通過電解從含鋰溶液中提取高純度鋰的方法技術

本發明專利技術涉及通過電解從含鋰溶液中提取具有高純度的鋰的方法。更具體地，本發明專利技術提供了通過向所述溶液中加入磷供應材料以制備用于水解的磷酸鋰的水溶液，而從含鋰溶液中經濟地提取鋰的方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及。
技術介紹
鋰的應用目前延伸到了各種工業中，包括可充電電池、玻璃、陶瓷、合金、潤滑劑和制藥工業。鋰可充電電池作為混合動力和電動汽車的主要能源近來受到關注，并且預期用于汽車的鋰可充電電池的市場會有望持續增長到用于手機和筆記本的傳統小型電池市場的大約100倍。此外，趨向更嚴格環境法規的全球性運動可能不僅將鋰的應用擴展到混合動力和電動汽車產業，還擴展到電子、化學和能源領域。因此，預期對鋰的國內和國外需求都會顯著地增加。一些值得注意的鋰的主要來源可為自然界中產生的含鋰鹽水，以及由含鋰礦物中提供的含鋰溶液。但是，這種含鋰溶液包含大量的雜質，包括鎂、硼和鈣。預先提取雜質被認為是獲得用于制備鋰可充電池所必需的高純度鋰的關鍵步驟。通常，在被吸附到包含N-甲基葡 糖胺官能團的硼選擇性離子交換樹脂上后，通過使用用于解吸的酸溶液進行清洗來提取包含在含鋰溶液中的硼離子。通過加入堿并以氫氧化鎂和氫氧化鈣的形態沉淀而提取包含在含鋰溶液中的鎂和鈣。然而，因為在硼提取工藝的操作中需要相對貴的離子交換樹脂和使用各種化學制品(例如大量的酸和堿)，這種方法不適于從含鋰溶液中提取硼。此外，因為過量堿的添加提高了含鋰溶液的PH，轉而引起負電荷在沉淀的氫氧化鎂和氫氧化鈣表面上的集聚并由此導致吸收正的鋰離子，鋰的損失可能是大量的。結果，無法避免帶有雜質的鋰的提取。美國專利號5，219，550描述了一種在通過以1:1至5:1的體積比混合有機溶劑和含鋰鹽水而提取有機相中的硼后，通過從所述鹽水中提取鎂和鈣而去除雜質的方法。然而，這個復雜的工藝具有一些缺點，即由于使用有機溶劑引起的環境污染，和由于不受控制的PH導致的鋰的大量損失。此外，作為最經濟的鋰供應來源之一，包含在鹽水中的鋰的濃度為約0.3g/L至1.5g/L，并且包含在鹽水中的鋰通常以具有約13g/L的溶解度的碳酸鋰的形態提取。即使假設包含在鹽水中的鋰完全轉變成碳酸鋰，鹽水中的碳酸鋰的濃度也限于1.59g/L至7.95g/L(Li2CO3的分子量為74，并且鋰的原子量為7。如果鋰的濃度乘以5.3 (74- 14N5.3)，則可估計碳酸鋰的濃度)。由于多數情況下碳酸鋰的濃度低于碳酸鋰的溶解度，因此提取的碳酸鋰再次溶解，由此存在鋰提取的收率極低的問題。通常，為從鹽水包含的鋰中提取碳酸鋰，將從天然鹽湖中泵出的鹽水儲存在蒸發塘中，然后經過長時間的室外自然蒸發，例如約一年，以數十倍地濃縮鋰。然后，將例如鎂、鈣、硼的雜質進行沉淀以去除，所述方法需要大于碳酸鋰的溶解度的量以進行沉淀。例如，中國專利公開號1626443記載了提取鋰的方法，其中，在太陽熱能下蒸發和濃縮鹽水，然后將濃縮液進行反復的電滲析，以便獲得包含濃縮的鋰并具有低含量鎂的鹽水。同時，一種電解的方法被廣泛地用于制備鋰。該方法通過在陽極和陰極之間設置雙極性膜、陰離子交換膜和陽離子交換膜而構成包含酸性室、基本(basic)室和堿性室的三個室。