球型正钛酸锂吸附剂的合成及性能研究

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锂作为一种重要的新能源材料,在汽车、风电等领域应用广泛。目前国际市场对锂产品的需求量以平均每年10%以上的速度持续增长,导致锂产品市场价格成倍暴涨。盐湖中蕴藏有全球70%以上的锂资源,从盐湖卤水中提锂已经成为国内外生产锂盐的主要途径。我国锂资源丰富,在世界已探明的锂资源储量中居第二位,其中液态矿锂资源占我国锂资源的80%左右,但是大部分盐湖卤水存在高镁低锂的特点,少量锂离子与大量镁离子共存,且镁离子和锂离子的性质相似,这使从高镁锂比盐湖卤水中提锂成为公认的技术难题,严重制约了锂资源的开发利用。在盐湖提锂的技术中,吸附法是全球公认的最理想的技术途径之一。该法研究的吸附剂主要有锰系和钛系吸附剂:锰系吸附剂由于性质不稳定、循环可利用率低而未投入工业应用;钛系吸附剂具有性质稳定,循环利用率高等优点而成为研究热点。但目前钛系吸附剂(Li2TiO3)存在吸附容量较低(锂吸附容量小于30mgLi/g)、吸附推动力小等问题,因此本文针对目前钛系吸附剂的缺点,采用高温固相法合成球型正钛酸锂吸附剂,较深入的研究了吸附剂的合成条件,吸附-解吸条件等,并用XRD、SEM等对吸附剂进行了表征。该正钛酸锂吸附剂合成优化条件为:以偏钛酸和氢氧化锂作为原料,锂钛比(摩尔比)为0.83,研磨混合均匀后,放入马弗炉焙烧,优化煅烧温度和时间为:500℃,保温2h;升至700℃,保温8h,之后自然冷却备用。首次使用正钛酸锂吸附剂需进行酸洗转型,优化条件为:固液比1:150,在温度65℃下用1mol/L的硫酸酸洗3h。采用该吸附剂对高镁锂比卤水进行提锂实验,吸附优化条件为:调节pH=9,固液比1:20,常温下搅拌时间2h,在该条件下,吸附容量达39.98mgLi/g;解吸条件为:稀硫酸浓度为1mol/L,固液比1:150,搅拌时间3h,在该条件下,Li+的脱附率为92%。本吸附剂对卤水中的锂离子具有较好的选择性,其对卤水中主要离子的分离能力排序为K+>Na+>Mg2+>Ca2+。对不同状态下的吸附剂进行XRD分析,结果表明在吸附操作前后,吸附剂的尖晶石结构未发生变化,这说明本吸附剂对Li+吸附和解吸具有良好的可逆性。通过五次吸附-解吸循环实验,Li+的吸附容量、解析率变化小,表明本吸附剂具有较好的稳定性。本文提出了一种优化的球型正钛酸锂吸附剂合成方法,本吸附剂对Li+具有良好选择性且吸附容量高,结构稳定,适合于我国高镁锂比盐湖卤水和地下卤水提锂应用。
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