青藏高原碳酸盐型锂盐湖开发技术

 中国的盐湖锂资源十分丰富,并且盐湖类型齐全;锂是对国民经济和国家安全有重要意义的能源金属,近年来随着国际社会对新能源的高度重视,国内外锂盐行业发展十分迅猛,锂盐湖的开发也迎来了新的机遇。综述了中国青藏高原碳酸盐型锂盐湖的分布、卤水特点和重要碳酸盐型锂盐湖产业化状况,详细阐述了盐梯度太阳池技术和兑卤法技术,及其在中国青藏高原碳酸盐型锂盐湖中的应用情况。中国碳酸盐型锂盐湖具有镁锂比低、工艺技术相对简单的特点,通过这两种技术的有机结合,该类型盐湖有望在开发过程中率先实现重大突破。     

盐湖与盐沉积学术探秘

 中国工程院院士郑绵平1956 年毕业于南京大学地质系,多年来一直致力于中国盐湖和盐类沉积研究.他的研究涵盖了盐湖地质、盐湖化学、盐湖生物学、盐湖沉积与全球气候变化、盐湖卤水锂-硼-钾提取和中和利用技术、大盐湖产业(盐湖矿业、盐湖农业和盐湖旅游业)开发等多个盐湖相关学科领域与资源高值化利用.在对盐湖整体综合研究的基础上,从盐科学体系出发,创立了Salinology(盐湖学/盐学)这门边缘交叉新学科.     

盐湖提锂工艺——高镁锂比盐湖锂盐吸附剂研发进展

 据2019年美国地质调查局统计全球已查明锂资源量6200万t,其中59%锂资源分布在盐湖中,而绝大部分盐湖为高镁锂比盐湖,高镁锂比盐湖中锂的提取工艺更难,吸附剂可以一步直接提锂,研发循环性能高、稳定性强、制备高效的高镁锂比盐湖锂盐吸附剂迫在眉睫。根据吸附剂的制备材料和吸附机理不同,将现有吸附剂进行分类,总结了离子筛吸附剂、铝盐吸附剂、天然矿物改性吸附剂发展现状及吸附流程。对比研究发现,天然矿物改性吸附剂具有离子筛吸附剂和铝盐吸附剂提锂的所有优势,制备简单不产生废料,经济、环保、高效,在未来高镁锂比盐湖提锂工艺中应予以重点关注。     

西藏地区盐湖锂的地球化学分布规律

通过统计西藏高原盐湖镁离子及锂离子质量浓度的水化学数据和镁锂离子质量浓度比值,绘制出西藏地区盐湖卤水锂离子质量浓度分布等值线图和镁锂离子质量浓度比值分布图,分析了西藏地区盐湖锂资源品位及品质在空间上的分布规律以及盐湖锂资源富集与其所处地质环境的关系。分析表明:西藏地区盐湖锂资源的分布呈现分带性特征,盐湖锂离子质量浓度可能受构造带的控制,碳酸盐型盐湖带的盐湖卤水镁锂离子质量浓度比值最低,高品质低镁锂比卤水盐湖和低镁锂比卤水盐湖集中分布在碳酸盐型盐湖带-硫酸盐型盐湖带过渡区内。     

盐湖卤水提锂进展研究

介绍了世界锂资源的分布状况和目前盐湖卤水的主要提锂方法,重点介绍了沉淀法、离子筛法的工艺技术和工业化情况,并对中国盐湖锂资源的开发现状及技术发展方向进行了分析,希望能够为中国盐湖卤水锂资源开发提供参考。     

盐湖卤水提锂技术及产业化发展

 据美国地质调查局2020年最新统计，已查明的世界锂资源量为8000万t，其中59%锂资源分布在盐湖中，寻找不同类型盐湖的提锂技术亟待解决。根据盐湖卤水中锂和其他伴生离子赋存特征，综述了沉淀法、膜法、萃取法、盐梯度太阳池法、吸附法等盐湖提锂技术发展现状，总结了锂资源生产流程，探讨了各种方法对不同镁锂比盐湖的适应性及优势。研究发现，盐湖提锂不能按照单一方法进行，要根据不同盐湖赋存类型进行提锂工艺的选择。沉淀法已经在低镁锂比盐湖中经过工业化生产验证；吸附法是目前在高镁锂比盐湖中综合效果最为理想的提锂技术，其吸附容量高、一步直接提锂、循环性能高、稳定性强；天然矿物改性吸附法是未来盐湖提锂产业化应重点关注的方向。     

西藏盐湖卤水成盐过程自然能的应用

 西藏盐湖资源丰富,绝大多数盐湖分布于交通不便、无工业基础且生态环境极度脆弱的高海拔地区,而西藏地区社会经济发展和自然状态决定了西藏盐湖的开发应以锂、硼开发为主,兼顾钾资源的综合利用。本文介绍了中国科学院青海盐湖研究所与相关盐湖企业合作,研发了西藏查波措硫酸盐型富锂盐湖开发技术、结则茶卡碳酸盐型盐湖和龙木错硫酸盐型盐湖的耦合开发技术,形成了针对西藏硫酸盐型、硫酸盐-碳酸盐型富硼锂盐湖开发的独特的自然成矿工艺路线。     

