处理含锂材料的方法技术

本公开涉及从含锂材料提取锂的方法。例如，所述方法可包括在适合于获得包含诸如硫酸锂和/或硫酸氢锂的锂化合物的含水组合物的条件下浸析焙烧的含锂材料。可将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的含水组合物任选地用于例如包括膜电解过程的制备氢氧化锂的方法中。可以例如通过利用任选地包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的含水组合物的方法制备焙烧的含锂材料，所述任选地包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的含水组合物可获自制备氢氧化锂的方法，所述方法包括诸如两室的单级或双极电解过程的膜电解过程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求于2014年2月24日提交的US 61/943,700的优先权，将其通过引用整体在此并入。本公开涉及用于从含锂材料提取锂的方法。用于从含锂材料提取锂的方法是已知的，其包括浸析酸焙烧的含锂材料。例如，在此类方法中，在诸如硫酸的酸的存在下焙烧含锂材料，以获得酸焙烧含锂材料，然后可以从所述酸焙烧的含锂材料提取锂。根据本公开的方面，提供用于从含锂材料提取锂的方法，所述方法包括在适合于获得包含锂化合物的含水组合物的条件下浸析硫酸氢锂焙烧的含锂材料。根据本公开的另一方面，提供用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：通过根据本公开的方法所述的从含锂材料提取锂的方法获得包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第一含水组合物；以及在合适的条件下，使包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第一含水组合物进行膜电解过程，用于将硫酸锂和/或硫酸氢锂至少部分转化为氢氧化锂。根据本公开的另一方面，提供用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：通过根据本公开的方法所述的从含锂材料提取锂的方法获得包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第一含水组合物；在合适的条件下，使包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第一含水组合物进行膜电解过程，用于将硫酸锂和/或硫酸氢锂至少部分转化为氢氧化锂，并获得包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第二含水组合物；以及将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第二含水组合物用作根据本公开所述的方法中的包含硫酸氢锂的含水组合物。根据本公开的另一方面，提供用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：将含锂材料与包含硫酸氢锂的含水组合物混合，并且从而获得混合物；在合适的条件下焙烧混合物以获得硫酸氢锂焙烧的含锂材料；在适合于获得包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第一含水组合物的条件下浸析硫酸氢锂焙烧的含锂材料；在合适的条件下，使包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第一含水组合物进行膜电解过程，用于将硫酸锂和/或硫酸氢锂至少部分转化为氢氧化锂，并获得包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第二含水组合物；以及将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第二含水组合物用作包含硫酸氢锂的含水组合物，用于与含锂材料混合并获得混合物。据发现，通过使用本公开的方法，用硫酸氢锂代替硫酸是可能的。还发现，例如，降低与使用酸试剂即硫酸相关的成本是可能的。事实上，在某种情况下，使在膜电解过程(如将硫酸锂部分转化为氢氧化锂)中获得的硫酸氢锂再循环以从含锂材料提取锂是可能的。据发现，通过使用本公开的方法，在酸性组合物的形式下轻易地回收硫酸是可能的，可将所述酸性组合物用于处理含锂材料和/或从第二含水组合物回收硫酸锂，并且将其再利用于膜电解过程。例如，通过使用此类方法，可以基本上选择性地沉淀硫酸锂一水合物(Li2SO4·Η2O)并因此将其容易回收和再利用。根据本公开的另一方面，提供用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：在合适的条件下，使包含硫酸锂的第一含水组合物进行膜电解过程，用于将硫酸锂至少部分转化为氢氧化锂并获得包含硫酸锂的第二含水组合物；任选地增加第二含水组合物中的酸的浓度；以及使用包含硫酸锂的第二含水组合物用于与含锂材料混合。