一种连续提锂单元及其应用的制作方法

本发明涉及提取冶金，尤其是涉及一种连续提锂单元及其应用。

背景技术：

1、锂及锂的化合物如氯化锂、碳酸锂、氢氧化锂和有机锂化物，在高能电池、航空航天、核能发电等领域有着广泛应用，对经济的发展具有重要的意义。例如，随着科技的迅猛发展及能源的需求量直线上升，能源的供应面对的挑战很大，核能、太阳能等清洁能源的利用迫在眉睫，清洁能源的利用过程中，需要储能电池的辅助，在各种储能电池中，锂(离子)电池因为其优异的性能脱颖而出。锂是锂(离子)电池的主要材料(正极、电解液)，因此实现锂的提取/重复，有助于促进高能电池领域和新能源应用领域的发展。

2、盐湖锂资源占世界锂资源工业储量的69％以上，从盐湖卤水中提取锂是一种争夺能源战略高地的方法之一。现在已经实现的，从卤水中提取锂的方法主要有蒸发结晶法、沉淀法、萃取法、吸附法、煅烧法、膜分离法、电化学提锂等。其中，电化学提锂技术作为一种新型的锂分离提取技术，具有绿色环保、提锂效率高、杂质分离效果好等优点，受到越来越多的关注与研究。然而，目前针对电化学提锂装置及提锂方法的研究相对较少。例如，有技术实现了基于阴离子交换膜的盐湖卤水镁锂分离及富集装置，然而，该装置由一张阴离子膜分隔的锂脱附槽和锂吸附槽构成，在完成一个提锂周期后，需切换原料液与富锂液的进料方向即原锂脱附槽切换为锂吸附槽、锂吸附槽切换为锂脱附槽，且在切换过程中需停机对锂的脱、吸附槽进行洗涤，锂的分离提取效率低、水耗高。还有技术实现了连续式电化学元素提取，但该提锂体系较为复杂，且每次仅有一个电极从提取槽转入回收槽，因而锂的提取效率较低且能耗较高。

3、为适用于不同锂浓度溶液中锂的连续、稳定、高效电化学分离提取，需要开发一种结构及操作简单，且易于实现工业化应用的连续式的电化学提锂装置。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种连续提锂单元，能够实现连续的电解提锂，提升了锂的提取效率。

2、本发明还提供了包括上述连续提锂单元的连续提锂系统。

3、本发明还提供了采用上述连续提锂单元或连续提锂系统的提锂方法。

4、本发明还提供了上述提锂方法在海水提锂和锂离子电池后处理中的应用。

5、根据本发明第一方面的实施例，提供了一种连续提锂单元，所述连续提锂单元包括：

6、圆筒状腔室；

7、阴离子膜，所述阴离子膜和所述圆筒状腔室的侧壁可活动接触，且将所述圆筒状腔室分割为第一腔室和第二腔室；所述第一腔室的侧壁包括第一电极；所述第二腔室的侧壁包括第二电极；所述第一电极和第二电极中包括储锂物质；

8、传动杆，所述传动杆控制所述圆筒状腔室的转动。

9、根据本发明实施例的连续提锂单元，至少具有如下有益效果：

10、(1)本发明提供的连续提锂单元中，阴离子膜和圆筒状腔室的侧壁之间的接触方式，与传动杆相互配合，可以使第一电极、第二电极，与第一腔室和第二腔室之间的相对位置发生变化；

11、加之储锂物质的存在可满足锂在第一电极或第二电极中的吸附或脱附；

12、由此连续提锂单元使用过程中，当某一电极(例如第一电极)在一个腔室(例如第一腔室)中锂吸附完成后，通过圆筒状腔室的转动，可转移至另一个腔室进行锂的脱附，同时另一个电极移动后进行锂的吸附；依次循环，仅通过旋转圆筒状腔室的侧壁即实现了锂的连续提取，简化了操作步骤，同时显著提升了锂的提取效率。

