CN117821775A - 盐湖卤水提锂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盐湖卤水提锂的方法。盐湖卤水提锂的方法包括以下步骤:对盐湖卤水进行多轮吸附处理,至所述盐湖卤水中的锂离子的吸附率≥95%;各轮吸附处理均包括以下步骤:排列M个吸附树脂柱,使盐湖卤水依次流经M个所述吸附树脂柱,其中,M≥3,且所述吸附树脂柱填充有钛系吸附剂;各轮吸附处理中,排列M个吸附树脂柱包括以下步骤:将吸附量最大的第一吸附树脂柱移除,并增加新吸附树脂柱,将所述新吸附树脂柱作为所述盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱。该方法可以大幅度提升盐湖卤水的提锂效率,使得盐湖卤水中的锂离子吸附率稳定地保持在95%以上,对于盐湖锂资源的进一步开发具有重大的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及锂元素提取的技术领域,特别是涉及一种盐湖卤水提锂的方法。
背景技术
金属锂及其化合物因其优异的物化性质而广泛应用于国防、能源、电池、玻璃和冶金等方面。自然界中的锂资源主要存在于固体锂矿和液态锂矿之中。从固体锂矿中获取锂资源存在工艺繁琐复杂、反应条件苛刻、锂矿石利用率低、生产成本高等问题,无法满足飞速增长的锂需求量。液态锂多赋存于盐湖卤水、海水、地热水、井卤和油气田水中,其中,盐湖卤水中的锂资源储备量占据锂资源总量的70%左右,是一种极具开发潜力的液态锂矿。
盐湖卤水提锂技术主要有蒸发结晶法、共沉淀法、溶剂萃取法和吸附法等。其中,吸附法是利用吸附剂对锂离子的选择性吸附来实现锂离子和杂质离子的分离,具有工艺简单、环境污染小、能耗低等优点。但是,目前利用吸附法进行盐湖卤水提锂存在着锂离子回收率低、提锂效率低下、吸附剂溶损大等缺陷,制约了盐湖锂资源的产业化应用。
发明内容
基于此,有必要提供一种盐湖卤水提锂的方法,以克服目前利用吸附法进行盐湖卤水提锂存在着锂离子回收率低、提锂效率低下、吸附剂溶损大等缺陷,制约了盐湖锂资源的产业化应用的问题。
本发明的上述目的是通过如下技术方案进行实现的:
本发明第一方面,提供一种盐湖卤水提锂的方法,包括以下步骤:
对盐湖卤水进行多轮吸附处理,至所述盐湖卤水中的锂离子的吸附率≥95%;
各轮吸附处理均包括以下步骤:排列M个吸附树脂柱,使盐湖卤水依次流经M个所述吸附树脂柱,其中,M≥3,且所述吸附树脂柱填充有钛系吸附剂;
各轮吸附处理中,排列M个吸附树脂柱包括以下步骤:将吸附量最大的第一吸附树脂柱移除,并增加新吸附树脂柱,将所述新吸附树脂柱作为所述盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱。
在其中一个实施例中,对盐湖卤水进行多轮吸附处理,包括以下步骤:
将所述盐湖卤水分为N份,排列M×N个吸附树脂柱,使各份盐湖卤水各自独立地依次流经M个所述吸附树脂柱,其中,N≥5;
各轮吸附处理中,排列M×N个吸附树脂柱包括以下步骤:
将第1份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱移除,记为解吸树脂柱,并将第2份~第N份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱依次作为第1份~第N-1份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱;
将第1份盐湖卤水流经的第二个吸附树脂柱作为第N份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱,并将第2份~第5份盐湖卤水流经的第二个吸附树脂柱依次作为第1份~第N-1份盐湖卤水流经的第二个吸附树脂柱;
将第1份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱作为第N份盐湖卤水流经的第M-1个吸附树脂柱,并将第2份~第N份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱依次作为第1份~第N-1份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱,并增加新吸附树脂柱,将所述新吸附树脂作为第N份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱。
在其中一个实施例中,对盐湖卤水进行多轮吸附处理之后,还包括以下步骤:
对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理,至所述解吸树脂柱流出的锂富集液的锂离子浓度≥2g/L;
各轮解吸处理均包括以下步骤:排列L个所述解吸树脂柱,使解吸液依次流经L个所述解吸树脂柱,其中,L≥6;
各轮解吸处理中,排列L个解吸树脂柱包括以下步骤:将解吸完全的第一解吸树脂柱移除,并增加新解吸树脂柱,将所述新解吸树脂柱作为所述解吸液流经的第L个解吸树脂柱。
在其中一个实施例中,所述解吸液为酸液,所述酸液满足以下条件中的一个或多个:
(1)所述酸液包括盐酸溶液、硫酸溶液和硝酸溶液中的一种或多种;
(2)所述酸液中的酸的质量分数为0.1%~2%;
(3)所述酸液的pH为1~3。
在其中一个实施例中,所述盐湖卤水提锂的方法还包括以下步骤:
对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理之前,对所述解吸树脂柱进行第一淋洗处理,制备第一淋洗液,并使所述第一淋洗液中的各杂质离子的浓度≤50mg/L;及/或,
对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理之后,对所述解吸完全的第一解吸树脂柱进行第二淋洗处理,制备第二淋洗液,并使所述第二淋洗液的pH≥6。
在其中一个实施例中,对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理之后,还包括以下步骤:
对所述锂富集液进行纯化处理,制备锂纯化液,并使所述锂纯化液满足:钙离子浓度≤2ppm,镁离子浓度≤2ppm,硼酸根离子浓度≤2ppm,硫酸根离子浓度≤2ppm。
在其中一个实施例中,在对所述锂富集液进行纯化处理之后,还包括以下步骤:
对所述锂纯化液进行浓缩处理,制备锂浓缩液,并使所述锂浓缩液满足:锂离子浓度≥18g/L,总盐分≤15%。
在其中一个实施例中,在对所述锂纯化液进行浓缩处理之后,还包括以下步骤:
利用沉淀法和/或双极膜法从所述锂浓缩液中分离制备锂盐产品。
在其中一个实施例中,所述盐湖卤水的pH≥9,且所述盐湖卤水含有如下质量分数的组分:锂离子0.01%~0.2%,钠离子0.5%~3%,镁离子0.1%~2%,钾离子0.5%~2%,钙离子0.05%~0.2%,硼酸根离子0.005%~0.1%,硫酸根离子0.01%~0.1%,碳酸根离子0.01%~0.5%。
在其中一个实施例中,所述钛系吸附剂包括硅掺杂的钛氧化物。
本发明具有以下有益效果:
