从卤水中提取镁、锂同时生产水滑石的工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用反应-分离耦合技术分离、提取盐湖卤水中镁、锂资源并同时生 产镁铝和锂铝水滑石的工艺。
【背景技术】
[0002] 盐湖通常是指湖水含盐量大于50g *L 1的湖泊。我国具有丰富的盐湖资源，其中， 内蒙地区以碳酸盐型盐湖为主，新疆以硫酸盐型盐湖为主，青海柴达木盆地则以硫酸盐亚 型、氯化物型盐湖为主，而西藏则为碳酸盐型、硫酸盐型盐湖。盐湖中蕴藏有许多重要资源， 例如：钾、钠、镁、锂、硼等，是生产多种工业、农业产品的重要原料。
[0003] 盐湖直接开发主要是指对钾、镁、锂、钠等各种自然资源的直接提取和初步加工， 形成化工基础原料。目前在这些资源的开发中，钾资源开发已形成产业化，提供了我国钾 肥的重要来源，取得了显著的经济效益。卤水中的锂常以微量形式与大量的碱金属、碱土 金属离子共存，由于它们的化学性质非常相近，使得从中分离提取锂十分困难，尤其是高含 量镁的存在，使分离锂更为困难，是卤水提锂的瓶颈[付烨，钟辉.沉淀法分离高镁锂比 盐湖卤水的研究现状[J].矿产综合利用，2010, 2:30-32.]。目前的工艺是先分离钠、钾资 源，得到镁/锂混合卤水，然后对其进行分离。由于我国盐湖主要为高镁/锂比类型，采用 这类工艺分离、提取镁、锂难度很大。从齒水提锂的主要方法有：沉淀法、萃取法、吸附法、煅 烧法、碳化法、盐析法等[黄浩.青海西台吉乃尔盐湖酸化老卤镁锂分离的技术研究[D]. 成都：成都理工大学，2009]。萃取法、吸附法等的工艺条件苛刻，设备要求条件高；盐析 法设备腐蚀和固体夹带很严重，以上方法仅在实验室取得了一定效果，未能很好地实现工 业化。煅烧法虽然已工业化，但存在能耗高，煅烧不完全，设备腐蚀等问题（杨建元，夏康 明.一种生产高纯镁盐、碳酸锂、盐酸和氯化铵的方法[P].国家发明专利：CN 1724373， 2006);碳化法易于规模化提锂，具有连续化、生产成本低、产品质量好等优点，但二氧化碳 气源制约这种方法的发展（王宝才.我国卤水锂资源及开发技术进展[J].北工矿物与加 工，2000, 10:13-15.)。沉淀法是一种工艺简单、成本较低的提取方法，但我国盐湖是高镁/ 锂比型盐湖，而此法主要适宜于从低镁/锂比的盐湖卤水中提锂，大量镁盐存在严重影响 锂的提取，增大提锂的难度，最终影响盐湖锂产业发展进程。而且锂资源主要以碳酸锂的形 式提取得到，缺乏高附加值锂功能材料产品。而提锂后剩余的镁并未发展高性能镁基功能 材料，使得镁资源分离出来后未得到充分利用，对镁资源的利用率低。
[0004] 镁铝和锂铝水滑石（MgAl-LDH和LiAl-LDH)是具有层状结构的双金属氢氧化物， 金属元素在层板上交替排布，层间可以插入阴离子，形成了一大类重要的层状功能材料，在 催化、吸附（溶液中阴离子吸附、二氧化碳吸附）、功能助剂（阻燃剂、紫外阻隔剂、热稳定剂 等）、医药等领域有广泛应用[二维纳米复合氢氧化物：结构、组装与功能，段雪等编著，北 京：科学出版社，2013年]。本发明利用反应-分离耦合技术分离盐湖卤水中镁、锂资源，并 将其转化为具有广泛应用的镁铝和锂铝水滑石功能材料，使得盐湖资源的提取与功能化利 用相结合，提高资源利用效率。利用盐湖卤水在分离镁、锂同时生产MgAl-LDH和LiAl-LDH 功能材料未有报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供盐湖卤水中Mg、Li元素分离，同时利用反应-分离耦合技术 生产MgAl-LDH和LiAl-LDH的工艺方法。
[0006] -种利用反应-分离親合技术分离齒水中Mg、Li元素，同时生产MgAl-LDH和 LiAl-LDH的工艺方法，其工艺流程如图1所示；具体步骤为：
[0007] A.向卤水中加入铝盐，配成制备镁铝水滑石相应的混合盐溶液A，与共沉淀用的 碱液进行共沉淀反应，然后转入反应器继续晶化反应，反应结束后固液分离，得到MgAl-LDH 固体产物和滤液；
[0008] B.将滤液进行蒸发浓缩得到富锂卤水，再加入铝盐，配成制备锂铝水滑石相应的 混合盐溶液B，将其加入氢氧化钠碱液中进行沉淀反应，固液分离，得到LiAl-LDH固体产物 和滤液；
[0009] C.将步骤B的滤液蒸发浓缩，返回到富锂卤水进行循环利用。
