从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法及装置与流程

本申请涉及氢氧化铝制备领域，具体而言，涉及一种从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法及装置。

背景技术：

1、氢氧化锂作为重要的锂盐之一，广泛应用于各种类型的锂电池中。自然界中，锂资源主要以固体矿石和盐湖卤水的形式存在于自然界中；在提取制备氢氧化锂时，主要是以盐湖提锂为主，矿石法提锂为辅。

2、由于大部分的盐湖卤水具有高镁锂比的特点，卤水中的杂质种类多，杂质含量高，锂含量较少，因此目前从盐湖卤水中提取制备氢氧化锂的制备方法，需要浓缩、除杂甚至引入新物质的操作，步骤通常较为繁琐，甚至还容易引入新的杂质。这导致高纯度氢氧化锂的制备成本高、转化率低，还容易出现纯度低的情况。

技术实现思路

1、本申请提供一种从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法及装置，本申请提供的方法简单、成本低、转化率高，能制得高纯度的氢氧化锂。

2、第一方面，本申请提供了一种从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法，其包括以下步骤：s100、将含锂溶液作为阳极液，将氢氧化锂水溶液作为阴极液，以固态电解质作为阻隔进行电解，得到电解后阴极液，电解后阴极液中含有阴极产物，阴极产物包括氢氧化锂；含锂溶液中含有氯化锂和杂质，含锂溶液中的溶剂为水。s200、当电解后阴极液中有固体析出时，停止电解，得到固液混合物，将固液混合物经洗涤过滤，得高纯度氢氧化锂。其中s100步骤满足以下条件：(1)电解温度为50℃～200℃；(2)基于含锂溶液的质量，氯化锂的质量含量为20％～50％；(3)固态电解质包括石榴石型氧化物。

3、在上述技术方案中，整个体系以水作为介质进行电解，由于固态电解质阻隔了阳极液和阴极液，因此在电解之前，两种液体并不会互相混合，这样阴极液就不容易被阳极液中的组份污染。在电解过程中，由于固态电解质对于阳离子具有选择透过性，固态电解质(尤其是石榴石型氧化物)仅允许锂离子通过，因此在电解的过程中，锂离子会在电流的作用下从阳极液流入至阴极液，其他阳离子(由杂质提供)在固态电解质的阻隔下仍然留在阳极液中，这样流入至阴极液的锂离子和电解产生的氢氧根离子结合形成了氢氧化锂。随着电解液反应的不断进行，阴极液中的氢氧化锂的浓度越来越大，当阴极液中的氢氧化锂过饱和时就会析出，析出的氢氧化锂与饱和氢氧化锂水溶液形成固液混合物，此时停止电解，然后处理固液混合物就能得到高纯度的氢氧化锂。本申请提供了以水作为介质的电解锂盐获得氢氧化锂的方法，该制备方法简单、成本低、转化率高，同时也不需要引入新物质，制备得到的氢氧化锂纯度较高。

4、在一种可能的实现方式中，满足以下条件中的至少一者：(1)基于含锂溶液的质量，氯化锂的质量含量为25％～30％；(2)氢氧化锂水溶液中的氢氧化锂的质量含量不大于5％；(3)电解温度为120℃～180℃。

5、在上述技术方案中，氯化锂的质量含量为25％～30％时，本申请的制备方法低成本、高转化率的效果尤为明显。氢氧化锂水溶液中的氢氧化锂的质量含量不大于5％有利于进一步降低制备成本，提升转化率。当电解温度在120℃～180℃时，可以在制备成本较低的基础上，提升氢氧化锂的制备效率。

