(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710972230.8
(22)申请日 2017.10.18
(71)申请人 中国科学院青海盐湖研究所
地址 810008 青海省西宁市新宁路18号
(72)发明人 王敏 赵有璟 王怀有 李锦丽
李燕
(74)专利代理机构 深圳市铭粤知识产权代理有
限公司 44304
代理人 孙伟峰
(51)Int.Cl.
C01D 15/02(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种基于膜分离耦合法的电
池级氢氧化锂制备方法，其包括步骤：镁锂分离、
深度除镁、酸度调节、富集浓缩、双极膜电渗析以
及氢氧化锂制备；在该制备方法中，通过镁锂分
离以及深度除镁将镁钙等二价离子与锂实现完
全分离，获得的深度除镁液经酸度调节及富集浓
缩之后获得富锂浓缩液，再经双极膜电渗析，实
现锂与硼的分离，从而获得氢氧化锂富集液以及
富硼料液、盐酸富集液，氢氧化锂富集液即可用
于制备高纯的电池级氢氧化锂，而富硼料液也可
经制备硼酸，盐酸富集液可进行回用。根据本发
明的制备方法通过利用多种膜分离工艺有效耦
化锂产品的能耗和成本，且具有非常突出的环保
优势。权利要求书2页 说明书8页 附图2页CN 107720785 A 2018.02.23
C N 107720785
A
1.一种基于膜分离耦合法的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，包括步骤：
镁锂分离：以含锂溶液作为纳滤原水，并通过纳滤法进行镁锂分离，获得纳滤产水和纳滤浓水；其中，在所述含锂溶液中，Li+的浓度为0.05g/L～2.0g/L，Mg2+的浓度为0.25g/L～20.0g/L，镁锂比不超过200；在所述纳滤产水中，Li+的浓度为0.10g/L～2.5g/L，Mg2+的浓度为0.01g/L～2.4g/L，镁锂比为0.01～3.0；
深度除镁：将所述纳滤产水通过离子交换法或沉淀法或超滤法进行深度除镁，所述纳滤产水中的镁离子和钙离子被去除，获得深度除镁液；其中，在所述深度除镁液中，Li+的浓度为0.05g/L～2.0g/L，Mg2+的浓度为0.1mg/L～20.0mg/L；
酸度调节：将所述深度除镁液的pH调节至3.0～7.0，获得酸化深度除镁液；
富集浓缩：将所述酸化深度除镁液通过膜浓缩系统进行富集浓缩，获得富锂浓缩液和淡化产水；其中，在所述富锂浓缩液中，Li+的浓度为2.0g/L～20.0g/L；在所述淡化产水中，Li+的浓度为0.01g/L～0.10g/L；
双极膜电渗析：将所述富锂浓缩液经过双极膜电渗析系统处理，所述双极膜电渗析系统包括相对设置的阳极室和阴极室，所述阳极室和所述阴极室之间夹设有由双极膜和阳膜交替排列组成的膜堆，所述双极
膜包括相贴附的阳极膜和阴极膜，所述阴极膜和所述阳膜相对形成碱室，所述阳极膜和所述阳膜相对形成料液室；向所述阳极室和所述阴极室中通入极液，向所述碱室中通入氢氧化锂溶液，同时向所述料液室中通入所述富锂浓缩液，在直流电场的作用下，所述富锂浓缩液中的Li+经所述阳膜进入所述碱室，并在所述碱室形成氢氧化锂富集液；在所述料液室形成富硼料液；
氢氧化锂制备：所述氢氧化锂富集液经蒸发、结晶获得一水氢氧化锂粗品；所述一水氢氧化锂粗品经重结晶、干燥获得电池级氢氧化锂。
2.根据权利要求1所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，所述富硼料液经蒸发结晶，并固液分离，获得硼酸。
3.根据权利要求1或2所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，通过将盐湖卤水进行稀释、过滤除杂，获得所述含锂溶液。
4.根据权利要求3所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，所述淡化产水返回至所述镁锂分离步骤中，用于稀释所述盐湖卤水。
5.根据权利要求3所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，在所述含锂溶液中，Li+的浓度为0.10g/L～0.40g/L，Mg2+的浓度为0.5g/L～10.0g/L，镁锂比为20～50；在所述纳滤产水中，Li+的浓度为0.30g/L～0.60g/L，Mg2+的浓度为0.01g/L～0.6g/L，镁锂比为0.02～1.0。
