一种从含锂溶液中分离锂的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供的一种从含锂溶液中分离锂的方法及装置，该方法包括：采用离子交换膜将电解槽分隔为阳极室、有机相室和阴极室，所述阳极室内含锂溶液中的锂离子在外加电压的作用下，经所述有机相室中的有机相迁移至所述阴极室内的锂富集液中，其中，所述有机相是能够选择性地与所述含锂溶液中锂离子发生化学反应的有机试剂；该装置包括电解槽，并采用离子交换膜将电解槽分隔为阳极室、有机相室和阴极室，且所述有机相室位于所述阳极室和所述阴极室之间。相比于现有技术中含锂溶液中锂离子与其他金属离子分离效率低的问题，本发明专利技术提供的从含锂溶液中分离锂的方法及装置，能够处理具有较高镁锂比的含锂溶液。

【技术实现步骤摘要】
一种从含锂溶液中分离锂的方法及装置
本专利技术涉及冶金技术，更具体地，涉及一种从含锂溶液中分离锂的方法及装置。
技术介绍
锂是密度最小的金属，被广泛应用于原子反应堆，以及轻合金和锂电池的制备中。全球70％左右的锂资源赋存于盐湖中，且80％以上的锂产品是通过盐湖中锂的提取而获得的。中国盐湖数量众多，锂储量丰富，品位高。但是，大部分盐湖卤水中的镁锂比都在40以上，最高的达到1837。由于镁锂在元素周期表中处对角线位置，Mg2+与Li+的化学性质十分相似，镁锂分离非常困难，严重制约了锂的提取和应用。目前针对盐湖卤水中锂的回收工艺，主要采用沉淀法、碳化法、煅烧浸取法、离子交换吸附法或溶剂萃取法等。沉淀法和碳化法进行锂镁分离适用于低镁锂比盐湖卤水提锂，且大多存在能耗高、试剂耗量大、成本高等问题；煅烧浸取法工艺能耗较高，且过程产生的氯化氢对设备腐蚀也比较严重；吸附法中的离子筛金属氧化物吸附法提锂存在溶损率大、寿命短、成型造粒困难等问题；溶剂萃取法提锂的应用尚存在设备腐蚀和萃取剂的溶损及成本高等问题，还有待进一步进行优化。目前，现有盐湖提锂工艺大多是建立在拥有低镁锂比(镁锂比≤6:1)优质卤水的基础上。例如，公开号为CN1626443A的中国专利申请，其公开了从盐湖卤水中分离镁和浓缩锂的方法。该方法采用使盐湖卤水通过一级或多级电渗析器，利用一价选择性离子交换膜进行循环工艺浓缩锂，以获取富锂低镁卤水。该方法能够较好的降低所得产物中镁的含量，达到分离镁锂、提取锂的目的，但是，其适用于镁锂比较低的盐湖卤水，所采用的一价离子交换膜成本高；且在分离过程中，其他一价的金属离子难以与锂进行有效的分离，所得产物中其他金属离子的含量依然较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的从含锂溶液中分离锂的方法及装置，以解决由盐湖卤水或含锂溶液中分离锂时的效率低、杂质含量高、成本高的技术问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种从含锂溶液中分离锂的方法，采用离子交换膜将电解槽分隔为阳极室、有机相室和阴极室，所述阳极室内含锂溶液中的锂离子在外加电压的作用下，经所述有机相室中的有机相迁移至所述阴极室内的锂富集液中；其中，所述有机相是能够选择性地与所述含锂溶液中锂离子发生化学反应的有机试剂。具体地，采用两块离子交换膜将电解槽分隔为三个部分，即阳极室、有机相室和阴极室，并且，有机相室位于阳极室与阴极室之间。分别在阳极室、有机相室和阴极室内填充入不同的溶液或试剂，并在外加电压的作用下反应。具体地，在处理之前，在阳极室内盛装待处理的含锂溶液，在有机相室内盛装有机试剂，在阴极室内盛装支持电解液，为锂富集液的初始溶液。