锂的来源及应用

从锂提取的角度,简述了锂矿石、盐湖卤水、海水、地热水及煤与锂电池等含锂资源的开发情况,并简述了锂及其化合物的用途,最后对提锂技术和锂的应用前景进行了展望。     

高原富锂水盐体系相平衡及热力学性质研究进展

 中国西部高海拔青藏高原腹地拥有众多盐湖,这些盐湖以富含锂而闻名世界。其卤水组成可用Li⁺,Na⁺,K⁺,Mg²⁺//Cl^-,SO₄^2-,CO₂^3-,borate-H₂O表示。开展多组分复杂盐湖卤水体系相平衡及热力学性质研究,不仅对该种类型盐湖卤水的成因和成矿规律及化学行为的揭示具有重要意义,而且对于盐湖卤水盐类资源综合利用具有指导意义。本文重点归纳总结了国内外高原富锂水盐体系的稳定相平衡、介稳相平衡及热力学性质的研究进展,指出了含锂水盐体系相平衡及热力学性质研究存在的问题及未来研究发展方向。     

锂资源的分布及其开发利用

锂是最轻的金属元素 ,性质独特 ,由瑞典化学家在1817年发现 ,在其发现后长达100年的时间内基本上没有什么应用 [1]。但在“二战”期间 ,由于军工需要 ,锂盐工业开始得到迅速发展。近半个世纪以来 ,它在各领域得到广泛应用 ,尤其是近年来 ,随着锂电池、锂合金等航天航空工业的发展和核聚变反应电站的需求 ,世界各国普遍重视锂工业的发展 ,有人称“21世纪是锂的世纪”、“锂是21世纪的能源元素”[2]。我国是一个锂资源丰富的国家 ,但长期以来由于各种主客观因素的制约 ,导致这一领域的研究和开发、利用比较滞后 ,因此 ,在西部大开发和资源利用…     

盐湖锂资源直接提取及精制加工技术

我国盐湖锂资源丰富,但开发的理论基础和技术关键均没有实质性突破,高镁锂比卤水中锂的直接提取技术的突破是我国盐湖锂资源开发的急迫需求。该课题以国家战略需求为导向,着眼于解决国际上高Mg/Li比盐湖卤水提锂的关键技术问题,符合国家中长期科技发展纲要的要求。通过该课题研究,将提高盐湖锂资源提取技术集成创新能力,实现盐湖资源平衡综合开发和利用,促进盐湖地区资源优势转化为经济优势,构建盐湖卤水综合利用的新型产业链。主要研究内容包括:(1)分离用锂离子筛功能材料设计与制备:设计制备对Li+具有特殊选择性和高交换容量的离子筛型吸附剂,研究Mg/Li比与其他共存离子对提锂性能的影响,揭示离子筛氧化物结构与其反应分离性能之间的内在规律。(2)盐湖锂离子快速识别络合吸附材料合成及制备:采用传感信号响应技术,设计并快速筛选高选择性锂离子受体,创制新型络合吸附分离材料,探讨材料构性等对锂离子的分离性能,提出最优化的分离材料设计方案,研究络合吸附材料微观结构与锂离子吸附性能的关系。(3)盐湖高锂选择性复合吸附材料合成与优化:发展以分子模拟技术为指导、高锂选择性为导向的新型复合吸附材料设计方法,实现以氢氧化物为改性吸附剂的可控合成,确定合成工艺中优化的改性吸附剂浓度,并优化合成工艺参数。(4)吸附功能材料规模化制备关键技术:冷模研究规模化制备吸附材料合成釜中流体流动特性,结合CFD确定合成釜放大关键参数和放大准则;研究成型工艺,考察在吸附-脱附过程中的稳定性;批量制备吸附剂。(5)卤水直接提锂工艺及示范装置:确定吸附-脱附最佳工艺流程和参数;建立提锂过程模型,通过模拟和分析确定最优工艺参数;开发新型Li Cl分离技术工艺软件包;建设100 t/a氯化锂提取装置,并进行示范运行。(6)Li2CO3精制加工关键技术研究:针对不同的卤水组成,开发相应的除杂富锂关键技术,获得初级碳酸锂产品,并进一步精制加工,最终形成适应我国盐湖资源特点的高纯碳酸锂和电池级碳酸锂产品制备成套技术。预期目标:(1)建立100 t级Li Cl提锂示范装置。锂的收率≥85%,Li Cl纯度≥99%;(2)申请相关发明专利8~10项;发表高水平论文10~15篇;(3)培养博士研究生8~10名,硕士研究生12~15名,形成1个专门从事盐湖资源开发利用的创新团队。     

