吸附法提鋰快洗除鎂工藝技術(shù)研究*

張黎輝，楊志平，李存增，陳 亮，張海燕，陳 魯，王 亮

（1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京100082；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院）

工業(yè)技術(shù)

吸附法提鋰快洗除鎂工藝技術(shù)研究*

張黎輝1，楊志平2，李存增2，陳 亮2，張海燕2，陳 魯1，王 亮1

（1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京100082；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院）

對吸附法從鹽湖鹵水中提取鋰的快洗除鎂工藝技術(shù)進行了實驗研究。結(jié)果表明：以質(zhì)量濃度為187 g/L的氯化鈉溶液作為沖洗劑，在常溫下對飽和吸附劑在淋洗前進行快速沖洗除鎂，通過控制接觸時間為2min以及2個床體積的快洗體積，可以有效地除去吸附劑間夾雜的鹵水，達到良好的除鎂效果。

吸附法；提鋰；除鎂；鹽湖鹵水

鋰金屬及其合金和化合物已在輕質(zhì)高比強合金、冶金、煉鋁、高能電池、核能發(fā)電、醫(yī)藥、玻璃、陶瓷、潤滑脂、石油、化工、有機合成、輕金屬焊接、非金屬礦物表面改性和日用品等眾多領(lǐng)域獲得廣泛應用。鋰資源的開發(fā)及研究工作已經(jīng)由以前的固體鋰礦逐漸轉(zhuǎn)變到目前的液體鋰礦，液體鋰礦以鹵水中的鋰含量最多［1-2］。中國的鹵水鋰資源儲量居世界第三位，主要分布在青海和西藏鹽湖中，其中青海柴達木盆地鹽湖鋰資源的蘊藏量居中國第一，鋰按氯化鋰儲量計算達到1 500萬t左右［3］。

吸附法提取鋰工藝主要是通過特種鋰吸附劑選擇性地吸附鹵水中的鋰，然后將吸附劑上吸附的鋰淋洗下來，再經(jīng)濃縮沉淀得到碳酸鋰產(chǎn)品［4-5］。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，針對高鎂鋰比鹵水，如果對吸附飽和的吸附劑直接淋洗，得到的淋洗液中鎂濃度偏高，鎂鋰沒有得到有效的分離。因此在對飽和吸附劑淋洗之前需要進行處理，以降低吸附劑上鎂的殘留［6］。

1 實驗部分

1.1 材料及設備

材料：AI-9型提鋰吸附劑，表觀密度為850～900 kg/m3，濕真密度為 1 390 kg/m3，干真密度為1 890 kg/m3，含水質(zhì)量分數(shù)約為20%，粒度為0.8～1.2mm，比表面積為2 000～3 000m2/g，鋰飽和吸附容量為4.0～4.5mg/mL；鹵水，元素組成及有關(guān)物理性質(zhì)見表1。

表1 鹵水元素組成及有關(guān)物理性質(zhì)（20℃）

設備：有機玻璃吸附柱，高為4 000mm，直徑為100mm，吸附柱采用塑料軟管連接；自吸泵；pH-3C精密pH計；聚四氟乙烯攪拌漿和抽濾器等。

1.2 實驗過程

吸附劑上殘留的鎂離子主要存在于鹵水中，欲針對性地去除這部分鎂離子必須進一步減少殘留的鹵水。吸附飽和的吸附柱通過前一步排空后，殘留鹵水主要存在于吸附劑之間、吸附劑表面和吸附劑內(nèi)部孔隙中。為了盡可能多地降低鎂離子的殘留同時盡量減少鋰離子的損失，實驗考察了不同沖洗劑、不同沖洗溫度和不同接觸時間對快洗除鎂效果的影響［7-9］。

