一种锂镁分离装置及分离方法

本发明涉及一种分离装置，尤其涉及一种锂镁分离装置及对应的分离方法。

背景技术：

1、锂及其盐类广泛应用于化工、冶金、航天、核工业等领域，是21世纪重要的战略资源，被称为白色石油。随着电动车和新能源快速发展，全球对锂资源的需求越来越大。我国不仅是全球最大锂消费国，也是锂资源大国。我国盐湖锂资源丰富，位居世界第三。我国有80%的锂资源处于盐湖中，而我国盐湖主要处于青藏高原上，青海盐湖镁锂比高、提取难度大，西藏盐湖生态环境脆弱、工业基础差，给盐湖锂提取的产量扩大提出了更高的技术要求。因此，加速发展先进提锂技术，对保障我国锂资源安全稳定供应具有战略意义。

2、目前已发展了多种技术方法来实现盐湖提锂。沉淀法只适用于含锂浓度高和低镁锂比的盐湖，不具有普适性；萃取法会导致设备腐蚀和有机物残留，对环境造成污染；煅烧法的能源成本高，排放酸雾导致空气污染；吸附法锂的溶损率高、吸附速度慢、淡水用量大；纳滤膜法需要在一定压力下持续运行，使得锂镁分离能耗高，另外，其选择性较低，膜寿命短，增加了锂提取成本；电渗析方法的锂通量较低、能耗大，并且对原卤水的要求较高。可见，没有一种锂镁分离方法能够包打天下，因此发展新型的锂镁分离技术，提高锂镁分离性能，降低锂镁分离方法的能耗和成本，对我国盐湖提锂产业发展和锂资源安全供应具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提供了一种锂镁分离装置及锂镁分离方法，该装置无需外部能耗即可实现锂镁分离，且成本低、锂通量大。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种锂镁分离装置，包括

3、锂镁分离膜和提取液，所述锂镁分离膜为离子渗透膜，待分离卤水与所述提取液中离子经过所述锂镁分离膜进行离子交换，待分离卤水即含有锂离子和镁离子的溶液，需要将其中锂离子与镁离子分离，实现提锂的目的；

4、所述锂镁分离膜包括基膜和功能层，所述功能层附于所述基膜上，所述基膜为阳离子交换膜，所述功能层至少附于所述锂镁分离膜的第一侧面，所述待分离卤水中的离子经所述锂镁分离膜后至第一侧面的功能层后至所述提取液；

5、所述功能层至少包括一层阳离子聚合物层，所述阳离子聚合物层与所述阳离子分离膜之间形成界面电场；

6、所述提取液中含用于与待分离卤水中阳离子进行离子交换的阳离子。

7、作为一种优选方案，所述提取液中含一价阳离子。

8、作为一种优选方案，所述提取液为nacl溶液、hcl溶液、kcl溶液中其一、其二混合液或其三混合液。

9、作为一种优选方案，本发明中的锂镁分离装置还包括溶液池，所述溶液池通过所述锂镁分离膜间隔为第一区域和第二区域，所述第一区域内容置所述待分离卤水，所述第二区域内容置所述提取液。作为一种优选方案，所述第二区域内的提取液循环流动。

10、作为一种优选方案，所述功能层包括第一功能层和第二功能层，所述第一功能层和第二功能层分置于所述阳离子交换膜的第一侧面和第二侧面，所述第一功能层相同或不同。

11、作为一种优选方案，所述第一功能层包括有若干聚合物层，聚合物层包括阳离子聚合物层和阴离子聚合物层，阳离子聚合物层和阴离子聚合物层交错叠加分布，若干聚合物层中靠近所述阳离子交换膜的一层和远离所述阳离子交换膜的一层均为阳离子聚合物层。

12、作为一种优选方案，所述第一功能层中包含1~10层聚合物层。

13、作为一种优选方案，所述第一功能层和第二功能层相同，所述第二功能层用于加快所述待分离卤水中阳离子进入所述阳离子交换膜的速度。

14、作为一种优选方案，所述界面电场允许所述待分离卤水中的锂离子进入所述提取液，阻止镁离子进入所述提取液。

15、作为一种优选方案，所述提取液置于提取液池中，所述提取液池中的提取液通过动力泵在所述第二区域内循环流动。

16、另一方面，本发明提供了一种锂镁分离方法，

17、在阳离子交换膜上构建界面电场；

18、在阳离子交换膜两侧分别置放待分离卤水和提取液，所述待分离卤水中锂离子在浓度差和界面电场的作用下经过所述阳离子交换膜进入所述提取液中，镁离子在所述界面电场的作用下阻止在所述待分离卤水中。

