鈦系吸附劑在西藏碳酸鹽型鹽湖中的應(yīng)用研究

冀 穎，張 穎，侯雪超，朱曉峰，姜 潤(rùn)，彭文娟，孫廣東，呂 龍

（1.北京碧水源膜科技有限公司，北京 101400；2.北京華特源科技有限公司，北京 100080）

近年來，隨著中國(guó)提出“雙碳”目標(biāo)，鋰作為自然界中最輕、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)最低、電化學(xué)當(dāng)量最大的金屬元素受到了研究者的廣泛關(guān)注。鹽湖鹵水中含有豐富的鋰資源，全球從鹽湖中提取、生產(chǎn)的鋰鹽產(chǎn)品占鋰產(chǎn)品總量的80%以上，其中，中國(guó)約占25%[1］。鹽湖鹵水水質(zhì)特點(diǎn)各有不同，按照化學(xué)成分可分為氯化物型、碳酸鹽型及硫酸鹽型，青海和西藏是中國(guó)鹽湖資源的主要分布區(qū)。青海鹽湖集中在柴達(dá)木盆地，鹵水類型為氯化物和硫酸鎂亞型，其特點(diǎn)是鋰離子質(zhì)量濃度低、鎂鋰比較高；而西藏地區(qū)鹽湖鹵水則以碳酸鹽型為主，水質(zhì)呈堿性，鎂鋰比較低[2］。針對(duì)中國(guó)鹵水特點(diǎn)，目前，從鹽湖中提鋰的方法主要有鹽田沉淀法、電滲析法、膜法、萃取法、吸附法等[3-6］。其中，已投產(chǎn)建設(shè)的項(xiàng)目多采用膜+吸附耦合的方式進(jìn)行高效提鋰。吸附法是基于吸附劑本身對(duì)鋰離子的記憶效應(yīng)進(jìn)行選擇性提鋰，極大地減少了其他離子的干擾，符合“低品位、低成本、綠色提鋰”的技術(shù)需求[7］。

吸附法的核心是選擇合適的吸附劑材料。目前常用的吸附劑有3種：鋁系吸附劑、鈦系吸附劑和錳系吸附劑[8-11］。其中，鈦系吸附劑由層狀Li2TiO3經(jīng)酸化脫鋰得到，脫鋰率可達(dá)98.86%，該吸附劑通過Li+和H+的置換實(shí)現(xiàn)吸附劑的吸附和解吸，具有吸附容量高、溶損率低、穩(wěn)定性高、選擇性優(yōu)等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用[12-13］。鈦系吸附劑更適用于堿度較高的西藏鹽湖[14-17］，工程應(yīng)用時(shí)常將離子篩造粒形成樹脂后裝填在轉(zhuǎn)盤式連續(xù)離子交換裝置中，該裝置將吸附、水洗、解吸工藝段耦合連接在一起，交替旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，具有吸附劑利用率高、占地面積小、操作方便靈活、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)[18-19］。

目前，鈦系吸附劑在轉(zhuǎn)盤式連續(xù)離子交換裝置上的工程應(yīng)用案例較少，此類研究大多處于實(shí)驗(yàn)室探索階段。因此，有必要開展轉(zhuǎn)盤式連續(xù)離子交換用于鈦系吸附劑在西藏鹽湖鹵水中的工藝研究?；谵D(zhuǎn)盤式離子交換裝置，探索適用于西藏鹽湖鹵水的鈦系吸附劑工藝流程及運(yùn)行參數(shù)，并針對(duì)西藏地理位置的特殊性，研究解決純水和酸緊缺的問題。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)解吸方式來提高解吸液鋰離子質(zhì)量濃度，滿足生產(chǎn)需求；通過優(yōu)化工藝來提高解吸液水質(zhì)、匹配吸附工藝參數(shù)，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定、鋰離子質(zhì)量濃度高及系統(tǒng)收率高等目標(biāo)。該研究將為工程項(xiàng)目提供技術(shù)及理論支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

轉(zhuǎn)盤式連續(xù)離子交換實(shí)驗(yàn)設(shè)備（StarSep-30025），配置有30支內(nèi)徑為32 mm、長(zhǎng)度為500 mm的離子交換柱，每支吸附柱裝填400 mL吸附劑，見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)盤式連續(xù)離子交換實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 A rotary table continuous ion exchange experimental setup

