一种电化学脱嵌法盐湖提锂用脱嵌槽槽体结构的制作方法

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种电化学脱嵌法盐湖提锂用脱嵌槽槽体结构。

背景技术：

随着不可再生能源的消耗，新能源的开发利用是一种必然的趋势。新能源汽车作为新能源开发利用的典型代表，在近几年得到了迅速发展，并将最终超越传统燃油汽车的市场份额，逐步完成对燃油车的替代。锂作为新能源汽车动力的系统必不可少的能源金属，其市场需求也将急剧增长，锂资源的高效、清洁、低成本开采对新能源汽车产业的可持续发展至关重要。

锂资源主要以矿石和卤水形式存在于自然界中，其中，大部分锂资源赋存于卤水尤其是盐湖卤水中，其储量占锂资源总储量的80％以上。随着优质锂矿石资源的开采，能满足当下工艺的高品位矿石越来越少，且矿石提锂的成本也偏高。相比于矿石提锂，卤水中的锂资源储量丰富，且锂以离子形式存在，提锂成本具有天然的优势。然而，卤水中除了锂之外，通常还含有钠、钾、镁、钙等共生阳离子，只有极少数盐湖卤水的镁锂比较低(如智利阿塔卡玛盐湖，为6.4)，大部分盐湖卤水的镁锂比都在20以上，甚至高达1825(察尔汗盐湖)。mg²⁺与li⁺处于元素周期表的对角线位置，由对角线规则可知其化学性质非常相似，难以进行高效分离，从而严重制约了卤水中锂资源的开发利用，从高镁锂比卤水中提取锂已经成为了一个世界性难题。研究者们采用沉淀法、碳化法、煅烧法、溶剂萃取法等技术来提取卤水中的锂资源，但这些方法大多工艺复杂，生产成本高，对设备要求较高，且最终产品纯度不高，不利于大规模生产。

针对高镁锂比盐湖卤水难以经济高效清洁提取的难题，cn102382984a提出了电化学脱嵌法盐湖提锂新技术，即利用水溶液锂电池的工作原理，以对锂离子具有“记忆效应”的脱锂的电池正极材料为电极材料，盐湖卤水为阴极电解液，不含镁的支持电解质为阳极电解液，从而组成的一个电化学脱嵌体系，实现提锂，此种方法，我们称之为电化学脱嵌法。为了解决工业生产的问题，需要提出了一种槽体，我们称之为脱嵌槽，其放卤水或要回收含锂溶液和富集锂溶液，实现了在其中完成电化学脱嵌法盐湖提锂工艺。

鉴于以上原因，特提出本发明。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种电化学脱嵌法盐湖提锂用脱嵌槽槽体结构，本发明的结构安装简单，液体排放干净且迅速，高效地实现工业化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电化学脱嵌法盐湖提锂用脱嵌槽槽体结构，所述的脱嵌槽槽体结构由两个端板和多个阴阳脱嵌槽单元通过压力挤压而成，所述的多个阴阳脱嵌槽单元位于两个端板之间，所述的两个端板中有一个端板上设置有多个允许液体通过的通液孔。

进一步的，所述的阴阳脱嵌槽单元由一个阴极脱嵌槽框体和一个阳极脱嵌槽框体相向安装放置而成，所述的阴极脱嵌槽框体与所述的阳极脱嵌槽框体结构相同，且所述的阴极脱嵌槽框体与所述的阳极脱嵌槽框体之间放置一张离子膜，所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体内部设置有一槽体单元腔体，所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体通过管道与所述的槽体单元腔体连通。

其中，离子膜的长度和宽度均大于阴极脱嵌槽框体或阳极脱嵌槽框体的长度和宽度，从而保证液体都可以通过离子膜。

进一步的，所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体为长方形结构或正方形结构。

进一步的，所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体由两个横框和两个竖框组成。

每一个所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体的横框和竖框的厚度均为≤2-5cm，腔体内部空间尺寸600-1500mm。

