盐湖卤水萃取提锂及其机理研究

论文摘要

我国西部拥有丰富的卤水锂资源,是世界上最具开发价值的盐湖区之一,但绝大部分盐湖卤水中锂离子含量低,同时富含大量的钠、钾、钙、镁离子,因此实现锂离子与其它离子的高效分离,是开发我国盐湖锂资源的关键所在。本文以盐湖卤水体系为研究对象,采用分子模拟和实验相结合的方法研究萃取剂与卤水中各离子之间的相互作用,初步建立了盐湖卤水萃取提锂的作用机理模型和计算方法,为后续萃取剂的改进提供依据。论文首先通过研究西台及察尔汗卤水蒸发过程中的化学组成变化,盐类析出顺序、种类和物理化学性质的变化,获得锂在卤水蒸发过程中的富集与损失规律,为盐湖提锂工艺的优化提供依据。选择经过富集的老卤作为水相,TBP-煤油-FeCl3萃取体系作为萃取剂,对锂离子萃取—反萃过程进行系统研究。实验结果表明,TBP-煤油-FeCl3萃取体系对锂离子的选择性较好,萃取效果稳定。获得了萃取的最优工艺条件：萃取相比O/A为1.5,TBP质量分数为75%,[Fe3+]/[Li+]为2,[H+]为0.02 mol/L,萃取时间为20 min,萃取温度为20℃；洗涤的相比为15；反萃取的盐酸浓度为1 mol/L,相比为2.5。锂离子的单级萃取率可达到90%左右,反萃取液中锂离子浓度约为1.670g/L,单级循环锂离子收率约为70%,并通过斜率法确定了萃取反应萃合比为2,萃取平衡常数为5.26 L3.mol-3.通过红外与核磁分析研究,初步探明是TBP上的P=O双键与LiFeCl4金属络合物的配位水分子产生氢键作用而使得金属络合物与TBP结合。利用分子模拟对萃取机理进行进一步研究,结果证明了LiFeCl4是通过3个配位水分子与TBP结合的。通过比较LiFeCl4、NaFeCl4、KFeCl4与TBP结合后最优结构的结合能,证明TBP-煤油-FeCl3萃取体系对锂离子具有选择性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 锂资源应用现状
• 1.2 国内外锂资源分布
• 1.3 国内外锂资源工业生产概况
• 1.4 盐湖提锂技术研究进展
• 1.4.1 沉淀法
• 1.4.2 离子交换吸附法
• 1.4.3 煅烧浸取法
• 1.4.4 盐析法
• 1.4.5 选择性半透膜法
• 1.4.6 溶剂萃取法
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 盐湖卤水蒸发结晶过程中锂的富集规律
• 2.1 盐湖卤水蒸发研究进展
• 2.1.1 盐湖卤水蒸发结晶相图
• 2.1.2 盐湖卤水蒸发实验
• 2.2 实验仪器与药品
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 分析方法
• 2.3.2 表征方法
• 2.3.3 盐湖卤水等温蒸发实验方法
• 2.4 察尔汗卤水蒸发结晶过程中锂富集规律
• 2.4.1 蒸发结晶路线
• 2.4.2 锂离子富集规律分析
• 2.5 西台吉乃尔卤水蒸发结晶过程中锂富集规律
• 2.5.1 蒸发结晶路线研究
• 2.5.2 锂离子富集规律分析
• 2.6 小结
• 第3章 溶剂萃取法提取盐湖卤水中锂的工艺研究
• 3.1 溶剂萃取法提锂研究进展
• 3.1.1 醇、酮及β-双酮类萃取体系
• 3.1.2 有机磷类萃取体系
• 3.1.3 季胺盐、偶氮类离子螯合-缔合萃取体系
• 3.1.4 冠醚萃取体系
• 3.2 萃取法提锂基本原理
• 3.2.1 锂的化学特性
• 3.2.2 不同萃取剂提锂机理研究进展
• 3.3 主要实验仪器与药品
• 3.4 实验方法
• 3.4.1 分析方法
• 3.4.2 表征方法
• 3.4.3 萃取体系与原料水相选择
• 3.4.4 萃取提锂实验方法
• 3.5 萃取阶段的影响因素分析
• 3.5.1 萃取温度对锂萃取率的影响
• 3.5.2 萃取相比对锂萃取率的影响
• 3.5.3 TBP浓度对锂萃取率的影响
• 3.5.4 氯离子浓度对锂萃取率的影响
• 3.5.5 铁锂浓度比对锂萃取率的影响
• 3.5.6 萃取时间对锂萃取率的影响
• 3.5.7 初始水相酸度对锂萃取率的影响
• 3.5.8 碱金属离子含量对锂萃取率的影响
• 3.6 模拟卤水萃取锂平行实验
• 3.7 洗涤阶段的影响因素
• 3.8 反萃取阶段的影响因素
• 3.8.1 盐酸浓度对锂反萃取率的影响
• 3.8.2 相比对锂反萃取率的影响
• 3.9 萃取-洗涤-反萃取循环有机相损失情况
• 3.10 斜率法测定萃合比及萃取平衡常数
• 3.11 磷酸三丁酯-煤油萃取体系提锂机理初探
• 3.11.1 红外光谱分析
• 3.11.2 核磁共振分析
• 3.12 小结
• 第4章 磷酸三丁酯-煤油萃取体系提锂的作用机理研究
• 4.1 分子模拟研究进展
• 4.1.1 密度泛函理论
• 4.1.2 交换相关能量泛函
• 4.1.3 分子模拟在萃取中的应用
• 3简介'>4.1.4 Dmol³简介
• 4.2 计算模拟软件及基本参数
• 4.3 四氯合铁酸锂与磷酸三丁酯模型的建立
• 4.3.1 磷酸三丁酯模型的建立
• 4.3.2 四氯合铁酸锂络合物模型的建立
• 4.4 四氯合铁酸锂与磷酸三丁酯结合作用机理
• 4直接与TBP结合模型建立'>4.4.1 LiFeCl₄直接与TBP结合模型建立
• 4通过结合水与TBP结合模型建立'>4.4.2 LiFeCl₄通过结合水与TBP结合模型建立
• 4与TBP结合模型确立'>4.4.3 LiFeCl₄与TBP结合模型确立
• 4.5 磷酸三丁酯-煤油萃取体系对锂离子的选择性
• 4、KFeCl₄络合物模型的建立'>4.5.1 NaFeCl₄、KFeCl₄络合物模型的建立
• 4、KFeCl₄与TBP结合模型建立与萃取体系选择性讨论'>4.5.2 NaFeCl₄、KFeCl₄与TBP结合模型建立与萃取体系选择性讨论
• 4.6 小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 论文发表情况