一种连续运行电化学提锂系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种连续运行电化学提锂系统及方法，本发明专利技术采用氧化还原可逆的捕获氯离子负极和高锂选择性正极LNCM构成电化学系统，仅提取溶液中锂离子，无污染性废料产生。本发明专利技术采用LNCM材料的负极，对锂离子有高选择性，可以实现高Li/Mg比和高Li/Na比溶液条件下锂的回收。容量大，提锂过程能耗低，循环性能较好。本发明专利技术具有装置简单、操作方便、可实现规模化生产的优点。化生产的优点。化生产的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种连续运行电化学提锂系统及方法


[0001]本专利技术属于提锂系统领域，具体涉及一种连续运行电化学提锂系统及方法。

技术介绍

[0002]锂是最轻的碱金属，具有良好的电化学活性和高氧化还原电位，金属锂和锂盐产品在许多领域都有着重要的应用，如锂离子电池、陶瓷玻璃、核工业、制药、粘合剂、润滑剂等等。随着电动汽车和电子产品的市场逐渐扩展，对于锂的需求量持续增长。锂主要存在于两种资源中，包括含锂矿石和水体资源，含锂矿石的传统开采体系成熟，但面临着未来枯竭的风险。而超过60％的锂资源存在于海水和盐湖卤水等水溶液中，从水溶液中提取锂的过程更简单，操作成本更低。开发高效的水溶液锂回收是很有前景的方向。
[0003]现今已开发了几种从水锂资源中回收锂的技术，包括沉淀法、离子筛法、溶剂萃取法、膜基技术和电化学提锂技术。传统的回收锂方法是碳酸盐沉淀工艺，该方法是在蒸发、浓缩后的含锂卤水中加入碳酸钠，形成碳酸锂的沉淀析出，但是蒸发浓缩过程长达12
‑
18个月，受天气因素约束大，生产程序繁琐并且副产品多。沉淀法过程中需要消耗大量试剂，生产成本高。离子筛法是通过合成出含有目标离子的前驱体化合物，再经过洗脱剂处理脱出化合物中的目标离子，这样形成的孔隙结构对目标离子具有优越的选择性，但是一般洗脱剂均为酸性溶剂，会对设备造成严重的腐蚀和环境污染，而且前驱体化合物的溶损也是很大的问题。溶剂萃取通常使用各种特定的螯合剂和离子液体从盐湖卤水中回收锂，并取得优异的性能。由于使用有机萃取剂，溶剂萃取受到一些环境问题的困扰。膜基技术不需要添加化学试剂，但膜污染、阻塞等问题严重阻碍了其应用。
[0004]电化学提锂技术利用能将Li
+
与其他共存离子(Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Mg
2+
等)分离的高锂选择性的特定结构电极，如尖晶石、层状过渡金属氧化物等，在含锂水溶液中提取嵌入锂离子，然后在电场作用下脱嵌锂到回收液中，这种技术可以很容易地获得高锂纯度的回收溶液。与沉淀法和离子筛法相比，该方法具有更高的锂分离效率。它具有能耗低、初投资少、嵌锂容量大、可逆性高、嵌锂/脱嵌锂过程绿色化、工业操作不需要额外的化学试剂和提纯等优点。由于锂提取和回收过程发生在不同的溶液中，这就需要电极或溶液的移动，所以将提取和回收过程集成在同一装置的连续运行系统才能实现电化学提锂技术的工业化生产。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种能耗低，选择性优异同时可以连续稳定产锂的连续运行电化学提锂系统及方法。
[0006]为了达到上述目的，一种连续运行电化学提锂系统，包括电化学反应腔室，电化学反应腔室的溶液入口连接含锂源溶液储液罐、氮气瓶和回收液储液罐，电化学反应腔室的溶液出口连接废液储液罐和高纯回收液储液罐，电化学反应腔室连接电源，电源的负极用于捕获氯离子，电源的正极采用LNCM材料。
[0007]含锂源溶液储液罐、氮气瓶和回收液储液罐均通过蠕动泵连接电化学反应腔室。
[0008]含锂源溶液储液罐与电化学反应腔室间设置有源溶液进口阀门。
[0009]氮气瓶与电化学反应腔室间设置有氮气管道阀门。
[0010]回收液储液罐与电化学反应腔室间设置有回收液入口阀门。
[0011]电化学反应腔室与废液储液罐间设置有废液出口阀门。
[0012]电化学反应腔室与高纯回收液储液罐间设置有高纯回收液出口阀门。
[0013]负极采用Ag或PPy材质。
[0014]一种连续运行电化学提锂系统的工作方法，包括以下步骤：
[0015]S1，使含锂源溶液储液罐中的源溶液充满电化学反应腔室，通过电源对电化学反应腔室中进行放电，源溶液中的锂离子被LNCM电极所捕获，氯离子被负极捕获，完成充电过程；
[0016]S2，将电化学反应腔室中反应后的废液排出，向电化学反应腔室内通入氮气，通过氮气冲洗掉电源的正极和负极表面的残余溶液，进入废液储液罐；
