CN116022876A - 油田卤水提锂的吸附组合体及吸附方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田卤水提锂吸附剂领域，公开了油田卤水提锂的吸附组合体及吸附方法，其中，所述组合体包括三段吸附剂，其中一段吸附剂和二段吸附剂为锰系离子筛吸附剂，三段吸附剂为铝系吸附剂；所述一段吸附剂的颗粒粒径和所述二段吸附剂的颗粒粒径不同。针对油田地下伴生卤水含锂量低的特点，利用不同规格的锰系离子筛吸附剂和铝系吸附剂，选用分段组合的方式组合成一个多段吸附组合体，采用一次流经动态吸附方式进行分离提纯，一方面可有效提升低浓度锂含量的油田卤水中锂资源的回收率，另一方面保证了吸附剂维持较低的锰溶损，实现多次循环吸附。
Description
技术领域
本发明涉及油田卤水提锂吸附剂领域，具体涉及一种油田卤水提锂的多段吸附组合体及吸附方法。
背景技术
在现阶段，新能源产业的强势发展推动了锂资源需求量的不断上升，动力、储能锂电池呈现了快速增加趋势，带动了锂资源、原料的需求量的上升。包括锂辉石矿石和盐湖锂资源的源头锂矿资源有效开采受到了极大的关注。锂资源已经成为发展我国新能源产业的战略原料。
但是国内锂矿石资源越来越少，大部分矿石原料依赖进口，资源受制于人，也导致成本升高，主要依赖于矿石和盐湖锂资源。除了矿石和盐湖锂资源以外，我国丰富的地下水中(油井水)含有的锂资源还没有得到应有的重视。目前盐湖提锂中使用的提锂技术主要有离子交换膜电渗析法、铝系离子筛吸附法、高压纳滤膜纳滤法等。虽然有铝酸盐吸附法和电渗透膜法已经应用，但是这些方法适用于从高锂浓度卤水中的提取回收，而油田地下水的中锂离子浓度往往偏低，锂离子浓度约为20-30mg/L，分离浓缩方法受到限制，因此上述方法不适用于油田地下水中锂元素的提取。因此，开发适用于油田卤水中提锂的方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的含锂量低的油田卤水缺乏有效提锂方法，吸附剂中锰溶损较高的问题，提供一种油田卤水提锂的吸附组合体及吸附方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种油田卤水提锂的吸附组合体，其中，所述组合体包括三段吸附剂，其中一段吸附剂和二段吸附剂为锰系离子筛吸附剂，三段吸附剂为铝系吸附剂；所述一段吸附剂的颗粒粒径和所述二段吸附剂的颗粒粒径不同。
本发明第二方面提供一种油田卤水提锂的吸附方法，包括上述第一方面提供的吸附组合体。
本发明中，针对油田地下伴生卤水含锂量低的特点，利用不同规格的锰系离子筛吸附剂和铝系吸附剂，选用分段组合的方式组合成一个多段吸附组合体，采用一次流经动态吸附方式进行分离提纯，一方面可有效提升低浓度锂含量的油田卤水中锂资源的回收率，另一方面保证了吸附剂维持较低的锰溶损，实现多次循环吸附。
附图说明
图1是实施例1中的油田卤水提锂装置的示意图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供了一种油田卤水提锂的吸附组合体，其中，所述组合体包括三段吸附剂，其中一段吸附剂和二段吸附剂为锰系离子筛吸附剂，三段吸附剂为铝系吸附剂；所述一段吸附剂的颗粒粒径和所述二段吸附剂的颗粒粒径不同。
在本发明中，所述吸附组合体用于油田卤水的提锂，油田地下水的中锂离子浓度往往偏低，锂离子浓度约为20-30mg/L，分离浓缩方法受到限制，因此用于盐湖提锂的单一吸附剂和常规技术并不适用于油田地下水中锂元素的提取。根据本发明，利用不同颗粒尺寸规格的锰系离子筛吸附剂和铝系吸附剂，选用分段组合的方式组合成一个多段吸附组合体进行分离提纯，通过不同颗粒粒径的锰系离子筛吸附剂分段组合，有利于改善锰系离子筛抗溶损性能和结构稳定性，进一步组合铝系吸附剂，可以除去锰系吸附液中的钙、镁、锰等离子，有效解决镁锂分离、提高整体吸附效率，实现了对于油田地下水中锂元素的有效提取。
在本发明中，所述锰系离子筛吸附剂为具有尖晶石结构的锰系吸附剂，所述一段吸附剂和二段吸附剂的组成可以相同或不同，只要满足上述结构要求即可。
