一种电渗析除硼的方法

本发明属于电渗析技术在化工领域中的应用，进行盐和酸的分离，具体涉及一种电渗析除硼方法。

背景技术：

1、由于近年来锂离子电池行业的蓬勃发展，随着现代电子行业的不断发展，锂作为自然界最轻的金属以其应用广泛的特点逐渐占领了市场。锂是生产富镍正极材料的主要锂盐，其需求一直在快速增长。目前，全球锂资源主要分为一级资源和二级资源。一级资源中锂主要储存于盐湖卤水、粘土、矿石和海水中，其中全球盐湖卤水中的锂资源占总储存量的62％。二级资源中锂主要来源于废弃锂电池及其生产过程中产生的废水，其中可直接回收提取的锂约占5-7％。含锂矿石和富锂盐湖卤水是主要的锂资源，且对于海水除硼也有大量研究。

2、现有除硼技术通常采用反渗透法，但是也存在诸多不足：目前反渗透膜对较小的不带电分子的截留率较低，而天然海水ph下作为主要硼存在形式的硼酸是电中性分子，因此单程海水反渗透对硼的去除率较低；其次，硼酸的斯托克斯半径只有0.2nm，硼酸分子通过反渗透膜时空间位阻非常弱，很容易随水分子一起透过反渗透膜；硼酸分子的三个羟基易与水分子结合形成氢键，这也使得反渗透膜对硼酸的截留率较低，所以反渗透对海水中硼的截留率40％-60％左右，甚至更低。

3、还有吸附法进行除硼，虽然价格便宜，但是也存在诸多不足：无法回收，水体容易受到吸附剂的污染，且难以控制吸附过程。

技术实现思路

1、本发明的目的是采用电渗析技术取代目前的反渗透法、吸附法等方法，提供一种应用电渗析技术除硼的方法，以解决其他工艺中存在的问题，实现锂的高收率和硼的高除率，并且减少对环境的危害，并具有一定的经济效益。

2、一种电渗析除硼的方法，所述方法采用装配有阴离子交换膜和阳离子交换膜的淡/浓两隔室电渗析装置，具体包括如下步骤：

3、将硫酸钠溶液、含有硼酸的氯化锂水溶液和去离子水分别输送至电渗析装置的极液室、淡室和浓室，各隔室的料液通过独立管道各自循环流动，各隔室液体流速保持一致，以避免隔室间存在压差而产生渗透；将电渗析装置的阴极和阳极分别与直流电源的负极和正极相连接，启动电渗析装置进行处理，处理过程中，淡室中的锂离子通过阳离子交换膜迁移至浓室，与反方向从另一淡室通过阴离子交换膜迁移至该浓室的氯离子生成氯化锂，通过电导率仪测试淡室电导率不再降低或浓室电导率不再上升，视为反应终点，最后淡室得到硼酸溶液，浓室得到氯化锂溶液。

4、本发明使用的电渗析装置包括恒压直流电源、阳极板、阴极板和电渗析膜堆；

5、所述电渗析膜堆设于阳极板和阴极板之间，所述电渗析膜堆的最外侧膜与相邻的极板形成极液室；所述电渗析膜堆由阳离子交换膜、阴离子交换膜依次间隔排列构成且最外侧膜均为阳离子交换膜,所述的阳膜和阴膜之间均设有网状隔板；所述的电渗析膜堆由至少一个电渗析单元组成，每个电渗析单元由阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜依次间隔排列构成两隔室结构，其中靠近阳极的为浓室，靠近阴极的是淡室；

6、本发明所述的电渗析装置还包括浓室罐、淡室罐和极液罐，所述的浓室罐、淡室罐和极液罐各自通过循环泵与浓室、淡室和极液室形成循环回路，浓室罐、淡室罐和极液罐中的起始料液分别为去离子水、含有硼酸的氯化锂溶液和硫酸钠水溶液。

7、作为优选，所述阳离子交换膜为cmx型阳离子交换膜(cmx，日本astom公司)，阴离子交换膜为amx型阴离子交换膜(amx，日本astom公司)。

8、作为优选，硫酸钠水溶液浓度为0.3m-0.5m。

9、作为进一步的优选，电渗析处理的条件为：电渗析膜堆由3～10个电渗析单元组成，每张膜有效面积为189cm2，各隔室料液在循环泵作用下各自循环流动，各隔室的料液流速保持一致并控制在10～50l/h，运行温度为15～30℃，采用恒定电压法，控制电压恒定在10～50v。

10、作为更进一步的优选，电渗析膜堆由5个电渗析单元组成。

11、作为更进一步的优选，运行温度为20～30℃，最优选25℃。

12、作为更进一步的优选，流速控制为20～40l/h，最优选30l/h。

13、作为更进一步的优选，控制电压恒定为10～20v，最优选为12v。

14、与现有技术相比，本发明应用电渗析技术从氯化锂中除硼，无需添加其他试剂就能实现锂的高收率和硼的高除率，除硼率可达95％，氯化锂的回收率可达98％，氯化锂浓度可达20g/l以上，可直接沉锂。整个分离系统采用闭路循环，基本实现零排放，是一项绿色环保的分离技术，具有显著的原子经济性、工业应用价值和环境效益。

技术特征：

1.一种电渗析除硼的方法，其特征在于：所述方法采用装配有阴离子交换膜和阳离子交换膜的淡/浓两隔室电渗析装置，具体包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的电渗析装置包括恒压直流电源、阳极板、阴极板和电渗析膜堆；

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述阳离子交换膜为cmx型阳离子交换膜，阴离子交换膜为amx型阴离子交换膜。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：硫酸钠水溶液浓度为0.3m-0.5m。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：电渗析处理的条件为：电渗析膜堆由3～10个电渗析单元组成，每张膜有效面积为189cm2，各隔室料液在循环泵作用下各自循环流动，各隔室的料液流速保持一致并控制在10～50l/h，运行温度为15～30℃，采用恒定电压法，控制电压恒定在10～50v。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：电渗析膜堆由5个电渗析单元组成。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：运行温度为20～30℃。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：流速控制为20～40l/h。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于：控制电压恒定为10～20v。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于：电渗析膜堆由5个电渗析单元组成；控制运行温度为25℃，流速为30l/h，电压为12v。

技术总结
本发明公开了一种电渗析除硼的方法，所述方法采用装配有阴离子交换膜和阳离子交换膜的淡/浓两隔室电渗析装置，包括如下步骤：将硫酸钠溶液、含有硼酸的氯化锂水溶液和去离子水分别输送至电渗析装置的极液室、淡室和浓室，各隔室的料液通过独立管道各自循环流动，各隔室液体流速保持一致；将电渗析装置的阴极和阳极分别与直流电源的负极和正极相连接，启动电渗析装置进行处理，通过电导率仪测试淡室电导率不再降低或浓室电导率不再上升，视为反应终点，最后淡室得到硼酸溶液，浓室得到氯化锂溶液。本发明方法无需添加其他试剂就能实现锂的高收率和硼的高除率，基本实现零排放，具有显著的原子经济性、工业应用价值和环境效益。

技术研发人员：沈江南,阮慧敏,崔海龙,董云迪,卢昊,魏海丽
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12