一种基于离子浓差极化效应的盐湖提锂的装置制造方法及图纸

一种于离子浓差极化效应的盐湖提锂的装置，包括有主通道、锂钠溶液腔和缓冲液腔，主通道的中间设置有离子选择性块，在离子选择性块内部沿管道方向开有一个或多个并行的微米通道，离子选择性块由阴离子选择性渗透膜材料制成，该阴离子选择性渗透膜材料具有导电性且只允许阴离子通过，但不能通过阳离子和水。本发明专利技术利用不同阳离子的电泳淌度的差异，将锂离子富集在最靠近离子选择性圆柱块附近，其次是钠离子和镁离子，而钾离子在通道中不富集。因此通过在靠近离子选择性圆柱块前通道壁上打微米孔，将富集的锂离子引流到锂钠溶液腔,并从锂钠溶液出口导出到成品锂钠溶液池。本发明专利技术充分利用钠离子的浓度显著大于镁离子和锂离子、而且钠离子的富集区域介于镁锂之间的特征，实现镁离子和锂离子的充分分离。

A device for extracting lithium from Saline Lake based on ion concentration polarization effect

A device for extracting lithium from the ion concentration polarization effect in Saline Lake, including a main channel, a lithium sodium solution cavity and a buffer cavity. The middle of the main channel is provided with an ion selective block. In the ion selective block, there is one or more parallel microchannels along the direction of the pipe, and the ion selective block is selectively permeated by anionic permeation membrane. The anion selective permeable membrane material is electrically conductive and allows only the anion to pass through, but not through cation and water. The invention uses the difference of electrophoretic mobility of different cations to enrich the lithium ion near the nearest ion selective cylindrical block, followed by sodium and magnesium ions, and the potassium ion is not enriched in the channel. Therefore, the enriched lithium ion was drained to the lithium sodium solution cavity through the micron hole on the channel wall near the ion selective cylinder block, and the lithium sodium solution was exported from the lithium sodium solution outlet to the finished lithium sodium solution pool. The concentration of sodium ion is significantly greater than the magnesium ion and lithium ion, and the concentration region of the sodium ion is between the characteristics of magnesium lithium, and the full separation of the magnesium ion and lithium ion is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子浓差极化效应的盐湖提锂的装置
本专利技术属于盐湖提锂设备领域，具体是指一种基于离子浓差极化效应的盐湖提锂的装置。
技术介绍
锂及其化合物的应用已经从玻璃、陶瓷、有色冶金、空调、医药、润滑剂、焊接材料等传统行业发展到锂离子电池、国防等高新
