一种规模化提取海水中锂离子的方法与装置，其特征在于使大规模海水流经一个前窄后宽的流道，磁性纳米锂离子筛悬浮液在通道的前端被注入并被均匀分散于海水中快速提锂；在通道的末端设置有磁性纳米锂离子筛浓缩回收装置，海水中的磁性纳米锂离子筛被逐步浓缩成高浓度的浓缩流；澄清的海水从流道末端流出，磁性纳米锂离子筛浓缩流被导回到流道的初端进行下一轮循环提锂，经多轮循环提锂后，当磁性纳米锂离子筛吸附锂接近平衡时，实施脱锂操作，脱附锂离子后的磁性纳米锂离子筛再重新被打回到循环储槽中进行新一轮海水循环提锂操作。本发明专利技术将磁性纳米锂离子筛直接应用于海水大规模提锂，不仅海水处理量大、锂离子吸附速率快，而且锂离子筛损耗低，节能环保。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种规模化提取海水中微量锂离子的方法与装置，具体是将一种磁性纳米锂离子筛吸附剂分散于海水中快速吸附海水中微量的锂离子，并借助脉冲磁场作用力将其聚集浓缩以及海水的强制湍流作用使其再分散于海水当中，实现循环提锂的方法与装置。本专利技术属于将纳米材料应用于化学工程
的技术范畴。
技术介绍
锂及其化合物被广泛应用于国民经济的各个领域。随着我国绿色新能源、电动汽车、大型客机等高技术产业的快速发展，对锂的需求量正在急剧增长。自然界中陆地锂资源总量相当有限，海水中锂资源的储量确高达2. 6X IO11吨，为陆地的20000余倍，是“取之不尽，用之不竭”的自然资源。但海水中锂离子的浓度极低，仅为O. 17mg · L—1，并与其它碱金属和碱土金属离子共存，给海水提锂带来极大的困难。随着陆地锂资源的日渐枯竭，海水提锂将势在必行。目前，海水提锂的研究主要以无机锂离子筛吸附法为主，这种方法既经济又环保。这些无机锂离子筛包括单斜晶系锑酸、尖晶石型钛氧化物及锰氧化物等。以锂-锰氧化物离子筛为例，其对海水中锂的分配系数Ka(Ka =锂的吸附量(mg · g—1)/溶液中锂的浓度(mg · ml—1)可达IO4 IO5 ；Li+/Na\ K.分配系数均在IO4以上，可有效地从含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Sr2+等海水、盐湖(卤水)和地热水中选择性提取锂。离子筛型金属氧化物呈粉末态 ，在吸脱锂的过程中不能采用柱式操作，通常的做法是向锂离子筛粉末中添加聚氯乙烯、聚丙酰胺等有机或无机粘合剂进行造粒。将粉末变成颗粒的过程通常会导致锂离子筛交换性能、选择性能和吸附性能的明显降低。日本专利JP088420. 2002提出船舶海水提锂装置，在船舶压水舱内填装粒状吸附齐U，海水从舱底进入吸附床，透过吸附床到达顶部后，用排水泵将海水排出船体外。这种吸附过程是将船开到外海慢速航行，使吸附床水箱内的吸附剂充分与海水接触，约20天后归航。靠岸后，将吸附剂抽送到脱附槽中，浸入体积分数为15%的盐酸水溶液中，脱附液经浓缩分离得锂。脱附后的吸附剂再送回船上，循环使用。另外，日本行政法人财团海洋资源与环境研究所进行了膜法海水提锂工艺研究，以PVC作交联剂，Lih33Mr^67O4作吸附剂拉制成膜，共加工了 4套膜装置，每套装置平行设置5组膜，每组膜共有3片，中间可设置夹层，在膜前设置了挡板，海水以线速度1.25cm/min流过膜的表面，该膜对锂吸附容量可以达到16mg/g,为吸附法提锂连续操作提供了借鉴。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种规模化提取海水中微量锂离子的方法，将磁性纳米锂离子筛作为提锂材料，直接应用于海水大规模提锂，不仅海水处理量大、锂离子吸附速率快，而且锂离子筛损耗低，并可实现了连续循环提锂。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种规模化提取海水中微量锂离子的装置，结构简单、操作运行成本低、维修方便，并可连续生产。