[0017]S3，向电化学反应腔室中填充回收液储液罐中的回收液，LNCM电极释放捕获的锂离子，负电极脱出氯离子，完成放电过程；
[0018]S4，将电化学反应腔室中的回收液排出到高纯回收液罐中；
[0019]S5，重复S1至S4，实现连续运行。
[0020]充电过程和放电过程采用恒流或恒压模式。
[0021]与现有技术相比，本专利技术采用氧化还原可逆的捕获氯离子负极和高锂选择性正极LNCM构成电化学系统，仅提取溶液中锂离子，无污染性废料产生。本专利技术采用LNCM材料的负极，对锂离子有高选择性，可以实现高Li/Mg比和高Li/Na比溶液条件下锂的回收。容量大，提锂过程能耗低，循环性能较好。本专利技术具有装置简单、操作方便、可实现规模化生产的优点。
[0022]进一步的，本专利技术设置有蠕动泵，能够调节蠕动泵的转速来改变泵入源溶液流速，以满足不同Li
+
浓度源溶液的最大程度锂离子捕获。
[0023]本专利技术的工作方法以捕获氯离子的电极材料为负极，LNCM为正极，使含锂海水溶液连续流过该体系，放电过程中，Li
+
被高选择性的LNCM电极捕获，氯离被对电极捕获。放电完成后，通入氮气冲洗掉正负极和腔体内的残余溶液。泵入回收液，进行充电，Li
+
在解离液中从LNCM电极脱嵌，对电极捕获的氯离子脱出。充电完成后，通入氮气，排出反应腔内的富锂回收液到高纯回收液罐中。本专利技术可应用于含锂溶液包括海水、卤水、高镁锂比、高钠锂比溶液以及任何含锂离子的废液中锂的回收。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的系统图；
[0025]其中，1、电化学反应腔室，2、含锂源溶液储液罐，3、氮气瓶，4、回收液储液罐，5、废液储液罐，6、高纯回收液储液罐，7、电源，8、蠕动泵，9、源溶液进口阀门，10、氮气管道阀门，11、回收液入口阀门，12、废液出口阀门，13、高纯回收液出口阀门。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术做进一步说明。
[0027]参见图1，一种连续运行电化学提锂系统，包括电化学反应腔室1，电化学反应腔室1的溶液入口连接含锂源溶液储液罐2、氮气瓶3和回收液储液罐4，电化学反应腔室1的溶液出口连接废液储液罐5和高纯回收液储液罐6，电化学反应腔室1连接电源7，电源7的负极用于捕获氯离子，电源7的正极采用LNCM材料。
[0028]含锂源溶液储液罐2、氮气瓶3和回收液储液罐4均通过蠕动泵8连接电化学反应腔室1。含锂源溶液储液罐2与电化学反应腔室1间设置有源溶液进口阀门9。氮气瓶3与电化学反应腔室1间设置有氮气管道阀门10。回收液储液罐4与电化学反应腔室1间设置有回收液入口阀门11。电化学反应腔室1与废液储液罐5间设置有废液出口阀门12。电化学反应腔室1与高纯回收液储液罐6间设置有高纯回收液出口阀门13。
[0029]一种连续运行电化学提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续运行电化学提锂系统，其特征在于，包括电化学反应腔室(1)，电化学反应腔室(1)的溶液入口连接含锂源溶液储液罐(2)、氮气瓶(3)和回收液储液罐(4)，电化学反应腔室(1)的溶液出口连接废液储液罐(5)和高纯回收液储液罐(6)，电化学反应腔室(1)连接电源(7)，电源(7)的负极用于捕获氯离子，电源(7)的正极采用LNCM材料。2.根据权利要求1所述的一种连续运行电化学提锂系统，其特征在于，含锂源溶液储液罐(2)、氮气瓶(3)和回收液储液罐(4)均通过蠕动泵(8)连接电化学反应腔室(1)。3.根据权利要求1所述的一种连续运行电化学提锂系统，其特征在于，含锂源溶液储液罐(2)与电化学反应腔室(1)间设置有源溶液进口阀门(9)。4.根据权利要求1所述的一种连续运行电化学提锂系统，其特征在于，氮气瓶(3)与电化学反应腔室(1)间设置有氮气管道阀门(10)。5.根据权利要求1所述的一种连续运行电化学提锂系统，其特征在于，回收液储液罐(4)与电化学反应腔室(1)间设置有回收液入口阀门(11)。6.根据权利要求1所述的一种连续运行电化学提锂系统，其特征在于，电化学反应腔室(1)与废液储液罐(5)间设置有废液出口阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：石慧，许朋江，吕凯，薛朝囡，张建元，王妍，邓佳，
申请(专利权)人：西安西热节能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：