6.根据权利要求3所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，在所述深度除镁液中，Li+的浓度为0.30g/L～0.60g/L，Mg2+的浓度为0.1mg/L～5.0mg/L。
7.根据权利要求3所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，在所述酸度调节步骤中，将所述深度除镁液的pH调节至4.5～5.5，获得所述酸化深度除镁液。
8.根据权利要求3所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，在所述富锂浓缩液中，Li+的浓度为3.0g/L～6.0g/L；在所述淡化产水中，Li+的浓度为0.04g/L～0.08g/L。
9.根据权利要求3所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，所述极液为氯化钠溶液或硫酸钠溶液。
10.根据权利要求9所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，所述淡化产水返回至所述双极膜电渗析步骤中，用于配制所述极液和/或所述氢氧化锂溶液。
11.根据权利要求1所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，所述膜浓缩系统选自反渗透系统、普通电渗析系统、或依次相连的反渗透系统和电渗析系统。
12.根据权利要求1所述的电池级氢氧化锂制备方法，其特征在于，在所述含锂溶液中，镁锂比为20～200。
一种基于膜分离耦合法的电池级氢氧化锂制备方法
技术领域
[0001]本发明属于盐湖资源综合利用技术领域，具体来讲，涉及一种基于膜分离耦合法的电池级氢氧化锂制备方法。
背景技术
[0002]锂矿石和卤水均为氢氧化锂的主要生产原料，此外也可由碳酸锂、硫酸锂等锂盐产品通过进一步加工制得氢氧化锂产品。其中，以卤水为原料生产氢氧化锂的主要方法包括：煅烧法、离子膜电解法、铝酸盐锂沉淀法等。按照加工方法，主要分为化学法和电解法两种方法；化学法主要是将碳酸锂进行苛化，而苛化过程中会得到浓度约3％的LiOH溶液，随后经过进一步的浓缩和结晶，得到纯度较高的氢氧化锂产品。锂电池一般需要纯度极高的氢氧化锂，钙、钠、氯等杂质元素需尽量去除，但是经过苛化反应得到的氢氧化锂产品中的杂质离子浓度很难进一步降低，需要经过复杂的工艺，例如利用钙基的离子交换树脂吸附的方法来进行提纯，这样会很大程度上增加生产过程的成本，而且还需要大量的后处理工艺，例如提纯和浓缩，也会很大程度上增加操作时间和操作成本。与化学苛化法相比，电解法所需的电压和能耗均较高，很大程度上影响了操作的安全性和经济性，并且会产生大量的Cl2气体，一方面对电极有很大腐蚀，另一方面其作为有害气体不能直接排放，需要做捕捉或回收工艺，其生产成本也会随之提高。因此，目前苛化法和电解法这两种制备氢氧化锂产品的常见工艺，由于上述的缺陷较难实现大规
模的工业化应用，并且由于生产工艺成本较高，不利于盐湖氢氧化锂产品核心竞争力的提升。因此，亟需开发一种具有突出技术优势和成本优势的，由盐湖富锂卤水直接制备高纯的电池级氢氧化锂的方法。
[0003]电渗析技术是一种电驱动的膜分离过程，能够利用电场的作用实现溶液相中目标荷电离子在单相中的传质过程，其过程具有电流利用效率高、过程能耗低、离子交换膜组件易于更换等优点。其中，双极膜电渗析过程在氢氧化锂的制备领域具有非常突出的优势和发展潜力，但是目前该方法尚未应用于以盐湖富锂卤水为原材料直接制备电池级氢氧化锂，尚有大量的科学技术问题和产业化瓶颈需要解决。如一种双极膜法从溶液中回收氢氧化锂的方法，其对含有硫酸锂的溶液用双极膜系统进行处理，经过双极膜系统处理后得到硫酸和氢氧化锂，解决了传统氢氧化锂制备方法的环保问题，实现了制备过程的节能环保、降低了运行成本；但是该方法的原材料是主要含硫酸锂的电池生产副产物，并且其中的钙、镁、钠等杂质离子含量很低，因此该方法无法由盐湖富锂卤水直接制备高纯的电池级氢氧化锂。又如一种由盐湖卤水提取氢氧化锂的方法，其首先通过加入碳酸钠除去盐湖卤水中的钙镁离子得到低镁锂比卤水，利用普通电渗析对低镁锂比卤水进行富集浓缩得到浓缩卤水，之后再次加入适量碳酸钠进行深度除镁，再加入碳酸钠得到碳酸锂；将得到的碳酸锂溶解后通过电解-双极膜电渗析系统制备得到氢氧化锂产品；但是，该方法通过加入碳酸钠降低卤水中的镁锂比，需要消耗大量的纯碱、增加工艺成本，且产生的大量碳酸盐副产物很难得到有效利用，除此之外，该方法必须首先由盐湖卤水制备得到中间产品-碳酸锂，再利用电解-双极膜电渗析系统进行氢氧化锂的制备，因此卤水中锂离子至少要经过两次蒸发结
