CN115652326A - 一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li的方法 - Google Patents

一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li的方法 Download PDF

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陈标华
刘磊
刘宁
于刚强
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Abstract

本发明提供一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li的方法。所述方法使用AEM电解槽，在电场的作用下，OH‑穿过阴离子交换膜从阴极传导到阳极，和Mg2+结合生成Mg(OH)2沉淀。所述方法具有低成本、高效率的优点，能够有效脱除盐湖卤水中的Mg2+，使得卤水中Mg和Li的摩尔比可以降低至0.6以下。

Description

一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li的 方法
技术领域
本发明涉及一种从盐湖卤水中分离Mg和Li的方法，尤其涉及一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li的方法。
背景技术
随着锂离子电池的快速发展，锂在新能源材料领域受到了广泛的关注。我国是一个锂资源大国，有着丰富的盐湖锂资源，仅在青海省的盐湖区就存在着上千万吨的LiCl。盐湖卤水成分复杂，有着大量的金属和非金属元素，其中对盐湖卤水提锂工艺最具干扰的元素是镁，而我国青海盐湖的镁锂比普遍高于60。因为镁和锂的物理化学性质接近，且盐湖卤水中镁的含量远高于锂，镁锂分离十分困难。因此，高镁锂比是我国利用青海盐湖工业化生产Li产品的最大障碍之一。锂作为重要的新能源战略资源之一，加快锂资源的开发，对中国锂工业的发展具有重要意义。
CN103253689B公开了一种从盐湖卤水中提取锂的方法，其顺序包括如下步骤：(a)将高镁锂比的盐湖卤水A与含锂的碳酸盐型盐湖卤水B混合以使高镁锂比的盐湖卤水A中的镁离子与含锂的碳酸盐型盐湖卤水B中的碳酸根离子发生沉淀反应；(b)进行固液分离以获得三水碳酸镁固体和溶液L1；(c)蒸发浓缩溶液L1以获得锂富集的溶液L2；(d)向溶液L2中添加碳酸钠饱和溶液以析出碳酸锂，接着通过固液分离获得碳酸锂。
CN103508462B公开了一种综合利用碳酸盐型盐湖卤水中钾、硼、锂的方法，通过引入酸化工艺将卤水类型由碳酸盐型转化为氯化物型，使卤水组成简单化，从而有效解决了碳酸盐型盐湖卤水中联合提取钾、硼、锂的技术难题。该方法采用酸化工艺调整卤水pH值，对酸化后的卤水采用溶剂萃取法提取硼酸；萃取液进入钠盐池，日晒蒸发析出钠盐，之后进入钾盐池析出钾混盐；采用浮选法提纯钾混盐制取氯化钾；对富集锂的析钾母液采用沉淀法提取碳酸锂，提锂后的老卤返回至酸化池循环利用。
然而，从盐湖卤水中分离Mg和Li的传统方法如化学沉淀法和溶剂萃取法由于需要消耗大量的能量导致其应用受到限制。因此开发新技术，从高镁锂比盐湖卤水中分离Mg和Li对于我国发展Li工业具有重要价值。
综上所述，开发一种从高镁锂比盐湖卤水中分离Mg和Li的低成本、高效率的方法，是亟需解决的方法。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明提供一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li的方法。所述方法使用AEM电解槽，在电场的作用下，OH-穿过阴离子交换膜从阴极传导到阳极，和Mg2+结合生成Mg(OH)2沉淀。所述方法具有低成本、高效率的优点，能够有效脱除盐湖卤水中的Mg2+。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：使用AEM电解槽，阴极室装有水，阳极室装有盐湖卤水，所述阴极室和所述阳极室之间设置有阴离子交换膜，在电场的作用下，电解过程中所述阴极室中的水得电子生成H2和OH-，OH-穿过所述阴离子交换膜进入到所述阳极室，与所述阳极室中的Mg2+结合生成Mg(OH)2沉淀，所述阳极室中的Cl-失电子生成Cl2，Cl2可以与OH-反应生成ClO-；
步骤S2：过滤除去所述阳极室中生成的Mg(OH)2，将含Li+溶液经浓缩和结晶处理得到Li产品，所述Li产品包括LiOH、LiClO和LiCl等。
