CN113881848A - 一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法 - Google Patents

一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113881848A
CN113881848A CN202111030333.5A CN202111030333A CN113881848A CN 113881848 A CN113881848 A CN 113881848A CN 202111030333 A CN202111030333 A CN 202111030333A CN 113881848 A CN113881848 A CN 113881848A
Authority
CN
China
Prior art keywords
potassium
lithium
extraction
end plate
seawater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111030333.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113881848B (zh
Inventor
余觉知
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sun Yat Sen University
Original Assignee
Sun Yat Sen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sun Yat Sen University filed Critical Sun Yat Sen University
Priority to CN202111030333.5A priority Critical patent/CN113881848B/zh
Publication of CN113881848A publication Critical patent/CN113881848A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113881848B publication Critical patent/CN113881848B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/006—Wet processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D1/00—Oxides or hydroxides of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C01D1/04—Hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/10—Obtaining alkali metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/10—Obtaining alkali metals
    • C22B26/12—Obtaining lithium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

本发明涉及电化学提取技术领域，公开了一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法。所述装置包括：钾提取池、钾储液罐、锂提取池和锂储液罐，所述钾提取池和所述钾储液罐通过管道连接构成连通回路，所述锂提取池和所述锂储液罐通过管道连接构成连通回路，所述钾提取池和所述锂提取池通过管道连通，所述钾储液罐和所述锂储液罐通过管道连通；在所述钾提取池的两端分别设置有第一端板和第二端板，在所述第一端板的内侧设置有钾离子选择性嵌入材料层；在所述锂提取池的两端分别设置有第三端板和第四端板，在所述第三端板的内侧设置有锂离子选择性嵌入材料层。本发明能够同时从海水中提取钾离子和锂离子，提高了海水资源的利用率。