进一步的，所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体的每个角上分别设置一个孔。

进一步的，所述的阴极脱嵌槽框体或阳极脱嵌槽框体横框上的两个孔处于同一水平线上，竖框上的两个孔分别处于同一垂直线上。

本发明的多个阴阳脱嵌槽单元重叠加施压力后从而保证液体可以从框体重叠形成的管道分别进入不同的腔体，这样可以减少管道，安装快速。

进一步的，槽体单元腔体由带有弹性的pvc材料经热压而成。

可以保证在一定的压力下，每一个腔体之间不用垫密封垫来密封，而不使液体从其间泄露。

进一步的，所述的槽体单元腔体的顶部设置有通气孔，所述的通气孔的直径为10-20mm。

采用上述的通气孔的目的是，液体进入时可以使空气排放，放液体时，有空气进入，不形成真空。

进一步的，所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体与槽体单元腔体连接的一侧固定设置有固定极板的支脚。

进一步的，所述的支脚的形状为半圆、梯形或矩形。

进一步的，每个竖框上设置两个所述的支脚，所述的支脚以所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体的中心线对称设置。

所述支脚的宽度为10-1200mm，高度为10-20mm。

每个所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体内部两侧框体内侧在厚度方向的一半少许位置开留半圆、梯形、矩形槽等，用于固定电极，并作盖片盖上，保证侧框整体平整无缺陷，固定涂覆电极，确保处于中心位置。

进一步的，槽体单元腔体的进液侧设置布水管，出液侧设置收水管。

进一步的，所述的布水管上由近水侧至远水侧设置孔径逐渐增大的多个开孔或设置孔径相同分布密度由小至大的多个开孔，所述的收水管由近水侧至远水侧设置孔径逐渐减小的多个开孔或设置孔径相同分布密度由大至小的多个开孔。

进一步的，开孔的形状为圆孔、椭圆孔或长方孔。

进一步的，阴极脱嵌槽框体或阳极脱嵌槽框体通过螺栓连接有电极板，所述的电极板上固定连接有布水系统，所述的布水系统位于电极板和离子膜之间。

本发明中布水系统成框架结构，可以实现腔体空间相对均匀，首先保证电场均匀，反应一致性好，另外，保证离子膜的受力拉伸小，寿命增加。

所述的布水系统由多个布水横条和多个布水竖条组成的框架结构，相邻的布水竖条插接而成，一个布水横条的两端分别插接在两个布水竖条上。

进一步的，所述的布水竖条的一端设置有插接头，另一端对应设置与所述插接头配合的插接孔，以使相邻的布水竖条插接。

进一步的，所述的布水竖条上均匀的设置有多个固定孔，所述的布水横条的两端为固定柱，所述的固定柱插接到所述的固定孔中，以使布水竖条与布水横条插接。

进一步的，所述的布水竖条上设置有一螺栓孔以使布水系统固定连接在所述的电极板上。

进一步的，所述的固定孔为六棱形孔，所述的布水横条的两端为六棱柱。

进一步的，所述的布水竖条与电极板连接的一侧面为平面结构，相对的另一侧面为弧状波浪形与所述的离子膜接触。

进一步的，所述的布水横条上设置多个允许液体流过的孔，所述的允许液体流过的孔为方孔或圆孔。

进一步的，所述的布水横条沿宽度方向为扁状，且边缘具有一定弧度，所述的布水横条可以在所述的布水竖条上以不同的角度转动。

布水和支撑结构可以使各槽体单元腔体内体积大小均衡，液体流畅更加均匀，液体浓度均匀。

进一步的，所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体的一个角通过管道与外界管道连通，同时与所述的角斜对的另一个角通过管道与外界管道连通，所述的外界管道与相邻的阴极脱嵌槽框体或阳极脱嵌槽框体连通。

本发明中的相邻的阴极脱嵌槽框体和所述的阳极脱嵌槽框体通过外界管道分别和对应的阴极脱嵌槽框体和所述的阳极脱嵌槽框体连通，液体分别通过管道进入到每个阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体。

进一步的，所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体上端或下端的横框上固定设置有引出接线电极。

电极处于所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体内部的一侧用于和电极板导电截流体连接，把电流引出，电极的外部用于和供电电源连接，提供极板电源供电，放入阴阳极板的阴阳脱嵌槽之间施加直流电压。

