【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于含硼锂液处理，具体涉及一种双极膜电渗析装置、同步制备氢氧化锂和硼酸的方法及系统。
技术介绍
1、盐湖锂资源占我国锂资源总储量70％以上，因此盐湖卤水锂资源的高效提取利用是保障我国能源安全的重中之重。经过学术界及产业界的多年研究及技术攻关，我国青海盐湖提锂技术已取得突出进展，形成了以吸附、膜分离、萃取等分离技术为主的盐湖提锂成熟技术。上述成熟技术涉及多步分离、富集浓缩及固液分离工艺环节，主要包括镁/锂分离、硼/锂分离、含锂卤水的富集浓缩、锂盐产品结晶及杂质脱除等。由于盐湖卤水中巨量的镁资源以及镁、锂水合离子物理化学性质的相似性，镁锂分离被视为关键难题，开展了大量基础研究及产业集成工作，并已取得了规模化应用突破。然而，现阶段限制盐湖锂盐产品质量提升的重要环节是降低锂盐产品中的硼、氯等杂质离子含量，因此为了从盐湖卤水中获得纯度较高的电池级锂盐产品，实现卤水溶液中锂与其他共存杂质离子的有效分离则显得尤为重要。
2、目前盐湖提锂产品以碳酸锂为主，然而由于氢氧化锂(lioh·h2o)制备的高镍三元正极材料具有烧结温度低、循环稳定性好、抗高压性能强等优势，由盐湖卤水锂资源制备氢氧化锂逐渐引起关注。适合由盐湖卤水制备氢氧化锂的传统方法主要包括苛化法、煅烧法和离子膜电解法。其中，苛化法操作简单、工艺流程短，但产品纯度和工艺收率均较低；煅烧法则需消耗大量淡水，能耗偏高；离子膜电解法虽无需引入化学品，产品纯度较高，但需要解决副产气体的回收以及电流效率偏低的问题。
3、现阶段限制盐湖锂盐产品质量提升的重要环节是降低
4、双极膜电渗析(bmed)是由双极膜(bpm)与阴离子交换膜(aem)、阳离子交换膜(cem)组合的新型电渗析过程，可将盐溶液直接转化为相应的酸和碱。由于在产品纯度、过程能耗以及物料循环利用等方面具有突出优势，bmed技术已成为由盐湖卤水制备lioh的新选择之一。现有技术cn201410124047.9介绍了一种由盐湖卤水提取氢氧化锂的方法，首先利用普通电渗析方法对根据盐湖卤水组成配置的模拟卤水进行富集，之后采用纯碱沉淀法制备出中间产物碳酸锂，再以低浓度碳酸锂溶液为原料进行bmed制备得到lioh溶液，最终制备得到了纯度较高的lioh产品。现有技术cn 201710972445.x介绍了一种膜耦合工艺制备lioh的方法，工艺流程包括纳滤→反渗透-普通电渗析→深度除钙镁→双极膜电渗析→蒸发结晶。该方法以实际盐湖卤水为原料，提出了基于全膜耦合过程的卤水制备lioh工艺。现有技术cn201910238356.1介绍了一种集成选择性电渗析和选择性双极膜电渗析处理盐湖卤水制备氢氧化锂的方法，首先利用选择性电渗析进行初级镁锂分离，之后利用醋酸沉淀以及离子交换树脂处理，对低镁溶液中的二价阳离子杂质进行多步脱除，并将常规三室bmed膜堆中的阳离子交换膜替换为具有二价阳离子截留性能的一价离子选择性膜后，利用一价选择性离子交换膜对原料室中ca2+、mg2+的截留作用来解决膜面结垢问题。该方法为bmed制备lioh过程中杂质离子的同步脱除提供了新思路。然而，上述方法侧重在提升富锂卤水的二价阳离子的脱除效果上，以降低bmed过程中离子交换膜的结垢风险、提升膜过程的稳定性，但是富锂溶液中与锂离子含量相当的硼的去除及有效利用未能得到有效解决。
5、针对富锂卤水中硼的分离及实现硼产品有效利用的问题，现有技术采用普通电渗析对富锂卤水中的硼进行分离，而除硼后富锂卤水则可经bmed过程用于氢氧化锂的制备，但分离后的富硼溶液需要经膜法浓缩及酸化处理才能制备得到硼酸产品，不能实现氢氧化锂和硼酸的同步制备。此外，也有一些方法通过控制进料原料液性质使硼尽量维持非解离状态，起到限制硼电迁移行为的作用，从而使硼留在原料液中，最终可实现锂/硼的分离和氢氧化锂的制备。上述方法得到的富硼料液还需经过复杂的工艺处理才能得到硼酸产品，导致整体工艺流程依然较长。此外，原料液中非解离状态的硼将降低原料液电导率，不利于提升电渗析过程的电流效率，并且长期运行过程中其可能会在膜面吸附增加膜污染风险。
技术实现思路
1、为解决上述全部或者部分的技术问题，本专利技术提供以下的技术方案：
2、本专利技术的目的之一在于提供一种双极膜电渗析装置，包括阴极室、阳极室和至少一个膜单元，所述膜单元设置在所述阴极室和阳极室之间；
3、其中，所述膜单元包括沿从阴极室指向阳极室的方向依次设置的碱室、原料室、硼迁移强化室及酸室，
4、所述碱室与原料室之间经阳离子交换膜相互分隔，所述原料室与硼迁移强化室之间至少经阴离子交换膜相互分隔，所述硼迁移强化室与酸室至少经网状材料相互分隔；所述阴极室与碱室之间、所述阳极室与酸室之间至少经双极膜相互分隔；
5、其中，所述硼迁移强化室内设有硼选择性材料，以至少用于提高硼阴离子从所述原料室向酸室迁移的速度。