与传统的固定床吸附法相比,本发明在盐湖卤水提锂时对盐湖卤水进行多轮吸附处理,在各轮吸附处理中,使盐湖卤水依次流经M个吸附树脂柱,并及时移除吸附量最大的第一吸附树脂柱和增加新吸附树脂柱,从而实现了对盐湖卤水进行吸附处理的连续化,使得吸附树脂柱的利用率明显增大,并使得提锂效率明显提升。同时,随着盐湖卤水流经的吸附树脂柱的增加,盐湖卤水的锂离子浓度逐渐降低,吸附树脂柱的锂离子吸附量也逐渐降低,避免了因吸附树脂柱的锂离子吸附量和盐湖卤水的锂离子浓度的不适配而造成吸附效果不佳的问题,使得盐湖卤水中的锂离子吸附率稳定地保持在95%以上,对于盐湖锂资源的进一步开发具有重大的经济效益。
进一步地,吸附树脂柱中装填有钛系吸附剂,相较于广泛使用的铝系吸附剂,其对锂离子的吸附容量更大、选择性更高和解吸率更高,能够提高盐湖卤水中的锂离子的回收率,有利于盐湖卤水锂资源的充分利用;并且,钛系吸附剂的结构稳定,在提锂过程中不易溶损,适用于不同酸碱度的使用环境,尤其适用于碱性较高的碳酸型盐湖卤水。
附图说明
图1为一实施例中的盐湖卤水提锂的方法的流程示意图;
图2为一实施例中的连续离子交换系统的结构示意图;
图3为一实施例中的钛系吸附剂的制备方法的流程示意图;
图4为实施例1的钛系吸附剂的XRD图。
附图标记:吸附模块100,吸附单元110,第二淋洗模块200,解吸模块300,第一淋洗模块400。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
盐湖可分为氯化物型盐湖、硫酸型盐湖和碳酸型盐湖。不同类型的盐湖的Mg/Li(镁元素和锂元素的质量比)不同,使得杂质离子与锂离子的分离难度也不同。其中,碳酸型盐湖具有锂含量高、Mg/Li低的资源特点,开采阻力低,有利于盐湖卤水中锂资源的大规模开发。
吸附法是采用可选择性吸附锂离子的吸附剂来实现盐湖卤水提锂的目的,具有工艺简单、环境污染小、能耗低等优点。其中,铝系吸附剂是一类得到产业化应用的提锂吸附剂,具有选择性高、可逆性好、吸附速率快等优点,但铝系吸附剂只适用于中性环境下使用,在碱性或中性环境下使用都会破坏铝系吸附剂的结构,例如,将铝系吸附剂应用于碱性很高的碳酸型盐湖卤水时会导致其结构崩塌,溶损非常严重,不利于盐湖提锂效率的提升。同时,在盐湖卤水提锂技术中,还存在提锂效率低、锂离子回收率低等问题,制约了盐湖锂资源的产业化应用。因此,面对锂需求量飞速增长的问题,寻求一种稳定高效、产品纯度高的提锂方法显得尤为重要。
基于此,本发明提供一种盐湖卤水提锂的方法,用于解决目前利用吸附法进行盐湖卤水提锂存在锂离子回收率低、提锂效率低下、吸附剂溶损大等缺点,制约了盐湖锂资源的产业化应用的问题。
请参阅图1,其为一实施例中的盐湖卤水提锂的方法的流程示意图。盐湖卤水提锂的方法包括以下步骤:
S11:对盐湖卤水进行预处理,制备预处理后的盐湖卤水。
可选地,盐湖卤水的pH≥9,例如,盐湖卤水的pH可以为9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5。进一步可选地,盐湖卤水的pH为9~11。
可选地,盐湖卤水含有如下质量分数的组分:锂离子0.01%~0.2%,钠离子0.5%~3%,镁离子0.1%~2%,钾离子0.5%~2%,钙离子0.05%~0.2%,硼酸根离子0.005%~0.1%,硫酸根离子0.01%~0.1%,碳酸根离子0.01%~0.5%。
盐湖卤水成分复杂,通常含有固体悬浮物(Suspended solids, SS),以及含有Li+、K+、Na+、Ca+、Mg2+、Cl-、SO4 2-、CO3 2-、HCO3 -、B(OH)4 -等多种离子,增大了提锂难度。通过预处理能够去除盐湖卤水中的悬浮物,达到改善水质的目的,避免悬浮物堵塞钛系吸附剂的孔道而降低提锂效率,同时也能提高锂盐产品的纯度。
可选地,对盐湖卤水进行预处理,包括以下步骤:
采用陶瓷膜自清洗过滤器进行第一过滤处理,采用超滤(Ultra-filtration, UF)膜进行第二过滤处理,使预处理卤水中的悬浮物浓度≤5mg/L。
其中,陶瓷膜自清洗过滤器主要去除悬浮物;超滤膜可允许溶剂分子、各类离子和有机物小分子透过,而对悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质进行截留,从而达到净化和分离的目的。
可选地,陶瓷膜自清洗过滤器中的陶瓷膜的孔径为1μm~5μm,例如,1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm。
可选地,超滤膜的孔径为10nm~20nm例如,10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm。
S12:利用钛系吸附剂对盐湖卤水进行提锂处理,制备锂富集液。
可以理解地,步骤S12中的盐湖卤水可以为没有经过预处理的盐湖卤水,也可以为经过步骤S11预处理后的盐湖卤水。
在一些实施方式中,对盐湖卤水进行提锂处理,包括以下步骤:
对盐湖卤水进行多轮吸附处理,至所述盐湖卤水中的锂离子的吸附率≥95%;
各轮吸附处理均包括以下步骤:排列M个吸附树脂柱,使盐湖卤水依次流经M个所述吸附树脂柱,其中,M≥3,且所述吸附树脂柱填充有钛系吸附剂;
各轮吸附处理中,排列M个吸附树脂柱包括以下步骤:将吸附量最大的第一吸附树脂柱移除,并增加新吸附树脂柱,将所述新吸附树脂柱作为所述盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱。
可以理解地,M的取值可以为3、4、5、6、7、8、9、10。
可以理解地,新吸附树脂柱可以为没有经过任何吸附处理的吸附树脂柱,可以为吸附量较低的吸附树脂柱(其吸附量在盐湖卤水流经的M个吸附树脂柱中最低),也可以为解吸完全的解吸树脂柱。
在一些实施方式中,对盐湖卤水进行多轮吸附处理,包括以下步骤:
将所述盐湖卤水分为N份,排列M×N个吸附树脂柱,使各份盐湖卤水各自独立地依次流经M个所述吸附树脂柱,其中,N≥5;
各轮吸附处理中,排列M×N个吸附树脂柱包括以下步骤:
将第1份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱移除,记为解吸树脂柱,并将第2份~第N份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱依次作为第1份~第N-1份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱;
将第1份盐湖卤水流经的第二个吸附树脂柱作为第N份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱,并将第2份~第5份盐湖卤水流经的第二个吸附树脂柱依次作为第1份~第N-1份盐湖卤水流经的第二个吸附树脂柱;
将第1份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱作为第N份盐湖卤水流经的第M-1个吸附树脂柱,并将第2份~第N份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱依次作为第1份~第N-1份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱,并增加新吸附树脂柱,将所述新吸附树脂作为第N份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱。
