Preparación y detección basada en tamiz de iones de litio
[Resumen] El tamiz de iones de litio puede extraer litio directamente de la salmuera de un lago salado y del agua de mar, y es un adsorbente de litio prometedor. Se presentan los métodos de preparación y detección del precursor de tamiz de iones de litio de óxido de manganeso y se describe brevemente el proceso de desarrollo de materiales de tamiz de iones.
El litio es el metal más ligero de la naturaleza. El litio y sus compuestos tienen una amplia gama de usos especiales, que incluyen energía, industria aeroespacial, fundición y fabricación de metales, refrigeración, vidrio, cerámica, productos farmacéuticos y otras industrias. En el campo de la energía atómica, ¿el litio se llama el nuevo? ¿Elemento energético? El litio-6 es una materia prima para bombas de hidrógeno y reactores termonucleares. Las baterías de iones de litio tienen las ventajas de alta energía, buen rendimiento del ciclo y no toxicidad, y se utilizan ampliamente en equipos de comunicación portátiles. En el siglo XXI, la cantidad de carbonato de litio utilizada en las baterías de litio superará las 20.000 toneladas. La grasa a base de litio se ha convertido en el principal producto de grasa. Además, el carbonato de litio es eficaz en el tratamiento de la psicosis maníaca como corrector del estado de ánimo. En la actualidad, la demanda mundial de litio aumenta constantemente y el consumo de litio también refleja el nivel de desarrollo de alta tecnología de un país.
Los recursos mundiales de litio son aproximadamente 12,76 millones de toneladas, distribuidas principalmente en depósitos de pegmatitas graníticas y lagos salados. Entre ellas, las reservas de litio en las minas de litio son sólo 400.000 toneladas, lo que representa alrededor del 3,0% de las reservas totales del mundo, mientras que la proporción de recursos de litio en la salmuera de los lagos salados supera el 77%. Las reservas de litio en las minas de litio están lejos de satisfacer la demanda del mercado, los recursos minerales sólidos se están agotando constantemente y el desarrollo y utilización de los recursos de mineral de litio se enfrentan a un importante punto de inflexión. Explorar la extracción de litio de la salmuera de los lagos salados, el agua de mar de baja concentración y el agua subterránea se ha convertido en un importante tema de investigación en química, ingeniería química, materiales y otras disciplinas. El proceso de extracción de litio de la salmuera de un lago salado es simple y el costo es aproximadamente la mitad del de extraer litio del mineral. En la actualidad, la capacidad anual de los países extranjeros para extraer litio de la salmuera de los lagos salados es de casi 20.000 toneladas, lo que representa alrededor del 40% de la capacidad total de producción de sal de litio. El uso de salmuera u otros recursos minerales líquidos que contienen litio en lugar de minerales para producir sales de litio es la tendencia de desarrollo de la industria mundial del litio.
1. El proceso de desarrollo de materiales de protección iónica
En 1850, Thompon et al. estudiaron por primera vez de forma sistemática el intercambio iónico entre Ca2+ y Na2+ en el suelo y NH+ y K+ en el agua. Posteriormente se identificaron sustancias con propiedades de intercambio como arcilla, tamices moleculares de zeolita glauconita y ácido húmico. En general, se cree que este es el primer descubrimiento de materiales de protección iónica. A principios del siglo XX, Harms y otros sintetizaron gel de silicato de aluminio como material de intercambio iónico y lo aplicaron para ablandar el agua. Sin embargo, su rendimiento de detección selectiva es deficiente, su resistencia a los ácidos no es buena y su rendimiento es variable. En la década de 1960, Clearfield A y otros descubrieron que el fosfato de circonio podía cristalizar, señalando una nueva dirección para el desarrollo de materiales de protección iónica. La cristalización permite determinar la estructura policristalina de estos fosfatos de circonio y explicar el comportamiento macroscópico de protección e intercambio iónico desde una perspectiva microestructural. Después de la década de 1980, Kenta, Feng Qi, etc. Se sintetiza LiMn2O4, un óxido de litio y manganeso con estructura cristalina, que tiene propiedades especiales de adsorción selectiva para iones de litio.
