CN116411165A - 一种分离卤水中铁元素的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种分离卤水中铁元素的方法及其应用，分离卤水中铁元素的方法包括：向卤水中加入pH调节剂，调节卤水的pH值为6.0～7.0，控制卤水的温度为75℃～90℃；向卤水通入含氧气体，卤水中的铁元素形成磁性氧化铁；采用磁选机将磁性氧化铁从卤水中分离出来，得到除铁卤水。该方法可将卤水中的铁元素转化为磁性氧化铁，再通过磁分离技术将铁元素由卤水中除去，从而解决卤水中铁离子干扰吸附剂吸附锂的问题，并且该方法得到的除铁卤水可以直接进行吸附法提锂，与现有的卤水提锂的工艺条件相匹配，具有良好的实用性。
Description
技术领域
本申请涉及卤水提锂工艺的技术领域，具体涉及一种分离卤水中铁元素的方法及其应用。
背景技术
锂在电子、冶金、化工、医药等领域有着重要应用，自然界中锂主要存在于锂矿石、盐湖卤水、地热卤水和海水中，对于盐湖卤水和地热卤水，可采用吸附剂法来提取锂。然而卤水的成分复杂，除了锂离子还含有多种金属离子如铁离子、镁离子、锰离子、钙离子和钠离子等，其中的铁离子在提锂工艺中容易形成氢氧化铁胶体，导致吸附剂的吸附性能下降，吸附剂的提锂效率大大降低。因此有必要提供一种适用于卤水提锂工艺的分离铁元素的方法，在不损失卤水中锂元素的前提下分离出铁元素，以降低吸附剂的损耗，保证吸附剂能够有效地提取卤水中的锂，实现高效提锂。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种分离卤水中铁元素的方法，该方法可将卤水中的铁元素转化为磁性氧化铁，再通过磁分离技术将铁元素由卤水中除去，该方法不仅能充分保留卤水中的锂元素，并且得到的除铁卤水可以直接进行吸附法提锂，与现有的卤水提锂的工艺条件相匹配，具有良好的实用性。
本申请第一方面提供了一种分离卤水中铁元素的方法，包括：
向卤水中加入pH调节剂，调节所述卤水的pH值为6.0～7.0，控制所述卤水的温度为75℃～90℃；
向所述卤水通入含氧气体，所述卤水中的铁元素形成磁性氧化铁；
通过磁性吸附的方法将所述磁性氧化铁从所述卤水中分离出来，得到除铁卤水。
本申请提供的分离卤水中铁元素的方法通过对卤水温度和pH值的调控，使卤水中的亚铁离子与含氧气体反应形成磁性氧化铁，从而将亚铁离子以磁铁矿的形式回收，该方法通过磁分离技术将铁元素从卤水中分离，大大提高了固液分离的效率，并且该方法可保留卤水中的锂元素，反应后得到的除铁卤水可以直接进行后续的提锂工艺，具有很好的实用性。
可选地，所述含氧气体包括氧气或含氧混合气体。
可选地，所述含氧气体包含氧气分子，相对所述卤水中每摩尔的铁元素，所述氧气分子的通入量为250mol～540mol。
可选地，相对所述卤水中每摩尔的铁元素，所述氧气分子的通入速率为4.5mol/min～10mol/min。
可选地，所述卤水的pH值为6.3～6.8。
可选地，所述卤水的温度为85℃～90℃。
可选地，所述pH调节剂包括氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的一种或多种。
可选地，所述方法还包括：将所述除铁卤水过滤，得到氯化钠。
可选地，所述卤水包括地热卤水。
可选地，所述除铁卤水的pH值为4.5～6.0。
第二方面，本申请提供了如第一方面所述的分离卤水中铁元素的方法在卤水提锂中的应用。
附图说明
图1为本申请一实施方式提供的分离卤水中铁元素的方法；
图2为实施例1回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图3为实施例2回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图4为实施例3回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图5为实施例4回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图6为实施例5回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图7为实施例6回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图8为实