面向卤水/海水锂资源提取的电渗析法分离纯化锂的研究

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伴随新能源汽车、风电、核电等高新技术产业的飞速发展,锂及其化合物的需求量越来越大。盐湖卤水是目前锂资源开发利用的大方向,可以有效缓解锂资源趋紧的状况,但其提取过程主要使用沉淀法——需要大面积盐田和一定量的化学沉淀剂,且我国盐湖卤水多为高Mg2+/Li+类型,沉淀法提锂在一定程度上造成了资源的浪费。所以开发高效、低成本、环境友好化的新型提锂技术,迫在眉睫。膜分离过程分离效率高、能耗低、操作简便,便于工业集成化。作为电驱离子膜过程之一,电渗析(Electrodialysis,ED)能够利用电场作用,进行液相中目标离子的定向迁移,从而实现目标离子的分离与纯化。基于此,为卤水/海水提锂的相关研究提供理论基础和技术支撑,本课题开展了如下研究:(1)选取含Li+二元氯盐体系,主要开展了共存离子(Na+,K+,Ca2+,Mg2+)浓度和料液温度两个因素的影响研究。结果表明,共存离子与Li+的竞争性迁移存在复杂的浓度、组成相关性:共存离子浓度越大,与Li+产生的竞争性迁移越强,使得提取Li+的电流效率降低,单位能耗升高;同浓度下的共存离子对Li+迁移的影响程度为K+>Na+>Ca2+>Mg2+,这与离子的水合离子半径的大小相一致。基于此,从理论上探索了离子透过单价选择性离子交换膜的迁移过程,提出了ED过程中的离子迁移是通过其部分的去水化而实现的,进而得出部分去水化概念模型。(2)选取淡化后浓海水及三种盐湖卤水进行了锂的分离纯化过程研究。探索了选择性电渗析(Selectrodialysis,SED)技术应用于实际水体时,多元共存离子对锂盐纯化过程的影响。结果表明,所选盐水体系经SED处理后,锂均得到了一定纯化;过程中Ca2+、Mg2+、SO42-的迁移速率均为较低水平;随着电压上升,Li+迁移量增大,LiCl的纯化效果增强,但Na+/Li+、K+/Li+也随之升高,浓海水及所选卤水的适宜电压分别为7 V和10 V;此外,离子的迁移阻力随VC/VD的减小而增强,故VC/VD不宜过低,以0.8为宜。
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