本技術(shù)屬于氫氧化鋰的制備，具體涉及一種氫氧化鋰的制備方法。

背景技術(shù)：

1、氫氧化鋰作為鋰及其化合物中重要的初加工鋰產(chǎn)品之一，可進(jìn)一步用作生產(chǎn)醋酸鋰、氟化鋰、溴化鋰、硝酸鋰和苯甲酸鋰等產(chǎn)品。在電池工業(yè)中，將氫氧化鋰添加于堿性蓄電池、鎳氫電池的電解質(zhì)中，可以延長(zhǎng)電池壽命、增加蓄電量。除此之外，氫氧化鋰還用于有機(jī)合成及制藥、試劑及核反應(yīng)堆的熱載體和金屬表面的保護(hù)劑、空間飛船、潛艇和水下呼吸器中呼吸氣體凈化系統(tǒng)中所用的材料等方面。因此關(guān)于氫氧化鋰，需要研究和開(kāi)發(fā)產(chǎn)品純度高、工藝簡(jiǎn)單和環(huán)境友好的制備方法。

2、鹵水鋰礦(以下簡(jiǎn)稱鹵水，含有氯化鋰)具有礦藏資源儲(chǔ)量豐富的優(yōu)勢(shì)，有現(xiàn)有技術(shù)提出采用鹵水為原料，通過(guò)離子交換膜電解法制備氫氧化鋰，主要生產(chǎn)流程包括：首先用對(duì)鹵水進(jìn)行除雜，然后蒸發(fā)結(jié)晶，收集得到氯化鋰；再將氯化鋰配成溶液進(jìn)行電解，獲得氫氧化鋰溶液；最后將氫氧化鋰溶液經(jīng)過(guò)濃縮、結(jié)晶、分離、水洗和干燥等一系列工序，得到氫氧化鋰產(chǎn)品。該方法具有工藝復(fù)雜、產(chǎn)率低和成本高的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)提供了一種氫氧化鋰的制備方法，采用乙醇進(jìn)行除雜，可以將除雜后的液體體系直接用于電解，配合調(diào)控陰極溶液的乙醇含量促進(jìn)析出氫氧化鋰，省去了氯化鋰和氫氧化鋰的蒸發(fā)結(jié)晶步驟，具有工藝簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)。

2、具體而言，本技術(shù)提供了一種氫氧化鋰的制備方法，至少包括以下步驟：

3、步驟100、提供氯化鋰粗鹽；將氯化鋰粗鹽用乙醇進(jìn)行溶解，然后固液分離，得到氯化鋰的乙醇溶液；將氯化鋰的乙醇溶液作為陽(yáng)極溶液；步驟200、將乙醇水溶液作為陰極溶液，基于陰極溶液的質(zhì)量，乙醇的質(zhì)量含量為x％；其中，x的取值范圍采用包括以下步驟的方法進(jìn)行確定：步驟210、將氫氧化鋰的溶解度記為y?g/100ml，確定y與x的回歸模型y＝f(x)；步驟220、將電解處理的電流密度記為z?ma/cm2，確定z與x的回歸模型z＝j(luò)(x)；步驟230、基于氫氧化鋰的溶解度和電流密度，確定x的取值范圍；步驟300、將陽(yáng)極溶液與陰極溶液進(jìn)行電解處理，在陰極析出氫氧化鋰水合物。

4、本技術(shù)采用乙醇溶解氯化鋰粗鹽，能夠選擇性地溶解氯化鋰，氯化鋰粗鹽中大部分的鈉、鉀雜質(zhì)不可溶于乙醇，通過(guò)固液分離即可實(shí)現(xiàn)去除。固液分離后得到氯化鋰的乙醇溶液，直接作為陽(yáng)極溶液進(jìn)行電解處理，無(wú)需將氯化鋰進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶工序，縮減了工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)氯化鋰除雜后再蒸發(fā)結(jié)晶的工藝操作，減少了蒸發(fā)結(jié)晶的成本。另一方面，乙醇能夠循環(huán)使用，減少了水的利用，降低了原料成本。配合乙醇水溶液作為陰極溶液，在電解過(guò)程中，鋰離子穿過(guò)陽(yáng)離子膜，在陰極室與水反應(yīng)，生成氫氧化鋰。本技術(shù)利用陰極溶液中不同乙醇含量對(duì)應(yīng)的氫氧化鋰溶解度y?g/100ml以及電解處理電流密度z?ma/cm2的差異，通過(guò)分別構(gòu)建y、z與x的回歸模型，確定并調(diào)控陰極溶液中乙醇的質(zhì)量含量，實(shí)現(xiàn)提高電流密度同時(shí)降低氫氧化鋰在陰極溶液中的溶解度，從而提高電解效率并促進(jìn)氫氧化鋰水合物在陰極不斷析出，直接獲取氫氧化鋰水合物的固體產(chǎn)品，省去了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中需要對(duì)氫氧化鋰進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶的操作工序，從而大幅度節(jié)約時(shí)間成本和能源成本，提高了生產(chǎn)效率。并且本技術(shù)得到的氫氧化鋰水合物的純度高，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

