苯并15-冠-5—离子液体体系多级逆流萃取分离锂同位素研究

锂的两种天然同位素（6Li和7Li）在能源、环境和国防安全等领域具有重要应用价值。本文以氯化锂溶液为原料，选用苯并15-冠-5和咪唑类离子液体体系对其进行了模拟逆流萃取实验，考察了多级逆流萃取过程中锂的萃取率和锂同位素分离系数的变化规律，结果表明：经10级逆流萃取后，锂的萃取率和同位素分离系数有了明显提高，6Li富集在有机相，丰度提高了0.2996%，本文对锂同位素富集浓度和富集行为进了研究探讨。     

三氟乙酸锂-15-冠醚-5体系电迁移法分离锂同位素

锂同位素(~6Li和~7Li)在核工业中有着重要作用。锂汞齐法是目前唯一实现锂同位素工业化生产的方法,然而由于汞的使用,该方法具有较大的环境风险。开发绿色高效的锂同位素分离方法对国家能源安全具有重要意义。在本论文中,制备了溶解锂盐的冠醚溶液,并以其作为阳极液,施加电场驱动锂离子向阴极液迁移;与溶有15-冠醚-5的锂盐水溶液作为阳极液相比,研究发现在阳极液体系中引入水分子可以促进锂同位素的分离。同时还考察了不同隔膜对锂同位素分离的影响,发现使用强疏水性隔膜时,短时间内有较好的分离效应。     

4-硝基苯并-15-冠醚-5液液萃取分离锂同位素

以4-硝基苯并-15-冠醚-5(4-NO_2-B15C5)做萃取剂,苯甲醚和1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐([C_4mim][NTf_2])作稀释剂和协萃剂,以1 mol/L LiCl溶液作萃取溶剂,构建高效的冠醚—离子液体/锂盐溶液的溶剂萃取体系。重点考察了有机相组成、冠醚浓度和锂盐阴离子等对锂同位素分离的影响。结果表明,4-硝基苯并-15-冠醚-5具有良好的锂同位素分离效果,在萃取CF_3COOLi时最大单级分离系数(α)可达1.043±0.01。     

溶剂萃取法分离锂同位素研究进展

锂同位素(6Li和7Li)在原子能工业中占据着重要的地位。在众多锂同位素的分离方法和体系中,溶剂萃取法是一种具有较高分离系数,并最有望实现无毒、高效分离的工业生产方法。阐述了溶剂萃取法分离锂同位素的原理,综述了醇类与酮类、烷基膦与膦酸脂类、冠醚类及其它溶剂萃取体系在锂同位素分离中的研究现状及趋势,并展望了溶剂萃取法在锂同位素分离和未来青海、西藏盐湖锂资源高值化利用中的潜在应用前景。     

察尔汗首采区卤水中锂同位素组成

本文详细研究了察尔汗首采区卤水及其周边水源中的锂同位素组成,结果表明,察尔汗首采区平均δ~6Li值为-30.5‰,与海水的δ~6Li值相似,这样低的δ~6Li值与首采区卤水中发生的锂同位素分馏有关,且受具有低δ~6Li值的周边补给水的影响。     

锂同位素地球化学研究进展

锂的两个稳定同位素(6Li和7Li)相对质量差较大,因此锂同位素分馏比较显著。由于分析测量技术的改进和完善,锂同位素地球化学近年来有了长足的发展。研究表明,温度是控制锂同位素分馏的一个重要因素。此外,锂在不同矿物中配位结构和化学键强度的差异也会影响共存相之间的锂同位素分馏。由于锂同位素存在较大的分馏和不同地质体中截然不同的δ7Li值,锂同位素地质应用范围十分广泛。目前,锂同位素在地表风化、海底热液和洋壳蚀变、板块俯冲、示踪卤水来源和演化等方面的研究中成效显著,并且开始应用到矿床学中。     

N523-TBP-磺化煤油萃取体系从饱和氯化镁卤水中萃取锂的工艺研究

进行了以20%N523-30%TBP-50%磺化煤油萃取体系从青海高镁锂比盐湖卤水中萃取锂的工艺研究。根据相比实验求得萃取平衡等温线,通过阶梯图解法确定萃取理论级数为三级,并完成了三级逆流萃取串级实验。通过对洗涤、反萃、转相工艺进行的研究,确定了全流程八级萃取工艺。经此流程,锂的萃取率达96%,反萃液中杂质含量低,萃取剂经过多次循环无溶损,萃取性能良好,萃取过程分相快,未见三相及乳化现象。     

