)用于调节所述液体资源的pH的装置。
2.根据权利要求1所述的离子交换反应器，其中所述罐具有圆锥形形状。
3.根据权利要求2所述的离子交换反应器，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的离子交换反应器，其中所述液体资源的所述pH的调节在所述罐中发生。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的离子交换反应器，其中所述液体资源的所述pH的调节在将所述液体资源注入所述罐之前发生。
6.根据权利要求1所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内的一个或多个过滤器。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器位于所述罐的底部。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约200微米的孔隙空间。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。
11.根据权利要求1-8中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。
12.根据权利要求1-8中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约50微米的孔隙空间。
13.根据权利要求1-8中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约25微米的孔隙空间。
14.根据权利要求1-8中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约10微米的孔隙空间。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括多层网状物。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的离子交换反应器，其中所述多层网状物包括至少一层用于过滤的较细网状物和至少一层用于结构支撑的较粗网状物。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括由结构支撑物支撑的一个或多个网状物。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个聚合物网状物。
19.根据权利要求18所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
20.根据权利要求1-17中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物，所述一个或多个网状物包括金属丝网状物。
21.根据权利要求20所述的离子交换反应器，其中所述金属丝网状物涂覆有聚合物。
22.根据权利要求1-21中任一项所述的离子交换反应器，其中所述离子交换反应器被配置为将所述离子交换颗粒移至用于洗涤的一个或多个柱中。
23.根据权利要求22所述的离子交换反应器，其中所述离子交换反应器被配置为允许所述离子交换颗粒沉降到用于洗涤的一个或多个柱中。
24.根据权利要求23所述的离子交换反应器，其中所述柱被固定于所述罐的底部。
25.根据权利要求1-24中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括通过所述罐的壁安装在一个或多个端口中的一个或多个过滤器。
26.根据权利要求1-24中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个过滤器，并在所述一个或多个过滤器与所述罐之间提供流体连通。
27.根据权利要求1-24中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个重力沉降装置，并在所述一个或多个重力沉降装置与所述罐之间提供流体连通。
28.根据权利要求1-24中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内部的一个或多个重力沉降装置。
29.根据权利要求1-24中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个离心沉降装置，并在所述一个或多个离心沉降装置与所述罐之间提供流体连通。
30.根据权利要求1-24中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内部的一个或多个离心沉降设备。
31.根据权利要求1-24中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个沉降罐、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个沉降罐、离心设备或其组合与所述罐之间提供流体连通。
32.根据权利要求1-24中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个网状物、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个网状物、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。
33.根据权利要求1-24中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个沉降罐、一个或多个网状物或其组合，并在所述一个或多个沉降罐、网状物或其组合与所述罐之间提供流体连通。
34.根据权利要求1-24中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个网状物、一个或多个沉降罐、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个网状物、一个或多个沉降罐、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。
35.根据权利要求1-34中任一项所述的离子交换反应器，其中搅拌所述离子交换颗粒。
36.根据权利要求35所述的离子交换反应器，其中通过混合器搅拌所述离子交换颗粒。
37.根据权利要求35所述的离子交换反应器，其中通过螺旋桨搅拌所述离子交换颗粒。
38.根据权利要求1-37中任一项所述的离子交换反应器，其中通过将溶液泵送至所述罐中所述罐的底部附近而将所述离子交换颗粒流化。