晶的过程(第一次是碳酸锂的结晶，第二次是氢氧化锂的结晶)，导致该工艺的流程较长，并且很难保证高纯氢氧化锂制备过程中的锂离子收率，同时增加了产品的制备工艺能耗。
发明内容
[0004]为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于膜分离耦合法的电池级氢氧化锂制备方法，该电池级氢氧化锂制备方法通过合理耦合多种膜分离工艺，从而高效、廉价地将镁锂以及锂硼进行了有效分离。
[0005]为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
[0006]一种基于膜分离耦合法的电池级氢氧化锂制备方法，包括步骤：
[0007]镁锂分离：以含锂溶液作为纳滤原水，并通过纳滤法进行镁锂分离，获得纳滤产水和纳滤浓水；其中，在所述含锂溶液中，Li+的浓度为0.05g/L～2.0g/L，Mg2+的浓度为0.25g/ L～20.0g/L，镁锂比不超过200；在所述纳滤产水中，Li+的浓度为0.10g/L～2.50g/L，Mg2+的浓度为0.01g/L～2.4g/L，镁锂比为0.01～3.0；
[0008]深度除镁：将所述纳滤产水通过离子交换法或沉淀法或超滤法进行深度除镁，所述纳滤产水中的镁离子和钙离子被去除，获得深度除镁液；其中，在所述深度除镁液中，Li+的浓度为0.05g/L～2.0g/L，
Mg2+的浓度为0.1mg/L～20.0mg/L；
[0009]酸度调节：将所述深度除镁液的pH调节至3.0～7.0，获得酸化深度除镁液；[0010]富集浓缩：将所述酸化深度除镁液通过膜浓缩系统进行富集浓缩，获得富锂浓缩液和淡化产水；其中，在所述富锂浓缩液中，Li+的浓度为2.0g/L～20.0g/L；在所述淡化产水中，Li+的浓度为0.01g/L～0.10g/L；
[0011]双极膜电渗析：将所述富锂浓缩液经过双极膜电渗析系统处理，所述双极膜电渗析系统包括相对设置的阳极室和阴极室，所述阳极室接通电源正极，所述阴极室接通电源负极，所述阳极室和所述阴极室之间夹设有由双极膜和阳膜交替排列组成的膜堆，所述双极膜包括相贴附的阳极膜和阴极膜，所述阴极膜和所述阳膜相对形成碱室，所述阳极膜和所述阳膜相对形成料液室；向所述阳极室和所述阴极室中通入极液，向所述碱室中通入氢氧化锂溶液，同时向所述料液室中通入所述富锂浓缩液，在直流电场的作用下，所述富锂浓缩液中的Li+经所述阳膜进入所述碱室，并在所述碱室形成氢氧化锂富集液；在所述料液室形成富硼料液；
[0012]氢氧化锂制备：所述氢氧化锂富集液经蒸发、结晶获得一水氢氧化锂粗品；所述一水氢氧化锂粗品经重结晶、干燥获得电池级氢氧化锂。
[0013]进一步地，所述富硼料液经蒸发结晶，并固液分离，获得硼酸。
[0014]进一步地，通过将盐湖卤水进行稀释、过滤除杂，获得所述含锂溶液。
[0015]进一步地，所述淡化产水返回至所述镁锂分离步骤中，用于稀释所述盐湖卤水。[0016]进一步地，在所述含锂溶液中，Li+的浓度为0.10g/L～0.40g/L，Mg2+的浓度为0.5g/L～10.0g/L，镁锂比为20～50；在所述纳滤产水中，Li+的浓度为0.30g/L～0.60g/L，Mg2+的浓度为0.01g/L～0.6g/L，镁锂比为0.02～1.0。
[0017]进一步地，在所述深度除镁液中，Li+的浓度为0.30g/L～0.60g/L，Mg2+的浓度为0.1mg/L～5.0mg/L。
[0018]进一步地，在所述酸度调节步骤中，将所述深度除镁液的pH调节至4.5～5.5，获得
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