一种用于溶液体系中离子的浓缩提取设备的制作方法

本技术涉及水处理领域，更具体地说，涉及一种用于溶液体系中离子的浓缩提取设备。

背景技术：

1、实现从诸如海水或者是工业出水等溶液体系中，提取目标离子具有实际的意义。

2、海洋或盐湖资源的开发利用

3、寻找经济上可行且环保的从海洋或盐湖等溶液体系中提取诸如盐、卤、金属等物质的技术也是当前的一大挑战。例如，金属锂是电池储能领域的重要物质，市场需求量极大。但现实情形是，地球上的锂资源主要以固体锂形式存在于矿石中，以离子形式存在于盐湖卤水、地下卤水及海水中，尤其是卤水锂资源更丰富，约占地球锂资源的91％，因此，从溶液体系中提取是一种获取锂的重要途径。

4、溶液体系中目标离子/离子的提取锂方法

5、基于上述，开发环境友好的且有效的溶液体系中目标离子/离子的提取技术对意义重大。以海洋或盐湖中金属锂提取为例，目前，从溶液体系中提取锂的方法主要有沉淀法、萃取法、吸附法、电化学法。沉淀法存在不适于高镁锂比水质，须需消耗大量纯碱以沉淀钙、镁等共生离子，生产成本高的问题。萃取工艺对设备耐腐蚀性强，工业化过程复杂，残留的萃取剂会给盐湖老卤镁资源的后续加工会带来环境风险。离子交换吸附法的吸附剂在使用过程中易受到镁、钙等共生离子干扰，且吸附饱和后需利用脱附剂洗脱，会造成吸附剂的溶损等问题，难以投入商业化生产，成本较高。膜法适用于镁锂比低于30的盐湖卤水，不适于高镁锂比的卤水，技术结合电渗析技术，实际应用中也会由于mg(oh)2的沉淀覆盖离子交换膜，影响效率，因此需要经常拆洗膜，维护成本较高。

6、基于上述，关注电极材料(活性材料)的选择和改性的电化学提锂法出现，电化学提锂法是根据锂电池工作的“摇椅理论”发展而来，电化学提锂体系主要由工作电极、对电极和提锂原溶液组成。工作电极的作用是在放电提锂的过程中使得锂离子高效、高选择性地嵌入其中，充电脱锂时使锂离子可逆地脱出进入回收液中，对电极的作用是形成闭合回路，从而保持整个电化学体系的电中性。

7、如专利文献1中，提供了一种如上述的电化学提锂方法和装置，面对高镁锂比的卤水，在充分保证每次循环过程中ph值稳定、处理时间不低于10h的前提下，经历数次循环吸附、操作能够得到浓度高达1g/l级别的富锂溶液。但该种方法实际上仍然受限于电极材料对锂离子的选择能力、吸附容量、稳定性、循环性等多种性能，导致其处理速度、成本、能耗、及最终能够得到的锂液的浓度仍然具有很大的局限性，目前尚不适合工业化应用。

8、专利文献1，申请号：201010555927.3，名称：一种选择性提取锂的离子筛及其应用。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、基于上述，本发明的目的在于提供一种实际工业化应用过程中工艺稳定性高、处理节奏稳定性好的溶液体系中离子提取的电化学提取装置。

3、2.技术方案

4、为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

5、包括单元组件、为单元组件提供电场的电场施加结构、以及液体暂存装置；

6、所述单元组件包括：

7、集电组(100)，所述集电组(100)包括集电极a及集电极b；

8、介于所述集电极a和集电极b之间的离子膜组件(200)，所述离子膜组件(200)包括离子膜a、离子膜b及离子膜c；

9、由集电极a到集电极b的方向，具有位于集电极a与离子膜a之间的填充区a，位于离子膜a和离子膜b之间的流体区a，位于离子膜b和离子膜c之间的流体区b，位于离子膜c与集电极b之间的填充区b；

