CN115353126A - 一种基于咪唑类离子液体分离有价金属元素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种咪唑类离子液体分离有价金属元素的方法，包括:准备步骤，配制等摩尔的离子液体前驱体溶液：1‑丁基‑3‑甲基咪唑氯盐溶液和双三氟磺酰亚胺锂溶液，称取锂和镍的醋酸盐固体溶于水中；离子液体前驱体发生离子交换反应，收集上层的LiCl溶液便于后续使用，下层得到了离子液体；反应步骤，采用萃取法把溶液中的锂离子转移至有机相，再用反萃剂将锂离子转移至水溶液中，将反萃液与上层LiCl溶液混合、浓缩；后处理步骤，利用碳酸钠溶液沉淀锂离子，对沉淀物进行离心洗涤和干燥,获得碳酸锂。本发明通过利用离子液体萃取锂并制备电池级碳酸锂，实现了废液中金属锂的回收与再利用。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子溶液的回收，尤其涉及到一种咪唑类离子液体分离有价金属元素的方法。
背景技术
锂作为质量最轻的金属元素，在电池、陶瓷玻璃、粘合剂、润滑剂、金属合金和航空航天等工业领域有着广泛的应用，因此被视为一种新型战略能源。锂已经成为开发工业产品的关键，特别是用于电子设备和电动汽车的锂离子电池，过去几年对锂的需求显著增加。锂离子电池(LIBs)拥有体积小、兼容性好、能量密度高等优点，在生活和工业上中得到了广泛的应用。Li2CO3是生产电池正极材料LiCoO2的前驱体，从LiCoO2的需求以及对LiCoO2品质要求的提高，必须生产更高规格纯度的Li2CO3来满足当前市场需求。
专利CN113955776A提供了一种碳酸锂的制备方法，包括调浆、中和浸出、离子交换、沉锂、分离与干燥等诸多步骤。使用超声技术应用于锂离子的浸出，整个过程中锂的回收率得到了一定的提高；同时，产生的废渣中得到了较好的利用，副产品硫酸钠制备过程中热析母液也得到了进一步的处理，提高了整个过程的锂收率，但是过程比较复杂。
发明内容
本发明主要目的是利用咪唑类离子液体分离锂、镍溶液中金属的锂，同时制备Li2CO3。
为了达到上述目的，利用离子液体萃取锂并制备高纯碳酸锂的方法，包括以下步骤：
准备步骤，配制等摩尔的离子液体前驱体溶液：1-丁基-3-甲基咪唑氯盐溶液和双三氟磺酰亚胺锂溶液，称取锂和镍的醋酸盐固体溶于水中；离子液体前驱体发生离子交换反应，收集上层的LiCl溶液便于后续使用，下层得到了离子液体；
反应步骤，采用萃取法把溶液中的锂离子转移至有机相，再用反萃剂将锂离子转移至水溶液中，将反萃液与上层LiCl溶液混合、浓缩；
后处理步骤，利用碳酸钠溶液沉淀锂离子，趁热过滤，对沉淀物进行高温纯水洗涤和干燥,获得碳酸锂。
进一步地，在准备步骤中，锂离子浓度在0.1g/L~5.5g/L，镍离子浓度在0.05g/L~0.5g/L。
进一步地，在准备步骤中，配制萃取剂C272的浓度（有机相的体积分数）为5%~25%，改性剂磷酸三丁酯的浓度为5%~10%。
进一步地，在准备步骤中，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐浓度在0.5~5M，双三氟磺酰亚胺锂溶液浓度在0.55~5.5M。
进一步地，在准备步骤中，反应温度为25℃~45℃、反应时间为2~10min。
进一步地，在准备步骤中，向1-丁基-3-甲基咪唑氯盐溶液中滴加1.1倍浓度的双三氟磺酰亚胺锂溶液；30℃下搅拌5h后分相，收集上层的LiCl溶液，下层得到了离子液体粗产品。
