一种盐湖提锂的装置及盐湖提锂的方法与流程

本公开属于盐湖提锂，涉及一种盐湖提锂的装置及盐湖提锂的方法。

背景技术：

1、随着石油、煤矿等不可再生能源消耗量的增加，新能源的开发利用成为了必然趋势。作为新能源开发利用的典型代表，新能源汽车在近几年迅速发展，最终将超越传统燃油汽车的市场份额，逐步替代燃油汽车。锂作为新能源汽车中必不可少的金属，其市场需求随之增加，但现有锂矿开采难度大，难以满足市场需求。除了锂矿石外，卤水尤其是盐湖卤水中蕴藏着大量锂资源，且都以离子形式存在，与矿石提锂相比有着天然的优势。

2、卤水中除了锂离子外还存在钙、镁、钠、钾等离子，尤其是镁离子与锂离子位于元素周期表的对角线位置，性质比较相似，从而制约了盐湖锂资源的开发利用。

3、cn 102382984 a提出了一种电化学脱嵌法提锂的新技术，利用脱锂的锂离子正极材料为电极材料，盐湖卤水为阴极电解液，不含钙镁离子的电解质为阳极电解液，实现提锂。其所述方法使用固定电极，存在操作难度大，电极与卤水接触面积有限等缺点。

4、cn109487081a公开了一种流动电极提锂单元装置，但其所提出的流动电极提锂单元装置较为复杂，且阳离子交换膜的除杂压力大。

5、上述方案所述盐湖提锂方法存在有操作难度大、装置复杂或除杂效果不好的问题，限制了其在实际中的应用。

技术实现思路

1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

2、本公开的目的在于提供一种盐湖提锂的装置及盐湖提锂的方法，本公开所述盐湖提锂的装置结构简单，无需提锂和脱锂两个装置，所述方法降低离子交换膜的除杂压力，延长了离子交换膜的使用时间，同时得到富锂溶液杂质浓度较低，除杂效果更好。

3、为达到此目的，本公开采用以下技术方案：

4、第一方面，本公开提供了一种盐湖提锂的装置，所述装置包括电源、提锂舱、脱锂舱和电解液舱，所述电解液舱置于所述提锂舱和脱锂舱之间，所述电解液舱和提锂舱之间设置阴离子交换膜，所述电解液舱和脱锂舱之间设置一价阳离子交换膜，所述提锂舱平行于所述阴离子交换膜方向，远离所述电解液舱一侧设置挡板，所述脱锂舱平行于所述一价阳离子交换膜方向，远离所述电解液舱一侧设置挡板，所述提锂舱垂直于所述阴离子交换膜方向两侧不设置挡板，所述脱锂舱垂直于所述一价阳离子交换膜方向两侧不设置挡板。

5、本公开所述装置在使用过程中，将阳离子交换膜除杂步骤后置，先利用锂离子筛的选择性进行一次除杂，在利用一价阳离子交换膜二次除杂，降低阳离子交换膜的除杂压力，延长膜的使用寿命。无需提锂和脱锂两个装置，有独立的卤水和电解液的流道，不需要在切换卤水/电解液时大量清洗电解槽。

6、在一个实施方式中，所述提锂舱内设置阴极集流体。

7、在一个实施方式中，所述阴极集流体包括铝箔、铜箔、镍网或镍片中的任意一种或至少两种的组合。

8、在一个实施方式中，所述阴极集流体连接电源负极。

9、在一个实施方式中，所述阴极集流体不贴附于阴离子交换膜。

10、在一个实施方式中，所述脱锂舱内设置阳极集流体。

11、在一个实施方式中，所述阳极集流体包括铝箔、铜箔、镍网或镍片中的任意一种或至少两种的组合。

12、在一个实施方式中，所述阳极集流体连接电源正极。

13、在一个实施方式中，所述阳极集流体不贴附于一价阳离子交换膜。

14、在一个实施方式中，所述阴离子交换膜的材料包括聚苯乙烯、聚丙烯或聚酰胺。

15、在一个实施方式中，所述一价阳离子交换膜的组分包括有机基料和聚吡咯。

16、在一个实施方式中，所述有机基料包括聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、丁苯橡胶、聚苯胺或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合。

