碳酸锂沉锂母液回收锂新工艺研究

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高速发展的新能源行业,使市场对新能源关键产品的原料—Li2CO3需求量日益增大。统计显示,全球对Li2CO3的产品需求量以20%的环比增长率上升,预计2025年碳酸锂需求将达到80-100万吨。目前Li2CO3主要是由浓缩后的富锂溶液与碳酸钠反应得碳酸锂和沉锂母液,由于Li2CO3溶度积较大,体系中锂不能完全沉淀(沉淀率一般为70~80%)。而传统沉锂母液中锂的回收方法是先用硫酸对沉锂母液进行中和处理去除CO32-,然后再对中和后的沉锂母液进行蒸发浓缩、结晶分离出无水硫酸钠后,进行二次沉锂;但由于该沉锂母液中杂质离子Na+、K+含量较高,只能生产工业二级碳酸锂产品,该产品价值低,这是目前锂行业长期存在并未解决的问题;因此改进、升级现有碳酸锂生产技术迫在眉睫。针对上述问题,本文利用自制新型钛系锂吸附剂,提出沉锂母液吸附-冷冻法回收锂及纯碱新工艺,深入研究了提锂及循环工艺条件,得到了优化工艺参数,制备出了电池级碳酸锂,并用冷冻法分离回收硫酸钠。使沉锂母液中锂的回收率从现有的70-80%上升为95~98%。该方法操作简单,选择性好,锂的回收率高且所得产物杂质含量低。实验研究表明:(1)采用双柱串联的吸附-解吸工艺进行循环吸附提锂,循环45次,锂总回收率稳定在96~98%,吸附容量稳定在7.3~7.5 mg/g;数据显示45次循环吸附后的锂记忆交换剂具有良好的吸附-解吸稳定性。(2)双柱吸附:锂记忆交换剂单柱用量120 g、沉锂母液流速90 m L/h、温度为60℃、H/D选为4.35、对应沉锂母液用量600 m L。吸附洗水用量为床体积7倍,流速为200 m L/h为优化条件。(3)双柱解吸:0.1 mol/L H2SO4流速为120 m L/h,用量为前次吸附锂的1.1倍摩尔份数,解吸洗水流速为200 m L/h,洗水用量为床体积的8倍。(4)饱和碳酸钠(以碳酸根计)用量为锂的1.1倍摩尔份数,反应60 min后,陈化8 h,洗水用量和碳酸锂质量比2:1;制得电池级碳酸锂;吸附液冷冻法优化冷冻温度为-2℃、冷冻时间为12 h、洗水用量确定为晶体质量的4倍,制得合格硫酸钠产品。(5)该锂记忆交换剂吸附符合langmuir等温方程,吸附过程多为单分子层化学吸附;吸附动力学符合伪二级动力学方程模型;在多种离子共存体系中对锂有较强的吸附选择性。
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