可以理解地,N的取值可以为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15。
请参阅图2,在图2所示的吸附模块100中,M=3,N=5,即将盐湖卤水分为5份,且各份盐湖卤水各自独立地依次流经3个吸附树脂柱;将吸附模块100中的15个吸附树脂柱依次记为1号~15号,第1份盐湖卤水依次流经1、6和11号吸附树脂柱,第2份盐湖卤水依次流经2、7和12号吸附树脂柱,以此类推。各轮吸附处理中,排列3×5个吸附树脂柱具体为:将第1份盐湖卤水流经的1号树脂柱移除,记为解吸树脂柱,将2号~15号吸附树脂柱顺次向前移动依次作为1号~14号吸附树脂柱,并增加一个新吸附树脂柱作为15号吸附树脂柱。
在一些实施方式中,所述钛系吸附剂包括硅掺杂的钛氧化物。
可以理解地,钛系吸附剂是钛锂氧化物的酸化产物,主要成分为钛氧化物,包括H2TiO3、HTi2O4和H4Ti5O12中的一种或多种。得益于键能大的钛氧键,钛系吸附剂的结构更加稳定,不易溶损,适用于不同酸碱度的使用环境,特别适用于对碱性较高的碳酸型盐湖卤水进行提锂处理。进一步地,在钛氧化物的晶格中掺杂硅元素,可以减少钛系吸附剂对杂质离子的吸附并改善其微孔结构,提高钛系吸附剂对锂离子的吸附效率、吸附容量和吸附选择性,降低钛溶损。
可以理解地,利用钛系吸附剂对盐湖卤水进行多轮吸附处理后,可制备得到载锂吸附剂;当钛系吸附剂为钛氧化物(H2TiO3、HTi2O4和H4Ti5O12等)时,载锂吸附剂为钛锂氧化物(Li2TiO3、LiTi2O4和Li4Ti5O12等);当钛系吸附剂为硅掺杂的钛氧化物时,载锂吸附剂为硅掺杂的钛锂氧化物。
可选地,钛系吸附剂中,硅元素和钛元素的质量占比为(0.1~0.3):1,例如,0.1:1、0.15:1、0.2:1、0.25:1、0.3:1。
可选地,钛系吸附剂包括硅掺杂的H2TiO3、硅掺杂的HTi2O4和硅掺杂的H4Ti5O12中的一种或多种。进一步可选地,钛系吸附剂包括硅掺杂的H2TiO3。在一些具体示例中,钛系吸附剂包括SiO2掺杂的H2TiO3。
可选地,钛系吸附剂为SiO2掺杂的H2TiO3,且SiO2和H2TiO3的质量比为(0.01~0.05):1,例如,0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1。
可选地,钛系吸附剂的孔隙率为30%~60%,例如30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%。将孔隙率设置在30%~60%范围内,能够实现增加内扩散通道、提高内外扩散速率、增大与盐湖卤水的接触面积等目的,从而增加对锂离子的吸附速率和吸附容量。
可选地,钛系吸附剂还包括粘合剂,粘合剂包括聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯醇(PVA)中的一种或多种。粘合剂的引入,可以增加钛系吸附剂的结构强度,减少物理磨损和钛溶损,有效地提升使用寿命,并在长期运行过程中表现出高效稳定的吸附性能。
进一步可选地,粘合剂包括PVC、PVDF、PVP和PVA中的至少两种。
进一步可选地,粘合剂在钛系吸附剂中的质量占比为2%~10%,例如,2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%。
可选地,钛系吸附剂的形状包括球形、类球形、条形和不规则形状中的一种或多种。进一步可选地,钛系吸附剂为球形颗粒,球型强度好,不容易磨损。
可选地,钛系吸附剂的D50粒径为1mm~3mm。若钛系吸附剂的D50粒径低于1mm,其使用阻力大,且不易回收;若钛系吸附剂的D50粒径大于3mm,其比表面积小,吸附效率低。
可选地,钛系吸附剂对锂离子的饱和吸附容量为≥9mg/g,例如,12mg/g、14mg/g、16mg/g、18mg/g、20mg/g、25mg/g、30mg/g。进一步可选地,钛系吸附剂对锂离子的饱和吸附容量为9mg/g~20mg/g。
请参阅图3,其为一实施例中的钛系吸附剂的制备方法的流程示意图,该方法包括以下步骤:
S21:对包含锂源、钛源和硅源的混合物进行焙烧处理,制备第一中间体。
可选地,锂源包括氢氧化锂和碳酸锂中的一种或多种。进一步可选地,锂源为氢氧化锂。
可选地,钛源包括二氧化钛。
可选地,硅源包括二氧化硅。
可以理解地,锂源、钛源和硅源均可以为含有结合水的盐、氧化物或氢氧化物,也可以为不含有结合水的盐、氧化物或氢氧化物,例如,锂源可以采用一水氢氧化锂(LiOH·H2O)和无水氢氧化锂(LiOH)中的一种或多种。
可选地,锂源和钛源的质量比为(2~5):1,例如,2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1。
可选地,锂源和硅源的质量比为(10~20):1,例如,10:1、11:1、12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1。
可选地,焙烧处理的温度≥800℃,例如,800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃、950℃、960℃、970℃、980℃、990℃、1000℃。进一步可选地,焙烧处理的温度900℃~1000℃。若焙烧处理的温度低于800℃,二氧化硅难以对偏钛酸锂形成有效掺杂并进入其晶格中,导致钛系吸附剂的吸附容量降低、钛溶损增大。
可选地,焙烧处理的时间为2h~10h,例如,2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h。
在一些具体的实施方式中,对包含锂源、钛源和硅源的混合物进行焙烧处理,包括以下步骤:混合锂源、钛源、硅源和溶剂,于400rpm~600rpm的转速下搅拌1h~2h,使得物料充分混合,过滤后烘干,得到混合物A;对混合物A进行焙烧处理,得到第一中间体。
S22:混合第一中间体、致孔剂和有机溶剂,制备浆料。
可选地,致孔剂包括氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、硫酸钠(Na2SO4)和聚乙二醇(PEG)中的一种或多种。其中,聚乙二醇的重均分子量为100g/mol~20000g/mol,优选为1000g/mol~10000g/mol。
可选地,致孔剂和第一中间体的质量比为(0.1~0.5):100,例如,0.1:100、0.2:100、0.3:100、0.4:100或0.5:100。
可选地,浆料中还含有粘合剂,粘合剂包括聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯醇(PVA)中的一种或多种。
