一种基于电化学盐湖卤水中锂的提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电化学盐湖卤水中锂的提取方法，包括如下步骤：构建电化学反应器：电化学反应器包括反应腔以及位于反应腔内相对设置的阴极和阳极，阳极为铁电极；阴极为铁电极、不锈钢、碳电极或石墨电极；阴极和阳极通过导线与外部电源连接；吸附阶段：调节待处理的盐湖卤水的电导率及pH值后通入铁电化学反应器内，曝氮气调节水体的溶解氧值，经铁电化学处理后，关闭电源，静置、离心收集富含锂离子的絮体；采用氮气曝气装置使反应中溶解氧值为0.05～8.0mg/L；脱附阶段：将含絮体的水通入反应器中，对反应器升温，同时往反应器内通入氧气以及投加氧化剂，处理后静置、离心得到富含锂离子的溶液。含锂离子的溶液。含锂离子的溶液。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电化学盐湖卤水中锂的提取方法


[0001]本专利技术涉及一种基于电化学盐湖卤水中锂的提取方法。

技术介绍

[0002]锂是一种具有高导电率和良好理化性质的金属元素，在新能源、军事、电池等领域的发展中占据了重要地位。随着科学技术和经济的增速发展，众多行业对锂资源的需求也急剧增加。目前盐湖卤水约占世界锂总储量的70％，是最有希望的锂生产来源。然而在盐湖卤水中锂和镁基本上是共生的，因为镁离子和锂离子的化学性质十分相似，离子水合半径相差较小。因此这会给从高Mg/Li质量比的盐湖中有效提取锂带来巨大的挑战。
[0003]当前盐湖卤水中锂资源的提取技术主要有溶剂萃取法、沉淀法、离子交换吸附法和膜分离技术等，这些方法可以有效回收盐湖卤水中的锂，但是均存在较多的问题，如化学萃取沉淀离子交换法需要外加大量化学药剂，这将引入大量的杂质，其分离提纯将带来材耗和环保问题。例如：将铝盐(AlCl3)和强碱(NaOH、KOH)添加到含锂溶液中，通过与LiCl反应生成LiCl
·
2Al(OH)3·
xH2O实现锂的提取。膜分离法存在膜污染和膜成本高的问题也使得该技术无法广泛推广运用。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术目的旨在提供一种基于电化学盐湖卤水中锂的提取方法，该方法能够实现盐湖卤水中锂资源(锂离子)的高效提取，且提取出来的锂离子杂质含量少，纯度高。
[0005]技术方案：本专利技术所述的基于电化学盐湖卤水中锂的提取方法，包括如下步骤：
[0006](1)构建电化学反应器：所述电化学反应器包括反应腔以及位于反应腔内相对设置的阴极和阳极，所述阳极和阴极的间距为0.5～20cm；所述阳极为铁电极；所述阴极为铁电极、不锈钢、碳电极或石墨电极中的任意一种；阴极和阳极通过导线与外部电源连接；
[0007](2)吸附阶段：调节待处理的盐湖卤水的电导率及pH值后通入铁电化学反应器内，曝氮气调节水体的溶解氧(DO)值以致能够产生绿锈絮体，经铁电化学处理20～300min后，关闭电源，静置、离心收集富含锂离子的絮体；采用氮气曝气装置使反应中溶解氧值为0.05～8.0mg/L；原位精确产生绿锈絮体对盐湖卤水中的Li
+
优先吸附；
[0008](3)脱附阶段：将絮体放入水中，将含絮体的水通入反应器中，对反应器升温，同时往反应器内通入氧气以及投加氧化剂，处理后静置、离心得到富含锂离子的溶液。可以对锂离子溶液进行蒸发浓缩以获得产品。
[0009]其中，步骤(2)中，调节盐湖卤水的电导率为800～10000us/cm，pH值为4～9，将待处理的盐湖卤水进行预处理，以Na2SO4作为盐湖卤水的电解质并调节电导率至800～10000us/cm，调节盐湖卤水的pH至4～9，有利于电化学反应的进行，同时根据盐湖卤水中锂离子的浓度确定电解电流密度的大小，然后进行电化学反应。
[0010]其中，步骤(2)中，电化学反应过程中的电流密度为0.2～20mA/cm2。
[0011]其中，步骤(2)中，氮气曝气装置的曝气速率为0.5～50L/min。
[0012]其中，步骤(3)中，在绿锈絮体的相变过程中，反应器的温度升温至35℃～70℃；氧气曝气装置的曝气速率为1～10L/min，控制反应器内溶解氧(DO)值为10～20mg/L，反应时间为10～180min。
[0013]其中，步骤(3)中，所述氧化剂为H2O2、Cl2或O3中的任意一种或几种的组合；投加的H2O2氧化剂的浓度为0.1～20mM，Cl2氧化剂的浓度为0.5～3M，O3氧化剂的浓度为10～300mg/L。
