电吸附技术在高镁锂比盐湖卤水中提锂的应用

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盐湖卤水中含有重要的锂资源,而我国盐湖卤水大多为高镁锂比的盐湖,镁的大量存在,为锂的高效提取带来困难,为此降低镁锂比,开发快速、高效的提锂技术具有非常重要的意义。电吸附提锂技术在绿色无污染、循环稳定性等各项指标面前具有明显优势。为此本研究磷酸铁锂电吸附技术在盐湖提锂的可行性研究,重点开展了磷酸铁锂电极的锂吸附特性、多种离子的分离特性以及电极性能改善等研究,具体结果如下:(1)确定磷酸铁锂(LFP)电极的配方,LFP:ACET(粘合剂):PTFE(导电剂)按质量比为80:10:10,LFP的总涂覆量在10-20 mg/cm~2时,所制作的电极效果最佳,制得的LFP电极在1mol/L的Li Cl溶液中,扫描速度在0.3-0.75 mv/s范围进行循环伏安(CV)实验,锂离子嵌脱效果最佳。并且求得嵌/脱锂扩散系数分别为3.25×10-10 cm~2/s和2.15×10-10 cm~2/s。(2)LFP电极在0.5 mol/L MCl(M=Li、Na、Mg、K)溶液进行CV实验中,Li+、Na+、Mg2+、K+离子嵌入LFP电极的电压分别为0.123 v、-0.062 v、-0.152 v、-0.532 v,嵌入电压的不同为锂离子的分离提供依据。通过能斯特方程求得锂离子嵌入LFP电极的平衡电位是-0.239 v,区别于Mg离子的-0.728 v。因此,将电压设定在-0.5 v的恒电位下对一里坪卤水进行提锂实验,使用LFP电极和Ag电极,在10次吸脱附之后,卤水中的K/Li从0.93降至0.37,Na/Li从1.75降至0.33,Mg/Li从56.84降至2.61,从而实现了降低镁含量,富集锂离子的目的。(3)使用三聚氰胺对碳纸进行改性,改性后的电极嵌脱锂所需的电压范围更小,反应时间也减小到改性前的一半以上。特别是电压扫描速度为0.1 mv/s时,即保证了嵌脱锂的容量不受损失,也有效地减小了H2O电解带来的电能损失。研究确定了锂吸附电极高性能工作的适宜条件;通过控制吸附电压的范围,就可以实现电极对锂的而排出电极对Na,K,Mg等离子的吸附,从而实现镁锂的分离;本研究提出的电极改进方案,可以大大降低吸附时间,减少由于水电解造成的电能损失,因此磷酸铁锂电极能够用于盐湖卤水的电吸附法提锂过程具有可行性。
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