1）沖洗劑選擇。根據(jù)提鋰工藝特點以及沖洗劑的經(jīng)濟性、除鎂效果等幾個因素，選擇氯化鈉溶液作為沖洗劑。選取質(zhì)量濃度分別為142、187 g/L的氯化鈉溶液和飽和氯化鈉溶液作為沖洗劑。實驗條件：接觸時間為5min，沖洗線速度為14.4m/h，沖洗流量為113 L/h。

2）接觸時間實驗。接觸時間與鎂的去除效果有非常大的關(guān)系，接觸時間越長殘留鎂洗得越干凈，帶來的負面效應是鋰的損失也越大。因此，如果采取常規(guī)的接觸時間，在去除鎂的同時鋰的損失也非常大。實驗過程中采取短的接觸時間進行快速沖洗。選取接觸時間分別為1、2、3、4、5min，沖洗線速度為14.4m/h，考察不同的接觸時間對快洗除鎂的效果。

3）沖洗溫度實驗。液體黏度的大小取決于其性質(zhì)與溫度，溫度升高鹵水的黏度將迅速減小。實驗分別選取在20、35、55℃下對飽和吸附劑進行沖洗實驗，考察不同溫度下的快洗除鎂效果。實驗條件：接觸時間為2min，沖洗線速度為14.4m/h，沖洗流量為113 L/h，洗滌體積為2個床體積（V/Vc=2）。

沖洗液中鋰離子和鎂離子的質(zhì)量濃度檢測分別采用原子吸收分光光譜法和化學滴定法。

2 結(jié)果與討論

2.1 沖洗劑質(zhì)量濃度對快洗除鎂效果的影響

采用不同質(zhì)量濃度的NaCl溶液沖洗飽和吸附劑，沖洗液中鎂離子和鋰離子的質(zhì)量濃度見圖1a、b。從圖1a、b可以看出，選取質(zhì)量濃度為142、187g/L的NaCl溶液和飽和NaCl溶液作為沖洗劑洗滌2個床體積后，沖洗液中鎂離子質(zhì)量濃度均降到1 g/L以下，但是NaCl的質(zhì)量濃度對鋰離子的洗出有很大的影響。當NaCl質(zhì)量濃度為142 g/L時，在沖洗過程中鋰離子也很明顯地被同步?jīng)_洗出來，沖洗液中鋰離子質(zhì)量濃度最高達到700mg/L，而當NaCl質(zhì)量濃度為187 g/L時鋰離子的損失很小。使用飽和NaCl溶液洗鎂的效果與使用質(zhì)量濃度為187 g/L的氯化鈉溶液的效果基本一致，但是成本將會增加很多。所以選擇質(zhì)量濃度為187 g/L的NaCl溶液作為沖洗劑，可以滿足除鎂要求。

圖1 不同質(zhì)量濃度NaCl2溶液沖洗飽和吸附劑對沖洗液中鎂離子(a)和鋰離子(b)質(zhì)量濃度的影響

2.2 接觸時間對快洗除鎂效果的影響

考察了不同接觸時間沖洗飽和吸附劑對沖洗液中鎂離子和鋰離子質(zhì)量濃度的影響，實驗結(jié)果見圖2a、b。從圖2a可以看出，沖洗液中鎂離子的質(zhì)量濃度隨著沖洗時間的延長而快速降低，當接觸時間達到2min以后沖洗液中鎂離子的質(zhì)量濃度趨于平緩，當接觸時間達到3min以后沖洗液中鎂離子的質(zhì)量濃度降到1 g/L以下。同時由圖2b可以看出，當接觸時間大于2min以后沖洗液中鋰離子的質(zhì)量濃度緩慢出現(xiàn)高峰，鋰損失增大。因此選擇接觸時間為2min，在此接觸時間條件下沖洗引起的鋰損失率在15%左右。從上述實驗數(shù)據(jù)分析可知，只要控制好接觸時間，采用快洗的方式，可以較好地除去吸附劑中夾帶的鹵水，從而達到淋洗前除去大部分鎂離子的效果。