施例7回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图9为实施例8回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图10为实施例9回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图11为对比例1回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图12为对比例2回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图13为对比例3回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图14为对比例4回收得到的磁铁矿的衍射图谱；
图15为实施例1回收得到的氯化钠的衍射图谱。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
地热卤水是含有大量盐类的地热水，地热卤水包含各种金属离子，如钾离子、钠离子、钙离子、锂离子、铁离子、镁离子和锰离子等，其阴离子主要包括氯离子。一般地热卤水中锂离子的浓度为0.01％～0.028％、铁离子的浓度为0.07％～0.15％、钠离子的浓度为6％～7.5％、镁离子的浓度为0.002％～0.01％、锰离子的浓度为0.1％～0.2％、钙离子的浓度为2.0％～3.5％。可以看出，地热卤水的成分复杂，要将地热卤水中的锂离子从众多金属离子中分离出具有较大的难度。
现有的卤水提锂方法主要采用吸附法和膜分离法，其中吸附法具有工艺简单、成本低的优点，然而卤水中存在的铁离子会影响吸附剂的吸附性能，具体的，铁离子在吸附剂吸附锂离子的条件下易形成氢氧化铁胶体，氢氧化铁胶体会附着在吸附剂表面堵塞吸附剂的孔道，导致吸附剂的吸附位点减少，甚至还会降低吸附塔或吸附柱的渗透性，导致吸附塔/柱失效。目前的湿法除铁方法包括黄钾铁矾法、针铁矿法、赤铁矿法以及磷酸盐除铁法，然而以上方法并不适用于对卤水体系进行除铁，卤水的成分复杂，在除铁过程中会产生多种沉淀或晶体，这些固体与铁沉淀混在一起，还需要进一步分离提纯，增大了铁回收的复杂性及成本。因此，有必要提供一种新的分离卤水中铁元素的方法，在不影响卤水中锂含量的前提下快速且充分地将铁由卤水中分离和回收，保证卤水提锂工艺的顺利进行。
请参阅图1，图1为本申请一实施方式提供的分离卤水中铁元素的方法，包括：
步骤100：向卤水中加入pH调节剂，调节卤水的pH值为6.0～7.0，控制卤水的温度为75℃～90℃。
步骤200：向卤水通入含氧气体，卤水中的铁元素形成磁性氧化铁；
步骤300：通过磁性吸附的方法将磁性氧化铁由卤水中分离出，得到除铁卤水。
本申请中，卤水包括盐湖卤水和地热卤水中的一种或多种。在一些实施例中，卤水包括地热卤水，地热卤水本身即具有一定的热能，其温度可以达到150℃以上，对于温度大于90℃的地热卤水，通过降温使地热卤水的温度保持在75℃～90℃；对于温度低于75℃的地热卤水，通过加热使地热卤水的温度保持在75℃～90℃。因此，对地热卤水进行除铁时，可以减少加热卤水时的能源消耗，利用地热卤水本身的温度条件实现铁元素转化为磁性氧化铁的反应，从而大大提高资源的利用率。本申请实施方式中，卤水的温度为75℃～90℃。卤水的温度具体可以但不限为75℃、80℃、83℃、85℃、87℃或90℃。卤水的温度高于90℃时，卤水蒸发速度过快，卤水中的其他离子如锰离子易沉淀，导致后续收集得到的磁性氧化铁中混合有二氧化锰沉淀，增加了对铁回收的复杂性。卤水的温度低于75℃时，亚铁离子无法有效地转化为磁性氧化铁。本申请一些实施方式中，卤水的温度为85℃～90℃，在该温度条件下，亚铁离子可快速转化为磁性氧化铁，从而缩短反应时间，加快工艺流程。本申请中，调节卤水的温度为75℃～90℃可以是在加入pH调节剂之前，也可以是加入pH调节剂之后，只要保证通入含氧气体时卤水温度为75℃～90℃即可。
