[发明专利]碱金属分离和回收方法以及碱金属分离和回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及从湖水、地下水、工业废水等中分离和回收锂或钾等碱金属的方法和装置，更具体而言，涉及通过使用多级纳滤膜来有效回收碱金属的方法和装置。

背景技术

近年来，随着全球工业和经济的发展，对矿物资源的需求显著扩大。然而，在各种工业（包括半导体工业）所不可缺少的矿物资源中，尽管有的资源在地壳中的储量大，但在技术上难以作为单质取得，并且由于采掘和提炼的成本高，因此在经济上是不合算的，而且很多资源局限在特定地区，因而目前已经停止对其的采掘。另一方面，环境问题也是突出的，因此需要构建再循环型社会。特别是由于减少二氧化碳排放方面已受到人们的关注，因此加速了电动汽车以及其中所使用的马达和电池的开发。尤其是在电池方面，锂离子二次电池由于其能量密度和重量轻而预期被用作电动汽车的主要电池。作为锂化合物的用途，例如,碳酸锂被用作锂离子电池的电极材料和耐热玻璃的添加剂，并且还被用于弹性表面波滤波器。特别是高纯度的碳酸锂已经被用作手机、汽车导航系统等的滤波器和发射器。溴化锂的用途是建筑物、工厂等的大型空调使用的吸收式冷冻机的冷却剂吸收材料，而氢氧化锂的用途是汽车等的润滑油和锂电池（一次和二次锂电池）的原料。金属锂的用途是一次电池的阳极材料和合成橡胶催化剂用丁基锂的原料。

锂包含在盐湖卤水和矿石中，考虑到生产成本，从盐湖卤水进行资源回收是有利的。盐湖卤水主要存在于智利、玻利维亚和阿根廷，其储量也大。根据盐湖卤水的组成，它们主要分为氯化物卤水、硫酸盐卤水、碳酸盐卤水和钙卤水。其中，资源量最丰富的硫酸盐卤水在纯化过程中经常由硫酸盐形成难溶盐，或包含大量碱土金属和硫酸盐。因此，难以有效回收锂。

对于解决所述问题的方案，已经提出了使用吸附剂等的多种方法（专利文献1至2），但是问题在于成本高，并且尚未建立以低成本稳定回收纯化锂盐的技术。对于常规的低成本方法，可以提及的有通过将卤水晒干进行浓缩来去除杂质的方法，但是该方法的问题是，在锂浓度低的情况或碱土金属和硫酸盐的浓度高的情况中难以应用该方法。此外，电渗析法和膜滤法还处于研究阶段（非专利文献1）而没有投入实际应用。

另一方面，同样是碱金属的钾已经被广泛用于肥料以及食品、饲料、工业化学品、药品等中。目前，虽然钾还不存在锂所面临的严峻的资源问题，但是令人担忧的是，随着发展中国家的人口剧增和经济增长，其资源面临枯竭。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP-A-2009-161794

专利文献2：JP-A-4-293541

非专利文献

非专利文献1：“Heisei 20Nendo Genba Niizutou ni taisuru Gijutsu Shien Jigyo(对2008年实际现场需要的技术支持方案):Kansui karano Richiumu Kaisyu Sisutemu Kaihatsu ni kansuru Kyoudo Sutadei Houkokusho(关于来自盐水的锂回收系统发展的合作研究报告)（公开版）”，独立行政法人石油天然气/金属矿物资源机构，三菱商事株式会社，2010年3月

发明内容

本发明要解决的问题

本发明的目的是提供从湖水、地下水、工业废水等中有效回收诸如锂和钾等碱金属的方法和装置。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明涉及下列实施方案（1）至（15）。

（1）一种碱金属分离和回收方法，包括：通过使用纳滤膜从含有碱金属的原水中分离出含有所述碱金属的透过水；以及通过后处理回收包含在所述透过水中的所述碱金属，

其中，构建至少两级纳滤膜单元，并且前一级纳滤膜单元的浓缩水被用作后一级纳滤膜单元的供给水。

（2）根据（1）所述的碱金属分离和回收方法，其中，在所述纳滤膜单元中，第一级纳滤膜单元和最后一级纳滤膜单元彼此不同。

（3）根据（2）所述的碱金属分离和回收方法，其中，所述第一级纳滤膜单元的纯水透过性能低于所述最后一级纳滤膜单元的纯水透过性能。

（4）根据（2）或（3）所述的碱金属分离和回收方法，其中，在所述第一级纳滤膜单元中硫酸根离子透过率与碱金属透过率的比值小于在所述最后一级纳滤膜单元中硫酸根离子透过率与碱金属透过率的比值。