Description

一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法
技术领域
本发明涉及钾和锂资源提取技术领域，特别是涉及一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法。
背景技术
随着锂离子电池的产量增加，锂离子电池工业对碳酸锂和氢氧化锂原材料的需求与日俱增，目前，中国的碳酸锂和氢氧化锂主要从锂辉石等矿石中提取，但是产能远远达不到需求。为了满足国内的需求我国每年需要进口大量的碳酸锂和氢氧化锂，我国的锂离子电池产业实际上原材料受制于人，而我国有丰富的海洋资源，而海水中含有2300亿吨锂离子，如果能将海水中的锂提取出来，则锂资源短缺将不再是问题。但是，目前还没有一种可用的技术能够高效的从海水里提取碳酸锂和氢氧化锂。
另一方面，氯化钾是制造钾肥的主要原料，我国每年也需要进口大量的氯化钾，然而海水中除了含有大量的锂离子以外，还含有大量的钾离子，而且钾离子的浓度高达0.4g每升。如果能同时将海水里的钾离子提取出来不仅能提高海水提锂的经济价值，而且能减少氯化钾的进口量，目前海水提钾的方法主要是吸附法，这种方法是将斜发沸石浸泡在海水中，利用离子交换作用吸附海水中的钾，然后洗脱浓缩。但该方法仅仅对钾离子进行提取，并不能提取锂离子。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够同时从海水中提取钾和锂，提高海水资源利用率的分级电化学海水提钾和锂的装置和方法。
第一方面，本发明实施例提供了一种分级电化学海水提钾和锂的装置，所述装置包括：
钾提取池、钾储液罐、锂提取池和锂储液罐，所述钾提取池和所述钾储液罐通过管道连接构成连通回路，所述锂提取池和所述锂储液罐通过管道连接构成连通回路，所述钾提取池和所述锂提取池通过管道连通，所述钾储液罐和所述锂储液罐通过管道连通；
在所述钾提取池和所述锂提取池、所述钾提取池和所述钾储液罐、所述锂提取池和所述锂储液罐、以及所述钾储液罐和所述锂储液罐之间的管道上分别设置有第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；
在所述钾提取池和所述钾储液罐、以及锂提取池和所述锂储液罐之间的管道上还分别设置有水泵；
所述钾提取池的两端连接第一电源，所述锂提取池的两端连接第二电源；
在所述钾提取池的两端分别设置有连接第一电源的第一端板和第二端板，在所述第一端板和第二端板之间设置有第一隔膜，在所述第一端板的内侧设置有钾离子选择性嵌入材料层；
在所述锂提取池的两端分别设置有连接第二电源的第三端板和第四端板，在所述第三端板和第四端板之间设置有第二隔膜，在所述第三端板的内侧设置有锂离子选择性嵌入材料层。
进一步地，在所述第一端板和所述钾离子选择性嵌入材料层之间设有第一碳毡，在所述第二端板的内侧设置有第二碳毡；
在所述第三端板和所述锂离子选择性嵌入材料层之间设有第三碳毡，在所述第四端板的内侧设置有第四碳毡。
进一步地，所述第一端板、所述第二端板、所述第三端板和所述第四端板内侧刻有蛇形流道。
进一步地，所述第一端板、所述第二端板、所述第三端板和所述第四端板均为钛钢板。
进一步地，所述钾离子选择性嵌入材料层所选用的材料为普鲁士蓝、磷酸钛钾、钼酸铁钾中的任一种；
所述锂离子选择性嵌入材料层所选用的材料为尖晶石二氧化锰、磷酸铁、二氧化钛中的任一种。
进一步地，所述第一隔膜和所述第二隔膜均为磺化聚醚醚酮和全氟离子交换膜中的任一种。
第二方面，本发明实施例提供了一种分级电化学海水提钾和锂的方法，所述方法包括：
将第一阀门和第四阀门打开、第二阀门和第三阀门关闭，并将海水分别注入钾提取池和锂提取池；
通过第一电源向所述钾提取池施加第一电压以及通过第二电源向所述锂提取池施加第二电压，并在电压驱动下对海水进行电解，以使在所述海水中的钾离子嵌入到钾离子选择嵌入材料层中、以及锂离子嵌入到锂离子选择嵌入材料层中；
当回路中电流下降到0时，将所述第一电压和第二电压调整为0；
