中国科大提出“离子精馏”新单元操作 实现高镁锂比盐湖卤水直接提锂

近日，中国科技大学徐铜文教授团队在高镁锂比盐湖卤水提锂领域取得了重要进展。

受传统多层塔板蒸馏机制和层析色谱分离机制的启发，团队原创地提出了离子蒸馏的概念，并首次应用于高镁锂比盐湖锂。

离子蒸馏技术大大提高了特殊材料之间的分离效率。超电池级纯度锂产品由盐湖盐水一步制成，解决了高镁锂比盐湖盐水锂的技术问题。

同时，该技术还广泛应用于不同溶质体系的盐湖盐水，有望实现钾、氯、锶、锑、镁、硼等有价物质的精细筛分，促进目标材料的高价值利用。

研究成果如下Ion-“distillation” for isolating lithium from lake brine为题，以快讯（Letter）《美国化化学工程会志》的形式发表（AIChE Journal. 2022,e17710. DOI: 10.1002/aic.17710)在期刊上，本专栏主要报道化工领域的前瞻性和潜在的重大影响。

锂是化学储能锂电池的重要原料，是解决传统能源危机、促进双碳问题的重要手段。

我国盐湖卤水具有镁锂比高的特点，锂镁的分离仍然是高镁锂比盐湖锂提升过程中的一个突出问题，直接导致我国电池级锂产品仍依赖进口，盐湖锂提升逐渐成为保障我国锂资源安全的重要课题。

针对盐湖锂比盐湖卤水锂镁的分离问题，团队根据前期工作积累，重点关注化学特殊分离应用的前沿，在传统塔板蒸馏和色谱分离技术的启发下，原创提出了离子蒸馏盐湖锂提取技术。

传统的电渗析系统采用阴/阳离子选择膜间隔布置，两种离子膜形成膜单元，离子筛分性能仅限于单离子选择膜。

离子蒸馏打破了传统电渗析单元内功能隔膜的间隔布置模式。基于同类同侧的原则，多个同类膜并排布置，集成在电渗析单元中。设计理念如图1所示。

利用堆叠离子膜中特殊离子的多级筛分机制和离子选择性等级放大效应，实现高镁锂离子与盐湖盐水的精确分离。

每个离子膜在离子蒸馏室的功能可视为蒸馏塔中的塔板。锂镁离子在堆叠离子之间迁移。由于锂离子和镁离子在离子膜中的迁移率差异，锂镁离子的电吹分离是基于色谱分离层分析机制的。

实验构建一级至四级的离子精馏系统，并针对高镁锂的盐湖卤水（青海东台吉乃尔盐湖，镁锂比＞35），开展了研究。结果表明对于一级至四级离子精馏过程，锂镁的选择性由30（一级）逐级提升至1104（二级）、3297（三级）与26177（四级），二级与四级离子精馏获得的锂产品纯度为99.69%与99.98%分别超过工业和电池标准。

碳酸锂和磷酸锂产品终从青海东台吉乃尔盐湖盐水中获得，如图2所示。

离子蒸馏作为一种新型化工单元，其分离效果明显优于文献中报道的各种先进功能膜材料和膜分离过程（如图3所示）。

来源：中国科学技术大学科研部

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