6、在一种可能的实现方式中，电解的条件包括：电流密度为1.5ka/m2～4.0ka/m2；平均工作电压为3.3v～4.5v。

7、在上述技术方案中，电解条件在上述范围内，可以保证电化学反应持续进行。

8、在一种可能的实现方式中，石榴石型氧化物选自具有式i所示物质中的任一种：

9、li7-xla3mxzr2-xo12式i；

10、在式i中，m包括ta元素和/或tb元素，0≤x≤1；优选地，0.4≤x≤0.6。

11、在上述技术方案中，上述结构的石榴石型氧化物的选择透过性更好，更有利于提升氢氧化锂的纯度。

12、在一种可能的实现方式中，固态电解质选自li6.4la3m0.6zr1.4o12、li6.5la3m0.5zr1.5o12、li6.6la3m0.4zr1.6o12中的至少一种；和/或，固态电解质的厚度为0.05cm～0.25cm。

13、在上述技术方案中，固态电解质的厚度为0.05cm～0.25cm的固态电解质既具有良好的选择透过性，同时对锂离子的传输阻力也较小，且固态电解质较为稳定，寿命长。

14、在一种可能的实现方式中，杂质包括nacl、kcl、cacl2、mgcl2、alcl3、bcl3中的至少一种。

15、在上述技术方案中，即使含锂溶液中的杂质种类多，本申请的制备方法也能制得高纯度的氢氧化锂。

16、在一种可能的实现方式中，在电解含锂溶液之前，还包括对含锂溶液进行除杂处理，除杂处理包括如下步骤：将含锂溶液的ph调成碱性，并向阳极液中加入co32-离子进行沉淀，然后使用离子交换树脂进行层析；或者，使用离子交换树脂对含锂溶液进行多次层析，层析的次数不少于两次。

17、在上述技术方案中，在电解之前进行初步的除杂可以提高制备效率，降低制备成本。

18、在一种可能的实现方式中，步骤s100中，电解后还得到阳极产物，阳极产物包括氯气；阴极产物还包括氢气。

19、在上述技术方案中，电解时阳极液中的氯离子(由氯化锂提供)会被还原成氯气，阴极液中的水会被氧化，生成氢气，可以在制备氢氧化锂的过程中收集副产物氯气和氢气。

20、在一种可能的实现方式中，步骤s200中，当满足30％m0≤m1≤60％m0时停止电解，其中m0为饱和氢氧化铝水溶液中氢氧化锂的质量，m1为固体析出量；优选地，步骤s200中，经洗涤过滤后得到的滤液返回阴极液中。

21、在上述技术方案中，当满足上述条件停止电解时，既有利于提升产率，也有利于降低制备成本。洗涤过滤后的滤液仍然是氢氧化锂溶液，可以重复利用，从而降低制备成本。

22、第二方面，本申请提供了一种用于从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的装置，包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室之间设有固态电解质作为阻隔；阳极室有含锂溶液，阴极室有氢氧化锂水溶液；阳极室和阴极室的顶部均设有冷凝管；该装置用于实现上述任一项的从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法。

1.一种从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：

3.根据权利要求1所述的从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法，其特征在于，所述电解的条件包括：

4.根据权利要求1所述的从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法，其特征在于，所述石榴石型氧化物选自具有式i所示物质中的任一种；

5.根据权利要求4所述的从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法，其特征在于，所述杂质包括nacl、kcl、cacl2、mgcl2、alcl3、bcl3中的至少一种。

7.根据权利要求1或6所述的从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法，其特征在于，在电解所述含锂溶液之前，还包括对所述含锂溶液进行除杂处理，所述除杂处理包括如下步骤：

8.根据权利要求1所述的从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法，其特征在于，步骤s100中，所述电解后还得到阳极产物，所述阳极产物包括氯气；

9.根据权利要求1所述的从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的方法，其特征在于，步骤s200中，当满足30％m0≤m1≤60％m0时，停止所述电解，其中m0为饱和氢氧化锂水溶液中氢氧化锂的质量，m1为固体析出量；

10.一种用于从低纯度氯化锂制备高纯度氢氧化锂的装置，其特征在于，包括阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室之间设有固态电解质作为阻隔；