将所述钾提取池和所述锂提取池中电解后的海水替换为去离子水，并将第一阀门和第四阀门关闭、第二阀门和第三阀门打开；
通过第一电源向所述钾提取池施加与所述第一电压反向的第三电压以及通过第二电源向所述锂提取池施加与所述第二电压反向的第四电压，并在电压驱动下进行二次电解，以使钾离子从所述钾离子选择嵌入材料层中脱出、以及锂离子从所述锂离子选择嵌入材料层中脱出；
二次电解后得到钾浓缩液进入钾储液罐，锂浓缩液进入锂储液罐。
进一步地，向所述钾浓缩液中通入二氧化碳气体，以使所述钾浓缩液转化碳酸钾溶液；
向所述锂浓缩液中通入二氧化碳气体，以使所述锂浓缩液转化为碳酸锂固体。
进一步地，将所述钾浓缩液蒸发掉水分，得到氢氧化钾固体；
将所述锂浓缩液蒸发掉水分，得到氢氧化锂固体。
上述本申请提供了一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法，通过所述装置，将海水作为电解液进行钾离子和锂离子的提取，提高了海水资源的利用率，并且所述装置可以同时从海水中提取钾离子和锂离子，进一步降低了提取成本，从而从整体上提升了提取的效率，这对于现有的电化学提取技术领域来说是非常有意义的。
附图说明
图1是本发明实施例中分级电化学海水提钾和锂装置提取钾离子和锂离子时结构示意图；
图2是本发明实施例中分级电化学海水提钾和锂装置释放钾离子和锂离子的结构示意图；
图3是本发明实施例中分级电化学海水提钾和锂方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明第一实施例提出的一种分级电化学海水提钾和锂的装置，包括：
钾提取池20、锂提取池21、钾储液罐5和锂储液罐8，其中，钾提取池20和钾储液罐5之间，以及锂提取池21和锂储液罐8之间，通过管道分别构成连通回路，并且在钾提取池20和锂提取池21之间，钾储液罐5和锂储液罐8之间通过管道连通。以往的提取装置，只是针对某一种离子进行提取，而本发明实施例的装置通过管道将原本单独用于钾离子提取的钾提取池20和钾储液罐5，以及原本单独用于锂离子提起的锂提取池21和锂储液罐8连接起来，形成电解液的路通回路，从而使本装置能够同时对钾离子和锂离子进行提取，该连接方式的连接关系简单，成本低廉。
在钾提取池20和钾储液罐5之间的管道上还设置有第二阀门17和水泵19，在锂提取池21和锂储液罐8之间的管道上还设置有第三阀门18和水泵19，并且在钾提取池20与锂提取池21之间的管道上设置有第一阀门15，在钾储液罐5和锂储液罐8之间的管道上设置有第四阀门16。
由于本装置中钾离子和锂离子提取与释放时电解液所流动的回路并不相同，因此在上述管道连接的基础上，在管道上设置有多个阀门，只需要控制多个阀门的开关，就能使装置形成不同的电解液回路，以供钾离子和锂离子提取或释放时根据不同的回路要求来进行设定。同时，管道上设置的水泵19不仅可以作为电解液的进出口，还可以使电解液在设定的回路中循环流动。这种通过阀门和水泵来控制电解液按设定回路流通的方式，不仅操作便捷，同时还不需要安装额外的组件。
在钾提取池20的两端设置有第一端板1和第二端板3，两个端板外侧连接到第一电源13，在两个端板之间还设置有钾离子选择性嵌入材料层2，由于钾提取池20需要通过第一电源13施加电压从而产生电解反应，因此，本发明实施例中优选的使用碳毡作为钾提取池20的电极。本装置中优选了两个碳毡，其中将钾离子选择性嵌入材料层2覆于第一碳毡外侧作为钾提取池20的电极，并将第二碳毡4作为钾提取池20的另一个电极。
当钾提取池20进行电解反应时，海水中的钾离子被钾离子选择性嵌入材料层2吸附，同时第二碳毡4发生由H2O氧化为O2的氧化反应。钾提取池20中的钾离子选择性嵌入材料层2所选用的材料可以为普鲁士蓝、磷酸钛钾、钼酸铁钾中的任一种，实际上，上述几种材料只是优选的，并不限于这几种材料，同时，钾提取池20中的电极并非碳毡一种材料可选，具有导电性和强吸附性的其他电极材料均可选作本装置中的电极。
钾提取池20的两个电极由第一隔膜12分隔开，从而形成阴极和阳极，其中，第一隔膜12可以为磺化聚醚醚酮和全氟离子交换膜中的任一种，应当理解的是，上述交换膜只是本装置中的优选方案，并非只有这两种，具有离子过滤作用的其他交换膜均可作为本装置提取池的隔膜。
