專利名稱：一種選擇性提取鋰的磷酸鐵離子篩及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 屬于提取冶金領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種含鋰溶液或者鹽湖鹵水中的鎂鋰 分離和高效提鋰的磷酸鐵離子篩及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
金屬鋰是目前人們發(fā)現(xiàn)的最輕的金屬，它被廣泛應(yīng)用于能源、化工、冶金等領(lǐng)域。 隨著能源問(wèn)題的日益突出，鋰離子電池得以快速發(fā)展，鋰及其化合物占據(jù)著不可替代的地 位。鹵水中蘊(yùn)藏著非常豐富的鋰資源，如鹽湖、地下鹵水等中都含有大量的鋰資源，目前世 界上鹵水中的鋰多以碳酸鋰或者氯化鋰的形式提取出來(lái)，采用的方法主要有溶劑萃取法、 沉淀法、碳化法、離子交換吸附等技術(shù)。但目前大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)采用的都是低鎂鋰比的鹵 水，如智利阿塔卡瑪鹽湖鹵水的鎂鋰比約為6 1，能夠滿足碳酸鋰生產(chǎn)的要求；而我國(guó)大 多數(shù)鹽湖的特征是鎂鋰比高，如西臺(tái)吉乃爾鹽湖鹵水的鎂鋰比高達(dá)40以上，少量Li+與大 量的Mg2+、S042_共存，鋰的提取十分困難。從高鎂低鋰的鹵水中提取鋰資源是目前公認(rèn)的一 個(gè)技術(shù)難題，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了廣泛的研究，但至今仍為形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè) 化生產(chǎn)。由于鹽湖鹵水中存在著性質(zhì)相近的堿金屬離子和堿土金屬離子，尤其是Li+、Mg2+ 的化學(xué)性質(zhì)比較接近，實(shí)現(xiàn)鎂鋰分離的過(guò)程變得非常困難。特別是如何突破高鎂鋰比的鹽 湖鹵水的鎂鋰分離，實(shí)現(xiàn)鋰的高效提取是開發(fā)鹽湖資源所面臨的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。研究者們通過(guò)廣泛的研究，提出采用離子吸附從鹽湖鹵水提取鋰的方法。傳統(tǒng)的 離子吸附法通過(guò)離子篩型氧化物如二氧化錳、氧化鈦等與鹵水接觸來(lái)選擇吸附鋰。吸附結(jié) 束后，再用酸將所吸附的Li+溶出。整個(gè)過(guò)程本質(zhì)上是通過(guò)調(diào)整溶液體系的pH值實(shí)現(xiàn)鋰的 吸附和解吸。但是眾所周知，離子篩型氧化物在酸洗脫鋰過(guò)程中的溶損較大，導(dǎo)致吸附劑壽 命短，不利于大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種高效的從含鋰溶液或者鹽湖鹵水直接提取鋰、理論 吸附量可達(dá)46mg/g的磷酸鐵離子篩及其應(yīng)用。本發(fā)明的選擇性提取鋰的磷酸鐵離子篩為FeP04、MexFeyPO4中的一種或幾種的混 合物；Me 為 Mg、Al、Ti、Ni、Co、Mn、Mo、Nb 中的一種或幾種的混合；0 < χ < 1，0 < y < 1。所述的磷酸鐵離子篩，可以但不限于用磷酸鐵鋰復(fù)合材料按下列步驟制得將制 備鋰離子電池的磷酸鐵鋰正極材料置于導(dǎo)電溶液中，調(diào)整體系電勢(shì)，使材料中的正二價(jià)鐵 被氧化為正三價(jià)，則鋰離子進(jìn)入溶液，固相即轉(zhuǎn)化為磷酸鐵離子篩。所述的磷酸鐵鋰正極材料為L(zhǎng)iFeP04、LixMeyFePO4, LiFexMeyPO4中的一種或幾種 的混合物。Me為Mg、Al、Ti、Ni、Co、Mn、Mo、Nb中的一種或幾種的混合。0 < χ < 1，0 < y < 1。本發(fā)明的磷酸鐵離子篩與含鋰溶液或鹽湖鹵水接觸，通過(guò)加入氧化劑或由外電路電壓來(lái)調(diào)整體系電勢(shì)使離子篩結(jié)構(gòu)中的正三價(jià)鐵被還原為正二價(jià)，則鋰離子作為配衡離子進(jìn)入磷酸鐵的晶格生成磷酸鐵鋰，而鎂離子由于水化能較鋰高，仍留存于溶液中；進(jìn)而將生 成的磷酸鐵鋰置于支持電解質(zhì)溶液中，并調(diào)整體系電勢(shì)再使結(jié)構(gòu)中的正二價(jià)鐵氧化為正三 價(jià)，則迫使鋰離子進(jìn)入溶液以維持固相的電中性，同時(shí)固相重新轉(zhuǎn)化為磷酸鐵，通過(guò)這一過(guò) 程的循環(huán)實(shí)現(xiàn)Li+與其他元素的分離。