[发明专利]磁性铝基锂吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于从盐湖、海水等中提取锂的领域，尤其涉及一种磁性铝基锂吸附剂及其制备方法。

背景技术

锂吸附剂是盐湖和海水中提取锂的关键材料。铝系的锂吸附剂有很多优势，尤其是用水解吸，不涉及酸碱，没有材料溶损的问题，因此成本低。

铝系吸附剂是目前吸附法提锂唯一工业化应用的，在FMC和蓝科锂业均有工业生产。铝系吸附剂有很多生产工艺，在1990s有大量国外专利报道吸附剂的生产流程，但是无论哪一种工艺制备的铝系吸附剂都是是粉体的，粒径在微米级。这种粉体的材料在生产中是没办法用的，没办法填到滤床里面用(水头损失太高)，也没有办法实现这种粉体材料和水分离。

所以传统的应用方式均为将铝系吸附剂造粒，其后填床使用。但是无论做成颗粒还是膜，锂吸附剂的吸附容量都大幅下降了。同时，造粒过程成本非常高，而且容易碎，导致使用过程材料流失。

发明内容

基于上述问题，本发明发明人发现，如果做成磁性铝系锂吸附剂，然后通过磁分离把锂离子筛和水分离，一方面保留了粉体材料的高吸附能力，另一方面避免了造粒或者成膜的高成本及材料损耗，这样会极大地改善锂吸附的现状。而磁性铝系锂吸附剂制备有两个关键问题，第一是如何保护磁核，避免磁核在长期使用过程中被氧化退磁，第二是如何避免铝吸附剂活性成分与磁核在长期使用过程中被剥离，进而导致功能材料损耗。为达到上诉目的，本发明创造性地提出了一种磁核界面原位沉积、同步结晶的方法制备微纳米级磁性铝基锂吸附剂。

本发明是通过如下技术方案实现的：

磁性铝基锂吸附剂，以微纳米级磁核为晶核，在晶核表面生成氢氧化铝结晶，其后生成磁核@LiX·2Al(OH)3·nH2O，其中X为无机酸根离子，并最终生成磁性铝系锂吸附剂，其中磁核与氢氧化铝的质量比为3:1-1:20，所述吸附剂中位粒径与磁核粒径的比为3:1-30:1。如果X为无机酸根离子的阴离子是多价的，那Li要对应的增加数量。

之所以选择磁核与氢氧化铝的质量比为3:1-1:20，是因为磁核与氢氧化铝的比例若高于3:1，吸附剂活性不足，对卤水锂的饱和吸附容量小于1mg/g，无法用于工业生产，若磁核与氢氧化铝的比例低于1:20，磁性功能材料的饱和磁化强度低于5emu/g，无法在磁选机中实现与卤水的有效分离。

更优地，所述磁核与氢氧化铝的质量比为1:1-1:5。

为了保证磁性吸附剂的结构稳定性，成型之后吸附剂的中位粒径与选用磁核的粒径需保持在3:1到30:1之间，若成型吸附剂粒径过小，不利于氢氧化铝包裹磁核，可导致磁核被氧化脱磁，若吸附剂粒径过大，则影响吸附材料的比表面积，进而降低吸附活性。

作为优选，所述磁核为强磁性矿物，所述强磁性矿物包含四氧化三铁、铁、钴、镍单质及铁酸盐，所述强磁性矿物的粒径范围为5nm-50μm。磁核的上限粒径为50微米，若大于50微米，磁核比表面积大幅降低，其界面结晶的氢氧化铝活性成分易解离，导致材料损失。小于5nm的磁核制备和分散成本过于高昂，影响材料制备过程。最终合成的吸附剂粒径要比磁核要大一个数量级，以保证磁核与氢氧化铝活性材料结合的稳定性。最终使用的吸附剂粒径是材料烘干破碎磨细以后得到的，换句话说，确实是可以人工控制的。

作为优选，所述X为氯离子、硫酸根、硝酸根、碳酸根中的一种或多种。

作为优选，所述氢氧化铝结晶形成的晶格结构矿相包含无定型氢氧化铝、三水铝石、拜耳石和诺耳石中一种或多种。

本发明还提供了一种磁性铝基锂吸附剂的制备方法，包含如下步骤：

(1)以微纳米级磁核做为氢氧化铝结晶过程的晶核，使氢氧化铝在磁核表面沉积、结晶，制备出磁核@Al(OH)3复合晶体；

(2)将上述磁核@Al(OH)3复合晶体与锂盐或氢氧化锂反应，制备出磁核@LiX·2Al(OH)3·nH2O锂吸附剂前驱物，其中X为无机酸根离子；

(3)将上述磁核@LiX·2Al(OH)3·nH2O锂吸附剂前驱物中的锂盐洗出，制得磁性铝系锂吸附剂。

步骤(2)和步骤(3)配合，步骤(2)是为了让锂盐进入氢氧化铝的晶格，其后步骤(3)将其洗出，这样在氢氧化铝的晶格中就留下了可以让锂盐进或者出的空间，这也是这个材料放到卤水里面可以捕集卤水中的锂盐的机制。将上述经过脱锂处理的成品磁性铝吸附剂放入含有锂盐的卤水中，锂盐可进入氢氧化铝晶格的空位中，其后用磁分离把材料和卤水分离，最后用水将锂洗出，这样就实现了把卤水里面的锂提取出来。