同样的，在锂提取池21的两端设置有第三端板6和第四端板9，两个端板的外侧连接到第二电源14，在两个端板之间还设置有锂离子选择性嵌入材料层7，由于锂提取池21需要通过第二电源14施加电压从而产生电解反应，因此，本发明实施例中优选的使用碳毡作为锂提取池21的电极。本装置中优选了两个碳毡，其中将锂离子选择性嵌入材料层7覆于第三碳毡外侧作为锂提取池21的电极，并将第四碳毡10作为锂提取池21的另一个电极。
锂提取池21产生电解反应时，海水中的锂离子被锂离子选择性嵌入材料层7吸附，同时第四碳毡10发生由H2O氧化为O2的氧化反应。锂离子选择性嵌入材料层7所选用的材料可以为尖晶石二氧化锰、磷酸铁、二氧化钛中的任一种，但上述几种材料只是优选的，而不仅限于这几种材料，同时，锂提取池21中的电极并非碳毡一种材料可选，具有导电性和强吸附性的其他电极材料均可选作本装置中的电极。
锂提取池21的两个电极由第二隔膜11分隔开，从而形成阴极和阳极，其中，第二隔膜11可以为磺化聚醚醚酮和全氟离子交换膜中的任一种，应当理解的是，上述交换膜只是本装置中的优选方案，并非只有这两种，具有离子过滤作用的其他交换膜均可作为本装置提取池的隔膜。
其中，本装置中的第一端板1、第二端板3、第三端板6和第四端板9的内侧均刻有蛇形流道，其目的是为了使海水能够在钾提取池20和锂提取池21中流动尽量长的时间，从而使钾离子和锂离子的提取更充分。同时由于海水长时间流动而引起的腐蚀性，第一端板1、第二端板3、第三端板6和第四端板9优选的使用了钛钢板，从而避免由于海水的腐蚀性而使装置有所损坏。当然也可以选择其他抗腐蚀性材料作为端板，在此并不做具体的限制。
本发明的第一实施例中分级电化学海水提钾和锂的装置提取钾离子和锂离子的过程如图1所示：
将第一阀门15和第四阀门16打开，第二阀门17和第三阀门18关闭，使钾提取池20、钾储液罐5、锂提取池21和锂储液罐8之间构成电解液的流通回路。
通过水泵19将海水注入钾提取池20和锂提取池21之后，将钾提取池20中的第二碳毡4作为阳极，钾离子选择性嵌入材料层2及第一碳毡作为阴极，通过第一电源13对钾提取池20施加电压，从而产生电解反应；同时将锂提取池21中的第四碳毡10作为阳极，锂离子选择性嵌入材料层7及第三碳毡作为阴极，通过第二电源14对锂提取池21施加电压产生电解反应。
海水电解液在钾提取池20、锂提取池21、锂储液罐8和钾储液罐5中循环流动，在电解反应下，海水在流经钾提取池20时，由钾离子选择性嵌入材料层2吸附海水中的钾离子，通过管道流经锂提取池21时，由锂离子选择性嵌入材料层7吸附海水中的锂离子。
请参阅图2，本发明第一实施例中分级电化学海水提锂和钾的装置释放钾离子和锂离子的过程为：
在钾离子和锂离子提取完成后，将第一阀门15和第四阀门16关闭，第二阀门17和第三阀门18打开，使装置形成钾提取池20和钾储液罐6之间、锂提取池21和锂储液罐8之间两个电解液回路，同时将去离子水代替海水作为电解液分别在两个回路中流动。
将钾提取池20中的第二碳毡4作为阴极，钾离子选择性嵌入材料层2及第一碳毡作为阳极，通过第一电源13对钾提取池施加电压产生电解反应；同时将锂提取池21中的第四碳毡10作为阴极，锂离子选择性嵌入材料层7及第三碳毡作为阳极，通过第二电源14对锂提取池21施加电压产生电解反应。在电解反应中，钾离子和锂离子分别从钾离子选择性嵌入材料层2和锂离子选择性嵌入材料层7中脱出，释放到去离子水中，形成钾浓缩液和锂浓缩液。
本发明实施例提供的分级电化学海水提钾和锂的装置，相比以往只能单独对钾离子或者锂离子提取的装置，本发明通过管道和阀门的连接，将钾提取池、钾储液罐、锂提取池和锂储液罐连通构成多个流通回路，从而可以同时提取钾离子和锂离子，不仅连接关系简单，并且操作便捷，提高了海水资源的利用率，降低了提取成本。
请参阅图3，基于同一发明构思，本发明第二实施例提供的分级电化学海水提钾和锂的方法，包括：
步骤S10，将第一阀门和第四阀门打开、第二阀门和第三阀门关闭，并将海水分别注入钾提取池和锂提取池。