本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为一种规模化提取海水中微量锂离子的方法，其特征在于采用核壳结构的磁性纳米锂离子筛作为吸附剂来提取海水中微量锂离子，步骤依次为I)在陆地上或海上航行的船舶内部设置一条海水前窄后宽的流道，磁性纳米锂离子筛悬浮液在流道的前端注入并均匀分散于海水中以吸附海水中的锂离子；2)磁性纳米锂离子筛随海水在宽流道内缓慢流动的过程中完成吸附海水中微量锂离子的全部过程，吸附了锂离子的磁性纳米锂离子筛经过海水流道末端的磁性纳米锂离子筛浓缩回收装置，与海水被逐步分离浓缩，最终汇成高浓度的浓缩流导入到循环储槽中，脱除磁性纳米锂离子筛后的海水从流道的末端流出；3)被导入到循环储槽中的磁性纳米锂离子筛浓缩液，通过泵再次被输送到流道前端的入口处进行下一轮循环提锂过程，经过多轮循环提锂后，磁性纳米锂离子筛吸附程度接近平衡状态，浓缩浆液从循环储槽打入到脱锂储罐中进行脱锂操作；4)脱附锂离子后的磁性纳米锂离子筛再重新被打回到循环储槽中进行新一轮海水循环提锂操作。作为改进，所述磁性纳米锂离子筛是以纳米Fe3O4超顺磁性材料为内核、纳米尖晶石型锰氧化物锂离子筛薄膜为外壳的，组成为Fe3O4AlxMnyO4的核壳结构，平均粒径在20至IOOnm之间,比表面积在20至100m2/g之间，其中x/y比值在O. 5至I之间，外壳锂离子筛薄膜厚度在5nm以上。作为改进，所述流道的前一段为窄流道，呈圆筒形，截面积小，海水流速为lm/s 3m/s，在窄流道的最前端配置有筛网；所述流道的后一段为宽流道，呈长方框结构，截面积大，海水流速为O. 05m/s O . lm/s ο再改进，所述磁性纳米锂离子筛浓缩回收装置由三列导流板组成，第一列导流板是没有磁性的稳流板，第二列导流板是具有强磁性的浓缩板，第三列导流板是澄清板，海水浆液先进入稳流板呈紊流状态，随后流经浓缩板，在浓缩板上方受脉冲磁场的作用磁性纳米锂离子筛开始与海水分离，并且被逐步浓缩，澄清的海水顺着第三列导流板流出流道，所述磁性纳米锂离子筛浓缩回收装置内的海水流速为O. lm/s O. 2m/s。进一步改进，所述海水为海洋中自然海水、从海水淡化厂流出的浓海水或者含锂地下水、盐湖水，当在海洋中进行船舶提锂时，海水要求澄清度高，泥沙含量低。最后，所述磁性纳米锂离子筛悬浮液在注入流道之前与一定浓度和流量的碱液混合，通过调节该碱液的流量来调节从流道末端排出的海水pH值与正常海水的pH值一致。本专利技术解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为一种规模化提取海水中微量锂离子的装置，设置于陆地上或船舶内部，其特征在于所述装置包括一流道，其中前一段为窄流道，后一段为宽流道，并在窄流道的中间位置设有磁性纳米锂离子筛浓缩流的管路出口 ；一磁性纳米锂离子筛浓缩回收装置，设于流道的末端；一循环储槽，其一端通过管道与磁性纳米锂离子筛浓缩回收装置的出口相连通，另一端通过管道泵与磁性纳米锂离子筛浓缩流的管路出口相连通。作为改进，所述窄流道的前端配置有筛网，在筛网后端设置有螺旋桨，所述窄流道截面呈圆筒形，流道截面积小，水流速度快；所述宽流道的截面呈长方框结构，流道截面积大，水流速度缓慢。再改进，所述磁性纳米锂离子筛浓缩回收装置是由三列导流板组成，其中第一列导流板为稳流板，没有磁性；第二列导流板为多个具有强磁性的浓缩板，依次呈阶梯状向下倾斜排列；第三列导流板为澄清板，没有磁性，所述第一列导流板的末端与第二列导流板相接，第二列导流板的末端与第三列导流板平行且初端对齐。最后,所述稳流板长度在O. 5m至5m之间；所述浓缩板长度在O. 2m至2m之间；所述澄清板的长度在O. 2m至2m之间；每个澄清板都位于两个浓缩板的中间位置，浓缩板之间距离在O. 05m至O. 4m之间；所述浓缩板的内部设有能产生脉冲磁场的装置，所述脉冲磁场的频率在5-50赫兹之间。与现有技术相比，本专利技术的优点在于1.