磷酸三丁酯从盐湖卤水中提取锂盐的工艺优化研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Zoeyha
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本论文主要从萃取锂的影响因素、萃取机理、回流洗涤、反萃取的影响因素、盐转相有机相再生、离心萃取器在萃取锂的应用等方面进行研究。具体结果如下:   (1)通过单因素实验确定了最佳萃取工艺条件:磷酸三丁酯(TBP)体积含量80%,相比(O/A)=2.0,Fe/Li=1.5,[H+]=0.05mol/L,振荡时间6min。该萃取工艺的实验结果具有良好的稳定性和重现性,在最优条件下单级萃取率可达93.62%,该体系可适用Li+浓度在1g/L~9g/L不含Ca或Ca含量极低的氯化物型盐湖卤水提锂。   (2)四级萃取串级实验表明:单级萃取率可达93.21%,2级萃取率可达97.28%,3级萃取率可达97.84%,4级萃取率可达到99.29%。   (3)通过斜率法确定了TBP与LiFeCl4产生二溶剂化物:LiFeCl4·2TBP;通过红外光谱紫外光谱法确定了Li+与FeCl4-形成LiFeCl4萃入有机相,萃合物结构为LiFeCl4-2TBP,萃取过程为溶剂化萃取机理;通过空腔理论分析FeCl3的加入改变了Li+在溶液中的存在形式,增大了锂离子配位体的半径,改善了萃取效果,从而使萃取更容易进行;通过动力学实验确定了Ka对[H]的级数为0.8,对[TBP]的级数为1,Kb对[H]的级数为-1,对[TBP]的级数为-1,并最终得出了TBP萃取锂的速率方程为R=Ka[Li]A[H]0.8[TBP]-Kb[Li]o[H]-1[TBP]-1。   (4)通过回流洗涤实验确定了最佳回流相比为10;根据不同相比对Mg2+洗脱率的影响做出了等温平衡线;确定了在相比为10时最佳洗涤级数为2级,其结果与回流理论计算值相吻合,2级回流Mg2+洗脱率达90.00%,3级洗涤回流Mg2+洗脱率达98.50%。   (5)反萃取过程最优条件为:相比O/A=10,[H+]=6.0mol/L,振荡时间3min。在最优条件下,单级Li+反萃取率可达78.53%,Fe3+损失率小于0.1%。四级反萃取串级实验表明:单级反萃率为78.53%,2级反萃率达到92.31%,3级反萃率达93.62%,4级反萃率达到95.02%。   (6)为了循环使用有机相,用盐来代替碱,在不消耗碱的前提下实现有机相的再生,不仅降低成本,而且避免使用碱引起的Fe3+水解。用饱和MgCl2溶液对洗酸后的有机相进行转相再生,经两级再生的有机相与新配置的有机相萃取锂的能力相当,且实验结果重现性好。   (7)进行了离心萃取器水力学及传质实验,确定了XT-22微型离心萃取器在萃取段的相堰板直径为14.62mm,最佳流比为O/A=2,最大转速3800r/min,最大流量为40mL/min,单级萃取率达到90.52%,级效率达到99%,很好的重现了分液漏斗数据;反萃段相堰板直径为14.14mm,反萃流比为O/A=10,最大转速3800r/min,最佳流量为80mL/min,但反萃率、级效率不高,分别为53.72%、68.44%。停留时间对反萃率及级效率的影响不大。   (8)全工艺流程实验表明:2级锂的萃取率达95.62%,4级锂的反萃取率达96.93%,整个工艺流程锂的总回收率为95.12%,证明该工艺合理可行。
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