本申请实施方式中，向卤水加入pH调节剂，pH调节剂包括氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的一种或多种。在一些实施例中，pH调节剂包括氢氧化钠。卤水在除铁过程中，由于水分不断蒸发，卤水中的氯化钠会析出形成沉淀，该沉淀可以回收以制备食盐，采用氢氧化钠调节卤水pH值时，卤水除铁的副产品氯化钠的收率可以大大提高，从而实现对卤水中各组分的充分利用。本申请实施方式中，加入pH调节剂后，卤水的pH值大于或等于6.0且小于或等于7.0，卤水的pH值具体可以但不限为6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8或7.0。卤水的pH值大于7.0时，卤水中的锰离子、镁离子会开始沉淀，锰离子和镁离子的沉淀一方面会导致后续分离出的磁性氧化铁和氯化钠沉淀中都含有锰离子和镁离子的沉淀如MnO2和Mg(OH)2，不利于卤水中各元素的分离，另一方面锰离子和镁离子的沉淀会吸附卤水中的锂离子，导致卤水中的锂离子含量降低，后续卤水提锂工艺所得的锂产率低。卤水的pH值小于6.0时，溶液酸度过高，铁元素会转化为无定型的铁氧化物，导致无法通过磁性吸附的方法充分地分离出卤水中的铁，降低分离效率。本申请一些实施方式中，卤水的pH值为6.3～6.8。卤水的pH值为6.3～6.8时，铁元素形成磁性氧化铁的转化率高，且卤水中的其他金属离子不易沉淀，可以实现对卤水中铁元素的充分分离。
本申请中，控制卤水的pH值除了保证铁元素充分转化为磁性氧化铁，该pH值的设定还与后续卤水提锂的工艺相关。在卤水除铁的过程中，卤水的pH值也会发生变化，具体的，向卤水中通入含氧气体时，卤水中的亚铁离子发生以下反应：
Fe2++3O2+H2O→Fe(OH)3+Fe3+
Fe3++OH-→Fe(OH)3
以上反应完成后，卤水的pH值会降低。目前，商用的提锂吸附剂主要是铝系吸附剂和锰系吸附剂，上述吸附剂的pH应用范围为4～7。本申请为优化卤水提锂的工艺，保证卤水经除铁后可以直接进行吸附，卤水除铁过程中控制卤水的pH值为6.0～7.0，在该pH条件下，反应后所得除铁卤水的pH值与吸附剂的适用pH值相吻合，即不需要再次调节除铁卤水的pH值，除铁卤水可直接进行吸附工艺。本申请一些实施方式中，经除铁工艺后，所得除铁卤水的pH值为4.5～6.0。经除铁工艺后，所得除铁卤水的pH值具体可以但不限于为4.5、4.7、5.0、5.2、5.5、5.7或6.0。
在步骤200中，向卤水通入含氧气体时，含氧气体可以是氧气或含氧混合气体，举例而言，含氧气体可以是空气，也可以是纯氧，以空气作为含氧气体时，除铁工艺的成本较低。本申请中，含氧气体中包含氧气分子。在一些实施方式中，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入量为250mol～540mol，其中，氧气分子的通入量指的是向卤水中通入氧气分子的总量。例如，当卤水中铁元素的总量为1mol时，通入氧气分子的摩尔量为250mol～540mol；当卤水中铁元素的总量为2mol时，通入氧气分子的摩尔量为500mol～1080mol。氧气分子的通入量相对每摩尔的铁元素具体可以但不限于为250mol、280mol、300mol、400mol或540mol。控制氧气分子的通入量在上述范围时，亚铁离子可充分转化为磁性氧化铁，从而通过磁分离技术快速地从卤水中分离，降低卤水中铁的含量，保证后续吸附法提锂工艺的顺利进行。
本申请一些实施方式中，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入速率为4.5mol/min～10mol/min。其中，通入氧气分子的速率指的是氧气分子在单位分钟下的通入量。例如，当卤水中铁元素的总量为1mol时，在1分钟时间内，向卤水中通入氧气分子的摩尔量为4.5mol～10mol；当卤水中铁元素的总量为2mol时，在2分钟时间内，通入氧气分子的摩尔量为18mol～40mol。相对卤水中每摩尔的铁元素，向卤水中通入氧气分子的速率具体可以但不限为4.5mol/min、5mol/min、6mol/min、8mol/min或10mol/min。控制通入氧气分子的速率可以提高对含氧气体中氧气分子的利用率，保证氧气分子与卤水中的亚铁离子充分反应，实现良好的氧化效果，并抑制卤水的酸化，保证卤水中的亚铁离子可充分转化为磁性氧化铁，从而实现对卤水中铁元素的有效分离。本申请一些实施方式中，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入速率为4.5mol/min～8mol/min。
