離子交換樹(shù)脂提取鋰及其影響因素的研究

周郭寧(華東理工大學(xué) 化工學(xué)院，上海 200000)

0 引言

鋰是密度最小的堿金屬元素[1]，主要應(yīng)用于冶金、石油化工、電子和醫(yī)藥等傳統(tǒng)領(lǐng)域[2]。近年來(lái)，全球新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，鋰作為新興的清潔能源逐漸走進(jìn)大眾視野[3]，被譽(yù)為“能源金屬”和“推動(dòng)世界前進(jìn)的金屬”[4]，為新能源汽車(chē)、下一代公路運(yùn)輸以及電網(wǎng)存儲(chǔ)電池提供動(dòng)力。此外，鋰也是IT行業(yè)發(fā)展的重要保障；含鋰制冷劑也正全面取代會(huì)對(duì)臭氧層造成破壞的氟利昂；生產(chǎn)電子管、蓄電池電解液、超輕高強(qiáng)度的鋰鋁合金及核聚變發(fā)電反應(yīng)[5]中鋰均占據(jù)重要地位。因此，鋰的需求量正呈井噴式增長(zhǎng)。

目前提鋰的主要方法有：吸附法[6-8]、沉淀法、溶劑萃取法和煅燒浸取法等。其中，吸附法是指利用對(duì)鋰離子有選擇性吸附的吸附劑來(lái)吸附鋰離子，再將鋰離子洗脫下來(lái)，達(dá)到鋰離子與其他雜質(zhì)離子分離的目的[9]。針對(duì)高鎂鋰比的鹵水中微量鋰的提取，吸附法具有工藝簡(jiǎn)單[10]、選擇性高、可循環(huán)利用[11]、能最大程度地減少鋰同位素在提取過(guò)程中的分餾[12]等優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣闊的前景。根據(jù)吸附劑的性質(zhì)可分為有機(jī)系吸附劑和無(wú)機(jī)系吸附劑。有機(jī)系吸附劑一般指有機(jī)離子交換樹(shù)脂。

離子交換樹(shù)脂是一類(lèi)具有活性交換基團(tuán)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的功能型有機(jī)高分子聚合物[13]，它不溶于酸堿溶液及各種有機(jī)溶劑，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，成為了現(xiàn)代吸附金屬離子的關(guān)鍵材料[14]。在20世紀(jì)70年代，日本已采用離子交換樹(shù)脂吸附海水中的鋰離子。美國(guó)DOW公司也發(fā)明了一種對(duì)鋰離子有高選擇性的樹(shù)脂，其內(nèi)部微晶是LiCl·Al(OH)3，這種材料大大提高了高鎂鋰比的鹽湖提鋰效率。

然而目前，對(duì)于離子交換樹(shù)脂在提鋰方面的應(yīng)用以及相關(guān)的研究還較少。有研究表明，離子交換樹(shù)脂對(duì)于高價(jià)態(tài)離子的吸附效果遠(yuǎn)好于低價(jià)態(tài)離子。但相關(guān)研究成果結(jié)論也尚未形成完整的理論體系。考慮到鋰資源的巨大應(yīng)用價(jià)值以及有機(jī)離子交換樹(shù)脂在提取鋰資源方面的應(yīng)用前景，本文聚焦于離子交換樹(shù)脂提取鋰的相關(guān)研究，歸納總結(jié)其作用原理與影響因素，深度挖掘其發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 離子交換法提取鋰的機(jī)理

離子交換法[15]是指以?xún)艋瘡U水為目的，以重金屬離子與離子交換樹(shù)脂的離子交換為手段，以降低廢水中重金屬濃度的液相體系獨(dú)特的分離技術(shù)。具有相當(dāng)可觀的分離選擇性與濃縮倍數(shù)，操作簡(jiǎn)便，效果顯著。根據(jù)對(duì)重金屬離子的吸附效果隨離子交換樹(shù)脂的種類(lèi)而異的這一特性，可達(dá)到將廢水中的重金屬進(jìn)行有效回收的目的[16-20]。

