一种海水或卤水提钾的方法技术

本发明专利技术提供一种海水或卤水提钾的方法。电化学池阴极室内充入海水或卤水，阳极室内充入支持电解质溶液；可还原普鲁士蓝化合物的导电基体作阴极，可氧化普鲁士蓝化合物的导电基体作阳极；在电场或电流驱动下，使阴极室盐水中K

A Method of Extracting Potassium from Seawater or Brine

The invention provides a method for extracting potassium from seawater or brine. The cathode chamber of electrochemical cell is filled with seawater or brine, and the anode chamber is filled with supporting electrolyte solution; the conductive matrix of Prussian blue compound can be reduced as cathode, and the conductive matrix of Prussian blue compound can be oxidized as anode; under electric field or current drive, K in brine of cathode chamber can be made.

【技术实现步骤摘要】
一种海水或卤水提钾的方法
本专利技术属于化工
，涉及一种海水或卤水提钾的方法，尤其涉及一种用于直接处理海水或卤水，使K+与其他阳离子分离进而富集的方法。
技术介绍
钾是动植物组织中不可或缺的重要元素之一，其在自然界主要以盐的形式广泛分布于陆地和海洋中。其中陆地约170亿吨，主要存于矿石和盐湖卤水中，而海洋中储有550万亿吨，但浓度极低。受限于开采技术、以及满足低成本的要求，目前可利用的钾资源主要来自陆地可溶性钾盐矿以及盐湖卤水的开采提炼。而陆地钾资源分布极不均衡，加拿大、俄罗斯和白俄罗斯探明储量占全球的71％。我国是农业大国，缺钾大国。截止2014年底我国查明储量11.2亿吨(折氯化钾)，仅占世界储量1.6％，其中可溶性钾矿主要分布在柴达木盆地盐湖卤水中。资源短缺导致我国钾肥生产规模与市场需求量的不相称，为此需每年大量进口。钾肥供给已成为关系到我国农业安全的重要因素之一。利用盐湖卤水生产氯化钾通常第一步为采输卤及日晒制备盐田光卤石，第二步为光卤石加工制氯化钾，通常工艺主要有冷分解-浮选法和反分解-冷结晶工艺。冷分解-浮选法能耗低、投资低，但产品呈粉末状、物理性能差，不符合国际市场技术指标需求。反分解-冷结晶工艺所得产品粒度大、质量好，可工艺流程复杂、操作控制不便，在浮选及结晶的操作过程中精度要求高。两者都存在筛分流程长、作业率低、氯化钾回收率低的问题。其他生产工艺还有热熔结晶法和兑卤工艺；热熔结晶法所得产品纯度高，但能耗大，成本高，设备腐蚀严重，工艺操作复杂；兑卤工艺(又称四号工艺)，采用E点成矿卤水(氯化钾、氯化钠、光卤石共饱)与F点老卤(氯化镁、氯化钠、光卤石共饱)两种盐溶液混合制备低钠光卤石，再进行控速分解结晶，获优质KC1产品。其缺点是系统回收率较低，生产规模受限于E点成矿卤水和F点老卤供应量，难以全面推广至大规模生产。海水中钾资源储量为陆地的3万倍，但品位极低，K+平均含量仅为0.38g/L。目前海水提钾方法主要有化学沉淀法、有机溶剂萃取法、膜交换法和沸石吸附法等。化学沉淀法用化学物质使钾从海水中沉淀出来，再对沉淀物进行化学处理，得可溶性钾盐。有机溶剂萃取法是利用某些有机溶剂不溶于水而对钾盐有很好的溶解特性，对海水中的钾盐进行萃取。这两种方法中沉淀剂和有机溶剂的流失会造成环境污染。膜交换法是利用具有离子选择透过性的离子交换膜处理海水，得高温高浓含钾溶液，冷却后得氯化钾。该法可实现一价离子和二价离子的分离，尚难做到Na+和K+的分离。沸石法以天然斜方沸石吸附海水中K+，后以盐水解吸，获得高含钾洗脱液，蒸发浓缩后得到氯化钾，但存在沸石吸附量低，克吸附容量仅15-17mg。上述方法普遍存在物料周转量大、提取材料价格昂贵、操作程序复杂、能耗大、提取成本高等问题，目前均无规模产业化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种海水或卤水提钾的方法，直接从海水或卤水中高效实现K+与其他阳离子分离，并获得富K+溶液的方法。本方法具有作业率高、流程短、操作简单、生产成本低、可连续操作等优点，易于工业化应用。