进一步的，所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体下端的横框面沿进水一侧到出水一侧成α角设置。

进一步的，所述的α角为1-10°。

采用上述的α角设置便于液体交换时，溶液依靠液体差进行溶液的快速排放干净。

进一步的，所述的阴极脱嵌槽框体或所述的阳极脱嵌槽框体下端的横框的中间位置最低处设置排放孔，以使相对两侧呈钝角，便于溶液排放彻底。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明所述的电化学脱嵌法盐湖提锂用脱嵌槽槽体结构安装简单，通过多个阴阳脱嵌槽单元重叠加施压力后从而保证液体可以从框体重叠形成的管道分别进入不同的腔体，这样可以减少管道，安装快速，液体排放干净且迅速，液体在槽体单元腔体内流动均匀，液体浓度均匀，高效地实现工业化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述的电化学脱嵌法盐湖提锂用脱嵌槽槽体结构组装图；

图2是本发明所述的阴阳脱嵌槽单元结构示意图；

图3是本发明的一种所述的阴极脱嵌槽框或阳极脱嵌槽框体结构示意图；

图4是本发明的另一种所述的阴极脱嵌槽框或阳极脱嵌槽框体结构示意图；

图5是本发明的另一种所述的阴极脱嵌槽框或阳极脱嵌槽框体结构示意图；

图6是图5中a-a处的断面图；

图7是本发明中的一种布水管的结构示意图；

图8是本发明中的另一种布水管的结构示意图；

图9是本发明中的一种收水管的结构示意图；

图10是本发明中的另一种收水管的结构示意图；

图11是本发明中的布水系统装配图；

图12是本发明中的布水竖条的主视图；

图13是本发明中的布水竖条的俯视图；

图14是本发明中的布水横条的主视图；

图15是本发明中的布水横条的左视图或右视图。

附图标记

1-第一端板、2-第二端板、21-通液孔、3-离子膜、31-离子膜孔、4-阴极脱嵌槽框体、41-第一横框、42-第二横框、43-第一竖框、44-第二竖框、45-槽体单元腔体、46-支脚、47-管道、48-外界管道、49-引出接线电极、401-第一孔、402-第二孔、403-第三孔、404-第四孔、5-阳极脱嵌槽框体、6-开孔、7-布水竖条、71-螺栓孔、72-固定孔、73插接头、74-插接孔、8-布水横条、81-允许液体流过的孔、82-固定柱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1-15所示，本发明公开了一种电化学脱嵌法盐湖提锂用脱嵌槽槽体结构，所述的脱嵌槽槽体结构由两个端板和多个阴阳脱嵌槽单元通过压力挤压而成，所述的多个阴阳脱嵌槽单元位于两个端板之间，所述的两个端板中有一个端板上设置有多个允许液体通过的通液孔21，其中，两个端板分别为第一端板1和第二端板2，第二端板2上四个角处设置有通液孔21。

实施例1

如图1所示，本实施例中的阴阳脱嵌槽单元以2个进行解释说明，可以根据实际的电解需求，设置不同数量的阴阳极脱嵌槽单元，所述的阴阳极脱嵌槽单元由一个阴极脱嵌槽框体4和一个阳极脱嵌槽框体5相向安装放置而成，所述的阴极脱嵌槽框体4与所述的阳极脱嵌槽框体5结构相同，且所述的阴极脱嵌槽框体4与所述的阳极脱嵌槽框体5之间放置一张离子膜3，所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5内部设置有一槽体单元腔体45，所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5通过管道47与所述的槽体单元腔体45连接。本发明中的阴极脱嵌框体4、阳极脱嵌框体和槽体单元腔体45均为中空的结构，进而允许液体在其内部流动。

