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氧化锆帮忙盐湖提“锂” 欲上新能源产业快车

更新时间:2017-11-13 09:11:00 来源:


随着生态环境的日益恶化,环保力度的日益加强,新能源汽车销量的节节攀高,想必现在的大家,都已经是闻“锂”而动了吧。凑巧,小编最近向业内的专家咨询了一下氧化锆除手机背板、义齿等十八般应用外是否还有其它新应用,他就给小编提到了一个与“氧化锆”和“锂”都密切相关的新应用——包覆ZrO2锂离子筛。

  懂行的朋友看到锂离子筛想必大概也知道是怎么一回事了。锂是近年来最热门的有色金属,用来生产锂电池的材料碳酸锂的价格今年更是一路走高。近两个月价格上涨尤为明显,今年10月以来,碳酸锂价格已上涨超过100%。这种疯狂的上升速度,主要是由市场供不应求引起的,而提高碳酸锂产能的关键之一在于原料的保障——锂矿资源及稳定高质量的提锂技术都缺一不可。

  本文主角——锰系锂离子筛吸附法正是一种在卤水提锂中的成功应用,而这项包覆ZrO2锂离子筛的技术,则有望弥补锂离子筛在实际操作时存在的一些问题,提高其稳定性。

  “锂”在哪儿?

  根据Roskil统计数据,全球锂资源的76%集中分布在盐湖中,世界最大的三家锂盐生产商SQM、雅宝、FMC均有盐湖提锂产能,国内已探明的锂资源(金属当量)储量约为642.53万吨,保有储量约362.6%,而其中71%的锂资源存在于青海和西藏的盐湖之中,若能够加以开发,必定能极大地缓解我国内对锂资源的需求压力,这也难怪为什么盐湖提锂成为了业内的关注焦点。

  然而,我国大部分盐湖资源的特点是镁含量高,锂含量低,镁、锂比高,提取分离困难,难以进行大规模工业化生产。但有难度不代表不可能,今年9月,中国五矿所属五矿盐湖有限公司就利用与国内外高校、科研院所的合作成果——“纳滤膜分离提锂技术”,顺利使首批150公斤工业级碳酸锂产品在青海一里坪盐湖下线。

  ZrO2助“锂”提取

  目前, 溶液中使用较多的提锂技术主要有膜分离法、溶剂萃取法、沉淀法和离子交换吸附法。溶剂萃取法由于有机溶剂价格昂贵,并且在大规模使用过程中会对人、设备等造成潜在的危害,因此其发展受到了极大的限制。沉淀法是目前提取锂产品使用较多的一种方法,但这种方法仅限于锂浓度很高或 Mg/Li 比相对较低的盐湖卤水。

  而锂离子筛吸附法与其他的提取分离方式相比较,其独特的优势在于它是利用吸附剂结晶结构中的超微孔同锂离子大小相同的“体积效应”,使吸附剂对锂离子产生选择性吸附效应,达到从高镁含量盐湖卤水中分离锂离子的目的。

  

  R.Chitrakar 等研究了不同无机离子吸附剂对海水中锂的吸附性能,结果表明,非锰系吸附剂除 HSbO3之外对锂的吸附容量均很低。沈祥木等基于中国盐湖开发现状,对锰氧化物锂离子筛做了大量研究,制得的离子筛在盐湖卤水中对Li+的吸附量达到了13 mg/g。

  锰系锂离子筛不仅选择性好,分离效果卓越,成本还相对低廉,吸附容量大,不污染溶液,循环利用率高,尤其适合处理Li+浓度200mg·L-1以下的卤水或海水,被认为是目前较为经济有效的从溶液锂资源中提取锂的技术。

  包覆ZrO2的意义:由于尖晶石锂锰氧化物是由锰的化合物和锂的化合物反应生成前驱体,再经酸洗脱,使其中的Li+从晶格中脱出,所以骨架中才能只保留了允许 Li+自由通过的通道和位置。

  在这个酸洗过程中,锰会有少量溶损,导致结构不稳定,循环性能下降,所以降低锰溶损率、提高其尖晶石结构稳定性就成为了制备锂离子筛的关键。研究人员发现,包覆ZrO2可以办到这一点。

  实验结果表明,表面包覆ZrO2后,锰系锂离子筛的吸附性能变化不大,但循环稳定性提高,结果更为稳定。经过10次循环后,包覆了ZrO2的锂离子筛的锰溶损率与没有包覆的锂离子筛相比有所降低,锂吸附量有所增加。相信这个研究结果必能为锂离子筛的研究提供重要参