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悬浮冷冻—融化过程中盐湖离子的迁移规律及共晶冷冻提锂研究

悬浮冷冻—融化过程中盐湖离子的迁移规律及共晶冷冻提锂研究

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作者：邹沂鸿烟台大学

学位级别：硕士

近年来,新能源汽车、新电子器件和新能源储存技术的迅速发展,锂也因其特性成为了新能源新材料领域的重要金属之一。充分利用盐湖锂资源,降低生产成本,是我国新能源发展的迫切需求。本研究选取两种盐湖卤水资源,对其进行悬浮冷冻-融化,... 详细信息

近年来,新能源汽车、新电子器件和新能源储存技术的迅速发展,锂也因其特性成为了新能源新材料领域的重要金属之一。充分利用盐湖锂资源,降低生产成本,是我国新能源发展的迫切需求。本研究选取两种盐湖卤水资源,对其进行悬浮冷冻-融化,计算其共晶冷冻点并对盐晶进行提取;分别探究了冷冻温度、冷冻时间和搅拌速率对结冰过程中低/高镁锂比盐湖离子的迁移和浓缩效率的影响;基于冷冻实验获得的冰体进行融化实验,探究融化过程中离子的融出规律;通过UNIQUAC模型计算物质的冷冻共晶点,并进行原水冷冻浓缩与共晶提盐,以期为盐湖资源回收提供新的绿色思路。实验主要结论如下:（1）低/高镁锂比盐湖模拟溶液经过悬浮冷冻后,离子浓度表现为:冰中离子浓度冷冻过程中大部分离子被冰体排出至冰下水中,而冰中残留的离子总量较少。悬浮冷冻过程对离子在冰水两相的分配系数K值与冷冻温度和冷冻时间呈强相关关系,而与搅拌速率呈弱相关关系。随着冷冻温度的降低和冷冻时间的延长,溶液的结冰比例逐渐增加,冰体捕获的离子总量逐渐增加,K值增大。冰体融化过程中,随着融冰比例的增加,融化速度加快,产生冰融水所需时间逐渐减少;冰融水中的离子浓度呈现融化前期大量融出,而后逐渐减少的规律。（2）在UNIQUAC模型计算过程中,单组分离子共晶点的计算与验证均在5%以内,误差较小,模型准确度较高;NaSO溶液需要运用吉布斯剩余项G的方式进行计算,其他离子均可采用温度定点的方式进行计算。在多组分盐溶液共晶点计算与验证中,由于SO与Na的结合能较低,化学键能不稳定,在共晶冷冻过程中易于Mg结合析出,Na的共晶点浓度明显降低。（3）对盐湖体系离子的共晶点计算偏差度均在-5%～5%以内,计算结果准确。在共晶冷冻提盐实验中,选择Li最终共晶析出形态为LiCO。低镁锂比盐湖溶液共晶冷冻最终析出的LiCO纯度为71.260%,回收的Na,K,Li分别占原水的50.274%,27.480%,10.851%。高镁锂比盐湖溶液共晶冷冻最终析出的LiCO纯度为68.566%,回收的Na,K,Mg,Li分别占原水的70.606%,44.928%,21.603%,13.470%。共晶冷冻高镁锂比盐湖溶液析出的盐晶中,Li Cl的吉布斯自由能G值较高,在达到该体系溶液的共晶点时仍不能满足LiCl的析出量值,因此盐析产物缺少LiCl。

关键词：悬浮冷冻融化盐湖卤水共晶冷冻提盐

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