根据本发明一种优选的实施方式，所述一段吸附剂和二段吸附剂各自独立地选自λ-MnO2、MnO2·0.31H2O、MnO2·0.5H2O中的至少一种，进一步优选为MnO2·0.5H2O。
根据本发明一种优选的实施方式，其中，所述一段吸附剂的比表面积为14-52m2/g，优选为30-50m2/g；二段吸附剂的比表面积为20-88m2/g，优选为40-85m2/g。在上述优选的条件下，有利于提升对锂离子的吸附效果。
根据本发明一种优选的实施方式，其中，所述一段吸附剂的粒径大于二段吸附剂的粒径。采用粗粒径的一段吸附剂和细粒径的二段吸附剂的组合有助于吸附组合体维持较低的锰溶损，如果一段吸附剂的粒径较小，可能会导致降低锂离子筛的使用寿命、加剧锰溶损。
根据本发明一种优选的实施方式，所述一段吸附剂粒径为2.4-3.5mm，进一步优选为2.8-3.2mm。
根据本发明一种优选的实施方式，所述二段吸附剂粒径为1.6-2.3mm，进一步优选为1.8-2mm。
在本发明中，本领域技术人员可以通过常规的方法制备得到所述锰系离子筛吸附剂，只要满足上述的要求即可。例如，以Mn2O3或γ-MnOOH或MnCl2与LiOH反应得到中间体LiMnO2，将中间体LiMnO2在空气中焙烧得到前驱体Li1.6Mn1.6O4，进一步将前驱体酸洗得到锰系离子筛MnO2·0.5H2O。
在本发明中，对于所述三段吸附剂的具体种类选择范围较宽，可以选自任意常用的铝系吸附剂，优选地，所述三段吸附剂为锂铝复合金属氢氧化物，所述锂铝复合金属氢氧化物中的Li/Al摩尔比为0.2-0.5：1，进一步优选地，所述所述锂铝复合金属氢氧化物中的Li/Al摩尔比为0.26、0.34、0.5中的至少一种，更优选为0.34。
在本发明中，所述三段吸附剂可以采用例如以下的一步合成法方法制得：按照设定的Li/Al摩尔比将AlCl3和LiCl与水进行混合溶解，再与NaOH溶液搅拌反应，形成锂铝复合金属氢氧化物LiCl·2Al(OH)3·nH2O，经烘干、研磨、成型后制得所述三段吸附剂。
根据本发明中的一种优选的实施方式，所述三段吸附剂的成型方法选自任意常规的技术手段。优选地，可以采用粘合型、聚合型、喷雾型造粒法中的至少一种，优选为聚合型成型。具体地，将吸附剂粉末与高聚物、制孔剂等混合均匀，经交联聚合，制备一定尺寸的颗粒吸附剂。所述高聚物选自三聚氰胺树脂、琼脂糖、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。
通过三段吸附剂与一、二段吸附剂的组合，可以除去锰系吸附液中的镁离子，有效解决镁锂分离，从而有效提升低浓度锂含量的油田卤水中的锂资源的回收率。
根据本发明一种优选的实施方式，所述三段吸附剂的比表面积为40-80m2/g，优选为52-76m2/g。
根据本发明一种优选的实施方式，其中，所述三段吸附剂为条形剂，直径为0.5-2mm，长度为1.5-7mm；优选地，所述三段吸附剂的直径为0.8-1.5mm，长度为2-5mm。采用以上优选的实施方式，有助于增大吸附剂比表面积、增强动态吸附效果和机械强度。
根据本发明一种优选的实施方式，其中，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为10-30重量％，二段吸附剂的含量为15-40重量％，三段吸附剂的含量为30-75重量％；优选地，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为10-25重量％，二段吸附剂的含量为20-35重量％，三段吸附剂的含量为40-70重量％。在上述优选的情况下，有利于提高锰系离子筛的稳定性，除去多余杂质离子，有效解决镁锂分离、提高整体吸附效率。
本发明第二方面提供一种油田卤水提锂的吸附方法，其中，包括：将油田卤水与上述第一方面提供的吸附组合体进行接触。
根据本发明，所述油田卤水提锂的吸附方法可以采用常规的反应器进行组合实现，例如，可以采用吸脱附塔、吸脱附床、吸脱附箱等。优选地，所述吸脱附塔通过串联的方式连接，采用一次流经动态吸附方式。进一步优选地，所述方法包括：将油田卤水送入第一吸脱附塔与一段吸附剂进行接触反应，得到第一吸附塔流出物，所述第一吸脱附塔流出物进入第二吸脱附塔中，与二段吸附剂进行接触反应，得到第二吸脱附塔流出物，所述第二吸脱附塔流出物进入第三吸脱附塔中，与三段吸附剂进行接触反应。
