[發明專利]一種從低溫含鎂鹵水中分離鎂提取鋰的萃取方法和其應用

在審

• 申請號: 202110299974.4
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113073210A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 楊立新;李娜;李海博;田翔;鄺高龍
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: C22B26/12
• 分類號: C22B26/12;C22B26/22;C22B7/00;C22B3/28;C01D15/08;C01D15/02;C01B25/30
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本發明公開了一種從低溫含鎂鹵水中分離鎂提取鋰的萃取方法和其應用。采用仲酰胺溶劑或含仲酰胺溶劑作為有機相，由氯化鈉、氯化鉀或其混合物組成的鹽水相作為反萃取劑，且有機相的凝固點低于萃取進行時的溫度，鹽水在液體狀態下使用。在有機相與含鎂鹵水體積比1～10:1、鹵水密度0℃時為1.25～1.38g/cm³、鹵水pH值為1～7和萃取溫度–20～＜0℃下進行單級萃取或多級逆流萃取；在鹽水相和負載有機相體積比1:1～20和反萃取溫度–20～＜0℃下進行單級反萃取或多級逆流反萃取，兩相分離后得到低鎂鋰比含鋰鹽水相。將其轉移到鹽水池中，日曬濃縮、固液分離和進一步濃縮后，加入沉淀劑除去其中Mg²⁺和硫酸根等雜質，再進行沉淀與轉化反應，分別制得碳酸鋰、氫氧化鋰、磷酸鋰和磷酸二氫鋰產品。

技術領域

本發明涉及一種用溶劑萃取法從含鎂鹵水中分離鎂提取鋰的方法，尤其涉及一種用含仲酰胺的溶劑從低溫含鎂鹵水中分離鎂提取鋰的萃取方法和其應用。

背景技術

鋰資源是21世紀新能源行業發展的物質基礎，可分為礦石型和鹵水型兩種。現今世界上開采應用最多的鋰礦石有鋰輝石、透鋰長石、鋰云母和磷鋰鋁石，主要采用硫酸鉀法、硫酸法、石灰法和氯化焙燒法進行加工處理提取鋰，生產成本較高。鹵水型鋰資源有多種，按照瓦里亞什科水化學分類法可分為氯化物型、硫酸鹽型和碳酸鹽型，對于低鎂鋰比鹵水通常采用沉淀法進行加工，生產成本低，而對于高鎂鋰比鹵水進行鋰的提取一直存在鋰鎂分離經濟成本高的困難，但該種鹵水自然蘊藏量大。對此目前采用的技術方案可以分為兩類：一類是采用有形材料如鋰離子篩吸附劑、離子交換樹脂和有機隔膜材料，利用其結構的匹配和功能進行鋰鎂分離，這類方法對材料的要求高，存在固態孔隙結構容易堵塞和使用壽命等問題；而另一類是采用無外形結構特征的材料，典型的方法就是溶劑萃取法，它具有工藝設備簡單、兩相混合操作靈活，經過多級萃取和反萃取過程鹵水中的Li⁺與Mg²⁺能夠直接有效分離，被認為是從高鎂鋰比鹽湖鹵水中提取鋰的最重要技術路線[Environ.Sci.:Water Res.Technol.,2017,3(4),593–597]，其中核心要素就在于萃取溶劑以及專有方法的可靠性。

我國青海察爾汗鹽湖和東、西臺吉乃爾鹽湖分別位于柴達木盆地中東部和中部地區，海拔為2680m左右，冬天氣候寒冷、低溫時間長，全年日氣溫低于0℃者長達4個月以上。當溶劑萃取法用于鹽湖鹵水提取鋰時，萃取劑和反萃取劑的低溫性能變得尤為突出，要求兩相在環境溫度下不發生凝聚產生沉析、仍然能保持良好的流動狀態等，對此未見有相關文獻報道。在磷酸三丁酯(TBP)+FeCl₃萃取體系中，長期以來使用6mol/L鹽酸作為反萃取劑，工藝中采用的是全酸全堿轉相，需要消耗大量酸堿，導致酸堿費用占到整個鋰產品制造成本的60％以上，李麗娟等用堿金屬氯化物、堿土金屬氯化物或二者的混合物溶液作為轉相劑對含氫離子的有機相HFeCl₄·2TBP進行轉相，得到再生的有機相以降低提取鋰鹽的生產成本(CN201210055323.1)。時東等采用雙酮化合物為萃取劑和中性磷氧化合物為協萃劑對鹵水中的Li⁺進行分離，用0.1～0.3mol/L的鹽酸溶液為反萃取劑，減少了酸的消耗量和對設備的腐蝕(CN201510866021.6)。朱兆武等對含鋰負載有機相提出了一種用水或低酸度溶液為反萃液，利用多級中氯離子濃度控制鋰和共萃鐵離子的反萃，用于TBP和Fe³⁺參與的溶劑分離方法，需要維持氯離子濃度且仍要在小于1mol/L氫離子濃度和高相比下進行，以達到反萃取鋰而不反萃取鐵的目的(CN201810750237.X)。而我們課題組采用仲酰胺型溶劑對含鎂鹵水進行鎂鋰分離取得了顯著進展，但該法提出的專利申請只涉及到0℃以上含鎂鹵水的萃取和反萃取，還不能從0℃以下含鎂鹵水中進行鋰的提取(CN201911092009.9)。在嚴寒低溫環境中進行溶劑萃取法，需要滿足金屬離子溶劑選擇要求的低溫分離體系，通過對Li⁺的選擇性萃取獲得低鎂富鋰溶液，能夠用來制備電池材料所需的碳酸鋰、磷酸鋰和磷酸二氫鋰產品。

發明內容