1.1 離子交換原理

離子交換樹(shù)脂[21]的離子交換發(fā)生在與溶液接觸過(guò)程中。雖然樹(shù)脂在水溶液中不溶解，但通過(guò)形成可移動(dòng)離子層從而與溶液中反離子進(jìn)行交換。離子交換的速度受溫度的直接影響。同時(shí)，離子交換過(guò)程中原子序數(shù)越大、價(jià)態(tài)越高的離子越容易被吸附，因?yàn)檫@些離子電勢(shì)更大，最終可以用關(guān)聯(lián)度表示離子交換的選擇性順序。主要的離子交換反應(yīng)類(lèi)型有中和反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)、中性鹽分解反應(yīng)、反應(yīng)性離子交換[22]。

陽(yáng)離子交換過(guò)程可表示為[23]：

陰離子交換過(guò)程可表示為：

式(1)～(2)中：R為樹(shù)脂本體；A、C為樹(shù)脂上可被交換的離子；B、D為溶液中的交換離子。

1.2 樹(shù)脂對(duì)鋰離子的吸附等溫線及動(dòng)力學(xué)研究

1.2.1 樹(shù)脂對(duì)鋰離子的吸附等溫線

在一定的溫度壓力下，流體與吸附劑經(jīng)充分接觸后，吸附質(zhì)在吸附劑相和流體相中的分配可以達(dá)到一個(gè)恒定的數(shù)值，此時(shí)即吸附相平衡狀態(tài)。而吸附平衡常用吸附等溫線來(lái)表示，在一定溫度下，平衡吸附量與平衡濃度的關(guān)系[24]。即吸附劑的吸附量與吸附質(zhì)濃度的關(guān)系曲線稱(chēng)為吸附等溫線。

由于吸附等溫線隨吸附劑與吸附質(zhì)的種類(lèi)而異，因此其形狀及變化規(guī)律可以反映吸附規(guī)律、吸附層的結(jié)構(gòu)和吸附質(zhì)分子的狀態(tài)等。為了計(jì)算吸附平衡，研究者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)ξ綑C(jī)理的不同假設(shè)，導(dǎo)出了相應(yīng)的吸附模型和吸附等溫線[25]。主要有亨利公式，Langmuir和Freundlich等溫吸附方程。宋晶晶等[14]、You H N等[26]、Arroyo F等[27]、S Güneysu[28]究均表明Langmuir等溫吸附方程能更加精確的描述樹(shù)脂對(duì)鋰離子的吸附過(guò)程，這說(shuō)明吸附過(guò)程以單分子層吸附為主[29]。

1.2.2 樹(shù)脂對(duì)鋰離子的吸附過(guò)程動(dòng)力學(xué)

離子吸附動(dòng)力學(xué)針對(duì)的是吸附量與時(shí)間的關(guān)系[30]，即達(dá)到吸附平衡的速率問(wèn)題。主要有擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和擬二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型方程。宋晶晶等、You H N、Arroyo F等、S Güneysu的研究也同時(shí)反映了樹(shù)脂吸附鋰離子對(duì)擬二級(jí)(偽二階)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的良好適應(yīng)性，即與時(shí)間t基本呈線性關(guān)系，表示吸附過(guò)程是多個(gè)一級(jí)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生。

2 常見(jiàn)的離子交換樹(shù)脂及提鋰方面的應(yīng)用

離子交換樹(shù)脂種類(lèi)較多，分類(lèi)方法不一。表1總結(jié)了目前常見(jiàn)的分類(lèi)方式以及類(lèi)別。下文將重點(diǎn)對(duì)以官能團(tuán)與物理結(jié)構(gòu)骨架作為分類(lèi)依據(jù)的典型樹(shù)脂展開(kāi)敘述。

表1 離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)及典型樹(shù)脂

2.1 根據(jù)離子交換樹(shù)脂所帶官能團(tuán)性質(zhì)分類(lèi)

2.1.1 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

總體上來(lái)說(shuō)，將陽(yáng)離子交換樹(shù)脂應(yīng)用于提取鋰資源的研究相對(duì)較多：汪齊連等[33]使用AG50W-X8陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)巖石、土壤、海水等樣品中的鋰進(jìn)行分離，回收率高達(dá)96.3%，建立了一種有效分離提純天然樣品中鋰的方法。Moriguti等曾利用磺化聚苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂將消解后的巖石樣品經(jīng)四次交換分離作用后，將其中的鋰與其他雜質(zhì)(鈉離子為主)分離并提純，基本實(shí)現(xiàn)了鋰鈉完全分離，且淋洗液體積小，鋰回收率能達(dá)到99.2%～99.3%。劉人生等[34]將來(lái)自礦石與鹽湖的粗級(jí)Li2CO3通入能將其氫化并轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘腖iHCO3的CO2，然后將LiHCO3溶液泵入LSC-500陽(yáng)離子交換樹(shù)脂柱，再經(jīng)脫附、洗滌、烘干等一系列操作后即得高純Li2CO3產(chǎn)品。

陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可根據(jù)電離度的強(qiáng)弱分為強(qiáng)酸性與弱酸性?xún)煞N。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂是指鏈接在骨架上的功能基團(tuán)屬于易在溶液中解離出H+而表現(xiàn)強(qiáng)酸性的基團(tuán)，如磺酸基(-SO3H)。該類(lèi)樹(shù)脂酸性很強(qiáng)，解離能力強(qiáng)，且受溶液pH值影響小，具有較廣的適用范圍。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在提取鋰方面的應(yīng)用較多：Chen等[35]發(fā)現(xiàn)Dowex G26這一種強(qiáng)酸性樹(shù)脂可被用來(lái)去除碳酸氫鋰中含量最多的兩種雜質(zhì)—Ca2+和Na+，從而達(dá)到提純鋰離子的目的；Syouhei等[36]通過(guò)使用離子交換法的兩個(gè)連續(xù)過(guò)程，對(duì)海水中的鋰進(jìn)行了選擇性的回收。在第二個(gè)過(guò)程中利用一種新型的分離工藝從基準(zhǔn)工廠的濃縮液中提純鋰，該工藝是通過(guò)使用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和溶劑浸漬樹(shù)脂的離子交換方法組合開(kāi)發(fā)的，即鋰的純化過(guò)程中包括用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂去除液體中的二價(jià)金屬離子，從而成功回收產(chǎn)量達(dá)到56%、純度超過(guò)99.9%的Li2CO3。此外Nakano等[37]研究也發(fā)現(xiàn)，具有磺酸基或鈉鹽型官能團(tuán)的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂還可以作為電子設(shè)備的正極材料中經(jīng)濟(jì)高效的收集鋰的材料。

弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂是指鏈接在骨架上的功能基團(tuán)顯弱酸性基團(tuán)，如-COOH。該類(lèi)樹(shù)脂酸性很弱，在pH值較小時(shí)難以解離進(jìn)行離子交換，其pH值作用范圍為5～14[38]。相比于強(qiáng)酸性樹(shù)脂，這類(lèi)樹(shù)脂更容易再生。弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在提取鋰方面的應(yīng)用較強(qiáng)酸性少：DH Snydacker等[39]使用一種以羧基或其鈉鹽類(lèi)型為功能團(tuán)的弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂與含有鋁，鋰的廢水接觸，以選擇性吸附鋰離子。該方法降低了成本，避免了吸附過(guò)程中pH值的下降，從而防止了吸附過(guò)程中離子交換反應(yīng)被抑制，可用于收集電子設(shè)備電池(如筆記本電腦)或電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)電池中的鋰。

根據(jù)上述研究成果可也發(fā)現(xiàn)：從總體上來(lái)看，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在鋰的吸附分離上具有一定的優(yōu)越性，特別是在吸附容量上。在這其中，強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在提鋰性能上較弱酸性更具優(yōu)勢(shì)，相關(guān)應(yīng)用較多。

2.1.2 陰離子交換樹(shù)脂

陰離子交換樹(shù)脂包括強(qiáng)堿性與弱堿性陰離子交換樹(shù)脂。強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂以強(qiáng)堿性功能基如季胺基-NR3OH為主要特征，該類(lèi)樹(shù)脂可解離出強(qiáng)堿性O(shè)H-使樹(shù)脂具有正電基團(tuán)，從而與溶液中的陰離子發(fā)生交換作用。強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂具有解離性強(qiáng)，適用pH范圍廣等優(yōu)勢(shì)。相較之下具有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基、仲胺基或叔胺基的弱堿性陰離子交換樹(shù)脂，其交換吸附作用以吸附溶液中整個(gè)酸分子為主，因而適用pH范圍較窄，一般為pH在1～9的酸性或中性條件。

