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CN109136971A - 一种电渗析法生产氢氧化锂的工艺 - Google Patents

一种电渗析法生产氢氧化锂的工艺 Download PDF

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CN109136971A
CN109136971A CN201811087943.7A CN201811087943A CN109136971A CN 109136971 A CN109136971 A CN 109136971A CN 201811087943 A CN201811087943 A CN 201811087943A CN 109136971 A CN109136971 A CN 109136971A
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CN
China
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lithium
lithium hydroxide
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electrolysis
cation
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CN201811087943.7A
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曾国富
张德生
莫美荣
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Pingxiang Tuo Yuan Industrial Co Ltd
Original Assignee
Pingxiang Tuo Yuan Industrial Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电渗析法生产氢氧化锂的工艺，通过在普通电渗析装置设两张阴离子交换膜和三张第一阳离子交换膜对卤水进行淡化浓缩，使卤水在淡化室碳酸锂含量降低、浓缩室碳酸锂含量升高，经过除钙镁离子过程和多步结晶过程进一步降低了钙镁离子含量和进一步提高了碳酸锂含量，并可得到高纯度的碳酸锂粉末，通过在电解‑双极膜电渗析膜装置设置三张第二阳离子交换膜，三张双极膜所形成的酸室与碱室内进行的解离，碳酸锂溶液最大程度地电解成氢氧化锂；同传统的苛化法和电解法相比，本方法是一种环境友好并且过程能耗低、产量高的新型工艺。

Description

一种电渗析法生产氢氧化锂的工艺
技术领域
本发明涉及从锂矿提取锂的方法，具体是一种电渗析法生产氢氧化锂的工艺。
背景技术
氢氧化锂作为一种重要的化工原料被广泛应用于生产玻璃-陶瓷、空气制冷系统、锂电池及核能发电以及锂离子或锂聚合物基储能电池等，氢氧化锂一般都需要很高的纯度。但是锂资源一般都从锂矿石或者卤水中提取，由于这些资源中的锂浓度较低，比如中国西藏的扎布耶湖的卤水只含有质量分数800～1500×10-6的锂，使得提取锂的工艺困难而复杂。另外对于卤水来讲，一般都含有大量的钙镁离子，这使得提取高纯度的锂的过程更加困难。
提取氢氧化锂的方法一般有沉淀法和电解法，沉淀法是通过氢氧化钙和碳酸锂之间的苛化反应来制备氢氧化锂，反应如式(1)和式(2)。这个过程会得到约3％的氢氧化锂溶液，之后需要通过结晶和浓缩的办法来制备氢氧化锂产品。但是电池一般需要高级别的氢氧化锂产品，沉淀法得到的氢氧化锂一般钙含量较高，而进一步的提纯氢氧化锂步骤又会增加操作时间和成本。另外，沉淀法会产生大量的对环境有害的碳酸钙废渣，而且过程还会导致大量的锂的流失。
CaO+H2O→Ca(OH)2 (1)
Ca(OH)2+Li2CO3→2LioH+CaCO2 (2)
电解法是一种新型的制备氢氧化锂的方法。通过使用电解工艺，由氯化锂、硫酸锂及碳酸锂得到了高纯度的氢氧化锂产品，但是电解池一般只有一般阳离子交换膜-阴离子交换膜，这使得电解法制备氢氧化锂的产能得到了限制。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种高产能、环境友好的氢氧化锂生产工艺。
本发明公开了一种电渗析法生产氢氧化锂的工艺，其工艺步骤为：
(1)在卤水中加入碳酸钠，抽滤掉卤水中的钙镁离子；
(2)将处理得到的卤水通入普通电渗析装置进行淡化并浓缩；
(3)在淡化并浓缩后的卤水中再次加入碳酸钠，除去钙镁离子，并得到碳酸锂溶液-a；
(4)在60℃下通过多步结晶方法将碳酸锂溶液-a干燥得到碳酸锂粉末；
(5)然后将得到的碳酸锂粉末进一步溶解抽滤得到不同浓度的碳酸锂溶液-b；
(6)将得到的碳酸锂溶液-b通入电解-双极膜电渗析装置生产氢氧化锂。
其中，普通电渗析膜装置包括两张阴离子交换膜，三张第一阳离子交换膜，以及两个钛涂钌电极，共同组成了两个淡化室和两个浓缩室，以及两个电极室。
另外，电解-双极膜电渗析膜装置包括三张第二阳离子交换膜，三张双极膜，以及两个钛涂钌电极，共同组成了三个酸室和三个碱室，以及两个电极室。
进一步地，普通电渗析中阴离子交换膜和第一阳离子交换膜的有效面积均为60cm2，操作在恒定电压条件下进行，电压保持在10～20V之间，施加电压之前溶液需要在潜水泵的驱动下在各个腔室中循环45min。
进一步地，电解-双极膜电渗析中第二阳离子交换膜和双极膜的有效面积均为10cm2，过程采用恒定电流操作，电流密度保持在20～80mA/cm2，施加电流之前溶液需要在潜水泵的驱动下在各个腔室中循环60min。
再进一步地，普通电渗析装置及电解-双极膜电渗析装置所使用的潜水泵流量保持在22L/h。
本发明通过在普通电渗析装置设两张阴离子交换膜和三张第一阳离子交换膜对卤水进行淡化浓缩，使卤水在淡化室碳酸锂含量降低、浓缩室碳酸锂含量升高，经过除钙镁离子过程和多步结晶过程进一步降低了钙镁离子含量和进一步提高了碳酸锂含量，并可得到高纯度的碳酸锂粉末，通过在电解-双极膜电渗析膜装置设置三张第二阳离子交换膜，三张双极膜所形成的酸室与碱室内进行的解离，碳酸锂溶液最大程度地电解成氢氧化锂；同传统的苛化法和电解法相比，本方法是一种环境友好并且过程能耗低、产量高的新型工艺。
具体实施方式
实施例一
卤水原料的Li含量为900mg/L、Na含量为0、Ca含量为0.9mg/L、Mg含量为30mg/L，在卤水原料中加入1kg碳酸钠粉末，抽滤掉卤水中的钙镁离子，将处理得到的卤水通入普通电渗析装置并施加10V的恒定电压，浓缩卤水中最终离子的浓度为：Li％＝3201mg/L、Na％＝7532mg/L、Ca％＝6.45mg/L、Mg％＝103.91mg/L；浓缩室电导率上升至94725μS/cm，约是初始电导率的10倍，淡化室的电导率(60μS/cm)降低至低于自来水的电导率(140μS/cm)。
然后，碳酸锂溶液-b经过两次结晶之后得到的碳酸锂粉末中碳酸锂的质量分数由89.47％上升至96.35％。
最后，将施加在电解-双极膜电渗析装置上的电流密度设置在40mA/cm2，向酸室中通入浓度为0.09mol/L的碳酸锂溶液，向碱室通入浓度为0.2mol/L的氢氧化锂溶液，保持溶液流速在22L/h，最终，碱室内的氢氧化锂浓度提升到0.4mol/L、0.5mol/L。
实施例二
卤水原料的Li含量为900mg/L、Na含量为0、Ca含量为0.9mg/L、Mg含量为30mg/L，在卤水原料中加入1kg碳酸钠粉末，抽滤掉卤水中的钙镁离子，将处理得到的卤水通入普通电渗析装置并施加20V的恒定电压，浓缩卤水中最终离子的浓度为：Li％＝3765mg/L、Na％＝7563mg/L、Ca％＝6.23mg/L、Mg％＝40.74mg/L；浓缩室电导率上升至96023μS/cm，约是初始电导率的12倍，淡化室的电导率(64μS/cm)降低至低于自来水的电导率(140μS/cm)。
然后，碳酸锂溶液-b经过两次结晶之后得到的碳酸锂粉末中碳酸锂的质量分数由92.53％上升至97.62％。
最后，将施加在电解-双极膜电渗析装置上的电流密度设置在60mA/cm2，向酸室中通入浓度为0.18mol/L的碳酸锂溶液，向碱室通入浓度为0.2mol/L的氢氧化锂溶液，保持溶液流速在22L/h，最终，碱室内的氢氧化锂含量提升到0.45mol/L、0.62mol/L。
由此可看出，普通电渗析装置和电解-双极膜电渗析装置上的电压及电流密度越大、酸室内的碳酸锂浓度越高，碱室内的氢氧化锂浓度越高。

