CN112323088A - 一种膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法，该方法无氯气产生，同时可将制备的副产物之一氢气用于补充到天然气锅炉或氢氧发电机组发电返回电解用，副产物氢氧化钠及硫酸可自用或外售。运用膜电解硫酸锂制氢制备电池级氢氧化锂的方法可生产纯度高、杂质少的电池级氢氧化锂，对锂元素资源利用率高、浪费少，实现了整个氢氧化锂制备过程所有原料和产物的循环经济利用，环保高效，几乎无污染物对外排放。阴阳极产生的H2SO4可以循环利用到锂中，提炼Li2SO4的生产工艺中，从而节约了生产成本；整个制备氢氧化锂的过程，其电流效率在86—90％。产品氢氧化锂的纯度达到99％，其中氢氧化钠的含量低于0.3％。

Description

一种膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法
技术领域
本发明涉及氢氧化锂制备领域，具体是一种膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法。
背景技术
氢氧化锂是制备三元锂电池的上游材料，如何广泛地、高效地以及低成本地获取制备纯度较高的氢氧化锂成为众多锂相关企业及科研院校的首选研究课题。
将氯化锂溶液富集和提纯到一定的纯度，后制备高纯度氢氧化锂目前已经有不少研究成果，但膜电解硫酸锂制氢制备电池级氢氧化锂尚未形成比较成熟的适于工业应用的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中膜电解硫酸锂制氢制备电池级氢氧化锂尚未形成比较成熟的适于工业应用的方法的缺陷，提供一种膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法，包括如下步骤：
S1、对矿石提锂的过程中获得的硫酸锂溶液进行微滤，超滤，纳滤电渗析精制处理，得到精制硫酸锂溶液；
S2、将S1得到的精制硫酸锂溶液加入到双极膜电解槽的阳极室中，双极膜电解槽的离子交换膜为阳离子交换膜；
S3、向双极膜电解槽的阴极室中加入氢氧化锂溶液，利用纯水将氢氧化锂溶液质量百分比浓度配制成4％—6％；
S4、调整阴极板及阳离子交换膜，让阳离子交换膜阴极侧的压力高于阳极侧的压力；优选的，S4中阳离子交换膜阴极侧的压力高于阳极侧的压力2000Pa—2500Pa；
S5、调整双极膜电解槽的阳极室中和阴极室中溶液的温度为60℃—70℃；
S6、向双极膜电解槽的阳极室中加入硫酸，调控阳极室中溶液pH值pH2.0～3.5；
S7、给双极膜电解槽通直流电，并调控双极膜电解槽的槽电压在3V—5V之间，调控电解槽的电流密度为1.5～2.0k A/m2，然后开始进行电解，阳极室中的锂离子在电场力的作用下逐渐向离子交换膜方向运动并穿过离子交换膜，从阳极室迁移至阴极室，进入阴极室的锂离子和氢氧根离子相结合生成氢氧化锂；
S8、从双极膜电解槽的阴极室的出液口排出氢氧化锂溶液，从阴极室的出液口输出的氢氧化锂的质量百分比浓度为10％—14％，同时从双极膜电解槽的阴极室的进液口补充输入纯水，让阴极室中的溶液体积基本维持不变；从双极膜电解槽的阳极室的出液口输出质量百分比浓度10％—19％的硫酸锂溶液，同时从双极膜电解槽的阳极室的进液口向阳极室中补充输入S1中得到的精制硫酸锂溶液，让阳极室中的溶液体积基本维持不变；
S9、从阴极室的出液口输出的氢氧化锂经冷冻析Na处理，并进行后处理，即得到电池级氢氧化锂产品。
进一步的，S1中硫酸锂溶液是利用锂辉石提炼得到硫酸锂溶液，或者是通过盐湖卤水提取得到硫酸锂溶液。
进一步的，所述双极膜电解槽的阴极室产生的氢气补充到天然气锅炉或氢氧发电机组发电返回电解用；阴极室产生的氢氧化钠及阳极室产生的硫酸可自用或外售。
进一步的，其特征在于S1中精制硫酸锂溶液满足如下技术指标：
(1)硫酸锂的质量百分比浓度为20％—40％；
(2)硫酸锂溶液中钙离子和镁离子的含量之和为10—50ppb；
(3)硫酸锂溶液中硫酸钠的含量≤15％；
(4)硫酸锂溶液中二价铁离子和三价铁离子的含量和为40—100ppb；
(5)硫酸锂溶液中铝离子、铜离子、锰离子和钾离子含量均为100—200ppb；
(6)总悬浮物SS含量应小于1.0ppm。