本专利技术的技术方案为：一种海水或卤水提钾的方法，其具体步骤如下：(1)用阴离子交换膜将装置电化学池分为阴极室(盐水室)和阳极室(钾盐室)，阴极室内充入海水或卤水，阳极室内充入支持电解质溶液；(2)将涂覆有可还原普鲁士蓝化合物的导电基体置于阴极室中作阴极，将涂覆有可氧化普鲁士蓝化合物的导电基体置于阳极室中作阳极；在电场或电流驱动下，使阴极室盐水中K+嵌入到可还原普鲁士蓝化合物中形成可氧化普鲁士蓝化合物，同时阳极室中可氧化普鲁士蓝化合物将K+或其他阳离子释放到富钾溶液后，恢复为可还原普鲁士蓝化合物；实现海水或卤水中K+与其他阳离子的分离；(3)保持阳极和阴极位置固定，将盐水室中的嵌钾后液排出，将钾盐室中的支持电解质溶液转移到盐水室中，视操作需要将嵌钾后液加入到钾盐室中、或重新加海水或卤水至钾盐室中；即将盐水室和钾盐室转换功能，而后继续进行电化学操作；或者(3B)维持阴极室和阳极室功能不变，视操作需要保留阴极室中的嵌钾后溶液、或将其排出加入海水或卤水，阴阳电极交换位置，继续进行电化学操作；以在钾盐室中富集K+得富钾溶液。进一步说明其具体步骤为：(1)用阴离子交换膜将装置电化学池分为阴极室(盐水室)和阳极室(钾盐室)，阴极室内充入海水或卤水，阳极室内充入支持电解质溶液；(2)将涂覆有可还原普鲁士蓝化合物的导电基体置于盐水室中作为阴极；将涂覆有可氧化普鲁士蓝化合物的导电基体置于钾盐室中作为阳极，在电场驱动下，使盐水室溶液中的K+嵌入到可还原普鲁士蓝化合物中形成可氧化普鲁士蓝化合物，同时钾盐室中的可氧化普鲁士蓝化合物将K+或其他阳离子释放到支持电解质溶液中后，成为可还原普鲁士蓝化合物。在该过程中，盐水室中的K+嵌入阴极，与其他阳离子分离；钾盐室中阳极上的K+脱嵌富集至支持电解液中，得到富钾溶液。经过上述步骤(2)的操作，盐水室溶液中的K+嵌入到可还原普鲁士蓝化合物中形成可氧化普鲁士蓝化合物，同时钾盐室中的可氧化普鲁士蓝化合物将K+释放到导电溶液后，成为可还原普鲁士蓝化合物；两个电极实现了功能互换。步骤(2)完成后，至少还可以进行一次以下操作进一步使K+与其他阳离子分离并富集。盐水室中的嵌钾后液视其K+浓度情况和操作要求，或保留、或排出重新加入海水或卤水，然后将阴极和阳极交换放置，进行下一次电化学操作。(即每重复一次上述操作，阴极和阳极就交换位置使用一次)或者步骤(2)完成后，为避免每次交换阴极和阳极，也可以至少进行一次以下操作：保持阳极和阴极位置固定，将盐水室中的嵌钾后液排出，将钾盐室中的含钾溶液转移到盐水室中，视情况将嵌钾后液或新的海水或卤水加入到钾盐室中；即将盐水室和钾盐室转换功能使用，继续进行电化学操作。(即每重复一次上述操作，盐水室和钾盐室就转换功能使用一次)上述的海水或卤水为任意海水及其蒸发浓缩提盐后所得苦卤中的一种或几种，任意盐湖中的原始卤水及其蒸发浓缩后卤水中的一种或几种，以及任意含K+的溶液。上述的支持电解质溶液为任意含阳离子的溶液，优选含K+的溶液，或者K+和一种或几种其他任意阳离子的混合溶液；更优选含K+的溶液为KCl、K2SO4或KNO3中的一种或几种；其他任意阳离子为NH4Cl、MgSO4或NaCl…中的一种或几种。支持电解质溶液中电解质浓度一般不低于1mM。优选步骤(2)所述的导电基体为钛网(箔)、涂钌钛网(箔)、Pt族金属箔(网)及其合金箔(网)、石墨板(纸)、碳纸和碳纤维布中的一种或多种。优选电化学池中溶液温度为0～80℃，pH值为2～8。优选上述的电化学操作为在阴阳极间调整和控制电势差，电势差值为–2.0～2.0V；或者控制体系电流大小和流向，电流大小在-100～100mA/cm2。单次电化学操作时间一般在1min～10h。优选上述普鲁斯蓝类化合物为AxM1yM2z(CN)6-α.nH2O，其中A为碱金属或碱土金属Li、Na、K、Mg、Ca、Ba中的一种或几种的混合，优选Na和K中一种或两种的混合；M1为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sr、Pb中的一种或几种的混合物，优选Ni、Fe、Mn和Cu中一种或几种的混合；M2为过度金属Sc、T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海水或卤水提钾的方法，其具体步骤如下：(1)用阴离子交换膜将装置电化学池分为阴极室和阳极室，阴极室内充入海水或卤水，阳极室内充入支持电解质溶液；(2)将涂覆有可还原普鲁士蓝化合物的导电基体置于阴极室中作阴极，将涂覆有可氧化普鲁士蓝化合物的导电基体置于阳极室中作阳极；在电场或电流驱动下，使阴极室盐水中K+嵌入到可还原普鲁士蓝化合物中形成可氧化普鲁士蓝化合物，同时阳极室中可氧化普鲁士蓝化合物将K+或其他阳离子释放到富钾溶液后，恢复为可还原普鲁士蓝化合物；实现海水或卤水中K+与其他阳离子的分离；(3)保持阳极和阴极位置固定，将盐水室中的嵌钾后液排出，将钾盐室中的支持电解质溶液转移到盐水室中，将嵌钾后液加入到钾盐室中、或重新加海水或卤水至钾盐室中；即将盐水室和钾盐室转换功能，而后继续进行电化学操作；或者(3B)维持阴极室和阳极室功能不变，视操作需要保留阴极室中的嵌钾后溶液、或将其排出加入海水或卤水，阴阳电极交换位置，继续进行电化学操作；以在钾盐室中富集K+得富钾溶液。