6、所述的双极膜电渗析装置为具有硼电迁移强化功能的四料液隔室膜堆结构，在处理含有碱金属离子和硼阴离子的料液时，硼电迁移强化室中的硼选择性材料能够显著提升硼在电渗析过程中的电迁移效率，使硼在酸室料液中得到有效富集；所述的双极膜电渗析装置适用于处理来自盐湖卤水或者其他来源的含硼锂溶液，能够实现硼、锂的有效分离和浓缩，从而达到由含硼锂溶液同步制备氢氧化锂和硼酸的目的。
7、在部分实施例中，所述硼选择性材料包括硼选择性树脂，所述硼选择性树脂包括多元醇类树脂、葡甲胺类树脂或者具有酚类功能基团的离子交换树脂中的一种或者多种的组合，但不限于此。所述的硼选择性材料填充在阴离子交换膜和隔档构成的硼迁移强化室内，填充方式可以为直接填充，也可以例如采用胶黏剂将树脂颗粒胶黏后再置于硼迁移强化室内。
8、所述网状材料用于分隔硼迁移强化室和酸室，并且允许硼阴离子和水分子通过，所述网状材料例如为聚合物材质的网布或者阴离子交换膜(aem)等，或者可实现上述功能的其他材质。聚合物材料例如为聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯中的任意一种或者多种的组合，但不限于此。
9、在部分实施例中，所述双极膜电渗析装置还包括储液单元，所述储液单元包括碱液存储机构、原料液存储机构、硼迁移液存储机构、酸液存储机构和极液存储机构；所述碱液存储机构与所述碱室连通，所述原料液存储机构与所述原料室连通，所述硼迁移液存储机构与所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双极膜电渗析装置，其特征在于，包括阴极室、阳极室和至少一个膜单元，所述膜单元设置在所述阴极室和阳极室之间；
2.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于：所述硼选择性材料包括硼选择性树脂，所述硼选择性树脂包括多元醇类树脂、葡甲胺类树脂或者具有酚类功能基团的离子交换树脂中的一种或者多种的组合；
3.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于：还包括储液单元，所述储液单元包括碱液存储机构、原料液存储机构、硼迁移液存储机构、酸液存储机构和极液存储机构；所述碱液存储机构与所述碱室连通，所述原料液存储机构与所述原料室连通，所述硼迁移液存储机构与所述硼迁移强化室连通，所述酸液存储机构与所述酸室连通，所述极液存储机构分别与所述阴极室、阳极室连通。
4.根据权利要求3所述的双极膜电渗析装置，其特征在于：还包括液体循环机构，所述的液体循环机构至少用于使所述储液单元中各个存储机构中的液体在存储机构和与存储机构对应连接的室之间循环流动。
5.一种同步制备氢氧化锂和硼酸的方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的方
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述方法以盐湖卤水为原料，具体包括：
8.根据权利要求5～7任一项所述的方法，其特征在于：所述双极膜电渗析处理的工艺参数包括：每个膜单元的电压为1.0～4.0V，电流密度为100～1200A/m2；
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述双极膜电渗析处理具体包括：
10.一种由盐湖卤水同步制备氢氧化锂和硼酸的系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种双极膜电渗析装置，其特征在于，包括阴极室、阳极室和至少一个膜单元，所述膜单元设置在所述阴极室和阳极室之间；
2.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于：所述硼选择性材料包括硼选择性树脂，所述硼选择性树脂包括多元醇类树脂、葡甲胺类树脂或者具有酚类功能基团的离子交换树脂中的一种或者多种的组合；
3.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于：还包括储液单元，所述储液单元包括碱液存储机构、原料液存储机构、硼迁移液存储机构、酸液存储机构和极液存储机构；所述碱液存储机构与所述碱室连通，所述原料液存储机构与所述原料室连通，所述硼迁移液存储机构与所述硼迁移强化室连通，所述酸液存储机构与所述酸室连通，所述极液存储机构分别与所述阴极室、阳极室连通。
4.根据权利要求3所述的双极膜电渗析装置，其特征在于：还包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵有璟，王敏，杨红军，王怀有，李燕，祝增虎，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：
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