在上个世纪科研工作者发现锂离子电池以来，锂离子电池的广泛应用革新了消费电子产品的面貌。目前，地球上超过3/4锂储量存在盐湖中，并且从盐湖中提锂的成本比从矿石中要低一半左右，所以原液提锂已经成为锂盐产品生产的主要方式。国内外原液盐湖提锂的技术方法很多，主要有盐析法、沉淀法、萃取法、离子交换吸附法、电渗析法等，这些方法都涉及大量的时间、场地、能源以及化学试剂的消耗，因此锂提纯成本一直居高不下，难以满足快速激增的需求。在我国西藏和青海的盐湖地区，锂资源丰富，但卤水中镁锂比值高，传统的锂离子的提取方法效率都很低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种基于离子浓差极化效应的盐湖提锂的并行装置，该并行装置基于微流控技术实现对盐湖卤水中锂离子的高效提取，克服现有技术依赖昂贵检测设备、提取效率低、成本高等问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是包括有主通道(2)、锂钠溶液腔(17)和缓冲液腔(16)，主通道(2)的中间设置有离子选择性块(5)，在离子选择性块(5)内部沿管道方向开有一个或多个并行的微米通道(8)，离子选择性块(5)由阴离子选择性渗透膜材料制成，该阴离子选择性渗透膜材料具有导电性且只允许阴离子通过，但不能通过阳离子和水；所述的主通道(2)对应离子选择性块(5)区域的外侧套设有缓冲液腔套管(7)，该缓冲液腔套管(7)与离子选择性块(5)的外壁之间的区域构成缓冲液腔(16)，缓冲液腔(16)中装纳着缓冲溶液(11),该缓冲液腔套管(7)的两侧分别设置有缓冲液入口(6)及缓冲液出口(12)，所述主通道(2)对应离子选择性圆柱块(5)邻接前端的外壁设置有微米壁孔(3)，并在该处套上锂钠溶液腔套管，锂钠溶液腔套管与主通道微米壁孔(3)之间的区域构成所述的锂钠溶液腔(17)，该锂钠溶液腔套管上设置有锂钠溶液出口(13)；主通道入口(1)连接盐湖卤水原液池，缓冲液入口(6)和缓冲液出口(12)分别连接两个缓冲液池，锂钠溶液出口(13)连接成品锂钠溶液池；在主通道(2)的主通道入口(1)处插入第一电极(V1)，其电势为Φ1，在主通道(2)的主通道出口(10)处插入第二电极(V2)，其电势为Φ2，Φ2＞Φ1，第一电极(V1)和第二电极(V2)的电势差用于产生覆盖于主通道2方向的第一场强(E1)；在缓冲液入口(6)处插入第三电极(V3)，其电势为Φ3,在缓冲液出口(12)处插入第四电极(V4)，其电势为Φ4，且Φ3＝Φ4>(Φ1+Φ2)/2，以实现跨越离子选择性块的阴离子选择性渗透膜材料的第二场强(E2)的方向是缓冲溶液(11)指向微米通道(8)内部，使得阴离子得以穿过选择性渗透膜材料到达缓冲溶液(11)中；通过在主通道入口(1)处施加流体压力值P1，调整主通道出口(10)处的流体压力值P2，以及在锂钠溶液出口(13)处的流体压力值P5来调节主通道中流体压力的大小,实现在锂钠溶液出口(13)处获得提取的高锂低镁的锂钠溶液成品。进一步设置是通过在缓冲液入口(6)处施加流体压力P3，以及缓冲液出口(12)处的流体压力值P4，实现缓冲溶液(11)的流动，将高浓度阴离子溶液导出缓冲液腔(16)，保证系统稳定运行。进一步设置是所述微米通道(8)的尺寸为1-100μm。进一步设置是第一电极(V1)、第二电极(V2)、第三电极(V3)和第四电极(V4)均连接可调节电极电势的直流电源，通过改变Φ1、Φ2、Φ3(＝Φ4)的大小来改变第一场强(E1)和第二场强(E2)的大小。进一步设置是离子选择性渗透膜材料为聚氯乙烯。本专利技术的工作原理是：卤水原液在电场力及压强差作用下流进主通道，阳离子随水流进入主通道内会在离子选择性圆柱块前面发生富集，富集位置由阳离子的电泳淌度决定，锂离子因为具有最低的电泳淌度，富集位置最靠近离子选择性圆柱块，其次是钠离子，再次是镁离子，钾离子在通道内不发生富集。因为天然卤水中存在的大量钠离子，锂富集区也还有一定数量的钠离子，形成锂钠溶液。在压强差作用下，锂钠溶液会从主通道处的微米壁孔流入锂钠溶液腔，并从锂钠溶液出口排出。在本专利技术的装置中，在该原液提锂装置中，天然卤水中自然存在的大量钠离子将作为一种镁离子和锂离子的隔离离子，能够很好的分隔开锂离子和镁离子的富集区，从而保证锂离子富集区镁离子浓度极低，基本可以忽略不计，因此实现镁锂分离。工作过程中，通过调整主通道入口处压强P1，主通道出口处的压力值P2，以及在锂钠溶液出口处的压力值P5来调节通道中压力的大小，控制主通道流体流动速度、锂镁离子的富集位置、以及锂钠溶液14流出的速度，以实现达到分离效果和分离速度的平衡。本专利技术利用不同阳离子的电泳淌度的差异，将锂离子富集在最靠近离子选择性圆柱块附近，其次是钠离子和镁离子，而钾离子在通道中不富集。因此通过在靠近离子选择性圆柱块前通道壁上打微米孔，将富集的锂离子引流到锂钠溶液腔,并从锂钠溶液出口导出到成品锂钠溶液池。本专利技术充分利用钠离子的浓度显著大于镁离子和锂离子、而且钠离子的富集区域介于镁锂之间的特征，实现镁离子和锂离子的充分分离。本专利技术通过调整主通道入口处和出口处，缓冲液腔入口处和出口处的电势，来改变跨越离子选择性膜材料电压的大小，以此来控制离子浓差极化效应的强度。通过调整在主通道入口处和出口处、以及在锂钠溶液出口处的压力值来调节主通道中的水流速度以及锂钠溶液的提取速度。