13、(2)本发明提供的连续提锂单元，在连续运行过程中，无需包括液路切换装置，简化了连续提锂单元的结构，使其更便于进行商业化拓展。

14、根据本发明的一些实施例，所述储锂物质能够容纳锂离子的脱嵌。

15、根据本发明的一些实施例，所述储锂物质包括常见锂离子电池正极材料和负极材料中的至少一种。

16、根据本发明的一些实施例，所述储锂物质包括橄榄石结构的磷酸铁锂(lifepo4、lfp)、尖晶石结构的锰酸锂(limn2o4、lmo)、尖晶石结构的镍锰酸锂(linixmn2-xo4、lnmo)、以及层状正极材料(lco、lno或ncm)。

17、根据本发明的一些实施例，所述第一电极为弧形电极，形成所述第一腔室的侧壁。

18、根据本发明的一些实施例，所述第一电极占据所述第一腔室的侧壁的部分位置。

19、根据本发明的一些实施例，所述第二电极为弧形电极，形成所述第二腔室的侧壁。

20、根据本发明的一些实施例，所述第二电极占据所述第二腔室的侧壁的部分位置。

21、根据本发明的一些实施例，所述连续提锂单元还包括设于所述圆筒状腔室的侧壁上，且设于所述第一电极和第二电极之间的绝缘部件。由此，可避免所述第一电极和第二电极之间形成短路。

22、当所述第一电极为所述第一腔室的侧壁，第二电极为第二腔室的侧壁时，所述绝缘部件还起到连接所述第一电极和第二电极，使其组成所述圆筒状腔室的作用。

23、根据本发明的一些实施例，所述阴离子膜穿过所述圆筒状腔室的轴线。由此，所述第一腔室和第二腔室，均为半圆筒状的腔室。

24、根据本发明的一些实施例，所述连续提锂单元还包括设于所述圆筒状腔室的侧壁与所述阴离子膜之间的密封部件。由此可避免所述圆筒状腔室转动过程中，所述第一腔室和所述第二腔室中内容物相互污染(两个腔室均不漏液)。

25、根据本发明的一些实施例，所述密封部件连接所述圆筒状腔室的绝缘部件和所述阴离子膜。

26、根据本发明的一些实施例，所述连续提锂单元还包括密封所述圆筒状腔室的密封板。

27、所述密封板使所述第一腔室和第二腔室形成了两个密闭的空间。

28、为避免所述第一电极和第二电极之间发生短路，所述密封板的材质为绝缘材质。

29、根据本发明的一些实施例，所述圆筒状腔室一侧的密封板上，设有连通所述第二腔室的富锂液进口；设有连通所述第一腔室的原料液出口。

30、根据本发明的一些实施例，所述圆筒状腔室另一侧的密封板上，设有连通所述第二腔室的富锂液出口；设有连通所述第一腔室的原料液进口。

31、根据本发明的一些实施例，所述连续提锂单元中，所述传动杆的个数≥1。

32、根据本发明的一些实施例，所述传动杆和所述圆筒状腔室之间的连接方式为齿轮咬合或螺纹咬合中的至少一种。由此可更好的实现传动。

33、根据本发明的一些实施例，所述传动杆整体为圆柱状螺杆或类圆柱状螺杆中的至少一种。

34、根据本发明的一些实施例，所述传动杆为绝缘材质。由此可避免对所述第一电极或所述第二电极产生影响。

35、根据本发明的一些实施例，所述连续提锂单元还包括供电系统，所述供电系统的阴极和阳极，分别与所述第一电极或第二电极连接。

36、由于在所述连续提锂单元运行过程中，所述第一电极和所述第二电极需要转换阴阳极，因此所述供电系统和所述第一电极、第二电极的连接方式为可移动连接；

37、或者，所述供电系统上设有切换开关，以实现电源电极的转换。

38、根据本发明第二方面的实施例，提供了一种连续提锂系统，所述连续提锂系统包括至少一个所述的连续提锂单元，以及容纳所述连续提锂单元的绝缘外壳。

39、根据本发明实施例的连续提锂系统，至少具有如下有益效果：

40、由于所述连续提锂系统采用了上述实施例的连续提锂单元的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

