一种海水分离浓缩锂离子的装置的制作方法

1.本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种海水分离浓缩锂离子的装置。


背景技术：

2.锂作为自然界中原子量最小的金属元素，以其比较活泼的化学性质，被广泛用于锂离子电池、金属氢化物以及核聚变等领域。随着锂离子电池等快速发展，促进了锂资源需求量的快速递增，促进了新型含锂矿物的开采和废锂资源的回收。据相关统计，目前主要可以用来开采利用的锂资源是花岗伟晶岩矿床、卤水矿床和海水矿床。由于含锂矿床的勘探难度较大，目前世界上可开采利用含锂卤水和锂矿石直接生产碳酸锂的国家主要有中国、美国、智利和阿根廷。我国锂资源主要分布在青海、西藏、四川、江西、新疆等地，其中西藏西北部的扎布耶盐湖和东部的班戈-杜佳里湖，以及青海柴达木盆地的察尔汗、一里坪、西台吉乃尔、东台吉乃尔和大柴旦等盐湖中。现阶段，我国对锂资源的提取仍以原生锂矿为主，如何加快我国从含锂溶液中开发以及回收二次锂资源，成为我国锂盐工业的健康可持续快速发展的关键。
3.随着锂离子电池的应用越来越广，人们在大自然中寻找每一个可利用的锂资源，海水中虽然存在大量的锂离子，但由于其含量低（约0.18ppm），且锂和钠离子的结构及性能相似，使包括吸附富集技术等的海水分离锂钠的工艺繁琐，成本居高不下。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术问题，本发明的目的是在克服现有技术所存在的不足，提供一种海水中分离浓缩锂离子的装置，解决现有分离浓缩锂离子技术中的局限性，提高分离及浓缩效果，降低成本。
5.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种海水分离浓缩锂离子的装置，包括纳滤膜处理系统、反渗透膜处理系统和太阳能吸光板浓缩系统，所述纳滤膜处理系统设有第一进水口、第二进水口、纳滤膜元件和纳滤净水出水口；所述反渗透膜处理系统设有进水口、反渗透膜元件、净水出水口和浓水出水口；所述太阳能吸光板浓缩系统设有狭缝头和太阳能吸光板；所述纳滤膜处理系统的第一进水口为原水进水口，所述纳滤净水出水口的一端与所述反渗透膜处理系统的进水口管道连接，另一端与所述太阳能吸光板浓缩系统的狭缝头连接；所述反渗透膜处理系统的浓水出水口一端与所述纳滤膜处理系统的第二进水口管道连接，另一端与所述太阳能吸光板浓缩系统的狭缝头连接。
6.进一步的，所述纳滤膜元件对锂离子和钠离子具有一定的选择分离性，所述纳滤膜元件的锂钠选择系数大于1，即锂离子的透过速率大于钠离子。
7.进一步的，所述反渗透膜元件对锂离子和钠离子无选择性或具有相反选择性，所述反渗透膜元件的锂钠选择系数接近或小于1，即锂离子的透过速率小于或近于钠离子，且所述反渗透膜元件对钠锂的脱盐率大于99%。
8.优选的，选择经过优化运行条件后对钠离子截留率大于50%，锂离子截留率小于50%的纳滤膜处理元件，选择钠锂脱盐率均大于99%的反渗透膜元件。
9.进一步的，所述狭缝头的狭缝宽度范围为10-500微米，水在通过所述狭缝头时可在压力作用下变成层状流体。
10.进一步的，所述太阳能吸光板为能够吸收太阳光能量的板状结构装置，所述太阳能吸光板的表面设置为微孔结构；所述太阳能吸光板为单级或多级，其制作材质包括但不限于石墨、石墨烯、氧化石墨烯或黑色金属纳米材料中的一种。
11.进一步的，所述太阳能吸光板的制作材质石墨、石墨烯、氧化石墨烯、黑色金属纳米材料的支撑材料包括但不限于通用塑料、陶瓷材料、其它金属中的一种。
12.本发明的技术方案与以往技术相比有以下有益效果：1.本发明的海水分离浓缩锂离子的装置设有具锂/钠离子选择分离的纳滤膜处理系统和无选择性或相反选择性的反渗透膜处理系统，海水依次经过纳滤膜处理系统和反渗透膜处理系统处理，具有较高的锂离子选择性，可有效提取海水中的锂资源。
13.2.本发明的海水分离浓缩锂离子的装置工艺简单，没有额外化学原料的消耗，具有清洁高效和无有害物质排放的优点。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍：狭缝装置、多级吸光板和浓水收集器图1是本发明的一种海水分离浓缩锂离子的装置结构示意图；图2是本发明的一种海水分离浓缩锂离子的装置的太阳能吸光板浓缩系统结构示意图。
15.图1中：1. 纳滤膜处理系统；2. 反渗透膜处理系统；3. 太阳能吸光板浓缩系统；4. 第一进水口；5. 第二进水口；6. 纳滤膜元件；7. 纳滤净水出水口；8. 进水口；9. 反渗透膜元件；10. 净水出水口；11. 浓水出水口；12. 狭缝头；13. 太阳能吸光板。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的较佳实施例作进一步详细阐述说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
