本發(fā)明涉及電化學提鋰，具體涉及一種電化學鎂鋰梯級提取系統(tǒng)及提取方法。

背景技術：

1、鋰具有諸多優(yōu)良的物理化學性質，其功能和用途十分廣泛，被譽為“白色石油”。鋰產(chǎn)品最初主要應用于軍事上，隨著新能源、冶金、航天航空以及玻璃制造等行業(yè)的快速發(fā)展，人們對鋰的需求量逐年攀升，提鋰工藝技術的發(fā)展也日益受到重視，地殼中鋰的含量僅為0.0065％左右，其中少部分存在于巖石礦床中，而約80％的鋰資源蘊含于鹽湖鹵水中。隨著新能源的普及應用，人們對鋰資源的需求量逐年急增，所以實現(xiàn)鋰資源的高效低成本開發(fā)來適應民生經(jīng)濟的高速發(fā)展是必然要求。

2、鹽湖具有豐富的鋰資源，然而現(xiàn)有鋰資源開發(fā)技術主要針對經(jīng)過自然蒸發(fā)得到的鹽湖老鹵展開鋰資源的提取，存在生產(chǎn)周期長和高成本的問題。近年來，新型電化學提鋰技術逐漸開始應用于鹽湖提鋰，但是在高鎂鋰比鹽湖中提鋰，其提鋰性能會受到影響。

3、在高鎂鋰比鹽湖中提鋰，傳統(tǒng)電化學提鋰工藝因效率低、電極易鈍化、膜污染等不足，其應用前景受限。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種適用于高鎂鋰比鹽湖鹵水的電化學鎂鋰梯級提取系統(tǒng)及提取方法，該提取方法具有低成本、工藝簡單、對氫氧化鎂的回收率高等優(yōu)點，且沉淀后的氫氧化鎂可資源化利用。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了如下的技術方案：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種電化學鎂鋰梯級提取系統(tǒng)，包括：

4、電解室；

5、鹵水罐，通過管道與所述電解室連通，用于向所述電解室輸送鹽湖鹵水；

6、電解組件，設于所述電解室中，其包括夾層電極模塊以及連接于所述夾層電極模塊下方的隔網(wǎng)；所述夾層電極模塊與所述隔網(wǎng)共同將所述電解室分隔成陽極室和陰極室，所述夾層電極模塊用于與外部電源連通以對所述電解室中的鹽湖鹵水進行電解，所述隔網(wǎng)用于防止所述陰極室中產(chǎn)生的氫氧化鎂進入到所述陽極室；以及

7、過濾單元，通過管路連接于所述陰極室與所述鹵水罐之間，用于對所述陰極室輸送過來的陰極液進行過濾以分離其中的氫氧化鎂沉淀，并將過濾后的陰極液輸送至所述鹵水罐。

8、現(xiàn)有技術中，針對鹽湖鹵水除鎂提鋰的方法有很多，比如膜法、藥劑法等。膜法會產(chǎn)生膜污染、膜成本高等問題，藥劑法是直接加堿，這會造成環(huán)境污染問題，方法比較落后。

9、針對高鎂鋰比的鹽湖鹵水，本發(fā)明提供了一種電化學鎂鋰梯級提取系統(tǒng)，通過電解時陰極產(chǎn)生的高濃度的oh-與鹵水中的mg2+進行沉淀反應形成氫氧化鎂沉淀，再過濾分離，從而實現(xiàn)了鹵水中鋰離子與鎂離子的選擇性分離。分離后的濾液再補充到電解室內進行循環(huán)處理，從而可以實現(xiàn)鹵水中鎂離子的完全分離。而去除氫氧化鎂的陰極液經(jīng)過富集、濃縮后，可通過其他提鋰方法對其中的鋰離子進行回收，從而得到高純度的碳酸鋰。

10、本發(fā)明中，隔網(wǎng)安裝于夾層電極模塊的下側，其與夾層電極模塊一起將電解室分隔成陽極室和陰極室。隔網(wǎng)可以使陰極室與陽極室之間交換反應液，并允許鹵水中的陰陽離子，如mg2+、li+、h+、oh-等通過，使陽極與陰極之間形成電通路；另外，隔網(wǎng)的存在還可以阻止陰極室中產(chǎn)生的氫氧化鎂進入到陽極室，從而充分回收鹵水中的鎂離子。

11、本發(fā)明中，為了阻止陰極室中產(chǎn)生的氫氧化鎂進入到陽極室，隔網(wǎng)中的網(wǎng)孔需要具備較高的致密度。優(yōu)選地，隔網(wǎng)的目數(shù)≥200目，例如可以為200目、300目、400目、500目、600目、700目、800目等。

12、本發(fā)明中，對于隔網(wǎng)的材質不作限制，從成本、耐用性等方面考慮，隔網(wǎng)優(yōu)選為尼龍網(wǎng)。在其他的實施例中，隔網(wǎng)還可以為各類能進行離子交換的膜。

