使用包覆型离子交换颗粒进行的锂提取制造技术

本发明专利技术涉及使用包含离子交换材料和涂层材料的包覆型离子交换颗粒从液体资源如天然和合成卤水、来自矿物的浸出液和回收产品中提取锂。

Lithium extraction using coated ion exchange particles

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用包覆型离子交换颗粒进行的锂提取交叉引用本申请要求于2016年11月14日提交的美国临时申请号62/421,934的权益，该申请通过引用并入本文。
技术介绍
锂是高能可充电电池和其他技术的基本元素。锂可以在多种液体溶液中找到，包括天然和合成卤水、来自矿物的浸出液和回收产品。
技术实现思路
可使用基于无机离子交换材料的离子交换过程从液体资源中提取锂。无机离子交换材料在释放氢离子的同时从液体资源吸收锂离子，然后在吸收氢离子的同时洗脱酸中的锂离子。可重复离子交换过程以从液体资源中提取锂离子并产生浓锂离子溶液。该浓锂离子溶液可进一步加工成电池工业或其他工业的化学品。使用无机离子交换材料提取锂的一个主要挑战是材料的溶解和降解。在酸中的锂洗脱过程中以及在液体资源中的锂吸收过程中尤其如此。为了从离子交换过程产生浓锂溶液，最好使用浓酸溶液来洗脱锂。然而，浓酸溶液溶解并降解无机离子交换材料，其降低了材料的性能和寿命。因此，需要一种提取锂离子的方法，在该方法中保护无机离子交换材料免于溶解和降解。本文描述的一方面是包覆型离子交换颗粒，其包含离子交换材料和涂层材料。在一些实施方案中，所述涂层材料防止所述离子交换材料的溶解。在一些实施方案中，所述涂层材料允许锂离子和氢离子扩散到所述离子交换材料以及从所述离子交换材料扩散出锂离子和氢离子。在一些实施方案中，所述涂层材料包含碳化物、氮化物、氧化物、磷酸盐、氟化物、聚合物、碳、碳质材料或其组合。在一些实施方案中，所述涂层材料包含TiO2、ZrO2、MoO2、SnO2、Nb2O5、Ta2O5、Li2TiO3、SiO2、Li2ZrO3、Li2MoO3、LiNbO3、LiTaO3、AlPO4、LaPO4、ZrSiO4、ZrP2O7、MoP2O7、Mo2P3O12、BaSO4、AlF3、SiC、TiC、ZrC、Si3N4、ZrN、BN、碳、石墨碳、无定形碳、硬碳、类金刚石碳、其固溶体或其组合。在一些实施方案中，所述涂层材料包含TiO2。在一些实施方案中，所述涂层材料包含SiO2。在一些实施方案中，所述涂层材料包含ZrO2。在一些实施方案中，所述离子交换材料包含氧化物、磷酸盐、氟氧化物、氟磷酸盐或其组合。在一些实施方案中，所述离子交换材料选自Li4Mn5O12、Li4Ti5O12、Li2TiO3、Li2MnO3、Li2SnO3、LiMn2O4、Li1.6Mn1.6O4、LiAlO2、LiCuO2、LiTiO2、Li4TiO4、Li7Ti11O24、Li3VO4、Li2Si3O7、LiFePO4、LiMnPO4、Li2CuP2O7、Al(OH)3、LiCl·xAl(OH)3·yH2O、SnO2·xSb2O5·yH2O、TiO2·xSb2O5·yH2O、其固溶体及其组合。在一些实施方案中，x选自0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。在一些实施方案中，y选自0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。在一些实施方案中，x和y独立地选自0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。在一些实施方案中，所述离子交换材料选自Li2SnO3、Li2MnO3、Li2TiO3、Li4Ti5O12、Li4Mn5O12、Li1.6Mn1.6O4及其组合。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的平均直径小于100μm。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的平均直径小于10μm。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的平均直径小于1,000nm。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的平均直径小于100nm。本文描述的一方面是用于离子交换的多孔结构，其包含：a)结构支撑物；以及b)选自包覆型离子交换颗粒、未包覆型离子交换颗粒及其组合的多个颗粒。