一种双极膜电渗析系统及其制备氢氧化锂的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种双极膜电渗析系统及其制备氢氧化锂的方法，特别涉及一种锂盐溶液通过双极膜电渗析方法进行氢氧化锂制备的方法。所述双极膜电渗析系统包括阳极、阴极、双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜，双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜相互配合构成酸室、盐室、碱室，所述酸室、盐室、碱室相互配合构成三室结构、产酸式双室结构、产碱式双室结构。使用本发明专利技术装置经过微滤‑普通电渗析‑双极膜系统电渗析步骤，可以完成使用锂盐溶液制备氢氧化锂的工艺，投资少,效率更好，经济性高。

A bipolar membrane electrodialysis system and its preparation method of lithium hydroxide

The invention relates to a bipolar membrane electrodialysis system and a method for preparing lithium hydroxide, in particular to a method for preparing lithium hydroxide through bipolar membrane electrodialysis of lithium salt solution. The bipolar membrane electrodialysis system comprises an anode, a cathode, a bipolar membrane, a cation exchange membrane and an anion exchange membrane. The bipolar membrane, a cation exchange membrane and an anion exchange membrane cooperate to form an acid chamber, a salt chamber and a alkali chamber. The acid chamber, a salt chamber and a alkali chamber cooperate to form a three-chamber structure, an acid-producing two-chamber structure and a alkali-producing two-chamber structure. The device can complete the process of preparing lithium hydroxide with lithium salt solution through microfiltration, ordinary electrodialysis and bipolar membrane system electrodialysis steps, with less investment, better efficiency and high economy.

【技术实现步骤摘要】
一种双极膜电渗析系统及其制备氢氧化锂的方法本专利申请主张申请号为“201811087601.5”、名称为“一种双极膜电渗析法利用锂盐溶液制备氢氧化锂的工艺”、申请日为“2018.09.18”的中国专利技术专利的优先权。
本专利技术涉及一种双极膜电渗析系统及其制备氢氧化锂的方法，特别涉及一种锂盐溶液通过双极膜电渗析方法进行氢氧化锂制备的方法。
技术介绍