39.根据权利要求1-37中任一项所述的离子交换反应器，其中通过将溶液从所述罐中泵送回所述罐中所述罐的底部附近而将所述离子交换颗粒流化。
40.根据权利要求1-37中任一项所述的离子交换反应器，其中通过将所述离子交换颗粒的浆液从所述罐的底部附近泵送至罐中的较高水平处而将所述离子交换颗粒流化。
41.根据权利要求1-40中任一项所述的离子交换反应器，还包括一个或多个分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液储存并进一步用于洗脱新鲜锂化的所述离子交换颗粒中的锂。
42.根据权利要求1-40中任一项所述的离子交换反应器，还包括一个或多个分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液与额外的酸混合并进一步用于洗脱所述离子交换颗粒中的锂。
43.根据权利要求1-42中任一项所述的离子交换反应器，其中所述离子交换颗粒还包含涂层材料。
44.根据权利要求43所述的离子交换反应器，其中所述涂层材料是聚合物。
45.根据权利要求44所述的离子交换反应器，其中所述涂层材料的所述涂层包含氯聚合物、氟聚合物、氯氟聚合物、亲水聚合物、疏水聚合物、其共聚物、其混合物或其组合。
46.一种用于从液体资源产生锂洗脱溶液的离子交换系统，所述离子交换系统包括：
a.网络化的多个罐；
b.离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；
c.一个或多个颗粒捕集器；以及
d.用于调节所述液体资源的pH的装置。
47.根据权利要求46所述的离子交换系统，其中使卤水、洗涤溶液和酸的流交替流过所述多个罐而将所述离子交换颗粒保留在所述网络化的多个罐中。
48.根据权利要求46所述的离子交换系统，其中所述离子交换颗粒抵抗卤水、洗涤溶液和酸的逆流移动通过所述网络化的多个罐。
49.根据权利要求46所述的离子交换系统，其中选自所述网络化的多个罐的罐的大小适于盐水、洗涤溶液或酸的批次，并且其中所述离子交换颗粒移动通过所述网络化的多个罐。
50.一种从液体资源产生锂洗脱溶液的方法，所述方法包括：
a.提供离子交换反应器，所述离子交换反应器包括罐、离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂离子后用酸溶液处理时洗脱锂洗脱溶液、一个或多个颗粒捕集器以及用于调节所述液体资源的pH的装置；
b.使液体资源流入所述离子交换反应器中，从而允许所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂；
c.用酸溶液处理所述离子交换颗粒以产生所述锂洗脱溶液；以及
d.使所述锂洗脱溶液通过所述一个或多个颗粒捕集器以收集所述锂洗脱溶液。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述罐具有圆锥形形状。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体。
53.根据权利要求50-52中任一项所述的方法，其中所述液体资源的所述pH的调节在所述罐中发生。
54.根据权利要求50-52中任一项所述的方法，其中所述液体资源的所述pH的调节在将所述液体资源注入所述罐之前发生。
55.根据权利要求50所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内的一个或多个过滤器。
56.根据权利要求50-55中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器位于所述罐的底部。
57.根据权利要求50-56中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物。
58.根据权利要求50-57中任一项所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约200微米的孔隙空间。
59.根据权利要求50-57中任一项所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。
60.根据权利要求50-57中任一项所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。
61.根据权利要求50-57中任一项所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约50微米的孔隙空间。
62.根据权利要求50-57中任一项所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约25微米的孔隙空间。
63.根据权利要求50-57中任一项所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约10微米的孔隙空间。
64.根据权利要求50-63中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括多层网状物
65.根据权利要求50-64中任一项所述的方法，其中所述多层网状物包括至少一层用于过滤的较细网状物和至少一层用于结构支撑的较粗网状物。
66.根据权利要求50-65中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括由结构支撑物支撑的一个或多个网状物。
67.根据权利要求50-66中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个聚合物网状物。
68.根据权利要求67所述的方法，其中所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
69.根据权利要求50-66中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物，所述一个或多个网状物包括金属丝网状物。
70.根据权利要求69所述的方法，其中所述金属丝网状物涂覆有聚合物。
71.根据权利要求50-70中任一项所述的方法，其中所述离子交换反应器被配置为将所述离子交换颗粒移至用于洗涤的一个或多个柱中。
72.根据权利要求71所述的方法，其中所述离子交换反应器被配置为允许所述离子交换颗粒沉降到用于洗涤的一个或多个柱中。
73.根据权利要求72所述的方法，其中所述柱被固定于所述罐的底部。
74.根据权利要求50-73中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括通过所述罐的壁安装在一个或多个端口中的一个或多个过滤器。
75.根据权利要求50-73中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个过滤器，并在所述一个或多个过滤器与所述罐之间提供流体连通。
