一种提取锂离子的方法技术

本发明专利技术涉及电容去离子技术领域，具体涉及一种提取锂离子的方法，所述方法为基于单价选择性阳离子交换膜结合电容去离子过程，本发明专利技术技术方案利用单价选择性阳离子交换膜取代MCDI中无选择性阳离子交换膜，利用阳膜选择性透过单价阳离子的特点，实现负极选择性吸附镁锂混合溶液中的单价锂离子，达到从淡卤水中提取锂的目的。

A method of extracting lithium ion

The invention relates to the technical field of capacitive deionization, in particular to a method for extracting lithium ions. The method is a capacitive deionization process based on the univalent selective cation exchange membrane. The technical scheme of the invention uses the univalent selective cation exchange membrane to replace the non-selective cation exchange membrane in MCDI and uses the anodic membrane to select. The cathode selectively adsorbs the monovalent lithium ions in the mixed solution of magnesium and lithium through the characteristics of monovalent cations, so as to extract lithium from brine.

【技术实现步骤摘要】
一种提取锂离子的方法
本专利技术涉及电容去离子
，具体涉及一种提取锂离子的方法。
技术介绍
锂是最轻的金属元素，因具有高电荷密度和稳定的氦型双电子层，易极化其它分子和离子，自身却不易被极化，而被广泛应用于锂离子电池、陶瓷和玻璃、润滑油脂、空气处理、连铸模具溶剂和聚合物生产中。近年来，随着高能电池、航空航天、核能发电等高新技术产业的飞速发展，市场对锂资源的需求量正以每年10%的速度快速增长。因此锂资源的生产直接影响着一个国家高新技术产业的发展。自然界的锂元素富集于矿石、盐湖卤水、地热水和海水等矿床中，其中盐湖卤水资源丰富，且锂含量相对较高，成为目前锂资源开发利用的主要研究方向。我国卤水资源主要位于青海和西藏，其中青海盐湖锂储量达到2447.38万吨（以氯化锂计），占我国锂矿总储量的83%，占世界锂矿总储量的1/3。而西藏受地理环境的限制生产锂比较困难，因此青海盐湖将成为我国锂资源的重要供应基地。现阶段锂盐的主要提取方法有煅烧法、萃取法、吸附法、电渗析法。煅烧法生产工艺主要应用于高镁锂比的卤水。该工艺中所用卤水为富锂的水氯镁石饱和溶液。卤水经过煅烧后，水氯镁石在550℃以上分解为氯化氢、氯化镁气体，而氯化锂不分解存在于烧结物中。烧结物浸取后的溶液除去硫酸根、硼、镁等杂质，蒸发、加碱沉淀烘干后得到碳酸锂产品。但是由于该工艺煅烧过程中会产生大量氯化氢气体，环保压力大并且严重腐蚀设备，成本高产量低，不符合循环发展的理念，正被逐步淘汰。萃取法生产工艺是利用萃取剂从低品位卤水中提锂的一种方法。通常用磷酸三丁酯等有机萃取剂，盐酸作反萃取剂，氯化铁作络合剂，经过萃取、反萃取、酸洗等工序后的有机相经浓缩、除杂、加碱沉淀可以制得碳酸锂。该方法分离效果好、锂回收率高，但萃取剂所用协萃剂成本较高，且萃取过程中会产生大量废水，因此该工艺的工业化应用受到限制。吸附法生产工艺主要用于锂含量较低的卤水。利用选择性吸附剂吸附卤水中的锂离子，再进行洗脱以达到分离锂离子的目的。洗脱后的富锂溶液经过精制、浓缩、加碱沉淀、洗涤干燥后得到碳酸锂产品。此方法工艺简单，安全环保，但对吸附剂要求较高，必须选用选择性高、吸附容量大、稳定性高的吸附材料。此外由于吸附剂在低于10℃时会丧失吸附能力，需要对卤水加热，由此带来较高的蒸汽能耗，因此生产成本较高。电渗析法利用单价阳离子交换膜对单多价阳离子的选择透过性，在直流电场作用下使阴阳离子在电解质溶液中发生定向迁移，使电解质液得到分离、浓缩，制取富含锂离子的浓缩回收液。单价离子选择性电渗析技术可以用于高镁锂比盐湖卤水，绿色环保且工艺简单，随着单价阳离子膜的发展完善，电渗析法表现出较好的应用前景。但由于操作过程中需持续施加直流电压，也存在高能耗等问题，且长期运行条件下离子交换膜的寿命短以及运行成本高仍待解决。电容去离子（CDI）是一种基于电化学双电层电容理论的电吸附脱盐技术。CDI具有能耗低、成本低、无二次污染、易小型化、易操作和环境友好等优点，在家庭用水和工业废水净化、海水脱盐等方面有潜在应用。其基本原理是：利用多孔材料（如炭气凝胶等）制成两个导电多孔电极，料液在两电极之间作定向流动，此时在电极两端施加恒定低电压，料液中的阴阳离子在电场作用下分别向正负两极迁移，吸附于多孔电极结构的微孔内形成双电层，达到脱盐的目的。一旦将电极短路或施加反向电压，吸引的离子被释放重新回到溶液中，得到浓缩溶液，实现电极循环再生。