[发明专利]一种用于镁锂分离的方法及装置

说明书

一种锂镁分离方法，包括：1)、将镁锂盐溶液原液泵入带电极的膜分离装置的阳极室中，调节跨膜压差和电源电流或电压，在压力和电流/电场共同作用下，锂离子和水透过纳滤膜进入阴极室，成为富含锂离子的透过液；镁盐溶液被截留在阳极室中，成为富含镁离子的浓缩液；2)、使富含镁离子的浓缩液回到原液罐，继续循环提锂和镁盐浓缩，直到原液浓度提高1‑10倍；3)、收集富含锂离子的透过液并进一步浓缩提锂。本发明还涉及一种镁锂分离装置。

技术领域

本发明属于溶液分离与纯化技术领域，具体而言，本发明涉及一种用于镁锂分离的方法，并涉及一种镁锂分离装置。

背景技术

近年来，随着世界新能源行业的迅猛发展，全球锂资源需求量持续增长，2018年全球碳酸锂产量达到28.1万吨，其中电池行业占比达56％。预计到2025年全球碳酸锂需求量将增至100万吨。我国锂储量位列世界第二为320万吨，其中盐湖锂资源所占比例接近80％，约占世界盐湖锂资源的三分之一。

目前，盐湖提锂技术工艺中最关键的步骤是镁锂分离。现有的镁锂分离方法主要有：沉淀法、煅烧法、吸附法、萃取法、电渗析法、纳滤膜法等。其中，沉淀法工艺最简单，但只适用于低镁锂比盐湖水的镁锂分离。煅烧法可用于高镁锂比盐湖的镁锂分离，但生产过程中副产物氯化氢易腐蚀设备，同时存在能耗高的问题。吸附法可用于高镁锂比且离子浓度较低的盐湖镁锂分离，但吸附剂合成复杂，价格昂贵，成本高，效率低；萃取法也可用于高镁锂比盐湖提锂，但萃取剂溶损严重，同时有机萃取剂对设备有腐蚀性，效率低。电渗析法是近年来发展起来的膜处理技术，可以处理镁锂比相对较高的盐湖卤水，具有较高的选择性，但过高的镁锂比会显著降低锂离子回收率，且用于工业生产时长期稳定运行的选择性离子膜的价格高和寿命低等问题尚难以解决。

纳滤膜可以用于一二价离子的选择分离，可以在不外加任何化学物质的情况下让一价离子透过而截留二价离子，具有高渗透通量、低成本、绿色环保等优点，因此纳滤膜在一定程度上可以实现镁锂分离，被认为是一种有前途的环保型的锂离子提取方法。Wen等人[Separ. Purif.Technol.49(2006)230-236]首次研究了用Desal-5dl纳滤膜从稀释盐水中回收LiCl中的适用性，锂镁分离因子(S_Li/Mg)为3.5。选择一种表面带负电的商用膜Desal DK[Chin.J.Chem. Eng.19(2011)586-591]，从Mg²⁺/Li⁺质量比为24的合成盐水中分离锂，在1.0MPa的工作压力下，S_Li/Mg仅为2.6。进一步对纳滤膜表面进行阳离子改性可提高锂镁分离因子，如Zhang 等人[Desalination 420(2017)158-166]通过与聚乙烯亚胺(PEI)和均苯三甲基氯(TMC)的界面聚合(IP)制备了带正电荷的三通道毛细管纳滤膜。在Mg²⁺、Li⁺质量比为14的稀盐水处理中，分离因子S_Li/Mg为10.4，与在类似条件下制备的带负电膜的S_Li/Mg，明显具有更好的分离效果。总体来看，上述纳滤方法在镁锂分离方面仍存在锂镁分离子因子低，导致分离效率不高的问题。

CN109824065A公开了一种用于盐湖卤水镁锂分离并富集锂的膜分离处理方法，将超滤、纳滤、反渗透、电渗析四种膜分离技术按照一定顺序进行耦合，对盐湖卤水进行镁锂分离及锂的富集，但该方法涉及多级纳滤，其工艺过程复杂，能耗高。

CN109987618A公开了一种电池级碳酸锂的制备方法，利用膜分离系统将稀释盐湖卤水进行镁锂分离。但是该方法中的多级浓缩增加了浓缩过程的能耗，降低了浓缩效率。纳滤处理后的富锂溶液中镁锂仍比较高，导致后续浓缩液中仍维持较高的镁锂比，增加了深度除镁及沉淀转化过程的压力，增加了获得碳酸锂产品的成本。

因此，尽管基于纳滤膜的纳滤技术在镁锂分离领域具有广泛研究并被工业化应用，但是锂镁分离因子一般较低(10～20之间)，需要多级分离才能制得高纯度锂盐，而且渗透通量极低，显著增加工艺运行成本。