进一步的方案，离子膜3的长度和宽度均大于阴极脱嵌槽框体4或阳极脱嵌槽框体5的长度和宽度，从而保证液体都可以通过离子膜3。如图2和3所示，所述的阴极脱嵌槽框体4和所述的阳极脱嵌槽框体5为长方形结构，所述的阴极脱嵌槽框体4和所述的阳极脱嵌槽框体5由两个横框和两个竖框组成，两个横框为第一横框41和第二横框42，两个竖框为第一竖框43和第二竖框44，每一个所述的阴极脱嵌槽框体4和所述的阳极脱嵌槽框体5的横框和竖框的厚度均为≤2-5cm，腔体内部空间尺寸600-1500mm。

进一步的方案，如图3所示，所述的阴极脱嵌槽框体4和所述的阳极脱嵌槽框体5的每个角上分别设置一个孔，分别为第一孔401、第二孔402、第三孔403和第四孔404，所述的阴阳极脱嵌槽单元由一个阴极脱嵌槽框体4和一个阳极脱嵌槽框体5相向安装放置而成，由于阴极脱嵌槽框体4和阳极脱嵌槽框体5的结构相同，相向安装具体是指一个框体翻转180°与另一个框体重叠压紧，具体是指一个框体的第一孔401、第二孔402、第三孔403和第四孔404分别于与另一个框体的第二孔402、第一孔401、第四孔404、第三孔403重叠，所述的阴极脱嵌槽框体4或阳极脱嵌槽框体5上的第一孔401和第二孔402处于同一水平线上，且第三孔403和第四孔404也同时处于同一水平线上，另外，第一孔401和第四孔404处于同一垂直线上，第二孔402和第三孔403也处于同一垂直线上。本实施例中的第二端板2上的四个通液孔21与第一孔401、第二孔402、第三孔403和第四孔404四个孔一一对应设置，所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5通过管道47与所述的槽体单元腔体45连通，离子膜3上设置有与第一孔401、第二孔402、第三孔403和第四孔404对应的四个离子膜孔31，本实施例中的多个阴阳脱嵌槽单元重叠加施压力后从而保证液体可以从框体重叠形成的管道分别进入不同的腔体，这样可以减少管道，安装快速。

本实施例中如图2和3所示，所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5内部设置有一槽体单元腔体45，所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5通过管道47与所述的槽体单元腔体45连通，液体通过所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5上的四个孔，再经过管道47进入到槽体单元腔体45中，槽体单元腔体45由带有弹性的pvc材料经热压而成，可以保证在一定的压力下，每一个腔体之间不用垫密封垫来密封，而不使液体从其间泄露。所述的槽体单元腔体45的顶部设置有通气孔，所述的通气孔的直径为10-20mm，通气孔的设置是为了在液体进入槽体单元腔体45时将其中的空气排放，放液时，若有空气进入，也不形成真空。

实施例2

如图5和6所示为本实施例的所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5的结构，所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5的一个角通过管道47与外界管道48连通，同时与所述的角斜对的另一个角通过管道47与外界管道48连通，其中，管道47与槽体单元腔体45连通，进而实现所需电极的液体经过外界管道48经过管道47进入到槽体单元腔体45中进行反应，外界管道48与相邻的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5连通，经过每一个框体处理后的液体经过外界管道48最后流入到各自溶液的缓冲槽中继续循环。

进一步的方案，所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5与槽体单元腔体45连接的一侧固定设置有固定极板的支脚46，每个竖框上设置两个所述的支脚46，所述的支脚46以所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5的中心线对称设置，如图6所示，支脚的形状也矩形，也可以是半圆或梯形。所述支脚的宽度为10-1200mm，高度为10-20mm。每个所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5内部两侧框体内侧在厚度方向的一半少许位置开留半圆、梯形、矩形槽等，用于固定电极，并作盖片盖上，保证侧框整体平整无缺陷，固定涂覆电极，确保处于中心位置。

进一步的方案，所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5上端或下端的横框上固定设置有引出接线电极49。引出接线电极49处于所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5内部的一侧用于和电极板导电截流体连接，把电流引出，电极的外部用于和极板供电电源连接，提供电源供电，放入阴阳极的脱嵌槽槽体之间施加直流电压。

实施例3

如图4所示，所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5下端的横框面沿进水一侧到出水一侧成α角设置，所述的α角为1-10°。采用上述的α角设置便于液体交换时，溶液依靠液体差进行溶液的快速排放。