13、本發(fā)明中，夾層電極模塊包括陽極、陰極以及夾設于陽極與所述陰極之間的絕緣層。絕緣層的目的是隔開陽極和陰極。本發(fā)明對于絕緣層的材料不限，例如可以為泡沫板。陽極和陰極可采用本領域在電解水時常用的陽極和陰極，例如在一些優(yōu)選的實施例中，陽極為石墨板，陰極為不銹鋼網(wǎng)。這種夾層電極模塊省去了膜的使用，有利于降低成本。

14、本發(fā)明中，將夾層電極模塊設于隔網(wǎng)的上側，與隔網(wǎng)共同將陽極室與陰極室分隔開來，一方面可以防止陰極室內形成的氫氧化鎂沉淀在陰極表面積累，影響電解的效率，另一方面隔網(wǎng)上側的夾層電極模塊可以阻礙陽極液中的氫離子與陰極液中的氫氧根離子通過隔網(wǎng)進行混合，從而有利于提高氫氧化鎂的回收效率。

15、為了使陰極室內產(chǎn)生更多的oh-，以達到更好地產(chǎn)氫氧化鎂的效果，在一些優(yōu)選的實施例中，可以向陰極室內添加高比表面積的金屬材料，并使其與陰極電性連接，從而增加陰極的反應面積，因而可以產(chǎn)生更多的oh-。其中，當陰極室的容積為3～5l時，高比表面積的金屬材料的添加量以300～500g為宜，例如可以為300g、350g、400g、450g、500g等。若高比表面積的金屬材料的添加量過高，反而會增加電耗，進而影響提取效率。

16、上述高比表面積的金屬材料可為金屬絲、金屬網(wǎng)、金屬片中的至少一種，其材質優(yōu)選為與陰極材料相同。優(yōu)選地，所述高比表面積的金屬材料為不銹鋼刨絲。

17、在本發(fā)明的一些實施例中，陽極室和陰極室的頂部都開開設有排氣口，用于反應過程中產(chǎn)生的氣體的排出，以保證裝置的正常工作。

18、本發(fā)明中，在陽極室和陰極室上均設有出水口，分別用于排出陽極室內的陽極液和陰極室內的陰極液。其中，排出的陽極液呈酸性，其可以用來清洗過濾單元，以除去表面殘留的氫氧化鎂沉淀。優(yōu)選地，所述陰極室的出水口為溢流出水口。

19、本發(fā)明中，過濾單元通過管路連接于陰極室的出水口與鹵水罐之間，其包括過濾罐和設于過濾罐內的濾芯。陰極液進入到過濾罐后，經(jīng)過濾芯的過濾，從而分離出其中的氫氧化鎂沉淀。而過濾罐內的濾液進一步通過管道流入到鹵水罐中重復利用，從而可以用于循環(huán)保鋰。

20、在本發(fā)明的一些實施例中，電化學鎂鋰梯級提取系統(tǒng)還包括陽極液儲存罐，所述陽極液儲存罐通過管道連接于所述陽極室，用于儲存陽極液。

21、在本發(fā)明的一些實施例中，電化學鎂鋰梯級提取系統(tǒng)還包括緩沖室。緩沖室通過管道連接于鹵水罐與電解室之間，通過該緩沖室可以直接向陰極室和陽極室供液。

22、在本發(fā)明的一些實施例中，在鹵水罐與緩沖室之間設置第一泵體，用于將鹵水罐中的鹽湖鹵水泵送至電解室中。同樣的，在過濾單元與鹵水罐之間設有第二泵體，用于將過濾罐中的濾液泵送至鹵水罐中；在陽極室的出水口與陽極液儲存罐之間設有第三泵體，用于排出陽極液。通過設置的第一泵體、第二泵體和第三泵體，可以實現(xiàn)電解室進液和出液速度的控制，以達到更好的提鋰效果。通過第一泵體與第二泵體的泵送，可以實現(xiàn)鹵水/陰極液在鹵水罐、陰極室以及過濾單元之間的循環(huán)流動。優(yōu)選地，所述第一泵體、第二泵體和第三泵體為蠕動泵。

23、本發(fā)明第二方面提供了所述的電化學鎂鋰梯級提取系統(tǒng)在高鎂鋰比鹽湖鹵水提鋰中的應用。

24、進一步地，所述高鎂鋰比鹽湖鹵水中，鎂離子的濃度為250mg/l～1000mg/l，鋰離子的濃度為50mg/l～100mg/l。

25、本發(fā)明第三方面提供了一種電化學鎂鋰梯級提取方法，采用前述的電化學鎂鋰梯級提取系統(tǒng)，并包括以下步驟：

26、將鹵水罐中的鹽湖鹵水輸送至電解室內，并在電解室內發(fā)生電解反應；

27、將所述陰極室內的陰極液輸送至過濾單元內進行過濾，并回收分離得到的氫氧化鎂沉淀；然后將濾液輸送至鹵水罐中循環(huán)利用；

28、當所述鹽湖鹵水中的鎂離子被分離后結束電解，將陰極液富集、濃縮后，回收其中的鋰。

29、進一步地，在電解之前，將陽極連接于外部電源的正極上，將陰極連接于外部電源的負極上，啟動電源，使陽極與陰極之間形成電通路，即可進行電解。在電解的過程中，鹵水中的li+、mg2+向陰極移動并富集于陰極室內，其中mg2+遇到陰極產(chǎn)生的oh-發(fā)生反應形成氫氧化鎂，并隨陰極液進入到過濾單元內過濾，從而分離出氫氧化鎂沉淀。氫氧化鎂可以進行回收后轉化為高附加值產(chǎn)品，極大提升了鹽湖資源的綜合利用效率。