进一步地，在准备步骤中，利用乙酸乙酯纯化离子液体，使用乙酸乙酯纯化离子液体，再用超纯水清洗，直到清洗液中无氯离子残余（滴加经过硝酸酸化的AgNO3溶液至无白色沉淀产生）。
进一步地，在准备步骤中，利用减压蒸馏除去乙酸乙酯、水后得到无色粘稠状液体，把产品在80℃下真空干燥8h，得到高纯度的离子液体。
进一步地，在反应步骤中，利用萃取法提取锂时，萃取剂TBP的浓度（有机相的体积分数）为60%~80%，协萃剂离子液体的浓度为5%~20%，稀释剂二氯乙烷的浓度为5%~20%。
进一步地，在反应步骤中，添加抑制剂为乙酸铵、氨水、硫酸铵、氯化铵、硫酸氢铵、硝酸铵中的任一种，洗涤剂浓度为0.01mol/L~5mol/L。
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进一步地，在反应步骤中，萃取时有机相与水相的体积比为1/4~5/2。
进一步地，在反应步骤中，反应温度为25℃~50℃、反应时间为10~60min。
进一步地，在反应步骤中，反萃剂为硝酸、盐酸、硫酸、乙酸中的任一种，洗涤剂浓度为0.5mol/L~5mol/L。
进一步地，在反应步骤中，反萃液与上层LiCl溶液混合，浓度浓缩至0.3M~2.5M。
进一步地，在反应步骤中，碳酸钠的浓度为锂离子浓度的0.8倍~1.2倍；沉淀的温度为50℃~95℃，时间为10min~60min，转速为200~700r/min。
进一步地，在后处理步骤中，在温度70℃~120℃下干燥，时间为1h~5h。
进一步地，在后处理步骤中，干燥温度为80℃~110℃，时间为2h~4h。
本发明主要目的是回收锂、镍溶液中金属锂，经制备离子液体、萃取、反萃、沉淀、洗涤、干燥，得到了结晶性好、纯度高的的碳酸锂。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的碳酸锂的X射线衍射图谱。
具体实施方式
实施例1
配制2M 1-丁基-3-甲基咪唑氯盐溶液和2M的双三氟磺酰亚胺锂溶液，二者发生离子交换反应。收集上层的LiCl溶液，下层得到了离子液体的粗产品。使用乙酸乙酯纯化离子液体，再用超纯水清洗，直到清洗液中无氯离子残余，除去乙酸乙酯、水得到高纯度的离子液体。配制锂离子浓度为0.5g/L，镍离子浓度为0.2g/L，不添加乙酸铵溶液。配制萃取剂TBP浓度为85%，协萃剂离子液体的浓度为10%，稀释剂二氯乙烷浓度为5%。萃取时有机相与水相的体积比为2/1，反应温度为30℃、反应时间为30min，锂的萃取率为78.93%，镍的萃取率为29.11%。配制反萃剂为盐酸浓度为1.5M，反萃液与上层LiCl溶液混合、浓缩至1.3M，加入1.1倍Li浓度的碳酸钠溶液。沉淀温度在80℃，时间为60min，转速400r。趁热过滤并洗涤、干燥。干燥温度为120℃，时间为5h，得到白色的碳酸锂。
实施例2
配制2M 1-丁基-3-甲基咪唑氯盐溶液和2M的双三氟磺酰亚胺锂溶液，二者发生离子交换反应。收集上层的LiCl溶液，下层得到了离子液体的粗产品。使用乙酸乙酯纯化离子液体，再用超纯水清洗，直到清洗液中无氯离子残余，除去乙酸乙酯、水得到高纯度的离子液体。配制锂离子浓度为0.5g/L，镍离子浓度为0.2g/L，乙酸铵浓度为0.15M。配制萃取剂TBP浓度为85%，协萃剂离子液体的浓度为10%，稀释剂二氯乙烷浓度为5%。萃取时有机相与水相的体积比为2/1，反应温度为30℃、反应时间为30min，锂的萃取率为64.32%，镍的萃取率为0。配制反萃剂为盐酸浓度为1.5M，反萃液与上层LiCl溶液混合、浓缩至1.3M，加入1.1倍Li浓度的碳酸钠溶液。沉淀温度在80℃，时间为60min，转速400r。趁热过滤并洗涤、干燥。干燥温度为120℃，时间为5h。得到白色的碳酸锂，其X射线衍射图谱如图1所示，纯度为99.74%