可选地,粘合剂和第一中间体的质量比为(5~20):100,包括但不限于为5:100、6:100、8:100、10:100、12:100、15:100、18:100、20:100。
可选地,有机溶剂包括二氯甲烷、丙酮、异丙醇、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和四氢呋喃中(THF)中的一种或多种。
可选地,有机溶剂和第一中间体的质量比为(200~400):100,例如,200:100、220:100、250:100、280:100、300:100、320:100、350:100、380:100、400:100。
S23:对浆料进行湿法造粒处理,制备第二中间体。
相比于干法造粒,湿法造粒形成的吸附剂颗粒含有更多的扩散孔道,内外扩散效率更快,硅掺杂的偏钛酸与盐湖卤水的接触面积更大,因此吸附容量更高。同时,湿法造粒还有利于提升吸附剂颗粒的结构强度,降低钛溶损。
可选地,对浆料进行湿法造粒处理,包括以下步骤:
将浆料通过造粒机制粒,产物经过冷水浴5℃~10℃快速固化,得到颗粒状第二中间体。
可选地,第二中间体的形状为球形、类球形、条形和不规则形状中的一种或多种。进一步地,第二中间体为球形颗粒,D50粒径为1mm~3mm。
S24:对第二中间体进行酸化处理,制备钛系吸附剂。
可以理解地,通过酸化处理可以脱除第二中间体中的锂离子,使锂钛氧化物转化为钛氧化物。其中,第二中间体包括SiO2掺杂的Li2TiO3、SiO2掺杂的LiTi2O4和SiO2掺杂的Li4Ti5O12中的一种或多种,对应地,酸化处理制得的钛系吸附剂包括SiO2掺杂的H2TiO3、SiO2掺杂的HTi2O4和SiO2掺杂的H4Ti5O12中的一种或多种。优选地,第二中间体为SiO2掺杂的Li2TiO3,钛系吸附剂为SiO2掺杂的H2TiO3。
可选地,酸化处理的时间为0.5h~5h,例如,0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h。
可选地,酸化处理所采用的酸为盐酸和硫酸中的一种或多种。进一步可选地,酸化处理采用的酸为盐酸。可以理解地,优选将盐酸制备成稀盐酸再用于酸化处理,在稀盐酸中,盐酸的质量含量为2%~3%。
可选地,酸化处理所采用的酸和第二中间体的质量比为(0.8~2):1,例如,0.8:1、0.9:1、1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1、2:1。
在一些实施方式中,对盐湖卤水进行多轮吸附处理之后,还包括以下步骤:
对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理,至所述解吸树脂柱流出的锂富集液的锂离子浓度≥2g/L;
各轮解吸处理均包括以下步骤:排列L个所述解吸树脂柱,使解吸液依次流经L个所述解吸树脂柱,其中,L≥6;
各轮解吸处理中,排列L个解吸树脂柱包括以下步骤:将解吸完全的第一解吸树脂柱移除,并增加新解吸树脂柱,将所述新解吸树脂柱作为所述解吸液流经的第L个解吸树脂柱。
可以理解地,L的取值可以为6、7、8、9、10、11、12、13、14、15。
可以理解地,新解吸树脂柱为没有经过任何解吸处理的解吸树脂柱,具体指的是第1份盐湖流速流经的第1个吸附树脂柱移除后所得的解吸树脂柱。
可选地,锂富集液中的锂离子浓度≥2g/L,例如,2g/L、3g/L、4g/L、5g/L、6g/L、7g/L、8g/L、9g/L、10g/L、12g/L、13g/L、14g/L、15g/L。进一步可选地,锂富集液中的锂离子浓度为2g/L~10g/L。
可选地,解吸液包括酸液,酸液包括盐酸溶液、硫酸溶液和硝酸溶液中的一种或多种。进一步可选地,酸液为盐酸溶液。
可选地,酸液中的酸的质量分数为0.1%~2%,例如,0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%、2%。进一步可选地,酸液中的酸的质量分数为0.2%~1%。
可选地,酸液的pH为1~3,例如,1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.2、2.4、2.6、2.8、3。进一步可选地,酸液的pH为1.5~2.5。
相较于硫酸和硝酸,利用盐酸进行解吸时,其解吸速率更快,不会引入难以去除的阴离子,不易生产硫酸钙、硫酸镁等难溶物而堵塞钛系吸附剂的孔道。控制酸液的浓度和pH,可以在确保锂离子充分解吸的条件下,降低钛系吸附剂的溶损。
在一些实施方式中,所述盐湖卤水提锂的方法还包括以下步骤:
对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理之前,对所述解吸树脂柱进行第一淋洗处理,制备第一淋洗液,并使所述第一淋洗液中的各杂质离子的浓度≤50mg/L;及/或,
对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理之后,对所述解吸完全的第一解吸树二淋洗处理,制备第二淋洗液,并使所述第二淋洗液的pH≥6。
可选地,第一淋洗液中的各杂质离子的浓度≤50mg/L,例如,50mg/L、45mg/L、40mg/L、35mg/L、30mg/L、25mg/L、20mg/L、15mg/L、10mg/L、5mg/L。其中,杂质离子包括钠离子、镁离子和钙离子中的一种或多种,且钠离子浓度、镁离子浓度和钙离子浓度各自独立地≤50mg/L。进一步可选地,钠离子浓度、镁离子浓度和钙离子浓度各自独立地≤25mg/L。
可选地,第二淋洗液的pH≥6,例如,6、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7。进一步可选地,第二淋洗液的pH≥6.5。
可选地,对所述解吸树脂柱进行第一淋洗处理之后,还包括以下步骤:对第一淋洗液进行多轮吸附处理。
可选地,对解吸处理后的载锂吸附剂进行第二淋洗处理之后,还包括以下步骤:混合第二淋洗液和质量分数为5%~15%的浓酸,制备酸液。
通过第一淋洗处理,可以洗去载锂吸附剂中残留的盐湖卤水,去除载锂吸附剂吸附的杂质离子;同时,将第一淋洗液重新进行多轮吸附处理,可以提高盐湖卤水中的锂离子的吸附率。通过第二淋洗处理,可以洗去残留的酸液,获得纯净的钛系吸附剂,避免残留的酸液对钛系吸附剂的后续使用造成不利影响,并达到回收酸液的目的,有效地降低工艺成本。
在一些实施方式中,对盐湖卤水进行提锂处理的设备为连续离子交换系统。
可以理解地,将吸附处理、解吸处理、第一淋洗处理和第二淋洗处理集成至一套系统中同时连续化的运行的方法为连续离子交换法,对应的系统称为连续离子交换系统。
传统方法中,利用吸附法在盐湖卤水提锂时,大多采用固定床来实现锂离子的吸附和解吸。固定床离子交换过程中,固定床中沿着卤水移动的方向可依次分为饱和区、传质区和保护区;其中,饱和区的树脂已经吸附饱和,又称为失效区;传质区为卤水与树脂发生离子交换的区域;保护区的树脂还没有开始进行吸附。随着离子交换的进行,饱和区逐渐增大,保护区逐渐减小,而传质区沿着卤水的前进方向不断移动。由此可见,固定床运行过程中,只有传质区的树脂处于离子交换的工作状态,饱和区和保护区的树脂均处于闲置状态,导致树脂的使用量非常大而利用效率极低。此外,固定床离子交换法还存在着耗水量大、废水多、解吸液用量大、产品浓度低和运行成本高等缺点。
