基于沉淀—离子印迹耦合法直接分离镁、锂、硼的研究

Magnesium and lithium resources are abundant in the brine of Qaidamu salt lake. It is of great significance for the sustainable utilization of the resources to develop highly-efficient separation methods and pathways towards high-value chemicals. The difficulties in brine exploration are the high Mg/Li ratio, not easy to separation and low utilization. Aiming at efficient separation and comprehensive uses, we proposed a new route based on precipitation coupled with ion imprinting to explore the effectiveness of Mg/Li separation. The co-production of Mg-based functional materials (layered double hydroxides, LDHs), high pure lithium carbonate and boracic acid are expected to be achieved. Mg-based LDHs are successfully synthesized from the brine by the nucleation-crystallization separation method within a rotating liquid-film reactor. Simultaneously, the Mg/Li ratio is significantly decreased via the precipitation reactions. The separation and enrichment mechanism of the components (e.g. Mg, Li, B) will be further revealed. The mechanism of process intensification will be demonstrated. The lithium solution will be enriched by ion imprinting after Mg is separated via the reactions. The control on the thermodynamic and kinetics of separation from the complex quaternary brine will be explored. This project will direct the highly-efficient separation, multi-purpose uses and high-value conversion of magnesium and lithium resources in the salt lake. Also, it will provide fundamental data and theories for the balanced and sustainable exploitation of salt lakes.

青海盐湖中镁、锂、硼资源丰富，发展高效分离、提取方法与高值化利用途径对于盐湖资源平衡、可持续开发具有重要战略意义。项目针对盐湖卤水镁/锂比高、分离困难、资源利用率低的瓶颈问题，以镁、锂、硼等资源高效分离与综合利用为目标，提出基于沉淀—离子印迹耦合新方法直接分离高镁卤水中的镁、锂、硼，可制得镁基功能材料（LDHs）、高纯碳酸锂和硼酸。依据卤水各组分赋存状态与反应特性，利用成核—晶化隔离法成功实现由盐湖高镁卤水复杂溶液体系高效分离Mg/Li、以及离子印迹技术从含锂母液中分离富集锂离子的目标。项目研究将深入揭示耦合分离过程中镁、锂、硼等元素分离和富集规律，阐明过程强化机理。项目研究将为盐湖镁、锂、硼等资源的高效分离、多元加工利用与高值转化提供科学理论与方法学指导，为盐湖资源平衡、可持续开发提供基础数据和理论。

根据层状双金属复合氢氧化物（LDHs）具有独特层状结构、较广泛的应用面等特点，利用沉淀——离子印迹技术对盐湖卤水中镁、锂、硼的高效分离进行了深入研究。通过LDHs的可控制备并调变层板组成，可实现镁锂的高效分离。.（1）所制备的镁基LDHs具有典型层状双金属氢氧化物结构；在所制备的LDHs中， Mg2+/Al3+摩尔比为4:1的LDHs中具有较高的硼含量。.（2）Mg2+/Al3+摩尔比、反应温度、溶液体系pH值的改变对BO33-、Mg2+的去除率及Al3+的残留率以及镁基LDHs的结构影响不大，但对Li+在溶液中的留存率有较大的影响。最佳的反应条件为：Mg2+/Al3+为4:1，pH值为10，反应温度为65℃时，反应时间为4h，盐湖卤水的镁锂分离效果最佳。所制备的镁铝LDHs样品的X-射线衍射图出现了典型水滑石的特征衍射峰，晶体结构较完整，结晶度较高。.（3）对除镁后的卤水，经浓缩后沉锂。从浓缩倍数、反应温度、反应时间、搅拌速度等因素对制备碳酸锂的影响进行了讨论。在80倍浓缩液中加入过量的碳酸钠溶液，反应温度为80℃搅拌速度为400rpm下，反应40min，所得到的碳酸锂产率为89.52%。 .（4）对桔皮纤维素基锂离子印迹聚合物合成工艺进行研究，优化了接枝工艺和交联工艺。当对氨基苯甲酸和间氨基苯甲酸分别与9mL、12mL杯芳烃在60℃、50℃下进行偶合后，对锂的吸附容量分别达75.62mg/g、65.31mg/g；当反应条件为环氧氯丙烷80mL，甲醇100mL，温度40℃，pH值为13，反应3h得到的产物吸附容量最高，达44.43mg/g，对卤水中的锂离子选择吸附性好。.（5）所制得的含硼镁基LDHs，在聚合物复合材料中具有良好的抑烟阻燃性能，可直接作为产品应用于聚合物加工，制备系列复合材料。在无卤抑烟阻燃PP 复合材料、无卤阻燃型ABS复合材料、镁基LDHs/PVC复合材料中表现出优异的性能。.上述结果表明，采用沉淀——离子印迹耦合技术可以实现高镁锂比盐湖卤水中镁、锂、硼的高效分离，并实现资源化利用目标。