陰離子交換樹(shù)脂通過(guò)與其他吸附材料的協(xié)同作用而在提取鋰資源方面也有一定程度的應(yīng)用。Jianchuan Liu等[40]研究出了高鎂/鋰比鹽水中的綠色鋰回收技術(shù)：將帶有胺基功能團(tuán)的堿性陰離子交換樹(shù)脂用于球形PVB-HTO離子套，以顯著提高其從低鋰含量和高鎂/鋰比率的鹽水中的鋰回收率。同時(shí)，加入335樹(shù)脂的鹽水中沒(méi)有游離銨離子，從而不會(huì)對(duì)鹽湖產(chǎn)生二次污染。此外，有學(xué)者利用AlCl3和氨水浸漬的方法來(lái)對(duì)陰離子交換樹(shù)脂進(jìn)行改性。改性樹(shù)脂可以在其他元素(如：Na、Ca、Mg)存在的情況下選擇性回收鋰。

綜上，盡管陰離子交換樹(shù)脂無(wú)法直接用于分離置換鋰，但可以作為強(qiáng)有力的輔助工具用于諸如分子篩等吸附劑的優(yōu)化升級(jí)，從而大幅提高吸附效率以及回收率。

2.2 根據(jù)離子交換樹(shù)脂物理骨架結(jié)構(gòu)分類(lèi)

2.2.1 凝膠型樹(shù)脂

凝膠型樹(shù)脂的高分子骨架，在干燥的情況下內(nèi)部沒(méi)有毛細(xì)孔，即其只具備“化學(xué)孔”[41]。而它在吸水時(shí)潤(rùn)脹后能在大分子鏈節(jié)間形成很微細(xì)的孔隙即顯微孔[42]。凝膠型樹(shù)脂濕潤(rùn)后的平均孔徑(2～4 nm)決定了這類(lèi)樹(shù)脂較適合于無(wú)機(jī)離子(直徑0.3～0.6 nm)的吸附而不能用于吸附有機(jī)大分子。苯乙烯與二乙烯苯混合物可通過(guò)引發(fā)劑存在下自由基懸浮聚合而合成具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合體—無(wú)孔、透明的凝膠型樹(shù)脂[43]。凝膠型具有交換容量大，但孔徑小、易堵塞等特點(diǎn)[44]。

目前凝膠型樹(shù)脂在鋰提取中的應(yīng)用可謂少之又少。Yong等研究比較了CMP28、SCR-B和WK60L三種離子交換樹(shù)脂對(duì)鋰的吸附能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CMP28是水基鋰回收最有效的材料，這能說(shuō)明凝膠型對(duì)鋰的吸附性能相對(duì)不佳。

2.2.2 大孔型樹(shù)脂

大孔型樹(shù)脂是20世紀(jì)60年代在凝膠型樹(shù)脂基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。其可以通過(guò)在聚合反應(yīng)時(shí)加入致孔劑以形成多孔海綿狀構(gòu)造、內(nèi)部包含大量永久性微孔的骨架，再導(dǎo)入交換基團(tuán)制成。相比于凝膠型樹(shù)脂，大孔型內(nèi)部孔隙更多、更大，比表面積也更大，這為離子交換提供了優(yōu)異的接觸條件：不僅使離子擴(kuò)散路程縮短還增加了鏈節(jié)活性中心。此外，它能像活性炭一般吸附非離子性物質(zhì)甚至是一些不帶交換功能團(tuán)的物質(zhì)，如化工廢水中的酚類(lèi)物質(zhì)。總之，大孔型樹(shù)脂具有交換速度快(約為凝膠型的十倍)，工作效率高，且耐溶脹、耐氧化、耐磨損、耐熱及抗有機(jī)物污染等眾多優(yōu)點(diǎn)。

大孔型樹(shù)脂在提鋰中的應(yīng)用也在逐步探索中，例如張家港瀚康化工有限公司[45]將大孔苯丙烯螯合型離子交換樹(shù)脂安裝于交換柱中以回收廢電解液中的鋰離子；宋晶晶等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)D751(含有亞胺二乙酸螯合基的大孔苯乙烯系離子交換樹(shù)脂)對(duì)鋰具有較大的吸附量，且結(jié)構(gòu)牢固，穩(wěn)定性好、網(wǎng)孔度高、綠色環(huán)保。