[0014]电化学处理盐湖卤水分为两个阶段，吸附阶段：通过控制电化学反应过程中溶液的DO值原位产生绿锈絮体吸附锂离子；脱附阶段：把锂离子脱附至回收液中的脱附阶段。在绿锈的相变过程中，将吸附能力强但不稳定的绿锈转变为吸附能力差的羟基氧化铁和四氧化三铁，从而把吸附的锂离子脱附至回收液中，使回收液中的锂离子高度富集。
[0015]本专利技术通过对电化学处理盐湖卤水过程中达到吸附饱和的绿锈絮体进行相变，从而将吸附的锂离子脱附出来。由于绿锈絮体具有吸附能力强，稳定性差且极易被氧化的特点，对温度和氧化剂敏感，因此对电化学反应后产生的绿锈絮体进行升温、通入氧化剂处理，就能够使其转化为吸附能力差但稳定性较好的铁氧化物絮体，比如羟基氧化铁和四氧化三铁。绿锈絮体向羟基氧化铁以及四氧化三铁的相变过程中，由于絮体结构的改变导致吸附能力变差，这时在吸附阶段绿锈絮体本身所吸附的高容量锂，会因絮体发生相变导致吸附能力变差而脱附至回收液中，从而使锂在回收液中富集，从而实现高效提取盐湖卤水中的锂资源，有效解决了盐湖卤水锂资源开发难度大的问题。这是由于具有疏松多孔结构的绿锈絮体对原子半径较小的Li
+
具有高的吸附效率，Li
+
相比于Na
+
、Mg
2+
原子半径更小，所以在Li
+
、Na
+
和Mg
2+
之间，绿锈对Li
+
有着较高的吸附选择性。
[0016]本专利技术铁电化学处理盐湖卤水时，阳极电解出金属阳离子Fe
2+
或Fe
3+
，与阴极电解出H2和OH
‑
在溶液中结合，同时在不断曝氮气的反应条件下原位精确产生绿锈絮体。通过铁电化学原位产生的绿锈絮体具有大的比表面积和强的吸附能力，能够吸附盐湖卤水中的大多数锂离子，然而绿锈絮体本身不稳定，极易被氧化，温度变化以及投加氧化剂都会使其发生相变从而转化为其他铁氧化物，比如羟基氧化铁(FeOOH)或四氧化三铁(Fe3O4)。羟基氧化铁和四氧化三铁的吸附能力相对于绿锈来说较差，因此在绿锈絮体的相变过程中，自身所吸附的锂离子会重新脱附并富集在回收液(去离子水)中，进而实现盐湖卤水中锂离子的高效提取。
[0017]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著的优点：通过铁电化学技术可以原位精确产生绿锈絮体，原位产生的绿锈具有极高的比表面积和多的活性位点，通过原位产生的具有强吸附性的绿锈絮体来吸附盐湖卤水中的锂离子，相比镁离子，绿锈对锂离子的吸附能力更高，绿锈会优先吸附锂离子，绿锈絮体表面有着大量的羟基基团，这些活性基团有着强的配位交换和配位吸附能力，通过表面配位吸附的方式吸附卤水中的锂离子；在后续的相变过程中，绿锈被氧化为四氧化三铁和/或羟基氧化铁，这些结构的絮体的吸附效率远低于绿锈，因此通过氧化可以将绿锈吸附的高容量锂离子脱附至回收液中，实现锂在回收液中的高度富集，进而实现高效、无杂质掺杂的提取盐湖卤水中的锂资源。
附图说明
[0018]图1为电化学反应器的结构示意图。
具体实施方式
[0019]如图1所示，本专利技术电化学反应器，包括反应腔以及位于反应腔内相对设置的阴极和阳极，阳极与阴极的间距为0.5～20cm；阳极极板为平板铁电极，阴极极板为铁电极、不锈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电化学盐湖卤水中锂的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构建电化学反应器：所述电化学反应器包括反应腔以及位于反应腔内相对设置的阴极和阳极，所述阳极为铁电极；所述阴极为铁电极、不锈钢、碳电极或石墨电极中的任意一种；阴极和阳极通过导线与外部电源连接；(2)吸附阶段：调节待处理的盐湖卤水的电导率及pH值后通入铁电化学反应器内，曝氮气调节水体的溶解氧值以致能够产生绿锈絮体，经铁电化学处理后，关闭电源，静置、离心收集富含锂离子的絮体；采用氮气曝气装置使反应中溶解氧值为0.05～8.0mg/L；(3)脱附阶段：将含絮体的水通入反应器中，对反应器升温，同时往反应器内通入氧气以及投加氧化剂，处理后静置、离心得到富含锂离子的溶液。2.根据权利要求1所述的基于电化学盐湖卤水中锂的提取方法，其特征在于：步骤(1)中，所述阳极和阴极的间距为0.5～20cm。3.根据权利要求1所述的基于电化学盐湖卤水中锂的提取方法，其特征在于：步骤(2)中，调节盐湖卤水的电导率为800～10000us/cm，pH值为4～9。4.根据权利要求1所述的基于电化学盐湖卤水中锂的提取方法，其特征在于：步骤(2)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：嵇磊，陆君，张光强，冷霄，韦娟，朱宝华，胡斌，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：