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鋰作為21世紀(jì)的新能源金屬,在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。曾將鋰定位為可與石油媲美的國家戰(zhàn)略材料。隨著新能源領(lǐng)域的快速發(fā)展和鋰市場的不斷擴(kuò)大,鋰資源的開發(fā)顯得尤為重要。鋰資源主要存在于自然界,即人們早就提到鹵水,特別是鹽湖鹵水,占鋰資源總儲量的80%,為85%以上的鋰產(chǎn)品提供支持,幾乎國外壟斷。我國大多數(shù)鹽湖鹵水中的鎂鋰比超過40:1,甚至高達(dá)1837:1,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工業(yè)開采標(biāo)準(zhǔn)(鎂鋰比)≤ 6:1。中國鹽湖鋰資源非常豐富,目前探明儲量已超過600萬噸。鎂和鋰的化學(xué)性質(zhì)相似,因此鎂和鋰的分離更加困難。巨大的生產(chǎn)成本使鎂鋰分離成為中國乃至世界鋰資源開發(fā)利用的重大考驗(yàn)。
傳統(tǒng)提鋰工藝主要包括以下幾種方法:溶劑萃取、沉淀、離子交換、碳化等。上述從鹵水中提取鋰資源的方法大多存在一個共同的問題,即工藝復(fù)雜,試劑消耗大,設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,生產(chǎn)成本高,難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。吸附法使用一種吸附劑,該吸附劑選擇性吸附鋰離子以吸附鋰,然后洗脫鋰離子以將鋰離子與其他離子分離。對于高鎂/鋰比鹽湖鹵水,吸附法與其他方法相比具有很大的優(yōu)勢。該方法具有工藝簡單、選擇性好、鋰回收率高等優(yōu)點(diǎn)。
從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的角度來看,離子篩吸附法具有工藝簡單、選擇性高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。更適合從鎂鋰比高的鹵水中提取鋰,具有廣闊的發(fā)展前景。但從應(yīng)用角度來看,大多數(shù)吸附劑難以造粒,流動性和滲透性較差。粘結(jié)劑造粒會降低吸附劑的親水性、孔隙率、交換率、選擇性和吸附容量。此外,目前吸附性能良好的無機(jī)離子篩吸附劑大多采用水熱法合成。受設(shè)備限制,產(chǎn)量小,成本高,尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
提取鋰資源的預(yù)處理工藝難度、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益與鹵水中鋰的濃度和鎂鋰比密切相關(guān)。納濾膜技術(shù)可以有效分離一價離子和多價離子,主要是基于它們的結(jié)構(gòu)特征。納濾膜的分離存在篩選效應(yīng),即通過小于膜孔徑材料的材料可以被大于膜孔徑的材料截留。通常,納濾膜是帶電的。當(dāng)電解液通過納濾膜時,有一個Donnan效應(yīng),因此二價和多價電解液,包括鎂離子,將被攔截。由于納濾膜的納米孔徑,電解質(zhì)溶液通過納濾膜時會產(chǎn)生介電排斥效應(yīng)。介觀排斥效應(yīng)的大小只與材料的價態(tài)有關(guān)。價態(tài)越高,排斥效應(yīng)越大。在屏蔽效應(yīng)、Donnan效應(yīng)和介觀排斥效應(yīng)的共同作用下,納濾膜能有效地截留二價鎂離子并通過一價鋰離子。因此,納濾膜在鹽湖鹵水鎂鋰分離中的應(yīng)用具有良好的應(yīng)用前景。
根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r選用RS-M系列納濾膜。該系列膜具有高通量、運(yùn)行穩(wěn)定、化學(xué)清洗周期長的特點(diǎn)。采用多級納濾膜濃縮分離鋰和鎂的膜工藝。根據(jù)鹽水水質(zhì)合理配置納濾系統(tǒng)的級和膜組件,可有效去除鎂離子,解決鹽水中鋰鎂分離問題,濃縮分離出的濾液。處理后,將鎂離子含量高的濃縮液沉淀提取鎂,將鋰離子濃縮液沉淀、洗滌、干燥,得到純。
該工藝能耗低,回收率高,可提高溶液中鋰離子濃度,提高產(chǎn)品產(chǎn)量。與傳統(tǒng)工藝相比,整體生產(chǎn)成本較低,改進(jìn)后的工藝具有連續(xù)控制、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。由于工藝改進(jìn)和集成,不僅減少了投資,而且工藝生產(chǎn)設(shè)備的總面積也大大減少。納濾膜分離鎂鋰是“膜”法也是“魔”法。