76.根据权利要求50-73中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个重力沉降装置，并在所述一个或多个重力沉降装置与所述罐之间提供流体连通。
77.根据权利要求50-73中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内部的一个或多个重力沉降装置。
78.根据权利要求50-73中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个重力沉降装置，并在所述一个或多个重力沉降装置与所述罐之间提供流体连通。
79.根据权利要求50-73中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐内部的一个或多个重力沉降装置。
80.根据权利要求50-73中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个沉降罐、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个沉降罐、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。
81.根据权利要求50-73中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个网状物、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个网状物、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。
82.根据权利要求50-73中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个沉降罐、一个或多个网状物或其组合，并在所述一个或多个沉降罐、网状物或其组合与所述罐之间提供流体连通。
83.根据权利要求50-73中任一项所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括在所述罐外部的一个或多个网状物、一个或多个沉降罐、一个或多个离心装置或其组合，并在所述一个或多个网状物、一个或多个沉降罐、离心装置或其组合与所述罐之间提供流体连通。
84.根据权利要求50-83中任一项所述的方法，其中搅拌所述离子交换颗粒。
85.根据权利要求84所述的方法，其中通过混合器搅拌所述离子交换颗粒。
86.根据权利要求84所述的方法，其中通过螺旋桨搅拌所述离子交换颗粒。
87.根据权利要求50-86中任一项所述的方法，其中通过将溶液泵送至所述罐中所述罐的底部附近而将所述离子交换颗粒流化。
88.根据权利要求50-86中任一项所述的方法，其中通过将溶液从所述罐中泵送回所述罐中所述罐的底部附近而将所述离子交换颗粒流化。
89.根据权利要求50-86中任一项所述的方法，其中通过将所述离子交换颗粒的浆液从所述罐的底部附近泵送至罐中的较高水平处而将所述离子交换颗粒流化。
90.根据权利要求50-89中任一项所述的方法，还包括一个或多个分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液储存并进一步用于洗脱新鲜锂化的所述离子交换颗粒中的锂。
91.根据权利要求50-89中任一项所述的方法，还包括一个或多个分阶段洗脱罐，其中将包含质子和锂离子混合物的中间洗脱溶液与额外的酸混合并进一步用于洗脱所述离子交换颗粒中的锂。
92.根据权利要求50-91中任一项所述的方法，其中所述离子交换颗粒还包含涂层材料。
93.根据权利要求92所述的方法，其中所述涂层材料是聚合物。
94.根据权利要求93所述的方法，其中所述涂层材料的所述涂层包含氯聚合物、氟聚合物、氯氟聚合物、亲水聚合物、疏水聚合物、其共聚物、其混合物或其组合。
95.一种用于从液体资源产生锂洗脱溶液的离子交换反应器，所述离子交换反应器包括：
a)具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；
b)离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；
c)位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物；以及
d)用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中发生或在将所述液体资源注入所述罐之前发生。
96.根据权利要求95所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约200微米的孔隙空间。
97.根据权利要求95所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。
98.根据权利要求95所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。
99.根据权利要求95所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约50微米的孔隙空间。
100.根据权利要求95所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约25微米的孔隙空间。
101.根据权利要求95所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包含小于约10微米的孔隙空间。
102.根据权利要求95-101中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物是一个或多个聚合物网状物。
103.根据权利要求102所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
104.根据权利要求95-101中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包括金属丝网状物。
105.根据权利要求104所述的离子交换反应器，其中所述金属丝网状物涂覆有聚合物。
106.根据权利要求105所述的离子交换反应器，其中涂覆所述金属丝网状物的所述聚合物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
107.一种用于从液体资源产生锂洗脱溶液的离子交换反应器，所述离子交换反应器包括：
a)具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；