由于阳极室、有机相室或阴极室之间均是采用离子交换膜分隔，当在阳极室、有机相室和阴极室中盛装入相应的试剂时，而有机相室位于阳极室和阴极室之间，有机相室中的有机相、阳极室中的含锂溶液与阴极室中的支持电解液相互之间不能自由流动，为进一步从含锂溶液中分离锂作准备。具体地，在阳极室内的含锂溶液中设置有阳极，在阴极室内的支持电解液中设置有阴极，阳极与阴极之间外接有直流电源，以用于在阳极室与阴极室的试剂之间施加外加电压。在外加电压的作用下，电解槽内试剂中的离子在外加电压的作用下能够作一致性的迁移。但是，组成该有机相的有机试剂能够选择性地与锂离子发生化学反应，在外加电压的作用，有机相与锂反应所得配合物中的锂离子会向阴极室迁移，从而将含锂溶液中透过离子交换膜进入有机相中的锂离子经由有机相带入到阴极室内的支持电解液中，形成锂富集液。该反应所得配合物在有机相室与阴极室的边界由于外加电压的作用而电解得到游离态的锂离子，锂离子透过离子交换膜而进入到锂富集液中，从而达到锂的提取和富集的目的。同时，含锂溶液中的其他金属离子或杂质与有机试剂不能发生反应，因此，透过离子交换膜进入有机相室中的其他金属离子或杂质无法通过有机相而继续向阴极室迁移，其依然主要停留于阳极室中。在有机相室与阳极室的边界处锂离子与有机试剂的化学反应，以及有机相室与阴极室的边界处反应产物的电解过程，形成一个动态的平衡过程。从而在外加电压的作用下，含锂溶液中的锂离子不断地向阴极室内的锂富集液中迁移，使含锂溶液中的锂离子与其他杂质分离。在上述实施例的基础上，所采用的有机试剂具体为：含有二苯甲酰甲苯(HDBM)和三辛基氧化膦(TOPO)的混合试剂、含有氟β-双酮和三辛基氧化膦的混合试剂、含有磷酸三丁脂(TBP)和二异丁酮(DIBK)的混合试剂、含有磷酸三丁脂和FeCl3的混合试剂、含有苯基(偶氮-1)-2-羟基萘和三辛基氧化膦的混合试剂、含有磷酸三丁脂和的混合试剂、N，N-二(1-甲基庚基)已酰胺、N263中的一种或几种。优选地，有机试剂可采用含有磷酸三丁脂和FeCl3的混合试剂、含有磷酸三丁脂(TBP)和二异丁酮(DIBK)的混合试剂、含有磷酸三丁脂和的混合试剂、含有苯基(偶氮-1)-2-羟基萘和三辛基氧化膦的混合试剂中的一种或几种。具体地，上述试剂能选择性地与含锂溶液中的锂离子发生化学反应，从而使含锂溶液中的锂离子经由有机相而进入到阴极室内的锂富集液中。采用能够选择性地与锂离子发生化学反应的有机试剂从而使锂离子与含锂溶液中其他金属离子或杂质进行分离，不仅能够使一价的锂离子与其他价态的金属离子进行有效的分离，还使锂离子与一价的其他金属离子也能够有效的分离，比如Na+、K+等离子，使所提取和富集的锂的纯度和富集率更高。因此，该方法尤其对高镁锂比的溶液中的锂能够起到很好的分离作用，以有效的将锂与其他杂质分离，达到富集并提纯锂的目的。在上述实施例的基础上，所述含锂溶液中锂离子的浓度为0.05-20g/L；优选为0.5g/L-15g/L；更优选为0.5g/L-5g/L。含锂溶液中的锂离子浓度在一定的范围，能够提高电流效率和生产效率，并且，当含锂溶液中的锂离子浓度过低时，其回收成本高，回收效益差。具体地，在实际的回收过程中，当含锂溶液中的锂离子不断地向阴极室中迁移而富集时，阳极室内含锂溶液中的锂离子浓度在不断的减小。当阳极室内的锂离子浓度降低到一定浓度时，向阳极室内添加新的待处理含锂溶液，以使阳极室内含锂溶液中的锂离子浓度维持在合适的范围。