[发明专利]一种粉末型高容量钛系锂离子交换剂的制备方法

说明书

本发明提供一种粉末型高容量钛系锂离子交换剂的制备方法，包括以下步骤：取硫酸法钛白粉生产过程中制备的偏钛酸制成浆料A；在搅拌状态下向浆料A中缓慢加入氢氧化锂，升温至沸腾，得到浆料B；浆料B过滤、水洗，得到滤饼C；滤饼C送入回转窑中加热煅烧完成脱水、脱硫和晶型转化后，经过粉碎研磨制得前驱体D；前驱体D用蒸馏水打浆制成浆料E；浆料E在反应罐中升温搅拌加入酸溶液，熟化后过滤；重复步骤5和6直至滤饼中Li含量占TiO₂含量的0.01％～1％，烘干粉碎，制得所述离子交换剂。本发明制备的钛系锂离子交换剂，工艺简单，成本低廉，易于批量生产，钛系锂离子交换剂质量稳定，易于推广应用。

技术领域

本发明属于无机非金属材料的制备领域，特别涉及一种钛系锂离子交换剂的制备方法。

背景技术

锂及其化合物是国民经济和国防建设的重要战略物资,被广泛应用于玻璃、陶瓷、航空、核能和新能源等众多领域。据美国地质勘探局(United States Geological Survey,简称USGS)2016年1月出版的年报报道,全球探明的陆上锂资源储量以金属锂计约为1400万t,其中盐湖卤水中的储量占70％～80％；而海水中蕴藏的量达2600亿t左右。因此,为了满足可持续发展的需求,各国学者都在积极找寻从盐湖卤水及(浓)海水中提锂的新技术。

传统的提锂技术主要包括沉淀法、盐析法、溶剂萃取法等。因盐湖卤水及(浓)海水的组分复杂,传统的提取方法存在工艺流程复杂、能耗高等不足；而离子交换与吸附法提锂具有选择吸附性好、工艺简单、回收率高等优点,尤其适用于我国高镁锂比的盐湖卤水,已发展成一种极具前景的提锂方法。目前无机锂离子交换剂研究主要集中在锰系和钛系，由于TiO₂在酸性介质下具有比MnO₂更稳定的化学性质，在酸洗脱过程中溶损率极低，克服了MnO₂离子筛溶损大的缺点，为从低锂液态矿锂资源中直接提锂提供了具有极大开发价值的锂分离材料。

常规钛系锂离子交换剂前驱体合成方法有溶胶凝胶法、水热合成法和高温固相法。前两种方法存在工艺复杂，原料昂贵，工艺控制难等问题，不利于产业化。高温固相法，合成方法简单，易于实现量产，通常钛源选用锐钛型或金红石型二氧化钛与锂源混合研磨后高温煅烧，，但受锂源在TiO2晶体的扩散速度限制，需要长时间烧结，导致昂贵的锂源需过量20％以上来弥补烧结过程中锂的损失部分，存在锂源消耗高和粒子易烧结的问题。前驱体锂离子洗脱工艺常用流动酸来洗脱，为了降低钛的溶损，酸的浓度通常小于0.2mol/L，造成溶出的锂溶液浓度过低，浓缩需要较高的能耗，并且含有大量的酸，中和需要大量的碱并引入过多的阳离子杂质，增加了锂源回收的成本。上述问题导致钛系锂离子交换剂质量难以控制，不易批量生产且成本过高，从而难以推广应用。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种利用现有硫酸法钛白粉生产线大规模工业化生产钛系锂离子交换剂的方法，所用钛源为为硫酸法生产线上的偏钛酸，可以在低锂源消耗和较短的煅烧时间制得前驱体。本发明中前驱体锂离子洗脱工艺为罐中搅拌加酸脱锂，通过控制罐中浆料H⁺浓度来防止钛的溶损，溶出的锂富集在溶液中，通过固液分离得到高浓度低酸度的锂液，减少浓缩能耗及废酸中和用碱，从而大幅降低生产成本。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种粉末型高容量钛系锂离子交换剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、取硫酸法钛白粉生产过程中制备的偏钛酸制成浆料A，浆料A中，TiO₂浓度为100～400g/L；

步骤2、在搅拌状态下向浆料A中缓慢加入氢氧化锂，升温至沸腾，保温一段时间，得到浆料B；

步骤3、浆料B过滤、水洗，得到滤饼C；

步骤4、滤饼C送入回转窑中加热煅烧完成脱水、脱硫和晶型转化后，经过粉碎研磨制得前驱体D；