其中，通过控制多个阀门不同的开关状态，使钾提取池、钾储液罐、锂提取池和锂储液罐之间构成流通回路，并将海水作为电解液在回路中流动。
步骤S20，通过第一电源向所述钾提取池施加第一电压以及通过第二电源向所述锂提取池施加第二电压，并在电压驱动下对海水进行电解，以使在所述海水中的钾离子嵌入到钾离子选择性嵌入材料层中、以及锂离子嵌入到锂离子选择性嵌入材料层中。
其中，通过第一电源和第二电源施加的电压，在钾提取池和锂提取池中会产生电解反应，在钾提取池中的电解反应，使海水中的钾离子嵌入到钾离子选择性嵌入材料层中，之后海水通过管道流向锂提取池，而在锂提取池中的电解反应会使海水中的锂离子嵌入到锂离子选择性嵌入材料层中，同时在两个提取池的阳极会产生由由H2O氧化为O2的氧化反应。
由于钾提取池和锂提取池进行电解反应所施加的电压不同，经过实验可得，对钾提取池施加的第一电压的范围为[1v，2v]，对锂提取池施加的第二电压的范围为[1.3v，2.3v]，在本实施例中优选的将第一电压设置为1.5v，第二电压设置为1.8v。实际上，根据装置所选择的材料或部件的不同，其第一电压和第二电压的设置也会有所区别，因此在第一电压和第二电压的范围内，可以根据实际情况来设定第一电压和第二电压的数值。
步骤S30，当回路中电流下降到0时，将所述第一电压和第二电压调整为0。
步骤S40，将所述钾提取池和所述锂提取池中电解后的海水替换为去离子水，并将第一阀门和第四阀门关闭、第二阀门和第三阀门打开。
其中，监控钾提取池和锂提取池中的电流，当电流下降到0时，判定钾离子和锂离子的提取过程已经完成，此时关掉水泵，同时将第一电压和第二电压都调整为0，然后将提取后的海水通过水泵排除后。
然后调整阀门，将第一阀门和第四阀门关闭、第二阀门和第三阀门打开，使钾提取池和钾储液罐之间、锂提取池和锂储液罐之间分别构成流通回路。并将去离子水作为二次电解反应的电解液，将去离子水打入空气后分别注入两个流通回路中循环流动。通过简单的阀门控制，就可以改变提取装置的流通回路，这种方法操作非常简便。并且可以通过空气泵向去离子水中打入空气，以便于去离子水与钾离子和锂离子进一步地产生化学反应。
步骤S50，通过第一电源向所述钾提取池施加与所述第一电压反向的第三电压以及通过第二电源向所述锂提取池施加与所述第二电压反向的第四电压，并在电压驱动下进行二次电解，以使钾离子从所述钾离子选择性嵌入材料层中脱出、以及锂离子从所述锂离子选择性嵌入材料层中脱出。
此时，通过第一电源和第二电源施加的反向电压，在钾提取池和锂提取池中再次产生电解反应，在钾提取池中的电解反应，会使钾离子从钾离子选择性嵌入材料层中脱出，在锂提取池中的电解反应，会使锂离子从锂离子选择性嵌入材料层中脱出，同时在两个提取池的阳极产生的都是O2还原为OH-还原反应。
由于钾提取池和锂提取池进行电解反应所施加的电压不同，经过实验可得，对钾提取池施加的第三电压的范围为[0.4v，1.4v]，对锂提取池施加的第四电压的范围为[0.5v，1.5v]，在本实施例中优选的将第三电压设置为0.9v，将第四电压设置为1.0v。实际上，根据装置所选择的材料或部件的不同，其第三电压和第四电压的设置也会有所区别，因此在第三电压和第四电压的范围内，可以根据实际情况来设定第三电压和第四电压的数值。
步骤S60，二次电解后得到钾浓缩液进入钾储液罐，锂浓缩液进入锂储液罐。
当钾离子从钾离子选择性嵌入材料层中脱出后，会进入去离子水中形成钾浓缩液，当锂离子从锂离子选择性嵌入材料层中脱出后，进入去离子水中形成锂浓缩液。钾浓缩液和锂浓缩液随着管道进行流动，最后，钾浓缩液会流入钾储液罐中，锂浓缩液则会流入到锂储液罐中。
在得到钾浓缩液和锂浓缩液之后，还可以对钾浓缩液和锂浓缩液做进一步的处理，包括对钾浓缩液中不断通入二氧化碳气体，二氧化碳中的氧原子和碳原子与钾浓缩液中的钾离子产生化学反应，使钾浓缩液转化为碳酸钾溶液；同样的对锂浓缩液中不断通入二氧化碳气体，二氧化碳中的氧原子和碳原子与锂浓缩液中的锂离子产生化学反应，使锂浓缩液转化为碳酸锂固体。除此之外，还可以直接将钾浓缩液和锂浓缩液进行蒸发，蒸发掉水分之后，可以分别得到氢氧化钾固体和氢氧化锂固体。当然，本发明的方法中对于钾浓缩液和锂浓缩液的处理不仅限于上述操作，还可以通过其他的方式得到含钾化合物和含锂化合物。
