盐湖锂资源绿色高效利用及高纯锂盐制备的科学基础

This project examines novel means for separating lithium from natural brine in the Qaidam Basin. The new approaches will broaden economic and environmental benefit compared to those presently in use. The project encompasses selective adsorption of lithium ions, lithium recovery via electrodialysis，extractants of design synthesis, and extraction of lithium salts with highly selective Li-extractants. The work examines on molecular levels demonstration interactions between interfacial molecules and ions in the separation process, governing mass transfer patterns and migration mechanism of low-level impurities in separation and purification of the high-purity lithium salts. This work explores a greater lithium selectivity than related ions of magnesium, boron, calcium, sodium, and potassium. The study will create a new technology for high -efficiency recovering lithium from high Mg-to-Li brine through process optimization and mathematical simulation. The behavior of lithium ions and other elements are precisely described by methodically integrating three separation techniques for lithium recovery in complex systems of salt lakes, the compatibility of the coupling process is explored multiple separation techniques for lithium recovery. The key technologies will provide science evidence of achieving effective, clean and value-added use of the Chinese salt lakes resources. The theories for lithium extraction-in-series from the complex system of salt lakes brine will be developed with optimized process flow. This work also offers prospects for more effective lithium separation from salt lakes in Qinghai Province. It will also help develop skilled specialists in the area of brine lithium separation.

本项目面向柴达木盆地盐湖锂资源高效、清洁和高值化利用等重大需求，将原卤浓缩蒸发过程锂离子迁移规律与分离过程机理研究相结合，通过新型锂吸附剂设计制备、电渗析膜分离技术、萃取剂设计合成、分离微观反应过程及界面传质机理研究，从分子水平阐明盐湖锂离子、分离介质、杂质离子等多层次界面相互作用和传质过程规律。通过三种分离技术的不同耦合，精确描述锂离子及其它元素在复杂分离体系中的行为规律，探索多元分离提锂工艺耦合过程的兼容性。结合过程强化和数学建模，建立高镁锂比盐湖卤水在低锂浓度下的高效分离新流程，研制高纯锂基础材料制备技术。拟开展的研究内容相互关联，解决盐湖锂资源高效利用和绿色分离过程中的基本科学问题，优化完善我国盐湖锂分离理论和技术体系，为研发出盐湖锂资源高效分离绿色流程和高纯锂材料制备新技术奠定坚实基础，提出青海盐湖锂资源绿色高效利用的发展新战略。

阐明了硫酸亚镁型与氯化物型盐湖卤水蒸发过程中锂在不同析盐阶段的富集与迁移规律以及锂损失的原因，从原子或分子尺度揭示了锂的迁移规律，确定了富集过程锂损失的主要阶段，建立了锂高效浓缩原则流程，使锂回收率≥90%。实现了磷酰基及酰胺双官能团的新型萃取剂的设计与合成，揭示了萃取剂及协萃剂官能团与被萃取物之间的相互作用关系，明确了萃取剂及协萃剂与金属离子形成络合物结构，解决了络合物结构无法确定的科学问题。探明了锰系离子筛中锰溶损机理，发展了无H+参与的电控离子交换关键技术。揭示了聚电解质膜内反离子扩散行为规律，为选择性离子交换膜的筛选和性能预测提供理论依据。发展了新型萃取剂、吸附剂及离子交换膜从晶间卤水或预浓缩的低品位含锂卤水中高效多元分离锂的新工艺和新方法与新装备，使锂回收率≥90%。突破了从不同类型卤水中分离提取锂与富锂溶液纯化的关键核心技术，解决了盐湖锂资源分离提取过程中回收率低与高品质锂盐制备的共性科学技术难题，实现盐湖锂资源高效绿色利用与深度加工的系统性技术集成，降低卤水浓缩与分离过程中锂的损失，使锂总回收率≥80%。为盐湖锂资源高质量发展与打造世界级盐湖锂盐产业基地奠定理论基础。在J. Membr. Sci.（1篇），J. Hazard. Mater.（1篇），Desalination（3篇），Sep. Purif. Technol.（3篇），J. Mol. Liq.（3篇），Hydrometallurgy（2篇），Chemical Physics Letters（4篇），J. Water Process. Eng.（1篇），J. Chemical & engineering data（1篇），J. Salt Lake Res.（1篇），Can. J. Chem. Eng.（2篇），Adsorption（1篇），Chem. Eng. J.（1篇），Ore Geol. Rev.（1篇）等共发表论文26篇。申请37项发明专利，授权29项发明专利。获得省部级科研奖励6项。国内外学术会议报告与学术交流17次。培养博士与硕士17名。指导本生毕业论文30余名，为青海盐湖锂资源开发，培养一批长期稳定从事该领域工作的科研创新团队。