本专利技术的优点是只需要把微米通道的尺寸控制在几微米到百微米之间，对于主通道的直径大小没有限制，因此更有利于在工业上的应用。利用微流控技术实现对镁锂的分离，不仅效率高，可行性大，并且不用消耗化学试剂，十分绿色环保，相较传统的方法而言是一种可靠性高的方法。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。图1本专利技术的装置立体视角的透视图；图2本专利技术的装置主视视角的透视图；图3本专利技术的装置侧视视角的透视图；图4本专利技术的装置剖视视角的工作原理图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本专利技术，而非对本专利技术保护范围的限制。如图1至图4所示，为本专利技术实施例中，盐湖中主要有锂、镁、钾、钠四种主要阳离子，钠离子浓度很高并且镁锂浓度比值高，所以通过对盐湖中镁离子和锂离子的分离来实现对锂离子的提取是获取锂离子的重要途径之一。本专利技术用一个复合通道装置从卤水原液15中提取锂钠溶液14，去除镁和钾。如下图1所示，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于离子浓差极化效应的盐湖提锂的装置，其特征在于：包括有主通道(2)、锂钠溶液腔(17)和缓冲液腔(16)，主通道(2)的中间设置有离子选择性块(5)，在离子选择性块(5)内部沿管道方向开有一个或多个并行的微米通道(8)，离子选择性块(5)由阴离子选择性渗透膜材料制成，该阴离子选择性渗透膜材料具有导电性且只允许阴离子通过，但不能通过阳离子和水；所述的主通道(2)对应离子选择性块(5)区域的外侧套设有缓冲液腔套管(7)，该缓冲液腔套管(7)与离子选择性块(5)的外壁之间的区域构成缓冲液腔(16)，缓冲液腔(16)中装纳着缓冲溶液(11),该缓冲液腔套管(7)的两侧分别设置有缓冲液入口(6)及缓冲液出口(12)，所述主通道(2)对应离子选择性圆柱块(5)邻接前端的外壁设置有微米壁孔(3)，并在该处套上锂钠溶液腔套管，锂钠溶液腔套管与主通道微米壁孔(3)之间的区域构成所述的锂钠溶液腔(17)，该锂钠溶液腔套管上设置有锂钠溶液出口(13)；主通道入口(1)连接盐湖卤水原液池,缓冲液入口(6)和缓冲液出口(12)分别连接两个缓冲液池，锂钠溶液出口(13)连接成品锂钠溶液池；在主通道(2)的主通道入口(1)处插入第一电极(V1)，其电势为Φ1，在主通道(2)的主通道出口(10)处插入第二电极(V2)，其电势为Φ2，Φ2＞Φ1，第一电极(V1)和第二电极(V2)的电势差用于产生覆盖于主通道2方向的第一场强(E1)；在缓冲液入口(6)处插入第三电极(V3)，其电势为Φ3,在缓冲液出口(12)处插入第四电极(V4)，其电势为Φ4，且Φ3＝Φ4>(Φ1+Φ2)/2，以实现跨越离子选择性块的阴离子选择性渗透膜材料的第二场强(E2)的方向是缓冲溶液(11)指向微米通道(8)内部，使得阴离子得以穿过选择性渗透膜材料到达缓冲溶液(11)中；通过在主通道入口(1)处施加流体压力值P1，调整主通道出口(10)处的流体压力值P2，以及在锂钠溶液出口(13)处的流体压力值P5来调节主通道中流体压力的大小,实现在锂钠溶液出口(13)处获得提取的高锂低镁的锂钠溶液成品。...

【技术特征摘要】
1.一种基于离子浓差极化效应的盐湖提锂的装置，其特征在于：包括有主通道(2)、锂钠溶液腔(17)和缓冲液腔(16)，主通道(2)的中间设置有离子选择性块(5)，在离子选择性块(5)内部沿管道方向开有一个或多个并行的微米通道(8)，离子选择性块(5)由阴离子选择性渗透膜材料制成，该阴离子选择性渗透膜材料具有导电性且只允许阴离子通过，但不能通过阳离子和水；所述的主通道(2)对应离子选择性块(5)区域的外侧套设有缓冲液腔套管(7)，该缓冲液腔套管(7)与离子选择性块(5)的外壁之间的区域构成缓冲液腔(16)，缓冲液腔(16)中装纳着缓冲溶液(11),该缓冲液腔套管(7)的两侧分别设置有缓冲液入口(6)及缓冲液出口(12)，所述主通道(2)对应离子选择性圆柱块(5)邻接前端的外壁设置有微米壁孔(3)，并在该处套上锂钠溶液腔套管，锂钠溶液腔套管与主通道微米壁孔(3)之间的区域构成所述的锂钠溶液腔(17)，该锂钠溶液腔套管上设置有锂钠溶液出口(13)；主通道入口(1)连接盐湖卤水原液池,缓冲液入口(6)和缓冲液出口(12)分别连接两个缓冲液池，锂钠溶液出口(13)连接成品锂钠溶液池；在主通道(2)的主通道入口(1)处插入第一电极(V1)，其电势为Φ1，在主通道(2)的主通道出口(10)处插入第二电极(V2)，其电势为Φ2，Φ2＞Φ1，第一电极(V1)和第二电极(V2)的电势差用于产生覆盖于主通道2方向的第一场强(E1)；在缓冲液入口(6)处插入第三电极(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子瑞，唐静，龚玲艳，
申请(专利权)人：温州大学激光与光电智能制造研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33