【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于废旧锂电池回收，尤其涉及一种含隔离室的双极膜电渗析装置及高纯度氢氧化锂的制备方法。
技术介绍
1、锂是最轻的碱金属元素，是理想的“电池金属”。锂在锂电池中的消费比例将从2017年的43％上升到2025年的65％。电动汽车的蓬勃发展导致锂的严重供应紧张。同时，由于三元锂电池、磷酸铁锂电池的安全性能和价格优势，近年来其在锂离子电池市场的份额不断扩大，从废锂电池中回收锂已成为获取锂资源的重要途径之一。
2、目前废旧锂电池回收方法主要为湿法冶金法和火法冶金法两大类。其中，湿法冶金法是回收的最主要方法，超过一半的回收方法是湿法冶金法。湿法冶金法包括浸出和回收步骤，在湿法冶金工艺的最后阶段，金属的分离和回收应通过溶剂萃取、化学沉淀和电化学沉积等手段进行，但萃取过程中萃取剂价格昂贵，化学沉淀分离复杂溶液中金属较为困难，电化学沉积过程对能源的消耗又是显著的，种种因素限制了其发展。而火法冶金存在材料损耗、能耗高、有害气体(如二噁英、呋喃等)释放等缺点。因此，未来需要更高回收率、更低能耗、对环境危害更小的替代回收工艺来处理大量的废旧锂电池。
3、双极膜电渗析(bmed)是传统电渗析和双极膜的结合。当在双极膜两侧施加反向偏压时，双极膜中间层的正、负离子在电场的驱动下分别通过阴、阳膜层向主体溶液迁移，形成了高达108v/m的电势梯度，迫使中间层的水分子解离，两侧产生h+和oh-，可直接将盐转化为相应的酸、碱。bmed因其绿色经济、效率高，已广泛应用于酸碱生产、海水淡化等。
4、目前将双极膜电渗析技术用于
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种含隔离室的双极膜电渗析装置及高纯度氢氧化锂的制备方法，该双极膜电渗析装置可抑制硫酸根离子的电迁移，防止大量硫酸根离子通过双极膜泄漏至碱室，从而在溶液体系中显著提高产碱氢氧化锂的纯度。
2、本专利技术提供了一种含隔离室的双极膜电渗析装置，包括依次设置的阳极板、膜堆与阴极板；
3、所述膜堆包括至少一组电渗析单元与第二双极膜；所述电渗析单元包括依次设置的第一双极膜、第一阳离子交换膜、阴离子交换膜与第二阳离子交换膜；所述第一双极膜的阴膜层与第二双极膜的阴膜层朝向阳极板、第一双极膜的阳膜层与第二双极膜的阳膜层朝向阴极板；
4、所述阳极板与膜堆之间构成阳极室；电渗析单元中的第一双极膜与第一阳离子交换膜之间构成隔离室；电渗析单元中的第一阳离子交换膜与阴离子交换膜之间构成酸室；电渗析单元中的阴离子交换膜与第二阳离子交换膜之间构成盐室；第二阳离子交换膜与第二双极膜之间构成碱室；膜堆与阴极板之间构成阴极室；
5、当所述电渗析单元的组数大于等于2时，相邻电渗析单元之间构成碱室。
6、优选的，所述电渗析单元的组数为2～6。
7、优选的，所述电渗析单元的组数为4。
8、优选的，所述膜堆与阳极板之间及膜堆与阴极板之间均设置有密封垫片；
9、所述膜堆中第一双极膜与第一阳离子交换膜之间、第一阳离子交换膜与阴离子交换膜之间、阴离子交换膜与第二阳离子交换膜之间、电渗析单元与第二双极膜之间均设置有流道隔网。
10、优选的，还包括电源；所述阳极板与电源的正极连接；所述阴极板与电源的负极连接；
11、所述阳极板与阴极板为钛涂钌电极板。
12、本专利技术还提供了一种高纯度氢氧化锂的制备方法，包括以下步骤：
13、使用上述的双极膜电渗析装置；
14、向双极膜电渗析装置的盐室中通入硫酸锂溶液、酸室和碱室中分别通入去离子水、隔离室中通入低浓度硫酸溶液、电极室中通入强电解质溶液，然后在阳极板与阴极板的两侧施加电流进行电渗析，得到高纯度氢氧化锂；所述电极室包括阳极室与阴极室。
15、优选的，所述硫酸锂溶液的浓度为50～150g/l；所述低浓度硫酸溶液的浓度为0.005～0.05mol/l；所述强电解质溶液为硫酸钠溶液；所述硫酸钠浓度的浓度为0.1～0.5mol/l。
16、优选的，所述硫酸锂溶液的浓度为118.8g/l；所述低浓度硫酸溶液的浓度为0.01mol/l；所述强电解质溶液为硫酸钠溶液；所述硫酸钠浓度的浓度为0.3mol/l。
17、优选的，所述硫酸锂溶液、去离子水、低浓度硫酸溶液与强电解质溶液的流速各自独立地为200～500ml/min。
18、优选的，所述施加电流的密度为20～80ma/cm2。