5、本技術(shù)中，電解處理過(guò)程中的反應(yīng)方程式為：

6、總反應(yīng)：2licl+4h2o＝2lioh·h2o↓+h2↑+cl2↑；

7、陽(yáng)極：2cl－－2e－＝cl2↑；

8、陰極：2li++4h2o+2e－＝2lioh·h2o↓+h2↑。

9、本技術(shù)中，氯化鋰粗鹽可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法獲得，例如對(duì)鹵水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮處理，即得氯化鋰粗鹽。根據(jù)鹵水來(lái)源的不同，基于氯化鋰粗鹽的質(zhì)量，氯化鋰的質(zhì)量含量為40％至60％，例如40％、41％、42％、44％、45％、47％、49％、51％、54％、55％、57％、59％、60％或其中任意兩者所組成的范圍內(nèi)的值。在其中一些實(shí)施例中，氯化鋰粗鹽中包括氯化鈉和氯化鉀，本技術(shù)采用乙醇能夠選擇性萃取氯化鋰，去除其中的氯化鈉和氯化鉀雜質(zhì)。

10、在一些實(shí)施方式中，步驟210中，確定y與x的回歸模型y＝f(x)，包括以下步驟：

11、步驟211、獲取m個(gè)具有不同乙醇質(zhì)量含量的乙醇水溶液；

12、步驟212、對(duì)氫氧化鋰在步驟211中乙醇水溶液中的溶解度進(jìn)行測(cè)試，得到x－y的回歸數(shù)據(jù)，按照x值從小到大排列依次記為(x11、y1)、(x12、y2)、…、(xm、ym)；

13、步驟213、對(duì)步驟212中x－y的回歸數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，確定y與x的回歸模型y＝f(x)；和/或，

14、步驟220中，確定z與x的回歸模型z＝j(luò)(x)，包括以下步驟：

15、步驟221、獲取n個(gè)具有不同乙醇質(zhì)量含量的乙醇水溶液；

16、步驟222、對(duì)步驟221中乙醇水溶液進(jìn)行電解處理，檢測(cè)得到電流密度，得到x－z的回歸數(shù)據(jù)，按照x值從小到大排列依次記為(x21、z1)、(x22、z2)、…、(xn、zn)；

17、步驟223、對(duì)步驟222中x－z的回歸數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，確定z與x的回歸模型z＝j(luò)(x)。

18、通過(guò)上述方法，本技術(shù)能夠分別構(gòu)建乙醇水溶液中，氫氧化鋰的溶解度與乙醇濃度的回歸模型，以及電解處理中，電流密度與乙醇濃度的回歸模型，從而根據(jù)所需的目標(biāo)氫氧化鋰溶解度和電流密度，確定乙醇水溶液(也就是陰極溶液)中合適的乙醇質(zhì)量含量，平衡電解處理中電解速率和氫氧化鋰水合物析出速率，避免電解速率過(guò)低影響制備效率，或者電解速率較高但氫氧化鋰水合物過(guò)多溶解，無(wú)法及時(shí)從陰極溶液中析出，從而提高制備工藝的生產(chǎn)效率。

19、本技術(shù)中，上述不同乙醇質(zhì)量含量的乙醇水溶液可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法獲得，例如采用不同比例的乙醇和水互溶配制得到，本技術(shù)對(duì)用于溶解度測(cè)試和電流密度測(cè)試的乙醇水溶液的乙醇質(zhì)量含量沒(méi)有特殊限定，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本技術(shù)的目的即可，例如乙醇質(zhì)量含量可以為0％、4％、10％、17％、24％、34％、43％、50％、59％、64％、76％、78％、92％、100％或其中任意兩者所組成的范圍內(nèi)的值。可以理解的是，當(dāng)乙醇質(zhì)量含量為0％時(shí)，該“乙醇水溶液”實(shí)際為水，當(dāng)乙醇質(zhì)量含量為100％時(shí)，該“乙醇水溶液”實(shí)際為乙醇。

