吸附法盐湖卤水提锂的技术探究

2015-03-28毛新宇青海盐湖佛照蓝科锂业股份有限公司青海格尔木816000

化工管理 2015年24期

毛新宇 (青海盐湖佛照蓝科锂业股份有限公司,青海格尔木 816000)

锂金属的应用范围及优秀功能带动了锂金属的开发，我国锂资源丰富，含锂量高的盐湖多集中在柴达木盆地，但卤水中的锂离子以微量形式与碱金属离子共存，相近的化学性质使锂的分离和提取困难，需要应用高效的吸附法提锂技术得到纯净的锂资源，为锂能源的应用提供充足的保障。

1 吸附法盐湖提锂的吸附机理

1.1 吸附法提锂的概念

吸附法利用对锂离子有选择性吸附的吸附剂来吸附锂离子，再将锂离子洗脱下来，达到锂离子与其他杂质离子分离的目的。吸附法对吸附剂的要求较高，需要对锂离子的选择吸附性强及吸附—洗脱性能稳定，制作方法简便，价格适中并对环境没有污染影响等。

2 吸附法的分类

2.1 无机离子吸附法是利用无机离子吸附剂对锂离子较高的选择性和特定记忆效应进行吸附，无机离子吸附剂包括铝盐吸附剂、离子筛型氧化物吸附剂、无定型氢氧化物吸附剂、层状吸附剂等，使用较多的是选择性好、经济环保、吸附容量大的铝盐吸附剂。

2.2 有机离子树脂交换法是将人工树脂投入到卤水中直接对锂离子吸附的方法。

此类吸附法成本较高，应用前景较小。

3 吸附机理

离子筛吸附剂是预先在无机化合物中导入目的离子，对混合物进行适当温度的加热操作，两者在受热反应后生成复合物，结晶结构保持不变的情况下目标离子被抽出，制得具有规则空隙的无机物质，该空隙对原导入目的离子具有记忆及筛选作用，这种吸附作用即为“离子筛效应”。将合成的离子筛吸附剂进行有效的酸化处理，可以得到离子筛吸附剂。

4 无机离子吸附剂的提锂技术

4.1 铝盐吸附剂

铝盐吸附剂是锂阴离子插入氢氧化铝中生成插入混合物，该化合物是缺欠型无序结构，用适当的酸溶液去除组分中的锂离子后得到有规则空隙结构的无机物质，此类空隙对锂离子具有吸附作用，实现对预先导入锂离子的筛选和记忆，实现锂离子的提取。锂金属离子较小可以以特殊的方式进入氢氧化铝层的八面体空穴，阴离子空穴产生离子筛效应，卤水中的碱土金属离子及碱金属被空间位阻效应阻隔在化合物外面，实现了锂离子与其他金属离子的分离和有效提取。

原料配比、酸洗pH值、吸附时间、其他金属离子对铝盐吸附剂的吸附性能产生影响。根据有效实验得出，吸附剂中铝锂摩尔比的增加会导致锂吸附量的增加，鉴于吸附量和原料用量的关系，制备铝盐吸附剂适宜的铝锂摩尔比为2.0.

铝盐吸附剂的制备过程中锂离子是以氢氧化锂的形式嵌入到氧化铝的结晶结构中，在酸洗过程的化学变化中氢氧化锂转变成氯化锂的形态，实现游离的氢氧化锂中和。经过有效的实验发现，pH值为5.8左右是吸附剂酸洗过程最佳值，并且最佳的酸洗时间为3-4小时。

锂的选择吸附性原理可以用吸附晶格中的锂的吸附位置和离子筛结构来解释，吸附剂脱掉锂离子形成空穴不适宜镁离子、钾离子、钠离子等的进入，镁离子的半径与锂离子的半径相差不多，但镁离子从溶液进入吸附位置需要较大的能量，这在溶液中不具备，造成吸附剂对锂特有的吸附选择性。

通过大量的有效实验得出吸附剂的嘴角制备条件为铝锂摩尔比为2.0，酸洗时间在3到4小时内，并且酸洗pH值为5.8的吸附剂对锂离子的吸附性能最为稳定且吸附量最大。

4.2 锂锰氧化物离子筛

锂锰氧化物离子筛具有三维网络通道的立方尖晶结构，对锂离子的迁入和迁出非常有利，并具有化学结构稳定、吸附容量大、吸附性能好、循环利用率高、成本低廉等优势，成为最具工业应用前景的绿色提锂材料，广泛用作锂电池的吸附剂和电极材料。

利用锂氢氧化合物和锰氧化合物为初始原料，采用煅烧和水热合成等步骤制备了锂离子筛前驱体，通过酸洗后得到最大吸附量的锂离子筛。在提锂过程中添加用聚醋酸乙烯和聚丙烯酰胺混合制备的粒状离子交换剂，使颗粒的机械强度有效提高，减少了吸附剂的荣损率，经过多次循环锂吸附操作，保证吸附率达到95%以上，并且吸附—洗脱过程中产生的吸附剂质量损失非常小。

5 铝盐吸附剂盐湖提锂技术的研究进展

针对镁含量高、锂含量低的盐湖卤水和盐田浓缩含锂老卤，采用铝盐吸附剂配合高分子聚合物醋酸丁酸纤维素等造粒，将造粒好的铝盐吸附剂装入吸附—解吸装置进行对卤水锂的吸附，再利用净水将吸附的锂离子洗脱解吸，洗脱液精制、浓缩，可以作为制取碳酸锂或氯化锂的合理原料，该工艺流程操作简单，成本低廉，可循环利用并对环境不产生影响，具有较好的工业应用前景，值得推广。

粉状铝盐吸附剂渗透性和流动性差，交换时的溶损率高出使用标准，被柱式操作的粒状吸附剂替代。粒状吸附剂通过有机高分子材料交联作用制备，利用聚合型、喷雾型、直接粘合型造粒法成型剂制备完成，聚丙烯酰胺、聚丙烯酰肼、聚氯乙烯等有机物为常用的聚合型制备方法的聚合剂，但造粒啊和溶损技术相对不成熟，需要在工业实验中总结经验和方法，有效解决铝盐吸附剂存在的各类问题。