吸附法提锂快洗除镁工艺技术研究*

张黎辉，杨志平，李存增，陈 亮，张海燕，陈 鲁，王 亮

（1.环境保护部核与辐射安全中心，北京100082；2.核工业北京化工冶金研究院）

工业技术

吸附法提锂快洗除镁工艺技术研究*

张黎辉1，杨志平2，李存增2，陈 亮2，张海燕2，陈 鲁1，王 亮1

（1.环境保护部核与辐射安全中心，北京100082；2.核工业北京化工冶金研究院）

对吸附法从盐湖卤水中提取锂的快洗除镁工艺技术进行了实验研究。结果表明：以质量浓度为187 g/L的氯化钠溶液作为冲洗剂，在常温下对饱和吸附剂在淋洗前进行快速冲洗除镁，通过控制接触时间为2min以及2个床体积的快洗体积，可以有效地除去吸附剂间夹杂的卤水，达到良好的除镁效果。

吸附法；提锂；除镁；盐湖卤水

锂金属及其合金和化合物已在轻质高比强合金、冶金、炼铝、高能电池、核能发电、医药、玻璃、陶瓷、润滑脂、石油、化工、有机合成、轻金属焊接、非金属矿物表面改性和日用品等众多领域获得广泛应用。锂资源的开发及研究工作已经由以前的固体锂矿逐渐转变到目前的液体锂矿，液体锂矿以卤水中的锂含量最多［1-2］。中国的卤水锂资源储量居世界第三位，主要分布在青海和西藏盐湖中，其中青海柴达木盆地盐湖锂资源的蕴藏量居中国第一，锂按氯化锂储量计算达到1 500万t左右［3］。

吸附法提取锂工艺主要是通过特种锂吸附剂选择性地吸附卤水中的锂，然后将吸附剂上吸附的锂淋洗下来，再经浓缩沉淀得到碳酸锂产品［4-5］。在研究过程中发现，针对高镁锂比卤水，如果对吸附饱和的吸附剂直接淋洗，得到的淋洗液中镁浓度偏高，镁锂没有得到有效的分离。因此在对饱和吸附剂淋洗之前需要进行处理，以降低吸附剂上镁的残留［6］。

1 实验部分

1.1 材料及设备

材料：AI-9型提锂吸附剂，表观密度为850～900 kg/m3，湿真密度为 1 390 kg/m3，干真密度为1 890 kg/m3，含水质量分数约为20%，粒度为0.8～1.2mm，比表面积为2 000～3 000m2/g，锂饱和吸附容量为4.0～4.5mg/mL；卤水，元素组成及有关物理性质见表1。

表1 卤水元素组成及有关物理性质（20℃）

设备：有机玻璃吸附柱，高为4 000mm，直径为100mm，吸附柱采用塑料软管连接；自吸泵；pH-3C精密pH计；聚四氟乙烯搅拌浆和抽滤器等。

1.2 实验过程

吸附剂上残留的镁离子主要存在于卤水中，欲针对性地去除这部分镁离子必须进一步减少残留的卤水。吸附饱和的吸附柱通过前一步排空后，残留卤水主要存在于吸附剂之间、吸附剂表面和吸附剂内部孔隙中。为了尽可能多地降低镁离子的残留同时尽量减少锂离子的损失，实验考察了不同冲洗剂、不同冲洗温度和不同接触时间对快洗除镁效果的影响［7-9］。

1）冲洗剂选择。根据提锂工艺特点以及冲洗剂的经济性、除镁效果等几个因素，选择氯化钠溶液作为冲洗剂。选取质量浓度分别为142、187 g/L的氯化钠溶液和饱和氯化钠溶液作为冲洗剂。实验条件：接触时间为5min，冲洗线速度为14.4m/h，冲洗流量为113 L/h。

2）接触时间实验。接触时间与镁的去除效果有非常大的关系，接触时间越长残留镁洗得越干净，带来的负面效应是锂的损失也越大。因此，如果采取常规的接触时间，在去除镁的同时锂的损失也非常大。实验过程中采取短的接触时间进行快速冲洗。选取接触时间分别为1、2、3、4、5min，冲洗线速度为14.4m/h，考察不同的接触时间对快洗除镁的效果。

3）冲洗温度实验。液体黏度的大小取决于其性质与温度，温度升高卤水的黏度将迅速减小。实验分别选取在20、35、55℃下对饱和吸附剂进行冲洗实验，考察不同温度下的快洗除镁效果。实验条件：接触时间为2min，冲洗线速度为14.4m/h，冲洗流量为113 L/h，洗涤体积为2个床体积（V/Vc=2）。

冲洗液中锂离子和镁离子的质量浓度检测分别采用原子吸收分光光谱法和化学滴定法。

2 结果与讨论

2.1 冲洗剂质量浓度对快洗除镁效果的影响

采用不同质量浓度的NaCl溶液冲洗饱和吸附剂，冲洗液中镁离子和锂离子的质量浓度见图1a、b。从图1a、b可以看出，选取质量浓度为142、187g/L的NaCl溶液和饱和NaCl溶液作为冲洗剂洗涤2个床体积后，冲洗液中镁离子质量浓度均降到1 g/L以下，但是NaCl的质量浓度对锂离子的洗出有很大的影响。当NaCl质量浓度为142 g/L时，在冲洗过程中锂离子也很明显地被同步冲洗出来，冲洗液中锂离子质量浓度最高达到700mg/L，而当NaCl质量浓度为187 g/L时锂离子的损失很小。使用饱和NaCl溶液洗镁的效果与使用质量浓度为187 g/L的氯化钠溶液的效果基本一致，但是成本将会增加很多。所以选择质量浓度为187 g/L的NaCl溶液作为冲洗剂，可以满足除镁要求。