10、所述液体暂存装置包括初提液的暂存装置，所述初提液的暂存装置设置于流体区a与流体区b之间

11、所述离子膜a支持带有第一电荷的离子通过，不支持带有第二电荷的离子通过；

12、所述离子膜c支持带有第一电荷的离子通过，不支持带有第二电荷的离子通过；

13、所述离子膜b支持带有第二电荷的离子通过，不支持带有第一电荷的离子通过；

14、其中，所述第一电荷为正电荷或者负电荷，第二电荷为第一电荷的相反电荷。

15、优选地，所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，还包括除杂装置；所述除杂装置包括：第一除杂装置，所述第一除杂装置与单元组件连通；第二除杂装置，所述第二除杂装置通过管道与初提液的暂存装置进行连通。

16、优选地，所述液体暂存装置还包括溶液体系的储存装置，所述溶液体系的储存装置与流体区a的液体进口或者流体区b的液体入口进行连通，所述溶液体系的储存装置通过管道与第一除杂装置进行连通；和/或，

17、所述液体暂存装置还包括浓缩液的暂存装置，所述浓缩液的暂存装置与流体区b的液体出口、液体入口进行连通；和/或，

18、所述液体暂存装置还包括电极液的暂存装置，所述电极液的暂存装置与电极腔室的液体出口、液体入口进行连通；和/或，

19、所述液体暂存装置还包括乏液的暂存装置，所述乏液的暂存装置与第一或者流体区b的液体出口进行连通。

20、优选地，所述集电组包括离子固定结构a及离子固定结构b；

21、所述集电极a与离子膜a之间具有离子固定结构a；所述离子固定结构a用于将至少一部分的透过离子膜a的离子以嵌入的方式进行固定；

22、所述集电极b与离子膜c之间具有离子固定结构b；所述离子固定结构b用于将至少一部分的透过离子膜c的离子以双电层方式进行固定。

23、优选地，所述离子固定结构a为叠层于集电极a的离子嵌入层；和/或

24、所述离子固定结构a为存在于集电极a的离子嵌入颗粒物；和/或

25、所述离子固定结构a为存在于填充区a的离子嵌入颗粒物。

26、优选地，所述离子固定结构b为叠层于集电极b的双电层电容层和/或赝电容层；和/或

27、所述离子固定结构b为存在于集电极b的双电层电容颗粒物和/或赝电容颗粒物；和/或

28、所述离子固定结构b为存在于填充区b的双电层电容颗粒物和/或赝电容颗粒物。

29、优选地，所述离子固定结构b为叠层于集电极b的离子嵌入层；和/或

30、所述离子固定结构b为存在于集电极b的离子嵌入颗粒物；和/或

31、所述离子固定结构b为存在于填充区b的离子嵌入颗粒物。

32、优选地，还包括介于所述集电组与离子膜组件之间的隔框；

33、所述隔框上设置有电极液进口和填充区，所述电极液进口设置于所述填充区的一侧，且所述电极液进口与填充区之间设置有布水凸起

34、所述填充区远离所述电极液进口的一侧设置有电极液出口，所述电极液出口与填充区之间设置有布水凸起选地，集水区靠近隔框的边缘处的侧部区域设置有导流筋，且石墨纸至少部分地与导流筋相接触。

35、优选地，所述用于溶液体系中离子的浓缩提取设备还包括流体连通组件；

36、所述流体连通组件包括设置于流体区a与流体区b之间的流体连通管道，所述流体连通管道用以实现流体区a与流体区b之间的流体连通；和/或

37、所述流体连通组件还包括设置于流体连通管道上的除杂装置。

38、优选地，所述隔框包括位于所述集电极a与离子膜a之间的隔框a；以及位于所述集电极b与离子膜c之间的隔框b；

39、所述集电极a至少部分地与所述隔框a的布水凸起相接触；

40、所述集电极b至少部分地与所述隔框b的布水凸起相接触。

41、优选地，所述电极液进口所述填充区之间设置有集水区，所述集水区远离所述填充区的一侧设置有若干导流缺口，所述导流缺口与所述电极液进口对应设置，流体由所述导流缺口流入集水区；

42、所述电极液出口和所述填充区之间设置有集水区，所述集水区远离所述填充区的一侧设置有若干导流缺口，所述导流缺口与所述电极液出口对应设置，流体由所述导流缺口流出集水区并由所述电极液出口导出。