从自然资源中提取锂的研究进展

锂是国家重要的战略储备金属，是许多战略性新兴产业的关键原材料。随着全球电气化的普及和可控核聚变的发展，锂的消费量在近十年有了明显的增长，可以预见的是，其需求量将在未来很长一段时间内持续增长。虽然研究人员已开展了很多从废旧材料中回收锂的研究，但受限于目前市场上锂的总流通量，从自然资源中提取锂仍然是新兴产业快速发展的首选。本文综述了近年来从自然资源中提取锂的技术进展。以锂辉石、锂云母和盐湖卤水为主要锂资源，对现有的提取方法进行了总结，并比较了各种方法的优缺点。锂辉石的转型-熟化法是目前最重要的提锂工艺，然而大量能源和硫酸的消耗仍无法避免。少数企业选择锂云母作为工业生产提锂的原料，但未考虑高价值的铷和铯的综合利用。针对高镁锂比的盐湖卤水，大量研究仅局限于实验室规模，真正落地投产的很少。上述存在的问题急需解决，同时也应着力于开发新兴技术应用于从自然资源中提取锂。本文为未来自然资源提锂工艺的研究、开发、优化和工业应用提供了参考。     

苯甲酸锂、对苯二甲酸锂及均苯三甲酸锂的电化学性能

采用苯甲酸、对苯二甲酸、均苯三甲酸分别与氢氧化锂进行简单中和反应生成相应的苯甲酸锂、对苯二甲酸锂、均苯三甲酸锂.将这些盐作为有机负极嵌锂材料,研究其电化学性能.结果表明,苯甲酸锂、对苯二甲酸锂、均苯三甲酸锂电极材料在0.1C倍率下首次放电容量分别为250、340、268 mAh/g,50次循环后,其放电容量分别为75、100、60 mAh/g,表明对苯二甲酸锂电极材料循环前后放电容量最高.通过溶解性实验表明对苯二甲酸锂最难溶解在有机电解液中.对苯二甲酸锂能够通过O~-—Li…O~-键作用形成二维"大分子链"的结构,能有效抑制溶解.实验结果显示,对苯二甲酸锂电极材料有望成为锂离子电池有机负极材料.     

盐湖湖水中锂的测定

用国产阳一号离子交换树脂,以50%乙醇的0.2NHCl 为淋洗液,离子交换层折法分离盐湖湖水中痕量锂,然后用钍试剂分光光度测定.     

适用沉淀法分离盐湖卤水镁锂比的确定及碳酸锂制备

采用氨水和氢氧化钠溶液两次沉淀除镁,可以实现高镁锂比的盐湖卤水的提锂和碳酸锂制备。实验结果表明:该法能够使镁锂比为40∶1的盐湖卤水得到较好分离。母液蒸发浓缩提锂后,在反应温度90℃,反应时间40 min,沉锂剂滴加速度25 mL/min条件下能够制得高纯度碳酸锂。     

青海盐湖水化学特征的因子分析研究

采用最大方差正交旋转因子分析方法研究青海盐湖水化学特征，结果表明，青海盐湖水化学类型主要为硫酸镁盐型，盐湖卤水发育程度较深，没有碳酸盐型，K、Na、Mg//Cl、SO4-H2O是青海盐湖卤水的主要化学平衡体系等，这与青海盐湖的实际情况完全相符。     

西藏盐湖的钾盐资源

 西藏盐湖赋存锂、硼、钾等特种资源及普通盐类。综述了西藏盐湖调查历史,对已勘查盐湖的钾盐资源储量和已详细取样调查盐湖的钾盐资源量分别进行了汇总与估算,阐述了盐湖成矿物质来源及西藏盐湖钾盐资源远景。西藏盐湖钾盐资源以中小型为主,钾含量较高但规模较小,而其伴生矿锂、硼的矿床规模大,建议三者综合开采,以取得最大效益。     

高镁锂比盐湖卤水镁锂分离工艺

以高镁锂比盐湖卤水为原料,进行镁锂分离的工艺研究.分别用氨和碳酸氢铵进行二段沉镁,卤水中98%的Mg2+以氢氧化镁和碱式碳酸镁形式沉淀分离出去,溶液经浓缩结晶析出氯化铵后,再用氢氧化钠进行深度除镁,很好地实现镁锂的分离.研究NaOH的加料方式、浓度、加料速度、终点pH值、反应温度及反应时间对除镁效果的影响.实验结果表明:在NaOH溶液浓度为10 mol/L,加料速度为0.3～0.5 mL/min,pH=12,温度为25℃,反应时间为20～30 min的条件下,母液中Mg2+可以除尽,为后续工序制备碳酸锂创造了有利的条件.     

西藏龙木错湖水5℃蒸发析盐规律研究

以西藏龙木错湖水为研究对象,对其进行了5℃低温蒸发析盐实验,研究了该湖水在蒸发过程中元素的富集行为和盐类析出规律,并依据Na+、K+、Mg2+//Cl-、SO24--H2O五元水盐体系相图进行了分析,为以后合理开发利用该盐湖提供了基础实验数据.同时,蒸发所得富锂溶液,可进行提锂工艺.     

用冠醚C_(401)分离锂同位素

目前锂同位素生产的经典方法,锂盐—锂汞齐化学交换法,汞毒大,耗电多.甚有必要以新法代之.各国都在探索新法,但用于生产的新法至今未见报导.穴醚(2.2.1)体系的锂同位素效应虽然较大,但经验证实验证实水溶性太大,不宜