[发明专利]双极膜-电控离子膜萃取法用于盐湖卤水产酸产碱的装置及工艺

说明书

本发明公开了一种双极膜‑电控离子膜萃取法用于盐湖卤水产酸产碱的装置及工艺。该装置采用一腔多室板框结构，由膜堆、极区、压紧装置、脉冲电源和直流稳压电源组成；利用电活性膜材料对目标离子的电控萃取原理和双极膜水解离特性，将电活性阴、阳离子萃取膜与双极膜巧妙组合构成膜堆，在外加直流、脉冲电场与液路供给系统的协同作用下，原料室中的Li⁺、I^‑分别透过阳离子萃取膜与阴离子萃取膜到达碱室和酸室，与双极膜水解离出的H⁺、OH^‑结合生成酸和碱，达到盐湖卤水中金属离子的选择性分离并生成高附加值酸碱产品的目的。本发明电控离子萃取膜材料可重复利用；可连续运行，利于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种双极膜-电控离子膜萃取法用于盐湖卤水产酸产碱装置及工艺，具体涉及一种双极膜-电控离子膜萃取法连续电控分离回收盐湖卤水中锂离子、碘离子，并将其转化为氢氧化锂、氢碘酸产品的方法；属于盐湖资源高效利用技术领域。

背景技术

盐湖卤水中蕴含着丰富的无机盐资源，一些高价值稀有元素锂、铷、铯、碘储量可观。因此，如何高效提取盐湖卤水中的高价值离子成为盐湖资源利用领域的焦点问题。

锂是一种重要的战略性资源，盐湖锂资源约占我国总储量的 85%，其产品在电池工业、润滑脂、核工业等领域均有广泛应用。随着新能源汽车的迅速发展，三元高镍电池材料成为主流，使得氢氧化锂这一基础锂盐产品的需求量显著提升。此外，碘的用途十分广泛，是国民经济发展的重要资源，我国每年约90%的碘依赖进口。氢碘酸为碘系无机强酸，广泛应用于高端催化剂、石墨烯等新材料、高纯碘化物制备等领域。因此，连续高效提取卤水中锂离子、碘离子并将其转化为相应产品具有良好的应用前景。

针对盐湖卤水中目标离子的分离技术主要有离子交换法、吸附法、膜分离法等。传统离子分离技术多存在操作繁琐、选择性有限、吸脱附效率低、易产生二次污染等缺点。

最近，电控离子膜萃取技术（ESIE）作为一种环境友好的离子分离技术而备受关注。通过调节电活性功能膜材料的氧化/还原电位来实现低浓度目标离子的快速置入与置出，且无二次污染产生。中国专利CN108441881A公开了一种电控膜萃取耦合电解法生产碘产品的工艺，主要针对单一目标离子（I^-）的分离，且操作为间歇过程，不利于其工业化应用。中国专利CN102718292A公开了一种双隔膜电极反应器，采用双隔膜选择渗透膜电极并在辅助电极施加的电场力作用下实现阴、阳离子同步分离的目的，但由于其为单组对膜系统，限制了其处理量及分离效率，且未能进一步将其资源化利用。

双极膜是一种新型的离子交换复合膜，其在直流电场作用下可将水离解为H⁺、OH^-并迁移至膜两侧。利用这一特性，将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，可将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱。中国专利CN112939295A公开了一种硫酸钠双极膜电渗析制备酸碱的方法，将双极膜与阴、阳离子交换膜进行巧妙组合，形成双极膜电渗析工艺，解决了现有制酸制碱工艺复杂、成本较高的问题。然而，由于电渗析过程中离子的选择性有限，进口水质尤为重要，因此，双极膜电渗析产酸产碱工艺预处理过程较为繁琐。

虽然电控离子膜萃取技术和双极膜产酸产碱技术目前已有研究，但是电控离子膜萃取技术耦合双极膜产酸产碱的理论与工艺尚未报道。

发明内容

本发明旨在提供一种双极膜-电控离子膜萃取法用于盐湖卤水产酸产碱的装置及工艺，构建多目标离子（Li⁺、I^-）连续、同步分离的电控离子膜萃取系统，同时结合双极膜技术设计出盐湖卤水资源化生产氢氧化锂、氢碘酸产品的工艺。