2. Perspectivas para la extracción de litio de la salmuera de los lagos salados en mi país
China es rica en recursos de lagos salados, concentrados principalmente en Qinghai, Tíbet, Xinjiang y Mongolia Interior. La salmuera de los lagos salados con grandes recursos de litio y alto contenido se concentra principalmente en la cuenca Qaidam en la provincia de Qinghai, como el lago salado Taijinair, el lago salado Yiliping, el lago salado Qarhan, el lago salado Daqaidan, etc., todos los cuales tienen un valor minero extremadamente alto. . El lago Zabuye en el Tíbet es uno de los tres lagos salados más grandes del mundo con un contenido de litio que supera el millón de toneladas. Por lo tanto, el establecimiento y desarrollo de la industria del litio de los lagos salados de China no sólo puede transformar las ventajas de los recursos en ventajas económicas, sino también promover y desarrollar la economía del oeste de China y proporcionar materiales ideales para el desarrollo de alta tecnología en el siglo XXI.
3. Métodos para extraer litio de la salmuera de un lago salado
En la actualidad, el desarrollo y utilización de recursos de litio se centra principalmente en métodos para extraer litio de la salmuera de un lago salado. Los métodos para extraer litio de la salmuera de un lago salado incluyen separación por cristalización por evaporación, precipitación, flotación, extracción con solventes e intercambio iónico. El método de separación por cristalización por evaporación utiliza una gran cantidad de sosa cáustica y ceniza de soda, lo que genera un alto costo de los productos de sal de litio; la precipitación y la extracción con solventes requieren mucho tiempo y son laboriosas; el proceso de flotación es complejo; , de proceso simple y ampliamente utilizado. Por lo tanto, el desarrollo de nuevos adsorbentes de iones inorgánicos con alta eficiencia y alta selectividad se ha convertido en la dirección de desarrollo de la tecnología de separación. El óxido de manganeso con estructura de espinela no solo tiene una alta selectividad y una gran capacidad de adsorción de intercambio para Li+, sino que también tiene características económicas y respetuosas con el medio ambiente, y se ha convertido en un punto de investigación entre académicos nacionales y extranjeros.
4. Un método para preparar el tamiz de iones de litio
En la actualidad, los métodos de preparación del precursor LiMn2O4 para el tamiz de iones de litio se dividen principalmente en dos categorías: método en fase sólida y método en fase líquida. . Los métodos de síntesis de estado sólido se dividen principalmente en métodos de estado sólido de alta temperatura, métodos de sinterización por microondas y métodos de coordinación de estado sólido. El método de fase sólida es simple de operar, tiene pasos cortos, es conveniente para la producción a gran escala y es fácil de industrializar, pero consume mucha energía y tiene bajo rendimiento. Los métodos de síntesis en fase líquida incluyen principalmente el método sol-gel, ** método de precipitación y método hidrotermal. El método en fase líquida generalmente requiere alta operación, largos pasos de reacción, tamaño de partícula uniforme, morfología regular y cristales relativamente puros. A continuación se presentan varios métodos comunes:
1. Método de reacción en fase sólida a alta temperatura: el método de reacción en fase sólida a alta temperatura es el método más utilizado y más fácil de operar para sintetizar iones de litio. precursores de pantalla Combina litio y manganeso. Los compuestos que son fácilmente fundibles o descomponibles se mezclan en una cierta proporción y luego se tuestan a alta temperatura durante un cierto período de tiempo para sintetizar el compuesto requerido. Entre ellas, ¿las principales fuentes de litio son Li2CO3 y LiOH? H2O, LiNO3 y LiI, etc.
Las principales fuentes de manganeso incluyen MnO, Mn2O3, MnO2, MnCO3 y Mn(CH3COO)2?4H2O, etc. El método de reacción en fase sólida a alta temperatura es simple de operar y fácil de industrializar. Al mismo tiempo, también existen algunas deficiencias: alto consumo de energía y baja productividad; parte de la sal de litio se volatiliza y la proporción original es difícil de captar y la uniformidad del producto es deficiente;
2. Método de sinterización por microondas: El método de sinterización por microondas es un método muy utilizado para preparar materiales cerámicos desarrollado en los últimos años. Se basa principalmente en el hecho de que las microondas actúan directamente sobre el interior del material, lo convierten en energía térmica y calientan el material desde el interior, acortando así el tiempo de reacción. El método de sinterización por microondas puede controlar la estructura de fases del polvo ajustando la potencia del microondas. Es fácil de industrializar y merece atención. Pero después de todo, es una reacción en fase sólida y el tamaño de partícula del polvo obtenido solo se puede controlar por encima del nivel de micras, y la morfología del polvo es ligeramente peor.