本发明的生产方法与氯化锂直接电解制备电池级氢氧化锂的方法相比的优点为，该方法无氯气产生，同时可将制备的副产物之一氢气用于补充到天然气锅炉或氢氧发电机组发电返回电解用，副产物氢氧化钠及硫酸可自用或外售。运用膜电解硫酸锂制氢制备电池级氢氧化锂的方法可生产纯度高、杂质少的电池级氢氧化锂，对锂元素资源利用率高、浪费少，实现了整个氢氧化锂制备过程所有原料和产物的循环经济利用，环保高效，几乎无污染物对外排放。阴阳极产生的H2SO4可以循环利用到锂中，提炼Li2SO4的生产工艺中，从而节约了生产成本；整个制备氢氧化锂的过程，其电流效率在86—90％。产品氢氧化锂的纯度达到99％以上，其中氢氧化钠的含量低于0.3％。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法，包括如下步骤：
S1、对矿石提锂的过程中获得的硫酸锂溶液进行微滤，超滤，纳滤电渗析精制处理，得到精制硫酸锂溶液；
精制硫酸锂溶液满足如下技术指标：
(1)硫酸锂的质量百分比浓度为20％—30％；
(2)硫酸锂溶液中钙离子和镁离子的含量之和为20—35ppb；
(3)硫酸锂溶液中硫酸钠的含量≤10％；
(4)硫酸锂溶液中二价铁离子和三价铁离子的含量和为60—100ppb；
(5)硫酸锂溶液中铝离子、铜离子、锰离子和钾离子含量均为100—150ppb；
(6)总悬浮物SS含量应小于1.0ppm。
S2、将S1得到的精制硫酸锂溶液加入到双极膜电解槽的阳极室中，双极膜电解槽的离子交换膜为阳离子交换膜；
S3、向双极膜电解槽的阴极室中加入氢氧化锂溶液，利用纯水将氢氧化锂溶液质量百分比浓度配制成4.5％—8.9％；
S4、调整阴极板及阳离子交换膜，让阳离子交换膜阴极侧的压力高于阳极侧的压力2000Pa—4200Pa；
S5、调整双极膜电解槽的阳极室中和阴极室中溶液的温度为60℃—80℃；
S6、向双极膜电解槽的阳极室中加入硫酸，调控阳极室中溶液pH值pH2.0～3；
S7、给双极膜电解槽通直流电，并调控双极膜电解槽的槽电压在3.5V—4.5V之间，调控电解槽的电流密度为2.2～4.2k A/m2，然后开始进行电解，阳极室中的锂离子在电场力的作用下逐渐向离子交换膜方向运动并穿过离子交换膜，从阳极室迁移至阴极室，进入阴极室的锂离子和氢氧根离子相结合生成氢氧化锂；
S8、从双极膜电解槽的阴极室的出液口排出氢氧化锂溶液，从阴极室的出液口输出的氢氧化锂的质量百分比浓度为10％—12％，同时从双极膜电解槽的阴极室的进液口补充输入纯水，让阴极室中的溶液体积基本维持不变；从双极膜电解槽的阳极室的出液口输出质量百分比浓度10％—15％的硫酸锂溶液，同时从双极膜电解槽的阳极室的进液口向阳极室中补充输入S1中得到的精制硫酸锂溶液，让阳极室中的溶液体积基本维持不变；
S9、从阴极室的出液口输出的氢氧化锂经浓缩过滤冷冻析Na处理，并进行后处理，即得到电池级氢氧化锂产品。
S1中硫酸锂溶液是利用锂辉石提炼得到硫酸锂溶液，或者是通过盐湖卤水提取得到硫酸锂溶液。
双极膜电解槽的阴极室产生的氢气补充到天然气锅炉或氢氧发电机组发电返回电解用；阴极室产生的氢氧化钠及阳极室产生的硫酸可自用或外售。
从阴极室的出液口输出的氢氧化锂经脱水处理，即得到电池级氢氧化锂产品，所得到的氢氧化锂产品的纯度能够确保达到99％以上。
实施例2
一种膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法，包括如下步骤：
S1、对矿石提锂的过程中获得的硫酸锂溶液进行微滤，超滤，纳滤电渗析精制处理，得到精制硫酸锂溶液；
精制硫酸锂溶液满足如下技术指标：
(1)硫酸锂的质量百分比浓度为30％—40％；
(2)硫酸锂溶液中钙离子和镁离子的含量之和为30—50ppb；
(3)硫酸锂溶液中硫酸钠的含量≤15％；
(4)硫酸锂溶液中二价铁离子和三价铁离子的含量和为60—90ppb；
(5)硫酸锂溶液中铝离子、铜离子、锰离子和钾离子含量均为140—180ppb；
(6)总悬浮物SS含量应小于1.0ppm。
S2、将S1得到的精制硫酸锂溶液加入到双极膜电解槽的阳极室中，双极膜电解槽的离子交换膜为阳离子交换膜；
S3、向双极膜电解槽的阴极室中加入氢氧化锂溶液，利用纯水将氢氧化锂溶液质量百分比浓度配制成5％—10％；
S4、调整阴极板及阳离子交换膜，让阳离子交换膜阴极侧的压力高于阳极侧的压力2200Pa—2500Pa；
S5、调整双极膜电解槽的阳极室中和阴极室中溶液的温度为60℃—80℃；
S6、向双极膜电解槽的阳极室中加入硫酸，调控阳极室中溶液pH值pH2.0～3.5；
