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锂型低硅铝比X型沸石分子筛（Li-LSX）交换母液中锂离子的回收

作　者: 王丽娟
导　师: 孙继红
学　校: 北京工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 锂型低硅铝比X型沸石分子筛(Li-LSX) 锂磷酸三丁酯(TBP) 萃取
分类号: TQ424.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

锂被称为“21世纪的能源金属”,它在玻璃、陶瓷、冶金、纺织、橡胶、润滑材料、医疗等传统领域具有非常广泛的应用。同时,航空航天、核能发电、高能电池、轻质高强合金等高新技术领域对锂的需求量也在不断增加。因此,开展锂的提取方法研究工作具有非常重要的现实意义。锂型低硅铝比X型沸石分子筛(Li-LSX)是目前工业上广泛采用的空气分离吸附剂,它具有氮氧分离系数高、氮气吸附容量大、容易脱附等优点,在变压吸附(PSA)空分制氧领域应用非常广泛。Li-LSX沸石分子筛通常采用离子交换法从相应的Na型沸石分子筛制得,工业上使用较多的方法是水溶液交换法,该方法具有交换条件温和、易操作等优点,但在交换过程中也存在锂盐利用率低以及回收困难等缺点。随着锂价格的上升,这种制备方法的成本也随之升高,成为其在工业上应用的桎梏。最近我们课题组提出了一种液相交换与高温固相交换相结合的新方法,这种方法在提高锂离子交换度的同时,可以减少锂盐的使用量。为了降低成本,使该方法更趋完善,本文进一步研究了如何从所交换的母液中(含Li+、Na+、Cl-)回收锂离子的问题,以期达到降低Li-LSX沸石分子筛的生产成本、扩大其工业应用面的目的。研究内容及结果如下:1.以磷酸三丁酯(TBP)为萃取剂,200#溶剂油为稀释剂,在协萃剂FeCl3的作用下,对交换后母液中的Li+(0.04mol/L)进行了萃取回收考察。系统研究了温度、萃取时间、pH值、相比(有机相与水相的体积比)、TBP浓度、铁锂比(Fe3+与Li+的摩尔浓度之比)以及Cl-浓度等因素对萃取过程的影响规律,并计算了萃取反应的焓变。结果表明TBP对Li+有很好的萃取效果,萃取率能够达到85%以上,反应为放热反应,铁锂比、Cl-浓度、pH值等因素对萃取率有重要影响。最佳萃取条件为:室温、萃取时间为10～15min、pH值为2～3、相比为1、TBP体积分数为40～60%、铁锂比为2.5～4、Cl-浓度为6～8mol/L。2.以盐酸为反萃剂,对萃取之后有机相中的Li+进行反萃,详细考察了反萃相比(有机相与酸相的体积比)、盐酸浓度、温度等因素对反萃过程的影响规律。结果表明,盐酸浓度是影响反萃过程的关键因素,通过优化反萃条件,反萃率可以达到85%以上。获得了最佳反萃条件:相比为1、盐酸浓度为5mol/L以上、温度为室温。3.对萃取剂的循环利用进行了初步探讨,发现萃取剂经二次循环后,可以使萃取阶段的萃取率增加,但会使反萃阶段的反萃率下降,反萃率下降的幅度(26%)大于萃取率增加的幅度(4%),因而锂离子的总回收率会略有下降。如果想保持较高的总回收率,需要适时补加有机相,例如采用多级串联萃取的方法。此外,文章还对该萃取及反萃体系的工业应用前景进行了简要分析。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-30
  1.1 锂在国民经济中的重要地位  10-14
    1.1.1 锂在电池中的应用  10
    1.1.2 锂在冶金中的应用  10-11
    1.1.3 锂在玻璃工业中的应用  11
    1.1.4 锂在陶瓷工业中的应用  11
    1.1.5 锂在沸石分子筛吸附剂及其它方面的应用  11-14
  1.2 LI-LSX沸石分子筛的制备方法  14-17
    1.2.1 水溶液交换法  15
    1.2.2 固相交换法  15-16
    1.2.3 水溶液交换与固相交换相结合的交换方法  16-17
    1.2.4 熔盐交换法  17
  1.3 锂的提取方法简介  17-21
    1.3.1 研究锂的提取方法的重要性  17
    1.3.2 萃取法  17-18
    1.3.3 沉淀法  18-20
    1.3.4 离子筛吸附法  20
    1.3.5 结晶法  20-21
    1.3.6 其它方法  21
  1.4 锂的萃取体系概述  21-28
    1.4.1 有机磷萃取体系  21-22
    1.4.2 脂肪醇、酮萃取体系  22-23
    1.4.3 β-双酮萃取体系  23-25
    1.4.4 胺类、偶氮类萃取体系  25-26
    1.4.5 冠醚类萃取体系  26-27
    1.4.6 其它萃取体系  27-28
  1.5 本课题的研究意义、研究内容及创新点  28-30
    1.5.1 本课题的研究意义  28
    1.5.2 本课题的研究内容  28-29
    1.5.3 本课题的创新点  29-30
第2章交换后母液中锂离子的萃取研究  30-46
  2.1 引言  30-32
  2.2 实验部分  32-34
    2.2.1 仪器与试剂  32-33
    2.2.2 实验方案  33-34
    2.2.3 表征方法  34
  2.3 结果与讨论  34-44
    2.3.1 反应焓变的计算  34-36
    2.3.2 温度对萃取率的影响  36-37
    2.3.3 萃取时间对萃取率的影响  37-38
    2.3.4 相比对萃取率的影响  38-39
    2.3.5 pH值对萃取率的影响  39-40
    2.3.6 TBP浓度对萃取率的影响  40-42
    2.3.7 铁锂比对萃取率的影响  42-43
    2.3.8 Cl-浓度对萃取率的影响  43-44
  2.4 本章小结  44-46
第3章有机相中锂离子的反萃取研究  46-54
  3.1 引言  46-47
  3.2 实验部分  47-49
    3.2.1 仪器与试剂  47
    3.2.2 实验方案  47-49
    3.2.3 表征方法  49
  3.3 结果与讨论  49-53
    3.3.1 有机相中Li+浓度的计算  49
    3.3.2 相比对反萃率的影响  49-50
    3.3.3 HCl浓度对反萃率的影响  50-51
    3.3.4 温度对反萃率的影响  51-53
    3.3.5 萃余酸相的处理  53
  3.4 本章小结  53-54
第4章萃取剂的循环利用研究  54-62
  4.1 引言  54
  4.2 实验部分  54-58
    4.2.1 仪器与试剂  54-55
    4.2.2 实验方案  55-58
    4.2.3 表征方法  58
  4.3 结果与讨论  58-60
    4.3.1 萃取剂二次循环对萃取率的影响  59
    4.3.2 萃取剂二次循环对反萃率的影响  59
    4.3.3 萃取剂二次循环对锂总回收率的影响  59
    4.3.4 工业化应用分析  59-60
  4.4 本章小结  60-62
结论与展望  62-64
参考文献  64-68
攻读硕士期间取得的成果  68-70
致谢  70

锂型低硅铝比X型沸石分子筛（Li-LSX）交换母液中锂离子的回收

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