阅读说明：本技术 一种盐差驱动的提锂系统 (Lithium extraction system driven by salt difference ) 是由 胡雪蛟 江海峰 洪子鑫 操斌 牛静 欧阳少峰 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种盐差驱动的提锂系统,包括浓盐水腔、普通海水腔和阴离子交换膜,所述浓盐水腔内灌有浓盐水,普通海水腔灌有普通海水；所述阴离子交换膜设于浓盐水腔与普通海水腔之间,阴离子可经阴离子交换膜在浓盐水腔与普通海水腔之间流动；在浓盐水腔内设有浸于浓盐水的锂元素吸附电极,在普通海水腔内设有浸于普通海水的电极板,锂元素吸附电极与电极板通过引出外部的导线相连。本发明的有益效果为：本发明利用盐差能作为驱动能来实现阳离子富集以实现加速锂元素的吸收,无需额外消耗其它高品位能量；且盐差能作为唯一驱动能,不消耗高品质能源,成本低廉,可用于工业持续提锂。(The invention discloses a lithium extraction system driven by salt difference, which comprises a strong brine cavity, a common seawater cavity and an anion exchange membrane, wherein strong brine is filled in the strong brine cavity, and common seawater is filled in the common seawater cavity; the anion exchange membrane is arranged between the strong brine cavity and the common seawater cavity, and anions can flow between the strong brine cavity and the common seawater cavity through the anion exchange membrane; the lithium element adsorption electrode immersed in the strong brine is arranged in the strong brine cavity, the electrode plate immersed in the common seawater is arranged in the common seawater cavity, and the lithium element adsorption electrode is connected with the electrode plate through a lead wire led out of the lithium element adsorption electrode. The invention has the beneficial effects that: the invention realizes cation enrichment by using the salt difference energy as driving energy to realize acceleration of the absorption of lithium element without additional consumption of other high-grade energy; and the salt difference energy is used as the only driving energy, high-quality energy is not consumed, the cost is low, and the method can be used for continuously extracting lithium in industry.)

一种盐差驱动的提锂系统

技术领域

本发明涉及锂提取技术领域，具体涉及一种盐差驱动的提锂系统。

背景技术

随着锂离子电池的快速发展，世界各国碳酸锂需求量飞速增加，2015年世界需碳酸锂量为265千吨而到了2025年整个世界将需要498千吨碳酸锂【1】。锂离子逐渐成为整个世界争夺的稀缺资源。现行的提锂技术主要有吸附法、反渗透法和萃取法，其中吸附法消耗吸附剂，并且吸附效率低下；反渗透法需要消耗高品位电能作为驱动，来分离锂离子；萃取法操作复杂，需要人工投入大。传统的提锂装置十分庞大，初期投资较高，能耗大。因此，如何低成本提取锂元素是现今提锂发展的热点问题。

海水中富含2500亿吨的锂资源，但是由于浓度只有0.17mg/L，造成了提取海水中的锂十分困难。经过海水淡化之后的浓盐水是海水淡化产物中的废料，直接排放到海水中会对生态环境造成极大的伤害，但是浓盐水中锂离子浓度相比于普通海水要高得多，是一个提取锂离子最好的原料。盐差能一直是各个研究人员研究的热点，浓盐水与普通海水之间的盐差能可以作为提锂的驱动能，既可变废为宝，又可以保护环境。

目前，已有相关从浓盐水中提取锂的技术，如申请号为2018111336368的专利申请中提出了一种盐田老卤提锂方法，该方法使用五个步骤(1)吸附除镁；(2)分段变速淋洗脱锂；(3)离子交换树脂吸附深度除镁；(4)反渗透；(5)碳酸锂制备来制备碳酸锂。申请号为2016111226871的专利申请中提出了盐湖卤水提锂方法，该方法是将镁离子饱和或近饱和的原料卤水通入微过滤设备去除其中悬浮物颗粒，然后移入电渗析设备，多次电渗析得到产品液。

然而，上述现有方法步骤繁琐，一整套步骤需要耗费大量时间；每一个单独的步骤都需要制备单独的装置，成本的投入巨大；整个过程需要耗费电能等高品位能源。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种不消耗高品质能源且成本低的盐差驱动的提锂系统。

本发明采用的技术方案为：一种盐差驱动的提锂系统，包括浓盐水腔、普通海水腔和阴离子交换膜，所述浓盐水腔内灌有浓盐水，普通海水腔灌有普通海水；所述阴离子交换膜设于浓盐水腔与普通海水腔之间，阴离子可经阴离子交换膜在浓盐水腔与普通海水腔之间流动；在浓盐水腔内设有浸于浓盐水的锂元素吸附电极，在普通海水腔内设有浸于普通海水的电极板，锂元素吸附电极与电极板通过引出外部的导线相连。