锂及其化合物广泛应用于工业部门和高新技术产业中,被誉为“推动世界进步的能源金属”。氢氧化锂为白色粉末，是最重要的锂盐之一，广泛应用于锂离子电池、石油、化工、冶金、玻璃、陶瓷等行业，同时也是国防工业、原子能工业和航天工业的重要原料。目前氢氧化锂主要用于生产碱性蓄电池的电解液、锂基润滑脂以及溴化锂制冷机吸收液等，也是作为生产其他锂盐制品的重要原料。作为新能源的电动汽车和其他电动工具多数采用锂电池，因此氢氧化锂也是一种制备锂离子电池的关键原料，其中电池级单水氢氧化锂用于碱性电池如镍镉电池和镍氢电池等，其中主要是用于镍镉电池。自然界中锂多以碳酸锂化合物形式。传统制备LiOH的方法是以锂矿石为原料进行生产，如石灰石焙烧法，压煮法等，专利CN102115101就是此种方法。但由于从盐湖卤水提锂比矿石提锂工艺简单、生产成本低，资源丰富，所以卤水提锂在上世纪末已占据了提锂工业的主导地位，目前提锂主要是盐湖提锂。目前以卤水为原料制备氢氧化锂的方法主要有碳酸锂苛化法、离子膜电解法、铝酸盐沉淀法和煅烧法等。碳酸锂苛化法制备工艺是主要工业制备方法，采用碳酸钠苛化溶液,但杂质量含量比较高，不适合电池级的应用。CN1214981C中提出硫酸锂采用氢氧化钠进行复分解反应制备氢氧化锂，在美国专利申请US2011/203929中采用双极膜法对诸如锂离子电池磷酸锂铁制备过程的废液和锂矿粹取尾液中硫酸锂离子加以收回收制备氢氧化锂。卤水离子膜电解法离子膜电解法制备LiOH，具有回收率高(近100％)，无二次污染，而且制得的产品纯度高(>99％)等优点。CN102016123将卤水电解以生成其中钙和镁总浓度在150ppb以下的氢氧化锂溶液，进一步将氢氧化锂溶液浓缩和结晶。CN1240876对碳酸锂直接电解制备氢氧化锂晶体。但此类方法对精制卤水杂质离子的含量要求非常高且卤水锂含量要高，另外，电耗高而且离子膜价格昂贵、不易维护，相对提高了制备LiOH的生产成本。铝酸盐沉淀法该方法用于工业规模生产时的缺点是所得的铝锂沉淀物为胶体，固体重量只占10％左右，平均颗粒仅1p.m.，不易过滤并且工艺流程复杂，能耗高。煅烧法的优点是锂镁等资源可综合利用，需化工原料少；煅烧可以去除硼镁等杂质，提高了氢氧化锂的纯度；缺点是镁使得工艺流程复杂，设备腐蚀严重，蒸发水量大，能耗高。
技术实现思路
为解决以上难题，本专利技术提供了一种双极膜电渗析系统及其制备氢氧化锂的方法，使用双极膜电渗析方法对锂盐溶液进行电渗析，制备氢氧化锂，避免了避免了苛碱法的杂质高，提纯过程复杂的缺点，投资少,效率更好，经济性高。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种双极膜电渗析系统，所述双极膜电渗析系统包括阳极、阴极、双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜，双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜相互配合构成酸室、盐室、碱室，所述酸室、盐室、碱室相互配合构成三室结构、产酸式双室结构、产碱式双室结构；优选的，所述三室结构包括酸室、盐室、碱室，排列方式为阳极-阳离子交换膜-双极膜-阴离子交换膜-阳离子交换膜-双极膜-阴离子交换膜-阴极，所述双极膜的阴面配合阳离子交换膜所构成碱室，双极膜的阳面配合阴离子交换膜所构成酸室，阴离子交换膜与阳离子交换膜配合构成盐室；优选的，所述产酸式双室结构包括酸室和盐室，排列方式为阳极-阴离子交换膜-双极膜-阴离子交换膜-双极膜-阴离子交换膜-阴极，所述双极膜的阴面配合阴离子交换膜构成盐室，双极膜的阳面配合阴离子交换膜构成为酸室；优选的，所述产碱式双室结构包括碱室和盐室，排列方式为阳极-阳离子交换膜-双极膜阳离子交换膜-双极膜-阳离子交换膜-阴极，所述双极膜的阴面配合阳离子交换膜构成碱室，双极膜的阳面配合阳离子交换膜构成盐室；一种双极膜电渗析系统制备氢氧化锂的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)取原料锂盐溶液，进行微滤，除去杂质，得到纯净锂盐溶液；(2)将步骤(1)所得纯净锂盐溶液进行普通电渗析，得到浓缩锂盐溶液；(3)将步骤(2)所得浓缩锂盐溶液通入双极膜电渗析系统进行电渗析，得到高浓度氢氧化锂溶液与锂盐溶液或酸溶液，将所得锂盐溶液通入步骤(1)中进行微滤，循环使用；优选的，步骤(3)中双极膜电渗析系统为三室结构，在酸室中加入水，碱室中加入稀氢氧化锂溶液，盐室中通入所述浓缩锂盐溶液，电渗析后，碱室中所得为制品高浓度氢氧化锂溶液，酸室中所得为纯酸溶液；优选的，步骤(3)中双极膜电渗析系统为产酸式双室结构，在酸室中加入稀氢氧化锂溶液，盐室中通入所述浓缩锂盐溶液，电渗析后，酸室所得为纯酸溶液，盐室所得为制品高浓度氢氧化锂溶液与锂盐溶液混合液；优选的，步骤(3)中双极膜电渗析系统为产碱式双室结构，在碱室中加入稀氢氧化锂溶液，盐室中通入所述浓缩锂盐溶液，电渗析后，碱室所得为制品高浓度氢氧化锂溶液，盐室所得为酸溶液与锂盐溶液混合液；优选的，其特征在于，所述锂盐溶液为碳酸锂、碳酸氢锂、醋酸锂、硼酸锂、硅酸锂、硝酸锂、硫酸锂、溴酸锂、磷酸锂中的一种；优选的，所述锂盐溶液的浓度为0.01％-10％，优选浓度为0.5％-5％，最佳浓度为0.8％-2％。