[0010] 步骤A所述的卤水为硫酸盐型盐湖卤水，其中富含Li+、Mg' K+、Na+离子，各离子 浓度为[Li+] = 1 ~3g/L，[Mg2+] = 10 ~30g/L，[K+] = 5 ~7g/L，[Na+] = 70 ~90g/L ; 卤水使用前先滤除不溶性杂质；
[0011] 步骤A所述的制备镁铝水滑石相应的混合盐溶液A，其中金属离子的总浓度为 0. 9~1. 5mol/L，镁盐与铝盐的摩尔浓度比为2~4 :1 ;
[0012] 所述的碱液是氢氧化钠与碳酸钠的混合溶液，其体积与混合盐溶液A体积相同， 且氢氧化钠摩尔浓度是镁和铝元素摩尔浓度之和的1. 6倍，碳酸钠摩尔浓度是铝元素摩尔 浓度的2倍；
[0013] 所述的共沉淀反应是将盐溶液和碱溶液同时倒入胶体磨，以1000-5000转/min的 转速旋转1-10分钟，形成MgAl-LDH晶核；将晶核溶液转移到反应器，在60°C~90°C下搅拌 反应6~24h ;过滤得到MgAl-LDH滤饼，在60~80°C干燥6-12h，得到白色固体MgAl-LDH 产品，其化学式为[Mg 2' XA13+X(0H)2] (C032 )x/2 ? nH20, x = 0? 2 ~0? 33, n = 1 ~10。
[0014] 步骤B所述的富锂卤水是将步骤A得到的滤液蒸发浓缩至锂离子浓度为0. 1~ 〇. 5g/L ;所述的混合盐溶液B中锂元素的摩尔浓度是铝元素摩尔浓度的1~6倍；所述的氢 氧化钠溶液的体积与混合盐溶液B相同，且氢氧化钠摩尔浓度是锂和铝元素摩尔浓度之和 的1~1. 6倍；
[0015] 所述的混合盐溶液B滴加到氢氧化钠溶液的滴加速度为1~5mL/min，保持pH = 10. 5~12,反应在10~25°C进行8~24h，过滤，滤饼在60~80°C干燥6~12h，得到固 体 LiAl-LDH，其化学式为[LiAl2(0H)6]2C03 ? nH20, n = 1 ~10。
[0016] 步骤A和B中所述的铝盐为硝酸铝、硫酸铝、氯化铝中的一种。
[0017] 将步骤C所述的滤液蒸发浓缩是将滤液蒸发浓缩至锂的浓度[Li+] = 0. 1~0. 5g/ L〇
[0018] 本发明的显著效果：
[0019] ⑴利用反应-分离耦合技术，在分离盐湖卤水中镁、锂资源的同时，实现镁铝水 滑石和锂铝水滑石功能材料的生产。不仅实现了盐湖的资源分离，又获得了高附加值功能 材料，为盐湖资源高效利用提供了重要途径。
[0020] (2)卤水中的镁通过形成镁铝水滑石首先被分离出来，避免了目前传统的从高镁 /锂比溶液中分离镁、锂的困难。锂的损失率小。
[0021] (3)以锂铝水滑石的方式提取锂，反应温和，设备简单，锂损失量小。适合对盐湖卤 水锂资源的规模化、高效利用。
【附图说明】
[0022] 图1是从卤水中提取镁、锂同时生产水滑石的工艺流程图
【具体实施方式】
[0023] 下面实施例所用的卤水为取自西台吉乃尔盐湖的水，其为硫酸盐型，其组成见下 表
[0024]
[0025] 实施例1
[0026] A?称取 MgCl2 ? 6H20 26. 0325g，MgS04 ? 7H20 25. 7993g，A1C13 ? 6H20 18. 729g，KC1 3. 3873g，LiCl 1. 8768g，NaCl 8. 068g溶解于去离子水中，250mL容量瓶定容，得到盐溶液； 称取NaOH 19. 8593g，NaC0316 . 44 43g溶解于去离子水中，250mL容量瓶定容，得到碱溶液；
[0027] 将盐溶液和碱溶液同时倒入胶体磨，以3000r/min的转速旋转3分钟，形成 MgAl-LDH晶核；将晶核溶液转移到反应器，在80°C动态搅拌晶化12h，进行MgAl-LDH生长； 过滤，得到MgAl-LDH滤饼，MgAl-LDH滤饼在70°C干燥12h，得到白色固体MgAl-LDH产品； 收集滤液至容器。
[0028] B.将步骤A的滤液在50°C下蒸发浓缩至250mL，此时锂离子浓度达到0. 4432g/L， 加入A1C13 ? 6H20 1. 2847g配置混合盐溶液；另外称量NaOH 16. 784g溶解于100mL去离子 水中，其摩尔浓度为4mol/L ;将混合盐溶液滴加到氢氧化钠溶液中，滴加速度为lmL/min， 保持pH = 11，反应在20°C下进行12h ;过滤，滤饼在80°C干燥10h，得到固体LiAl-LDH产 品。
[0029] C.将步骤B的滤液蒸发浓缩至[Li+] = 0. 3g/L，返回步骤B循环利用。
[0030] 实施例2
[0031] A?称取 MgCl2 ? 6H20 39. 0487g，Mg