30、優(yōu)選地，陽極與陰極之間產(chǎn)生的電場的電壓范圍為0.1～6v，例如可以為0.1v、0.5v、1v、2v、3v、4v、5v、6v等；電流密度優(yōu)選為10～30ma/cm2，例如可以為10ma/cm2、12ma/cm2、15ma/cm2、18ma/cm2、20ma/cm2、22ma/cm2、25ma/cm2、28ma/cm2、30ma/cm2等。

31、進一步地，在電解的過程中，優(yōu)選地控制第一泵體的蠕動速度為50～200ml/min，第二泵體的蠕動速度為10～50ml/min，第三泵體的蠕動速度為10～50ml/min，這一蠕動速度能夠達到較好的提鋰效果。

32、進一步地，陽極室內的陽極液呈酸性，回收后可以用于清洗過濾單元內的濾芯，從而實現(xiàn)了陽極液的充分利用。

33、進一步地，當鹽湖鹵水中的鎂離子被完全分離后，將陰極液富集、濃縮，可通過電解、微濾處理等手段得到高純度的碳酸鋰產(chǎn)品。例如，將陰極液濃縮一定倍數(shù)后，可向其中添加碳酸鈉或碳酸氫鈉使碳酸鋰析出，然后過濾獲得高純度的碳酸鋰產(chǎn)品。優(yōu)選地，向陰極液中添加碳酸氫鈉。由于碳酸氫鈉電離出來的碳酸氫根離子可與陰極液中的氫氧根離子結合生成碳酸根離子和水，從而可以起到調節(jié)陰極液堿度的作用，相比直接藥劑法節(jié)約了藥劑的加入；同時，產(chǎn)生的碳酸根離子再與鋰離子反應生成碳酸鋰而析出。

34、在一些優(yōu)選的實施方式中，當所述鹽湖鹵水中的鎂離子被完全分離后，取出陰極室中的不銹鋼刨絲，并向陰極室中的陰極液添加一定量的碳酸氫鈉，然后接通電源繼續(xù)進行電解。碳酸氫根離子可與陰極液中的氫氧根離子結合生成碳酸根離子和水，碳酸根再與鋰離子反應生成碳酸鋰而析出。然后，含有碳酸鋰的陰極液被輸送至過濾單元過濾，從而回收其中的碳酸鋰。濾液接著被輸送至鹵水罐進行循環(huán)處理。因此，通過本發(fā)明的電化學鎂鋰梯級提取系統(tǒng)，可以實現(xiàn)鎂和鋰的提取。

35、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

36、1.本發(fā)明提供的電化學鎂鋰梯級提取方法，基于由絕緣層分隔開的陰極和陽極夾層結構電極模塊工作，實現(xiàn)鹵水鋰鎂資源的電化學直接分離，并額外增加連接到陰極反應腔室的過濾單元，用來過濾陰極液形成的氫氧化鎂沉淀，達到回收氫氧化鎂的目的。該方法工藝簡單，能夠實現(xiàn)鹵水中鎂鋰的高效分離，并且不需要使用膜，因此避免了膜分離法在鹽湖鹵水提鋰中膜壽命短、水耗量和能源消耗量大的問題；另外本發(fā)明的提取方法不存在交換速度，也不具有溶損度，因此成本低，經(jīng)濟性高，工業(yè)上能夠大力推廣。

37、2.本發(fā)明提供的電化學鎂鋰梯級提取方法中，陰極液經(jīng)過濾單元過濾分離出氫氧化鎂沉淀后，再次被送入鹵水罐中進行循環(huán)處理，既可以起到循環(huán)保鋰的作用，同時循環(huán)處理能夠極大地提高對于鎂離子的分離效率，對于氫氧化鎂的回收率高達100％。

38、3.本發(fā)明提供的電化學鎂鋰梯級提取方法中，經(jīng)過除鎂后的陰極液中富含鋰離子，經(jīng)過富集、濃縮后，可通過進一步電解、微濾處理等手段得到高純度的碳酸鋰產(chǎn)品，從而實現(xiàn)了鹽湖鹵水中鋰的高效提取。該方法不依賴膜以及添加藥劑，是一種綠色、高效的鹽湖鹵水提鋰方法。

39、4.本發(fā)明提供的電化學鎂鋰梯級提取方法，既可用于處理高鎂鋰比的鹽湖鹵水，也可以處理不同類型的鹵水。該提取方法可以實現(xiàn)鎂離子的高效資源化利用，產(chǎn)生的氫氧化鎂回收后可轉化為高附加值產(chǎn)品，極大提升了鹽湖資源的綜合利用效率，具有較好的產(chǎn)業(yè)化前景。