20、在一些實(shí)施例中，步驟211中，獲取m個(gè)具有不同乙醇質(zhì)量含量的乙醇水溶液，和步驟221中，獲取n個(gè)具有不同乙醇質(zhì)量含量的乙醇水溶液，可以分別進(jìn)行配制，也可以采用同一批次的乙醇水溶液。

21、在一些實(shí)施方式中，當(dāng)采用同一批次的乙醇水溶液時(shí)，可以理解的是，m＝n、x11＝x21、…、xm＝xn。此時(shí)，步驟210中，確定y與x的回歸模型y＝f(x)，包括以下步驟：

22、步驟211、獲取m個(gè)具有不同乙醇質(zhì)量含量的乙醇水溶液；

23、步驟212、對(duì)氫氧化鋰在步驟211中乙醇水溶液中的溶解度進(jìn)行測(cè)試，得到x－y的回歸數(shù)據(jù)，按照x值從小到大排列依次記為(x11、y1)、(x12、y2)、…、(xm、ym)；

24、步驟213、對(duì)步驟212中x－y的回歸數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，確定y與x的回歸模型y＝f(x)；和/或，

25、步驟220中，確定z與x的回歸模型z＝j(luò)(x)，包括以下步驟：

26、步驟221、獲取n個(gè)具有不同乙醇質(zhì)量含量的乙醇水溶液；

27、步驟222、對(duì)步驟221中乙醇水溶液進(jìn)行電解處理，檢測(cè)得到電流密度，得到x－z的回歸數(shù)據(jù)，按照x值從小到大排列依次記為(x21、z1)、(x22、z2)、…、(xn、zn)；

28、步驟223、對(duì)步驟222中x－z的回歸數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，確定z與x的回歸模型z＝j(luò)(x)。

29、在一些實(shí)施方式中，m≥5，xm－x11≥40；和/或，n≥5，xn－x21≥40。其中，m和n的值可以相同，也可以不同。通過(guò)分別控制x－y的回歸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)數(shù)量m和x值區(qū)間(xm－x11)，以及x－z的回歸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)數(shù)量n和x值區(qū)間(xn－x21)，使二者的回歸模型具有足量且有代表性的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，有利于提高回歸模型的準(zhǔn)確性和精確性。

30、優(yōu)選地，m的值可選自5、6、7、8、9、10、13、17、25或其中任意兩者所組成的范圍內(nèi)的值，xm-x11的值可選自40、46、50、57、64、69、75、81、88、96、100或其中任意兩者所組成的范圍內(nèi)的值。另一方面，優(yōu)選地，n的值可選自5、6、7、8、9、10、13、17、25或其中任意兩者所組成的范圍內(nèi)的值，xn-x21的值可選自40、45、50、59、64、69、75、81、86、91、100或其中任意兩者所組成的范圍內(nèi)的值。

31、在一些實(shí)施方式中，y與x的回歸模型y＝f(x)和z與x的回歸模型z＝j(luò)(x)獨(dú)立地選自線性回歸模型或多項(xiàng)式回歸模型；可選地，多項(xiàng)式回歸模型包括二項(xiàng)式回歸模型。

32、在一些優(yōu)選實(shí)施例中，y與x的回歸模型y＝f(x)和z與x的回歸模型z＝j(luò)(x)均為二項(xiàng)式回歸模型，在本技術(shù)的電解處理體系中，該模型能夠更加準(zhǔn)確地反映氫氧化鋰的溶解度以及電流密度與乙醇質(zhì)量含量的變化關(guān)系，有利于確定合適的乙醇質(zhì)量含量范圍。

33、在一些實(shí)施方式中，步驟230中，基于氫氧化鋰的溶解度和電流密度，確定x的取值范圍，包括：將y和z的取值范圍分別代入回歸模型y＝f(x)和z＝j(luò)(x)，得到x的取值范圍。本技術(shù)中，將y和z的取值范圍分別代入回歸模型，能夠分別得到陰極溶液中乙醇質(zhì)量含量x的對(duì)應(yīng)范圍，對(duì)兩個(gè)取值范圍求交集，可以確定x的取值范圍，有利于后續(xù)對(duì)乙醇質(zhì)量含量的控制提供指導(dǎo)。

