铝盐锂吸附剂的合成及性能研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangxz
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我国拥有丰富的盐湖锂资源,其中高镁锂比盐湖较多,开发利用难度高。吸附法因有其具有绿色环保、适用于较低浓度溶液、工艺简单等独特优势,目前已用于盐湖提锂的工业生产中。但目前吸附剂的吸脱附性能、循环使用性、选择性、机械性能及稳定性仍有待更进一步提高,生产成本也有待降低。铝盐锂吸附剂,相较于锰系、钛系等锂吸附剂,其制备成本较低、工艺简单,是一种有较好应用前景的锂吸附剂。目前其存在的主要问题是吸附容量相较其它类锂吸附剂偏低,同时溶损较大、循环使用性较差,这些问题都亟待研究和提高。为此本论文开展了铝盐锂吸附剂合成新工艺的研究,并对所合成吸附剂的吸、脱附性能及吸附选择性进行了系统研究,为进一步提高吸附剂的吸附性能,探索了多种吸附剂造孔方法。开展的主要工作及所得出的研究结果如下。进行了三种结晶态Al(OH)3(三水铝石、勃姆石及无定型Al(OH)3)以及聚合氯化铝(PAC)为原料合成吸附剂的实验研究,结果表明仅无定型Al(OH)3、PAC所合成的吸附剂对锂离子有一定的吸附能力。但无定型Al(OH)3所合成吸附剂溶损大,单次吸附实验溶损50%以上。最终确定采用以PAC为原料的合成方案。研究了以PAC为原料合成铝盐锂吸附剂的合成工艺,采用单因素实验方法,研究了加料方式、反应物配比、反应温度、反应时间和加料速度对吸附量的影响,结果表明影响吸附剂合成的最主要因素是反应物配比,得出了最佳工艺条件。综合分析表征结果,认为吸附剂成分以结晶度不同的Li Cl·2Al(OH)3·n H2O为主,同时含有Ca CO3、Al(OH)3、(Ca O)3Al2O3·6H2O及Li Cl·H2O等成分。Li Cl·2Al(OH)3·n H2O的结晶度越低吸附性能越好。研究了所合成吸附剂的吸、脱附性能及吸附选择性,结果表明:室温下,吸附剂在Li Cl溶液中15 h时吸附完全平衡;吸附容量为6.1 mg/g,较文献普遍报导的铝盐吸附剂吸附量提高了20%~50%,在较高的吸附溶液温度时,吸附量能进一步提高;适宜的溶液p H值范围为3~5;吸附剂在Li-Na、Li-Ca、Li-K双阳离子体系中,对锂均具有选择性。其中Li与Ca分离效果最好,分离系数SLi/Ca最大达到了10以上。在复杂溶液体系中,分离系数SLi/Ca高达78,锂和钙的分离效果很好。吸附过程符合Freundlich等温模型;吸附动力学拟合结果契合准二级动力学模型;确定了最佳脱附条件。探索了吸附剂的吸脱附机理,通过XRD和红外图谱对比吸附前、后及脱附后吸附剂的结构,表明吸附剂在吸附前、后以及脱附后,结构未发生明显变化;吸附、脱附过程中有锂离子的嵌入和脱出,且锂离子的嵌入和脱出,是与氢离子发生了离子交换。为进一步提高吸附剂的性能,探索了三种吸附剂造孔方案。采用表面活性剂造孔,制得的吸附剂存在较多介孔,比表面积提高了3~5倍,吸附容量提高了30%左右;采用海藻酸盐制备多孔吸附剂,制备了表面分布有介孔、比表面积较未造孔时提高了4倍的凝胶吸附剂,在吸附剂主成分质量百分比下降50%时吸附量仅下降了15%~47%,有望通过优化配比,合成吸附量更高的吸附剂;采用致孔剂造孔,合成产物的比表面积为6 m2/g左右,基本为无孔颗粒结构,由于致孔剂参与了吸附剂的合成反应,反应最终产物基本不含Li Cl·2Al(OH)3·n H2O,因此对锂无吸附能力。采用致孔剂造孔提高吸附性能是不可行的。
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