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随着锂需求的不断增大,提锂技术越来越受重视,我国具有丰富的盐湖卤水资源,但绝大部分盐湖属于高镁低锂型卤水,针对这一特点,采用铝系吸附剂系统研究其吸附-脱附过程,实现镁锂分离得到较为纯净的含锂脱附液,在此基础上,采用化学沉淀、吸附等方法对脱附液进行深度除杂,经蒸发浓缩后制备工业级碳酸锂,并对碳酸锂生产工艺进行概念设计。 对所使用铝系吸附剂进行表征,认识其微观结构并得到元素组成等基础数据,同时采用吸附等温线、吸附动力学及吸附选择性,探讨吸附剂提锂可行性。X-射线衍射图谱分析可知吸附剂有效成分LiX·2Al(OH)3·nH2O,红外谱图分析进一步印证了该结论。吸附剂比表面积51.76 m2/g,孔容0.33 cm3/g,堆积密度0.8134 g/mL,表观密度1.1120 g/mL,孔隙率26.9%,吸附剂以中微孔结构为主。其吸附Li+更符合Langmuir型平衡分配曲线。Li+吸附动力学过程更符合准二级动力学方程。在多种阳离子共存情况下,吸附剂对Li+有较高的吸附选择性,可以实现Li+与Na+、K+、Mg2+有效分离。 首先使用纯锂溶液研究填充床吸附-脱附过程操作条件,其次考察卤水伴生体系对吸附剂提锂过程影响,在这些研究基础上,进行盐湖卤水提锂实验,研究吸附剂在卤水复杂体系下的吸附速率、吸附容量等基础数据。实验结果发现提高流速,填充床贯穿点提前,吸附剂床层利用率降低,提高温度和进料浓度,会使饱和吸附容量略有提高,床层利用率增加,确定吸附过程采用流速为4 BV/h,温度为室温。脱附过程中,降低脱附液流速和升高温度有利于脱附过程进行,实验中发现采用流速4 BV/h温度80℃时,脱附效果较好。伴生体系中Na+、Mg2+离子的存在会减少吸附剂对Li+的吸附量,SO42-的存在会提高吸附剂对Li+的吸附量。盐湖卤水实验发现Li+平均吸附容量为4.01 g/L,Li+脱附率为75%。回收2-4 BV脱附液作为产品进行后续处理,脱附液中Mg/Li为0.6,与模拟卤水原液(Mg/Li为34.3)相比降低了57倍,说明所使用铝系层状吸附剂对Li+有较好的选择性,因而可以有效降低卤水中镁锂比。 氢氧化钠法镁去除率接近100%,锂的回收率为98%,树脂吸附法可以完全去除其中的硼杂质,使用蒸发浓缩方法对除杂后的脱附液进行浓缩,选择浓缩倍数为32,浓缩后溶液中实际Li+浓度为25.42 g/L,Li+回收率为99.30%。使用饱和碳酸钠溶液进行沉锂实验,得到碳酸锂纯度为99.3%,所制得碳酸锂产品质量符合国家标准(GB/T11075-2013)工业一级品标准。 以实验数据和理论分析为基础,以年产1000吨碳酸锂为目标,进行碳酸锂生产工艺概念设计,物料和能耗成本约为6685.19元/t,设备固定投资约为461万元,目前工业级碳酸锂(99.5%)价格为116000元/t,综合上述信息,所使用工艺制备碳酸锂生产成本较低,固定投资相对较少。