Способ селективного экстракционного извлечения лития из водного щелочного раствора, содержащего хлориды лития, натрия, калия и гидроксид натрия Российский патент 2022 года по МПК C22B26/12 C22B3/26 C22B3/40 

Изобретение относится к области химической технологии производства литиевых концентратов и может быть использовано в технологии селективного извлечения лития из многокомпонентных щелочных растворов, образующихся в технологических процессах извлечения лития из морской воды, рассолов геотермальных вод и соляных озер.

Известны способы извлечения лития из щелочных сред с использованием в качестве экстрагента функционализированных кетонными группами ионных жидкостей [https://patents.google.com/patent/CN110527850A/en?oq=CN110527850A W. Junfeng, Y. Shicheng, W. Daoguang et al. A method of based on ketone group functionalized ion liquid extraction and separation lithium. China. CN110527850A. 2020], а также смесью изопропил салицилата с триоктилфосфиноксидом (TOPO) в гептане [A.Y. Tsivadze, A.A. Bezdomnikov, V.E. Baulin et al. A new extraction system based on isopropyl salicylate and trioctylphosphine oxide for separating alkali metals // Molecules. 2022. V. 27, N. 10, P. 3051. DOI: https://www.mdpi.com/1420-3049/27/10/3051].

Недостатками данных способов являются невысокие коэффициенты распределения лития и, как следствие, невысокая степень его извлечения, а также низкая распространенность и дороговизна используемых экстрагентов. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения лития с использованием в качестве экстрагента смеси бензоил трифторацетона (HBTA) и триоктилфосфиноксида (TOPO) в керосине [L. Lijuan, Z. Licheng, P. Xiaowu et al. Process for extracting lithium from alkaline brine / CN107779612B, China. 2019. https://patents.google.com/patent/CN107779612B/en?oq=CN107779612B].

Недостатком предлагаемого способа является недостаточно высокая экстракционная способность экстрагента по отношению к литию, возможность перехода экстрагента и экстрагируемых соединений в равновесную водную фазу, высокая стоимость. Так, в интервале концентраций HBTA-TOPO от 0,15 до 0,4 моль/л для растворов, содержащих Li в интервале концентраций 0,2-2,0 г/л, при экстракции из смешанных щелочных растворов степень извлечения (E_Li,%) и коэффициенты распределения лития (D_Li) составили 80,2÷98,0% и 4,05÷49 соответственно. В работе не приведены величины коэффициентов разделения β_Li/Na и не рассмотрено экстракционное поведение калия, что не позволяет оценить возможность селективного извлечения лития предлагаемым способом.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициентов распределения (D_Li) и степени извлечения (E, %) лития, а также высокая селективность экстрагента, используемого в предлагаемом способе, по отношению к литию (высокие величины коэффициентов разделения лития и щелочных металлов β_Li/Na, β_Li/K) при проведении процессов его экстракционного извлечения.

Данный технический результат достигается за счет проведения в течение 2 минут контактирования экстрагента с водным раствором, содержащим хлориды лития, натрия, калия, и гидроксид натрия с концентрацией 0,20-0,5 моль/л. В качестве экстрагента используют эквимолярный 0,10-0,50 моль/л раствор 2-этилгексилового эфира 2-гидроксибензойной кислоты и фосфиноксидов гексил-октилового ряда (Cyanex 923), в ундекане.

При концентрации экстрагента менее 0,10 моль/л происходит снижение как величин коэффициентов распределения (D_Li), так и степени извлечения (E_Li, %) лития, что приводит к снижению величин коэффициентов разделения лития и щелочных металлов (β_Li/Na, β_Li/K).

При концентрации экстрагента более 0,5 моль/л происходит рост величин коэффициентов распределения натрия и калия (D_Na, D_K), что снижает селективность экстракционной системы по отношению к литию и уменьшает величины коэффициентов разделения лития и щелочных металлов (β_Li/Na, β_Li/K).

При концентрации гидроксида натрия в водных растворах менее 0,20 моль/л происходит снижение коэффициента распределения (D_Li) лития, что существенно снижает его степень извлечения (E_Li, %).

При концентрации гидроксида натрия в водных растворах более 0,5 моль/л изменений характеристик экстракционной системы не наблюдается.

Примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1

Экстрагент, содержащий 0,1 моль/л 2-этилгексилового эфира 2-гидроксибензойной кислоты и 0,1 моль/л Cyanex 923 в ундекане приводится в контакт с водным раствором хлоридов, содержащим литий с концентрацией 0,01 г/л, натрий 37,9 г/л, калий 107 г/л, и гидроксид натрия с концентрацией 0,2 моль/л при соотношении объемов фаз 1:1 в течение 2 минут. При этом коэффициенты распределения лития, натрия и калия равны D_Li= 68; D_Na= 0,0069; D_K=0,0028; степени извлечения лития, натрия и калия равны E_Li=98,55%; E_Na=0,69%; E_K=0,28%; соответственно, и коэффициенты разделения β_Li/Na = 9855; β_Li/K =24286.