17.实施例1如图1-2所示，一种海水分离浓缩锂离子的装置，包括纳滤膜处理系统1、反渗透膜处理系统2和太阳能吸光板浓缩系统3，所述纳滤膜处理系统1设有第一进水口4、第二进水口5、纳滤膜元件6和纳滤净水出水口7；所述反渗透膜处理系统2设有进水口8、反渗透膜元件9、净水出水口10和浓水出水口11；所述太阳能吸光板浓缩系统3设有狭缝头12和太阳能吸光板13；所述纳滤膜处理系统1的第一进水口4为原水进水口，纳滤净水出水口7的一端与所述反渗透膜处理系统2的进水口8管道连接，另一端与所述太阳能吸光板浓缩系统3的狭缝头12连接；所述反渗透膜处理系统2的浓水出水口11一端与所述纳滤膜处理系统1的第二进水口5管道连接，另一端与所述太阳能吸光板浓缩系统3的狭缝头12连接。
18.所述纳滤膜元件6对锂离子和钠离子具有一定的选择分离性，所述纳滤膜元件6的锂钠选择系数大于1，即锂离子的透过速率大于钠离子。所述反渗透膜元件9对锂离子和钠离子无选择性或具有相反选择性，所述反渗透膜元件9的锂钠选择系数接近或小于1，即锂离子的透过速率小于或近于钠离子，且反渗透膜元件9对钠锂的脱盐率大于99%，优选的，选择经过优化运行条件后对钠离子截留率大于50%，锂离子截留率小于50%的纳滤膜处理元件6，选择钠锂脱盐率均大于99%的反渗透膜元件9。所述狭缝头12的狭缝宽度范围为10-500微米，水在通过狭缝头12时可在压力作用下变成层状流体；所述太阳能吸光板13为能够吸收太阳光能量的为单级或多级板状结构装置，太阳能吸光板13的表面设置为微孔结构，其制作材质包括但不限于石墨、石墨烯、氧化石墨烯或黑色金属纳米材料中的一种，所述太阳能吸光板13的制作材质石墨、石墨烯、氧化石墨烯、黑色金属纳米材料的支撑材料包括但不限于通用塑料、陶瓷材料、其它金属中的一种。
19.将待提取海水经高压泵由第一进水口4打入纳滤膜处理系统1，调节纳滤膜元件6浓水侧的浓水流速，优化锂钠的选择分离性能，海水经过纳滤膜处理系统1处理后，纳滤净水通过纳滤净水出水口7与反渗透膜处理系统2之间的管道流入进水口8，进入高脱盐反渗透膜处理系统2进行处理，反渗透浓水再由第二进水口5进入纳滤膜处理系统1处理，纳滤净水再经过反渗透膜处理系统2处理。经过几个循环周期，锂离子浓度远大于钠离子浓度后，将最后经浓水出水口11出来的反渗透浓水的水通过夹缝头13变成层状流体进入到太阳能吸光板13，在太阳能作用下反复浓缩，最后可获锂离子浓度大于30%，钠离子小于1000ppm的水溶液。
20.实施例2如图1-2所示，用氯化锂及氯化钠配制含钠离子浓度3%，锂离子浓度0.2ppm的水溶液，纳滤膜处理系统1中的纳滤膜元件6选用南京帝膜净水材料开发有限公司开发生产的act-nf-4040纳滤膜元件，在40公斤压力，浓水净水比1:1下对氯化钠脱盐率60%，对氯化锂脱盐率约45%，反渗透膜处理系统2中的反渗透膜元件9选择act-ro-4040膜元件，在60公斤压力，浓水净水比例1:1条件下运行对氯化锂及氯化钠脱盐率均大于99%。所配盐水经一次纳滤膜处理系统1处理后的纳滤净水中锂离子浓度约0.11ppm，钠离子约1.2%，经第一次反渗透膜处理系统2浓缩后，反渗透浓水中锂离子浓度为0.22ppm，钠离子为2.4%；经上述过程的5次循环后，纳滤净水经狭缝头12后以层状流体进入到太阳能吸光板13表面浓缩约5倍后，此时水中锂离子浓度约1.2ppm，钠离子约2.8%，该溶液再经过此类循环后，水中锂离子浓度为13ppm，钠离子为2.4%，再经过三次循环后锂离子浓度近2%，钠离子近2%。将此溶液进一步经过10次纳滤膜处理系统1-反渗透处理系统2及太阳能吸光板浓缩系统3处理后，溶液中锂离子浓度大于3，钠离子小于100ppm。将此溶液继续经过100微米狭缝头12均匀流入110cm宽，300cm长的石墨吸光板，吸光板与地面角度约20度，在太阳光照下流出，最后溶液中锂离子浓度浓缩到约30%。钠离子小于0.1%。
21.最后应说明的是：本发明装置并不局限于浓缩海水中锂离子的分离提取，在盐湖提取锂离子，卤水提取锂离子等领域均可有效运用。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限值本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所述的任何修改、等同替换、改进
等，均应包含在本发明的保护范围之内。