鈦系吸附劑（LIS-T1）自制，為規(guī)則顆粒狀，粒徑長(zhǎng)度為1~2 mm，裝填密度為0.4 kg/L，如圖2 所示；氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、硼酸、硫酸鈉、碳酸鈉，均為工業(yè)級(jí)；氯化鈣、硅酸，均為分析純。

圖2 鈦系吸附劑Fig.2 Titanium absorbent

1.2 實(shí)驗(yàn)用水

1.2.1 模擬鹵水

實(shí)驗(yàn)所用鹵水采用模擬配水，鹵水中各離子含量見表1。

表1 模擬配水離子含量Table 1 Ion contents of simulated solution mg/L

1.2.2 實(shí)際鹵水

實(shí)際鹵水中各離子含量見表2。

表2 實(shí)際鹵水離子含量Table 2 Actual brine ion contents mg/L

1.2.3 解吸液

實(shí)驗(yàn)所使用的解吸液（0.05~0.1 mol/L HCl）是由12 mol/L鹽酸配制而成。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 連續(xù)離子交換

系統(tǒng)采用連續(xù)離子交換工藝運(yùn)行，共有30支吸附柱，分為吸附區(qū)、水洗鹵區(qū)、解吸區(qū)和水洗酸區(qū)4個(gè)部分，具體見圖3。在運(yùn)行期間，原鹵水通過進(jìn)料泵進(jìn)入吸附區(qū)，進(jìn)料流速設(shè)為10 BV/h；經(jīng)過吸附后，吸附柱進(jìn)入水洗鹵區(qū)，用純水進(jìn)行沖洗，去除雜離子和堿性物質(zhì)；解吸液進(jìn)入解吸區(qū)，并通過并聯(lián)解吸方式進(jìn)行H+和Li+的置換，維持吸附柱內(nèi)H+濃度在0.05~0.1 mol/L；解吸后的吸附柱進(jìn)入水洗酸區(qū)，用純水進(jìn)行沖洗，沖洗后的溶液用來配酸。

圖3 連續(xù)離子交換工藝流程圖Fig.3 Process flow diagram of continuous ion exchange

1.3.2 單柱實(shí)驗(yàn)方法

為了評(píng)價(jià)不同工藝條件對(duì)鈦系吸附劑性能的影響，將100 g 鈦系吸附劑填入內(nèi)徑為35 mm、長(zhǎng)度為500 mm 的離子交換柱，進(jìn)行一系列測(cè)試，包括不同進(jìn)料流速、進(jìn)料時(shí)間、pH、解吸時(shí)間、水洗鹵時(shí)間等。同時(shí)，在不同時(shí)間點(diǎn)取樣，測(cè)定反應(yīng)后溶液中的Li+質(zhì)量濃度，并計(jì)算吸附劑的工作吸附容量。

1.4 表征方法

樣品的離子（如鋰、鉀、鈣、鈉、鎂等離子）質(zhì)量濃度均采用OPtima 8000 型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定。

吸附容量的計(jì)算公式如（1）所示：

式中：Q為材料工作吸附容量，mg/g；ρ0（Li）為吸附液的鹵水鋰離子質(zhì)量濃度，mg/L；ρ1（Li）為吸附后產(chǎn)水的鋰離子質(zhì)量濃度，mg/L；V1為離子交換工作一周期內(nèi)的進(jìn)料量，L；ρ2（Li）為水洗鹵階段產(chǎn)水的鋰離子質(zhì)量濃度，mg/L；V2為水洗鹵階段體積，L；m為物料烘干3 h后的質(zhì)量，g。

吸附收率（η，%）的計(jì)算公式如（2）所示：

解吸率的計(jì)算公式如（3）所示：

式中：ρ3（Li）為解吸階段解吸液的鋰離子質(zhì)量濃度，mg/L；V3為解吸液體積（包括補(bǔ)酸體積和水洗酸體積），L；A為材料的解吸率，%。

選擇性的計(jì)算公式如（4）~（7）所示：

式中：S（Li/Na）、S（Li/K）、S（Li/Ca）、S（Li/Mg）分別為L(zhǎng)i+和Na+、Li+和K+、Li+和Ca2+、Li+和Mg2+的選擇性；ρ3（Li）、ρ3（Na）、ρ3（K）、ρ3（Ca）、ρ3（Mg）分別為解吸階段解吸液中Li+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+的質(zhì)量濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附時(shí)間、流速、濃度及pH對(duì)吸附容量的影響