按上述方案，浓盐水腔的进水口与浓盐水进水管连通，浓盐水腔的出水口与浓盐水出水管连通，且浓盐水腔的进水口水面高度高于浓盐水腔的出水口水面高度。

按上述方案，普通海水腔的进水口与普通海水进水管的出口连接，普通海水腔的出水口与普通海水出水管的入口连接，且普通海水腔的进水口水面高度高于普通海水腔的出水口水面高度。

按上述方案，阴离子交换膜通过夹板或法兰扣固定于浓盐水腔和普通海水腔之间。

按上述方案，锂元素吸附电极为多孔尖晶石结构电极。

本发明的有益效果为：

1.本发明利用盐差能作为驱动能来实现阳离子富集以实现加速锂元素的吸收，无需额外消耗其它高品位能量；且盐差能作为唯一驱动能，不消耗高品质能源，成本低廉，可用于工业持续提锂。

2.本发明整个系统气密性较好，浓盐水进水口水面高度要高于浓盐水出水口水面高度，普通海水进水口水面高度要高于普通海水出水口水面高度，利用虹吸效应促使浓盐水和普通海水流动，无需消耗额外泵功；通过控制浓盐水腔的进水口水面与浓盐水腔的出水口水面的高度差来调节浓盐水流动速率；通过控制普通海水腔的进水口水面与普通海水腔的出水口水面高度差来调节海水流动速率。

3.本发明的原料均为海水淡化产物中的废料，将废料进一步利用，提取稀有锂元素，达到变废为宝的效果；同时也淡化了浓盐水。

4.本发明结构及工艺简单，成本低，效率高，可以通过并联实现低成本的工业提锂。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

其中：1.导线；2.浓盐水腔；3.锂元素吸附电极；4.浓盐水出水管；5.浓盐水进水管；6.阴离子交换膜；7.电极板；8.普通海水腔；9.法兰扣；10.普通海水出水管；11.普通海水进水管。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示的一种盐差驱动的提锂系统，包括浓盐水腔2、普通海水腔8和阴离子交换膜6，所述浓盐水腔2内灌有浓盐水，普通海水腔8灌有普通海水；所述阴离子交换膜6设于浓盐水腔2与普通海水腔8之间，阴离子可经阴离子交换膜6在浓盐水腔2与普通海水腔8之间流动；在浓盐水腔2内设有浸于浓盐水的锂元素吸附电极3，在普通海水腔8内设有浸于普通海水的电极板7，锂元素吸附电极3与电极板7通过引出外部的导线1相连。本发明中，阴离子交换膜6通过夹板或法兰扣9固定于浓盐水腔2和普通海水腔8之间；浓盐水来源于海水淡化产物。

优选地，浓盐水腔2的进水口与浓盐水进水管5连通，浓盐水腔2的出水口与浓盐水出水管4连通，且浓盐水腔2的进水口水面高度高于浓盐水腔2的出水口水面高度。

优选地，普通海水腔8的进水口与普通海水进水管11的出口连接，普通海水腔8的出水口与普通海水出水管10的入口连接，且普通海水腔8的进水口水面高度高于普通海水腔8的出水口水面高度。

本发明中，利用虹吸效应促使浓盐水和普通海水流动；通过控制浓盐水腔2的进水口水面与浓盐水腔2的出水口水面的高度差来调节浓盐水流动速率；通过控制普通海水腔8的进水口水面与普通海水腔8的出水口水面高度差来调节海水流动速率。

本发明中，锂元素吸附电极3可为多孔尖晶石结构电极，也可采用钛酸锂、尖晶石二氧化锰等作为原料制备吸附电极；电极板7采用导电性好、耐腐蚀性好的导电材料制成，可采用银片、铜片或石墨板等导体材料制备；阴离子交换膜6采用耐腐蚀性选择透过性较好的膜材料制备，也可将阴离子交换膜6替换为阴离子交换树脂。

本发明的工作原理为：系统运行前，将浓盐水腔2、浓盐水进水管5道和浓盐水出水管4道灌满浓盐水，将普通海水腔8、普通海水进水管11和普通海水出水管10灌满海水。浓盐水腔2和普通海水腔8灌满水时，由于浓度差(浓盐水中离子浓度高于普通海水中的离子浓度)促使阴离子(氯离子、氢氧根离子等)透过阴离子交换膜6从浓盐水腔2向普通海水腔8移动；离子的定向移动产生电流，此时浓盐水腔2和海水腔变成了原电池的正极和负极，并通过外部的导线1构成回路，电流方向在腔体内是由海水腔流向浓盐水腔2，导致浓盐水中的阳离子在锂元素吸附电极3附近富集，阳离子富集加速了锂元素的吸附，待锂元素吸附电极3吸附饱和后从浓盐水腔2取出，再进行解吸即可。

本发明中，锂元素的吸附量可以通过改变锂元素吸附电极3的体积和比表面积以及材料(比如使用尖晶石二氧化锰，尖晶石钛酸锂等材料作为基底制备电极)来改变。本发明装置可以多个并联来实现工业化提锂。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。