根据本公开的另一方面，提供用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：将含锂材料与任选地包含硫酸锂的酸性含水组合物混合，并且从而获得混合物；在合适的条件下焙烧混合物以获得焙烧含锂材料；在适合于获得包含硫酸锂的第一含水组合物的条件下浸析焙烧的材料；在合适的条件下，使包含硫酸锂的第一含水组合物进行膜电解过程，用于将硫酸锂至少部分转化为氢氧化锂，并获得包含硫酸锂的第二含水组合物；以及任选地增加第二含水组合物中的酸的浓度；以及将包含硫酸锂的第二含水组合物用作任选地包含硫酸锂的酸性含水组合物，用于与含锂材料混合并获得混合物。根据本公开的另一方面，提供用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：在合适的条件下，使包含硫酸锂的第一含水组合物进行膜电解过程，用于将硫酸锂至少部分转化为氢氧化锂，并获得包含硫酸锂的第二含水组合物；以及任选地增加第二含水组合物中的酸的浓度；以及将硫酸锂从第二含水组合物回收，并将其再利用于膜电解过程。据发现，通过使用本公开的方法，在酸性组合物的形式下，容易回收硫酸是可能的，可将所述酸性组合物用于处理含锂材料和/或将硫酸锂从第二含水组合物回收，并将其再利用于膜电解过程。例如，通过使用此类方法，可以基本上选择性地沉淀硫酸锂一水合物(Li2SO4·Η2O)，并且因此将其容易回收并再利用。根据本公开的另一方面，提供用于处理膜电解过程的包含硫酸锂的含水组合物的方法，所述过程包括在适合于基本上选择性地沉淀硫酸锂一水合物的条件下，将水从膜电解过程的含水组合物移除。根据本公开的另一方面，提供用于从含碱材料提取碱的方法，所述方法包括在适合于获得包含碱性化合物的含水组合物的条件下，浸析碱性硫酸氢盐焙烧的含碱材料材料。在下述附图中，其仅以示例的方式展示本公开的多种实施方案：图1是本公开的实施方案所述的方法的示意图；图2和图3是用于氢氧化碱生产的累积电流效率作为导电量的函数图；图4是本公开的另一实施方案所述的方法的示意图；图5和图6是从分离步骤回收的沉淀晶体的XRD分析；以及图7是基于质量基础在分离步骤的硫酸锂回收率作为大气压力下移除的水的函数图。除非另有指示，本文所描述的定义和实例意图适用于它们所适合的本文所描述的本公开的所有实施方案和方面，这将是本领域技术人员所理解的。如本公开所用，单数形式“a(一个/一种)”、“an(一个/一种)”和“the(所述)”包括复数参照，除非上下文另有明确指示。例如，包括“一种含锂材料”的实施方案应被理解为呈现具有一种含锂材料，或两种或更多种另外的含锂材料的某些方面。在包含“另外的”或“第二”组分如另外的或第二含锂材料的实施方案中，本文使用的第二组分不同于其它组分或第一组分。“第三”组分不同于其它、第一和第二组分，以及进一步枚举的和“另外的”组分同样地不同。在本公开的范围的理解中，本文使用的术语“包含”及其衍生物旨为开放式的术语，其指定规定特征、元素、组分、组、整数和/或步骤的存在，但不排除其它未列明的特征、元素、组分、组、整数和/或步骤的存在。上述还适用于具有类似含义如术语“包括”、“具有”及其衍生物的词语。本文使用的术语“组成”及其衍生物旨为封闭式术语，其指定规定的特征、元素、组分、组、整数和/或步骤的存在，但排除其它未列明的特征、元素、组分、组、整数和/或步骤的存在。本文使用的术语“基本上由…组成”旨在指定规定的特征、元素、组分、组、整数、和/或步骤以及实质上不影响特征、元素、组分、组、整数和/或步骤的基本特征和新特征的存在。本文使用的程度的术语，如“约”和“大约”，意指修饰术语的合理偏差量，使目标结构未显著变化。这些程度的术语应被解释为包括修饰术语的至少±5％或至少±10％的偏差，如果该偏差将不否定其修饰词语的含义的话。本文使用的术语“合适的”意指选择的特定条件将取决于待进行的具体操纵或操作，但选择将在本领域技术人员的技能内。本文所描述的所有方法应在足以提供期望产物的条件下进行。本领域技术人员将理解，当可应用时，可以改变所有反应条件，包括例如，反应时间、反应温度、反应压力、反应物比例、流速、反应物纯度、电流密度、电压、电极材料、浓度、H、氧化还原电势、单元面本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：将含锂材料与任选地包含硫酸锂的酸性含水组合物混合，并且从而获得混合物；在合适的条件下，焙烧所述混合物以获得焙烧的含锂材料；在适合于获得包含硫酸锂的第一含水组合物的条件下浸析所述焙烧的材料；在合适的条件下，使所述包含硫酸锂的第一含水组合物进行膜电解过程，用于将所述硫酸锂至少部分转化为氢氧化锂，并获得包含硫酸锂的第二含水组合物；以及任选地增加所述第二含水组合物中的酸的浓度；以及将所述包含硫酸锂的第二含水组合物用作任选地包含硫酸锂的所述酸性含水组合物，用于与所述含锂材料混合并获得所述混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.24 US 61/943,7001.