[发明专利]一种选择性提取锂的离子筛及其应用

说明书

技术领域

本发明属于提取冶金领域，具体来说，涉及一种含锂溶液或盐湖卤水中的镁锂分离和高效提锂的钛酸锂离子筛及其应用。

背景技术

金属锂是目前人们发现的最轻的金属，它被广泛应用于能源、化工、冶金等领域。随着能源问题的日益突出，锂离子电池得以快速发展，锂及其化合物占据着不可替代的地位。卤水中蕴藏着非常丰富的锂资源，如盐湖、地下卤水等中都含有大量的锂资源，目前世界上卤水中的锂多以碳酸锂或者氯化锂的形式提取出来，采用的方法主要有溶剂萃取法、沉淀法、碳化法、离子交换吸附等技术。但目前大规模工业生产采用的都是低镁锂比的卤水，如智利阿塔卡玛盐湖卤水的镁锂比约为6∶1，能够满足碳酸锂生产的要求；而我国大多数盐湖的特征是镁锂比高，如西台吉乃尔盐湖卤水的镁锂比高达40以上，少量Li⁺与大量的Mg²⁺、SO₄^2-共存，锂的提取十分困难。从高镁低锂的卤水中提取锂资源是目前公认的一个技术难题，国内外很多学者针对此问题进行了广泛的研究，但至今仍为形成大规模产业化生产。

由于盐湖卤水中存在着性质相近的碱金属离子和碱土金属离子，尤其是Li⁺、Mg²⁺的化学性质比较接近，实现镁锂分离的过程变得非常困难。特别是如何突破高镁锂比的盐湖卤水的镁锂分离，实现锂的高效提取是开发盐湖资源所面临的关键技术问题。

研究者们通过广泛的研究，提出采用离子吸附从盐湖卤水提取锂的方法。传统的离子吸附法通过离子筛型氧化物如二氧化锰、氧化钛等与卤水接触来选择吸附锂。吸附结束后，再用酸将所吸附的Li⁺溶出。整个过程本质上是通过调整溶液体系的pH值实现锂的吸附和解吸。但是众所周知，离子筛型氧化物在酸洗脱锂过程中的溶损较大，导致吸附剂寿命短，不利于大规模的工业应用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高效的从含锂溶液或卤水直接提取锂、理论吸附量可达43.48mg/g的钛酸锂离子筛及其应用。

本发明的选择性提取锂的离子筛为Li₄Ti₅O₁₂、Li_xMe_yTi₅O₁₂、Li₄Me_mTi_nO₁₂中的一种或几种的混合物；所述的Me为V、Fe、Co、Mn、Al、Ba、Ag、Zr、Nb中的一种或几种的混合；3＜x＜4，0＜y＜1，0＜m＜1，4＜n＜5。

本发明的钛酸锂离子筛与含锂溶液接触，通过加入氧化剂或由外电路电压来调整体系电势使离子筛结构中的钛被还原，则锂离子作为配衡离子进入钛酸锂的晶格，而镁离子由于水化能较锂高，仍留存于溶液中；进而将生成的嵌锂产物置于支持电解质溶液中，并调整体系电势再使结构中的钛被氧化，迫使锂离子进入溶液以维持固相的电中性，同时固相重新转化复原，通过这一过程的循环实现Li⁺与其他元素的分离。

其能处理不同镁锂比的卤水，特别适合高镁锂比的卤水，对Li⁺具有很好的选择性，且吸附量大，稳定性好，利用Li⁺在钛酸锂离子筛中优良的嵌入和脱嵌性能实现锂的提取，进而生产碳酸锂或其他锂盐。这种离子筛在使用时通过调整体系的电势实现锂的选择性吸附/脱附，而不再是依赖调整体系的pH，从而克服了传统过程中离子筛型氧化物溶损大的缺点。

本发明的优点是：

钛酸锂离子筛材料合成简单，价格低廉；

1.钛酸锂离子筛适合于从不同镁锂比的卤水提锂，特别是能高效解决高镁锂比卤水中镁锂分离的技术难题；

2.生产成本低，操作简单，易于工业化生产。

为了更详细地解释本发明，列举以下实施例进行说明，但本发明不局限于这些实施例。

具体实施方式

实施例1

将100g Li₄Ti₅O₁₂离子筛置于50L某盐湖卤水中，卤水的主要成分及含量如下表所示：