不同于传统的固定床工艺,连续离子交换法利用了连续化吸附和解吸的核心理念,将固定床分隔成吸附模块、第一淋洗模块、解吸模块和第二淋洗模块四个功能模块,位于吸附模块的树脂吸附饱和后,立即转移出吸附模块,并依次进入第一淋洗模块、解吸模块和第二淋洗模块进行淋洗和解吸,再生得到的树脂又回到吸附模块进行循环使用,因此,连续离子交换法能够使得不同功能模块中的树脂都能处于吸附、淋洗或解吸的运行状态中,可实现了吸附和解吸的连续化,有效地提升了树脂的利用效率,从而大幅度地提升盐湖卤水的提锂效率。此外,连续离子交换法还具有耗水量少、产品浓度高、选择性高、易于自动控制、操作简单和设备占地面积小等优点。
请参阅图2,其为一实施例中的连续离子交换系统的结构示意图。该连续离子交换系统包括吸附模块100、第二淋洗模块200、解吸模块300和第一淋洗模块400;吸附模块100包括多个串联的吸附单元110,各吸附单元110包括多个并联的吸附树脂柱;第二淋洗模块200、解吸模块300和第一淋洗模块400各自独立地包括多个串联的解吸树脂柱。
其中,预处理卤水(或盐湖卤水)从A口进入吸附模块100,并依次经过多个串联的吸附单元110,吸附处理后得到的尾卤从B口流出;水从C口进入第二淋洗模块200,第二淋洗处理后得到的第二淋洗液从D口流出并进入混酸罐中,浓酸从E口进入混酸罐中,第二淋洗液和浓酸于混酸罐中混合得到解吸液;解吸液从F口进入解吸模块300,解吸处理后得到的锂富集液从G口流出;水从H口进入第一淋洗模块400,第一淋洗处理后得到的第一淋洗液从I口流出,并从A口进入吸附模块以再次进行吸附处理。
该连续离子交换系统还包括转盘,各树脂柱均设置于转盘上,转盘上设有多路阀,通过多路阀的步进转动来驱动树脂柱沿着与卤水前进方向相反的方向移动,以实现树脂柱在各模块内的逆流移动和在不同功能模块的切换。请继续参阅图2所示的连续离子交换系统,在吸附模块100中,锂离子吸附量从15号吸附树脂柱到1号吸附树脂柱逐渐增大,将吸附量最大的1号吸附树脂柱移除并进入第一淋洗模块400进行第一淋洗处理,2号~15号吸附树脂柱顺次向前移动一个序号;第一淋洗模块400中,将26号解吸树脂柱移除并进入解吸模块300进行解吸处理,27~30号解吸树脂柱顺次向前移动一个序号;解吸模块300中,将解吸完全的20号解吸树脂柱移除并进入第二淋洗模块200进行第二淋洗处理,21号~25号解吸树脂柱顺次向前移动一个序号;第二淋洗模块200中,将16号解吸树脂柱移除并作为新吸附树脂柱进入吸附模块中进行吸附处理,17号~19号解吸树脂柱顺次向前移动一个序号,至此完成一轮提锂处理。
因此,该连续离子交换系统可以通过控制电磁阀的开闭来切换各树脂柱之间的连接方式,同时通过多路阀的步进旋转来驱动各树脂柱的逆流移动,并使各树脂柱在各功能模块中切换,以使每个树脂柱能够依次进行吸附处理、第一淋洗处理、解吸处理和第二淋洗处理,从而实现提锂处理的连续化,提高钛系吸附剂的利用率和锂离子的回收率,降低钛系吸附剂的溶损。
可选地,吸附单元110的数目≥3个,各吸附单元110中的吸附树脂柱的数目≥5个,第二淋洗模块200中的解吸树脂柱的数目≥4个,解吸模块300中的解吸树脂柱的数目≥6个,第一淋洗模块400的解吸树脂柱的数目≥5个。
可选地,连续离子交换系统的步进周期为5min~15min,例如,5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min。优选地,连续离子交换系统的步进周期为10min。
可选地,吸附模块100的流速为5BV/h~12BV/h,例如,5BV/h、6BV/h、7BV/h、8BV/h、9BV/h、10BV/h、11BV/h、12BV/h。
可选地,第一淋洗模块400的流速为6BV/h~10BV/h,例如,6BV/h、7BV/h、8BV/h、9BV/h、10BV/h。
可选地,解吸模块300的流速为6BV/h~10BV/h,例如,6BV/h、7BV/h、8BV/h、9BV/h、10BV/h。
可选地,第二淋洗模块200的流速为6BV/h~10BV/h,例如,6BV/h、7BV/h、8BV/h、9BV/h、10BV/h。
步进周期缩短,连续离子交换系统循环一周的时间相应缩短,则单位时间处理的卤水量增加,树脂柱内的流速增加,可能会导致卤水在树脂柱内停留时间不足,锂离子吸附不充分而降低锂离子的回收率。将步进周期控制在10min~30min,能够提高提锂速率的同时保持较高的锂离子回收率。同样地,控制吸附模块100、第一淋洗模块400、解吸模块300和第二淋洗模块200的流速,能够在提高连续离交系统的提锂效率,并获得较高的锂离子回收率和较高浓度的锂富集液。
上述连续离子交换系统具有如下有益效果:1)大幅度提升钛系吸附剂的利用率;2)使盐湖卤水中的锂离子的吸附率达到95%以上;3)确保载锂吸附剂中的锂离子得以充分解吸,锂离子的解吸率可达到100%;4)与传统的固定床分离设备相比,可降低大约40%的水耗,并降低酸液的消耗,生产成本低;5)钛系吸附剂的溶损小,可将其年溶损率降低至2%以下。
S13:对锂富集液进行纯化处理,制备锂纯化液。
在一些实施方式中,所述锂纯化液满足:钙离子浓度≤2ppm,镁离子浓度≤2ppm,硼酸根离子浓度≤2ppm,硫酸根离子浓度≤2ppm。
在一些实施方式中,对锂富集液进行纯化处理,包括以下步骤:
利用吸附树脂对锂富集液进行吸附处理,制备预纯化液,使预纯化液满足:钙离子(Ca2+)浓度≤5ppm,镁离子(Mg2+)浓度≤5ppm,硼酸根离子(B(OH)4 -)浓度≤2ppm;
利用纳滤(Nanofiltration, NF)膜对所述锂富集液进行过滤处理,使过滤处理后的锂富集液满足:钙离子(Ca2+)浓度≤2ppm,镁离子(Mg2+)浓度≤2ppm,硫酸根离子(SO4 2-)浓度≤2ppm。
可选地,吸附树脂包括除钙镁吸附树脂和除硼吸附树脂中的一种或多种。
可选地,除钙镁吸附树脂对钙镁的饱和吸附容量为5g/L~10g/L,例如,5g/L、6g/L、7g/L、8g/L、9g/L、10g/L。
可选地,除硼吸附树脂对硼酸根离子的饱和吸附容量为5g/L~10g/L,例如,5g/L、6g/L、7g/L、8g/L、9g/L、10g/L。
可选地,吸附树脂的孔隙率为30%~50%,例如,30%、32%、34%、36%、38%、40%、42%、44%、46%、48%、50%。
可选地,纳滤膜的孔径≤2nm。
S14:对锂纯化液进行浓缩处理,制备锂浓缩液。
在一些实施方式中,所述锂浓缩液满足:锂离子浓度≥18g/L,总盐分≤15%。
可选地,锂浓缩液中的锂离子浓度≥18g/L,例如,18g/L、19g/L、20g/L、21g/L、22g/L、23g/L、24g/L、25g/L、26g/L、27g/L、28g/L、29g/L、30g/L。进一步可选地,锂浓缩液中的锂离子浓度≥20g/L。
可选地,锂浓缩液中的总盐分≤15%,例如,15%、14%、13%、12%、11%、10%、9%、8%、7%、6%、5%。
在一些实施方式中,对锂纯化液进行浓缩处理的方法为逆流反渗透(CounterflowReverse Osmosis, CFRO)法。