用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：将含锂材料与任选地包含硫酸锂的酸性含水组合物混合，并且从而获得混合物；在合适的条件下，焙烧所述混合物以获得焙烧的含锂材料；在适合于获得包含硫酸锂的第一含水组合物的条件下浸析所述焙烧的材料；在合适的条件下，使所述包含硫酸锂的第一含水组合物进行膜电解过程，用于将所述硫酸锂至少部分转化为氢氧化锂，并获得包含硫酸锂的第二含水组合物；以及任选地增加所述第二含水组合物中的酸的浓度；以及将所述包含硫酸锂的第二含水组合物用作任选地包含硫酸锂的所述酸性含水组合物，用于与所述含锂材料混合并获得所述混合物。2.如权利要求1所述的方法，其中基于所述含锂材料中的锂的量，存在化学计量过量约10％至约100％的所述酸。3.如权利要求1所述的方法，其中基于所述含锂材料中的锂的量，存在化学计量过量约10％至约40％、约20％至约40％或约55％至约60％的所述酸。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将所述混合物于约150℃至约400℃的焙烧温度焙烧。5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将所述混合物于约200℃至约300℃的焙烧温度焙烧。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将所述混合物于所述焙烧温度焙烧约10分钟至约24小时。7.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将所述混合物于所述焙烧温度焙烧约15分钟至约2小时。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述含锂材料是含锂的矿石。9.如权利要求8所述的方法，其中所述含锂的矿石包括β-锂辉石或贾达尔石。10.如权利要求8所述的方法，其中所述含锂的矿石包括β-锂辉石。11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中将所述焙烧的含锂材料用水浸析以获得包含所述硫酸锂的所述第一含水组合物。12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述含锂材料还包含可浸出的金属杂质，以及在适合于从包含所述硫酸锂的所述第一含水组合物移除至少一部分的所述可浸出的金属杂质的条件下进一步处理包含硫酸锂的所述第一含水组合物。13.用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：在合适的条件下，使包含硫酸锂的第一含水组合物进行膜电解过程，用于将所述硫酸锂至少部分转化为氢氧化锂，并获得包含硫酸锂的第二含水组合物；以及任选地增加所述第二含水组合物中的酸的浓度；以及将包含硫酸锂的所述第二含水组合物用于与含锂材料反应。14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述方法还包括从所述第二含水组合物回收硫酸锂，并且将所述硫酸锂再利用于所述膜电解过程。15.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述方法还包括在将所述第二含水组合物用于与所述含锂材料反应之前，从所述第二含水组合物至少部分回收硫酸锂，并且将所述硫酸锂再利用于所述膜电解过程。16.用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：在合适的条件下，使包含硫酸锂的第一含水组合物进行膜电解过程，用于将所述硫酸锂至少部分转化为氢氧化锂，并获得包含硫酸锂的第二含水组合物；以及任选地增加所述第二含水组合物中的酸的浓度；以及从所述第二含水组合物回收硫酸锂，并将其再利用于所述膜电解过程。17.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述方法包括通过将水从所述第二含水组合物移除来增加所述第二含水组合物中的酸的浓度。18.如权利要求17所述的方法，其中通过将所述第二含水组合物加热实现所述酸的浓度的增加。19.如权利要求18所述的方法，其中将所述第二含水组合物于约100℃至约300℃的温度加热。20.如权利要求18所述的方法，其中将所述第二含水组合物于约110℃至约130℃的温度加热。21.如权利要求18所述的方法，其中将所述第二含水组合物于约115℃至约25℃的温度加热。22.如权利要求19至21中任一项所述的方法，其中将所述第二含水组合物减压或真空下加热。23.如权利要求19至21中任一项所述的方法，其中将所述第二含水组合物在大气压力下加热。24.如权利要求17所述的方法，其中通过膜脱水法、通过反渗透膜法或通过添加一些酸实现所述酸的浓度的增加。25.如权利要求17至24中任一项所述的方法，其中将水从所述第二含水组合物移除引起硫酸锂一水合物的沉淀。26.如权利要求17至24中任一项所述的方法，其中将水从所述第二含水组合物移除引起硫酸锂一水合物的基本上选择性沉淀。27.如权利要求17至24中任一项所述的方法，其中将水从所述第二含水组合物移除引起硫酸锂一水合物的结晶。28.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述方法包括通过将水从所述第二含水组合物移除增加所述第二含水组合物中的酸的浓度，从而基本上选择性地沉淀硫酸锂。