Пример 2

Экстрагент, содержащий 0,25 моль/л 2-этилгексилового эфира 2-гидроксибензойной кислоты и 0,25 моль/л Cyanex 923 в ундекане приводится в контакт с водным раствором хлоридов, содержащим литий с концентрацией 0,05 г/л, натрий 37,9 г/л, калий 107 г/л, и гидроксид натрия с концентрацией 0,25 моль/л при соотношении объемов фаз 1:1 в течение 2 минут. При этом коэффициенты распределения лития, натрия и калия равны D_Li= 54; D_Na= 0,0303; D_K=0,0014; степени извлечения лития, натрия и калия равны E_Li=98,18%; E_Na=2,94%; E_K=0,14%; соответственно, и коэффициенты разделения β_Li/Na = 1782; β_Li/K =38571.

Пример 3

Экстрагент, содержащий 0,3 моль/л 2-этилгексилового эфира 2-гидроксибензойной кислоты и 0,3 моль/л Cyanex 923 в ундекане приводится в контакт с водным раствором хлоридов, содержащим литий с концентрацией 0,5 г/л, натрий 37,9 г/л, калий 107 г/л, и гидроксид натрия с концентрацией 0,3 моль/л при соотношении объемов фаз 1:1 в течение 2 минут. При этом коэффициенты распределения лития, натрия и калия равны D_Li= 52; D_Na= 0,0276; D_K=0,0050; степени извлечения лития, натрия и калия равны E_Li=98,11%; E_Na=2,69%; E_K=0,50%; соответственно, и коэффициенты разделения β_Li/Na = 1884; β_Li/K =10400.

Пример 4

Экстрагент, содержащий 0,4 моль/л 2-этилгексилового эфира 2-гидроксибензойной кислоты и 0,4 моль/л Cyanex 923 в ундекане приводится в контакт с водным раствором хлоридов, содержащим литий с концентрацией 0,5 г/л, натрий 37,9 г/л, калий 107 г/л, и гидроксид натрия с концентрацией 0,4 моль/л при соотношении объемов фаз 1:1 в течение 2 минут. При этом коэффициенты распределения лития, натрия и калия равны D_Li= 83; D_Na= 0,0464; D_K=0,0094; степени извлечения лития, натрия и калия равны E_Li=98,81%; E_Na=4,43%; E_K=0,93%; соответственно, и коэффициенты разделения β_Li/Na = 1789; β_Li/K =8830.

Пример 5

Экстрагент содержащий 0,5 моль/л 2-этилгексилового эфира 2-гидроксибензойной кислоты и 0,5 моль/л Cyanex 923 в ундекане приводится в контакт с водным раствором хлоридов, содержащим литий с концентрацией 0,5 г/л, натрий 37,9 г/л, калий 107 г/л, и гидроксид натрия с концентрацией 0,5 моль/л при соотношении объемов фаз 1:1 в течение 2 минут. При этом коэффициенты распределения лития, натрия и калия равны D_Li= 305; D_Na= 0,0553; D_K=0,0122; степени извлечения лития, натрия и калия равны E_Li=99,67%; E_Na=5,24%; E_K=1,21%; соответственно, и коэффициенты разделения β_Li/Na = 5515; β_Li/K =25000.

Таким образом, все приведенные примеры демонстрируют не только увеличение коэффициентов распределения и степени извлечения лития по сравнению с ранее предложенным способом, но и высокую селективность предлагаемого экстрагента по отношению к литию, что позволит организовать эффективный и высокопроизводительный процесс экстракционного селективного извлечения лития из щелочных растворов, содержащих значительно большие количества (по сравнению с литием) натрия и калия, с высокими величинами коэффициентов разделения (β_Li/Na >10³, β_Li/K>10⁴).

Изобретение относится к области химической технологии производства литиевых концентратов и может быть использовано в технологии селективного извлечения лития из многокомпонентных щелочных растворов, образующихся в технологических процессах извлечения лития из морской воды, рассолов геотермальных вод и соляных озер. Селективное экстракционное извлечение лития проводят из водного щелочного раствора, содержащего хлориды лития, натрия, калия и гидроксид натрия. В качестве экстрагента при экстракционном извлечении используют эквимолярный 0,1-0,5 моль/л раствор 2-этилгексилового эфира 2-гидроксибензойной кислоты и фосфиноксидов гексил-октилового ряда в ундекане при концентрации гидроксида натрия в водном щелочном растворе 0,20-0,5 моль/л. Способ обеспечивает повышение коэффициентов распределения (D_Li) и степени извлечения (E, %) лития, а также высокую селективность экстрагента по отношению к литию. 5 пр.

Способ селективного экстракционного извлечения лития из водного щелочного раствора, содержащего хлориды лития, натрия, калия и гидроксид натрия, отличающийся тем, что в качестве экстрагента при экстракционном извлечении используют эквимолярный 0,1-0,5 моль/л раствор 2-этилгексилового эфира 2-гидроксибензойной кислоты и фосфиноксидов гексил-октилового ряда в ундекане при концентрации гидроксида натрия в водном щелочном растворе 0,20-0,5 моль/л.