纳滤膜法用于硫酸镁亚型盐湖卤水锂的分离与富集

发布时间：2020-10-02 10:25

　　近年来,随着新能源汽车的快速发展,我国对锂盐产品的需求大幅度增长。因此,为减少锂矿供需缺口和对外依存度,大力开发盐湖锂资源,是锂盐行业发展的必然趋势。由于我国盐湖卤水镁锂比高、提锂工艺复杂、锂收率低,实现镁锂高效分离,仍然是目前盐湖卤水提锂的核心和关键。纳滤膜可实现一价和二价离子的相对分离,因此,在盐湖卤水镁锂分离技术中,纳滤膜呈现出良好的应用前景。本研究的目的是利用纳滤膜实现盐湖卤水中镁锂及多价离子的高效分离,为开发高效、环保、低成本提锂集成技术,奠定良好的基础。基于以上目标,本文从膜的类型及操作条件对分离性能的影响、卤水中不同离子对纳滤膜镁锂分离性能的影响、盐湖卤水纳滤膜分离与模拟等三个方面开展研究,主要内容如下:(1)镁锂分离纳滤膜的筛选。以高镁锂比模拟卤水为原料,研究了NT102、NT103、NT201、NF90、NF270和XN-45六种型号纳滤膜的镁锂分离性能,考察了不同操作条件下六种膜对锂离子、镁离子的截留率及分离因子。结果显示:NT103、NT201纳滤膜在不同操作条件下镁锂分离因子均维持在0.178以下,具有较好的镁锂分离性能。(2)不同离子对纳滤膜镁锂分离性能的影响。在高镁锂比溶液中加入钠离子、钾离子、硼酸、硫酸根离子,探究不同离子对纳滤膜镁锂分离性能的影响。研究结果表明,随着钠离子、钾离子、硼酸加入量的增加,镁锂分离因子减小,纳滤膜分离镁锂的性能增强;而加入硫酸根离子会显著提高锂离子截留率,而镁离子截留率基本稳定,分离因子增大,镁锂分离效果减弱。(3)盐湖卤水纳滤膜分离性能与模拟。通过单盐和双盐透过实验,得到单盐透过方程、竞争系数和调节因子,进而通过半经验模型计算卤水中各离子的透过率,并与模拟卤水透过率实验数据比较。结果表明,离子透过率的模拟值与实际值具有较高的一致性,能够有效预测纳滤膜分离盐湖卤水的性能。
【学位单位】：青海大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ028.8;TS396.1
【部分图文】：

盐湖资源,世界,盐湖卤水

图 1.1 世界盐湖资源分布Fig. 1.1 World salt lake resources distribution1.1.2 盐湖卤水提锂现状目前，我国已初步形成了几种工业化盐湖卤水提取技术，如吸附法、膜法和煅烧浸取法、沉淀法[9]。与国外盐湖卤水相比，中国盐湖卤水镁锂比高（35.2～1825）[10]，因此，我国盐湖卤水的锂提取存在生产周期长、工艺复杂、锂产量低、成本高等问题。实现镁锂有效分离，仍是盐湖卤水提锂的核心和关键[11]。目前，通过盐湖卤水生产锂产品的公司主要包括美国 FMC 公司、智利 SQM公司及德国 Chemetall 公司。三巨头的产销量占全球市场的 70%[12]。目前，FMC年产碳酸锂 2 万至 3 万吨，SQM 年产量约 3 万吨，Chemetall 年产量 2 万至 3万吨。SQM 和 Chemetall 都开发了阿塔卡玛盐湖。但两个公司的生产工艺不尽相同。

纯水,通量,压力,拟合直线

图 2.2 压力对纯水透过通量的影响Figu. 2.2 Effect of pressure on pure water transmission flux过纳滤膜纯水透过实验测得纯水透过通量，进而由测得通量对操拟合，其斜率即为纯水透过系数 LP。实验结果如图 2.2 所示，图性拟合得到。可见，拟合直线与实验结果具有很好的一致性，六水通量与压力显示出很好的线性关系。拟合直线方程如下：102: = 0.03317 0.000759207 (2 4)103: = 0.05912 0.0056 (2 5)201: = 0.05411 0.0061 (2 6)90: = 0.04406 + 0.001704 (2 7)

纳滤膜分离,稀释倍数,纳滤膜,锂离子

图 2.3 稀释倍数对纳滤膜分离性能的影响Effect of dilution ratio on the separation performance of nanofiltration m制的高镁锂比模拟卤水稀释，稀释倍数分别为 25、30、35作压力为表压 1.7MPa，原料液温度为 18±0.5℃条件下进行实验结果如图 2.3 所示。从图 2.3(a)锂离子截留率实验结果可膜对锂离子截留性能差异较大，NT102 和 NF90 纳滤膜对锂且在 50%~80%之间，对锂离子无富集作用，NT102 纳滤膜整体高于 NF90 纳滤膜。而 NT103、NT201、NF270、XN-45子浓度要高于原料液锂离子浓度，因此，锂离子的截留率为纳滤膜能够有效对锂离子进行富集。 2.3(b)镁离子截留率实验结果可以看出，六种纳滤膜对镁离值且都在 55%以上，说明六种纳滤膜都能够对镁离子实现有液中镁离子浓度。

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