圖2 不同接觸時間沖洗飽和吸附劑對沖洗液中鎂離子(a)和鋰離子(b)質(zhì)量濃度的影響

2.3 沖洗溫度對快洗除鎂效果的影響

考察了不同沖洗溫度對沖洗液中鎂離子質(zhì)量濃度的影響，實驗結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，提高溫度對洗鎂效果的影響不大。主要是因為在沖洗過程中，由于接觸時間短和沖洗液流速很大，溫度升高雖然能夠降低鹵水的黏度使鎂離子從吸附劑孔隙中擴散出來的速度增加，但是沖洗液快速通過樹脂時對鹵水洗滌效果的影響大于溫度提高所帶來的影響，因此溫度變化對沖洗液中鎂離子質(zhì)量濃度的影響不大。同時，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，由于溫度升高，鋰的損失率也有所增加。因此，從經(jīng)濟及工藝操作方面考慮采用常溫沖洗。

圖3 不同沖洗溫度對沖洗液中鎂離子質(zhì)量濃度的影響

3 結(jié)論

對吸附法從鹽湖鹵水中提取鋰的工藝進行了快洗除鎂實驗條件研究。結(jié)果表明：在常溫下采用質(zhì)量濃度為187 g/L的氯化鈉溶液對飽和吸附劑進行淋洗前快速沖洗除鎂，通過控制接觸時間為2min以及2個床體積的快洗體積，可以有效地除去吸附劑間夾雜的鹵水，達到較好的除鎂效果。

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［2］ 劉建軍.我國鋰工業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展對策［J］.新材料產(chǎn)業(yè)，2004（5）：32-37.

［3］ 羅清平，郭朋成，李存增，等.我國鋰資源分布及提取工藝研究現(xiàn)狀［J］.濕法冶金，2012，31（2）：67-70.

［4］ 李燕茹，袁建軍，朱亮，等.鹽湖鹵水碳酸鋰提取工藝過程研究［J］.無機鹽工業(yè)，2013，45（7）：12-14.

［5］ 乜貞，卜令忠，王云生，等.鹽湖鹵水資源鋰鎂分離的工藝技術(shù)［J］.無機鹽工業(yè)，2013，45（5）：1-4.

［6］ 戈曉海，羅清平，郭朋成，等.年產(chǎn)200噸碳酸鋰工業(yè)試驗——吸附法從鹵水中提鋰［Z］.國家科技成果，2007-02-12.

［7］ 李燕茹，朱亮，袁建軍，等.粗級碳酸鋰提純工藝過程研究［J］.無機鹽工業(yè)，2013，45（8）：15-18.

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［9］ 顏輝，鐘輝，陳念.新型鋰吸附劑的制備研究［J］.無機鹽工業(yè)，2014，46（2）：38-40.

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Research on lithium extraction w ith adsorptionmethod and fast leaching formagnesium removal technology

Zhang Lihui1，Yang Zhiping2，LiCunzeng2，Chen Liang2，Zhang Haiyan2，Chen Lu1，Wang Liang1

（1.Nuclearand Radiation Safety Center，MEP，Beijing 100082，China；2.Beijing Research Institute ofChemicalEngineeringand Metallurgy，CNNC）

The adsorptionmethod to extract lithium from saline lake brine and fast leaching formagnesium removal technology were studied.Results showed taking NaCl solution withmass concentration of187 g/L as the leaching agent，fast leaching the saturated sorbentat room temperature beforewashing to removemagnesium ions，controlling the contacting time at2min and 2 bed-volume for fast leaching，the brine between the sorbents could be effectively removed to reach good magnesium removing effect.

adsorptionmethod；lithium extraction；magnesium removal；salt lake brine

TQ131.11

A

1006-4990（2016）12-0052-03

2016-06-24

張黎輝（1974— ），女，碩士，高級工程師，研究方向為化工和環(huán)保。

王亮，男，博士，高級工程師。

科技部重大專項項目（2013ZX06002001-13）。

聯(lián)系方式：dyzhlh@126.com