2.1.1 吸附時(shí)間

吸附時(shí)間對(duì)吸附容量的影響見圖4。從圖4 可知，在不同吸附時(shí)間下，鈦系吸附劑對(duì)Li+的吸附容量有顯著差異，隨著吸附時(shí)間的增加，吸附容量逐漸增大，達(dá)到平衡時(shí)吸附容量高達(dá)9.0 mg/g。在前2 h的吸附過程中，Li+-H+的離子交換速率較快，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附容量的增長(zhǎng)速率逐漸減緩，直至達(dá)到平衡。這是因?yàn)樵谖阶畛蹼A段，鈦系吸附劑上有足夠多的吸附位點(diǎn)，使Li+很快與H+發(fā)生交換；但是隨著Li+不斷占據(jù)吸附劑上的空位，導(dǎo)致Li+和H+的交換推動(dòng)力逐漸減弱，從而使吸附過程變得越來越困難，直至吸附達(dá)到平衡。吸附時(shí)間的變化規(guī)律有助于確定連續(xù)離子交換過程設(shè)計(jì)中的吸附段反應(yīng)柱數(shù)量，建議吸附段水力停留時(shí)間不小于160 min。

圖4 吸附時(shí)間對(duì)吸附容量影響Fig.4 Effect of adsorption time on adsorption capacity

2.1.2 進(jìn)料流速

當(dāng)吸附時(shí)間為3 h、進(jìn)水流速為8~20 BV/h 時(shí)尾液Li+質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)如圖5a 所示。由圖5a 可知，在吸附床層出現(xiàn)穿透點(diǎn)之前，隨著鹵水流速的增加，尾液中Li+質(zhì)量濃度逐漸增加，導(dǎo)致總吸附量減小，吸附時(shí)間縮短。這是因?yàn)樵邴u水進(jìn)料量較少時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)Li+量較少，吸附劑擁有較充足的位點(diǎn)，因此吸附床層不發(fā)生穿透；隨著進(jìn)料量的不斷增加，吸附床層逐漸趨于飽和，開始出現(xiàn)鋰的穿透現(xiàn)象；當(dāng)鹵水進(jìn)料量增加至吸附床層完全飽和時(shí)，鋰已經(jīng)完全穿透吸附床層[20］。圖5b為過流的鹵水體積和吸附容量的關(guān)系。由圖5b可知，在相同的過流體積下，隨著流速的增加，吸附容量反而減小。這是因?yàn)楫?dāng)進(jìn)料鹵水流速超過吸附劑的吸附速率時(shí)，鹵水在離子交換柱內(nèi)的停留時(shí)間不足，使得部分鋰離子穿透吸附床層，并隨吸附尾液排出系統(tǒng)，從而導(dǎo)致吸附容量減小[21］。圖5c 為不同進(jìn)料流速下吸附容量的變化趨勢(shì)。由圖5c可知，在進(jìn)水流速為8~20 BV/h時(shí)吸附容量在5~6 mg/g波動(dòng)，表明在以上流速條件下運(yùn)行3 h 時(shí)均已達(dá)到了極限吸附容量。這是因?yàn)辂u水中的Li+要經(jīng)過液相擴(kuò)散、孔隙擴(kuò)散、表面擴(kuò)散和吸附反應(yīng)等步驟才能被吸附；由于鹵水的黏度較大，導(dǎo)致液相擴(kuò)散成為整個(gè)吸附過程的控制步驟；當(dāng)流速增加到一定程度時(shí)，床層阻力和液相擴(kuò)散阻力隨流速變化較小[22］，即當(dāng)流速超過8 BV/h、運(yùn)行時(shí)間≥3 h時(shí)，吸附容量已經(jīng)達(dá)到了極限值。

圖5 不同進(jìn)料流速下尾液中Li+質(zhì)量濃度（a）、過流的鹵水體積和吸附容量關(guān)系（b）及不同進(jìn)料流速下吸附容量變化趨勢(shì)（c）Fig.5 Li+ mass concentration in effluent under different feed flow rates（a），relationship between volume of overflowing brine and adsorption capacity（b），and relationship between adsorption capacity under different feed flow rates（c）