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。本方法所采用的离子液体可用于分离包括但不仅限于锂、镍、钒、钛等金属元素。
Claims (10)
1.一种咪唑类离子液体分离有价金属元素的方法，其特征包括以下步骤：
准备步骤，配制等摩尔的离子液体前驱体溶液：1-丁基-3-甲基咪唑氯盐溶液和双三氟磺酰亚胺锂溶液，称取锂和镍的醋酸盐固体溶于水中；离子液体前驱体发生离子交换反应，收集上层的LiCl溶液便于后续使用，下层得到了离子液体；
反应步骤，采用萃取法把溶液中的锂离子转移至有机相，再用反萃剂将锂离子转移至水溶液中，将反萃液与上层LiCl溶液混合、浓缩；
后处理步骤，利用碳酸钠溶液沉淀锂离子，趁热过滤，对沉淀物进行高温纯水洗涤和干燥,获得碳酸锂。
2.根据权利要求1所述离子液体分离有价金属元素的方法，其特征在于准备步骤中，锂离子浓度在0.1g/L~5.5g/L，镍离子浓度在0.05g/L~0.5g/L，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐浓度在0.5~5M，双三氟磺酰亚胺锂溶液浓度在0.55~5.5M。
3.根据权利要求1所述离子液体分离有价金属元素的方法，其特征在于准备步骤中，向1-丁基-3-甲基咪唑氯盐溶液中滴加1.1倍浓度的双三氟磺酰亚胺锂溶液；30℃下搅拌5h后分相，收集上层的LiCl溶液，下层得到了离子液体粗产品，利用乙酸乙酯纯化离子液体，使用乙酸乙酯纯化离子液体，再用超纯水清洗，直到清洗液中无氯离子残余。
4.根据权利要求1所述离子液体分离有价金属元素的方法，其特征在于准备步骤中，利用减压蒸馏除去乙酸乙酯、水后得到无色粘稠状液体，把产品在80℃下真空干燥8h，得到高纯度的离子液体。
5.根据权利要求1所述离子液体分离有价金属元素的方法，其特征在于反应步骤中，利用萃取法提取锂时，萃取剂TBP的浓度（有机相的体积分数）为60%~80%，协萃剂离子液体的浓度为5%~20%，稀释剂二氯乙烷的浓度为5%~20%；萃取时有机相与水相的体积比为1/4~5/2；反应温度为25℃~50℃、反应时间为10~60min。
6.根据权利要求1所述离子液体分离有价金属元素的方法，其特征在于反应步骤中，添加抑制剂为乙酸铵、氨水、硫酸铵、氯化铵、硫酸氢铵、硝酸铵中的任一种，洗涤剂浓度为0.01mol/L~5mol/L。
7.根据权利要求1所述离子液体分离有价金属元素的方法，其特征在于反应步骤中，反萃剂为硝酸、盐酸、硫酸、乙酸中的任一种，洗涤剂浓度为0.5mol/L~5mol/L。
8.根据权利要求1所述离子液体分离有价金属元素的方法，其特征在于反应步骤中，反萃液与上层LiCl溶液混合，浓度浓缩至0.3M~2.5M。
9.根据权利要求1所述离子液体分离有价金属元素的方法，其特征在于后处理步骤中，碳酸钠的浓度为锂离子浓度的0.8倍~1.2倍；沉淀的温度为50℃~95℃，时间为10min~60min，转速为200~700r/min。
10.根据权利要求1所述离子液体分离有价金属元素的方法，其特征在于后处理步骤中，在温度70℃~120℃下干燥，时间为1h~5h。
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