Claims (4)

1.一种电渗析法生产氢氧化锂的工艺，其工艺步骤为：
(1)在卤水中加入碳酸钠，抽滤掉卤水中的钙镁离子；
(2)将处理得到的卤水通入普通电渗析装置进行淡化并浓缩；
(3)在淡化并浓缩后的卤水中再次加入碳酸钠，除去钙镁离子，并得到碳酸锂溶液-a；
(4)在60℃下通过多步结晶方法将碳酸锂溶液-a干燥得到碳酸锂粉末；
(5)然后将得到的碳酸锂粉末进一步溶解抽滤得到不同浓度的碳酸锂溶液-b；
(6)将得到的碳酸锂溶液-b通入电解-双极膜电渗析装置生产氢氧化锂；
所述的普通电渗析膜装置包括两张阴离子交换膜，三张第一阳离子交换膜，以及两个钛涂钌电极，共同组成了两个淡化室和两个浓缩室，以及两个电极室；
所述的电解-双极膜电渗析膜装置包括三张第二阳离子交换膜，三张双极膜，以及两个钛涂钌电极，共同组成了三个酸室和三个碱室，以及两个电极室。
2.根据权利要求1所述的电渗析法生产氢氧化锂的工艺，其特征在于：所述的普通电渗析中阴离子交换膜和第一阳离子交换膜的有效面积均为60cm2，操作在恒定电压条件下进行，电压保持在10～20V之间，施加电压之前溶液需要在潜水泵的驱动下在各个腔室中循环45min。
3.根据权利要求1所述的电渗析法生产氢氧化锂的工艺，其特征在于：所述的电解-双极膜电渗析中第二阳离子交换膜和双极膜的有效面积均为10cm2，过程采用恒定电流操作，电流密度保持在20～80mA/cm2，施加电流之前溶液需要在潜水泵的驱动下在各个腔室中循环60min。
4.根据权利要求3或4所述的电渗析法生产氢氧化锂的工艺，其特征在于：所述的普通电渗析装置及电解-双极膜电渗析装置使用的潜水泵流量保持在22L/h。
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