本申请步骤300中，通过磁性吸附的方法将磁性氧化铁由卤水中分离出，得到除铁卤水。本申请一些实施方式中，采用磁选机将磁性氧化铁由卤水中分离出，磁选机的磁场强度大于或等于3000Gs。磁选机的磁场强度具体可以但不限于为3000Gs、5000Gs、8000Gs、10000Gs、13000Gs、15000Gs、20000Gs或30000Gs。本申请一些实施方式中，磁选机的搅拌速度为15r/min～50r/min。本申请一些实施方式中，磁选机的运作可与含氧气体的通入同步进行，即在通入含氧气体时同时利用磁选机对卤水进行搅拌，该方法可以提高反应的速率，节约除铁工艺的时间。
本申请一些实施方式中，得到除铁卤水后还可以对除铁卤水进行过滤以得到氯化钠。在除铁过程中，由于卤水温度较高，卤水不断蒸发，卤水中的氯化钠会由于过饱和而析出形成沉淀，而本申请采用磁分离技术将磁性氧化铁从沉淀中分离出，剩余的沉淀基本都是氯化钠，通过对除铁卤水进行过滤，所得的沉淀即为氯化钠粗盐，该氯化钠粗盐可作为本申请的副产品，后续对其进行提纯即可得到食盐。
本申请提供的分离卤水中铁元素的方法，通过对卤水的pH值和温度的调控，使卤水中的铁元素能够充分转化为磁性氧化铁，再采用磁分离技术将磁性氧化铁分离出，实现对卤水中铁的回收。该方法无需采用试剂预先氧化亚铁离子，在反应过程中通入含氧气体即可高效、快速地氧化亚铁离子，并且亚铁的氧化和磁性氧化铁可同时生成，节约了反应时间，该方法步骤简单、对卤水中锂的含量无影响，还能够得到副产品氯化钠。
本申请还提供了由以上分离卤水中铁元素的方法得到的除铁卤水，该除铁卤水可以直接进行吸附法提锂的工艺，从而简化卤水提锂的工艺流程，提高卤水提锂的效率。
本申请还提供了上述分离卤水中铁元素的方法在卤水提锂中的应用。本申请提供的分离卤水中铁元素的方法适用于卤水提锂的工艺，通过对卤水进行预处理，除去卤水中的铁元素，可以保证吸附剂充分地吸附卤水中的锂离子，实现高效的提锂。
下面分多个实施例对本申请技术方案进行进一步的说明，其中，实施例1-9和对比例1-4采用相同的地热卤水进行测试，地热卤水的总质量为1.2kg，所用的地热卤水中各元素的含量如表1所示。
表1实施例1-9和对比例1-4中地热卤水的元素含量表
| 元素 | 含量(％) |
| B | 0.0346 |
| K | 1.776 |
| Ca | 2.828 |
| Li | 0.022 |
| Mg | 0.0062 |
| Na | 7.134 |
| Ba | 0.0089 |
| Fe | 0.091 |
| Mn | 0.1045 |
| Pb | 0.0057 |
| Sr | 0.0549 |
| Zn | 0.0292 |
| Cl | 18.2831 |
由表1可以得出，地热卤水中铁元素的总量为1.092g，即0.0195mol，地热卤水中锂元素的总量为0.264g。
实施例1
一种分离卤水中铁元素的方法，包括：
1)将地热卤水降温至90℃并保温；
2)向地热卤水中加入NaOH调节pH为6.5，向地热卤水中通入含氧气体，含氧气体含有氧气分子，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入量为287mol，氧气分子的通入速率为4.79mol/min；
3)将场强为8000Gs的磁棒插入地热卤水中搅拌进行磁分离得到磁铁矿Fe3O4和除铁卤水，用水冲洗磁棒上的Fe3O4以洗去磁铁矿中夹杂的NaCl，其中，水与湿Fe3O4的重量比为60：1，将磁铁矿在90℃下烘干；
4)待除铁卤水冷却后，将除铁卤水过滤得到粗氯化钠和精制卤水，将粗氯化钠和水按照1：5的重量比溶解，过滤后将滤液烘干得到白色晶体氯化钠，其中，每升卤水可回收氯化钠的质量为49.73g。
实施例2
一种分离卤水中铁元素的方法，包括：
1)将地热卤水降温至80℃并保温；
2)向地热卤水中加入NaOH调节pH为6.5，向地热卤水中通入含氧气体，含氧气体含有氧气分子，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入量为287mol，氧气分子的通入速率为4.79mol/min；
3)将场强为8000Gs的磁棒插入地热卤水中搅拌进行磁分离得到磁铁矿Fe3O4和除铁卤水，用水冲洗磁棒上的Fe3O4以洗去磁铁矿中夹杂的NaCl，其中，水与湿Fe3O4的重量比为60：1，将磁铁矿在90℃下烘干；