本发明实施例提出的分级电化学海水提钾和锂的方法基于本发明实施例提出的装置得出，因此其技术特征和技术效果可参照本发明实施例提出的装置部分，在此不予赘述。
综上，本发明实施例提供的一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法，其装置包括钾提取池、钾储液罐、锂提取池和锂储液罐，所述钾提取池和所述钾储液罐通过管道连接构成连通回路，所述锂提取池和所述锂储液罐通过管道连接构成连通回路，所述钾提取池和所述锂提取池通过管道连通，所述钾储液罐和所述锂储液罐通过管道连通；在所述钾提取池和所述锂提取池、所述钾提取池和所述钾储液罐、所述锂提取池和所述锂储液罐、以及所述钾储液罐和所述锂储液罐之间的管道上分别设置有第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；在所述钾提取池和所述钾储液罐、以及锂提取池和所述锂储液罐之间的管道上还分别设置有水泵；所述钾提取池的两端连接第一电源，所述锂提取池的两端连接第二电源；在所述钾提取池的两端分别设置有连接第一电源的第一端板和第二端板，在所述第一端板和第二端板之间设置有第一隔膜，在所述第一端板的内侧设置有钾离子选择性嵌入材料层；在所述锂提取池的两端分别设置有连接第二电源的第三端板和第四端板，在所述第三端板和第四端板之间设置有第二隔膜，在所述第三端板的内侧设置有锂离子选择性嵌入材料层。该装置将钾提取池、钾储液罐、锂提取池和锂储液罐通过管道相连接构成不同的电解液回路，从而使该装置可以同时从海水中提取钾离子和锂离子，并且可以分别单独形成钾浓缩液和锂浓缩液，该装置不仅连接关系简单，操作简便，同时还可以降低提取成本，提高提取效率，并且提高了海水资源的利用率。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分级电化学海水提钾和锂的装置，其特征在于，包括：钾提取池、钾储液罐、锂提取池和锂储液罐，所述钾提取池和所述钾储液罐通过管道连接构成连通回路，所述锂提取池和所述锂储液罐通过管道连接构成连通回路，所述钾提取池和所述锂提取池通过管道连通，所述钾储液罐和所述锂储液罐通过管道连通；
在所述钾提取池和所述锂提取池、所述钾提取池和所述钾储液罐、所述锂提取池和所述锂储液罐、以及所述钾储液罐和所述锂储液罐之间的管道上分别设置有第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；
在所述钾提取池和所述钾储液罐、以及锂提取池和所述锂储液罐之间的管道上还分别设置有水泵；
所述钾提取池的两端连接第一电源，所述锂提取池的两端连接第二电源；
在所述钾提取池的两端分别设置有连接第一电源的第一端板和第二端板，在所述第一端板和第二端板之间设置有第一隔膜，在所述第一端板的内侧设置有钾离子选择性嵌入材料层；
在所述锂提取池的两端分别设置有连接第二电源的第三端板和第四端板，在所述第三端板和第四端板之间设置有第二隔膜，在所述第三端板的内侧设置有锂离子选择性嵌入材料层。
2.根据权利要求1所述的分级电化学海水提钾和锂的装置，其特征在于，在所述第一端板和所述钾离子选择性嵌入材料层之间设有第一碳毡，在所述第二端板的内侧设置有第二碳毡；
在所述第三端板和所述锂离子选择性嵌入材料层之间设有第三碳毡，在所述第四端板的内侧设置有第四碳毡。
3.根据权利要求1所述的分级电化学海水提钾和锂的装置，其特征在于，所述第一端板、所述第二端板、所述第三端板和所述第四端板内侧刻有蛇形流道。
4.根据权利要求1所述的分级电化学海水提钾和锂的装置，其特征在于，所述第一端板、所述第二端板、所述第三端板和所述第四端板均为钛钢板。
5.根据权利要求1所述的分级电化学海水提钾和锂的装置，其特征在于，所述钾离子选择性嵌入材料层所选用的材料为普鲁士蓝、磷酸钛钾、钼酸铁钾中的任一种；
所述锂离子选择性嵌入材料层所选用的材料为尖晶石二氧化锰、磷酸铁、二氧化钛中的任一种。
6.根据权利要求1所述的分级电化学海水提钾和锂的装置，其特征在于，所述第一隔膜和所述第二隔膜均为磺化聚醚醚酮和全氟离子交换膜中的任一种。