进一步的方案，如图7-10所示，槽体单元腔体45的进液侧设置布水管，出液侧设置收水管。这样设置的目的是槽体单元腔体45内的液体从进液测到出液侧的腔室内，液体分布均匀，有序自上而下流动，最后流出管道47，所述的布水管上由近水侧至远水侧设置孔径逐渐增大的多个开孔6(如图7)或设置孔径相同分布密度由小至大的多个开孔6(如图8)，所述的收水管由近水侧至远水侧设置孔径逐渐减小的多个开孔6(如图9)或设置孔径相同分布密度由大至小的多个开孔6(如图10)。本实施例中的开孔6为圆孔或长方孔，也可以是其他形状的开孔。

进一步的方案，所述的阴极脱嵌槽框体4或所述的阳极脱嵌槽框体5下端的第二横框42的中间位置最低处设置排放孔，以使相对两侧呈钝角，便于溶液排放彻底。

实施例4

如图11-15所示，阴极脱嵌槽框体4或阳极脱嵌槽框体5通过螺栓连接有电极板，电极板设置在槽体单元腔体45的内部(图中未标记出)，所述的电极板上固定连接有布水系统，所述的布水系统位于电极板和离子膜3之间，实现对槽体单元腔体45内空间的支撑及实现对腔内液体流动的有利影响。

本发明中布水系统成框架结构，可以实现腔体空间相对均匀，首先保证电场均匀，反应一致性好，另外，保证离子膜3的受力拉伸小，寿命增加。本实施例中的布水竖条7和布水横条8均由pp材料制成的，溶液对其没有腐蚀作用，且具有一定的强度和弹性。

进一步的方案，所述的布水系统由多个布水横条8和多个布水竖条7组成，相邻的布水竖条7插接而成，一个布水横条8的两端分别插接在两个布水竖条7上。所述的布水竖条7的一端设置有插接头73，另一端对应设置与所述插接头73配合的插接孔74，以使相邻的布水竖条7插接。这样设计便于相邻竖框之间的连接，增强整体结构的稳定性，所述的布水竖条7上均匀的设置有多个固定孔72，所述的布水横条8的两端为固定柱82，所述的固定柱82插接到所述的固定孔72中，以使布水竖条7与布水横条8插接。

本实施例中的固定柱82为六棱柱，固定孔72为六菱形孔，所述的布水竖条7上设置有一螺栓孔71以使布水系统固定连接在所述的电极板上。所述的螺栓孔71带有螺纹，在电极板的两侧同样位置同时安装布水竖条7，用尼龙或其他耐腐蚀螺钉孔穿过固定孔固定，保证整体由横框和竖框组成的稳定的框架结构。

所述的布水竖条7与电极板连接的一侧面为平面结构，相对的另一侧面为弧状波浪形与所述的离子膜3接触。平面结构保证布水竖条7与电极板可靠固定，弧状波浪形设计以免因与固定物接触面积大，影响电极板和液体反应接触，保证液体可以和离子膜3更大的接触面积，液体可以通过其间间隙流动，起到支撑作用同时不损坏离子膜，且减少损坏电极板的几率，没有安装布水横条8的六棱形孔弧面设计在局部也实现相邻竖框两侧液体的流动和交换，进一步使流场均匀。所述的布水横条8上设置多个允许液体流过的孔81，所述的允许液体流过的孔81为方孔或圆孔，也可以是其他形状的孔，本实施例中以长方孔进行解释说明，所述的布水横条8沿宽度方向为扁状，且边缘具有一定弧度，所述的布水横条8可以在所述的布水竖条7上以不同的角度转动。即布水横条8可以插接在布水横条7的不同位置，形成稳定的框架，通过调整布水横条8的数量和不同的角度，配合布水竖条7实现对于水流控制，使其从下而上流动，且不断的被不同角度的横条扰动，形成湍流，通过转动可以使允许液体流过的孔81与液体的流向具有不同的角度，实现对液体的扰动，进而实现流场的均匀，可局部调整液体由层流改为湍流，改浓度和流场的分布。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。