本發(fā)明所述的磷酸鐵離子篩能處理不同鎂鋰比的鹵水，特別適合高鎂鋰比的鹵 水；其對(duì)Li+具有很好的選擇性，且吸附量大，穩(wěn)定性好，利用Li+在磷酸鐵離子篩中優(yōu)良的 嵌入和脫嵌性能實(shí)現(xiàn)鋰的提取，進(jìn)而生產(chǎn)碳酸鋰或其他鋰鹽。這種離子篩在使用時(shí)通過(guò)調(diào)整體系的電勢(shì)實(shí)現(xiàn)鋰的選擇性吸附/脫附，而不再是 依賴調(diào)整體系的PH，從而克服了傳統(tǒng)過(guò)程中離子篩型氧化物溶損大的缺點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.磷酸鐵離子篩材料合成簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；2.磷酸鐵離子篩適合于從不同鎂鋰比的鹵水提鋰，特別是能高效解決高鎂鋰比鹵 水中鎂鋰分離的技術(shù)難題；3.生產(chǎn)成本低，操作簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。為了更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，列舉以下實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于這些實(shí) 施例。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將IOOgFePO4離子篩置于50L某鹽湖鹵水中，鹵水的主要成分及含量如下表所示
權(quán)利要求
1.一種選擇性提取鋰的磷酸鐵離子篩，其特征在于，所述的磷酸鐵離子篩為FeP04、 MexFeyPO4中的一種或幾種的混合物；Me為Mg、Al、Ti、Ni、Co、Mn、Mo、Nb中的一種或幾種的 混合；0 < χ < 1,0 < y < I0
2.權(quán)利要求1所述的選擇性提取鋰的磷酸鐵離子篩應(yīng)用于含鋰溶液或者鹽湖鹵水中 提取鋰。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磷酸鐵離子篩的應(yīng)用方法，其特征在于，使磷酸鐵離子篩與 含鋰溶液或鹽湖鹵水接觸，通過(guò)加入氧化劑或由外電路電壓來(lái)調(diào)整體系電勢(shì)使離子篩結(jié)構(gòu) 中的正三價(jià)鐵被還原為正二價(jià)，鋰離子進(jìn)入磷酸鐵的晶格生成磷酸鐵鋰，將生成的磷酸鐵 鋰置于支持電解質(zhì)溶液中，并調(diào)整體系電勢(shì)再使離子篩結(jié)構(gòu)中的正二價(jià)鐵氧化為正三價(jià)， 使鋰離子進(jìn)入溶液，實(shí)現(xiàn)Li+與其他元素的分離；同時(shí)離子篩重新轉(zhuǎn)化為磷酸鐵重復(fù)使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種選擇性提取鋰的磷酸鐵離子篩及其應(yīng)用，所述的磷酸鐵離子篩為FePO4、MexFeyPO4中的一種或幾種的混合物；Me為Mg、Al、Ti、Ni、Co、Mn、Mo、Nb中的一種或幾種的混合；0＜x＜1，0＜y＜1。此材料尤其適用于高鎂鋰比鹵水的鎂鋰分離，對(duì)Li+具有良好的嵌入和脫嵌性能。本發(fā)明所述的磷酸鐵離子篩材料廉價(jià)易得，對(duì)Li+具有高選擇性和較高的吸附量，可以循環(huán)使用達(dá)2000次以上；采用此離子篩材料進(jìn)行鎂鋰分離以及提取鋰的工藝流程短，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)B01J20/08GK102049237SQ20101055214
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者劉旭恒, 司秀芬, 趙中偉, 陳愛良 申請(qǐng)人:中南大學(xué)