本技术介绍了一种集成双极膜技术的二氧化碳矿化分离系统,该系统利用双极膜作为阳离子精馏单元的封端隔膜。特别地,在精馏单元的最后一级阳离子精馏室中,引入了二氧化碳矿化技术,实现了高效的二氧化碳分离与矿化处理。
背景技术
作为一种重要的化工技术,特种离子分离在盐湖资源化,尤其是盐湖提锂中占有重要地位。现阶段锂及其金属化合物等产品由于优异的物理化学性质已经被广泛应用于锂电池、航空航天、激光、陶瓷等领域。但是自然界盐湖中离子含量复杂,尤其是和锂离子具有相同价态和类似性质的钠离子、钾离子含量较高,且难以分离,这给盐湖提锂带来了难度和挑战。
传统的盐湖提锂工艺,尤其是锂离子和其他阳离子分离过程包括吸附法、多级结晶法等。上述工艺手段基于分离材料自身的功能基团和目标待分离离子自身物理性质差异进行离子分离,可以在一定程度上实现盐湖卤水的资源化利用。但是由于工艺原理限制,导致它们回收锂能力有限,且环境污染大,在现阶段很难应用于实际生产中。其中吸附法基于锂离子和其他阳离子对于功能材料的物理亲和作用差异,实现提锂目标,主要针对含锂相对较高的卤水进行提锂操作。虽然吸附法的工艺操作简单,锂离子回收率高,但是在操作过程中涉及到功能材料的多次吸附和脱附过程,难以连续式长时间运行,且在多次循环使用之后,功能分离材料结构会被破坏,随着带来对锂离子的吸附容量严重降低的问题,不利于长时间使用;此外,脱附再生过程需要在酸性条件下进行,这给操作设备的抗腐蚀性能提出了挑战,且还需要采用生化、高级氧化、压力驱动膜等方式对产生的酸性废水进行净化,也会给环境保护带来很大难题。多级结晶法则是基于锂盐和其他单价阳离子盐之间的溶解度差异,多级操作,最终实验锂产品的纯化,该方法多次涉及到相变过程,操作时间长,能耗大,蒸发水量大,环境不友好,且很难快速获取高质量产品。
最新报道的离子精馏技术,如专利CN 113559715公开的一种由盐湖卤水一步制取电池级锂产品的双极膜辅助离子精馏方法,通过离子精馏对盐湖卤水进行处理,获得了电池级氢氧化锂产品和盐酸产品。但是盐湖卤水成分复杂,主要包含的离子包括锂离子、钠离子、钾离子、镁离子、钙离子、氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子和硼酸根离子等自由离子,以及不同尺寸大小的晶体颗粒等物体杂质,而离子精馏主要基于单多价离子交换膜的静电排斥作用,只能实现一价与多价离子的逐级分离,无法实现皆为一价的离子的分离。因此,该方法在经过离子精馏系统之前,还需对盐湖卤水进行多塘蒸发、多步结晶、苛化法沉淀等过程,以去除钠、钾等一价杂质离子,导致工艺步骤繁琐、成本高。且其在离子精馏获得氢氧化锂溶液后,还需要进一步蒸发才能得到固体产品。同时,氢氧化锂与碳酸锂适用于不同的电池体系,现阶段为获得电池级的碳酸锂需要通过额外添加碳酸钠等钠盐对氢氧化锂进行苛化,不可避免地引入了新的杂质,增加了提锂成本。
因此,如何快速高效的从离子组成复杂的盐湖卤水等体系中获得碳酸锂是现阶段急需解决的重点问题。
实现思路