S7、给双极膜电解槽通直流电，并调控双极膜电解槽的槽电压在3.5V—4.5V之间，调控电解槽的电流密度为1.8～4.2k A/m2，然后开始进行电解，阳极室中的锂离子在电场力的作用下逐渐向离子交换膜方向运动并穿过离子交换膜，从阳极室迁移至阴极室，进入阴极室的锂离子和氢氧根离子相结合生成氢氧化锂；
S8、从双极膜电解槽的阴极室的出液口排出氢氧化锂溶液，从阴极室的出液口输出的氢氧化锂的质量百分比浓度为12％—14％，同时从双极膜电解槽的阴极室的进液口补充输入纯水，让阴极室中的溶液体积基本维持不变；从双极膜电解槽的阳极室的出液口输出质量百分比浓度15％—19％的硫酸锂溶液，同时从双极膜电解槽的阳极室的进液口向阳极室中补充输入S1中得到的精制硫酸锂溶液，让阳极室中的溶液体积基本维持不变；
S9、从阴极室的出液口输出的氢氧化锂经浓缩过滤冷冻析Na处理，并进行后处理，即得到电池级氢氧化锂产品。
S1中硫酸锂溶液是利用锂辉石提炼得到硫酸锂溶液，或者是通过盐湖卤水提取得到硫酸锂溶液。
双极膜电解槽的阴极室产生的氢气补充到天然气锅炉或氢氧发电机组发电返回电解用；阴极室产生的氢氧化钠及阳极室产生的硫酸可自用或外售。
从阴极室的出液口输出的氢氧化锂经脱水处理，即得到电池级氢氧化锂产品，所得到的氢氧化锂产品的纯度能够确保达到99％以上。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对矿石提锂的过程中获得的硫酸锂溶液进行微滤，超滤，纳滤电渗析精制处理，得到精制硫酸锂溶液；
S2、将S1得到的精制硫酸锂溶液加入到双极膜电解槽的阳极室中，双极膜电解槽的离子交换膜为阳离子交换膜；
S3、向双极膜电解槽的阴极室中加入氢氧化锂溶液，利用纯水将氢氧化锂溶液质量百分比浓度配制成4％—6％；
S4、调整阴极板及阳离子交换膜，让阳离子交换膜阴极侧的压力高于阳极侧的压力：
S5、调整双极膜电解槽的阳极室中和阴极室中溶液的温度为60℃—70℃；
S6、向双极膜电解槽的阳极室中加入硫酸，调控阳极室中溶液pH值pH2.0～3.5；
S7、给双极膜电解槽通直流电，并调控双极膜电解槽的槽电压在3V—5V之间，调控电解槽的电流密度为1.5～2.0k A/m2，然后开始进行电解，阳极室中的锂离子在电场力的作用下逐渐向离子交换膜方向运动并穿过离子交换膜，从阳极室迁移至阴极室，进入阴极室的锂离子和氢氧根离子相结合生成氢氧化锂；
S8、从双极膜电解槽的阴极室的出液口排出氢氧化锂溶液，从阴极室的出液口输出的氢氧化锂的质量百分比浓度为10％—14％，同时从双极膜电解槽的阴极室的进液口补充输入纯水，让阴极室中的溶液体积基本维持不变；从双极膜电解槽的阳极室的出液口输出质量百分比浓度10％—19％的硫酸锂溶液，同时从双极膜电解槽的阳极室的进液口向阳极室中补充输入S1中得到的精制硫酸锂溶液，让阳极室中的溶液体积基本维持不变；
S9、从阴极室的出液口输出的氢氧化锂经冷冻析Na处理，并进行后处理，即得到电池级氢氧化锂产品。
2.如权利要求1所述的膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法，其特征在于，S1中硫酸锂溶液是利用锂辉石提炼得到硫酸锂溶液，或者是通过盐湖卤水提取得到硫酸锂溶液。
3.如权利要求1所述的膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法，其特征在于，所述双极膜电解槽的阴极室产生的氢气补充到天然气锅炉或氢氧发电机组发电返回电解用；阴极室产生的氢氧化钠及阳极室产生的硫酸可自用或外售。
4.根据权利要求3所述的膜电解硫酸锂制氢制备电池级氢氧化锂的方法，其特征在于S1中精制硫酸锂溶液满足如下技术指标：
(1)硫酸锂的质量百分比浓度为20％—40％；
(2)硫酸锂溶液中钙离子和镁离子的含量之和为10—50ppb；
(3)硫酸锂溶液中硫酸钠的含量≤15％；
(4)硫酸锂溶液中二价铁离子和三价铁离子的含量和为40—100ppb；
(5)硫酸锂溶液中铝离子、铜离子、锰离子和钾离子含量均为100—200ppb；
(6)总悬浮物SS含量应小于1.0ppm。
5.如权利要求1所述的膜电解硫酸锂制氢制备氢氧化锂的方法，其特征在于，S4中阳离子交换膜阴极侧的压力高于阳极侧的压力2000Pa—2500Pa。
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