沸石、黑锰矿及软锰矿制备离子筛及卤水溶液锂提取的实验研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) | 被引量 : 2次 | 上传用户:yuhua345
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锂是重要的战略资源,由于其独特的性能,从尖端科学技术到人们的日常生活都越来越离不开锂及其相关产品。近年来,锂的需求量保持着快速增长,随着新能源汽车的快速发展,将刺激锂的需求进一步增长。而自然界中的锂资源主要储存于盐湖卤水、海水和地热水及固体矿物中,由于固体矿物中的锂资源量有限且提取成本较高,迫切需要开发和利用液态锂资源。在从盐湖卤水和海水中等液态稀锂资源中提取锂的各种方法中,锂离子筛吸附法是目前最有前途的方法,适合于从含锂浓度较低的卤水和海水中提锂,也可用于高镁锂比盐湖卤水中提锂资源,并且具有工艺简单、对环境污染小等优点。本文中利用实验研究了两种制备离子筛的方法:固相烧结法和水热合成法。其中固相烧结法利用了两种不同的反应原料:一种为天然的沸石、另一种为黑锰矿(Mn3O4),而都选择了LiOH·H2O作为含锂化合物进行反应。在通过反应获得离子筛前驱体和离子筛后,利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所获得样品的晶体结构和微观形貌、尺寸进行表征,并利用所获得的两种离子筛进行模拟吸附溶液中锂离子的实验。结果表明,利用沸石为原料获得的锂离子筛吸附溶液中锂离子的能力有限。而以黑锰矿(Mn3O4)为原料所制备的离子筛存在前驱体和离子筛的结晶性不好,粒子尺寸(1-5μm)过大并且分布不均匀的问题。而吸附实验结果表明,当初始锂浓度较高时,所制备的锂离子筛的吸附效果较好;但其对低浓度的含锂溶液吸附量较小。而其对于溶液中锂离子的吸附过程符合伪二级动力学方程,为化学吸附过程。水热合成法是以Mn(NO32·4H2O、Na2S2O8和LiNO3为反应原料,首先制备获得软锰矿(MnO2),之后利用其制备了宽约40-80 nm、长约400-800 nm的纳米棒状尖晶石型MnO2离子筛。在没有控制溶液pH值的情况下,通过吸附实验得到离子筛对稀锂溶液中锂离子的最大吸附量达到20 mg/g。而其对于溶液中锂离子的吸附过程符合伪二级动力学方程,为化学吸附过程。同时,通过吸附实验测定并计算了溶液中各碱金属离子的平衡分配系数Kd,它们的大小次序为Na+<K+<<Mg2+<Li+,说明离子筛对锂离子具有较高的选择性,并且溶液中的碱金属离子并没有对Li+的吸附造成干扰。本文中利用水热合成法制备的离子筛存在的主要问题是重复利用性能有待提高。但总体而言,这种通过水热合成法制备的新型MnO2纳米棒状离子筛有希望用于从包括卤水、海水和地热水等液体环境中提取溶液中的锂。
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