2.1.3 進(jìn)料濃度

溶液中Li+質(zhì)量濃度對(duì)鈦系吸附劑的吸附容量影響很大[23］。圖6 為進(jìn)料Li+質(zhì)量濃度對(duì)吸附劑工作吸附容量的影響。由圖6 可以看出，在不同的進(jìn)料濃度條件下，其工作吸附容量存在較大差異。隨著進(jìn)料Li+質(zhì)量濃度的增加，工作吸附容量呈上升趨勢(shì)。這一現(xiàn)象歸因于初始驅(qū)動(dòng)力的增加，使得初始吸附速率增大，吸附劑的可吸附量增大，但是當(dāng)溶液中Li+達(dá)到一定濃度時(shí)，反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力對(duì)吸附容量的影響逐漸減小。

圖6 進(jìn)料鋰離子質(zhì)量濃度對(duì)離子交換工作效率影響Fig.6 Effect of feed lithium ion mass concentration on ion exchange working efficiency

2.1.4 進(jìn)料pH

溶液的酸度是影響吸附過程的一個(gè)關(guān)鍵因素。根據(jù)鈦系吸附劑的吸附原理可知，吸附過程需要一定的堿性物質(zhì)作為驅(qū)動(dòng)力，以促進(jìn)Li+嵌入離子篩吸附劑的孔道中，從而實(shí)現(xiàn)鈦系吸附劑對(duì)Li+的吸附，因此溶液的pH直接影響吸附程度。在吸附過程中，溶液中的OH-能夠與HTiO 中的H+發(fā)生反應(yīng)，生成H2O，而Li+可以與TiO-結(jié)合生成LiTiO，發(fā)生的反應(yīng)方程式見公式（8）。

因此，當(dāng)鹵水為中性或者堿性時(shí)，吸附劑對(duì)鋰離子的吸附能力相對(duì)較強(qiáng)[24-25］。圖7 為不同pH 條件下吸附劑對(duì)Li+的吸附容量。由圖7 可知，當(dāng)pH 為2~4時(shí)，吸附容量在2 mg/g 左右；而當(dāng)pH 為12 時(shí)，吸附容量為12 mg/g，遠(yuǎn)高于較低pH 下的吸附容量。這是因?yàn)檩^高的鹵水pH 能為吸附過程提供較大的驅(qū)動(dòng)力，促進(jìn)吸附過程的進(jìn)行。然而，當(dāng)溶液的pH 超過12時(shí)，吸附容量會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這是由于在更強(qiáng)的堿性條件下，鈦系吸附劑會(huì)發(fā)生表層凝聚，阻礙了Li+和H+的交換，因此認(rèn)為當(dāng)鹵水pH 在7~13時(shí)，更易于吸附劑性能的發(fā)揮。

圖7 不同pH條件下的吸附容量Fig.7 Adsorption capacity under different pH conditions

2.2 解吸柱數(shù)量

圖8顯示了解吸液中Li+、Ti4+質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。由圖8可以看出，隨著解吸時(shí)間的延長(zhǎng)，出料口瞬時(shí)Li+質(zhì)量濃度逐漸降低，Ti4+質(zhì)量濃度逐漸上升。解吸過程主要發(fā)生在前45 min，45 min 之后解吸液中Li+質(zhì)量濃度緩慢降低，表明解吸速率逐漸減小。綜合考慮解吸速率和整體周期產(chǎn)能，建議解吸段水力停留時(shí)間不小于60 min，轉(zhuǎn)動(dòng)間隔為600 s，則解吸段吸附柱的設(shè)計(jì)數(shù)量不應(yīng)小于6支。

圖8 解吸液中Li+、Ti4+質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)Fig.8 Trend of mass concentration of Li+ and Ti4+in desorption solution over time

2.3 水洗柱數(shù)量

圖9 為8.5 BV/h 沖洗流速條件下沖洗時(shí)間對(duì)反應(yīng)柱沖洗程度的影響。由圖9 可知，隨著沖洗時(shí)間的延長(zhǎng)，出料口Li+質(zhì)量濃度逐漸降低，表明柱內(nèi)殘留的鹵水逐漸被沖洗出來；當(dāng)沖洗時(shí)間達(dá)到30 min時(shí)，水洗鹵中Li+質(zhì)量濃度明顯下降，表明柱內(nèi)已達(dá)到良好的沖洗效果?；诖耍ㄗh水洗鹵段水力停留時(shí)間不小于30 min，轉(zhuǎn)動(dòng)間隔為600 s，則至少需3支吸附柱進(jìn)行水洗。

圖9 時(shí)間對(duì)水洗鹵Li+質(zhì)量濃度的影響Fig.9 Effect of time on mass concentration of washed brine Li+

