[发明专利]一种疏水性低共熔溶剂选择性萃取沉锂母液中锂的方法

说明书

本发明公开了一种疏水性低共熔溶剂选择性萃取沉锂母液中锂的方法，所述的疏水性低共熔溶剂为共萃剂和稀释剂，磷酸三丁酯为萃取剂构筑萃取有机相。所述的疏水性低共熔溶剂以四丁基氯化铵、四己基氯化铵、四辛基氯化铵中的至少一种为氢键受体和油酸为氢键供体，所述的氢键受体和氢键供体的摩尔比为1：(1～3)。本发明还具体公开了该疏水性低共熔溶剂的制备方法、有机相组成及其在含锂水溶液和沉锂母液中锂的萃取应用。本发明制备的疏水性低共熔溶剂构筑的萃取有机相具有合成简单、操作方便、萃取时间短、易分离、选择性萃取性能好等优点。

技术领域

本发明涉及一种疏水性低共熔溶剂选择性萃取沉锂母液中锂的方法。

背景技术

锂作为新能源金属和战略资源，广泛应用于陶瓷、锂电池、核能、玻璃等领域。随着全球新能源的不断发展，用于动力和储能的锂离子电池产业迅速发展，对电池级碳酸锂(Li₂CO₃)的需求不断增加。目前，制备碳酸锂通常采用碳酸钠作为沉淀剂，但在这一过程中，产生了大量高钠锂比的沉锂母液。沉锂母液组成较为复杂，其中Li⁺浓度较高(1.42g/L)，且含有大量Na⁺(55.62g/L)、CO₃^2-、Cl^-或SO₄^2-。而对于沉锂母液的处理方法则是直接将其排放回盐湖卤水或回收系统中，这不仅会导致CO₃^2-、Cl^-或SO₄^2-等杂质的富集，而且会降低锂盐产品的质量。因此，高效的沉锂母液锂离子回收工艺对于整个锂产品工业发展具有十分重要的意义。

溶剂萃取法具有连续萃取能耗低、易于工业化、操作简单、萃取剂用量少等优点。溶剂萃取法从盐湖卤水中提取锂离子目前应用研究最广泛。常用的萃取剂和萃取体系有β-双酮、冠醚、有机膦和离子液体。然而，酮类萃取剂溶损较为严重，且成本较高。冠醚价格昂贵，冠醚环上的氧原子易于与水形成氢键，从而产生溶损。传统萃取体系通常采用挥发性有机溶剂作为稀释剂，不仅影响萃取系统的循环寿命，而且会造成环境污染。有研究人员提出采用具有低蒸汽压、高热化学稳定性的离子液体代替传统有机溶剂，但是其提纯困难、合成复杂、成本高，极大地限制了实际应用。

低共熔溶剂(DES)是一类新型的离子液体类似物，由两组分或三组分共晶混合物通过氢键相互作用自缔合而成。DES因其挥发性低、成本低、可生物降解、毒性低而被认为是绿色溶剂，具有广阔的应用前景。低共熔溶剂一般是由亲水化合物组成，易与水形成氢键，进而破坏低共熔溶剂组分间的氢键。因此，将DES的应用范围从有机相扩展至水相显得尤为重要。构建疏水性低共熔溶剂(HDESs)用于含水体系，不仅避免了使用挥发性有机溶剂所导致的环境污染，而且降低了以昂贵离子液体作为萃取剂的使用成本，在溶剂萃取中具有广泛的应用潜力。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于疏水性低共熔溶剂的选择性萃取沉锂母液中锂的方法，该萃取体系以磷酸三丁酯作为萃取剂，疏水性低共熔溶剂作为共萃取剂和稀释剂，具有效率高、选择性好、操作方便、绿色无污染等优点。

本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的。

一种基于疏水性低共熔溶剂选择性萃取沉锂母液中锂的方法，包括如下步骤：

(1)制备疏水性低共熔溶剂：

按照摩尔比将氢键供体和氢键受体混合，在50℃-80℃的加热条件下搅拌4～12小时，得到澄清透明溶液；即疏水性低共熔溶剂；所述氢键供体为油酸，氢键受体为季铵盐；

(2)萃取：

以步骤(1)制备的疏水性低共熔溶剂和萃取剂磷酸三丁酯构成有机相，将该有机相与氨水调控pH值的含锂水相混合，剧烈震荡下萃取一段时间，离心分层，得到萃取相和萃余液；

(3)洗脱：