其中,CFRO法在反渗透膜(Reverse Osmosis, RO)的渗透测加入略低于加料侧溶液渗透压的溶液,利用逆流循环减少RO膜上的渗透压梯度,不仅可以显著提高浓缩效率,而且能大幅度降低能耗,减少污垢的形成,并有利于延长膜寿命。相较于高压反渗透法、低压反渗透法、碟管式反渗透法、电渗析法、机械式蒸汽再压缩(Mechanical VaporRecompression, MVR)法,利用CFRO法进行浓缩处理,一方面能够降低锂浓缩液中的盐分,提高锂盐产品的收率和纯度,另一方面可大幅度降低能耗,比电渗析法降低了50%。
S15:从锂浓缩液中分离制备锂盐产品。
在一些实施方式中,从锂浓缩液中分离制备锂盐产品,包括以下步骤:
利用沉淀法从锂浓缩液中分离制备碳酸锂;和/或,
利用双极膜法从锂浓缩液分离制备氢氧化锂。
可选地,利用沉淀法从锂浓缩液中分离制备碳酸锂,包括以下步骤:在锂浓缩液中加入沉淀剂进行沉淀处理,去除溶剂,制备碳酸锂。
进一步可选地,沉淀剂包括Na2CO3、NaHCO3、K2CO3和KHCO3中的一种或多种。
可选地,锂盐产品的纯度≥99.5%。优选地,锂盐产品的纯度为电子级(≥99.99%)。
传统的盐湖卤水提锂技术通常只能制备得到工业级(85%~98%)的锂盐产品,不能满足电子通讯、航空航天和新能源汽车等领域的应用需求,需要进行提纯处理,变相地增加了生产成本。本发明经过提锂、纯化、浓缩和分离等工艺,可直接制得电子级的锂盐产品,具有很好的经济效益。
综上所述,与传统的固定床吸附法相比,本发明在盐湖卤水提锂时对盐湖卤水进行多轮吸附处理,在各轮吸附处理中,使盐湖卤水依次流经M个吸附树脂柱,并及时移除吸附量最大的第一吸附树脂柱和增加新吸附树脂柱,从而实现了对盐湖卤水进行吸附处理的连续化,使得吸附树脂柱的利用率明显增大,并使得提锂效率明显提升。同时,随着盐湖卤水流经的吸附树脂柱的增加,盐湖卤水的锂离子浓度逐渐降低,吸附树脂柱的锂离子吸附量也逐渐降低,避免了因吸附树脂柱的锂离子吸附量和盐湖卤水的锂离子浓度的不适配而造成吸附效果不佳的问题,使得盐湖卤水中的锂离子吸附率稳定地保持在95%以上,对于盐湖锂资源的进一步开发具有重大的经济效益。
同时,将盐湖卤水分为N份,使盐湖卤水各自独立地流经M个吸附树脂柱,在每轮吸附处理中,从开始吸附到结束吸附,每个吸附树脂柱均要经过M×N次吸附处理,如此能够实现对吸附树脂柱中装填的钛系吸附剂的充分利用,并大幅度提升盐湖卤水的提锂效率和锂离子吸附率。在多轮吸附处理后,对解吸树脂柱进行多轮解吸处理,在各轮解吸处理中,使解吸液依次流经L个吸附树脂柱,并及时移除解吸完全的第一吸附树脂柱和增加新解吸树脂柱,从而实现盐湖卤水解吸处理的连续化,进一步提升了盐湖卤水的提锂效率。在连续化的多轮吸附处理和连续化的多轮解吸处理的基础上,结合第一淋洗处理、第二淋洗处理、纯化处理、浓缩处理和分离处理等工艺,可实现锂离子和杂质离子的有效分离,有利于获得高纯度的锂盐产品。
进一步地,吸附树脂柱中装填有钛系吸附剂,相较于广泛使用的铝系吸附剂,其对锂离子的吸附容量更大、选择性更高和解吸率更高,能够提高盐湖卤水中的锂离子的回收率,有利于盐湖卤水锂资源的充分利用;并且,钛系吸附剂的结构稳定,在提锂过程中不易溶损,适用于不同酸碱度的使用环境,尤其适用于碱性较高的碳酸型盐湖卤水。采用连续离子交换法进行提锂处理,能够实现吸附处理和解吸处理的连续化,提高钛系吸附剂的利用率和锂离子的回收率,并有助于降低钛系吸附剂的溶损。
因此,本发明提供的盐湖卤水提锂的方法,通过提锂、纯化、浓缩和分离等工艺,实现了提锂效率高、吸附剂溶损小、产品纯度高的效果,对于盐湖锂资源的进一步开发具有重大的经济效益。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
以下具体实施例和对比例中,所用的原料,如无特别说明,均为市售产品;所用的仪器,如无特别说明,均为市售产品;所用的工艺,如无特别说明,均为本领域技术人员常规选择。
实施例1
(1)请参阅表1,本实施例中的盐湖卤水为碱性的碳酸型盐湖,pH为9.2,锂离子的浓度为0.28g/L。
表1. 各盐湖卤水的pH值和离子含量
(2)本实施例中的钛系吸附剂的制备方法如下:
S21:混合氢氧化锂、二氧化钛、二氧化硅和无水乙醇,在400rpm的转速下搅拌1h,使得物料充分混合,过滤后烘干,得到混合物A;将混合物A于900℃下焙烧6h,得到第一中间体;其中,氢氧化锂、二氧化钛和二氧化硅的质量比20:10:1。
S22:混合第一中间体、致孔剂、粘合剂和有机溶剂,得到粘稠的浆料;其中,第一中间体、致孔剂、粘合剂和有机溶剂的质量比为100:0.1:15:200;致孔剂为PEG(重均分子量为5000g/mol~10000g/mol),粘合剂由PVDF和PVA以5:15的质量比混合而成,有机溶剂为NMP。
S23:将浆料通过湿法造粒机制粒,颗粒于5℃的冷水浴中快速固化,得到D50粒径为1mm~3mm的球型颗粒。
S24:将球型颗粒置于2.5%的盐酸中充分搅拌1h,酸洗脱锂率达到100%,得到钛系吸附剂;其中,该钛系吸附剂为二氧化硅掺杂的H2TiO3,饱和吸附容量为4.8mg/g,硅元素和钛元素的质量占比为0.05:1,孔隙率为30%~40%。
(3)本实施例中的盐湖卤水提锂的方法为:
S11:采用陶瓷膜自清洗过滤器进行第一过滤处理,采用超滤膜进行第二过滤处理,制备预处理卤水,使预处理卤水中的悬浮物浓度≤5mg/L。
S12:使预处理卤水将进入连续离交系统中进行提锂处理,制备锂富集液。
其中,连续离子交换系统包括吸附模块、第一淋洗模块、解吸模块和第二淋洗模块;吸附模块包括3个串联的吸附单元,各吸附单元包括5个并联的吸附树脂柱;第一淋洗模块包括5个串联的解吸树脂柱,解吸模块包括6个串联的解吸树脂柱,第二淋洗模块包括4个串联的解吸树脂柱;每隔10min切换一次各树脂柱之间的连接方式,使同一树脂柱依次进行吸附处理、第一淋洗处理、解吸处理和第二淋洗处理,从而实现提锂处理的连续化。
各树脂柱中装填有步骤(2)制得的钛系吸附剂(吸附处理后转化为载锂吸附剂)。吸附模块的流速为5BV/h,通入的预处理卤水的体积为10BV,其对锂的饱和吸附容量为4.8mg/g;第一淋洗模块的流速为6BV/h,通入的软水的体积为1BV,第一淋洗模块流出的第一淋洗液返回至吸附模块中进行吸附处理;解吸模块的流速为6BV/h,解吸液为质量分数为0.2%的稀盐酸溶液,解吸处理时保持解吸模块中的pH≈2;第二淋洗模块的流速为6BV/h,通入的软水的体积为1BV,第二淋洗模块流出的第二淋洗液的pH为6,将其与质量分数为10%的浓盐酸溶液混合形成质量分数为0.2%的稀盐酸溶液,作为解吸液返回至解吸模块。
S13:对锂富集液进行纯化处理,制备锂纯化液。
其中,对锂富集液进行纯化处理包括以下步骤:
利用除钙镁树脂和除硼树脂进行吸附处理,制备预纯化液,并使预纯化液满足:Ca2+浓度≤5ppm,Mg2+浓度≤5ppm,B(OH)4 -浓度≤0.5ppm;
利用纳滤膜进行过滤处理,制备锂纯化液,并使锂纯化液满足:Ca2+浓度≤2ppm,Mg2+浓度≤2ppm,SO4 2-浓度≤2ppm。
