[發明專利]一種選擇性提取鋰的離子篩及其應用

有效

• 申請號: 201010555927.3
• 申請日: 2010-11-19
• 公開（公告）號: CN102049238A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 趙中偉;劉旭恒;司秀芬;陳愛良
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J20/08
• 分類號: B01J20/08;C22B3/24;C22B26/12
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明屬于提取冶金領域，具體來說，涉及一種含鋰溶液或鹽湖鹵水中的鎂鋰分離和高效提鋰的鈦酸鋰離子篩及其應用。

背景技術

金屬鋰是目前人們發現的最輕的金屬，它被廣泛應用于能源、化工、冶金等領域。隨著能源問題的日益突出，鋰離子電池得以快速發展，鋰及其化合物占據著不可替代的地位。鹵水中蘊藏著非常豐富的鋰資源，如鹽湖、地下鹵水等中都含有大量的鋰資源，目前世界上鹵水中的鋰多以碳酸鋰或者氯化鋰的形式提取出來，采用的方法主要有溶劑萃取法、沉淀法、碳化法、離子交換吸附等技術。但目前大規模工業生產采用的都是低鎂鋰比的鹵水，如智利阿塔卡瑪鹽湖鹵水的鎂鋰比約為6∶1，能夠滿足碳酸鋰生產的要求；而我國大多數鹽湖的特征是鎂鋰比高，如西臺吉乃爾鹽湖鹵水的鎂鋰比高達40以上，少量Li⁺與大量的Mg²⁺、SO₄^2-共存，鋰的提取十分困難。從高鎂低鋰的鹵水中提取鋰資源是目前公認的一個技術難題，國內外很多學者針對此問題進行了廣泛的研究，但至今仍為形成大規模產業化生產。

由于鹽湖鹵水中存在著性質相近的堿金屬離子和堿土金屬離子，尤其是Li⁺、Mg²⁺的化學性質比較接近，實現鎂鋰分離的過程變得非常困難。特別是如何突破高鎂鋰比的鹽湖鹵水的鎂鋰分離，實現鋰的高效提取是開發鹽湖資源所面臨的關鍵技術問題。

研究者們通過廣泛的研究，提出采用離子吸附從鹽湖鹵水提取鋰的方法。傳統的離子吸附法通過離子篩型氧化物如二氧化錳、氧化鈦等與鹵水接觸來選擇吸附鋰。吸附結束后，再用酸將所吸附的Li⁺溶出。整個過程本質上是通過調整溶液體系的pH值實現鋰的吸附和解吸。但是眾所周知，離子篩型氧化物在酸洗脫鋰過程中的溶損較大，導致吸附劑壽命短，不利于大規模的工業應用。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種高效的從含鋰溶液或鹵水直接提取鋰、理論吸附量可達43.48mg/g的鈦酸鋰離子篩及其應用。

本發明的選擇性提取鋰的離子篩為Li₄Ti₅O₁₂、Li_xMe_yTi₅O₁₂、Li₄Me_mTi_nO₁₂中的一種或幾種的混合物；所述的Me為V、Fe、Co、Mn、Al、Ba、Ag、Zr、Nb中的一種或幾種的混合；3＜x＜4，0＜y＜1，0＜m＜1，4＜n＜5。

本發明的鈦酸鋰離子篩與含鋰溶液接觸，通過加入氧化劑或由外電路電壓來調整體系電勢使離子篩結構中的鈦被還原，則鋰離子作為配衡離子進入鈦酸鋰的晶格，而鎂離子由于水化能較鋰高，仍留存于溶液中；進而將生成的嵌鋰產物置于支持電解質溶液中，并調整體系電勢再使結構中的鈦被氧化，迫使鋰離子進入溶液以維持固相的電中性，同時固相重新轉化復原，通過這一過程的循環實現Li⁺與其他元素的分離。

其能處理不同鎂鋰比的鹵水，特別適合高鎂鋰比的鹵水，對Li⁺具有很好的選擇性，且吸附量大，穩定性好，利用Li⁺在鈦酸鋰離子篩中優良的嵌入和脫嵌性能實現鋰的提取，進而生產碳酸鋰或其他鋰鹽。這種離子篩在使用時通過調整體系的電勢實現鋰的選擇性吸附/脫附，而不再是依賴調整體系的pH，從而克服了傳統過程中離子篩型氧化物溶損大的缺點。

本發明的優點是：

鈦酸鋰離子篩材料合成簡單，價格低廉；

1.鈦酸鋰離子篩適合于從不同鎂鋰比的鹵水提鋰，特別是能高效解決高鎂鋰比鹵水中鎂鋰分離的技術難題；

2.生產成本低，操作簡單，易于工業化生產。

為了更詳細地解釋本發明，列舉以下實施例進行說明，但本發明不局限于這些實施例。

具體實施方式

實施例1

將100g?Li₄Ti₅O₁₂離子篩置于50L某鹽湖鹵水中，鹵水的主要成分及含量如下表所示：