3 影響離子交換樹(shù)脂提取鋰的因素

3.1 pH值

pH值對(duì)離子交換樹(shù)脂吸附鋰的性能具有顯著影響。而pH值對(duì)于吸附鋰性能的影響程度與影響范圍隨著離子交換樹(shù)脂種類(lèi)的變化而變化。究其根本，不同離子交換樹(shù)脂的吸附機(jī)理從本質(zhì)上決定了pH值對(duì)其吸附能力的影響。S. Güneysu[28]針對(duì)弱酸性離子交換樹(shù)脂Lewatit CNP 80以及強(qiáng)酸性離子交換樹(shù)脂Armf ield進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)pH值對(duì)兩類(lèi)樹(shù)脂的影響幾乎相同，即離子交換能力在pH值為4時(shí)非常低，并在pH值為6時(shí)增至最大。這與氫離子和鋰離子在中性pH值附近的競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)。隨著pH再繼續(xù)增加，由于鋰的沉淀，離子交換能力下降。黃佩佩[25]借助離子色譜法分析pH對(duì)D751樹(shù)脂鋰吸附量的影響發(fā)現(xiàn)：在pH為4～10的范圍內(nèi)，鋰吸附量隨pH值的增加而增加。這是因?yàn)槲竭^(guò)程首先是活性功能基團(tuán)的質(zhì)子化過(guò)程，完成質(zhì)子化的功能基團(tuán)再與被交換離子結(jié)合。因此pH的增大必然導(dǎo)致吸附體系中越來(lái)越多的H+被OH-中和，推進(jìn)吸附沿正反應(yīng)方向進(jìn)行。當(dāng)pH介于4～7之間，吸附量增幅大；而pH>7時(shí)，增幅漸趨緩慢。隨pH從8變化到10，樹(shù)脂的吸附能力達(dá)到穩(wěn)定。綜上可知，該樹(shù)脂pH適用范圍廣，應(yīng)用束縛小。

3.2 溫度

溫度對(duì)離子交換樹(shù)脂吸附鋰能力也有一定影響，主要與吸附反應(yīng)的熱力學(xué)特性與樹(shù)脂本身的性能等因素有關(guān)。S. Güneysu針對(duì)CNP 80 H型樹(shù)脂在不同溫度下的鋰吸附容量展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在接近20 ℃的低溫下，鋰的去除能力較高。而隨著溫度的升高，去除能力因樹(shù)脂的分解而逐漸下降。宋晶晶等對(duì)D751樹(shù)脂的研究則得到了相反的結(jié)果：隨著溫度增加，樹(shù)脂對(duì)鋰的平衡吸附量增大。這很大程度取決于反應(yīng)吸熱的特性，升高溫度，樹(shù)脂的活性吸附表面中心增加且離子運(yùn)動(dòng)速率加快，均對(duì)吸附反應(yīng)起正面推進(jìn)作用。

同樣溫度對(duì)平衡吸附量的影響也可通過(guò)理論進(jìn)行推導(dǎo)。若以熱力學(xué)為考量標(biāo)準(zhǔn)，則可簡(jiǎn)單歸納為：放熱反應(yīng)，低溫有利于增強(qiáng)吸附能力；吸熱反應(yīng)則恰好相反。

3.3 吸附類(lèi)型

離子交換樹(shù)脂吸附主要有兩條途徑，即靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)吸附。

3.3.1 靜態(tài)影響因素

靜態(tài)影響因素具體表現(xiàn)在吸附時(shí)間、轉(zhuǎn)速、溶液初始濃度、樹(shù)脂用量等方面，而目前的研究對(duì)于鋰初始濃度和轉(zhuǎn)速兩個(gè)因素的研究較多，且研究結(jié)論具有普遍性。而吸附時(shí)間和樹(shù)脂用量的具體實(shí)驗(yàn)數(shù)值結(jié)果則根據(jù)樹(shù)脂種類(lèi)型號(hào)而具有一定的特殊性。下面主要針對(duì)普遍規(guī)律進(jìn)行闡述。對(duì)于鋰初始濃度來(lái)說(shuō)，即使對(duì)不同種類(lèi)的離子交換樹(shù)脂，鋰初始濃度對(duì)其吸附能力的影響以及隨時(shí)間推移鋰濃度變化對(duì)吸附能力影響的趨勢(shì)特點(diǎn)均具有高度的一致性。綜合You H N等、S Güneysu等、陳立芳等對(duì)陽(yáng)離子、大孔型等離子交換樹(shù)脂的研究，可分析得出：一方面樹(shù)脂對(duì)鋰的吸附量隨著鋰初始濃度的升高而增大；另一方面在吸附最初階段，吸附率較高，即低濃度時(shí)增速較快，而后隨著時(shí)間推移，離子交換樹(shù)脂中鋰濃度逐漸增加而漸趨平緩，并最終達(dá)到平衡。造成這種現(xiàn)象的原因是，在開(kāi)始時(shí)最容易獲得的活性吸附位點(diǎn)，而之后一段時(shí)間離子交換的活性位點(diǎn)急劇減少。在轉(zhuǎn)速方面，其對(duì)于鋰吸附能力的影響也具有一定的共性，即樹(shù)脂對(duì)鋰的吸附量隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大，但并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)速基數(shù)較小時(shí)，吸附量快速增加，而繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，吸附量增加漸趨緩慢，并逐漸達(dá)到穩(wěn)定值。說(shuō)明當(dāng)轉(zhuǎn)速提高至一定程度后，便可基本消除溶液中擴(kuò)散阻力對(duì)吸附的限制。轉(zhuǎn)速的影響本質(zhì)上取決于擴(kuò)散過(guò)程所遵從的模型機(jī)理以及控制步驟。