S14:利用CFRO法对锂纯化液进行浓缩处理,制备锂浓缩液。
S15:在锂浓缩液中加入Na2CO3进行沉淀处理,制得碳酸锂。
实施例2
(1)请参阅表1,本实施例中的盐湖卤水为碱性的碳酸型盐湖,pH为9.4,锂离子的浓度为0.20g/L。
(2)本实施例中的钛系吸附剂的制备方法与实施例1相同,制得的钛系吸附剂为二氧化硅掺杂的H2TiO3,饱和吸附容量为5.7mg/g,硅元素和钛元素的质量占比为0.06:1,孔隙率为30%~40%。
(3)本实施例中的盐湖卤水提锂的方法为:
S11:采用陶瓷膜自清洗过滤器进行第一过滤处理,采用超滤膜进行第二过滤处理,制备预处理卤水,使预处理卤水中的悬浮物浓度≤5mg/L。
S12:使预处理卤水将进入连续离交系统中进行提锂处理,制备锂富集液。
连续离子交换系统的结构与实施例1相同。各树脂柱中装填有步骤(2)制得的钛系吸附剂。吸附模块的流速为8BV/h,通入的预处理卤水的体积为15BV,其对锂的饱和吸附容量为5.7mg/g;第一淋洗模块的流速为6BV/h,通入的软水的体积为1.5BV,第一淋洗模块流出的第一淋洗液返回至吸附模块中进行吸附处理;解吸模块的流速为6BV/h,解吸液为质量分数为0.3%的稀盐酸溶液,解吸处理时保持解吸模块中的pH≈2;第二淋洗模块的流速为5BV/h,通入的软水的体积为5BV,第二淋洗模块流出的第二淋洗液的pH为6.1,将其与质量分数为10%的浓盐酸溶液混合形成质量分数为0.3%的稀盐酸溶液,作为解吸液返回至解吸模块。
S13:对锂富集液进行纯化处理,制备锂纯化液。
其中,对锂富集液进行纯化处理包括以下步骤:
利用除钙镁树脂和除硼树脂进行吸附处理,制备预纯化液,使预纯化液满足:Ca2+浓度≤5ppm,Mg2+浓度≤5ppm,B(OH)4 -浓度≤2ppm;
利用纳滤膜进行过滤处理,制备锂纯化液,并使锂纯化液满足:Ca2+浓度≤2ppm,Mg2+浓度≤2ppm,SO4 2-浓度≤2ppm。
S14:利用CFRO法对锂纯化液进行浓缩处理,制备锂浓缩液。
S15:采用双极膜法对锂浓缩液进行电渗析处理,制得氢氧化锂。
实施例3
(1)请参阅表1,本实施例中的盐湖卤水为碱性的碳酸型盐湖,pH为9.5,锂离子的浓度为0.40g/L。
(2)本实施例中的钛系吸附剂的制备方法与实施例1相同,制得的钛系吸附剂为二氧化硅掺杂的H2TiO3,饱和吸附容量为6.2mg/g,硅元素和钛元素的质量占比为0.07:1,孔隙率为27%~41%。
(3)本实施例中的盐湖卤水提锂的方法为:
S11:采用陶瓷膜自清洗过滤器进行第一过滤处理,采用超滤膜进行第二过滤处理,制备预处理卤水,使预处理卤水中的悬浮物浓度≤5mg/L。
S12:使预处理卤水将进入连续离交系统中进行提锂处理,制备锂富集液。
连续离子交换系统的结构与实施例1相同。各树脂柱中装填有步骤(2)制得的钛系吸附剂。吸附模块的流速为10BV/h,通入的预处理卤水的体积为20BV,其对锂的饱和吸附容量为6.2mg/g;第一淋洗模块的流速为5BV/h,通入的软水的体积为1BV,第一淋洗模块流出的第一淋洗液返回至吸附模块中进行吸附处理;解吸模块的流速为6BV/h,解吸液为质量分数为0.2%的稀盐酸溶液,解吸处理时保持解吸模块中的pH≈2;第二淋洗模块的流速为6BV/h,通入的软水的体积为0.8BV,第二淋洗模块流出的第二淋洗液的pH为6.0,将其与质量分数为10%的浓盐酸溶液混合形成质量分数为0.2%的稀盐酸溶液,作为解吸液返回至解吸模块。
S13:对锂富集液进行纯化处理,制备锂纯化液。
其中,对锂富集液进行纯化处理包括以下步骤:
利用除钙镁树脂和除硼树脂进行吸附处理,制备预纯化液,并使预纯化液满足:Ca2+浓度≤5ppm,Mg2+浓度≤5ppm,B(OH)4 -浓度≤1ppm;
利用纳滤膜进行过滤处理,制备锂纯化液,并使锂纯化液满足:Ca2+浓度≤2ppm,Mg2+浓度≤2ppm,SO4 2-浓度≤2ppm。
S14:利用CFRO法对锂纯化液进行浓缩处理,制备锂浓缩液。
S15:在锂浓缩液中加入Na2CO3进行沉淀处理,制得碳酸锂。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:钛系吸附剂为无掺杂的H2TiO3,饱和吸附容量为4.8mg/g,孔隙率为31%~49%。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于步骤S13中仅利用除钙镁树脂进行吸附处理,具体如下:
利用除钙镁树脂进行吸附处理,制备预纯化液,并使预纯化液满足:Ca2+浓度≤5ppm,Mg2+浓度≤5ppm;
利用纳滤膜进行过滤处理,制备锂纯化液,并使锂纯化液满足:Ca2+浓度≤2ppm,Mg2+浓度≤2ppm,SO4 2-浓度≤2ppm。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于步骤S13中仅利用除硼树脂进行吸附处理,具体如下:
利用除硼树脂进行吸附处理,制备预纯化液,并使预纯化液满足:B(OH)4 -浓度≤1ppm;
利用纳滤膜进行过滤处理,制备锂纯化液,并使锂纯化液满足:Ca2+浓度≤5ppm,Mg2+浓度≤5ppm,SO4 2-浓度≤2ppm。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于步骤S14:利用电渗析法对锂纯化液进行浓缩处理,制备锂浓缩液。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同,不同之处在于步骤S12中的连续离子交换系统中的各树脂柱的连接关系不同,具体如下:
吸附模块包括2个串联的吸附单元,各吸附单元包括9个并联的吸附树脂柱,即M=2,N=9;第一淋洗模块包括4个串联的解吸树脂柱,解吸模块包括6个并联的解吸树脂柱(串联改为并联,L实际上为1),第二淋洗模块包括3个串联的解吸树脂柱;每隔10min切换一次各树脂柱之间的连接方式,使同一树脂柱依次进行吸附处理、第一淋洗处理、解吸处理和第二淋洗处理,从而实现提锂处理的连续化。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同,不同之处在于:采用铝系吸附剂进行提锂处理,饱和吸附容量为2.1mg/g,孔隙率为20%~29%。
对比例3
本对比例与实施例1基本相同,不同之处在于步骤S12中进行提锂处理的装置为:固定床。通入的预处理卤水的体积为10BV,吸附流速为3BV/h,解析流速为5BV/h,淋洗流速为10BV/h,解吸流速为2BV/h。
测试例
(1)XRD测试:请参阅图4,其为实施例1的钛系吸附剂的XRD图。图4中,曲线A为第二中间体(即硅掺杂的偏钛酸锂)的XRD谱图,曲线B为钛系吸附剂(即硅掺杂的偏钛酸)的XRD谱图,曲线C为无定形二氧化硅的XRD谱图,表明该钛系吸附剂掺杂有硅元素。
(2)吸附容量:取质量比为1:50的吸附剂(烘干水分后)和盐湖卤水,将吸附剂浸泡于卤水中,置于振荡器中振荡24h,对盐湖卤水进行吸附处理;振荡结束后,对盐湖卤水进行过滤处理,检测盐湖卤水在吸附处理前后的锂离子含量的差值,并计算得到吸附剂的吸附容量,即吸附容量=(吸附前的Li+含量-吸附后的Li+含量)/吸附剂质量,单位为mg/g,结果见表2。