可以理解的是，在外加电压作用下，按照锂离子由阳极室向阴极室迁移的效率，可以定时定量地向阳极室内补充待处理的含锂溶液，或者，以一定的速率持续地向阳极室内补充待处理的含锂溶液。在上述实施例的基础上，本专利技术的方法尤其适用于盐湖卤水、盐湖卤水蒸发过程产生的老卤、气田卤水、旧锂电池回收液或碳酸锂生产工艺中的含锂废水。具体地，在这些废液、海水或盐湖卤水中，含有较高浓度的锂离子，且资源较多或是容易对环境产生不利影响的废弃物，从中回收锂能够产生较高的经济效益。在上述实施例的基础上，迁移至阴极室内锂富集液中的锂离子的浓度保持在1-30g/L，优选为2-10g/L。具体地，锂离子不断富集到阴极室内的锂富集液中时，锂富集液中含有的锂离子浓度不断升高。当锂富集液内含有的锂离子浓度升高到一定浓度时，由于浓度差形成的渗透压会降低锂离子向阴极室迁移的效率。锂离子由含锂溶液中向阴极室内锂富集液中迁移时，其所需施加的外加压力需增大，会降低外加电压所产生的电流的利用效率。具体地，当锂富集液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从含锂溶液中分离锂的方法，其特征在于：采用离子交换膜将电解槽分隔为阳极室、有机相室和阴极室，所述阳极室内含锂溶液中的锂离子在外加电压的作用下，经所述有机相室中的有机相迁移至所述阴极室内的锂富集液中；其中，所述有机相是能够选择性地与所述含锂溶液中锂离子发生化学反应的有机试剂。

【技术特征摘要】
1.一种从含锂溶液中分离锂的方法，其特征在于：采用离子交换膜将电解槽分隔为阳极室、有机相室和阴极室，所述阳极室内含锂溶液中的锂离子在外加电压的作用下，经所述有机相室中的有机相迁移至所述阴极室内的锂富集液中；其中，所述有机相是能够选择性地与所述含锂溶液中锂离子发生化学反应的有机试剂。2.如权利要求1所述的一种从含锂溶液中分离锂的方法，其特征在于，所述有机试剂为：含有二苯甲酰甲苯和三辛基氧化膦的混合试剂、含有氟β-双酮和三辛基氧化膦的混合试剂、含有磷酸三丁脂和二异丁酮的混合试剂、含有磷酸三丁脂和FeCl3的混合试剂、含有苯基(偶氮-1)-2-羟基萘和三辛基氧化膦的混合试剂、含有磷酸三丁脂和的混合试剂、N，N-二(1-甲基庚基)已酰胺和N263中的一种或几种；优选为含有磷酸三丁脂和FeCl3的混合试剂、含有磷酸三丁脂(TBP)和二异丁酮(DIBK)的混合试剂、含有磷酸三丁脂和的混合试剂与含有苯基(偶氮-1)-2-羟基萘和三辛基氧化膦的混合试剂中的一种或几种。3.如权利要求1或2所述的一种从含锂溶液中分离锂的方法，其特征在于：所述含锂溶液中锂离子的浓度为0.05-20g/L，优选为0.5g/L-15g/L；所述含锂溶液优选为盐湖卤水、盐湖卤水蒸发过程产生的老卤、气田卤水、旧锂电池回收液或碳酸锂生产工艺中的含锂废水。4.如权利要求1-3任一项所述的一种从含锂溶液中分离锂的方法，其特征在于：迁移至所述锂富集液中的锂离子的浓度为1-30g/L，优选为2-10g/L。5.如权利要求3所述的一种从含锂溶液中分离锂的方法，其特征在于：所述含锂溶液中的锂离子与迁移至所述锂富集液中的锂离子的浓度比为5:1-0.1:1，优选为3:1-0.25:1。6.如权利要求1-5任一项所述的一种从含锂溶液中分离锂的方法，其特征在于，所述离子交换膜为：微孔聚四氟乙烯膜、多...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵中伟，何利华，贾航，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43