19、作为一种优选方案，所述界面电场通过在所述阳离子交换膜中沉积阳离子聚合物层形成。

20、作为一种优选方案，所述阳离子交换膜上含有磺酸基、磷酸基、羧酸基、酚基、砷酸基、硒酸基中的一种或几种。

21、作为一种优选方案，所述界面电场方向与待分离卤水中阳离子运动方向相反。

22、再一方面，本发明还一种锂镁分离装置，该锂镁分离装置通过在阳离子交换膜与提取液之间形成界面电场，实现锂离子和镁离子分离，包括

23、阳离子交换膜和提取液，所述提取液中含阳离子，所述阳离子浓度为0.1~5mol/l，所述提取液与所述阳离子交换膜直接接触，所述提取液中的阳离子与所述阳离子交换膜之间形成界面电场；

24、待分离卤水与所述提取液分置于所述阳离子交换膜的两侧。

25、作为一种优选方案，所述提取液为氯化钠溶液、氯化氢溶液、氯化钾溶液中的一种或几种的混合液。

26、本发明所产生的有益效果包括：本发明中的锂镁分离装置在阳离子交换膜上构建界面电场，根据锂镁荷电量不同在界面电场内的电场力不同实现分离，并以提取液为交换基质，通过浓度差和电荷平衡驱动提取液与待分离卤水之间进行离子交换，进而实现提锂，无需外界驱动力，能耗低，对锂镁分离装置进行测试，得锂通量可达38g/h/m2，实现快速分离，提升效率。其具体效果见实施方式。

技术特征：

1.一种锂镁分离装置，其特征在于：包括

2.根据权利要求1所述的锂镁分离装置，其特征在于：所述提取液中含一价阳离子。

3.根据权利要求1所述的锂镁分离装置，其特征在于：所述提取液为nacl溶液、hcl溶液、kcl溶液中其一、其二混合液或其三混合液。

4.根据权利要求1所述的锂镁分离装置，其特征在于：还包括溶液池，所述溶液池通过所述锂镁分离膜间隔为第一区域和第二区域，所述第一区域内容置所述待分离卤水，所述第二区域内容置所述提取液。

5.根据权利要求4所述的锂镁分离装置，其特征在于：所述第二区域内的提取液循环流动。

6.根据权利要求1所述的锂镁分离装置，其特征在于：所述功能层包括第一功能层和第二功能层，所述第一功能层和第二功能层分置于所述阳离子交换膜的第一侧面和第二侧面，所述第一功能层相同或不同。

7.根据权利要求1或6所述的锂镁分离装置，其特征在于：所述第一功能层包括有若干聚合物层，聚合物层包括阳离子聚合物层和阴离子聚合物层，阳离子聚合物层和阴离子聚合物层交错叠加分布，若干聚合物层中靠近所述阳离子交换膜的一层和远离所述阳离子交换膜的一层均为阳离子聚合物层。

8.根据权利要求7所述的锂镁分离装置，其特征在于：所述第一功能层中包含1~10层聚合物层。

9.根据权利要求1所述的锂镁分离装置 ，其特征在于：所述第一功能层和第二功能层相同，所述第二功能层用于加快所述待分离卤水中阳离子进入所述阳离子交换膜的速度。

10.根据权利要求1所述的锂镁分离装置 ，其特征在于：所述界面电场允许所述待分离卤水中的锂离子进入所述提取液，阻止镁离子进入所述提取液。

11.根据权利要求4所述的锂镁分离装置，其特征在于：所述提取液置于提取液池中，所述提取液池中的提取液通过动力泵在所述第二区域与提取液池之间循环流动。

12.一种锂镁分离方法，其特征在于：

13.根据权利要求12所述的锂镁分离方法，其特征在于：所述界面电场通过在所述阳离子交换膜中沉积阳离子聚合物层形成。

14.根据权利要求12所述的锂镁分离方法，其特征在于：所述阳离子交换膜上含有磺酸基、磷酸基、羧酸基、酚基、砷酸基、硒酸基中的一种或几种。

15.根据权利要求12所述的锂镁分离方法，其特征在于：所述界面电场方向与待分离卤水中阳离子运动方向相反。

16.一种锂镁分离装置，其特征在于：包括

17.根据权利要求16所述的锂镁分离装置，其特征在于：所述提取液为氯化钠溶液、氯化氢溶液、氯化钾溶液中的一种或几种的混合液。

技术总结
本发明涉及一种锂镁分离装置及锂镁分离方法，锂镁分离装置通过在分离膜上构建界面电场或者在阳离子交换膜与提取液之间构建界面电场。该界面电场对于不同荷电量的阳离子具有不同的电场力强度，基于此实现锂离子和镁离子的分离，该装置无需外界能耗，锂通量大。

技术研发人员：朱嘉,郑洪芝,王晓君
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11