4)待除铁卤水冷却后，将除铁卤水过滤得到粗氯化钠和精制卤水，将粗氯化钠和水按照1：5的重量比溶解，过滤后将滤液烘干得到白色晶体氯化钠，其中，每升卤水可回收氯化钠的质量为44.02g。
实施例3
一种分离卤水中铁元素的方法，包括：
1)将地热卤水降温至90℃并保温；
2)向地热卤水中加入NaOH调节pH为6.5，向地热卤水中通入含氧气体，含氧气体含有氧气分子，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入量为574mol，氧气分子的通入速率为4.79mol/min；
3)将场强为8000Gs的磁棒插入地热卤水中搅拌进行磁分离得到磁铁矿Fe3O4和除铁卤水，用水冲洗磁棒上的Fe3O4以洗去磁铁矿中夹杂的NaCl，其中，水与湿Fe3O4的重量比为60：1，将磁铁矿在90℃下烘干；
4)待除铁卤水冷却后，将除铁卤水过滤得到粗氯化钠和精制卤水，将粗氯化钠和水按照1：5的重量比溶解，过滤后将滤液烘干得到白色晶体氯化钠，其中，每升卤水可回收氯化钠的质量为58.16g。
实施例4
一种分离卤水中铁元素的方法，包括：
1)将地热卤水降温至90℃并保温；
2)向地热卤水中加入NaOH调节pH为6.3，向地热卤水中通入含氧气体，含氧气体含有氧气分子，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入量为287mol，氧气分子的通入速率为4.79mol/min；
3)将场强为8000Gs的磁棒插入地热卤水中搅拌进行磁分离得到磁铁矿Fe3O4和除铁卤水，用水冲洗磁棒上的Fe3O4以洗去磁铁矿中夹杂的NaCl，其中，水与湿Fe3O4的重量比为60：1，将磁铁矿在90℃下烘干；
4)待除铁卤水冷却后，将除铁卤水过滤得到粗氯化钠和精制卤水，将粗氯化钠和水按照1：5的重量比溶解，过滤后将滤液烘干得到白色晶体氯化钠，其中，每升卤水可回收氯化钠的质量为46.77g。
实施例5
一种分离卤水中铁元素的方法，包括：
1)将地热卤水降温至90℃并保温；
2)向地热卤水中加入NaOH调节pH为6.8，向地热卤水中通入含氧气体，含氧气体含有氧气分子，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入量为287mol，氧气分子的通入速率为4.79mol/min；
3)将场强为8000Gs的磁棒插入地热卤水中搅拌进行磁分离得到磁铁矿Fe3O4和除铁卤水，用水冲洗磁棒上的Fe3O4以洗去磁铁矿中夹杂的NaCl，其中，水与湿Fe3O4的重量比为60：1，将磁铁矿在90℃下烘干；
4)待除铁卤水冷却后，将除铁卤水过滤得到粗氯化钠和精制卤水，将粗氯化钠和水按照1：5的重量比溶解，过滤后将滤液烘干得到白色晶体氯化钠，其中，每升卤水可回收氯化钠的质量为50.37g。
实施例6
一种分离卤水中铁元素的方法，包括：
1)将地热卤水降温至90℃并保温；
2)向地热卤水中加入NaOH调节pH为6.8，向地热卤水中通入含氧气体，含氧气体含有氧气分子，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入量为287mol，氧气分子的通入速率为14.36mol/min；
3)将场强为8000Gs的磁棒插入地热卤水中搅拌进行磁分离得到磁铁矿Fe3O4和除铁卤水，用水冲洗磁棒上的Fe3O4以洗去磁铁矿中夹杂的NaCl，其中，水与湿Fe3O4的重量比为60：1，将磁铁矿在90℃下烘干；
4)待除铁卤水冷却后，将除铁卤水过滤得到粗氯化钠和精制卤水，将粗氯化钠和水按照1：5的重量比溶解，过滤后将滤液烘干得到白色晶体氯化钠，其中，每升卤水可回收氯化钠的质量为52.56g。
实施例7
一种分离卤水中铁元素的方法，包括：
1)将地热卤水降温至90℃并保温；
2)向地热卤水中加入NaOH调节pH为6.5，向地热卤水中通入含氧气体，含氧气体含有氧气分子，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入量为173mol，氧气分子的通入速率为4.79mol/min；
3)将场强为8000Gs的磁棒插入地热卤水中搅拌进行磁分离得到磁铁矿Fe3O4和除铁卤水，用水冲洗磁棒上的Fe3O4以洗去磁铁矿中夹杂的NaCl，其中，水与湿Fe3O4的重量比为60：1，将磁铁矿在90℃下烘干；
