富锂硫酸盐型盐湖卤水蒸发实验研究进展

随着“双碳”目标的提出,锂在新能源材料领域中的应用受到高度关注,锂的需求呈现爆发式增长。世界锂资源以矿石锂和盐湖锂为主,盐湖锂因其储量大成为未来锂资源开发的重点,因而占比最大的硫酸盐型盐湖成为焦点。因盐湖卤水组成差异较大,叠加硫酸盐型盐湖特殊属性,使得锂在盐田蒸发阶段存在多种结晶形式而造成损失,增加了锂的有效富集难度。总结了前人针对富锂硫酸盐型盐湖的蒸发实验研究结果,结合相图分析总结富锂硫酸盐型盐湖蒸发结晶析盐规律,重点关注锂的浓缩状态及析盐结晶形式,为硫酸盐型盐湖锂资源开发提供参考。     

298.2 K四元体系Li+， K+， NH4+ // Cl——H2O相平衡研究

采用等温溶解平衡法研究了298.2 K三元体系Li⁺,\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+} // Cl^--H₂O和四元体系Li⁺,K⁺,\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+} // Cl^--H₂O的相平衡。采用湿渣法和XRD测定了三元体系共饱点处平衡固相组成,发现固溶体(NH₄Cl) _x (LiCl·H₂O)_1-x 形成;采用XRD和SEM测定了四元体系共饱点处平衡固相组成,发现固溶体(NH₄Cl) _x (LiCl·H₂O)_1-x 、(NH₄Cl) _x (KCl)_1-x 和 （KCl) _x (NH₄Cl)_1-x 形成。研究发现：298.2 K下,三元体系相图由2个共饱点、3条单变量曲线和3个结晶相区组成,结晶区面积按照NH₄Cl > (NH₄Cl) _x (LiCl·H₂O)_1-x > LiCl·H₂O顺序依次减小;四元体系相图包含3个共饱点、8条单变量曲线和6个结晶相区,结晶区面积按 (KCl) _x (NH₄Cl)_1-x > NH₄Cl > KCl > (NH₄Cl) _x (KCl)_1-x > (NH₄Cl) _x （LiCl·H₂O)_1-x > LiCl·H₂O顺序依次减小。结果表明：298.2 K时,在氯化物体系中,锂铵和钾铵均可形成固溶体,且钾铵比锂铵更容易形成固溶体而大量析出,增加了锂钾铵氯化物的分离难度。     

三元体系KCl+CaCl2+H2O在278.2 K及308.2 K下的稳定相平衡研究

采用等温溶解平衡法研究了三元体系KCl+CaCl₂+H₂O在278.2 K及308.2 K温度条件下的稳定相平衡关系,实验测定了平衡时各组分的溶解度、密度、折光率,联合采用Schreinemaker湿渣法与X-ray粉晶衍射法确定了平衡固相组成。结果表明三元体系在278.2 K及308.2 K温度条件下为简单三元体系,无复盐或固溶体生成,对应的稳定相图包含1个共饱和点,2条单变量曲线和2个单盐结晶区。对比三元体系278.2 K、308.2 K、348.2 K温度条件下的相图发现:308.2 K时,氯化钾结晶区最大,表明此时氯化钾最易析出;随温度进一步升高,氯化钙结晶形式由CaCl₂·6H₂O转变为CaCl₂·2H₂O。      

298.2 K四元体系Li+， K+， NH4+ // Cl——H2O相平衡研究

采用等温溶解平衡法研究了298.2 K三元体系Li⁺,\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+} // Cl^--H₂O和四元体系Li⁺,K⁺,\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+} // Cl^--H₂O的相平衡。采用湿渣法和XRD测定了三元体系共饱点处平衡固相组成,发现固溶体(NH₄Cl) _x (LiCl·H₂O)_1-x 形成;采用XRD和SEM测定了四元体系共饱点处平衡固相组成,发现固溶体(NH₄Cl) _x (LiCl·H₂O)_1-x 、(NH₄Cl) _x (KCl)_1-x 和 （KCl) _x (NH₄Cl)_1-x 形成。研究发现：298.2 K下,三元体系相图由2个共饱点、3条单变量曲线和3个结晶相区组成,结晶区面积按照NH₄Cl > (NH₄Cl) _x (LiCl·H₂O)_1-x > LiCl·H₂O顺序依次减小;四元体系相图包含3个共饱点、8条单变量曲线和6个结晶相区,结晶区面积按 (KCl) _x (NH₄Cl)_1-x > NH₄Cl > KCl > (NH₄Cl) _x (KCl)_1-x > (NH₄Cl) _x （LiCl·H₂O)_1-x > LiCl·H₂O顺序依次减小。结果表明：298.2 K时,在氯化物体系中,锂铵和钾铵均可形成固溶体,且钾铵比锂铵更容易形成固溶体而大量析出,增加了锂钾铵氯化物的分离难度。