Сорбционное извлечение лития из рассола

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель – исследовать эффективность извлечения лития из высокоминерализованного хлорид но-кальциевого рассола Сибирской платформы с использованием синтезированного сорбента на основе слоистого двойного гидроксида алюминия-лития. Изучение свойств сорбента (набухаемости, механической прочности) проводилось согласно ГОСТ 51641-2000 с использованием орбитального шекера ELMI S-3L.А20 и высокоточных аналитических весов CAS CAUW-220D. Кинетика сорбции исследовалась в статических условиях. Полная динамическая емкость и динамическая обменная емкость (до «проскока») при скоростях потока рассола от 1-го до 3-х колоночных объемов в час определялись в динамических экспериментах (проведено 100 непрерывных циклов сорбции-десорбции). Анализ растворов на содержание элементов проводился методом АЭС-ИСП с помощью атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно связанной плазмой iCAP 7400 Radial. Согласно проведенным исследованиям, набухаемость сорбента составила 19%, измельчаемость – 1,72%, истираемость – 0,27%. Время достижения полуравновесия при сорбции лития в статических условиях – 3 мин. Статическая обменная емкость составила 5,5 мг/г, полная динамическая обменная емкость – 5,5–5,7 мг/г. При скорости потока рассола 2 колоночных объема в час достигнуто 95%-е извлечение лития. Для промышленного извлечения лития на уровне 95% при скорости потока 1–2 колоночных объема в час требуется 2 колонны (или 3 колонны при скорости потока 3 колоночных объема в час). Показано, что емкость сорбента сохраняется на уровне 5,6 мг/г на протяжении 100 циклов сорбции-десорбции. Соотношение концентрации (Ca2++Mg2+)/ Li⁺ в элюате снижено в 682 раза по сравнению с исходным рассолом. Таким образом, сорбент демонстрирует высокую эффективность для извлечения лития из рассолов с экстремально высоким содержанием ионов кальция. Высокие значения скорости достижения полуравновесия, емкости, механической прочности, а также стабильность работы в 100 циклах сорбции-десорбции подтверждают промышленный потенциал сорбционного извлечения лития из высокоминерализованных хлоридно-кальциевых рассолов.

Об авторах

С. А. Алейников

Сибирский федеральный университет

Email: saaleynikov@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0001-7589-7049

