含锂母液膜过滤浓缩实验研究

万凌云

（新疆有色金属研究所 乌鲁木齐 830054）

锂作为一种重要的资源，锂及其化合物广泛应用于电池、医药、聚合物、玻璃陶瓷、润滑剂，空气制冷剂、合金等领域，高纯碳酸锂作为一种基础的锂盐产品，在工业生产过程中会产生大量的含锂母液，生产1吨高纯碳酸锂产出的母液约5吨左右，含锂母液的处理一直是工业生产中的关注点，母液中的锂含量偏低一般在2-3g/l之间，该母液可以采用化学方法转化为其它产品，但是市场需求量低，不是最佳处理方案，但是如此庞大的母液量如不能合理的进行处理，将造成巨大的资源浪费[1-3]。

针对上述问题，采用膜过滤浓缩技术对碳酸锂母液进行处理，膜过滤技术是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的分离和浓缩的目的。本实验主要研究母液膜过滤后的浓缩液中锂的富集浓度；以及膜过滤设备的运行参数，包括运行压力，处理速度，膜的耐酸碱性以及透过性。

1 实验

1.1 实验原料

高纯碳酸锂的生产过程中产生的含锂母液，Li的质量浓度2.64g/L；硫酸，分析纯，质量分数98%。

1.2 实验设备

膜过滤实验设备的占地面积2m2，设备由电动试压泵和单一管式膜过滤器构成，电动试压泵自带循环储液水箱和加压柱塞泵（最大压力25Mpa），每次实验需向水箱内一次性投料50L。管式膜过滤器自带浓缩液和透过液出液管路，运行中浓液和透过液可自动分离出来；辅助材料主要为储槽等。

1.3 实验方法

实验的操作流程：含锂母液→投料箱→高压泵→膜过滤系统→浓缩液和透过液，含锂母液浓缩实验主要包括直接浓缩和加酸调pH 值后浓缩两个部分，直接浓缩：将碳酸锂母液不经过任何处理直接加入膜过滤设备，进行浓缩实验，记录浓缩时间及过滤情况，分别送样分析；加酸浓缩：将碳酸锂母液加硫酸调pH 值后加入膜过滤设备，观察膜透过情况，记录浓缩时间，分别送样分析。

2 结果与讨论

含锂母液的正常PH值在12左右，加酸处理后控制pH值在6左右，溶液温度25℃，高压泵的初始压力6MPa，实验重点考察在恒压条件下浓缩时间、pH 值等对含锂母液浓缩的影响。

2.1 母液直接浓缩

含锂母液碳酸锂母液直接加入膜过滤设备进行实验，系统运行时间50min、60min、70min，操作时间对母液浓缩的情况的影响见表1。

表1 直接浓缩运行时间对母液浓缩的影响

从表1 上可以看出，随着运行时间增加，浓缩液中的Li含量不断提高，最高达到6.39g/L，锂的回收率随时间的增加呈下降趋势，整体回收率均在99%以上，在实验过程中，运行70min，系统透过液出口已无液相产出，基本达到膜过滤的极限，浓缩液静置后均有不同程度有晶体析出，就实验整体情况来看，在碱性条件下膜的透过性差，分析原因主要是室温条件碳酸锂的溶解度比较低，随着母液的浓缩，有碳酸锂晶体析出附着在膜的表面，导致膜的透过性变差。

2.2 加酸母液浓缩

配加一定量的硫酸，将含锂母液的pH 值调到6,然后加入浓缩过滤设备进行实验，系统运行时间对母液浓缩情况的影响见表2。

表2 加酸浓缩运行时间对母液浓缩的影响

从表2 上可以看出，随着运行时间增加，浓缩液中的Li含量不断提高，最高达到8.50g/L，锂的回收率随时间的增加同样呈下降趋势，在实验过程中，运行85min，系统透过液出口已无液相产出，基本达到膜过滤的极限，在酸性条件下膜的透过性较好，这主要是由于硫酸锂在母液中的溶解度相对较大，未有晶体析出，保证了膜的透过性。

2.3 PH值对母液浓缩的影响

通过比较两组实验，由图1 可以看出，酸碱性条件对于母液的浓缩效果影响最大，在PH 值6 的条件下，母液浓缩后的Li含量明显升高。

3 结论

在碱性条件下膜的透过压力增加，浓缩液中的平均锂含量为5.88g/l，明显低于酸性条件下浓缩液的平均锂含量，且浓缩时间加长，膜的透过性变差。

在加酸条件下，浓缩比增大，浓缩时间减少，并且浓缩后的浓缩液中锂含量明显增加，锂的回收率变化不大，均在99%以上，实验中浓缩液中锂含量趋于稳定，稳定在7.3 至8.5g/l 之间，平均值为8.08g/l，相比较于母液的中的2.64g/l，平均浓缩了3 倍，浓缩效果明显。

对比以上两组条件实验，酸性条件下的浓缩情况优于碱性条件，最佳的浓缩时间在60min 左右，浓缩压力6.0MPa。