开发选择性强、吸附容量大、长循环、适用特定盐湖卤水类型的吸附剂是盐湖吸附提锂的核心,其中有三大主流类型:铝系的分子筛吸附剂,以及属于离子筛吸附剂的钛系、锰系吸附剂,目前实际得到商业化的是铝系吸附剂。
其中,铝系吸附剂主要是氢氧化铝+氢氧化锂或是 三氯化铝/氢氧化钠+氯化锂等的结晶,锰/钛系离子筛则是将无机化合物和锂离子生成的复合氧化物,在不改变晶体结构的情况下将锂离子抽除,从而形成有规则空隙结构的多孔前驱体、 在多种离子共存的情况下对锂离子有记忆性。
在适用性上,铝系吸附剂适用于分布广泛的氯化物型盐湖、以及硫酸镁亚型盐湖,仅需用淡水解析、吸附解析时间较短。但在氢氧根丰富的碱性盐湖,铝系吸附剂无法直接使用(除非 先在装置中调整和改变卤水的 pH 值和组分),需采用钛系、锰系等离子筛吸附剂,但其对于设备材质的要求较高、需要酸来解析、且单周期吸附解析时间长。在吸附容量方面,锰系吸附剂具备核心优势,但目前商业化的掣肘在于尚未能解决易溶损的问题。
铝系分子筛吸附剂
最成熟、产业化程度最高的盐湖提锂吸附材料。
铝系吸附剂自上世纪 70 年代展开研究,美国陶氏率先成功将其制备,经过多代改良,已是目前较为成熟、且唯一得到产业化应用的吸附剂,在实际应用中,Livent(FMC Lithium)、 蓝科锂业、藏格锂业先后实现了产业化。
铝系吸附剂理论的粉体吸附容量约 20mg/g,造粒后的饱和吸附容量约 5~10mg/g 不等,在 实践中的动态吸附容量约 2~5g/(l 根据卤水组分不同、吸附剂的性能不同,该数据差异较大, 未来改进空间也较大),适用于 pH 值在 5-7 的氯化物或硫酸镁亚型盐湖,而在南美“锂三角”、 中国青海,此类盐湖卤水的分布最为广泛。
但若盐湖内硫酸根和氯根的比值过高则容易导致 洗脱率下降、吸附容量越来越低。铝系吸附剂的制备主要是将氢氧化铝与氢氧化锂或者氯化锂等锂源融合,形成插层化合物, 具有锂离子的记忆效应,且吸附-解吸的过程具有可逆性,水洗即可实现吸附剂再生。有较好 的锂选择性、吸附结构稳定、制备成本低、吸附速率快且无须使用酸碱试剂,但需要消耗大 量的淡水进行洗脱。
锰系离子筛吸附剂
理论吸附容量大,但溶损率高的问题尚未解决。
锰系离子筛研究始于 20 世纪 70 年代,通过锂源和锰源合成,可应用于碱性盐湖,但不能用于强碱性盐湖,理论粉体吸附容量可达 50-60mg/g,目前部分产品造粒后的吸附容量约 4mg/g。得益于锰系氧化物的独特尖晶石结构和三维网络通道能对锂具有良好的选择性和吸附性,具有化学性质稳定、吸附容量高、且成本较低的特点。
但核心问题在于,使用中锰的损失会让 结构坍塌(锰溶损)进而导致容量锐减,其次洗脱剂需要采用盐酸或者硫酸钠作为洗脱剂, 废液需要进行环保处理。目前中国部分的提锂技术公司已可研发生产锰系吸附剂,但尚未出 现规模化的产业应用,材料改性更多集中于实验室层面,我们认为未来锰系吸附剂在西藏盐湖的开发上具备较大的应用前景。
录入:2024/2/14 11:28:26 点击:802