通过电解从含锂溶液中提取高纯度锂的方法技术

本发明专利技术涉及通过电解从含锂溶液中提取具有高纯度的锂的方法。更具体地，本发明专利技术提供了通过向所述溶液中加入磷供应材料以制备用于水解的磷酸锂的水溶液，而从含锂溶液中经济地提取锂的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
锂的应用目前延伸到了各种工业中，包括可充电电池、玻璃、陶瓷、合金、润滑剂和制药工业。锂可充电电池作为混合动力和电动汽车的主要能源近来受到关注，并且预期用于汽车的锂可充电电池的市场会有望持续增长到用于手机和笔记本的传统小型电池市场的大约100倍。此外，趋向更严格环境法规的全球性运动可能不仅将锂的应用扩展到混合动力和电动汽车产业，还扩展到电子、化学和能源领域。因此，预期对锂的国内和国外需求都会显著地增加。一些值得注意的锂的主要来源可为自然界中产生的含锂盐水，以及由含锂矿物中提供的含锂溶液。但是，这种含锂溶液包含大量的杂质，包括镁、硼和钙。预先提取杂质被认为是获得用于制备锂可充电池所必需的高纯度锂的关键步骤。通常，在被吸附到包含N-甲基葡 糖胺官能团的硼选择性离子交换树脂上后，通过使用用于解吸的酸溶液进行清洗来提取包含在含锂溶液中的硼离子。通过加入碱并以氢氧化镁和氢氧化钙的形态沉淀而提取包含在含锂溶液中的镁和钙。然而，因为在硼提取工艺的操作中需要相对贵的离子交换树脂和使用各种化学制品(例如大量的酸和碱)，这种方法不适于从含锂溶液中提取硼。此外，因为过量碱的添加提高了含锂溶液的PH，转而引起负电荷在沉淀的氢氧化镁和氢氧化钙表面上的集聚并由此导致吸收正的锂离子，锂的损失可能是大量的。结果，无法避免带有杂质的锂的提取。美国专利号5，219，550描述了一种在通过以1:1至5:1的体积比混合有机溶剂和含锂盐水而提取有机相中的硼后，通过从所述盐水中提取镁和钙而去除杂质的方法。然而，这个复杂的工艺具有一些缺点，即由于使用有机溶剂引起的环境污染，和由于不受控制的PH导致的锂的大量损失。此外，作为最经济的锂供应来源之一，包含在盐水中的锂的浓度为约0.3g/L至1.5g/L，并且包含在盐水中的锂通常以具有约13g/L的溶解度的碳酸锂的形态提取。即使假设包含在盐水中的锂完全转变成碳酸锂，盐水中的碳酸锂的浓度也限于1.59g/L至7.95g/L(Li2CO3的分子量为74，并且锂的原子量为7。如果锂的浓度乘以5.3 (74- 14N5.3)，则可估计碳酸锂的浓度)。由于多数情况下碳酸锂的浓度低于碳酸锂的溶解度，因此提取的碳酸锂再次溶解，由此存在锂提取的收率极低的问题。通常，为从盐水包含的锂中提取碳酸锂，将从天然盐湖中泵出的盐水储存在蒸发塘中，然后经过长时间的室外自然蒸发，例如约一年，以数十倍地浓缩锂。然后，将例如镁、钙、硼的杂质进行沉淀以去除，所述方法需要大于碳酸锂的溶解度的量以进行沉淀。例如，中国专利公开号1626443记载了提取锂的方法，其中，在太阳热能下蒸发和浓缩盐水，然后将浓缩液进行反复的电渗析，以便获得包含浓缩的锂并具有低含量镁的盐水。同时，一种电解的方法被广泛地用于制备锂。该方法通过在阳极和阴极之间设置双极性膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜而构成包含酸性室、基本(basic)室和碱性室的三个室。提供到基本室的氯化锂水溶液允许从酸性室提取盐酸及从碱性室提取氢氧化锂。然而，这种方法涉及加入已知为高溶解性物质的氯化锂，因而在它的储存、运输及处理中非理想地需要防止水分吸收。降低生产率和导致不必要开支的工作被认为很麻烦。此外，从正极产生大量有害的、腐蚀性的氯气。安装用于解毒的收集这种氯气的设备增加了生产成本。除了产生这样的有害气体，使用3个室的复合结构进一步分开了电极间的距离，导致更高的用于电解的电阻和能量消耗。为了克服上述缺点，日本专利号3，093，421公开了用氯化锂作为电解槽，而碳酸锂作为电解质材料以抑制产生氯气的应用。然而，由于氯化锂仍用作电解槽，由此腐蚀仍干扰制备高纯度锂，所以不能达到完全防止产生氯的效果。
技术实现思路
技术问题根据本专利技术的实施方式，可提供不需要干燥处理的从含锂溶液中经济和有效地提取锂的方法，其中从所述含锂溶液中低成本地去除了包含镁、硼和钙的杂质，并且沉淀了具有低溶解度的磷酸锂。由于简化了常规复杂的电解装置，所述方法还可使用较低的电解电压及能量消耗；并且由于不产生有毒的氯气，避免了腐蚀电解装置和建立使氯气解毒的设备，所述方法可对环境友好。所述制备高纯度碳酸锂的方法可进一步说明。技术方案根据本专利技术的一个实施方式，可以提供，包括步骤:通过加入磷供应材料而由所述含锂溶液制备磷酸锂的水溶液；和使用电解装置通过电解从所述磷酸锂的水溶液中提取锂，所述电解装置包含阳极和阴极，所述阴极通过阳离子交换膜与所述阳极隔开。