17、第二方面，本公开提供了一种盐湖提锂的方法，所述方法使用如第一方面所述装置，所述方法包括以下步骤：

18、(1)将脱锂材料和电解液混合制成脱锂流动浆料，将嵌锂材料和含锂盐湖卤水混合制成嵌锂流动浆料；

19、(2)将电解液注入电解液舱，阴极集流体连接电源负极，阳极集流体连接电源正极，将脱锂流动浆料流过脱锂舱，将嵌锂流动浆料流过提锂舱，通电进行提锂反应；

20、(3)收集提锂舱流出液体，过滤后与电解液混合流过脱锂舱继续进行提锂反应，收集电解液舱中液体得到富锂溶液。

21、本公开所述盐湖提锂的方法中，盐湖卤水与嵌锂活性物质在一个舱室，不通过阳离子交换膜分割，利用锂离子筛的选择性进行第一步的除杂。电解液与盐湖卤水通过阴离子交换膜分割，保证卤水中的阳离子不会进入电解液。一部分电解液和脱锂活性物质同在脱锂舱室，一部分电解液通过一价阳离子交换膜和活性物质分隔，脱锂活性物质在电解液中脱出锂，使得脱锂舱室的电解液转变为富锂溶液，在电势的作用下，锂离子透过一价阳离子交换膜向阳极移动，进入中间舱室的电解液，但是被阴离子膜阻隔而不会进入卤水槽，即得到纯净的富锂溶液。

22、在一个实施方式中，步骤(1)所述脱锂材料中的活性物质包括富锂态的锂钛酸盐、锂铁磷酸盐或锂锰氧化物中的任意一种或至少两种的组合。

23、在一个实施方式中，所述电解液中的溶质包括氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠或硝酸钾中的任意一种或至少两种的组合。

24、在一个实施方式中，嵌锂材料中的活性物质包括贫锂态的锂钛酸盐、锂铁磷酸盐或锂锰氧化物中的任意一种或至少两种的组合。

25、本公开所述贫锂态指的是锂钛酸盐、锂铁磷酸盐、锂锰氧化物等脱去锂离子后的状态，富锂态则为脱去锂离子的锂钛酸盐、锂铁磷酸盐、锂锰氧化物在嵌入锂离子后的状态。

26、在一个实施方式中，步骤(1)所述脱锂材料和嵌锂材料中均包含导电剂。

27、在一个实施方式中，所述导电剂包括导电炭黑、导电乙炔黑、石墨烯或碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合。

28、在一个实施方式中，所述脱锂材料和嵌锂材料中活性物质和导电剂的质量比为(85～95):(5～15)，例如：85:15、88:12、90:10、92:7或95:5等。

29、在一个实施方式中，步骤(1)所述脱锂流动浆料和嵌锂流动浆料的固含量为10～50％，例如：10％、20％、30％、40％或50％等。

30、在一个实施方式中，步骤(2)所述电解液的浓度为0.3～2mol/l，例如：0.3mol/l、0.5mol/l、1mol/l、1.5mol/l或2mol/l等。

31、在一个实施方式中，所述电解液舱中电解液的浓度低于脱锂舱中电解液的浓度。

32、在一个实施方式中，步骤(2)所述脱锂流动浆料和嵌锂流动浆料的流速为1～5ml/min，例如：1ml/min、2ml/min、3ml/min、4ml/min或5ml/min等。

33、在一个实施方式中，步骤(2)所述通电的电压为0.1～1.5v，例如：0.1v、0.5v、1v、1.2v或1.5v等。

34、相对于现有技术，本公开具有以下有益效果：

35、(1)本公开所述盐湖提锂的装置结构简单，无需提锂和脱锂两个装置，有独立的卤水和电解液的流道，不需要在切换卤水/电解液时大量清洗电解槽，具有很好的应用前景。

36、(2)本公开所述盐湖提锂的方法不仅简化了使用装置，还可以降低离子交换膜的除杂压力，延长了离子交换膜的使用时间，同时得到富锂溶液(电解液舱中电解液)中杂质浓度更低，除杂效果更好。

37、(3)本公开所述盐湖提锂的方法的初始锂离子提取效率可达70μmol/min以上，48h后锂离子提取效率仍保持在64μmol/min以上，48h后锂离子提取效率下降保持在7μmol/min以下，证明本公开所述方法对离子交换膜的压力较小，膜使用寿命得到延长。同时，本技术得到电解液中mg2+离子浓度可达0.015g/l以下，杂质含量较低。

38、在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。