使用多孔离子交换珠进行的锂提取制造技术

本发明专利技术涉及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 porous ion exchange beads

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用多孔离子交换珠进行的锂提取交叉引用本申请要求于2017年8月2日提交的美国临时申请号62/540,497的权益，该申请通过引用全文并入本文。
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以及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在酸中洗脱锂离子。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。本文所述的一个方面是一种制备多孔离子交换珠的方法，其包括：将可逆地交换锂和氢的离子交换颗粒、基质材料和填充材料组合并混合以制备混合物；将所述混合物形成珠子；任选加热所述珠子；以及去除部分或基本上所有的所述填充材料以制备多孔离子交换珠。在一些实施方案中，使用干粉来完成所述结合和混合。在一些实施方案中，使用一种或多种溶剂来完成所述结合和混合，并且所述混合物为浆液。在一些实施方案中，使用机械压力机来完成所述形成。在一些实施方案中，通过将所述浆液注入液体中来完成所述形成。在一些实施方案中，所述加热足以熔化或烧结所述基质材料。在一些实施方案中，通过使用水、水溶液、酸、卤水、醇或其组合溶解所述填充材料来完成所述去除。在一些实施方案中，通过加热所述珠子至足够将所述填充材料分解为气态颗粒或分解产物来完成所述去除。本文所述的一个方面是一种制备用于从液体资源中提取锂的多孔离子交换珠的方法，其包括：形成前体珠，其中所述前体珠包含离子交换材料、基质材料和填充材料；以及去除至少部分的所述填充材料以产生多孔离子交换珠。在一些实施方案中，去除基本上所有的填充材料。在一些实施方案中，所述离子交换材料选自包覆离子交换颗粒、未包覆离子交换颗粒及其组合。在一些实施方案中，所述包覆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，所述包覆离子交换颗粒的所述涂层材料选自TiO2、ZrO2、MoO2、SnO2、Nb2O5、Ta2O5、SiO2、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SiO3、Li2MnO3、Li2MoO3、LiNbO3、LiTaO3、AlPO4、LaPO4、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、其固溶体及其组合。在一些实施方案中，所述包覆离子交换颗粒的所述涂层材料选自聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚酯、聚四氟乙烯、各类聚酰胺、聚醚醚酮、聚砜、聚偏二氟乙烯、聚(4-乙烯基吡啶-共-苯乙烯)、聚苯乙烯、聚丁二烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、乙烯四氟乙烯聚合物、聚(三氟氯乙烯)、乙烯三氟氯乙烯、聚氟乙烯、氟化乙烯-丙烯、全氟弹性体、三氟氯乙烯偏氟乙烯、全氟聚醚、全氟磺酸、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)、聚丙烯腈、聚氯丁二烯(氯丁橡胶)、聚乙烯醇缩丁醛、发泡聚苯乙烯、聚二乙烯基苯、四氟乙烯-全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酸共聚物、其共聚物及其组合。在一些实施方案中，所述包覆离子交换颗粒的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，所述包覆离子交换颗粒的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为从0.1-10；并且y为从0.1-10。在一些实施方案中，所述未包覆离子交换颗粒包含离子交换材料。在一些实施方案中，所述未包覆离子交换颗粒的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，所述未包覆离子交换颗粒的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为从0.1-10；并且y为从0.1-10。在一些实施方案中，所述基质材料包含聚合物、氧化物、磷酸盐或其组合。在一些实施方案中，所述基质材料选自聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、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、聚乙烯四氟乙烯、聚丙烯腈、磺化聚合物、羧基化聚合物、四氟乙烯-全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酸共聚物、其共聚物及其组合。在一些实施方案中，所述填充材料是盐、氯盐、氯化钠、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、碱金属盐、碱土金属盐、有机材料、聚合物、水性液体、有机液体、液体混合物或其组合。在一些实施方案中，通过用溶剂处理所述前体珠来去除所述填充材料。在一些实施方案中，所述溶剂溶解所述前体珠中的所述填充材料。在一些实施方案中，所述溶剂选自水、乙醇、异丙醇、丙酮及其组合。在一些实施方案中，通过升华或蒸发，任选地涉及使所述前体珠经受加热、真空、空气或其组合，来去除所述填充材料。在一些实施方案中，所述加热使填充材料分解。在一些实施方案中，所述多孔离子交换珠的平均直径小于约10μm。在一些实施方案中，所述多孔离子交换珠的平均直径小于约100μm。在一些实施方案中，所述多孔离子交换珠的平均直径小于约1000μm。在一些实施方案中，所述多孔离子交换珠的平均直径大于约1000μm。本文所述的一个方面是包含离子交换材料和基质材料的多孔离子交换珠，其中所述多孔离子交换珠通过包含以下步骤的过程来制备：将所述离子交换材料和所述基质材料与填充材料结合以产生前体珠；以及去除所述填充材料。在一些实施方案中，所述离子交换材料选自包覆离子交换颗粒、未包覆离子交换颗粒及其组合。在一些实施方案中，所述包覆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，所述包覆离子交换颗粒的所述涂层材料选自TiO2、ZrO2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备多孔离子交换珠的方法，包括：/n(a)将可逆地交换锂和氢的离子交换颗粒、基质材料和填充材料组合并混合以制备一混合物；/n(b)将所述混合物形成珠子；/n(c)任选地加热所述珠子；以及/n(d)去除部分所述填充材料或基本上所有的所述填充材料以制备多孔离子交换珠。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170802 US 62/540,4971.一种制备多孔离子交换珠的方法，包括：
(a)将可逆地交换锂和氢的离子交换颗粒、基质材料和填充材料组合并混合以制备一混合物；
(b)将所述混合物形成珠子；
(c)任选地加热所述珠子；以及
(d)去除部分所述填充材料或基本上所有的所述填充材料以制备多孔离子交换珠。


2.根据权利要求1所述的方法，其中使用干粉来完成所述结合和混合。


3.根据权利要求1所述的方法，其中使用一种或多种溶剂来完成所述结合和混合，并且所述混合物为浆液。


4.根据权利要求2所述的方法，其中使用机械压力机来完成所述形成。


5.根据权利要求3所述的方法，其中通过将所述浆液注入液体中来完成所述形成。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热足以熔化或烧结所述基质材料。


7.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用水、水溶液、酸、卤水、醇或其组合溶解所述填充材料来完成所述去除。


8.根据权利要求1所述的方法，其中通过加热所述珠子至足够将所述填充材料分解为气态颗粒或分解产物来完成所述去除。


9.一种制备多孔离子交换珠的方法，该多孔离子交换珠用于从液体资源中提取锂，该方法包括：
形成前体珠，其中所述前体珠包含离子交换材料、基质材料和填充材料；以及
去除至少一部分所述填充材料以产生所述多孔离子交换珠。


10.根据权利要求1-9中的任一项所述的方法，其中去除基本上所有的所述填充材料。


11.根据权利要求1-10中的任一项所述的方法，其中所述离子交换材料选自包覆离子交换颗粒、未包覆离子交换颗粒及其组合。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述包覆离子交换颗粒包含离子交换材料和涂层材料。


13.根据权利要求12所述的方法，其中所述包覆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。


14.根据权利要求13所述的方法，其中所述包覆离子交换颗粒的所述涂层材料选自TiO2、ZrO2、MoO2、SnO2、Nb2O5、Ta2O5、SiO2、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SiO3、Li2MnO3、Li2MoO3、LiNbO3、LiTaO3、AlPO4、LaPO4、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、其固溶体及其组合。


15.根据权利要求13所述的方法，其中所述包覆离子交换颗粒的所述涂层材料选自聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚酯、聚四氟乙烯、聚酰胺类型、聚醚醚酮、聚砜、聚偏二氟乙烯、聚(4-乙烯基吡啶-共-苯乙烯)、聚苯乙烯、聚丁二烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、乙烯四氟乙烯聚合物、聚(三氟氯乙烯)、乙烯三氟氯乙烯、聚氟乙烯、氟化乙烯-丙烯、全氟弹性体、三氟氯乙烯偏氟乙烯、全氟聚醚、全氟磺酸、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)、聚丙烯腈、聚氯丁二烯(氯丁橡胶)、聚乙烯醇缩丁醛、发泡聚苯乙烯、聚二乙烯基苯、四氟乙烯-全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酸共聚物、其共聚物及其组合。


16.根据权利要求12-15中的任一项所述的方法，其中所述包覆离子交换颗粒的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。


17.根据权利要求12-15中的任一项所述的方法，其中所述包覆离子交换颗粒的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为从0.1-10；并且y为从0.1-10。


18.根据权利要求11-17中的任一项所述的方法，其中所述未包覆离子交换颗粒包含离子交换材料。


19.根据权利要求18所述的方法，其中所述未包覆离子交换颗粒的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。


20.根据权利要求18所述的方法，其中所述未包覆离子交换颗粒的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为从0.1-10；并且y为从0.1-10。


21.根据权利要求1-20中的任一项所述的方法，其中所述基质材料包含聚合物、氧化物、磷酸盐或其组合。


22.根据权利要求1-21中的任一项所述的方法，其中所述基质材料选自聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、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、聚乙烯四氟乙烯、聚丙烯腈、磺化聚合物、羧基化聚合物、四氟乙烯-全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酸共聚物、其共聚物及其组合。


23.根据权利要求1-22中的任一项所述的方法，其中所述填充材料是盐、氯盐、氯化钠、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、碱金属盐、碱土金属盐、有机材料、聚合物、水性液体、有机液体、液体混合物或其组合。


24.根据权利要求9-23中的任一项所述的方法，其中通过用溶剂处理所述前体珠来去除所述填充材料。


25.根据权利要求24所述的方法，其中所述溶剂溶解所述前体珠中的所述填充材料。


26.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述溶剂选自水、乙醇、异丙醇、丙酮及其组合。


27.根据权利要求9-23中的任一项所述的方法，其中通过升华或蒸发，任选地涉及使所述前体珠经受加热、真空、空气或其组合，来去除所述填充材料。


28.根据权利要求27所述的方法，其中所述加热使所述填充材料分解。


29.根据权利要求1-28中的任一项所述的方法，其中所述多孔离子交换珠的平均直径小于约10μm。


30....

【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