7.一种分级电化学海水提钾和锂的方法，其特征在于，包括：
将第一阀门和第四阀门打开、第二阀门和第三阀门关闭，并将海水分别注入钾提取池和锂提取池；
通过第一电源向所述钾提取池施加第一电压以及通过第二电源向所述锂提取池施加第二电压，并在电压驱动下对海水进行电解，以使在所述海水中的钾离子嵌入到钾离子选择性嵌入材料层中、以及锂离子嵌入到锂离子选择性嵌入材料层中；
当回路中电流下降到0时，将所述第一电压和第二电压调整为0；
将所述钾提取池和所述锂提取池中电解后的海水替换为去离子水，并将第一阀门和第四阀门关闭、第二阀门和第三阀门打开；
通过第一电源向所述钾提取池施加与所述第一电压反向的第三电压以及通过第二电源向所述锂提取池施加与所述第二电压反向的第四电压，并在电压驱动下进行二次电解，以使钾离子从所述钾离子选择性嵌入材料层中脱出、以及锂离子从所述锂离子选择性嵌入材料层中脱出；
二次电解后得到钾浓缩液进入钾储液罐，锂浓缩液进入锂储液罐。
8.根据权利要求7所述的分级电化学海水提钾和锂的方法，其特征在于，所述方法还包括：
向所述钾浓缩液中通入二氧化碳气体，以使所述钾浓缩液转化碳酸钾溶液；
向所述锂浓缩液中通入二氧化碳气体，以使所述锂浓缩液转化为碳酸锂固体。
9.根据权利要求7所述的分级电化学海水提钾和锂的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述钾浓缩液蒸发掉水分，得到氢氧化钾固体；
将所述锂浓缩液蒸发掉水分，得到氢氧化锂固体。
10.根据权利要求7所述的分级电化学海水提钾和锂的方法，其特征在于，所述第一电压的范围为[1v，2v]，所述第二电压的范围为[1.3v，2.3v]，所述第三电压的范围为[0.4v，1.4v]，所述第四电压的范围为[0.5v，1.5v]。
CN202111030333.5A 2021-09-02 2021-09-02 一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法 Active CN113881848B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111030333.5A CN113881848B (zh) 2021-09-02 2021-09-02 一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111030333.5A CN113881848B (zh) 2021-09-02 2021-09-02 一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113881848A true CN113881848A (zh) 2022-01-04
CN113881848B CN113881848B (zh) 2022-05-31

Family

ID=79012282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111030333.5A Active CN113881848B (zh) 2021-09-02 2021-09-02 一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113881848B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102373341A (zh) * 2010-08-12 2012-03-14 独立行政法人日本原子力研究开发机构 锂的回收方法及锂的回收装置
US20140227154A1 (en) * 2009-04-24 2014-08-14 Simbol Inc. Preparation of Lithium Carbonate From Lithium Chloride Containing Brines
CN109487294A (zh) * 2018-10-31 2019-03-19 南京工业大学 一种海水或卤水提钾的方法