(3)年溶损率:吸附剂进行吸附/解吸循环实验,检测解吸液中的钛含量(钛系吸附剂为钛含量,铝系吸附剂为铝含量),并计算1000个循环周期(即每年)的年溶损率,结果见表2
(4)利用ICP法检测预处理卤水、尾卤、锂富集液、锂浓缩液中的的Li+浓度,并计算得到的Li+吸附率和Li+解吸率;根据《HJT 51-1999全盐量的测定 重量法》测试锂浓缩液的总盐分(即全盐量);根据《酸碱滴定法》测试锂盐产品的纯度,结果均见表2。
表2. 盐湖卤水提锂方法的对比
由表1可知,实施例1~7中,通过连续离子交换工艺,利用钛系吸附剂对盐湖卤水进行提锂处理,锂离子吸附率≥95.9%,锂离子解吸率≥99%,锂富集液的锂离子浓度≥2g/L;锂浓缩液的锂离子浓度≥10g/L,采用CFRO法进行浓缩时,总盐分可保持在15%以下;锂盐产品的收率≥90%,纯度≥99.5%;并且,在整个提锂过程中,钛系吸附剂的年溶损率较低,可保持在3%~7%范围内。
与之相比,对比例1的连续离交系统中,吸附模块含有2个串联的吸附单元,每个吸附单元含有9个并联的吸附树脂柱,解吸模块含有6个并联的解吸树脂柱,但各项性能均明显劣化;对比例2将钛系吸附剂更换为铝系吸附剂,提锂处理的各项指标均明显变差,特别是锂离子吸附率降低至56%,锂离子解吸率降低至80%,铝系吸附剂的年溶损率增加值10%,导致盐湖卤水的提锂效率低下;对比例3采用固定床工艺进行盐湖提锂处理,吸附剂的吸附容量、吸附量大大降低。
以上所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发明的几种实施方式,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,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准,说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种盐湖卤水提锂的方法,其特征在于,包括以下步骤:
对盐湖卤水进行多轮吸附处理,至所述盐湖卤水中的锂离子的吸附率≥95%;
各轮吸附处理均包括以下步骤:排列M个吸附树脂柱,使盐湖卤水依次流经M个所述吸附树脂柱,其中,M≥3,且所述吸附树脂柱填充有钛系吸附剂;
各轮吸附处理中,排列M个吸附树脂柱包括以下步骤:将吸附量最大的第一吸附树脂柱移除,并增加新吸附树脂柱,将所述新吸附树脂柱作为所述盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱。
2.如权利要求1所述的盐湖卤水提锂的方法,其特征在于,对盐湖卤水进行多轮吸附处理,包括以下步骤:
将所述盐湖卤水分为N份,排列M×N个吸附树脂柱,使各份盐湖卤水各自独立地依次流经M个所述吸附树脂柱,其中,N≥5;
各轮吸附处理中,排列M×N个吸附树脂柱包括以下步骤:
将第1份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱移除,记为解吸树脂柱,并将第2份~第N份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱依次作为第1份~第N-1份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱;
将第1份盐湖卤水流经的第二个吸附树脂柱作为第N份盐湖卤水流经的第一个吸附树脂柱,并将第2份~第5份盐湖卤水流经的第二个吸附树脂柱依次作为第1份~第N-1份盐湖卤水流经的第二个吸附树脂柱;
将第1份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱作为第N份盐湖卤水流经的第M-1个吸附树脂柱,并将第2份~第N份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱依次作为第1份~第N-1份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱,并增加新吸附树脂柱,将所述新吸附树脂作为第N份盐湖卤水流经的第M个吸附树脂柱。
3.如权利要求2所述的盐湖卤水提锂的方法,其特征在于,对盐湖卤水进行多轮吸附处理之后,还包括以下步骤:
对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理,至所述解吸树脂柱流出的锂富集液的锂离子浓度≥2g/L;
各轮解吸处理均包括以下步骤:排列L个所述解吸树脂柱,使解吸液依次流经L个所述解吸树脂柱,其中,L≥6;
各轮解吸处理中,排列L个解吸树脂柱包括以下步骤:将解吸完全的第一解吸树脂柱移除,并增加新解吸树脂柱,将所述新解吸树脂柱作为所述解吸液流经的第L个解吸树脂柱。
4.如权利要求3所述的盐湖卤水提锂的方法,其特征在于,所述解吸液为酸液,所述酸液满足以下条件中的一个或多个:
(1)所述酸液包括盐酸溶液、硫酸溶液和硝酸溶液中的一种或多种;
(2)所述酸液中的酸的质量分数为0.1%~2%;
(3)所述酸液的pH为1~3。
5.如权利要求4所述的盐湖卤水提锂的方法,其特征在于,所述盐湖卤水提锂的方法还包括以下步骤:
对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理之前,对所述解吸树脂柱进行第一淋洗处理,制备第一淋洗液,并使所述第一淋洗液中的各杂质离子的浓度≤50mg/L;及/或,
对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理之后,对所述解吸完全的第一解吸树脂柱进行第二淋洗处理,制备第二淋洗液,并使所述第二淋洗液的pH≥6。
6.如权利要求3所述的盐湖卤水提锂的方法,其特征在于,对所述解吸树脂柱进行多轮解吸处理之后,还包括以下步骤:
对所述锂富集液进行纯化处理,制备锂纯化液,并使所述锂纯化液满足:钙离子浓度≤2ppm,镁离子浓度≤2ppm,硼酸根离子浓度≤2ppm,硫酸根离子浓度≤2ppm。
7.如权利要求6所述的盐湖卤水提锂的方法,其特征在于,在对所述锂富集液进行纯化处理之后,还包括以下步骤:
对所述锂纯化液进行浓缩处理,制备锂浓缩液,并使所述锂浓缩液满足:锂离子浓度≥18g/L,总盐分≤15%。
8.如权利要求7所述的盐湖卤水提锂的方法,其特征在于,在对所述锂纯化液进行浓缩处理之后,还包括以下步骤:
利用沉淀法和/或双极膜法从所述锂浓缩液中分离制备锂盐产品。
9.如权利要求1~8任一项所述的盐湖卤水提锂的方法,其特征在于,所述盐湖卤水的pH≥9,且所述盐湖卤水含有如下质量分数的组分:锂离子0.01%~0.2%,钠离子0.5%~3%,镁离子0.1%~2%,钾离子0.5%~2%,钙离子0.05%~0.2%,硼酸根离子0.005%~0.1%,硫酸根离子0.01%~0.1%,碳酸根离子0.01%~0.5%。
10.如权利要求9所述的盐湖卤水提锂的方法,其特征在于,所述钛系吸附剂包括硅掺杂的钛氧化物。
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