4)待除铁卤水冷却后，将除铁卤水过滤得到粗氯化钠和精制卤水，将粗氯化钠和水按照1：5的重量比溶解，过滤后将滤液烘干得到白色晶体氯化钠，其中，每升卤水可回收氯化钠的质量为46.77g。
实施例8
一种分离卤水中铁元素的方法，包括：
1)将地热卤水降温至90℃并保温；
2)向地热卤水中加入NaOH调节pH为6.5，向地热卤水中通入含氧气体，含氧气体含有氧气分子，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入量为287mol，氧气分子的通入速率为1.91mol/min；
3)将场强为8000Gs的磁棒插入地热卤水中搅拌进行磁分离得到磁铁矿Fe3O4和除铁卤水，用水冲洗磁棒上的Fe3O4以洗去磁铁矿中夹杂的NaCl，其中，水与湿Fe3O4的重量比为60：1，将磁铁矿在90℃下烘干；
4)待除铁卤水冷却后，将除铁卤水过滤得到粗氯化钠和精制卤水，将粗氯化钠和水按照1：5的重量比溶解，过滤后将滤液烘干得到白色晶体氯化钠，其中，每升卤水可回收氯化钠的质量为51.21g。
实施例9
一种分离卤水中铁元素的方法，包括：
1)将地热卤水降温至90℃并保温；
2)向地热卤水中加入NaOH调节pH为6.0，向地热卤水中通入含氧气体，含氧气体含有氧气分子，相对卤水中每摩尔的铁元素，氧气分子的通入量为287mol，氧气分子的通入速率为4.79mol/min；
3)将场强为8000Gs的磁棒插入地热卤水中搅拌进行磁分离得到磁铁矿Fe3O4和除铁卤水，用水冲洗磁棒上的Fe3O4以洗去磁铁矿中夹杂的NaCl，其中，水与湿Fe3O4的重量比为60：1，将磁铁矿在90℃下烘干；
4)待除铁卤水冷却后，将除铁卤水过滤得到粗氯化钠和精制卤水，将粗氯化钠和水按照1：5的重量比溶解，过滤后将滤液烘干得到白色晶体氯化钠，其中，每升卤水可回收氯化钠的质量为48.94g。
为突出本申请的有益效果，设置以下对比例。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1中地热卤水的温度为105℃。对比例1的方法中，每升卤水可回收氯化钠的质量为66.92g。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例1中地热卤水的温度为70℃，卤水底部生成棕色沉淀和白色晶体，由于产生的沉淀无磁性，将棕色沉淀物与白色晶体(NaCl)通过过滤得到湿沉淀物，将湿沉淀物与水按照1：5的重量比溶解并分离得到棕色沉淀物与滤液A。用水洗去棕色沉淀物中残留的NaCl，水与棕色沉淀物的重量比为60：1，将洗后的棕色沉淀物在90℃下烘干得到含铁沉淀；将滤液A烘干得到氯化钠，对比例2的方法中，每升卤水可回收氯化钠的质量为35.08g。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3向地热卤水中加入NaOH调节pH为9.0，卤水底部生成棕色沉淀和白色晶体，由于产生的沉淀无磁性，只能通过过滤分离，过滤分离的步骤与对比例2相同，对比例3的方法中，每升卤水可回收氯化钠的质量为54.52g。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4向地热卤水中加入NaOH调节pH为5.5，卤水底部生成棕色沉淀和白色晶体，由于产生的沉淀无磁性，只能通过过滤分离，过滤分离的步骤与对比例3相同。对比例4的方法中，每升卤水可回收氯化钠的质量为43.95g。
效果实施例
为对本申请实施例技术方案带来的有益效果进行有力支持，特提供以下测试：
1)测量实施例1-9和对比例1-4所得精制卤水的pH值，测试结果请参阅表2。
表2实施例1-9和对比例1-4所得精制卤水的pH值汇总表
由表2可以看出，实施例1-9所得的精制卤水的pH值在4.0～5.5之间，均满足吸附剂的吸附要求，可以直接进行后续的吸附剂吸附锂离子的工艺。对比例3由于将卤水的pH调至9.0，卤水的初始pH过高，导致所得的精制卤水的pH大于8，精制卤水无法直接应用于卤水提锂的工艺；对比例4由于将卤水的pH调至5.5，卤水的初始pH过低，导致所得的精制卤水的pH低于4.0，精制卤水无法直接应用于卤水提锂的工艺。