綜上所述，連續(xù)離子交換裝置優(yōu)化分配30根吸附柱：吸附段16支吸附柱、水洗鹵段4支吸附柱、解吸段6支吸附柱、水洗酸段4支吸附柱。

2.4 純水用量工藝

2.4.1 水洗鹵量對(duì)離子交換工藝的影響

充足的水洗鹵量可以有效去除吸附段殘留的離子，改善解吸液中的水質(zhì)。然而，西藏獨(dú)特的地理環(huán)境對(duì)純水量有嚴(yán)格的要求，因此在工程應(yīng)用中有必要探索合適的水洗鹵量。圖10 為水洗鹵量對(duì)離子交換工作效率的影響。由圖10可知，隨著水洗鹵流速的增加，選擇性越來越高，但伴隨而來的是純水用量的增加和鋰回收率的降低。當(dāng)水洗鹵流速為4 BV/h 時(shí)，S（Li/Na）=1.64、S（Li/K）=3.12、S（Li/Ca）=4.36、S（Li/Mg）=2.25，選擇性較差。提高水洗鹵流速可以改善解吸液水質(zhì)，當(dāng)水洗鹵流速為12 BV/h 時(shí)，S（Li/Na）=7.62、S（Li/K）=37.55、S（Li/Ca）=14.12、S（Li/Mg）=15.29，但由于對(duì)純水量的要求，有必要根據(jù)選擇性來選擇合適的水洗鹵流速?；谖鞑靥厥獾牡乩砬闆r，建議水洗鹵流速 為6~8 BV/h，此 時(shí)S（Li/Na）為2.41~3.56、S（Li/K）為18.04~20.63、S（Li/Ca）為6.25~9.02、S（Li/Mg）為4.31~6.08。同時(shí)，系統(tǒng)收率在90%以上，可滿足正常生產(chǎn)需求。

圖10 水洗鹵量對(duì)離子交換工作效率的影響（插圖為流速與純水量的關(guān)系）Fig.10 Influence of water-washed brine quantity on ion exchange working efficiency

2.4.2 水洗酸流速對(duì)離子交換工藝的影響

在離子交換系統(tǒng)步序切換過程中，解吸段結(jié)束后需要通過水洗酸段充分沖洗反應(yīng)柱，將吸附柱內(nèi)殘留的解吸液排出。如果水洗情況不理想，則會(huì)導(dǎo)致以下問題：1）殘留的H+進(jìn)入吸附段，改變吸附環(huán)境的pH，影響吸附效率；2）殘留的Li+進(jìn)入吸附段，從尾鹵中流失，降低吸附收率。因此，為了系統(tǒng)的高效運(yùn)行，有必要充分清洗解吸段的吸附柱。本研究考察了水洗酸流速在吸附工藝中的影響，并列出了運(yùn)行參數(shù)，如表3所示。

表3 水洗酸工藝參數(shù)Table 3 Water washing acid process parameter

圖11為水洗酸流速對(duì)系統(tǒng)收率、解吸液Li+質(zhì)量濃度和解吸液選擇性的影響。由圖11a 可知，隨著水洗酸流速的增加，解吸液Li+質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，其中在水洗酸流速為8 BV/h 時(shí)，Li+質(zhì)量濃度最高，為1 356.46 mg/L；與此同時(shí)，隨著水洗酸流速的增加，系統(tǒng)收率逐漸升高，當(dāng)水洗酸流速為4 BV/h 時(shí)，系統(tǒng)收率為60%，而當(dāng)水洗酸流速提升至10 BV/h 時(shí)，系統(tǒng)收率為90%；解吸液選擇性也隨著水洗酸流速的增加而增大，當(dāng)水洗酸流速?gòu)? BV/h 提升至10 BV/h 時(shí)，S（Li/Na）從2.11 提升至3.85，S（Li/K）從12.51提升至21.16，S（Li/Ca）從4.66提升至9.49，S（Li/Mg）從2.83 提升至7.51（圖11b）。綜合考慮，選擇水洗酸流速為8 BV/h。

圖11 水洗酸流速對(duì)系統(tǒng)收率、解吸液Li+質(zhì)量濃度、解吸率（a）和解吸液選擇性（b）的影響Fig.11 Relationship between water-washing acid flow rate（a）and Li+ mass concentration，desorption rate and recovery rate，and relationship between different water-washing acid flow rates and selectivity（b）