34、在一些實(shí)施方式中，y和z的取值范圍為：y≤6、z≥40；當(dāng)控制乙醇水溶液中氫氧化鋰的溶解度和電流密度滿足上述范圍，能夠促進(jìn)電解處理過(guò)程和氫氧化鋰析出過(guò)程的搭配，得到乙醇質(zhì)量含量的合適范圍，兼顧較高的電流密度和析出速度。優(yōu)選地，y和z的取值范圍為：y≤5、z≥60。

35、在一些實(shí)施方式中，步驟300還包括：在步驟300的電解處理中，向陰極溶液中加入補(bǔ)充水，控制陰極溶液中乙醇的質(zhì)量含量滿足步驟200中x的取值范圍。

36、在一些實(shí)施方式中，補(bǔ)充水的質(zhì)量采用以下方法確定：在步驟300的電解處理中，監(jiān)測(cè)陰極溶液的體積減少量，基于陰極溶液的體積減少量確定補(bǔ)充水的質(zhì)量；或者，獲取步驟300的電解處理中水的消耗質(zhì)量h?g，基于水的消耗質(zhì)量確定補(bǔ)充水的質(zhì)量。其中，通過(guò)水的消耗質(zhì)量確定補(bǔ)充水的質(zhì)量，能夠避免陰極析出產(chǎn)品的體積干擾，更加精確地對(duì)陰極溶液的乙醇質(zhì)量含量進(jìn)行調(diào)控。

37、在一些實(shí)施方式中，獲取步驟300的電解處理中水的消耗質(zhì)量，包括：檢測(cè)步驟300的電解處理的電解容量q?ah，基于h＝q/0.74確定水的消耗質(zhì)量。

38、根據(jù)電解處理過(guò)程中的總化學(xué)反應(yīng)方程式：2licl+4h2o＝2lioh·h2o↓+h2↑+cl2↑，可知當(dāng)消耗1mol水，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)移0.5mol電子，每摩爾電子的電量為96500庫(kù)侖(1ah＝3600庫(kù)侖)，那么消耗1g水對(duì)應(yīng)的電量為(0.5/18×96500)/3600ah＝0.74ah，其中0.74ah/g視為水的克容量，為定值。通過(guò)電解處理的裝備監(jiān)控電解容量，可以方便直觀地獲取水的消耗質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)陰極溶液進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)水，控制陰極溶液中乙醇的質(zhì)量含量滿足要求，提高電解處理的效率和產(chǎn)品析出效率。

39、本技術(shù)對(duì)補(bǔ)充水的方法不做特殊限定，可以采用本領(lǐng)域已知的方法進(jìn)行，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本技術(shù)的目的即可，例如可以通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備向控制設(shè)備傳輸指令，通過(guò)控制設(shè)備控制水泵向陰極溶液中補(bǔ)水，也可以采用人工方式進(jìn)行補(bǔ)水。

40、在一些實(shí)施方式中，步驟300還包括：將氫氧化鋰水合物進(jìn)行干燥處理，即得氫氧化鋰。

41、基于本技術(shù)提供的上述氫氧化鋰的制備方法，有益效果至少在于：

42、本技術(shù)通過(guò)將氯化鋰粗鹽采用乙醇進(jìn)行萃取，獲得氯化鋰的乙醇溶液，能夠去除大部分的鈉元素和鉀元素雜質(zhì)，能夠提高氫氧化鋰產(chǎn)品的純度。上述氯化鋰的乙醇溶液可以直接用于電解處理，減少了除雜后再進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶的操作，有利于節(jié)約時(shí)間、能源等成本。另一方面，通過(guò)分別構(gòu)建乙醇水溶液中氫氧化鋰的溶解度以及電解處理中的電流密度與乙醇質(zhì)量含量的回歸模型，確定合適的乙醇質(zhì)量含量范圍，從而實(shí)現(xiàn)兼顧提高電解處理效率和氫氧化鋰的析出速率，使氫氧化鋰水合物在陰極室不斷飽和析出，獲得較純的氫氧化鋰產(chǎn)品。該方法省去了傳統(tǒng)電解工藝中除雜處理和電解處理后分別需要對(duì)電解原料和電解產(chǎn)品進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶的工序，并且能夠提高氫氧化鋰產(chǎn)品的純度，具有工序簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高和成本低的優(yōu)勢(shì)。