Сорбционное извлечение лития из рассола

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.

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 [Al2Li(OH)6]+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. [и др.]. 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.