根据本发明一种优选的实施方式，其中，所述吸附组合体与油田卤水的体积比为1：30-1：65，当所述多段吸附组合体与油田卤水体积比高于1：30时，吸附剂不能被充分利用，利用率较低、经济性差，当所述多段吸附组合体与油田卤水体积比低于1：65时，吸附剂的吸脱附效率过低；进一步优选地，所述吸附组合体与油田卤水的体积比为1：45-1：55，在上述优选的情况下，有利于最大化利用吸附剂、降低能耗。
根据本发明一种优选的实施方式，所述吸附方法还包括分离提纯过程，所述分离过程可以为任意常规的分离工艺，例如超滤、反渗透、电渗析等，优选地，所述分离过程包括：超滤和/或反渗透。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，采用的原料卤水的锂含量为21-36mg/L。
制备例1
按照Li/Al摩尔比0.34：1准确称取AlCl3和LiCl混合溶解在水中，与NaOH溶液搅拌反应，经烘干、研磨后制得锂铝复合金属氢氧化物A1。
制备例2
按照Li/Al摩尔比0.26：1准确称取AlCl3和LiCl混合溶解在水中，与NaOH溶液搅拌反应，经烘干、研磨后制得锂铝复合金属氢氧化物A2。
制备例3
按照Li/Al摩尔比0.5：1准确称取AlCl3和LiCl混合溶解在水中，与NaOH溶液搅拌反应，经烘干、研磨后制得锂铝复合金属氢氧化物A3。
实施例1
一段吸附剂为MnO2·0.31H2O的锰系离子筛吸附剂，粒径为3.2-3.5mm，比表面积为33.8m2/g，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为20重量％；二段吸附剂为MnO2·0.5H2O的锰系离子筛吸附剂，粒径为1.6-1.8mm，比表面积为57.2m2/g，以组合体总量为基准，二段吸附剂的含量为30重量％；采用锂铝复合金属氢氧化物A1经成型得到三段吸附剂，颗粒直径为1.0-1.5mm，长度2.5-5.0mm，比表面积为70.2m2/g，以组合体总量为基准，三段吸附剂的含量为50重量％。将上述吸附剂依次填入三个吸脱附塔中通过串联的方式连接，所述装置如图1所示，在吸附剂与卤水体积比为1:40条件下进行分离提纯，吸附时间为10h，计算锂回收率和锰溶损，结果如表1所示。
其中，锂回收率通过以下公式计算得到：
η＝((C1-C2)/C1)×100％，
其中C1为吸附前卤水中锂的浓度，C2为吸附后卤水中锂的浓度。
锰溶损通过以下公式计算得到：
LMn＝ρMnV/m，
其中，ρMn为富锂液中锰离子的平均质量浓度(g/L)；V为富锂液的体积(L)；m为吸附剂质量(g)。
实施例2
一段吸附剂为MnO2·0.31H2O的锰系离子筛吸附剂，粒径为3.2-3.5mm，比表面积为34.2m2/g，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为25重量％；二段吸附剂为MnO2·0.5H2O的锰系离子筛吸附剂，粒径为1.6-1.8mm，比表面积为56.6m2/g，以组合体总量为基准，二段吸附剂的含量为35重量％；采用锂铝复合金属氢氧化物A1经成型得到三段吸附剂，颗粒直径为1.0-1.5mm，长度2.5-5.0mm，比表面积为66.7m2/g，以组合体总量为基准，三段吸附剂的含量为40重量％。将上述吸附剂依次填入三个吸脱附塔中通过串联的方式连接，在吸附剂与卤水体积比为1:40条件下进行分离提纯，吸附时间为10h，计算锂回收率和锰溶损，结果如表1所示。
实施例3
一段吸附剂为MnO2·0.31H2O的锰系离子筛吸附剂，粒径为2.8-3.0mm，比表面积为46.7m2/g，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为10重量％；二段吸附剂为MnO2·0.5H2O的锰系离子筛吸附剂，粒径为1.8-2.0mm，比表面积为78.3m2/g，以组合体总量为基准，二段吸附剂的含量为35重量％；采用锂铝复合金属氢氧化物A1经成型得到三段吸附剂，颗粒直径为1.0-1.5mm，长度2.5-5.0mm，比表面积为74.8m2/g，以组合体总量为基准，三段吸附剂的含量为55重量％。将上述吸附剂依次填入三个吸脱附塔中通过串联的方式连接，在吸附剂与卤水体积比为1:50条件下进行分离提纯，吸附时间为10h，计算锂回收率和锰溶损，结果如表1所示。