43、优选地，所述导流缺口设置有至少一个布水凸起，所述布水凸起至少部分地位于所述流体由所述电极液进口流向所述填充区的路径上。

44、优选地，任意两个布水凸起的对称轴的延长线的一端的交点与电极液进口重合。

45、优选地，还包括设置于离子膜(a，b，c)之间的布水板，

46、所述布水板包括：

47、支撑框架，所述支撑框架的上部设置有进水孔；

48、布水结构，所述布水结构设置于所述进水孔的周侧；用于引导进水孔的进水；以及

49、布水腔，所述布水腔设置于布水结构的下部，用于收集所述布水结构流出的水。

50、优选地，所述支撑框架设置有定位孔，所述定位孔位于所述进水的上方；和/或

51、所述支撑框架设置有电极水道通过孔，所述电极水道通过孔位于所述进水孔的上方。

52、优选地，所述布水结构为布水孔网或布水槽。

53、优选地，所述布水板包括布水板a及布水板b；

54、所述离子膜a和离子膜b之间具有布水板a、所述离子膜b和离子膜c之间具有布水板b；

55、所述布水板b相对所述布水板a颠倒放置。

56、优选地，所述用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，还包括连接件，所述连接件包括连接件a及连接件b；

57、所述集电极a上设置有电极连接孔，通过连接件a穿过集电极a上的电极连接孔，通过连接部连接至集电极b；和/或

58、所述集电极b上设置有电极连接孔通过连接件b穿过集电极b上的电极连接孔，通过连接部连接至集电极a。

59、优选地，所述隔框上设置有通孔所述离子膜组件上设置有膜孔所述布水板设置有板孔连接件穿过通孔、膜孔板孔将集电极a和集电极b进行连接。

60、优选地，所述电场施加装置包括极板本体，所述极板本体设置有送电电缆；所述极板本体包括：第一侧；与第一侧对设置的第二侧；

61、安装孔，所述安装孔贯通所述极板本体置；以及

62、导电单元，所述导电单元包括导电体连接线，所述导电体所述安装孔对应设置，所述连接线设置于所述极板的第二侧，用于连接所述导电体和所述送电电缆

63、优选地，所述电场施加装置还包括石墨板，所述石墨板设置于第一侧且所述石墨板上设置有送电通孔，所述送电通孔与所述导电体对应设置。

64、优选地，所述导电单元包括至少两个导电体，各导电体间通过连接线相连接，且至少一个导电体通过连接线与所述送电电缆连接。

65、优选地，所述第二侧设置有布线槽，所述布线槽用于容纳所述连接线，和/或

66、所述送电通孔中设置有石墨部件，所述石墨部件靠近所述极板本体的一侧设置有环形凸起，所述环形凸起中具有容纳槽，所述容纳槽用于容纳所述导电体的一端。

67、优选地，所述连接线通过紧固件与所述导电体相连接，所述紧固件包括螺母、并紧螺母和垫片，所述螺母设置于所述连接线和所述第二侧间，所述垫片置于螺母与所述第二侧之间，所述并紧螺母与螺母配合设置，用于将所述连接线安装在所述导电体上。

68、3.有益效果

69、1)相比于现有技术，本实用新型的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备在隔框上设置电极液进口和填充区，电极液进口设置于填充区的一侧，且电极液进口与导电材料填充区之间设置有布水凸起；集电极位于隔框与电场施加装置之间和相邻两个电吸附单元的隔框与隔框之间，且集电极至少部分地与布水凸起相接触。布水凸起不仅可以实现均匀布水的目的，还具有阻拦防止隔框内部的导电材料填充区的电极填充材料流失的作用。同时，布水凸起还能与集电极相互支撑配合，形成对电极液腔和浓/淡水腔隔离，提高装置的密封性能；

70、2)本实用新型的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备所述集电极a与离子膜a之间具有离子固定结构a；所述离子固定结构a具有离子嵌入功能；

71、所述集电极b与离子膜c之间具有离子固定结构b；所述离子固定结构b能够将离子以双电层方式进行固定。

72、离子固定结构a，b的配合是大幅提升所得浓缩液中目标离子的浓度，进一步提升了原液中目标离子的选择性提取能力，同时能够直接得到高浓度目标离子浓缩液。