双极膜由阴离子交换膜、阳离子交换膜及中间界面亲水层组成，在直流电场作用下，它能将水直接离解成H+和OH-。利用双极膜与其他阴、阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入组分的情况下将水溶液中的盐转化和分离成相应的酸和碱。据理论计算，制备1mol/L25℃的酸和碱，双极膜的理论电势只有0.83V，而电解需2.1V，因此利用双极膜进行水解离制备酸和碱比直接电解水要经济得多。双极膜电渗析技术是依据离子在电场作用下的定向运动和离子交换膜的选择透过性，以及双极膜特有的水解产生H+、OH-的能力。同时还有配套使用的阴离子交换膜和阳离子交换膜。利用离子选择性,阳离子交换膜通常含有带负电的活性基团，能透过阳离子，阴离子则受到阻挡；而阴离子交换膜通常含有带正电的活性基团，能透过阴离子，但排斥和阻挡阳离子。双极膜电渗析法有三种基本的结构模式：三室结构和两种两室结构。在三室结构中，一个单元由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜分隔组成酸室、盐室和碱室，排列方式为阳极-阳离子交换膜-双极膜阳离子交换膜-双极膜-阳离子交换膜-阴极，双极膜的阴面朝向阳离子交换膜所构成的为碱室，双极膜的阳面朝向阳离子交换膜所构成的为盐室。盐MX进入中间的盐室后，在电场作用下，其阳离子M+通过阳离子交换膜进入碱室，与双极膜分离出来的OH-形成碱MOH；而阴离子X-则通过阴离子交换膜进入酸室，与双极膜分离出来的H+形成有机酸HX。所以，应用这种电渗析法可由盐同时制得纯酸与纯碱。两室结构电渗析有两种，一种可称为产碱的两室结构，两张双极膜间用阳离子交换膜分隔成盐室和碱室，排列方式为阳极-阳离子交换膜-双极膜阳离子交换膜-双极膜-阳离子交换膜-阴极，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极膜电渗析系统，其特征在于，所述双极膜电渗析系统包括阳极、阴极、双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜，双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜相互配合构成酸室、盐室、碱室，所述酸室、盐室、碱室相互配合构成三室结构、产酸式双室结构、产碱式双室结构。

【技术特征摘要】
2018.09.18 CN 20181108760151.一种双极膜电渗析系统，其特征在于，所述双极膜电渗析系统包括阳极、阴极、双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜，双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜相互配合构成酸室、盐室、碱室，所述酸室、盐室、碱室相互配合构成三室结构、产酸式双室结构、产碱式双室结构。2.根据权利要求1所述一种双极膜电渗析系统，其特征在于，所述三室结构包括酸室、盐室、碱室，排列方式为阳极-阳离子交换膜-双极膜-阴离子交换膜-阳离子交换膜-双极膜-阴离子交换膜-阴极，所述双极膜的阴面配合阳离子交换膜所构成碱室，双极膜的阳面配合阴离子交换膜所构成酸室，阴离子交换膜与阳离子交换膜配合构成盐室。3.根据权利要求1所述一种双极膜电渗析系统，其特征在于，所述产酸式双室结构包括酸室和盐室，排列方式为阳极-阴离子交换膜-双极膜-阴离子交换膜-双极膜-阴离子交换膜-阴极，所述双极膜的阴面配合阴离子交换膜构成盐室，双极膜的阳面配合阴离子交换膜构成为酸室。4.根据权利要求1所述一种双极膜电渗析系统，其特征在于，所述产碱式双室结构包括碱室和盐室，排列方式为阳极-阳离子交换膜-双极膜阳离子交换膜-双极膜-阳离子交换膜-阴极，所述双极膜的阴面配合阳离子交换膜构成碱室，双极膜的阳面配合阳离子交换膜构成盐室。5.一种双极膜电渗析系统制备氢氧化锂的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)取原料锂盐溶液，进行微滤，除去杂质，得到纯净锂盐溶液；(2)将步骤(1)所得纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，
申请(专利权)人：张伟，
类型：发明
国别省市：山东,37