2)采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对实施例1-9和对比例1-4的精制卤水中各元素的含量进行分析，测试结果如表3、表4和表5所示，其中，表3为实施例1-4所得精制卤水的元素含量表，表4为实施例5-9所得精制卤水的元素含量表，表5为对比例1-4的所得精制卤水的元素含量表，表中，N.D.表示样品中该元素的含量低于仪器的检测限。
表3实施例1-4所得精制卤水的元素含量表
表4实施例5-9所得精制卤水的元素含量表
由表3和表4可以看出，实施例1-9所得的精制卤水中铁离子的含量较初始地热卤水中铁离子的含量已大大降低，另外，所得的精制卤水中，一些不参与反应的元素如硼元素、钾元素、钙元素、锂元素、镁元素等的含量上升，这是由于地热卤水在除铁过程中温度较高，水分不断蒸发，故精制卤水中一些元素的含量较初始的地热卤水会升高。其中，实施例1、实施例3、实施例4和实施例5所得的精制卤水中铁元素的含量已低于检测限，实施例2和实施例6-9所得的精制卤水虽仍有部分铁残留，但铁元素的含量已低于0.02％，在卤水体系下该含量的铁元素对吸附剂的提锂效果基本没有影响，从而保证吸附剂可以有效地吸附锂离子。
表5对比例1-4所得精制卤水的元素含量表
由表5可以看出，对比例1和对比例3所得的精制卤水中铁的含量低于检测限，然而，对比例1和对比例3的方法会导致精制卤水中锂的含量减少，对比例1的地热卤水经除铁反应后，所得精制卤水的质量为852g，可以得出反应后的精制卤水锂元素的质量为0.248g，对比例3的地热卤水经除铁反应后，所得精制卤水的质量为1070g，可以得出反应后的精制卤水锂元素的质量为0.235g，这说明对比例1和对比例3的方法造成了卤水中锂元素的损失，不利于其在卤水提锂中的应用。对比例2的方案中，地热卤水的温度较低，亚铁离子无法有效地反应生成磁性氧化铁，导致除铁效果较差。对比例4的方案中，地热卤水的pH过低，亚铁离子无法有效地反应生成磁性氧化铁，导致除铁效果差。
3)对实施例1-9和对比例1-4中磁棒收集得到的磁铁矿进行X射线衍射分析(X-raydiffraction，XRD)，以评估铁的分离效率。请参阅图2-图14，其中，图2为实施例1回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图3为实施例2回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图4为实施例3回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图5为实施例4回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图6为实施例5回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图7为实施例6回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图8为实施例7回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图9为实施例8回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图10为实施例9回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图11为对比例1回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图12为对比例2回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图13为对比例3回收得到的磁铁矿的衍射图谱；图14为对比例4回收得到的磁铁矿的衍射图谱。
图2-图14中，横坐标2θ为衍射角，单位为度，纵坐标intensity为衍射强度。在图2-图8中，衍射图谱中上方的曲线为回收得到的磁铁矿的衍射曲线，下方的曲线Fe3O4 JCPDSNo.19-0629为磁性氧化铁的标准样品衍射曲线，用于样品比对。由图2-图10可以看出，实施例1-实施例9的回收得到的磁铁矿与磁性氧化铁的衍射峰一致，说明回收得到的磁铁矿具有较高的纯度，即该方法可以有效地将铁元素转化为磁性氧化铁从卤水中分离，并且所得的磁性氧化铁纯度高，便于将铁进行回收。