提供到基本室的氯化鋰水溶液允許從酸性室提取鹽酸及從堿性室提取氫氧化鋰。然而，這種方法涉及加入已知為高溶解性物質的氯化鋰，因而在它的儲存、運輸及處理中非理想地需要防止水分吸收。降低生產率和導致不必要開支的工作被認為很麻煩。此外，從正極產生大量有害的、腐蝕性的氯氣。安裝用于解毒的收集這種氯氣的設備增加了生產成本。除了產生這樣的有害氣體，使用3個室的復合結構進一步分開了電極間的距離，導致更高的用于電解的電阻和能量消耗。為了克服上述缺點，日本專利號3，093，421公開了用氯化鋰作為電解槽，而碳酸鋰作為電解質材料以抑制產生氯氣的應用。然而，由于氯化鋰仍用作電解槽，由此腐蝕仍干擾制備高純度鋰，所以不能達到完全防止產生氯的效果。
技術實現思路
技術問題根據本專利技術的實施方式，可提供不需要干燥處理的從含鋰溶液中經濟和有效地提取鋰的方法，其中從所述含鋰溶液中低成本地去除了包含鎂、硼和鈣的雜質，并且沉淀了具有低溶解度的磷酸鋰。由于簡化了常規復雜的電解裝置，所述方法還可使用較低的電解電壓及能量消耗；并且由于不產生有毒的氯氣，避免了腐蝕電解裝置和建立使氯氣解毒的設備，所述方法可對環境友好。所述制備高純度碳酸鋰的方法可進一步說明。技術方案根據本專利技術的一個實施方式，可以提供，包括步驟:通過加入磷供應材料而由所述含鋰溶液制備磷酸鋰的水溶液；和使用電解裝置通過電解從所述磷酸鋰的水溶液中提取鋰，所述電解裝置包含陽極和陰極，所述陰極通過陽離子交換膜與所述陽極隔開。在本專利技術的一個實施方式中，在所述陽極加入所述磷酸鋰的水溶液且在所述陰極加入去離子水后，可施加電流以移動從所述陽極分離的鋰離子到所述陰極，以還原所述鋰離子。在本專利技術的一個實施方式中，可通過在含磷的水溶液中溶解磷酸鋰而制備所述磷酸鋰的水溶液，所述磷酸鋰通過在所述含鋰溶液中加入磷供應材料而產生。在本專利技術的一個實施方式中，所述電解可在0.ΟΙΑ/cm2至0.075A/cm2范圍內的電流密度和15°C至25°C范圍內的電解溫度的條件下進行。在本專利技術的一個實施方式中，所述陽離子交換膜可為多孔的，具有10%至50%的孔山/又ο在本專利技術的一個實施方式中，可使所述電解的還原過程中的所述陽極和所述陰極處于惰性氣體環境下。在本專利技術的一個實施方式中，所述惰性氣體可為氬。在本專利技術的一個實施方式 中，所述陽離子交換膜可為允許陽離子通過的聚合物膜。在本專利技術的一個實施方式中，所述陽離子交換膜可包含選自由磺酸基、羧酸基、磷酸基、硫酸酷基、氣基和憐酸酷基組成的組中的至少一種官能基團。在本專利技術的一個實施方式中，所述電解后，在所述陰極的鋰離子濃縮溶液的pH可超過7。在本專利技術的一個實施方式中，通過鋰離子向所述陰極的移動而濃縮的溶液可為氫氧化鋰的水溶液。在本專利技術的一個實施方式中，所述方法可進一步包括沉淀步驟，然后通過使所述氫氧化鋰的水溶液與二氧化碳氣體或含碳酸鹽的材料反應而提取碳酸鋰。在本專利技術的一個實施方式中，所述通過加入磷供應材料而由所述含鋰溶液制備磷酸鋰的水溶液的步驟可包含步驟:去除雜質，包括在所述含鋰溶液中加入堿以提取鎂、硼或它們混合物的步驟和在提取了鎂和硼的所述含鋰溶液中加入堿、碳酸鹽或其混合物以提取鈣的步驟；通過加入磷供應材料到所述溶液中以沉淀磷酸鋰而從溶解的鋰提取磷酸鋰；以及通過在磷酸中溶解磷酸鋰而制備所述磷酸鋰的水溶液。