进一步地，步骤S1中，所述盐湖卤水为高镁锂比的盐湖卤水，含有MgCl2和LiCl，Mg和Li的摩尔比高于60。
进一步地，步骤S1中，所述AEM电解槽的工作温度为65-85℃。
进一步地，步骤S1中，所述AEM电解槽的工作压力为0.1-3.2MPa。
进一步地，步骤S1中，所述电解槽的直流电压为2-10V。
进一步地，步骤S1中，所述阴极室中的OH-的生成速率可以通过直流电压的大小进行控制。
进一步地，步骤S1中，所述OH-的生成速率为136.7mol/min-156.3mol/min。
进一步地，步骤S2中，所述Li产品包括LiOH、LiClO和LiCl等。
进一步地，步骤S2中，电解产生的H2和Cl2经过加工处理后可以得到相关化工产品。
本发明的有益效果如下：
本发明提供一种利用阴离子交换膜电解水分离盐湖卤水中Mg和Li的方法，通过阴极室电解产生的OH-与阳极室中的Mg2+结合产生Mg(OH)2沉淀，实现了对盐湖卤水Mg2+的脱除。本发明对高镁锂比的盐湖卤水中Mg2+的脱除效果可以达到99％以上，运行成本仅为氢氧化钠沉淀方案的30％左右，能够为从高镁锂比盐湖卤水中脱除镁提供可行的技术手段。
常温条件下，Mg(OH)2在水中的溶解度为0.0009g/100g，LiOH在水中的溶解度为12.8g/100g。传统的沉淀分离方法采用氢氧化钠对高镁锂比的盐湖卤水中的Mg2+进行分离，由于氢氧化钠价格很高，导致这种沉淀分离方法成本昂贵。本发明利用电解水的技术，采用阴离子交换膜，其中，阴离子交换膜的作用是将阴极室电解水产生的OH-从阴极传导到阳极，同时阻止阳离子和气体通过，这样做的好处是通过调节OH-的生成速率可以辅助Mg(OH)2沉淀颗粒生长；同时采用阴离子交换膜的方法，可使用廉价的非贵金属催化剂充当电极材料，有效控制运营成本。
附图说明
图1为本发明的利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li的原理示意图。
具体实施方式
实施例
以下结合实施例对发明做详细的说明：
实施例1
如图1所示，电解过程中使用阴离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室，阴离子交换膜的作用是将阴极室电解水产生的OH-从阴极传导到阳极，同时阻止阳离子和气体通过。一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li，包括如下步骤：
步骤S1：使用AEM电解槽，阴极室装有水，阳极室装有盐湖卤水，阴极室和阳极室之间设置有阴离子交换膜，在电场的作用下，电解过程中阴极室中的水得电子生成H2和OH-，OH-穿过阴离子交换膜进入到阳极室，与阳极室中的Mg2+结合生成Mg(OH)2沉淀，阳极室中的Cl-失电子生成Cl2，Cl2可以与OH-反应生成ClO-；
盐湖卤水为高镁锂比的盐湖卤水，含有MgCl2和LiCl，Mg和Li的摩尔比为65；
AEM电解槽的工作温度为65-85℃；
电解槽系统操作的直流电压为2-10V；
OH-的生成速率为136.7mol/min-156.3mol/min；
步骤S2：过滤除去阳极室中生成的Mg(OH)2，将含Li+溶液经浓缩和结晶处理得到Li产品，Li产品包括LiOH、LiClO和LiCl等。
实施例1的方法脱除Mg2+的能耗约为1600度电/吨氢氧化镁。盐湖卤水中Mg离子的脱除率可以达到99％以上，卤水中Mg和Li的摩尔比可以降低至0.5左右。
实施例2：
一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li，包括如下步骤：
步骤S1：使用AEM电解槽，阴极室装有水，阳极室装有盐湖卤水，阴极室和阳极室之间设置有阴离子交换膜，在电场的作用下，电解过程中阴极室中的水得电子生成H2和OH-，OH-穿过阴离子交换膜进入到阳极室，与阳极室中的Mg2+结合生成Mg(OH)2沉淀，阳极室中的Cl-失电子生成Cl2，Cl2可以与OH-反应生成ClO-；
盐湖卤水为高镁锂比的盐湖卤水，含有MgCl2和LiCl，Mg和Li的摩尔比为80；
AEM电解槽的工作温度为65-85℃；
电解槽系统操作的直流电压为2-10V；
OH-的生成速率为136.7mol/min-156.3mol/min；
步骤S2：过滤除去阳极室中生成的Mg(OH)2，将含Li+溶液经浓缩和结晶处理得到Li产品，Li产品包括LiOH、LiClO和LiCl等。
实施例2的方法脱除Mg2+的能耗约为1700度电/吨氢氧化镁。盐湖卤水中Mg离子的脱除率可以达到99％以上，卤水中Mg和Li的摩尔比可以降低至0.5左右。
