本文關(guān)鍵詞：海水利用濃縮液中鋰的資源化利用研究

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【摘要】：隨著能源轉(zhuǎn)換、航空航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,陸地鋰資源將無(wú)法滿足未來(lái)發(fā)展需要,開(kāi)發(fā)利用海水體系中鋰資源已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。目前,在眾多海水提鋰方法中,吸附法雖然最具工業(yè)化應(yīng)用前景,但其最大的工藝難點(diǎn)仍是海水鋰濃度過(guò)低,因此將海水進(jìn)一步濃縮后再進(jìn)行提鋰就顯得尤為必要。同時(shí),在當(dāng)前海水利用工藝鏈條中存在著一些副產(chǎn)濃縮液,其中包括鋰在內(nèi)的多種元素都得到了濃縮,是比較理想的提鋰原料液,卻未得到有效利用,有些甚至作為廢液被排放掉,在污染環(huán)境的同時(shí),也造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此,本研究以資源化利用濃縮海水中的鋰為目標(biāo),在綜合比較并優(yōu)選鋰離子篩吸附劑的基礎(chǔ)上,以海水淡化后濃海水、鹽田苦鹵和制溴母液為原料,發(fā)揮其在海水利用過(guò)程中鋰得到濃縮的優(yōu)勢(shì),替代天然海水開(kāi)展吸附法提鋰的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn),通過(guò)優(yōu)選原料濃縮液及優(yōu)化吸附、洗脫、沉鋰工藝參數(shù),探討解決海水提鋰產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中周期長(zhǎng)、處理量大、設(shè)備負(fù)荷高等問(wèn)題的有效途徑。此外,針對(duì)提鋰濃縮液利用過(guò)程中的生態(tài)失衡問(wèn)題,從生態(tài)修復(fù)角度,開(kāi)展兌鹵法濃海水綜合利用的摻兌工藝優(yōu)化研究。主要研究成果如下:采用水熱兩段固相法和膠晶模板法分別制備了高性能鋰離子篩吸附劑MnO2·0.5H2O,通過(guò)XRD、SEM、HRTEM、TG-DTA等手段對(duì)其晶相結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了分析。借助動(dòng)力學(xué)、等溫線和離子選擇性模型分析了離子篩的吸附性能,可以得出:在濃海水、鹽田苦鹵和制溴母液三種體系下,兩種離子篩的吸Li+速率均符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)Lagergren方程,吸附過(guò)程也均符合Langmuir吸附等溫方程,同時(shí)對(duì)Li+都具有較高選擇性。開(kāi)展了各濃縮液體系下動(dòng)態(tài)吸附/脫附試驗(yàn),結(jié)合靜態(tài)吸附試驗(yàn)結(jié)果,同時(shí)兼顧工藝可操作性和經(jīng)濟(jì)性,優(yōu)選了鹽田苦鹵作為提鋰原料濃縮液。同時(shí),從吸附性能、穩(wěn)定性、制備成本等方面,對(duì)兩種方法制得的離子篩進(jìn)行了綜合比選,確定將水熱兩段固相法制得離子篩作為提鋰吸附劑。通過(guò)開(kāi)展動(dòng)態(tài)吸附提鋰工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn),確定相對(duì)最佳的吸附工藝條件為:pH值為8.5,溫度為298 K,流速為5 m L/min,采取疊加吸附的循環(huán)方式。通過(guò)開(kāi)展洗脫工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn),確定相對(duì)最佳的脫附工藝條件為:洗脫酸液濃度為0.5mol/L,溫度為298 K,流速為2.0 m L/min,采取5次循環(huán)洗脫的方式來(lái)提高Li+富集倍數(shù)。以洗脫所得富鋰液為原料,經(jīng)過(guò)精制、蒸發(fā)濃縮、深度除鎂、沉淀等工藝制備了碳酸鋰粗產(chǎn)品,然后采取洗滌、碳化分解提純等工藝最終制得了高純碳酸鋰產(chǎn)品。同時(shí),在保證產(chǎn)品純度和提高Li+回收率的前提下,綜合考慮工藝能耗、周期及可操作性等因素,對(duì)各工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。將膜法、熱法淡化后濃海水與不同濃度鹽田鹵水分別按照不同配比摻兌后,開(kāi)展了提鋰濃縮液生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)。綜合考慮摻兌修復(fù)原則以及經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)操作等因素,選取濃海水與15.0 Bh鹽田鹵水按照50:1摻兌、調(diào)節(jié)pH值并適量補(bǔ)充生物與營(yíng)養(yǎng)鹽作為相對(duì)最理想的修復(fù)條件。同時(shí),通過(guò)分析Li+的濃縮規(guī)律可以得到,此生態(tài)修復(fù)工藝對(duì)后續(xù)鹽田苦鹵提鋰基本沒(méi)有影響。
【關(guān)鍵詞】：海水 濃縮液 提鋰 離子篩 吸附 資源化利用
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P746.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第一章 緒論12-29
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 鋰資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 鋰資源的分布13