在本專利技術的一個實施方式中，所述去除雜質的步驟可包含步驟:(a)在所述含鋰溶液中加入堿以由鎂沉淀氫氧化鎂；(b)通過調節所述含鋰溶液的pH至約8.5至約10.5而在所述氫氧化鎂的表面吸收硼離子；(c)通過從所述含鋰溶液中過濾吸收了所述硼離子的所述氫氧化鎂而同時提取鎂和硼；以及(d)通過在步驟(c)的所述含鋰溶液中加入堿、碳酸鹽或其混合物而沉淀氫氧化鈣或碳酸鈣。在本專利技術的一個實施方式中，步驟(a)至(C)可重復至少兩次。在本專利技術的一個實施方式中，所述通過加入磷供應材料到所述溶液以由所述溶解的鋰沉淀磷酸鋰而提取磷酸鋰的步驟可通過使所述氫氧化鎂的表面電荷為正電荷而使鋰的損失最小化，其允許具有負電荷的硼離子吸收到氫氧化鎂的表面以防止帶正電荷的鋰離子的吸附。在本專利技術的一個實施方式中，步驟d)的所述含鋰溶液的pH可調節至12或更高。在本專利技術的一個實施方式中，所述磷供應材料可為選自由磷、磷酸和磷酸鹽本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.08.12 KR 10-2010-0077946;2010.12.07 KR 10-2011.一種通過電解從含鋰溶液中提取高純度的鋰的方法，包括步驟: 通過加入磷供應材料而由所述含鋰溶液制備磷酸鋰的水溶液；和 使用電解裝置通過電解從所述磷酸鋰的水溶液提取鋰，所述電解裝置包含陽極和陰極，所述陰極通過陽離子交換膜與所述陽極隔開。2.按權利要求1所述的方法，其中，在所述陽極加入所述磷酸鋰的水溶液且在所述陰極加入去離子水后，施加電流以移動從所述陽極分離的鋰離子到所述陰極，以還原所述鋰離子。3.按權利要求1所述的方法，其中，通過在含磷的水溶液中溶解磷酸鋰而制備所述磷酸鋰的水溶液，所述磷酸鋰通過在所述含鋰溶液中加入磷供應材料而生產。4.按權利要求1所述的方法,其中，所述電解在0.ΟΙΑ/cm2至0.075A/cm2范圍內的電流密度和15°C至25°C范圍內的電解溫度的條件下進行。5.按權利要求5所述的方法，其中，所述陽離子交換膜為多孔的，具有10%至50%的孔山/又ο6.按權利要求2所述的方法，其中，在所述電解的還原中，所述陽極和所述陰極處于惰性氣體環境下。7.按權利要求6所述的方法，其中，所述惰性氣體為氬。8.按權利要求1所述的方法，其中，所述陽離子交換膜為允許陽離子通過的聚合物膜。9.按權利要求8所述的方法 ，其中，所述陽離子交換膜包括選自由磺酸基、羧酸基、磷酸基、硫酸酷基、氣基和憐酸酷基組成的組中的至少一種官能基團。10.按權利要求2所述的方法，其中，所述電解后，在所述陰極的鋰離子濃縮溶液的pH超過7。11.按權利要求2所述的方法，其中，通過鋰離子向所述陰極的移動而濃縮的溶液為氫氧化鋰的水溶液。12.按權利要求11所述的方法，其中，所述方法進一步包括沉淀步驟，然后通過所述氫氧化鋰的水溶液與二氧化碳氣體或含碳酸鹽的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：全雄，金起弘，權五俊，宋昌浩，韓基天，金畿永，
申請(專利權)人：浦項產業科學研究院，
類型：
國別省市：