实施例4
一段吸附剂为MnO2·0.5H2O锰系离子筛吸附剂，粒径为2.8-3.0mm，比表面积为31.3m2/g，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为10重量％；二段吸附剂为MnO2·0.31H2O锰系离子筛吸附剂，粒径为1.6-1.8mm，比表面积为52.4m2/g，以组合体总量为基准，二段吸附剂的含量为20重量％；采用锂铝复合金属氢氧化物A1经成型得到三段吸附剂为，颗粒直径为0.5-1.0mm，长度1.5-3.0mm，比表面积为80.3m2/g，以组合体总量为基准，三段吸附剂的含量为70重量％。将上述吸附剂依次填入三个吸脱附塔中通过串联的方式连接，在吸附剂与卤水体积比为1:60条件下进行分离提纯，吸附时间为10h，计算锂回收率和锰溶损，结果如表1所示。
实施例5
一段吸附剂为MnO2·0.31H2O锰系离子筛吸附剂，粒径为3.0-3.2mm，比表面积为36.2m2/g，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为20重量％；二段吸附剂为MnO2·0.5H2O锰系离子筛吸附剂，粒径为1.8-2.0mm，比表面积为63.4m2/g，以组合体总量为基准，二段吸附剂的含量为20重量％；采用锂铝复合金属氢氧化物A2经成型得到三段吸附剂，颗粒直径为1.0-1.5mm，长度2.5-5.0mm，比表面积为71.7m2/g，以组合体总量为基准，三段吸附剂的含量为60重量％。将上述吸附剂依次填入三个吸脱附塔中通过串联的方式连接，在吸附剂与卤水体积比为1:60条件下进行分离提纯，吸附时间为10h，计算锂回收率和锰溶损，结果如表1所示。
实施例6
一段吸附剂为λ-MnO2锰系离子筛吸附剂，粒径为2.8-3.2mm，比表面积为26.5m2/g，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为20重量％；二段吸附剂为MnO2·0.5H2O锰系离子筛吸附剂，粒径为1.8-2.0mm，比表面积为55.9m2/g，以组合体总量为基准，二段吸附剂的含量为20重量％；采用锂铝复合金属氢氧化物A3经成型得到三段吸附剂，颗粒直径为1.0-1.5mm，长度2.5-5.0mm，比表面积为68.4m2/g，以组合体总量为基准，三段吸附剂的含量为50重量％。将上述吸附剂依次填入三个吸脱附塔中通过串联的方式连接，在吸附剂与卤水体积比为1:55条件下进行分离提纯，吸附时间为10h，结果计算锂回收率和锰溶损，结果如表1所示。
实施例7
一段吸附剂为λ-MnO2锰系离子筛吸附剂，粒径为2.8-3.2mm，比表面积为25.7m2/g，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为20重量％；二段吸附剂为MnO2·0.31H2O锰系离子筛吸附剂，粒径为1.8-2.0mm，比表面积为65.1m2/g，以组合体总量为基准，二段吸附剂的含量为30重量％；采用锂铝复合金属氢氧化物A1经成型得到三段吸附剂，颗粒直径为1.0-1.5mm，长度2.5-5.0mm，比表面积为70.9m2/g，以组合体总量为基准，三段吸附剂的含量为50重量％。将上述吸附剂依次填入三个吸脱附塔中通过串联的方式连接，在吸附剂与卤水体积比为1:50条件下进行分离提纯，吸附时间为10h，计算锂回收率和锰溶损，结果如表1所示。
对比例1
一段吸附剂为MnO2·0.31H2O锰系离子筛吸附剂，粒径为2.4-3.5mm，比表面积为30.2m2/g，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为50重量％；采用锂铝复合金属氢氧化物A1经成型得到二段吸附剂，颗粒直径为1.0-1.5mm，长度2.5-5.0mm，比表面积为44.2m2/g，以组合体总量为基准，二段吸附剂的含量为50重量％。将上述吸附剂依次填入两个吸脱附塔中通过串联的方式连接，在吸附剂与卤水体积比为1:50条件下进行分离提纯，吸附时间为10h，计算锂回收率和锰溶损，结果如表1所示。