b)离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；
c)位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括多层网状物；以及
d)用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中发生或在将所述液体资源注入所述罐之前发生。
108.根据权利要求107所述的离子交换反应器，其中所述多层网状物包括至少一层用于过滤的较细网状物和至少一层用于结构支撑的较粗网状物。
109.根据权利要求107所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括由结构支撑物支撑的一个或多个网状物。
110.根据权利要求107-109中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物是一个或多个聚合物网状物。
111.根据权利要求110所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
112.根据权利要求107-109中任一项所述的离子交换反应器，其中所述一个或多个网状物包括金属丝网状物。
113.根据权利要求112所述的离子交换反应器，其中所述金属丝网状物涂覆有聚合物。
114.根据权利要求113所述的离子交换反应器，其中涂覆所述金属丝网状物的所述聚合物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
115.一种从液体资源产生锂洗脱溶液的方法，所述方法包括：
a)提供离子交换反应器，所述离子交换反应器包括(i)具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；(ii)离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；(iii)位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括一个或多个网状物；以及(iv)用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中发生或在将所述液体资源注入所述罐之前发生；
b)使液体资源流入所述离子交换反应器中，从而允许所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂；
c)用酸溶液处理所述离子交换颗粒以产生所述锂洗脱溶液；以及
d)使所述锂洗脱溶液通过所述一个或多个颗粒捕集器以收集所述锂洗脱溶液。
116.根据权利要求115所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约200微米的孔隙空间。
117.根据权利要求115所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。
118.根据权利要求115所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约100微米的孔隙空间。
119.根据权利要求115所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约50微米的孔隙空间。
120.根据权利要求115所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约25微米的孔隙空间。
121.根据权利要求115所述的方法，其中所述一个或多个网状物包含小于约10微米的孔隙空间。
122.根据权利要求115-121中任一项所述的方法，其中所述一个或多个网状物是一个或多个聚合物网状物。
123.根据权利要求122所述的方法，其中所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
124.根据权利要求115-121中任一项所述的方法，其中所述一个或多个网状物包括金属丝网状物。
125.根据权利要求124所述的方法，其中所述金属丝网状物涂覆有聚合物。
126.根据权利要求125所述的方法，其中涂覆所述金属丝网状物的所述聚合物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
127.一种从液体资源产生锂洗脱溶液的方法，所述方法包括：
a)提供离子交换反应器，所述离子交换反应器包括：(i)具有圆锥形形状的罐，其中所述圆锥形形状允许所述离子交换颗粒沉降到沉降床中，使得可从所述沉降床的上方去除液体；(ii)离子交换颗粒，所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂，并且在从所述液体资源中吸收锂后用酸溶液处理时洗脱所述锂洗脱溶液；(iii)位于所述罐的底部的一个或多个颗粒捕集器，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括多层网状物；以及(iv)用于调节所述液体资源的pH的装置，其中所述液体资源的所述pH的所述调节被配置为在所述罐中发生或在将所述液体资源注入所述罐之前发生；
b)使液体资源流入所述离子交换反应器中，从而允许所述离子交换颗粒选择性地从所述液体资源中吸收锂；
c)用酸溶液处理所述离子交换颗粒以产生所述锂洗脱溶液；以及
d)使所述锂洗脱溶液通过所述一个或多个颗粒捕集器以收集所述锂洗脱溶液。
128.根据权利要求127所述的方法，其中所述多层网状物包括至少一层用于过滤的较细网状物和至少一层用于结构支撑的较粗网状物。
129.根据权利要求127所述的方法，其中所述一个或多个颗粒捕集器包括由结构支撑物支撑的一个或多个网状物。
130.根据权利要求127-129中任一项所述的方法，其中所述一个或多个网状物是一个或多个聚合物网状物。
131.根据权利要求130所述的方法，其中所述一个或多个聚合物网状物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
132.根据权利要求127-129中任一项所述的方法，其中所述一个或多个网状物包括金属丝网状物。
133.根据权利要求132所述的方法，其中所述金属丝网状物涂覆有聚合物。
134.根据权利要求133所述的方法，其中涂覆所述金属丝网状物的所述聚合物选自聚醚醚酮、乙烯四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯及其组合。
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