29.如权利要求25至28中任一项所述的方法，其还包括进行固液分离(例如在约15℃至约130℃或约25℃至约125℃的温度)以回收所述硫酸锂，从而获得所述硫酸锂和酸性组合物。30.如权利要求25至28中任一项所述的方法，其还包括进行固液分离(例如在约15℃至约130℃或约25℃至约125℃的温度)以回收所述硫酸锂，从而获得所述硫酸锂以及有效用于与含锂材料混合的酸性含水物。31.如权利要求1至30中任一项所述的方法，其中所述方法包括从所述第二含水组合物回收硫酸锂一水合物形式的硫酸锂，并将所述硫酸锂再利用于所述膜电解过程。32.如权利要求1至31中任一项所述的方法，其中所述酸是H2SO4。33.用于处理膜电解过程的包含硫酸锂的含水组合物的方法，所述方法包括在适合于基本上选择性地沉淀硫酸锂一水合物的条件下，将水从所述膜电解过程的含水组合物移除。34.如权利要求33所述的方法，其中通过将所述膜电解过程的含水组合物于约100℃至约125℃的温度或约100℃至约135℃的温度加热来移除水。35.如权利要求34所述的方法，其中将所述第二含水组合物在大气压力下加热。36.如权利要求33所述的方法，其中通过膜脱水法实现所述酸的浓度的增加。37.如权利要求33至36中任一项所述的方法，其还包括进行固液分离(例如在约15℃至约130℃或约25℃至约125℃的温度)以回收所述硫酸锂，从而获得所述硫酸锂和酸性组合物。38.如权利要求33至36中任一项所述的方法，其还包括进行固液分离(例如在约15℃至约130℃或约25℃至约125℃的温度)以回收所述硫酸锂，从而获得所述硫酸锂以及有效用于与含锂材料混合的酸性含水物。39.如权利要求33至38中任一项所述的方法，其还包括将获得的硫酸锂再利用于所述膜电解过程。40.用于从含碱材料提取碱的方法，所述方法包括在适合于获得包含碱性化合物的含水组合物的条件下浸析碱性硫酸氢盐焙烧的含碱材料。41.用于从含锂材料提取锂的方法，所述方法包括在适合于获得包含锂化合物的含水组合物的条件下浸析硫酸氢锂焙烧的含锂材料。42.如权利要求39所述的方法，其中通过包括以下的方法制备所述硫酸氢锂焙烧的含锂材料：将所述含锂的材料与包含硫酸氢锂的含水组合物混合，并从而获得混合物；以及在合适的条件下焙烧所述混合物以获得所述硫酸氢锂焙烧的含锂材料。43.如权利要求40所述的方法，其中包含硫酸氢锂的所述含水组合物中的所述硫酸氢锂和所述含锂材料中的锂之间的摩尔比是约0.5:1至约4:1。44.如权利要求41至43中任一项所述的方法，其中包含硫酸氢锂的所述含水组合物还包含硫酸。45.如权利要求44所述的方法，其中包含硫酸氢锂的所述含水组合物中的所述硫酸和所述含锂材料中的锂之间的摩尔比是约0.5:1至约4:1。46.如权利要求44所述的方法，其中基于所述含锂材料中的锂的量，存在化学计量过量约10％至约40％、化学计量过量约20％至约40％或化学计量过量约55％至约60％的所述硫酸。47.如权利要求42至46中任一项所述的方法，其中将所述混合物于约200℃至约325℃的焙烧温度焙烧。48.如权利要求42至47中任一项所述的方法，其中将所述混合物于所述焙烧温度焙烧约10分钟至约24小时。49.如权利要求41至48中任一项所述的方法，其中所述含锂材料是含锂的矿石。50.如权利要求49所述的方法，其中所述含锂的矿石包括β-锂辉石或贾达尔石。51.如权利要求41至50中任一项所述的方法，其中将所述硫酸氢锂焙烧的含锂材料用水浸析以获得包含所述锂化合物的所述含水组合物。52.如权利要求41至51中任一项所述的方法，其中所述含锂材料还包含可浸出的金属杂质，并且将包含锂化合物的所述含水组合物在适合于将至少一部分的所述可浸出的金属杂质从包含锂化合物的所述含水组合物移除的条件下进一步处理。53.如权利要求41至52中任一项所述的方法，其中包含锂化合物的所述含水组合物是包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的含水组合物。54.如权利要求53所述的方法，其中包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述含水组合物是包含硫酸锂的含水组合物。55.用于制备氢氧化锂的方法，所述方法包括：通过权利要求40至54中任一项所述的从含锂材料提取锂的方法获得包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第一含水组合物；以及在合适的条件下，使包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述第一含水组合物进行膜电解过程，用于将所述硫酸锂和/或硫酸氢锂至少部分转化为氢氧化锂。56.如权利要求1至39和55中任一项所述的方法，其中在所述膜电解过程期间，所述硫酸锂和/或硫酸氢锂组合物的pH是酸性的。57.如权利要求1至39和55中任一项所述的方法，其中所述膜电解过程包括两室的单级或双极膜电解过程；三室的单级或双极膜电解过程；或两室的单级或双极膜电解过程和三室的单级或双极膜电解过程的组合。58.如权利要求56所述的方法，其中所述膜电解过程包括两室的单级或双极膜电解过程。59.