在一些实施方案中，所述结构支撑物包含聚合物、氧化物、磷酸盐或其组合。在一些实施方案中，所述结构支撑物包含聚合物。在一些实施方案中，所述聚合物为聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、氯聚合物、氟聚合物、氟-氯聚合物、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、磺化聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚二乙烯基苯、聚丁二烯、磺化聚合物、羧化聚合物、聚丙烯腈、四氟乙烯、全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯-磺酸其共聚物或其组合。在一些实施方案中，所述多孔结构具有连通的孔网络(connectednetworkofpores)，该孔网络使得液体溶液能够快速渗透到珠子中，并将锂离子和氢离子传递到珠子中的离子交换颗粒以及从珠子中的离子交换颗粒传递。在一些实施方案中，所述多孔结构具有连通的孔网络，该孔网络的结构使得液体溶液能够快速渗透，以产生从所述珠子表面到所述珠子中的所述离子交换颗粒的液体扩散通道。在一些实施方案中，所述多孔珠具有分层连通的孔网络，其具有孔径分布，使得所述孔网络在所述珠子表面与所述珠子中的所述离子交换颗粒之间产生通路。在一些实施方案中，所述多孔结构包括直径范围小于10μm至大于50μm的孔。在一些实施方案中，所述多孔结构包括直径范围大于1μm、大于2μm、大于4μm、大于6μm、大于8μm、大于10μm、大于15μm、大于20μm、大于40μm、大于60μm、大于80μm、大于100μm、小于2μm、小于4μm、小于6μm、小于8μm、小于10μm、小于15μm、小于20μm、小于40μm、小于60μm、小于80μm、小于100μm、约1μm至约100μm、约5μm至约75μm或约10μm至约50μm的孔。在一些实施方案中，所述多孔结构形成多孔膜、多孔珠、其他多孔结构、致密膜、致密珠、支架、编织膜、卷式膜、螺旋卷式膜或其组合。在一些实施方案中，所述多孔结构形成多孔膜、多孔珠或其组合。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒包含离子交换材料和涂层材料。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的所述涂层材料防止离子交换材料的溶解。在一些实施方案中，包覆型离子交换颗粒的涂层材料允许锂离子和氢离子扩散到所述离子交换材料以及从所述离子交换材料扩散出锂离子和氢离子。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的所述涂层材料包含碳化物、氮化物、氧化物、磷酸盐、氟化物、聚合物、碳、碳质材料或其组合。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的所述涂层材料包含TiO2、ZrO2、MoO2、SnO2、Nb2O5、Ta2O5、Li2TiO3、SiO2、Li2ZrO3、Li2MoO3、LiNbO3、LiTaO3、AlPO4、LaPO4、ZrSiO4、ZrP2O7、MoP2O7、Mo2P3O12、BaSO4、AlF3、SiC、TiC、ZrC、Si3N4、ZrN、BN、碳、石墨碳、无定形碳、硬碳、类金刚石碳、其固溶体或其组合。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的所述涂层材料包含TiO2。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的所述涂层材料包含SiO2。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的所述涂层材料包含ZrO2。在一些实施方案中，所述包覆型离子交换颗粒的所述离子交换材料包含氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包覆型离子交换颗粒，其包含离子交换材料和涂层材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.14 US 62/421,9341.一种包覆型离子交换颗粒，其包含离子交换材料和涂层材料。2.如权利要求1所述的包覆型离子交换颗粒，其中所述涂层材料防止所述离子交换材料的溶解。3.如权利要求1所述的包覆型离子交换颗粒，其中所述涂层材料允许锂离子和氢离子扩散到所述离子交换材料以及从所述离子交换材料扩散出锂离子和氢离子。