3.3.2 動(dòng)態(tài)影響因素

動(dòng)態(tài)影響因素具體包含流量、床層高度、流入濃度等。本文以流速作為典型展開(kāi)討論。綜合You H N等[46]、黃丹楓[47]、于建國(guó)等關(guān)于流速對(duì)于突破時(shí)間與突破曲線形狀的影響，可歸納總結(jié)得到：流速越大，穿透時(shí)間越短，去除的鋰離子總量減少，即低流速對(duì)吸附過(guò)程更有利。這是溶液在樹(shù)脂中的平均停留時(shí)間隨著進(jìn)料液流速的增大而縮短所導(dǎo)致的必然結(jié)果；但流速大也意味著處理的溶液體積增加，且流速過(guò)小，會(huì)延長(zhǎng)操作周期，增加運(yùn)行成本。因此，需要綜合考量?jī)煞矫嬉蛩兀瑱?quán)衡利弊以確定最為經(jīng)濟(jì)的流速范圍。

3.4 樹(shù)脂種類(lèi)

結(jié)合本文第二部分的相關(guān)敘述可以發(fā)現(xiàn)，離子交換樹(shù)脂種類(lèi)對(duì)鋰吸附能力的影響是根源性的。根據(jù)各類(lèi)離子交換樹(shù)脂在提鋰領(lǐng)域的應(yīng)用的廣度深度以及侯永茹等[48]的研究成果可以概括為：強(qiáng)酸樹(shù)脂的吸附容量均較大，不同強(qiáng)酸樹(shù)脂之間的能力差異并不明顯，但在對(duì)鋰離子的選擇性方面表現(xiàn)平平；螯合樹(shù)脂對(duì)于鋰的吸附容量參差不齊，不同螯合樹(shù)脂之間存在較大差異，且在選擇性相當(dāng)劣勢(shì)明顯；弱酸樹(shù)脂，堿性樹(shù)脂的吸附容量都較小，但在選擇性方面卻有一定優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，堿性樹(shù)脂可與離子篩等吸附材料協(xié)同作用，產(chǎn)生“1+1>2”的效果，也為陰離子樹(shù)脂在提鋰方面的應(yīng)用開(kāi)辟了新思路。近年來(lái)大孔樹(shù)脂對(duì)金屬吸附研究比較活躍，吸附過(guò)程具有經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在提鋰方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.5 其他離子的影響