【技术特征摘要】
1.一种海水或卤水提钾的方法，其具体步骤如下：(1)用阴离子交换膜将装置电化学池分为阴极室和阳极室，阴极室内充入海水或卤水，阳极室内充入支持电解质溶液；(2)将涂覆有可还原普鲁士蓝化合物的导电基体置于阴极室中作阴极，将涂覆有可氧化普鲁士蓝化合物的导电基体置于阳极室中作阳极；在电场或电流驱动下，使阴极室盐水中K+嵌入到可还原普鲁士蓝化合物中形成可氧化普鲁士蓝化合物，同时阳极室中可氧化普鲁士蓝化合物将K+或其他阳离子释放到富钾溶液后，恢复为可还原普鲁士蓝化合物；实现海水或卤水中K+与其他阳离子的分离；(3)保持阳极和阴极位置固定，将盐水室中的嵌钾后液排出，将钾盐室中的支持电解质溶液转移到盐水室中，将嵌钾后液加入到钾盐室中、或重新加海水或卤水至钾盐室中；即将盐水室和钾盐室转换功能，而后继续进行电化学操作；或者(3B)维持阴极室和阳极室功能不变，视操作需要保留阴极室中的嵌钾后溶液、或将其排出加入海水或卤水，阴阳电极交换位置，继续进行电化学操作；以在钾盐室中富集K+得富钾溶液。2.如权利要求1所述方法，其特征在于所述的海水或卤水为任意海水及其蒸发浓缩提盐后所得苦卤中的一种或几种，任意盐湖中的原始卤水及其蒸发浓缩后卤水中的一种或几种。3.如权利要求1所述方法，其特征在于所述的支持电解质溶液为含K+的溶液，或者K+和一种或几种其他任意阳离子的混合溶液。4.如权利要求3所述方法，其特征在于含K+的溶液为KCl、K2SO4或KNO3中的一种或几种；其他任意阳离子为NH4Cl、MgSO4或NaCl中的一种或几种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓敏，陈江南，丛健伟，石明成，郝峻尉，杨晖，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32