在图11中，衍射图谱最上方的曲线为回收得到的磁铁矿的衍射曲线，中部的曲线Fe3O4 JCPDS No.19-0629为磁性氧化铁的标准样品衍射曲线，底部的曲线MnO2 JCPDSNo.24-0755为二氧化锰的标准样品衍射曲线。由图11可以看出，对比例1的样品除了有Fe3O4的特征峰，还含有二氧化锰的特征峰和其他杂峰，这说明对比例1的方法回收得到的磁铁矿中还含有二氧化锰和其他杂质，这是由于对比例1中地热卤水的温度过高，溶液蒸发过快，地热卤水中其他杂质也随之析出。磁铁矿中其他杂质的存在导致回收得到的铁还需进行后续的除杂工艺，增加了工艺的流程和生产成本。
在图12中，对比例2回收的样品并无特征峰，为无定形沉淀，这是由于对比例2中卤水的温度过低，无法达到Fe3O4形成的条件，卤水中的亚铁离子被氧气氧化后主要以无定形的铁氧化物或氢氧化物沉淀。由图13可以看出，对比例3回收的样品并无特征峰，为无定形沉淀，这是由于对比例3中地热卤水的pH值过高，卤水中多种离子都发生沉淀，由上文的表5，对比例3的精制卤水的元素含量表也可以看出，精制卤水中锰元素和锌元素的含量都低于检测限，即锰元素和锌元素在除铁过程中一并沉淀，锰元素和锌元素的沉淀会吸附一定的锂，导致卤水中锂的含量降低。
在图14中，对比例4回收的样品特征峰较弱，基本无明显特征峰，为无定形沉淀，这是由于对比例4中卤水pH值过低，无法达到Fe3O4形成的条件，卤水中的亚铁离子被含氧气体氧化后主要以无定形的铁氧化物或氢氧化物沉淀。
4)对实施例1中得到的白色晶体氯化钠X射线衍射分析(X-ray diffraction，XRD)，测试结果请参阅图15，图15为实施例1回收得到的氯化钠的衍射图谱。图15中，衍射图谱最上方的曲线为回收得到的白色晶体的衍射曲线，底部的曲线NaCl JCPDS No.05-0628为氯化钠的标准样品衍射曲线，由图14可以看出，实施例1回收得到的氯化钠具有较高的纯度，这说明本申请提供的分离卤水中铁元素的方法还可以获得副产品氯化钠，并且粗氯化钠中的杂质较少，通过简单的溶解过滤即可获得高纯度的氯化钠，有利于充分利用卤水，便捷地从卤水中获得副产品。
综合以上实验结果可以看出，本申请提供的分离卤水中铁元素的方法可以快速且高效地将铁元素由卤水中分离出，而且分离得到的磁铁矿可以直接回收利用，所得的除铁卤水pH值适中，可以直接进行后续的提锂工艺，该方法还可以得到副产品氯化钠，有利于实现对卤水资源的充分利用。
以上所述是本申请的优选实施方式，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种分离卤水中铁元素的方法，其特征在于，包括：
向卤水中加入pH调节剂，调节所述卤水的pH值为6.0～7.0，控制所述卤水的温度为75℃～90℃；
向所述卤水通入含氧气体，所述卤水中的铁元素形成磁性氧化铁；
通过磁性吸附的方法将所述磁性氧化铁从所述卤水中分离出来，得到除铁卤水。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氧气体包含氧气分子，相对所述卤水中每摩尔的铁元素，所述氧气分子的通入量为250mol～540mol。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，相对所述卤水中每摩尔的铁元素，所述氧气分子的通入速率为4.5mol/min～10mol/min。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卤水的pH值为6.3～6.8。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卤水的温度为85℃～90℃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述pH调节剂包括氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述除铁卤水过滤，得到氯化钠。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除铁卤水的pH值为4.5～6.0。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卤水包括地热卤水。
10.如权利要求1-8任一项所述的分离卤水中铁元素的方法在卤水提锂中的应用。
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