采用本方法可充分发挥磁性纳米锂离子筛吸附剂的功效，使之充分分散于海水当中，与海水具有很高的接触面积和快速的锂离子吸附速率，并可从海水中全部分离出来循环使用。由于磁性纳米锂离子筛吸附剂没有任何毒性，因此，即使没有被强磁场完全分离出来，也不会对海洋造成任何污染；2.采用本专利技术所述方法，海水处理量大，节能环保，不仅本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种规模化提取海水中微量锂离子的方法，其特征在于采用核壳结构的磁性纳米锂离子筛作为吸附剂来提取海水中微量锂离子，步骤依次为：1)在陆地上或海上航行的船舶内部设置一条海水前窄后宽的流道，磁性纳米锂离子筛悬浮液在流道的前端注入并均匀分散于海水中以吸附海水中的锂离子；2)磁性纳米锂离子筛随海水在宽流道内缓慢流动的过程中完成吸附海水中微量锂离子的全部过程，吸附了锂离子的磁性纳米锂离子筛经过海水流道末端的磁性纳米锂离子筛浓缩回收装置，与海水被逐步分离浓缩，最终汇成高浓度的浓缩流导入到循环储槽中，脱除磁性纳米锂离子筛后的海水从流道的末端流出；3)被导入到循环储槽中的磁性纳米锂离子筛浓缩液，通过泵再次被输送到流道前端的入口处进行下一轮循环提锂过程，经过多轮循环提锂后，磁性纳米锂离子筛吸附程度接近平衡状态，浓缩浆液从循环储槽打入到脱锂储罐中进行脱锂操作；4)脱附锂离子后的磁性纳米锂离子筛再进行新一轮海水循环提锂操作。
【技术特征摘要】
1.一种规模化提取海水中微量锂离子的方法，其特征在于采用核壳结构的磁性纳米锂离子筛作为吸附剂来提取海水中微量锂离子，步骤依次为 1)在陆地上或海上航行的船舶内部设置一条海水前窄后宽的流道，磁性纳米锂离子筛悬浮液在流道的前端注入并均匀分散于海水中以吸附海水中的锂离子； 2)磁性纳米锂离子筛随海水在宽流道内缓慢流动的过程中完成吸附海水中微量锂离子的全部过程，吸附了锂离子的磁性纳米锂离子筛经过海水流道末端的磁性纳米锂离子筛浓缩回收装置，与海水被逐步分离浓缩，最終汇成高浓度的浓缩流导入到循环储槽中，脱除磁性纳米锂离子筛后的海水从流道的末端流出； 3)被导入到循环储槽中的磁性纳米锂离子筛浓缩液，通过泵再次被输送到流道前端的入口处进行下一轮循环提锂过程，经过多轮循环提锂后，磁性纳米锂离子筛吸附程度接近平衡状态，浓缩浆液从循环储槽打入到脱锂储罐中进行脱锂操作； 4)脱附锂离子后的磁性纳米锂离子筛再进行新ー轮海水循环提锂操作。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述磁性纳米锂离子筛是以纳米Fe3P4超顺磁性材料为内核、尖晶石型锰氧化物锂离子筛薄膜为外壳的，组成为Fe3O4AlxMnyO4的核壳结构，平均粒径在20至IOOnm之间，比表面积在20至100m2/g之间,其中x/y比值在0. 5至1.5之间,外壳锂离子筛薄膜厚度在5nm至IOnm之间。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述流道的前一段为窄流道，呈圆筒形，截面积小，海水流速为lm/s 3m/s，在窄流道的最前端配置有筛网；所述流道的后一段为宽流道，呈长方框结构，截面积大，海水流速为0. 05m/s 0. lm/so4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述磁性纳米锂离子筛浓缩回收装置由三列导流板组成，第一列导流板是没有磁性的稳流板，第二列导流板是具有强磁性的浓缩板，第三列导流板是澄清板，海水浆液先进入稳流板呈紊流状态，随后流经浓缩板，在浓缩板上方受变频磁场的作用磁性纳米锂离子筛开始与海水分离，并且被逐步浓缩，所述脉冲磁场的频率在5-50赫兹之间，平均强度...
【专利技术属性】
技术研发人员：王东光，竺柏康，葛志强，
申请(专利权)人：浙江海洋学院，
类型：发明
国别省市：
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