CN110616438A (zh) * 2019-08-19 2019-12-27 南京宁智高新材料研究院有限公司 一种电化学制备高纯电池级氢氧化锂的装置及其方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140227154A1 (en) * 2009-04-24 2014-08-14 Simbol Inc. Preparation of Lithium Carbonate From Lithium Chloride Containing Brines
CN102373341A (zh) * 2010-08-12 2012-03-14 独立行政法人日本原子力研究开发机构 锂的回收方法及锂的回收装置
CN109487294A (zh) * 2018-10-31 2019-03-19 南京工业大学 一种海水或卤水提钾的方法
CN110616438A (zh) * 2019-08-19 2019-12-27 南京宁智高新材料研究院有限公司 一种电化学制备高纯电池级氢氧化锂的装置及其方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113881848B (zh) 2022-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107129011B (zh) 一种电解—离子膜耦合处理高氯盐有机废水的装置及方法
EP3504162A1 (en) Electrochemical system for recovery of components from a waste stream and method there for
CN112159902A (zh) 一种基于电容法的电水提锂联产系统
CN110550704A (zh) 一种利用混合流体电极材料实现超低能耗连续除盐的方法
CN113881848B (zh) 一种分级电化学海水提钾和锂的装置和方法
CN217555865U (zh) 一种铜离子氧化还原电解质构筑的多通道电容脱盐装置
CN212770997U (zh) 一种制备钒电池电解液的电解装置
CN115332594A (zh) 一种基于氧化还原靶向反应的实现高脱盐通量的脱盐液流电池系统
CN104862730A (zh) 一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法及应用于该方法的专用电解槽
CN115394366A (zh) 一种高容量保持率的钒电池电解液的设计方法及其应用
CN205367823U (zh) Fenton法结合双极膜技术处理高盐工业废水电解槽
CN112928298B (zh) 一种锌溴单液流电池结构
CN111313048B (zh) 不易析氯的海水酸化电解池导流极板结构
CN103290415A (zh) 酸性蚀刻液的处理工艺及系统
CN109704442B (zh) 一种用于海水酸化装置的电极板结构
KR102041554B1 (ko) 효율적인 수소-전기 생산이 가능한 역전기 투석 장치를 이용한 하이브리드 발전 시스템 및 에너지 자립형 수소-전기 복합 충전 스테이션
CN221028702U (zh) 制氢系统
CN216998596U (zh) 一种海水直接制氢装置
CN220468095U (zh) 一种电化学提锂的模块化装置
WO2011093124A1 (ja) 水処理装置
CN219752007U (zh) 一种电渗析处理系统
US20230097875A1 (en) Ferric ion reduction system to enable electrolyte rebalance within an iron flow battery
CN217983425U (zh) 一种用于高效电催化生产中性双氧水的电堆结构
CN218059236U (zh) 一种用于高效电催化生产双氧水和氢气的生产装置
CN211036172U (zh) 碱性无氰镀铜液在线电解再生回收系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant