一种由盐湖卤水制取氯化锂的离子精馏方法技术

本发明专利技术公开了一种由盐湖卤水制取氯化锂的离子精馏方法，首先设置离子精馏系统，该系统由多张一多价阳离子选择膜和一多价阴离子选择膜依照“同类同侧”原则依次叠压后加上流道隔网和密封垫片组成，氯离子与锂离子分别被多张一多价阴离子选择膜与一多价阳离子选择膜选择性筛分，同时杂质阴离子与阳离子被选择性阻隔，最终经过n级的选择性分离，氯离子与锂离子与杂质离子间的选择性系数得到级数放大，从而在单个的电渗析膜组件内实现氯化锂的高效提取。本发明专利技术中锂离子和氯离子的选择性系数决定于所叠加使用的一多价阳离子选择性膜和一多价阴离子选择性膜数量，大大降低了对于特种隔膜的自身特性要求，并极大提升了盐湖提锂产品的纯度与质量。产品的纯度与质量。

【技术实现步骤摘要】
一种由盐湖卤水制取氯化锂的离子精馏方法


[0001]本专利技术属于电驱动膜分离领域，特别涉及一种由盐湖卤水制取氯化锂的离子精馏方法。

技术介绍

[0002]特种离子分离是一种重要的化工分离技术，在盐湖提锂领域占据重要地位。锂是一种最轻的金属，具有极强的电化学活性，其金属和化合物在高能锂电池、核聚变发电、航空航天、陶瓷、激光、医药等领域得到迅猛发展。许多国家从经济发展需要和国家安全角度考虑已将其作为战略物质储备并开展应用技术研究，世界各国对锂资源的开发也都十分的重视。我国锂资源储存量居世界第二，主要存在于盐湖卤水和矿床中，其中盐湖卤水拥有巨大的锂储量，占世界锂储量基础的80％以上。我国盐湖锂资源主要集中分布在西藏、青海、新疆、湖北等省份；矿物型锂矿主要分布在新疆、四川、湖南和江西等不同地区，其中卤水锂盐占总储量85％左右，主要分布于西藏、青海两地的盐湖中，仅青海柴达木盆地盐湖卤水中锂的储量就占到了全国总量的58％左右，两省的锂的远景储量即与世界其它国家目前已探明的总储量相当，我国是世界最重要的锂资源大国，以初级产品计的青海盐湖中锂资源潜在价值预计为1.7
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105亿元，是巨大的无机盐资源宝库。随着世界锂工业生产能力逐渐增大，由盐湖卤水中高效的提锂逐渐成为锂盐生产的主要目标。
[0003]盐湖卤水中一般都含有较高含量的钙镁离子(高镁锂比)，且锂离子浓度较低，锂提取过程一般需要除镁以及锂浓缩过程，由盐湖卤水提锂需要经过复杂的除镁过程，这一方面增加了锂盐生产的成本，而且过程中经常会引起严重的环境污染。
[0004]传统上，由高镁锂比盐湖卤水提锂技术包括离子交换、溶剂萃取、离子筛吸附、膜分离、多步结晶、层析等技术工艺。以上工艺可以很好实现盐湖提锂，但受制于工艺自身的技术壁垒，这些工艺仍然存在着诸多问题。离子交换过程、溶剂萃取、离子筛吸附过程利用功能材料内部的功能交换基团或网格框架与目标离子间的特异性相互作用，通过物理吸附作用，选择性的由复杂物料中筛分出目标离子，并经过脱附过程将目标离子洗脱，从而实现目标离子的分离。目标离子的分离能力决定于功能材料自身的吸附特性，通过物料吸附单元间的多级集成耦合，可实现目标离子的高效分离。受制于物理吸附过程工作时的吸附与脱附特性，它们在实际物料处理过程中存在着潜在的高成本、环境污染、稳定性差等多种问题。以离子交换过程为例，其可以很好的选择性吸附物料中的目标离子，但离子的脱附过程需要消耗大量的纯水或者酸性溶液进行冲洗，从而再生离子交换树脂，离子交换树脂的吸附与脱附过程视为一个工作循环。单个的离子交换单元无法进行连续式操作，只能通过间歇式的加料与清洗进行目标离子分离，通过离子交换单元间的串联或并联式联通，可以实现物料处理的连续式操作，但同样也延长了过程工艺路线，各个单元间在运行时的耦合匹配也使得过程工艺操作变得极为复杂。另外，离子交换膜树脂的再生会排放大量酸性废水，这些废水中同时含有大量的重金属离子，而这些非传统废水的处理过程又无法采用生化、高级氧化、压力驱动膜分离等典型水处理工艺处理，其直接排放也会对环境造成巨大危害。
[0005]选择电渗析作为一种电驱动膜分离工艺，可以用于盐湖提锂操作。根据锂离子与其它杂质离子间的电荷性质、水合能、离子水合半径等物化性质差异，通过采用特种的功能隔膜，如一多价离子选择膜、阻氢隔膜、电纳滤隔膜等，利用锂离子与功能隔膜间存在特异性的响应作用，锂离子与其它杂质离子在功能隔膜中迁移时存在着一定的速率差异(通常锂离子迁移速率快于杂质离子)，以电场为驱动力，并采用特定的排列方式搭配使用功能隔膜，可实现锂离子的高效分离。选择电渗析被广泛应用于盐湖提锂、浓盐水资源化、化工绿色生产等过程。选择电渗析器采用流通式进料与出料处理模式，物料在选择电渗析膜堆内部流通，其处理效率决定于物料在电渗析器中的停留时间及外部电场。流通式的进料模式允许单个选择电渗析操作单元在连续式、间歇式、半间歇式等工艺条件下运行。但受制于电渗析过程基本运行机制，选择电渗析通常采用阳离子特种分离隔膜与阴离子特种分离隔膜搭配使用，两种隔膜叠加形成一个膜单元，通过重复叠加膜单元可以增大物料处理量。因此，在选择电渗析过程工艺中，特种离子的分离性能仍决定于功能隔膜自身的筛分特性，而功能隔膜不理想的筛分性能也限制了目标离子分离效率。
[0006]类似于传统的特种离子分离工艺，如离子交换、溶剂萃取、离子筛吸附等，工业上需通过多个选择电渗析单元的耦合集成才能实现锂离子的目标筛分，此时，选择电渗析自身的连续式操作特点不能得到有效体现。因此，从化工过程集约化、分离过程高效化及流程系统经济化的方面出发，本专利技术打破传统选择电渗析单元内部的功能隔膜排布方式，将多个外部耦合的选择电渗析单元内集成，基于锂离子在功能隔膜中的多级筛分机制及离子选择系数的级数放大效应，建立了一种新型的离子精馏技术，将其应用于盐湖老卤的提锂过程，实现由盐湖卤水一步提取高纯氯化锂产品，极大提高盐湖提锂过程的产品纯度及提取效率。相较于传统的盐湖提锂过程，本专利技术的方法有着能耗低、集成度高、产品纯度高、环境友好等过程优势，有着很大的应用潜力。

技术实现思路

[0007]本专利技术是为避免上述现有特种离子分离技术所存在的不足之处，提供一种由盐湖卤水制取氯化锂的离子精馏方法，通过重构选择电渗析单元内部的功能隔膜排布方式，将多个外部耦合集成的选择电渗析单元内集成，构建离子精馏系统，基于特种离子在功能隔膜中的多级筛分机制及离子选择系数的级数放大效应，实现由盐湖老卤高效提取高纯度氯化锂产品的目的。
[0008]受制于电渗析过程基本运行机制，选择电渗析通常采用阳离子特种分离隔膜与阴离子特种分离隔膜搭配使用，两种隔膜叠加形成一个膜单元，通过重复叠加膜单元可以增大物料处理量。本专利技术打破传统电渗析过程的基本运行机制，依照“同类同侧”原则布置特种阴离子选择性功能隔膜和特种阳离子选择性功能隔膜，通过依次叠加使用n张“同类”特种离子选择性功能隔膜，目标阴离子与阳离子在功能隔膜中分别被多张特种阴离子选择性功能隔膜与特种阳离子选择性功能隔膜选择性筛分，同时杂质阴离子与阳离子被多张特种阴离子选择性功能隔膜与特种阳离子选择性功能隔膜选择性阻隔，最终经过n级的选择性分离，目标阴离子与目标阳离子与杂质离子间的选择性系数得到级数放大，从而在单个的电渗析膜组件内实现目标阴离子与目标阳离子的高效化分离，达到迄今已报道的单个膜分离单元最高的目标离子分离系数。
[0009]本专利技术解决技术问题，采用如下技术方案：
[0010]一种由盐湖卤水制取氯化锂的离子精馏方法，其特点在于：采用具有氯离子和锂离子筛分性能的功能隔膜，并依照“同类同侧”原则依次排列配置于阴极板与阳极板之间，构成具有特种离子精细化筛分性能的离子精馏系统，并以电流为驱动力，协同实现盐湖老卤中氯化锂的高效分离及浓缩。具体包括：
[0011]首先设置离子精馏系统，所述离子精馏系统由离子精馏器件、溶液辅助循环系统及电流供电系统组成。所述离子精馏器件是由封装于阳极板与阴极板之间的至少一组离子精馏单元构成；所述离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由盐湖卤水制取氯化锂的离子精馏方法，其特征在于：首先设置离子精馏系统，所述离子精馏系统包括离子精馏器件；所述离子精馏器件是由封装于阳极板与阴极板之间的至少一组离子精馏单元构成；所述离子精馏单元是由一张或多张一多价阳离子选择膜和一张或多张特种阴离子交换膜依照“同类同侧”原则依次叠压后加上流道隔网和密封垫片组成的膜单元；所述“同类同侧”原则是指同种类型的膜置于相同的一侧，即在所述离子精馏单元中，首先叠压特种阴离子交换膜，然后叠压一多价阳离子选择膜，并使特种阴离子交换膜靠近阳极板、一多价阳离子选择膜靠近阴极板；相邻特种阴离子交换膜之间形成1个或多个阴离子精馏室；相邻一多价阳离子选择膜之间形成1个或多个阳离子精馏室；特种阴离子交换膜与一多价阳离子选择膜之间形成料液室；在所述阳极板、阴极板与离子精馏单元之间设置有封端隔膜；所述阳极板与所述封端隔膜之间形成阳极室、所述阴极板与所述封端隔膜之间形成阴极室；靠近阳极板的封端隔膜与相邻特种阴离子交换膜之间形成阴离子精馏室，靠近阴极板的封端隔膜与相邻一多价阳离子选择膜之间形成阳离子精馏室；当所述离子精馏单元采用n张一多价阳离子选择膜和n张特种阴离子交换膜时，可实现n级精馏，n≥1：由阳极板侧至阴极板侧依次排列的功能隔膜分别定义为“1
st
特种阴离子交换膜”、“2
nd
特种阴离子交换膜”、“3
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特种阴离子交换膜”、“4
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特种阴离子交换膜”、
……
、“n
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特种阴离子交换膜”、“1
st
一多价阳离子选择膜”、“2
nd
一多价阳离子选择膜”、“3
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一多价阳离子选择膜”、“4
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一多价阳离子选择膜”、
……
、“n
th
一多价阳离子选择膜”；1
st
特种阴离子交换膜与相邻封端隔膜之间形成n
th
阴离子精馏室，1
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特种阴离子交换膜与2
nd
特种阴离子交换膜之间形成n
‑1th
阴离子精馏室，
…
，n
‑2th
特种阴离子交换膜与n
‑1th
特种阴离子交换膜之间形成2
nd
阴离子精馏室，n
‑1th
特种阴离子交换膜与n
th
特种阴离子交换膜之间形成1

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铜文，陈秉伦，蒋晨啸，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：