图1 不同质量浓度NaCl2溶液冲洗饱和吸附剂对冲洗液中镁离子(a)和锂离子(b)质量浓度的影响

2.2 接触时间对快洗除镁效果的影响

考察了不同接触时间冲洗饱和吸附剂对冲洗液中镁离子和锂离子质量浓度的影响，实验结果见图2a、b。从图2a可以看出，冲洗液中镁离子的质量浓度随着冲洗时间的延长而快速降低，当接触时间达到2min以后冲洗液中镁离子的质量浓度趋于平缓，当接触时间达到3min以后冲洗液中镁离子的质量浓度降到1 g/L以下。同时由图2b可以看出，当接触时间大于2min以后冲洗液中锂离子的质量浓度缓慢出现高峰，锂损失增大。因此选择接触时间为2min，在此接触时间条件下冲洗引起的锂损失率在15%左右。从上述实验数据分析可知，只要控制好接触时间，采用快洗的方式，可以较好地除去吸附剂中夹带的卤水，从而达到淋洗前除去大部分镁离子的效果。

图2 不同接触时间冲洗饱和吸附剂对冲洗液中镁离子(a)和锂离子(b)质量浓度的影响

2.3 冲洗温度对快洗除镁效果的影响

考察了不同冲洗温度对冲洗液中镁离子质量浓度的影响，实验结果见图3。从图3可以看出，提高温度对洗镁效果的影响不大。主要是因为在冲洗过程中，由于接触时间短和冲洗液流速很大，温度升高虽然能够降低卤水的黏度使镁离子从吸附剂孔隙中扩散出来的速度增加，但是冲洗液快速通过树脂时对卤水洗涤效果的影响大于温度提高所带来的影响，因此温度变化对冲洗液中镁离子质量浓度的影响不大。同时，在实验过程中发现，由于温度升高，锂的损失率也有所增加。因此，从经济及工艺操作方面考虑采用常温冲洗。

图3 不同冲洗温度对冲洗液中镁离子质量浓度的影响

3 结论

对吸附法从盐湖卤水中提取锂的工艺进行了快洗除镁实验条件研究。结果表明：在常温下采用质量浓度为187 g/L的氯化钠溶液对饱和吸附剂进行淋洗前快速冲洗除镁，通过控制接触时间为2min以及2个床体积的快洗体积，可以有效地除去吸附剂间夹杂的卤水，达到较好的除镁效果。

［1］ 汪镜亮.卤水锂资源提锂现状［J］.化工矿物与加工，1999（12）：1-5.

［2］ 刘建军.我国锂工业的生产现状和发展对策［J］.新材料产业，2004（5）：32-37.

［3］ 罗清平，郭朋成，李存增，等.我国锂资源分布及提取工艺研究现状［J］.湿法冶金，2012，31（2）：67-70.

［4］ 李燕茹，袁建军，朱亮，等.盐湖卤水碳酸锂提取工艺过程研究［J］.无机盐工业，2013，45（7）：12-14.

［5］ 乜贞，卜令忠，王云生，等.盐湖卤水资源锂镁分离的工艺技术［J］.无机盐工业，2013，45（5）：1-4.

［6］ 戈晓海，罗清平，郭朋成，等.年产200吨碳酸锂工业试验——吸附法从卤水中提锂［Z］.国家科技成果，2007-02-12.

［7］ 李燕茹，朱亮，袁建军，等.粗级碳酸锂提纯工艺过程研究［J］.无机盐工业，2013，45（8）：15-18.

［8］ 罗清平，郭朋成，杨志平，等.用AI-9吸附剂从盐湖卤水中吸附锂的试验研究［J］.湿法冶金，2012，31（3）：152-154.

［9］ 颜辉，钟辉，陈念.新型锂吸附剂的制备研究［J］.无机盐工业，2014，46（2）：38-40.

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Research on lithium extraction w ith adsorptionmethod and fast leaching formagnesium removal technology

Zhang Lihui1，Yang Zhiping2，LiCunzeng2，Chen Liang2，Zhang Haiyan2，Chen Lu1，Wang Liang1

（1.Nuclearand Radiation Safety Center，MEP，Beijing 100082，China；2.Beijing Research Institute ofChemicalEngineeringand Metallurgy，CNNC）

The adsorptionmethod to extract lithium from saline lake brine and fast leaching formagnesium removal technology were studied.Results showed taking NaCl solution withmass concentration of187 g/L as the leaching agent，fast leaching the saturated sorbentat room temperature beforewashing to removemagnesium ions，controlling the contacting time at2min and 2 bed-volume for fast leaching，the brine between the sorbents could be effectively removed to reach good magnesium removing effect.

adsorptionmethod；lithium extraction；magnesium removal；salt lake brine

TQ131.11

A

1006-4990（2016）12-0052-03

2016-06-24

张黎辉（1974— ），女，硕士，高级工程师，研究方向为化工和环保。

王亮，男，博士，高级工程师。

科技部重大专项项目（2013ZX06002001-13）。

联系方式：dyzhlh@126.com