如权利要求56所述的方法，其中所述膜电解过程包括三室的单级或双极膜电解过程。60.如权利要求56所述的方法，其中所述膜电解过程包括两室的单级或双极膜电解过程和三室的单级或双极膜电解过程的组合。61.如权利要求56所述的方法，其中所述膜电解过程包括三室的单级或双极膜电解过程，并且其中在所述三室的单级或双极膜电解过程期间，将所述pH至少基本上维持在约2至约4。62.如权利要求56所述的方法，其中所述膜电解过程包括两室的单级或双极膜电解过程，并且其中进行所述硫酸锂和/或硫酸氢锂向氢氧化锂的转化，直到所述硫酸锂和/或硫酸氢锂组合物的所述pH的值为约0.1至约2.0、约0.2至约1.0或约0.4至约1.0。63.如权利要求1至39和55中任一项所述的方法，其中在所述膜电解过程期间，所述硫酸锂和/或硫酸氢锂组合物的pH是碱性的。64.如权利要求63所述的方法，其中所述膜电解过程包括两室的单级或双极膜电解过程；三室的单级或双极膜电解过程；或两室的单级或双极膜电解过程三室的单级或双极膜电解过程的组合。65.如权利要求63所述的方法，其中所述膜电解过程包括两室的单级或双极膜电解过程。66.如权利要求63所述的方法，其中所述膜电解过程包括三室的单级或双极膜电解过程。67.如权利要求63所述的方法，其中所述膜电解过程包括两室的单级或双极膜电解过程和三室的单级或双极膜电解过程的组合。68.如权利要求63所述的方法，其中所述膜电解过程包括三室的单级或双极膜电解过程，并且其中在所述三室的单级或双极膜电解过程期间，将所述pH至少基本上维持在约10至约12或者在约10.5至约12.5。69.如权利要求55至68中任一项所述的方法，其中所述方法包括：在合适的条件下，使包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述第一含水组合物进行所述膜电解过程，用于将所述硫酸锂和/或硫酸氢锂至少部分转化为氢氧化锂并获得包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第二含水组合物；以及将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述第二含水组合物用作权利要求42所述的方法中的包含硫酸氢锂的所述含水组合物。70.如权利要求69所述的方法，其中所述方法包括：在合适的条件下，使包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述第一含水组合物进行两室的单级或双极膜电解过程以获得包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的第二含水组合物；以及将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述第二含水组合物用作权利要求42所述的方法中的包含硫酸氢锂的所述含水组合物。71.如权利要求69或70所述的方法，其中包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述第二含水组合物中的所述硫酸氢锂和所述硫酸锂之间的摩尔比是至少约3:2、至少约9:1、至少约19:1或至少约99:1。72.如权利要求60或70所述的方法，其中包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述第二含水组合物中的所述硫酸氢锂和所述硫酸锂之间的摩尔比是约3:2至约99:1。73.如权利要求69至72中任一项所述的方法，其中包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述第二含水组合物包含硫酸氢锂，并且所述方法还包括在适合于将至少一部分的所述硫酸氢锂转化为硫酸锂的条件下向一部分包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述第二含水组合物添加碱。74.如权利要求73所述的方法，其中所述碱包括氢氧化钙、氧化钙和/或碳酸钙。75.如权利要求1至39和55至74中任一项所述的方法，其中所述膜电解过程包括两室的单级或双极膜电解过程，并且在所述两室的单级或双极膜电解过程期间，将电压至少基本上维持在约4V至约5V。76.如权利要求1至39和55至74中任一项所述的方法，其中所述膜电解过程包括两室的单级或双极膜电解过程，并且在所述两室的单级或双极膜电解过程期间，将LiOH的电流效率至少基本上维持在约65％至约85％。77.如权利要求1至39和55至76中任一项所述的方法，其中将包含硫酸锂和/或硫酸氢锂的所述第一含水组合物中的锂浓度至少基本上维持在每升溶液约20g锂至每升溶液约40g锂、或者每升溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：让·弗朗索瓦·马尼昂，盖伊·布拉沙，尼古拉斯·拉罗什，盖瑞·皮尔斯，史蒂芬·查尔斯·麦基，麦考拉斯·格莱德考瓦斯，皮特·西蒙斯，J·大卫·詹德斯，吉纳维芙·克雷顿，皮埃尔·布沙尔，
申请(专利权)人：内玛斯卡锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA