采用螯合樹脂去除鋰鹽中雜質硼的研究

粟時偉

（新疆有色金屬研究所 烏魯木齊 830026）

鋰被譽為“工業味精”和“能源金屬”，鋰及其深加工產品的用途廣泛，目前正處于行業生命周期的發展初期，是新興朝陽產業，其快速發展主要得益于來自下游新能源、新藥品、新材料三大領域的旺盛需求[1]。

氯化鋰是生產金屬鋰的主要原料，國內青海鹽湖的鋰資源量和相對較好的地理環境，已具備了鋰資源大規模開發的條件。隨著近年來研究人員在青海鹽湖提鋰技術的不斷突破，鋰資源的開發規模不斷擴大，已可提供較大量的氯化鋰鹵水[2]。因此，青海鹵水資源已成為國內氯化鋰資源供應的主要來源之一。在鹵水資源綜合利用過程中，尤其是在鹵水提鋰過程中，鹵水中的硼以一種雜質存在。在鹵水提鋰過程中需要硼的去除工藝，提高鋰離子收率和純度。

1 研究基礎

該文研究主要針對鹵水提鋰生產工藝中，采用螯合樹脂除去鹵水中雜質硼展開實驗，具體內容有：

（1）一種凈化氯化鋰原液的方法：利用含有離子交換樹脂的吸附系統對氯化鋰原液進行吸附，得到雜質檢測達標的氯化鋰溶液，其中吸附系統包括氯化鋰原液流經方向依次設置的第一吸附系統、緩沖箱、第二吸附系統。第一吸附系統的出水口與緩沖箱的進水口相通，緩沖箱的出水口與第二吸附系統的進水口連通，第一（第二）吸附系統包括氯化鋰原液流經方向依次設置的第一（第二）陽離子交換樹脂層、第一（第二）陰離子交換樹脂層。

（2）采用螯合樹脂除去氯化鋰鹵水中的硼。其原理是利用樹脂上的功能原子與硼離子發生配位反應,形成類似小分子整合物的穩定結構,而離子交換樹脂吸附的機理是靜電作用。螯合樹脂與離子交換樹脂相比，螯合樹脂與硼離子的結合力更強，能夠很好去除氯化鋰鹵水中的硼雜質。

（3）通過離子交換樹脂分別與氯化鋰原液中的鈉、鉀、鎂、鈣、鋁、鐵等陽離子以及碳酸硼、硫酸根等陰離子分別進行離子交換。陽離子與樹脂上螯合的氫離子交換進而被吸附陽離子樹脂上。陰離子與樹脂上的羥基進行交換螯合形成一種有機絡合物。進而被固定于離子交換樹脂上。最終將氯化鋰原液中的雜質離子去除，提純氯化鋰原液，得到符合標準的氯化鋰溶液。

2 試驗目的

鹵母中的雜質離子較多，其中硼含量高。除硼效果直接影響氯化鋰的結晶效果，直接導致是否能產出產品。硼含量高時，管路易堵塞，且對設備腐蝕嚴重。不僅如此，因為氯化鋰產品中硼主要以硼酸根的形式存在，具有一定的氧化性，在電解過程中投入硼高的氯化鋰，會影響電解槽產量和電流效率，以及金屬鋰的產品質量。因此，鹵水除硼對于氯化鋰的生產至關重要。

對青海鹽湖鹵水進行除硼、結晶等操作，生產出合格無水氯化鋰產品。

3 試驗方法和過程

（1）試驗裝置：鹵水提取氯化鋰裝置及除硼裝置。

（2）試驗方法：采用樹脂離子膜過濾方法，去除鹵水中硼元素，然后通過連續蒸發結晶、分離技術制取無水氯化鋰。

（3）鹵母生產氯化鋰工藝流程圖（圖1）

圖1

（4）鹵母二次精制工藝流程圖（圖2）

圖2

（5）試驗原料

表1 鹵水主要化學成分分析結果 單位%

（6）試驗過程

將鹵水進行除硼、組分調配后經過加熱、結晶、離心分離、烘干等一系列流程后，產出無水氯化鋰粉末。

4 試驗結果

表2 鹵母除硼效果及氯化鋰產出量對比

5 結果討論

本項目氯化鋰除硼方法操作簡單，不添加新的有機溶劑，工藝穩定，運行該方法的費用低，節約生產成本以及生產時間。

氯化鋰原液可為碳酸鋰和鹽酸進行酸化反應制成。將簡便氯化鋰原液的制備，同時減少純化步驟。而采用碳酸鋰和鹽酸酸化反應制成得到的氯化鋰原液與鹽湖水相比，其氯化鋰原液中含有的雜質數量以及種類更少，更易于純化分離。

凈化處理后，氯化鋰原液中硼含量＜10ppm；鈣＜20ppm；鎂＜10ppm；鐵＜5ppm；硫酸根＜10ppm；鈉＜30ppm；鉀＜10ppm，可以滿足生產合格氯化鋰產品的需要。

從試驗結果看鹵母中的硼從0.0024%降低到0.00001%，滿足了鹵母凈化技術指標的要求，能產出氯化鋰合格產品。

6 結束語

隨著鋰電池工業發展，膜法提鋰工藝在國內鹽湖鹵水提鋰項目中不斷得到應用。對于高硼鹵水提鋰，如何有效去除硼是最終產品品質的關鍵。螯合樹脂濾膜法除硼技術能有效解決這一問題，控制最終產品中的硼含量，對于當前鹽湖鹵水膜法提鋰工藝是一個重要的技術突破和補充，對于高硼鹽湖鹵水提鋰項目有著重大意義[3]。