在本专利技术的一个实施方式中，在所述阳极加入所述磷酸锂的水溶液且在所述阴极加入去离子水后，可施加电流以移动从所述阳极分离的锂离子到所述阴极，以还原所述锂离子。在本专利技术的一个实施方式中，可通过在含磷的水溶液中溶解磷酸锂而制备所述磷酸锂的水溶液，所述磷酸锂通过在所述含锂溶液中加入磷供应材料而产生。在本专利技术的一个实施方式中，所述电解可在0.ΟΙΑ/cm2至0.075A/cm2范围内的电流密度和15°C至25°C范围内的电解温度的条件下进行。在本专利技术的一个实施方式中，所述阳离子交换膜可为多孔的，具有10%至50%的孔山/又ο在本专利技术的一个实施方式中，可使所述电解的还原过程中的所述阳极和所述阴极处于惰性气体环境下。在本专利技术的一个实施方式中，所述惰性气体可为氩。在本专利技术的一个实施方式 中，所述阳离子交换膜可为允许阳离子通过的聚合物膜。在本专利技术的一个实施方式中，所述阳离子交换膜可包含选自由磺酸基、羧酸基、磷酸基、硫酸酷基、氣基和憐酸酷基组成的组中的至少一种官能基团。在本专利技术的一个实施方式中，所述电解后，在所述阴极的锂离子浓缩溶液的pH可超过7。在本专利技术的一个实施方式中，通过锂离子向所述阴极的移动而浓缩的溶液可为氢氧化锂的水溶液。在本专利技术的一个实施方式中，所述方法可进一步包括沉淀步骤，然后通过使所述氢氧化锂的水溶液与二氧化碳气体或含碳酸盐的材料反应而提取碳酸锂。在本专利技术的一个实施方式中，所述通过加入磷供应材料而由所述含锂溶液制备磷酸锂的水溶液的步骤可包含步骤:去除杂质，包括在所述含锂溶液中加入碱以提取镁、硼或它们混合物的步骤和在提取了镁和硼的所述含锂溶液中加入碱、碳酸盐或其混合物以提取钙的步骤；通过加入磷供应材料到所述溶液中以沉淀磷酸锂而从溶解的锂提取磷酸锂；以及通过在磷酸中溶解磷酸锂而制备所述磷酸锂的水溶液。在本专利技术的一个实施方式中，所述去除杂质的步骤可包含步骤:(a)在所述含锂溶液中加入碱以由镁沉淀氢氧化镁；(b)通过调节所述含锂溶液的pH至约8.5至约10.5而在所述氢氧化镁的表面吸收硼离子；(c)通过从所述含锂溶液中过滤吸收了所述硼离子的所述氢氧化镁而同时提取镁和硼；以及(d)通过在步骤(c)的所述含锂溶液中加入碱、碳酸盐或其混合物而沉淀氢氧化钙或碳酸钙。在本专利技术的一个实施方式中，步骤(a)至(C)可重复至少两次。在本专利技术的一个实施方式中，所述通过加入磷供应材料到所述溶液以由所述溶解的锂沉淀磷酸锂而提取磷酸锂的步骤可通过使所述氢氧化镁的表面电荷为正电荷而使锂的损失最小化，其允许具有负电荷的硼离子吸收到氢氧化镁的表面以防止带正电荷的锂离子的吸附。在本专利技术的一个实施方式中，步骤d)的所述含锂溶液的pH可调节至12或更高。在本专利技术的一个实施方式中，所述磷供应材料可为选自由磷、磷酸和磷酸盐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.12 KR 10-2010-0077946;2010.12.07 KR 10-2011.一种通过电解从含锂溶液中提取高纯度的锂的方法，包括步骤: 通过加入磷供应材料而由所述含锂溶液制备磷酸锂的水溶液；和 使用电解装置通过电解从所述磷酸锂的水溶液提取锂，所述电解装置包含阳极和阴极，所述阴极通过阳离子交换膜与所述阳极隔开。2.按权利要求1所述的方法，其中，在所述阳极加入所述磷酸锂的水溶液且在所述阴极加入去离子水后，施加电流以移动从所述阳极分离的锂离子到所述阴极，以还原所述锂离子。3.按权利要求1所述的方法，其中，通过在含磷的水溶液中溶解磷酸锂而制备所述磷酸锂的水溶液，所述磷酸锂通过在所述含锂溶液中加入磷供应材料而生产。4.按权利要求1所述的方法,其中，所述电解在0.ΟΙΑ/cm2至0.075A/cm2范围内的电流密度和15°C至25°C范围内的电解温度的条件下进行。5.按权利要求5所述的方法，其中，所述阳离子交换膜为多孔的，具有10%至50%的孔山/又ο6.按权利要求2所述的方法，其中，在所述电解的还原中，所述阳极和所述阴极处于惰性气体环境下。7.按权利要求6所述的方法，其中，所述惰性气体为氩。8.按权利要求1所述的方法，其中，所述阳离子交换膜为允许阳离子通过的聚合物膜。9.按权利要求8所述的方法 ，其中，所述阳离子交换膜包括选自由磺酸基、羧酸基、磷酸基、硫酸酷基、氣基和憐酸酷基组成的组中的至少一种官能基团。10.按权利要求2所述的方法，其中，所述电解后，在所述阴极的锂离子浓缩溶液的pH超过7。11.按权利要求2所述的方法，其中，通过锂离子向所述阴极的移动而浓缩的溶液为氢氧化锂的水溶液。12.按权利要求11所述的方法，其中，所述方法进一步包括沉淀步骤，然后通过所述氢氧化锂的水溶液与二氧化碳气体或含碳酸盐的...

【专利技术属性】
技术研发人员：全雄，金起弘，权五俊，宋昌浩，韩基天，金畿永，
申请(专利权)人：浦项产业科学研究院，
类型：
国别省市：