采用螯合樹脂去除鋰鹽中雜質(zhì)硼的研究

粟時(shí)偉

（新疆有色金屬研究所 烏魯木齊 830026）

鋰被譽(yù)為“工業(yè)味精”和“能源金屬”，鋰及其深加工產(chǎn)品的用途廣泛，目前正處于行業(yè)生命周期的發(fā)展初期，是新興朝陽產(chǎn)業(yè)，其快速發(fā)展主要得益于來自下游新能源、新藥品、新材料三大領(lǐng)域的旺盛需求[1]。

氯化鋰是生產(chǎn)金屬鋰的主要原料，國內(nèi)青海鹽湖的鋰資源量和相對(duì)較好的地理環(huán)境，已具備了鋰資源大規(guī)模開發(fā)的條件。隨著近年來研究人員在青海鹽湖提鋰技術(shù)的不斷突破，鋰資源的開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，已可提供較大量的氯化鋰鹵水[2]。因此，青海鹵水資源已成為國內(nèi)氯化鋰資源供應(yīng)的主要來源之一。在鹵水資源綜合利用過程中，尤其是在鹵水提鋰過程中，鹵水中的硼以一種雜質(zhì)存在。在鹵水提鋰過程中需要硼的去除工藝，提高鋰離子收率和純度。

1 研究基礎(chǔ)

該文研究主要針對(duì)鹵水提鋰生產(chǎn)工藝中，采用螯合樹脂除去鹵水中雜質(zhì)硼展開實(shí)驗(yàn)，具體內(nèi)容有：

（1）一種凈化氯化鋰原液的方法：利用含有離子交換樹脂的吸附系統(tǒng)對(duì)氯化鋰原液進(jìn)行吸附，得到雜質(zhì)檢測(cè)達(dá)標(biāo)的氯化鋰溶液，其中吸附系統(tǒng)包括氯化鋰原液流經(jīng)方向依次設(shè)置的第一吸附系統(tǒng)、緩沖箱、第二吸附系統(tǒng)。第一吸附系統(tǒng)的出水口與緩沖箱的進(jìn)水口相通，緩沖箱的出水口與第二吸附系統(tǒng)的進(jìn)水口連通，第一（第二）吸附系統(tǒng)包括氯化鋰原液流經(jīng)方向依次設(shè)置的第一（第二）陽離子交換樹脂層、第一（第二）陰離子交換樹脂層。

（2）采用螯合樹脂除去氯化鋰鹵水中的硼。其原理是利用樹脂上的功能原子與硼離子發(fā)生配位反應(yīng),形成類似小分子整合物的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),而離子交換樹脂吸附的機(jī)理是靜電作用。螯合樹脂與離子交換樹脂相比，螯合樹脂與硼離子的結(jié)合力更強(qiáng)，能夠很好去除氯化鋰鹵水中的硼雜質(zhì)。

（3）通過離子交換樹脂分別與氯化鋰原液中的鈉、鉀、鎂、鈣、鋁、鐵等陽離子以及碳酸硼、硫酸根等陰離子分別進(jìn)行離子交換。陽離子與樹脂上螯合的氫離子交換進(jìn)而被吸附陽離子樹脂上。陰離子與樹脂上的羥基進(jìn)行交換螯合形成一種有機(jī)絡(luò)合物。進(jìn)而被固定于離子交換樹脂上。最終將氯化鋰原液中的雜質(zhì)離子去除，提純氯化鋰原液，得到符合標(biāo)準(zhǔn)的氯化鋰溶液。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

鹵母中的雜質(zhì)離子較多，其中硼含量高。除硼效果直接影響氯化鋰的結(jié)晶效果，直接導(dǎo)致是否能產(chǎn)出產(chǎn)品。硼含量高時(shí)，管路易堵塞，且對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。不僅如此，因?yàn)槁然嚠a(chǎn)品中硼主要以硼酸根的形式存在，具有一定的氧化性，在電解過程中投入硼高的氯化鋰，會(huì)影響電解槽產(chǎn)量和電流效率，以及金屬鋰的產(chǎn)品質(zhì)量。因此，鹵水除硼對(duì)于氯化鋰的生產(chǎn)至關(guān)重要。

對(duì)青海鹽湖鹵水進(jìn)行除硼、結(jié)晶等操作，生產(chǎn)出合格無水氯化鋰產(chǎn)品。

3 試驗(yàn)方法和過程

（1）試驗(yàn)裝置：鹵水提取氯化鋰裝置及除硼裝置。

（2）試驗(yàn)方法：采用樹脂離子膜過濾方法，去除鹵水中硼元素，然后通過連續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶、分離技術(shù)制取無水氯化鋰。

（3）鹵母生產(chǎn)氯化鋰工藝流程圖（圖1）

圖1

（4）鹵母二次精制工藝流程圖（圖2）

圖2

（5）試驗(yàn)原料

表1 鹵水主要化學(xué)成分分析結(jié)果 單位%

（6）試驗(yàn)過程

將鹵水進(jìn)行除硼、組分調(diào)配后經(jīng)過加熱、結(jié)晶、離心分離、烘干等一系列流程后，產(chǎn)出無水氯化鋰粉末。

4 試驗(yàn)結(jié)果

表2 鹵母除硼效果及氯化鋰產(chǎn)出量對(duì)比

5 結(jié)果討論

本項(xiàng)目氯化鋰除硼方法操作簡單，不添加新的有機(jī)溶劑，工藝穩(wěn)定，運(yùn)行該方法的費(fèi)用低，節(jié)約生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)時(shí)間。

氯化鋰原液可為碳酸鋰和鹽酸進(jìn)行酸化反應(yīng)制成。將簡便氯化鋰原液的制備，同時(shí)減少純化步驟。而采用碳酸鋰和鹽酸酸化反應(yīng)制成得到的氯化鋰原液與鹽湖水相比，其氯化鋰原液中含有的雜質(zhì)數(shù)量以及種類更少，更易于純化分離。

凈化處理后，氯化鋰原液中硼含量＜10ppm；鈣＜20ppm；鎂＜10ppm；鐵＜5ppm；硫酸根＜10ppm；鈉＜30ppm；鉀＜10ppm，可以滿足生產(chǎn)合格氯化鋰產(chǎn)品的需要。

從試驗(yàn)結(jié)果看鹵母中的硼從0.0024%降低到0.00001%，滿足了鹵母凈化技術(shù)指標(biāo)的要求，能產(chǎn)出氯化鋰合格產(chǎn)品。

6 結(jié)束語

隨著鋰電池工業(yè)發(fā)展，膜法提鋰工藝在國內(nèi)鹽湖鹵水提鋰項(xiàng)目中不斷得到應(yīng)用。對(duì)于高硼鹵水提鋰，如何有效去除硼是最終產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵。螯合樹脂濾膜法除硼技術(shù)能有效解決這一問題，控制最終產(chǎn)品中的硼含量，對(duì)于當(dāng)前鹽湖鹵水膜法提鋰工藝是一個(gè)重要的技術(shù)突破和補(bǔ)充，對(duì)于高硼鹽湖鹵水提鋰項(xiàng)目有著重大意義[3]。