[发明专利]准分馏萃取法分离氯化锂中碱土金属杂质的工艺

说明书

技术领域

    本发明涉及准分馏萃取法分离氯化锂中碱土金属杂质的工艺，特别是涉及一种以P204为萃取剂、氢氧化锂为皂化剂的分离锂盐中碱土金属杂质的方法。

背景技术

高纯锂盐（99.99%）及超高纯锂盐（99.999%）广泛应用于电子材料、锂电池电极材料、磁性材料、陶瓷材料、玻璃材料、锂合金材料、锂电池电解质、原子能、航空航天、国防工业、光学仪器、制冷工业、医药等领域。

由于碱土金属离子与锂离子的性质相似，因此彼此之间分离较困难。尤其是镁离子，因其离子半径与锂离子的半径极为接近，导致锂镁之间的分离成为制备高纯和超高纯锂盐的第一大技术难点。目前，以工业级氯化锂（99%）为原料制备高纯氯化锂（99.99%）及超高纯氯化锂（99.999%）时，分离除去碱土金属的方法主要有沉淀法、重结晶法和离子交换法。沉淀法制备高纯和超高纯氯化锂需要实施反复多次沉淀操作，存在工艺流程长、沉淀剂消耗大、废水排放量大、作业环境要求高、劳动强度大、分离效果较差、生产成本高等缺点。重结晶法制备高纯和超高纯氯化锂需要实施多次重结晶操作，存在工艺流程长、能量消耗大、作业环境要求高、劳动强度大、分离效果较差、生产成本高等缺点。离子交换法制备高纯和超高纯氯化锂也需要实施多次离子交换操作，存在工艺流程长、生产规模小、分离效果较差、锂的产率低、生产成本高等缺点。以工业级氯化锂为原料制备超高纯氯化锂产品，现有的工艺的锂产率均低于85%。

发明内容

本发明的目的是针对现有分离碱土金属杂质制备高纯和超高纯氯化锂的方法所面临的技术困难和问题而提出的新工艺。

溶剂萃取法用于分离化学性质相近的化学元素或物质，最常用的串级工艺是分馏萃取。分馏萃取工艺最突出的优点是难萃组分和易萃组分的收率和纯度（4个指标）均可以很高。因此，分馏萃取工艺的应用十分广泛，例如稀土元素的湿法分离。由于每个锂离子负载1个正电荷，每个碱土金属离子负载2个正电荷；所以，碱土金属离子与锂离子的分离系数随着水相氢离子浓度增加而下降。如果采用分馏萃取来分离锂盐中的碱土金属杂质，在洗酸溶液加入到分馏萃取体系后将遇到分离系数显著下降的问题。为此，本发明提出准分馏萃取工艺。准分馏萃取工艺与分馏萃取工艺的主要区别：分馏萃取体系由萃取段和洗涤段构成，洗涤段的功能是洗涤有机相中的难萃取组分；在分馏萃取中，洗涤段的混合萃取比（E_M^’）必须大于1；在分馏萃取中，洗涤液通常是无机酸的水溶液。准分馏萃取体系由萃取段和萃洗段构成，萃洗段兼有萃取和洗涤的双重功能；在准分馏萃取中，萃洗段的混合萃取比（E_M^*）可以小于1；在准分馏萃取中，不使用洗酸，表观洗涤液实际上也是料液。

本发明准分馏萃取法分离氯化锂中碱土金属杂质的工艺，具体通过以下工艺方案来实现。

（1）氯化锂料液

氯化锂料液为工业级氯化锂的水溶液，其氯化锂浓度为1.0 M～5.0 M，pH值为6.0。氯化锂料液折合成工业级无水氯化锂，以质量百分数计，氯化锂的含量不低于95%，镁的含量不高于0.6%，钙的含量不高于0.6%，钡的含量不高于0.6%。

（2）有机相溶液

有机相溶液为二(2–乙基己基)磷酸（即P204）的煤油或磺化煤油溶液，其中P204浓度为1.0 M。P204萃取剂有机相使用时，采用氢氧化锂进行皂化，皂化率为30%。

（3）氯化锂表观洗涤液

表观洗涤液为工业级或相应质量指标接近工业级的氯化锂水溶液，其氯化锂浓度为1.0 M～5.0 M，pH值为6.0。氯化锂表观洗涤液折合成无水氯化锂，以质量百分数计，则氯化锂的含量不低于90%，镁的含量不高于1%，钙的含量不高于1%，钡的含量不高于1%。氯化锂表观洗涤液中碱土金属含量，应不低于氯化锂料液中的碱土金属含量。

（4）准分馏萃取体系

准分馏萃取体系由萃取段和萃洗段构成。皂化有机相溶液从第1级进入准分馏萃取体系；氯化锂料液从萃取段与萃洗段的交界处进入准分馏萃取体系；表观洗涤液从最后1级进入准分馏萃取体系。

（5）分离产品

从第1级的萃余水相（出口水相）中获得目标产品，目标产品为高纯或超高纯氯化锂溶液；从最后1级的负载有机相（出口负载有机相），经3M 盐酸4级逆流反萃取，获得副产品，该副产品为含有碱土金属的氯化锂富集物溶液。