2.5 串、并聯(lián)解吸形式對(duì)解吸液水質(zhì)的影響

串、并聯(lián)解吸形式對(duì)解吸液水質(zhì)（解吸液pH 及產(chǎn)品鋰離子質(zhì)量濃度）具有關(guān)鍵作用，其工藝流程圖如圖12所示，其對(duì)離子選擇性及鋰離子質(zhì)量濃度的影響如圖13所示。由圖12可知，當(dāng)一級(jí)解吸采用串聯(lián)方式時(shí)出水pH=4.08，而采用并聯(lián)形式時(shí)出水pH=2.14，表明可以通過串、并聯(lián)解吸形式來調(diào)節(jié)出料液的pH。同時(shí)，結(jié)合圖13 得出，串、并聯(lián)形式對(duì)離子選擇性及產(chǎn)品鋰離子質(zhì)量濃度影響不大，S（Li/Na）為4.2~4.8，S（Li/K）為30~45，S（Li/Ca）為6~16，S（Li/Mg）為12~40，可滿足工程生產(chǎn)要求，因此在應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際工程需求選擇串、并聯(lián)形式。

圖12 串聯(lián)（a）、并聯(lián)（b）解吸形式工藝圖Fig.12 Process diagram of analytical series（a）and parallel（b） forms

圖13 串、并聯(lián)循環(huán)解吸形式對(duì)離子選擇性及鋰離子質(zhì)量濃度的影響Fig.13 Effect of cycle analytical series and parallel form on ion selectivity and Li+ mass concentration

2.6 實(shí)際鹵水工藝穩(wěn)定性

將優(yōu)化的工藝參數(shù)應(yīng)用于連續(xù)離子交換系統(tǒng)（圖14），吸附區(qū)共有16根吸附柱，17號(hào)吸附柱用以頂料，18~20 號(hào)吸附柱為水洗酸區(qū)，21~26 號(hào)吸附柱為解吸區(qū)，27~30 號(hào)吸附柱為水洗鹵區(qū)。設(shè)定轉(zhuǎn)動(dòng)周期為10 min、吸附流速為10 BV/h、水洗鹵流速為8 BV/h、水洗酸流速為8 BV/h，考察系統(tǒng)多周期穩(wěn)定性及解吸液離子選擇性，結(jié)果如圖15所示。由圖15可知，在20 個(gè)連續(xù)離子交換系統(tǒng)的周期中，在進(jìn)料Li+質(zhì)量濃度為220~250 mg/L 時(shí)平均吸附收率為83.58%、平均吸附容量為7.53 mg/g、解吸液鋰離子平 均 質(zhì) 量 濃 度 為1 500 mg/L、S（Li/Na）=4.67、S（Li/K）=36.48、S（Li/Ca）=13.49、S（Li/Mg）=32.51。該系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性好，吸附劑性能優(yōu)，耗水量低，未出現(xiàn)掉粉及嚴(yán)重溶損等現(xiàn)象，解吸液水質(zhì)穩(wěn)定，滿足高效生產(chǎn)的需求。

圖14 轉(zhuǎn)盤式連續(xù)離子交換工藝流程圖Fig.14 Process flow diagram of rotary table continuous ion exchange

圖15 長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試Fig.15 Long-term stability test

3 結(jié)論

基于連續(xù)離子交換裝置進(jìn)行吸附工藝研究，探究工藝運(yùn)行參數(shù)及工作效率的影響因素，為工程項(xiàng)目提供技術(shù)及理論支持，主要結(jié)論如下。

1）連續(xù)離子交換裝置優(yōu)化分配30根吸附柱：吸附段16支吸附柱、水洗鹵段4支吸附柱、解吸段6支吸附柱、水洗酸段4 支吸附柱。2）較優(yōu)吸附工藝參數(shù)為進(jìn)料流速為10 BV/h、循環(huán)流速為20 BV/h、水洗鹵流速為8 BV/h、水洗酸流速為8 BV/h。3）解吸段串、并聯(lián)形式對(duì)解吸液鋰離子質(zhì)量濃度影響不大，主要影響解吸液pH，因此可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求進(jìn)行工藝調(diào)整。4）采用優(yōu)化后的系統(tǒng)工藝進(jìn)行多周期穩(wěn)定性考察，20 個(gè)周期內(nèi)運(yùn)行穩(wěn)定，吸附容量為7.53 mg/g，解吸液鋰離子平均質(zhì)量濃度為1 500 mg/L，S（Li/Na）=4.67、S（Li/K）=36.48、S（Li/Ca）=13.49、S（Li/Mg）=32.51，取得較好的運(yùn)行效果。