盡管鹽湖中含有大量的鋰離子，但同時(shí)鹵水中還富含Na+、K+、Mg2+和Ca2+等金屬離子，其中更以化學(xué)性質(zhì)十分相似的鎂為典型代表。鎂鋰含量比例對(duì)鋰分離及鋰的提取工藝具有極大影響，是含鋰鹽湖提取鋰元素的技術(shù)難點(diǎn)[49]。婁金東等[50]對(duì)ZL-1、ZL-2、ZL-5、ZL-6、ZL-9的五種樹(shù)脂展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)弱酸性樹(shù)脂ZL-5不僅對(duì)Li+、Mg2+吸附容量均最大，且對(duì)Li+、Mg2+的分離效果最好。從該實(shí)驗(yàn)以小見(jiàn)大，不難發(fā)現(xiàn)其他離子對(duì)樹(shù)脂鋰吸附能力的影響歸根結(jié)底仍然是樹(shù)脂種類(lèi)在起著主導(dǎo)作用，即上文所提及的選擇性問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著當(dāng)今社會(huì)信息產(chǎn)業(yè)、綠色能源、核聚變發(fā)電等高科技產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展[51]，鋰及其化合物已成為與人類(lèi)福祉息息相關(guān)的理想資源，其需求量呈井噴式增長(zhǎng)，鋰資源的應(yīng)用在一定程度上標(biāo)志著我國(guó)高科技的發(fā)展水平以及科技興國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施的深度廣度。離子交換法具有高回收率、高選擇性、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于從高鎂鋰比的鹵水中提鋰更有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值以及深遠(yuǎn)意義。因此，尋求性質(zhì)優(yōu)異的鋰的吸附分離材料迫在眉睫[52]。介于無(wú)機(jī)吸附劑以粉末狀為主，具有極高溶損率，且在流動(dòng)性和滲透性方面也難以滿足實(shí)際需要，作為有機(jī)吸附劑典型的離子交換樹(shù)脂首當(dāng)其沖，本文針對(duì)典型離子交換樹(shù)脂在提鋰方面的應(yīng)用以及相關(guān)影響因素進(jìn)行了整理概括，可以發(fā)現(xiàn)，離子交換樹(shù)脂在提鋰領(lǐng)域的應(yīng)用是具有切實(shí)可行性以及相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿εc上升空間，但是現(xiàn)今對(duì)離子交換樹(shù)脂提取鋰離子的影響因素的挖掘還不夠充分，各影響因素包含的內(nèi)在機(jī)理也還未形成系統(tǒng)的理論體系。并且，離子交換樹(shù)脂在提取鋰方面的應(yīng)用也還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化，進(jìn)一步在數(shù)量上增加、在質(zhì)量上提高其在提鋰方面的應(yīng)用仍有待探索。

一方面，要堅(jiān)持將離子交換樹(shù)脂直接應(yīng)用于吸附提取鋰離子。綜合全文，下一步我國(guó)對(duì)離子交換樹(shù)脂提鋰的研究應(yīng)聚焦于改善由離子交換樹(shù)脂自身特點(diǎn)所產(chǎn)生的根本性缺陷：即離子交換樹(shù)脂對(duì)高價(jià)態(tài)離子吸附效果遠(yuǎn)好于低價(jià)態(tài)，從而導(dǎo)致對(duì)一價(jià)的鋰離子選擇性較差。同時(shí)，也應(yīng)考慮作為提鋰主要原料的鹵水組成的特殊性：即含有一定數(shù)量的鈉、鎂離子。針對(duì)鈉離子，其與鋰在磺化聚苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和酸介質(zhì)之間具有相似的分配系數(shù)，導(dǎo)致在淋洗液酸度和淋洗速度上難以提高的瓶頸；而從鎂的影響角度來(lái)看，由于兩者極其相近的化學(xué)性質(zhì)以及鎂高于鋰百倍的克拉克值，使兩者分離異常困難。總之，提高離子交換樹(shù)脂對(duì)鋰的選擇性為關(guān)鍵。另一方面，也可開(kāi)拓新思路新途徑，如將本身無(wú)法直接用于提取鋰的陰離子交換樹(shù)脂用于優(yōu)化諸如分子篩的其他吸附材料，以提高這些吸附材料對(duì)鋰的吸附性能。

我國(guó)離子交換樹(shù)脂的生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)更加注重產(chǎn)品質(zhì)量、積極與科學(xué)研究院等機(jī)構(gòu)合作以改造傳統(tǒng)產(chǎn)品、推陳出新。科研人員更應(yīng)投身新型離子交換樹(shù)脂的研究，不斷優(yōu)化其性能，爭(zhēng)取做到高吸附容量與高選擇性兼顧，并努力突破國(guó)外技術(shù)壟斷。逐步開(kāi)展高性能離子交換樹(shù)脂原材料和中間體領(lǐng)域的節(jié)能降耗和質(zhì)量提升工作[53]。與此同時(shí)，不能忽視副產(chǎn)物的綜合利用，堅(jiān)持走低碳環(huán)保可持續(xù)發(fā)展之路。相信在未來(lái)，離子交換樹(shù)脂在提鋰方面應(yīng)用的廣度與深度均會(huì)有顯著的提高與長(zhǎng)足的進(jìn)步。