皂化二-(2-乙基己基)磷酸萃取锂的动力学研究

采用恒界面池法研究了钠皂二-(2-乙基己基)磷酸(P204)萃取锂的动力学,考察了搅拌强度、界面面积、反应温度和反应物浓度等因素对锂萃取速率影响。通过搅拌强度、界面积和温度对萃取速率影响规律判别该萃取过程为扩散和界面化学反应共同控制,萃取过程表观活化能为19.95 kJ·mol-1。基于反应物浓度对萃取速率影响,确定初始萃取速率方程为[RLi, init= (0.0048±0.0007)?nLi+?nNaA],Li+与A-(P204阴离子)在界面处生成LiA的反应为萃取锂过程的决速步骤。     

热电离质谱法测定锂同位素的研究进展

锂的两种稳定同位素6Li和7Li存在很大的相对质量差,质量分馏效应十分明显,因此要精确地测定锂同位素比值十分困难。近年来,随着质谱测定方法的发展,锂同位素的测定取得了长足进展。目前,使用热电离质谱仪(TIMS)和多接受电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)测定锂同位素比值的较多。TIMS相比于MC-ICP-MS,其测定精度较高。主要对使用热电离质谱仪(TIMS)测定锂同位素进行了详细的介绍,主要包括带材料和带结构、涂样形式以及电离温度这3方面的研究进展,并指出了此方法存在的一些问题。     

1-羟基-4-对甲苯胺基蒽醌富集7Li的研究

⁷Li由于其中子反应截面较小,可以用作核工业中的中和剂、载热剂,其自然丰度为92.5%,为达到核工业应用需要的丰度(99.99%),必然要进行⁷Li的富集。β-双酮及其衍生物为常见的具有富集⁷Li效应的螯合剂。以含有季铵盐和1-羟基-4-对甲苯胺基蒽醌的苯甲醚溶液作为有机相,碱性锂盐溶液作为水相,两相振荡混合得到富集⁷Li的沉淀,并对其分离性能进行考察。研究发现随着少量季铵盐的引入,在高碱性的条件下螯合剂利用率以及沉淀相⁷Li丰度得到了很大的提升。还优化了反应条件,计算了同位素交换的热力学参数。     

纳滤法用于铝锂分离的初步研究

本文探讨了纳滤分离Al³⁺和Li⁺的可行性,研究了含盐量和铝锂比对分离效率的影响,提出了从锂云母浸出液中分离回收锂的新方法。实验结果表明,纳滤膜对Al³⁺和Li⁺的截留率随含盐量的升高而降低,其中Li⁺始终呈现负浓度梯度扩散的趋势,而Al³⁺的截留率始终稳定在99%以上。当含盐量为45 g/L时,铝锂分离因子最高可达248.33,膜面相应Zeta电位的绝对值达到最大。随着溶液中铝锂比的变化,Al³⁺和Li⁺的截留率分别在不同铝锂比的条件下出现拐点,溶液的pH呈现先下降后上升最后下降的复杂趋势。本实验研究发现,DK膜能够在酸性环境下实现高效的铝锂分离和锂的浓缩,从而为锂云母浸出液中锂的提取提供新的思路。     

盐湖提锂尾液中锂回收的吸附试验研究

从高镁锂比盐湖提锂生产尾液中回收锂,可实现锂资源高效回收利用,对企业经济效益的提高具有重要意义。以东台吉乃尔盐湖提锂尾液为原料,系统性研究了铝系层状锂吸附剂JW-LAHS对提锂尾液中锂的静态、动态吸附和解吸过程。结果表明,吸附剂的静态吸附容量为7.3 mg/g,镁锂分离因子为27.98;最佳动态吸附条件为床层高度24.8 cm,进料流速3.5 mL/min,此时穿透时间为22.0 min,Li⁺ 吸附率大于95%,饱和时间为210 min,饱和吸附容量达到5.5 mg/g,表明锂吸附剂适合从高镁锂比提锂尾液中回收锂。BDST模型能够准确预测床层穿透时间,误差小于8.61%。使用去离子水进行解吸,增大解吸流速能够加速Li⁺脱出,但对Mg²⁺ 的解吸无明显影响。解吸流速为4.6 mL/min,解吸360 min时,Li⁺ 解吸率为83.25%,总解吸液的镁锂比值为0.7,仅为提锂尾液(80)的0.88%。循环20次后吸附容量仍能保持原来的82%以上,表明锂吸附剂循环稳定性良好。     

