專利名稱：一種選擇性提取鋰的磷酸鐵離子篩及其應用的制作方法
技術領域：
本發明 屬于提取冶金領域，具體來說，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用。
背景技術：
金屬鋰是目前人們發現的最輕的金屬，它被廣泛應用于能源、化工、冶金等領域。 隨著能源問題的日益突出，鋰離子電池得以快速發展，鋰及其化合物占據著不可替代的地 位。鹵水中蘊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，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。但目前大規模工業生產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的要求；而我國大 多數鹽湖的特征是鎂鋰比高，如西臺吉乃爾鹽湖鹵水的鎂鋰比高達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的一 個技術難題，國內外很多學者針對此問題進行了廣泛的研究，但至今仍為形成大規模產業 化生產。由于鹽湖鹵水中存在著性質相近的堿金屬離子和堿土金屬離子，尤其是Li+、Mg2+ 的化學性質比較接近，實現鎂鋰分離的過程變得非常困難。特別是如何突破高鎂鋰比的鹽 湖鹵水的鎂鋰分離，實現鋰的高效提取是開發鹽湖資源所面臨的關鍵技術問題。研究者們通過廣泛的研究，提出采用離子吸附從鹽湖鹵水提取鋰的方法。傳統的 離子吸附法通過離子篩型氧化物如二氧化錳、氧化鈦等與鹵水接觸來選擇吸附鋰。吸附結 束后，再用酸將所吸附的Li+溶出。整個過程本質上是通過調整溶液體系的pH值實現鋰的 吸附和解吸。但是眾所周知，離子篩型氧化物在酸洗脫鋰過程中的溶損較大，導致吸附劑壽 命短，不利于大規模的工業應用。
發明內容
本發明的目的在于，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46mg/g的磷酸鐵離子篩及其應用。本發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電溶液中，調整體系電勢，使材料中的正二價鐵 被氧化為正三價，則鋰離子進入溶液，固相即轉化為磷酸鐵離子篩。所述的磷酸鐵鋰正極材料為LiFeP04、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。本發明的磷酸鐵離子篩與含鋰溶液或鹽湖鹵水接觸，通過加入氧化劑或由外電路電壓來調整體系電勢使離子篩結構中的正三價鐵被還原為正二價，則鋰離子作為配衡離子進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；進而將生 成的磷酸鐵鋰置于支持電解質溶液中，并調整體系電勢再使結構中的正二價鐵氧化為正三 價，則迫使鋰離子進入溶液以維持固相的電中性，同時固相重新轉化為磷酸鐵，通過這一過 程的循環實現Li+與其他元素的分離。本發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Li+具有很好的選擇性，且吸附量大，穩定性好，利用Li+在磷酸鐵離子篩中優良的 嵌入和脫嵌性能實現鋰的提取，進而生產碳酸鋰或其他鋰鹽。這種離子篩在使用時通過調整體系的電勢實現鋰的選擇性吸附/脫附，而不再是 依賴調整體系的PH，從而克服了傳統過程中離子篩型氧化物溶損大的缺點。本發明的優點是1.磷酸鐵離子篩材料合成簡單，價格低廉；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難題；3.生產成本低，操作簡單，易于工業化生產。為了更詳細地解釋本發明，列舉以下實施例進行說明，但本發明不局限于這些實 施例。
具體實施例方式實施例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.權利要求1所述的選擇性提取鋰的磷酸鐵離子篩應用于含鋰溶液或者鹽湖鹵水中 提取鋰。
3.根據權利要求2所述的磷酸鐵離子篩的應用方法，其特征在于，使磷酸鐵離子篩與 含鋰溶液或鹽湖鹵水接觸，通過加入氧化劑或由外電路電壓來調整體系電勢使離子篩結構 中的正三價鐵被還原為正二價，鋰離子進入磷酸鐵的晶格生成磷酸鐵鋰，將生成的磷酸鐵 鋰置于支持電解質溶液中，并調整體系電勢再使離子篩結構中的正二價鐵氧化為正三價， 使鋰離子進入溶液，實現Li+與其他元素的分離；同時離子篩重新轉化為磷酸鐵重復使用。
全文摘要
本發明涉及一種選擇性提取鋰的磷酸鐵離子篩及其應用，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Li+具有良好的嵌入和脫嵌性能。本發明所述的磷酸鐵離子篩材料廉價易得，對Li+具有高選擇性和較高的吸附量，可以循環使用達2000次以上；采用此離子篩材料進行鎂鋰分離以及提取鋰的工藝流程短，操作簡單，生產成本低，易于工業化應用。
文檔編號B01J20/08GK102049237SQ20101055214
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者劉旭恒, 司秀芬, 趙中偉, 陳愛良 申請人:中南大學