3. Método de reacción de coordinación en estado sólido: Este método también se ha desarrollado en los últimos años y es especialmente adecuado para la síntesis de clusters metálicos y complejos en estado sólido. Primero, los complejos de metales sólidos se preparan a temperatura ambiente o baja temperatura y luego se descomponen térmicamente a una cierta temperatura para preparar polvos de óxido ultrafinos. El método de reacción de coordinación en fase sólida conserva las características de operación simple del método tradicional de reacción en fase sólida a alta temperatura y es superior a él en términos de temperatura de síntesis, tiempo de calcinación, tamaño de partículas del producto y distribución.
4. Método Sol-Gel: También llamado método de síntesis de Pechini, es un método de síntesis en fase líquida que se basa en la capacidad de ciertos ácidos débiles para formar quelatos con ciertos cationes. y polímero de poliol que forma una resina polimérica sólida. Debido a que los iones metálicos pueden reaccionar con ácidos orgánicos y dispersarse uniformemente en la resina polimérica para lograr una mezcla atómica, se pueden preparar polvos de óxido ultrafinos a temperaturas más bajas. El método tradicional sol-gel consiste en hidrolizar alcóxidos metálicos para obtener sol y luego secarlos para obtener gel.
Debido a su alto costo y proceso complicado, los trabajadores del material han realizado una serie de mejoras y han derivado algunos métodos nuevos, como el método de coordinación del ácido cítrico, el método de coordinación de la glicina y el método de posición del polímero, polihidroxi. método de coordinación ácida, etc. La preparación del tamiz de iones de litio implica principalmente el uso de un separador adecuado para eliminar los iones de litio de la espinela precursora sin destruir la configuración de la espinela precursora, a fin de garantizar la memoria de los iones de litio en el tamiz de iones de litio resultante. Actualmente, los principales decapantes utilizados son compuestos ácidos como el ácido clorhídrico, el ácido nítrico y el ácido sulfúrico. Los principales indicadores para evaluar el efecto de la lixiviación son la tasa de lixiviación del litio y la tasa de pérdida por disolución del manganeso. Se espera que mediante el uso de un excelente agente de extracción, se pueda maximizar la tasa de extracción del litio y minimizar la tasa de pérdida por disolución del manganeso. En comparación con el ácido clorhídrico, el ácido nítrico y el ácido sulfúrico tienen fuertes propiedades oxidantes y aumentarán la pérdida de manganeso por disolución hasta cierto punto. Por lo tanto, el ácido clorhídrico de concentración adecuada se utiliza principalmente como agente decapado. Sin embargo, el mismo eluyente, diferentes concentraciones y diferentes tiempos de elución tienen diferentes efectos de elución. Por lo tanto, al preparar tamices iónicos, se deben seleccionar las mejores condiciones de conversión de decapado.
Detección verbal (abreviatura de verbo) del tamiz de iones de litio
Es necesario detectar la morfología de la superficie del tamiz de iones preparado, es decir, el producto después de la elución ácida del litio de el precursor Lleve a cabo la inspección SEM y obtenga la imagen del resultado del escaneo. Comparando las imágenes escaneadas de la estructura del precursor, se puede detectar si la estructura del precursor se destruye durante el proceso de elución ácida del litio. Comparando las imágenes de la literatura, se puede detectar si el producto tiene una estructura cristalina de espinela y si. la forma cristalina está completa. Luego realice la detección XRD en el producto (precursor) para obtener la imagen del resultado del escaneo. Según los resultados del escaneo, determine si el producto es espinela LiMn2O4 y si hay impurezas. Comparando el espectro con la literatura se puede detectar si el producto es defectuoso, espinela LiMn2O4, y si hay impurezas.
Conclusión del verbo intransitivo
En la actualidad, la investigación sobre tamices iónicos aún se encuentra en etapa experimental. Para realizar su industrialización, primero se deben solucionar los problemas de granulación y disolución del manganeso. Al mismo tiempo, es necesario mejorar la capacidad real de adsorción de los tamices de iones mejorando los métodos de síntesis y optimizando las condiciones experimentales. La pantalla de iones de litio de óxido de manganeso es un adsorbente ecológico nuevo, eficiente y con buenas perspectivas de aplicación. Por lo tanto, el método de adsorción por tamiz de iones de litio y óxido de manganeso se ha convertido en una importante dirección de investigación internacional para extraer litio de la salmuera de los lagos salados y el agua de mar.