[發(fā)明專利]一種利用脈沖電壓高效從黏土型鋰礦中提取鋰的方法

有效

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• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113528860B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 何利華;趙中偉;雷云濤;孫豐龍;劉旭恒;陳星宇;李江濤
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22B26/12
• 分類號: C22B26/12;C22B3/04
• 代理公司: 北京智慧亮點知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11950
• 代理人: 何東明

本發(fā)明屬于電化學鋰提取領域，特別涉及了一種利用脈沖電壓高效從黏土型鋰礦中提取鋰的方法，包括如下步驟：步驟1，在黏土型鋰礦兩側設立陽極區(qū)和陰極區(qū)，向所述陽極區(qū)插入陽極，向所述陰極區(qū)插入陰極；向所述陽極附近加入插層劑；步驟2，在所述陽極和所述陰極施加脈沖電壓，利用所形成的外電場驅動黏土型鋰礦的層間域中的鋰離子沿電場方向遷移而逐步脫離礦物顆粒、進入并富集于陰極區(qū)。本發(fā)明的有益效果在于無須焙燒等前置處理，也無需強酸及高溫高壓環(huán)境即可直接提取鋰，節(jié)能環(huán)保、操作簡單、綠色清潔。

技術領域

本發(fā)明屬于電化學鋰提取領域，具體涉及一種利用脈沖電壓高效從黏土型鋰礦中提取鋰的方法。

背景技術

鋰作為一種重要的能源戰(zhàn)略金屬，在儲能/動力電池、核能利用、金屬材料等領域發(fā)揮著顯著的作用。在市場需求和科技發(fā)展等多因素的推動下，全球范圍內(nèi)都掀起了對鋰礦資源地質勘查和開發(fā)利用的研究熱潮。

固體鋰礦主要有偉晶巖型和黏土型兩種類型。其中偉晶巖型的鋰輝石、鋰云母的工業(yè)開發(fā)已經(jīng)日益成熟，其主要工藝是先在800～1200℃的高溫下對礦物進行焙燒，使之活化轉型，再采用硫酸浸出鋰用于鋰鹽產(chǎn)品的生產(chǎn)。

黏土型鋰礦中鋰的一般賦存于蒙脫石、皂石、綠泥石等黏土型礦物中。比如碳酸鹽型黏土型鋰礦，鋰主要賦存于黏土礦物蒙脫石晶體結構的層間域中。由于鋰離子處于礦物晶體內(nèi)部，而非吸附于礦物顆粒的表面，采用淋洗/浸泡的方式難以實現(xiàn)直接鋰的提取。例如，采用硫酸浸出碳酸鹽黏土型鋰礦時，鋰的浸出率僅為2％左右。

現(xiàn)有技術中，為使該黏土礦能夠有效浸出，需要對其進行高溫焙燒活化處理，后下利用硫酸等助劑實現(xiàn)鋰的浸出。如墨西哥Sonora鋰礦就是以硫酸鈉為助劑，在950℃下焙燒后再硫酸浸出得到Li₂SO₄，浸出液經(jīng)除雜凈化后再制備電池級Li₂CO₃產(chǎn)品。再如，中國專利202010684178.8公開了一種從含鋰黏土中提鋰的方法，也是將含鋰黏土、碳酸鈣、硫酸鈉、硫酸鉀混合造粒后，在900～1100℃下高溫煅燒后，再進行鋰的提取。中國專利CN110358934 B公開了一種從碳酸鹽粘土型鋰礦中提取鋰的方法。該方法將黏土礦在450-800℃進行焙燒活化，然后利用三氯化鐵溶液進行浸出。

除高溫焙燒法外，還可以采用濃硫酸在高溫高壓(180～250℃)條件下使黏土型鋰礦進行全巖分解浸出。目前，除美國克萊頓谷(ClaytonValley)、大桑迪(Big Sandy)鋰礦可以直接采用熱酸淋濾浸出外，其余大部分鋰礦的濕法工藝都是采用高濃度硫酸在高溫高壓(200℃)下才能實現(xiàn)鋰的有效浸出。再如，中國專利202010472603.7公開了本發(fā)明公開了一種含鋰黏土巖高效浸出鋰的方法。其核心是先將原礦破碎至2mm以下，再與濃硫酸混合調(diào)漿后在弗爐內(nèi)150-210℃熱處理熟化1-4小時，熟料再在80℃下水浸。采用濃硫酸高溫高壓或者濃硫酸熟化，由于礦物的晶體結構實現(xiàn)了完全破壞，鋁、鎂、鉀等雜質也大量被浸出，給后續(xù)鋰的分離和凈化帶來了挑戰(zhàn)。此外，濃硫酸的使用給設備安全帶來了嚴重挑戰(zhàn)。

由于黏土型鋰礦的品位低，難以選礦富集。因此，無論是采用焙燒工藝還是濃硫酸高溫浸出工藝，都存在處理量和試劑用量大、能耗高、成本高、渣量大、污染高等問題。

分析上述方法的弊端，其核心原因在于，不同于稀土礦中金屬元素存在于晶體表面，在粘土型鋰礦中，鋰主要賦存于黏土礦物蒙脫石晶體結構中。這樣的離子賦存狀態(tài)導致常規(guī)的常溫常壓下的酸浸取方式難以將鋰元素浸出。因此需要高溫焙燒活化或者高溫高壓條件。