新萃取体系从高镁锂比盐湖卤水中萃取锂的研究

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本论文主要研究了新萃取体系从高镁锂比盐湖卤水中提取锂的新工艺。选用N523和TBP(磷酸三丁酯)作为萃取剂,磺化煤油为稀释剂,FeCl3为共萃取剂,对盐湖卤水进行萃取分离氯化锂研究。通过实验确定了萃取体系和萃取工艺以及操作条件,对萃取机理和离心萃取器在盐湖提锂工艺中的应用进行了研究。主要研究内容和结果如下:  (1)对N523-磺化煤油萃取体系,通过单因素实验确定了最佳萃取工艺条件:N523含量(体积)为50%,相比(O/A)为2/1,铁锂摩尔比(Fe/Li)为1.3,卤水酸度为0.10mol/L,振荡时间6min。锂单级萃取率为74.9%,经三级逆流萃取锂的萃取率可达96.21%,锂与钠、钾、镁的分离效果好。用3mol/LHCl在相比10/1条件下即可使锂反萃充分。该萃取体系的操作范围窄,分相效果不理想,串级效应不明显。通过化学分析、斜率分析、元素分析、紫外和红外光谱分析,确定萃合物的结构为LiFeCl4·N523;Li+与[FeCl4]-形成LiFeCl4被萃入有机相;萃取剂中N、O原子可能同时参与配位。  (2)向N523-磺化煤油萃取体系中添加TBP能明显改善分相效果,最佳的TBP添加量为30%,最佳的萃取体系为:20%N523-30%TBP-50%磺化煤油。通过研究相比、铁锂摩尔比、卤水酸度等因素对萃取锂的影响,得到的单级萃取最佳操作条件为:相比为2/1,铁锂摩尔比为1.3,卤水酸度为0.05mol/L,锂的单级萃取率为84.55%。该萃取体系体适用于从锂浓度在2g/L左右及氯离子浓度高于7mol/L的盐湖卤水中萃取锂。  (3)20%N523-30%TBP-50%磺化煤油萃取体系萃取锂的机理研究表明:Fe3+在有机相中以[FeCl4]-形式存在;萃合物的结构为LiFeCl4·2N523·2TBP;萃取焓ΔH=-15.45kJ/mol,萃取过程为放热反应;萃取自由能ΔG=-18.14kJ/mol,萃取过程可自发进行;N523和TBP混合体系萃取锂没有协同效应。  (4)对20%N523-30%TBP-50%磺化煤油萃取体系萃取锂的萃取、洗涤、反萃、转相等工艺流程研究表明:三级逆流萃取可使锂的萃取率达99.5%以上;稀酸洗涤能充分洗脱负载有机相中Mg2+,但Na+、K+洗脱效果差,并且Fe3+和Li+损失严重;采用反萃液回流洗涤可使Na+、K+、Mg2+杂质洗脱更充分,并能抑制Fe3+、Li+损失;用3mol/L盐酸在相比为10/1条件下锂单级反萃率可达95%,两级反萃率99%以上;用NaOH皂化转相可使反萃后的负载有机相恢复萃取能力。经八级全流程萃取工艺,锂的萃取率达到96%以上,萃取循环过程中萃取剂无溶损,萃取性能良好,萃取过程分相良好,未产生三相和乳化。  (5)将20%N523-30%TBP-50%磺化煤油萃取体系应用于BXP-040型离心萃取器上,通过对相比和分离容量等参数对萃取效果的影响研究表明:该离心萃取器能实现的最大萃取通量为600mL/min,最大反萃相比为40/1,最大反萃通量为550mL/min。两级逆流萃取锂的萃取率可达94%,两级反萃锂的反萃率可达99%。该离心萃取器能够应用于从盐湖卤水中萃取锂的工艺中。
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