拉果错盐湖卤水蒸发过程中Li+富集行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了西藏拉果错盐湖卤水中阴、阳离子以及水分子间的相互作用行为。以盐湖卤水等温蒸发过程中粒子浓度变化的四个阶段为研究对象,分别计算了不同体系的扩散系数、配位数、均方位移和径向分布函数。计算结果表明,液相浓度越低时,H₂O分子对各离子之间的相互作用有抑制作用,液相中离子浓度越高时,SO₄2-易与CO₃2-竞争Li⁺形成离子对,从而影响盐湖卤水中Li⁺的富集。本文研究结果对盐湖卤水中Li⁺的迁移行为作出了机理解释,为盐湖卤水提锂的发展奠定了理论基础。     

拉果错盐湖卤水蒸发机理的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了西藏拉果错盐湖卤水中阴、阳离子以及水分子间的相互作用行为。以盐湖卤水等温蒸发过程中粒子浓度变化的四个阶段为研究对象,分别计算了不同体系的扩散系数、配位数、均方位移和径向分布函数。计算结果表明,液相浓度越低时,H2O分子对各离子之间的相互作用有抑制作用,液相中离子浓度越高时,SO42-易与CO32-竞争Li+形成离子对,从而影响盐湖卤水中Li+的富集。本文研究结果对盐湖卤水中Li+的迁移行为作出了机理解释,为盐湖卤水提锂的发展奠定了理论基础。     

含锂卤水中锂资源高效利用与绿色分离的新型萃取体系

针对现有高镁锂比盐湖卤水、碳酸锂产业排放的碱性料液、废旧锂电池回收液等含锂溶液的萃取分离技术现状以及高效、清洁、高值化利用的重大需求及关键基础科学问题,设计合成出数十种酰胺类、磷酸酯类以及双酮类锂特效萃取剂,通过对该类萃取剂的表征与不同放大规模的研究,筛选出多个具有工业应用前景的锂萃取体系,研发出适合我国盐湖卤水锂资源特点的、经济上可行的具有自主知识产权的分离提取锂的新萃取体系与工艺,突破高镁锂比盐湖卤水提锂这一世界性技术难题。经过产业化应用研究,萃取法从高镁锂比盐湖卤水中分离提取锂的技术,在锂镁选择性分离以及资源高效利用率方面已经凸显出了比现有任何提锂工艺更加优异的效果,为我国盐湖资源高效、清洁、高值化利用提供科学依据,提升我国在盐湖锂分离领域的国际地位和竞争力。     

由MgMn_2O_4制备新型离子筛吸附剂及其对锂的吸附性质

从Mg、Mn混合溶液制备了镁锰氧化物MgMn_2O_4,并由此制得新型离子筛氧化锰HMnO(Mg)。它在碱金属及碱土金属离子中对Li~+显示了很高的选择性,pH8时分配系数Kd值顺序为Li>>Ca>Mg>K>Na,可以从实际卤水中将Li~+选择性吸附,吸附容量达20.4mg/g,用稀HCI溶液易于将吸附的Lj~+洗脱并使吸附剂再生。经用卤水和HCI五次吸附——洗脱循环,Li~+吸附容量没有降低,洗脱率总是大于90％。     

纳滤分离铝锂过程研究

本文探讨了纳滤分离Al~(3+)和Li~+的可行性,研究了含盐量和铝锂比对分离效率的影响,提出了从锂云母浸出液中分离回收锂的新方法。实验结果表明,纳滤膜对Al~(3+)和Li~+的截留率随含盐量的升高而降低,其中Li~+始终呈现负浓度梯度扩散的趋势,而Al~(3+)的截留率始终稳定在99%以上。当含盐量为45 g/L时,铝锂分离因子最高可达248.33,膜面相应Zeta电位的绝对值达到最大。随着溶液中铝锂比的变化,Al~(3+)和Li~+的截留率分别在不同铝锂比的条件下出现拐点,溶液的pH呈现先下降后上升最后下降的复杂趋势。本实验研究发现,DK膜能够在酸性环境下实现高效的铝锂分离和锂的浓缩,从而为锂云母浸出液中锂的提取提供新的思路。