Н. В. Белоусова

Сибирский федеральный университет

Email: netmamba@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1355-7399

Список литературы

  1. Кудрявцев П.Г. Литий: мировые запасы и перспективы применения // Альтернативная энергетика и эколоогия. 2016. No. 1-2. Р. 107–108. https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.13-14.072-088. EDN: YSQEVV.
  2. Malhi G.S., Tanious M., Das P., Coulston C.M., Berk M. Potential mechanisms of action of lithium in bipolar disorder // Current understanding. 2013. Vol. 27. Iss. 2. Р. 135–153. https://doi.org/10.1007/s40263-013-0039-0. EDN: RICABV.
  3. Zarone F., Ruggiero G., Leone R., Breschi L., Leuci S., Sorrentino R. Zirconia-reinforced lithium silicate (ZLS) mechanical and biological properties: a literature review // Journal of Dentistry. 2021. Vol. 109. Р. 103661. https://doi.org/10.1016/j.jdent.2021.103661. EDN: INSAAT.
  4. Хохлатова Л.Б., Колобнев Н.И., Оглодков М.С., Михайлов Е.Д. Алюминийлитиевые сплавы для самолетостро ения // Металлург. 2012. № 5. Р. 31–35. EDN: OZKXPR.
  5. Petrescu F.I.T., Apicella A., Petrescu R.V.V., Kozaitis S.P., Bucinell R.B., Aversa R., Abu-Lebdeh T.M. Environmental protection through nuclear energy // American Journal of Applied Sciences. 2016. Vol. 13. Iss. 9. Р. 941–946. https://doi.org/10.3844/ajassp.2016.941.946.
  6. Donahue C.J. Lubricating grease: a chemical primer // Journal of chemical education. 2006. Vol. 83. Iss. 6. Р. 862. https://doi.org/10.1021/ed083p862.
  7. Ebensperger A., Maxwell P., Moscoso C. The lithium industry: its recent evolution and future prospects // Resources Policy. 2005. Vol. 30. Iss. 3. Р. 218–231. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2005.09.001.
  8. Султанова А.Г., Мичурин С.В. Некоторые вопросы геохимии лития и его распределение в рифейских породах Южного Урала // Геологический вестник. 2024. № 2. С. 65–80. https://doi.org/10.31084/2619-0087/2024-2-6. EDN: COOISR.
  9. Xu Wenhua, He Lihua, Zhao Zhongwei. Lithium extraction from high Mg/Li brine via electrochemical intercalation/ de-intercalation system using LiMn2O4 materials // Desalination. 2021. Vol. 503. Р. 114935. https://doi.org/10.1016/j.desal.2021.114935. EDN: CLOYGN.
  10. Миронов Ю.Б., Карпунин А.М., Фукс В.З. Эпохи формирования и типы месторождений лития зарубежных стран // Региональная геология и металлогения. 2022. № 92. С. 105–116. https://doi.org/10.52349/0869-7892_2022_92_105-116. EDN: QCEVYK.
  11. Tadesse B., Makuei F., Albijanic B., Dyer L. The beneficiation of lithium minerals from hard rock ores: а review // Minerals Engineering. 2019. Vol. 131. Р. 170–184. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.11.023. EDN: DRPKWM.
  12. Саркаров Р.А., Белан С.И., Гусейнов Н.М. Оценка современного состояния и перспективы добычи лития и его соединений в России // Индустриальная экономика. 2022. № 1-2. С. 57–68. https://doi.org/10.47576/2712-7559_2022_2_1_57. EDN: ASXGDV.
  13. Wang Jing, Koenig Jr.G.M. Direct lithium extraction using intercalation materials // Chemistry–A European Journal. 2024. Vol. 30. Iss. 4. Р. e202302776. https://doi.org/10.1002/chem.202302776. EDN: QCJNUW. 14. Hochstetter C. Untersuchung über die zusammensetzung einiger mineralien // Journal für Praktische Chemie. 1842. Vol. 27. Iss. 1. Р. 375–378. https://doi.org/10.1002/prac.18420270156.
  14. Serna C.J., Rendon J.L., Iglesias J.E. Crystal-chemical study of layered+X−·nH2O // Clays and Clay Minerals.1982. Vol. 30. Iss. 3. Р. 180–184. https://doi.org/10.1346/ccmn.1982.0300303. EDN: ARHFUU.
  15. Капустин А.Е. Неорганические аниониты // Успехи химии. 1991. Т. 60. № 12. С. 2685–2717. https://doi.org/10.1070/RC1991v060n12ABEH001155.
  16. Li Jun, Luo Qinglong, Dong Mingzhe, Nie Guoliang, Liu Zhong, Wu Zhijian. Synthesis of granulated Li/Al-LDHs adsorbent and application for recovery of Li from synthetic and real saltlake brines // Hydrometallurgy. 2022. Vol. 209. Р. 105828. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2022.105828. EDN: JBIJCU.
  17. Luo Qinglong, Mingzhe Dong, Nie Guoliang, Liu Zhong, Wu Zhijian, Li Jun. Extraction of lithium from salt lake brines by granulated adsorbents // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021. Vol. 628. Р. 127256. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.127256. EDN: UCJREX.
  18. Paranthaman M.P., Li Ling, Luo Jiaqi, Hoke T., Ucar H., Moyer B.A., et al. Recovery of lithium from geothermal brine with lithium–aluminum layered double hydroxide chloride sorbents // Environmental Science and Technology. 2017. Vol. 51. Iss. 22. Р. 13481–13486. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b03464. EDN: YKBOAA.
  19. Zhong Jing, Lin Sen, Yu Jianguo. Lithium recovery from ultrahigh Mg2+/Li+ ratio brine using a novel granulated Li/ Al-LDHs adsorbent // Separation and Purification Technology. 2021. Vol. 256. Р. 117780. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117780. EDN: DYMNHS.
  20. Wu Lili, Li Ling, Evans S.F., Eskander T.A., Moyer B.A., Hu Zhichao, et al. Lithium aluminum‐layered double hydroxide chlorides (LDH): formation enthalpies and energetics for lithium ion capture // Journal of the American Ceramic Society. 2019. Vol. 102. Iss. 5. Р. 2398–2404. https://doi.org/10.1111/jace.16150.
  21. Isupov V.P., Kotsupalo N.P., Nemudry A.P., Menzeres L.T. Aluminium hydroxide as selective sorbent of lithium salts from brines and technical solutions // Studies in surface science and catalysis. 1999. Vol. 120А. Р. 621–652. https://doi.org/10.1016/s0167-2991(99)80567-9. EDN: LFMMWH.
  22. Zhong Jing, Lin Sen, Yu Jianguo. Li+ adsorption performance and mechanism using lithium/aluminum layered double hydroxides in low grade brines // Desalination. 2021. Vol. 505. Р. 114983. https://doi.org/10.1016/j.desal.2021.114983. EDN: VTOMNU.
  23. Zhong Jing, Lin Sen, Yu Jianguo. Effects of excessive lithium deintercalation on Li+ adsorption performance and structural stability of lithium/aluminum layered double hydroxides // Journal of Colloid and Interface Science. 2020. Vol. 572. Р. 107–113. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.03.081. EDN: BHEWSW.
  24. Li Dongdong, Zhang Ning, Gao Dandan, Zhuang Ziyu, Zeng Dewen. Phase chemistry for hydration sensitive (de) intercalation of lithium aluminum layered double hydroxide chlorides // ACS Materials Au. 2023. Vol. 4. Iss. 1. Р. 45–54. https://doi.org/10.1021/acsmaterialsau.3c00063. EDN: UOSSQO.
  25. Алексеев С.В., Алексеева Л.П., Гладков А.С., Трифонов Н.С., Серебряков Е.В., Павлов С.С.. Рассолы глубоких горизонтов кимберлитовой трубки Удачная // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 4. С. 1235 1253. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-4-0393. EDN: XSUIEX.
  26. Вольдман Г.М. Основы экстракционных и ионообменных процессов в металлургии. М.: Металлургия, 1983. 376 с.
  27. Shannon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides // Foundations of Crystallography. 1976. Vol. А32. Iss. 5. Р. 751–767. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551.
  28. Schmid R., Miah A.M., Sapunov V.N. A new table of the thermodynamic quantities of ionic hydration: values and some applications (enthalpy–entropy compensation and Born radii) // Physical Chemistry Chemical Physics. 2000. Vol. 2. Iss. 1. Р. 97–102. https://doi.org/10.1039/a907160a. EDN: LFXXEX.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».