实施例3：
一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li，包括如下步骤：
步骤S1：使用AEM电解槽，阴极室装有水，阳极室装有盐湖卤水，阴极室和阳极室之间设置有阴离子交换膜，在电场的作用下，电解过程中阴极室中的水得电子生成H2和OH-，OH-穿过阴离子交换膜进入到阳极室，与阳极室中的Mg2+结合生成Mg(OH)2沉淀，阳极室中的Cl-失电子生成Cl2，Cl2可以与OH-反应生成ClO-；
盐湖卤水为高镁锂比的盐湖卤水，含有MgCl2和LiCl，Mg和Li的摩尔比为100；
AEM电解槽的工作温度为65-85℃；
电解槽系统操作的直流电压为2-10V；
OH-的生成速率为136.7mol/min-156.3mol/min；
步骤S2：过滤除去阳极室中生成的Mg(OH)2，将含Li+溶液经浓缩和结晶处理得到Li产品，Li产品包括LiOH、LiClO和LiCl等。
实施例3的方法脱除Mg2+的能耗约为1800度电/吨氢氧化镁。盐湖卤水中Mg离子的脱除率可以达到99.5％以上，卤水中Mg和Li的摩尔比可以降低至0.6左右。
实施例4：
一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li，包括如下步骤：
步骤S1：使用AEM电解槽，阴极室装有水，阳极室装有盐湖卤水，阴极室和阳极室之间设置有阴离子交换膜，在电场的作用下，电解过程中阴极室中的水得电子生成H2和OH-，OH-穿过阴离子交换膜进入到阳极室，与阳极室中的Mg2+结合生成Mg(OH)2沉淀，阳极室中的Cl-失电子生成Cl2，Cl2可以与OH-反应生成ClO-；
盐湖卤水为高镁锂比的盐湖卤水，含有MgCl2和LiCl，Mg和Li的摩尔比为130；
AEM电解槽的工作温度为65-85℃；
电解槽系统操作的直流电压为2-10V；
OH-的生成速率为136.7mol/min-156.3mol/min；
步骤S2：过滤除去阳极室中生成的Mg(OH)2，将含Li+溶液经浓缩和结晶处理得到Li产品，Li产品包括LiOH、LiClO和LiCl等。
实施例4的方法脱除Mg2+的能耗约为1850度电/吨氢氧化镁。盐湖卤水中Mg离子的脱除率可以达到99.5％以上，卤水中Mg和Li的摩尔比可以降低至0.6左右。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种利用阴离子交换膜电解水从盐湖卤水中分离Mg和Li的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：使用AEM电解槽，阴极室装有水，阳极室装有盐湖卤水，所述阴极室和所述阳极室之间设置有阴离子交换膜，在电场的作用下，电解过程中所述阴极室中的水得电子生成H2和OH-，OH-穿过所述阴离子交换膜进入到所述阳极室，与所述阳极室中的Mg2+结合生成Mg(OH)2沉淀，所述阳极室中的Cl-失电子生成Cl2，Cl2可以与OH-反应生成ClO-；
步骤S2：过滤除去所述阳极室中生成的Mg(OH)2，将含Li+溶液经浓缩和结晶处理得到Li产品，所述Li产品包括LiOH、LiClO和LiCl等。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述盐湖卤水为高镁锂比的盐湖卤水，含有MgCl2和LiCl，Mg和Li的摩尔比高于60。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述AEM电解槽的工作温度为65-85℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述AEM电解槽的工作压力为0.1-3.2MPa。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述电解槽的直流电压为2-10V。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述阴极室中的OH-的生成速率通过直流电压的大小进行控制。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述OH-的生成速率为136.7mol/min-156.3mol/min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述Li产品包括LiOH、LiClO和LiCl。
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