• 1.2.2 鋰資源的開(kāi)發(fā)利用13-14
• 1.2.3 鋰資源的提取技術(shù)14-18
• 1.3 海水體系提鋰工藝技術(shù)研究現(xiàn)狀18-22
• 1.3.1 國(guó)外研究進(jìn)展19-21
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展21-22
• 1.4 海水體系提鋰原料液及其生態(tài)利用22-26
• 1.4.1 提鋰原料液來(lái)源22-23
• 1.4.2 濃海水化學(xué)資源的綜合利用23-24
• 1.4.3 提鋰原料濃縮液的生態(tài)利用24-26
• 1.5 研究目的、意義和內(nèi)容26-29
• 1.5.1 研究目的和意義26
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容26-27
• 1.5.3 技術(shù)路線27-29
• 第二章 水熱兩段固相法制備尖晶石型鋰離子篩及吸附性能研究29-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分29-31
• 2.1.1 離子篩的制備29
• 2.1.2 離子篩的表征29-30
• 2.1.3 粒狀離子篩的制備30
• 2.1.4 離子篩的吸附性能30-31
• 2.2 結(jié)果與討論31-38
• 2.2.1 離子篩的晶相結(jié)構(gòu)分析31-32
• 2.2.2 離子篩的表面形貌分析32
• 2.2.3 離子篩的吸附性能研究32-38
• 2.3 本章小結(jié)38-39
• 第三章 膠晶模板法制備尖晶石型鋰離子篩及吸附性能研究39-48
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分39-40
• 3.1.1 離子篩的制備39
• 3.1.2 離子篩的表征39-40
• 3.1.3 離子篩的吸附性能40
• 3.2 結(jié)果與討論40-47
• 3.2.1 離子篩的晶相結(jié)構(gòu)分析40-41
• 3.2.2 離子篩的表面形貌分析41-42
• 3.2.3 熱重分析42-43
• 3.2.4 離子篩的吸附性能研究43-47
• 3.3 本章小結(jié)47-48
• 第四章 提鋰原料濃縮液優(yōu)選及吸附脫附工藝參數(shù)優(yōu)化研究48-78
• 4.1 吸附原料濃縮液優(yōu)選48-54
• 4.1.1 各濃縮液體系下動(dòng)態(tài)吸附/脫附過(guò)程研究48-53
• 4.1.2 原料濃縮液綜合比選53-54
• 4.2 離子篩的選取54-58
• 4.2.1 離子篩吸附性能比較54
• 4.2.2 離子篩穩(wěn)定性比較54-58
• 4.2.3 離子篩制備成本及可行性分析58
• 4.2.4 離子篩的綜合比選58
• 4.3 提鋰工藝參數(shù)優(yōu)化58-76
• 4.3.1 吸附工藝參數(shù)優(yōu)化58-67
• 4.3.2 洗脫工藝參數(shù)優(yōu)化67-76
• 4.4 本章小結(jié)76-78
• 第五章 富鋰液沉淀分離鋰的工藝優(yōu)化研究78-108
• 5.1 富鋰液成分78
• 5.2 富鋰液精制78-79
• 5.3 蒸發(fā)濃縮79-80
• 5.4 深度除鎂80-84
• 5.4.1 加料方式81
• 5.4.2 燒堿濃度81-82
• 5.4.3 加料速度82
• 5.4.4 攪拌速度82-83
• 5.4.5 晶種添加83-84
• 5.5 沉淀碳酸鋰84-90
• 5.5.1 加料方式84-85
• 5.5.2 加料速度85
• 5.5.3 攪拌速度85-86
• 5.5.4 純堿加入量86-87
• 5.5.5 反應(yīng)溫度87
• 5.5.6 反應(yīng)時(shí)間87-88
• 5.5.7 陳化時(shí)間88-89
• 5.5.8 晶種添加89-90
• 5.6 粗產(chǎn)品洗滌90-95
• 5.6.1 離心脫液90-91
• 5.6.2 淋洗91-92
• 5.6.3 漿洗92-95
• 5.6.4 兩種洗滌方式比較95
• 5.7 碳化分解提純95-106
• 5.7.1 碳化過(guò)程96-101
• 5.7.2 除鎂鈣過(guò)程101-103
• 5.7.3 蒸發(fā)分解過(guò)程103-106
• 5.8 本章小結(jié)106-108
• 第六章 提鋰原料濃縮液的生態(tài)利用研究108-143
• 6.1 試驗(yàn)方法108-110
• 6.1.1 試驗(yàn)原料108
• 6.1.2 試驗(yàn)裝置108-109
• 6.1.3 試驗(yàn)步驟109-110
• 6.2 分析檢測(cè)110-114
• 6.2.1 原料理化指標(biāo)分析110-112
• 6.2.2 原料生態(tài)指標(biāo)分析112-113
• 6.2.3 氯化鈉成分分析113-114
• 6.3 結(jié)果與討論114-141
• 6.3.1 原料理化生態(tài)指標(biāo)分析114-115
• 6.3.2 摻兌曬鹽試驗(yàn)115-131
• 6.3.3 人工生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)131-141
• 6.4 本章小結(jié)141-143
• 第七章 結(jié)論與建議143-146
• 7.1 結(jié)論143-144
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)144-145
• 7.3 問(wèn)題與建議145-146
• 參考文獻(xiàn)146-159
• 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明159-160
• 致謝160-161

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本文編號(hào)：840993