19、本专利技术提供了一种含隔离室的双极膜电渗析装置，包括依次设置的阳极板、膜堆与阴极板；所述膜堆包括至少一组电渗析单元与第二双极膜；所述电渗析单元包括依次设置的第一双极膜、第一阳离子交换膜、阴离子交换膜与第二阳离子交换膜；所述第一双极膜的阴膜层与第二双极膜的阴膜层朝向阳极板、第一双极膜的阳膜层与第二双极膜的阳膜层朝向阴极板；所述阳极板与膜堆之间构成阳极室；电渗析单元中的第一双极膜与第一阳离子交换膜之间构成隔离室；电渗析单元中的第一阳离子交换膜与阴离子交换膜之间构成酸室；电渗析单元中的阴离子交换膜与第二阳离子交换膜之间构成盐室；第二阳离子交换膜与第二双极膜之间构成碱室；当所述电渗析单元的组数大于等于2时，相邻电渗析单元之间构成碱室。与现有技术相比，本专利技术提供的双极膜电渗析装置在酸室和碱室之间存在隔离室，隔离室溶液采用极低浓度的硫酸溶液，双极膜产生的氢离子进入隔离室，然后经过隔离室进入酸室，为酸室稳定提供氢离子；另一方面，因电场作用从酸室向隔离室迁移的硫酸根离子会被阳离子交换膜阻隔一大部分，少量硫酸根离子会进入隔离室，而初始隔离室溶液中硫酸根离子浓度就极低，所以整个隔离室中硫酸根离子浓度能保证较低状态，最终通过双极膜从隔离室泄漏至碱室的硫酸根离子也会大大减少，碱室产碱氢氧化锂纯度有很大提高。因此，利用含隔离室双极膜电渗析装置在溶液体系中能显著提高产碱氢氧化锂的纯度，与后续氢氧化锂溶液提纯的能源消耗相比存在一定优势，对废旧锂电池(三元锂电池、磷酸铁锂电池等)的回收有较大经济价值和重要意义，是一种简易、绿色的回收锂的方法。
20、试验结果表明，采用本专利技术提供的含隔离室的双极膜电渗析装置制备的氢氧化锂溶液，在20ma/cm2电流密度下产碱氢氧化锂纯度能达到97.7％，在40ma/cm2电流密度下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含隔离室的双极膜电渗析装置，其特征在于，包括依次设置的阳极板、膜堆与阴极板；
2.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于，所述电渗析单元的组数为2～6。
3.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于，所述电渗析单元的组数为4。
4.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于，所述膜堆与阳极板之间及膜堆与阴极板之间均设置有密封垫片；
5.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于，还包括电源；所述阳极板与电源的正极连接；所述阴极板与电源的负极连接；
6.一种高纯度氢氧化锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸锂溶液的浓度为50～150g/L；所述低浓度硫酸溶液的浓度为0.005～0.05mol/L；所述强电解质溶液为硫酸钠溶液；所述硫酸钠浓度的浓度为0.1～0.5mol/L。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸锂溶液的浓度为118.8g/L；所述低浓度硫酸溶液的浓度为0.01mol/L；
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸锂溶液、去离子水、低浓度硫酸溶液与强电解质溶液的流速各自独立地为200～500mL/min。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述施加电流的密度为20～80mA/cm2。
...【技术特征摘要】
1.一种含隔离室的双极膜电渗析装置，其特征在于，包括依次设置的阳极板、膜堆与阴极板；
2.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于，所述电渗析单元的组数为2～6。
3.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于，所述电渗析单元的组数为4。
4.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于，所述膜堆与阳极板之间及膜堆与阴极板之间均设置有密封垫片；
5.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于，还包括电源；所述阳极板与电源的正极连接；所述阴极板与电源的负极连接；
6.一种高纯度氢氧化锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐铜文，贺笃义，汪耀明，闫军营，王皝莹，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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