4.如权利要求1-3中任一项所述的包覆型离子交换颗粒，其中所述涂层材料包含碳化物、氮化物、氧化物、磷酸盐、氟化物、聚合物、碳、碳质材料或其组合。5.如权利要求1-4中任一项所述的包覆型离子交换颗粒，其中所述涂层材料包含TiO2、ZrO2、MoO2、SnO2、Nb2O5、Ta2O5、Li2TiO3、SiO2、Li2ZrO3、Li2MoO3、LiNbO3、LiTaO3、AlPO4、LaPO4、ZrSiO4、ZrP2O7、MoP2O7、Mo2P3O12、BaSO4、AlF3、SiC、TiC、ZrC、Si3N4、ZrN、BN、碳、石墨碳、无定形碳、硬碳、类金刚石碳、其固溶体或其组合。6.如权利要求1-5中任一项所述的包覆型离子交换颗粒，其中所述离子交换材料包含氧化物、磷酸盐、氟氧化物、氟磷酸盐或其组合。7.如权利要求1-6中任一项所述的包覆型离子交换颗粒，其中所述离子交换材料选自Li4Mn5O12、Li4Ti5O12、Li2TiO3、Li2MnO3、Li2SnO3、LiMn2O4、Li1.6Mn1.6O4、LiAlO2、LiCuO2、LiTiO2、Li4TiO4、Li7Ti11O24、Li3VO4、Li2Si3O7、LiFePO4、LiMnPO4、Li2CuP2O7、Al(OH)3、LiCl·xAl(OH)3·yH2O、SnO2·xSb2O5·yH2O、TiO2·xSb2O5·yH2O、其固溶体及其组合；其中x选自0.1-10；并且y选自0.1-10。8.如权利要求1-7中任一项所述的包覆型离子交换颗粒，其中所述包覆型离子交换颗粒的平均直径小于100μm。9.一种用于离子交换的多孔结构，其包含：a)结构支撑物；以及b)选自包覆型离子交换颗粒、未包覆型离子交换颗粒及其组合的多种颗粒。10.如权利要求9所述的多孔结构，其中所述结构支撑物包含聚合物、氧化物、磷酸盐或其组合。11.如权利要求9和10中任一项所述的多孔结构，其中所述结构支撑物包含聚合物。12.如权利要求9-11中任一项所述的多孔结构，其中所述聚合物为聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、氯聚合物、氟聚合物、氟-氯聚合物、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、磺化聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚二乙烯基苯、聚丁二烯、磺化聚合物、羧化聚合物、聚丙烯腈、四氟乙烯、全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯-磺酸、其共聚物或其组合。13.如权利要求9-12中任一项所述的多孔结构，其中所述多孔结构具有连通的孔网络，所述孔网络使得液体溶液能够快速渗透到所述多孔结构中，并将锂离子和氢离子传递到所述多孔结构中的离子交换颗粒以及从所述多孔结构中的离子交换颗粒传递锂离子和氢离子。14.如权利要求13所述的多孔结构，其中所述多孔结构具有连通的孔网络，所述孔网络的结构使得液体溶液能够快速渗透，以产生从所述多孔结构表面到所述多孔结构中的所述离子交换颗粒的液体扩散通道。15.如权利要求9-12中任一项所述的多孔结构，其中所述多孔结构具有分层连通的孔网络，该分层连通的孔网络的孔径分布使得所述孔网络在所述多孔结构表面与所述多孔结构中的所述离子交换颗粒之间产生通路。16.如权利要求9-15中任一项所述的多孔结构，其中所述多孔结构包括直径范围小于10μm至大于50μm的孔。17.如权利要求9-16中任一项所述的多孔结构，其中所述多孔结构形成多孔膜、多孔珠、其他多孔结构、致密膜、致密珠、支架、编织膜、卷式膜、螺旋卷式膜或其组合。18.如权利要求9-17中任一项所述的多孔结构，其中所述包覆型离子交换颗粒包含离子交换材料和涂层材料。19.如权利要求18所述的多孔结构，其中所述包覆型离子交换颗粒的所述涂层材料防止所述离子交换材料的溶解。20.如权利要求18所述的多孔结构，其中所述包覆型离子交换颗粒的所述涂层材料允许锂离子和氢离子扩散到所述离子交换材料以及从所述离子交换材料扩散出锂离子和氢离子。21.如权利要求18-20中任一项所述的多孔结构，其中所述包覆型离子交换颗粒的所述涂层材料包含碳化物、氮化物、氧化物、磷酸盐、氟化物、聚合物、碳、碳质材料或其组合。22.如权利要求18-21...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·亨利·辛达克尔，
申请(专利权)人：锂莱克解决方案公司，
类型：发明
国别省市：美国,US