对比例2
采用锂铝复合金属氢氧化物A3经成型得到一段吸附剂，颗粒直径为0.5-1.0mm，长度2.0-3.0mm，比表面积为52.6m2/g，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为40重量％；采用锂铝复合金属氢氧化物A1经成型得到二段吸附剂，颗粒直径为1.5-2.0mm，长度4.0-6.0mm，比表面积为31.8m2/g，以组合体总量为基准，二段吸附剂的含量为60重量％。将上述吸附剂依次填入两个吸脱附塔中通过串联的方式连接，在吸附剂与卤水体积比为1:50条件下进行分离提纯，吸附时间为10h，计算锂回收率和锰溶损，结果如表1所示。
表1
由各实施例测试结果可以看出，本发明采用3段吸附组合体进行分离提纯，与单一铝系吸附剂、锰系及铝系吸附剂2段式组合相比，有更高的锂回收率并降低了锰溶损。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种油田卤水提锂的吸附组合体，其特征在于，所述组合体包括三段吸附剂，其中一段吸附剂和二段吸附剂为锰系离子筛吸附剂，三段吸附剂为铝系吸附剂；所述一段吸附剂的颗粒粒径和所述二段吸附剂的颗粒粒径不同。
2.根据权利要求1所述的组合体，其中，所述一段吸附剂和二段吸附剂各自独立地选自λ-MnO2、MnO2·0.31H2O、MnO2·0.5H2O中的至少一种，优选为MnO2·0.5H2O；
和/或，所述一段吸附剂的比表面积为14-52m2/g；二段吸附剂的比表面积为20-88m2/g。
3.根据权利要求1或2所述的组合体，其中，所述一段吸附剂的粒径大于二段吸附剂的粒径。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合体，其中，所述一段吸附剂粒径为2.4-3.5mm，优选为2.8-3.2mm；
和/或，所述二段吸附剂粒径为1.6-2.3mm，优选为1.8-2mm。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合体，其中，所述三段吸附剂为锂铝复合金属氢氧化物，所述锂铝复合金属氢氧化物中的Li/Al摩尔比为0.2-0.5：1；
和/或，所述三段吸附剂的比表面积为40-80m2/g。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合体，其中，所述三段吸附剂为条形剂，直径为0.5-2mm，长度为1.5-7mm；
优选地，所述三段吸附剂的直径为0.8-1.5mm，长度为2-5mm。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的组合体，其中，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为10-30重量％，二段吸附剂的含量为15-40重量％，三段吸附剂的含量为30-75重量％；
优选地，以组合体总量为基准，一段吸附剂的含量为10-25重量％，二段吸附剂的含量为20-35重量％，三段吸附剂的含量为40-70重量％。
8.一种油田卤水提锂的吸附方法，其特征在于，包括：将油田卤水与权利要求1-7中任意一项所述的吸附组合体进行接触。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法包括：将油田卤水送入第一吸附塔与一段吸附剂进行接触反应，得到第一吸附塔流出物，所述第一吸附塔流出物进入第二吸附塔中，与二段吸附剂进行接触反应，得到第二吸附塔流出物，所述第二吸附塔流出物进入第三吸附塔中，与三段吸附剂进行接触反应。
10.根据权利要求9中所述的方法，其中，所述吸附组合体与油田卤水的体积比为1:30-1:65，优选为1:45-1:55。
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