41、所述绝缘外壳为所述连续提锂系统的支撑结构，其中绝缘确保其不受外部电路的影响。

42、根据本发明的一些实施例，所述绝缘外壳为圆筒状。由此更方便所述圆筒状腔室在所述传动杆的驱动下进行旋转。

43、根据本发明的一些实施例，所述绝缘外壳的两段设有盖子，以避免外部的物质影响所述圆筒状腔室的运动，例如避免外部碎屑导致的机械卡死。

44、根据本发明的一些实施例，所述传动杆穿过所述盖子，由此可通过外部电路驱动所述传动杆，同时所述盖子还可对所述传动杆形成支撑。

45、根据本发明的一些实施例，所述圆筒状腔室穿过所述盖子，由此所述盖子可对所述圆筒状腔室形成支撑作用。

46、根据本发明的一些实施例，多个连续提锂单元的圆筒状腔室的侧壁之间，不接触。由此避免了不同连续提锂单元中电极的彼此影响。

47、根据本发明的一些实施例，所述连续提锂系统中，所述连续提锂单元的个数为10～25个。

48、多个所述连续提锂单元的连接方式包括并联和串联中的至少一种。

49、具体的，如果提取较为容易，且处理量较大时，可以采用并联的方式；反之，如果需要尽可能提升锂的提取效率，则可将多个连续提锂单元进行串联。同时，根据需要也可以进行串联和并联混连的方式。

50、根据本发明的一些实施例，所述连续提锂系统还包括外接的原料液缓冲槽与富锂液缓冲槽；以实现所述原料液和富锂液的循环流动。

51、在上述原料液缓冲槽和富锂液缓冲槽的缓冲作用下，所述原料液和富锂液在所述连续提锂系统中的水力停留时长为3～5h，优选地，所述水力停留时长约为4h。

52、根据本发明第三方面的实施例，提供了一种提锂方法，采用所述的连续提锂单元，或所述的连续提锂系统；

53、所述提锂方法包括以下步骤：

54、s1.将原料液注入所述第一腔室，富锂液注入所述第二腔室，并以所述第一电极为阴极，所述第二电极为阳极，进行电化学吸附—脱附提锂操作；

55、s2.维持所述阴离子膜固定，通过所述传动杆驱动所述圆筒状腔室的侧壁转动，使所述第一电极成为阳极，且与所述富锂液接触，所述第二电极成为阴极，且与所述原料液接触，继续进行电化学吸附—脱附提锂操作电化学吸附—脱附提锂操作。

56、所述提锂方法的机理是：

57、当所述第一电极为阴极时，原料液中的锂离子嵌入阴极内，第二电极中的锂离子释放进入所述富锂液中。

58、当上述过程完成后，由于旋转和电极转换，嵌入第一电极中的锂离子也会释放进富锂液中，而释放完成后的第二电极也会与原料液接触，进行吸锂步骤。

59、如此往复，原料液中的锂含量会下注下降，富锂液中锂含量上升。

60、根据本发明实施例的提锂方法，至少具有如下有益效果：

61、所述提锂方法采用所述连续提锂系统，或者所述连续提锂单元，因此可以通过简单的旋转和电极切换，即可实现对锂的连续提取，提升了生产效率。同时由于原料液和富锂液一直不接触，彼此间无污染，因此无需对第一腔室或第二腔室进行清洗，简化了提锂处理的操作步骤，也减少了水的消耗量；便于实现工业化。

62、根据本发明的一些实施例，所述原料液和所述富锂液连续注入。

63、根据本发明的一些实施例，所述原料液选自锂盐湖卤水、地下卤水或其他含锂溶液至少一种。

64、根据本发明的一些实施例，所述原料液中锂离子的含量≥0.2g/l；优选地，所述原料液中锂离子的含量≥0.4g/l。

65、根据本发明的一些实施例，步骤s1中，通入的富锂液选自氯化锂水溶液。优选地，所述氯化锂水溶液的浓度≥0.1g/l。优选地，所述氯化锂水溶液的浓度≤1g/l。

66、根据本发明的一些实施例，步骤s2中，所述转动的角度为180°。

67、根据本发明第四方面的实施例，提出了一种所述提锂方法在含锂溶液提锂中的应用。

68、由于所述应用采用了上述实施例的提锂方法的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

69、根据本发明的一些实施例，所述含锂溶液包括海水、锂离子电池浸出液中的至少一种。

70、若无特殊说明，本发明的“约”实际表示的含义是允许误差在±2％的范围内，例如约100实际是100±2％×100。

71、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。