但由于CDI技术脱盐率不高，限制了其广泛应用，为了进一步提高电吸附量，Lee等2006年首次提出膜电容法去离子（MCDI），指在CDI的基础上，在正负电极表面分别加入一层阴离子交换膜和阳离子交换膜。离子交换膜对离子具有选择透过能力，其骨架上固定的荷电基团，能部分排斥同电荷离子，允许反电荷离子通过。因此在吸附过程中能有效避免水流扰动带走已被吸附的离子，提高其脱盐率。同时在解吸过程中由于能阻止了离子反向吸附，使电极结构中的大孔隙成为离子的额外存储空间，因此MCDI相比CDI具有更高的解吸效率。而MCDI中常用的阳离子交换膜为异相离子交换膜，在镁锂混合溶液中，无法实现对Li+的选择性吸附。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中MCDI中常用的阳离子交换膜为异相离子交换膜，在镁锂混合溶液中，无法实现对Li+的选择性吸附的问题，提供一种提取锂离子的方法，利用单价选择性阳离子交换膜取代MCDI中无选择性阳离子交换膜，利用阳膜选择性透过单价阳离子的特点，实现负极选择性吸附镁锂混合溶液中的单价锂离子，达到从淡卤水中提取锂的目的。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种提取锂离子的方法,所述方法为基于单价选择性阳离子交换膜结合电容去离子过程。MCDI中常用的阳离子交换膜为异相离子交换膜，在镁锂混合溶液中，无法实现对Li+的选择性吸附。而单价选择性阳离子膜通过各离子组分与膜亲和力的差异和各组分的迁移速度在膜相中的差异性，可以实现各离子组分的选择性分离，因此可以应用于Mg2+和Li+的选择性分离，本专利技术技术方案所采用的方法操作简单、节能高效、绿色环保，能够有效地将溶液中的镁离子和锂离子分离，达到从淡卤水中提取锂离子的目的；此外利用单价选择性阳离子交换膜结合电容去离子技术，可在低工作电压条件下实现镁锂混合溶液中锂离子的选择性吸附，反向电压脱附后得到含高浓度锂离子的浓缩溶液，可用于生产锂盐产品，具有良好的应用前景。作为优选，所述方法在正极表面覆盖阴离子交换膜，负极表面覆盖具有单价选择性的阳离子交换膜。所述单价选择性阳离子交换膜选自一价阳离子选择透过膜CIMS或CSO（SelemionTM，Japan）。所选用的单价选择性阳离子交换膜使用寿命长达两年，有利于降低成本，具有可观的经济效益。作为优选，所述方法以活性炭为活性电极材料。作为优选，所述方法为以下步骤：（1）MCDI电极的制备以活性炭为电极活性材料，以导电炭黑为导电剂，以聚偏氟乙烯为粘结剂，逐滴加入N-甲基吡咯烷酮溶液反复研磨为浆状物，将所述浆状物涂覆于石墨片上；按石墨片面积为5×5cm2计，活性炭电极质量加载60mg；电极制作所需原料主要包括活性炭、导电炭黑、聚偏氟乙烯（PVDF）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、石墨片；（2）MCDI测试普通阴离子膜紧贴正电极表面，单价选择性阳离子膜紧贴负电极表面，配置含锂离子的混合溶液放置于循环池内，待循环池内溶液电导率不再变化后取0.5-2mL作为原始液待测；接通电源，开始选择性吸附，同时用万用表记录瞬时电流，电导率仪实时监测出水电导率，吸附操作后，再次从循环池内取0.5-2mL样品液待测；在电极两段施加反向电压，模块开始放电，当循环池内溶液电导率与原始电导率一致时表明电极放电完成，即一个测试回合结束。作为优选，步骤（2）中，所述混合溶液组分包括MgCl2和LiCl，其中镁锂摩尔比为1-60：1，混合溶液pH为4-10，浓度为250-2000mg/L。作为优选，步骤（2）中，吸附操作电压为0.6-1.4V，吸附操作时间为2-30min。作为优选，步骤（2）中，循环池内料液流速为10-40mL/min。因此，本专利技术具有如下有益效果：（1）设备简单，操作方便，适用于镁锂比为1：1-60：1的低浓度卤水；（2）本专利技术中电极制作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提取锂离子的方法, 其特征在于，所述方法为基于单价选择性阳离子交换膜结合电容去离子过程。

【技术特征摘要】
1.一种提取锂离子的方法,其特征在于，所述方法为基于单价选择性阳离子交换膜结合电容去离子过程。2.根据权利要求1所述的一种提取锂离子的方法,其特征在于，所述方法在正极表面覆盖阴离子交换膜，负极表面覆盖具有单价选择性的阳离子交换膜。3.根据权利要求1所述的一种提取锂离子的方法,其特征在于，所述方法以活性炭为活性电极材料。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种提取锂离子的方法,其特征在于，所述方法为以下步骤：（1）MCDI电极的制备：以活性炭为电极活性材料，以导电炭黑为导电剂，以聚偏氟乙烯为粘结剂，逐滴加入N-甲基吡咯烷酮溶液反复研磨为浆状物，将所述浆状物涂覆于石墨片上；按石墨片面积为5×5cm2计，活性炭电极质量加载60mg；（2）MCDI测试：普通阴离子膜紧贴正电极表面，单价选择性阳离子膜紧贴负电极表面，配置含锂离子的混合溶液放置于循环池内，待...

【专利技术属性】
技术研发人员：施文慧，刘晓悦，沈江南，潘杰峰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33