1、毕业设计开题报告 化学工程与工艺 磁性纳米锂离子筛海水提锂应用研究 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1、从市场角度说明研究依据 随着地球资源的日益枯竭，特别是石油资源的大量消耗。开发有效的替代能源已经迫在眉睫，相关的科研工作将成为现在和今后很长一段时间科研工作的重要课题。 氢和电，被认为是最有可能代替石油燃料的能源。他们都具有清洁和高效的特点，近几年关于电能载体的研究被提上日程。锂是目前最高效的电载体。 金属锂在现代工业和科学技术中具有非常重要的地位，广泛应用于电子、化工、医药、玻璃、 橡胶、陶瓷、核工业、航空航天、金属冶炼、机械制造等领域。当前金属锂的应用领域还在不断拓
2、展，有专家预言， 20世纪是钢铁和石油的世纪，21世纪将是电子和锂的世纪，金属锂作为未来的能源金属和战略物资，也将成为衡量一个国家综合实力的象征 。 由于金属的生产工艺复杂、技术难度大、产品成本高，国际上金属锂的生产被美国、法国、英国、德国俄罗斯、加拿大、澳大利亚等发达国家所垄断，年总产量约为 2500t 左右。 然而，锂的用途却十分广阔，用量很大，仅仅 在高能电池和蓄电池的开发上，作为阴极的主要材料锂被广泛应用于移动电话的可充电电池 板，仅此一项日本每年按年产 7亿只手机电池计，就需金属锂 200t。国内近年来移动电话呈几何级数的迅猛增长，作为手机的主要配件之一的手机电池的消费量极大，市场前
3、景也日益看好。大容量的锂储电电池比普通铅锌蓄电池能量比高 5 8倍，已越来越广泛地应用于电动轿车、电动助力车等交通工具，前景十分广阔。 用金属锂生产的锂铝合金和镁锂合金，由于其抗疲劳性能好、强度高、韧性好、重量轻，在发达国家广泛用于航空航天工业，以替代铝镁合金，飞机如用锂铝合金作为主要结构材料，可在消耗等量燃料的情况下，提高运输能力 20以上。锂镁 合金是制造导弹外壳的不可替代的材料，由于其各种优异的性能，被誉为 “ 明天的宇航合金 ” 。在汽车工业上，这两种合金的用量也逐年增加。据预测，世界上每年锂铝合金的年需求量大约为 60万 t，仅此一项就需消耗金属锂 1.5万 t，其市场潜力巨大。 锂
4、市场出现了供不应求的状况， 国际上金属锂的售价为 8 9万美元 /t，世界金属锂的年需求量约为 6000t 左右，每年以 20的速度增长，目前国际金属锂的产量仅能满足需求量的一半左右。国内电解锂（ 99.0） 55万元 /t，高纯锂 63 72万元 /t，电池级金属锂 80万元 /t。 所以就市场而言，研究开发从海水中提锂工艺，不仅有可观的经济效益，而且对满足锂需求，乃至是将来的能源战略都有重要而现实的意义。 2、 从能源储备及金属锂炼制角度说明锂离子筛法海水提锂工艺研究依据 自然界的锂元素主要存在于锂辉石、锂云母等化学矿物和盐湖卤水中，其中锂辉石是制取金属锂和锂化合物的主要工业矿物原料。目前
5、世界上已探明的金属锂资源 仅 为 1300万 t，我国的锂资源较 为丰富，已探明的工业储量居世界第二位，锂资源的远景储量可观，其中 80为卤水矿资源，仅青海和西藏卤水锂的远景储量即与世界其他国家目前探明的储量相当。 但是实际可开采量并 不高，国内金属锂生产起步较晚，生产厂家很少，只有江西赣锋锂业有限公司、四川宜宾建中化工总公司、新疆锂盐厂等 5家，年总产能 680t。产品大部分是纯度 99.0 的金属锂， 99.9以上的电池级金属锂每年只有 100t 左右。 然而，矿物资源和卤水资源的储量始终有限，要满足以后的大量消耗及战略储备就要先人一步的开始探索传统工艺以外的工艺研究。海水中蕴含的 锂量是
6、 2.51011吨 可以为人类提供取之不尽用之不竭的锂资源。 金属锂的工业生产方法主要有两种，一种是熔盐电解法，采用氯化锂为原料，在熔融电解槽内电解 时分解为金属锂和氯气，在阴极析出锂，在阳极析出氯气。电解进行时，氯化锂离解为锂离子，向阴极移动并放电，形成的金属锂通过熔盐逐渐上升的电解槽表面或到锂收集室。在阳极析出的氯气通过熔盐上升至出口排出或收集。该法的最大缺点是电解时产生氯气污染严重，且产品质量不易控制，生产成本高。 另一种方法是真空热还原法，采用碳酸锂为原料，生产过程不产生氯气，生产成本比熔盐电解法低 20左右，具有流程短、产品质量好、无环境污染等优点，不过也存在着回收率低、设备结构复杂
7、的缺点。该法在国外虽有专利，但未见工业化生产的报道。该 法还同时采用了新的精制提纯技术，大幅度提高了产品纯度，其最高纯度可达 99.96，而且不产生任何废弃物，副产品为含锂化合物，可直接用于电解铝工业，所需原料均可立足国内解决。 而锂离子筛法海水提锂的产物就是高纯度的碳酸锂，能为第二种方法提供源源不断的锂。对锂金属的炼制有极大的促进作用。同时还可以将所提的锂以离子形式用于各种电池及所需锂离子的地方。 3、离子筛法海水提锂研究现状 离子筛法海水提锂在全球还是停留在研究阶段，并未有工业化的报道。因为海水中锂离子含量极低。只有 170个 PPM，再者离子筛在海水中分离困难 ，通常需要通过造粒，海水通
8、过离子筛床层来是想提锂。这样有着处理量小效率低的弊端。 现有将纳米磁流体外包锂离子筛的思想开发海水提锂工艺，以克服分离难、效率低的弊端。 考虑到我国是海洋大国，海岸线长达 18000 公里，海水资源丰富。 本人又在舟山，四面向海，有异常丰富的海水资源，并且在大学期间跟随导师开发，磁性纳米锂离子筛，为了给制备和优化提供可靠的实验数据，并且尝试海水提锂过程。所以选定该课题。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 1.确定磁性纳米锂离子筛合成工艺，绘制海水提锂工艺流程草图 。不同条件下制备的磁 性锂离子筛，有不同的性能。要根据制备中的实验数据确定采取何工艺条件下制备的锂离子筛。并根据离子筛的性能绘
9、制提锂工艺流程工艺草图。 2.模拟海水环境提锂，确定合成磁性纳米锂离子筛最优条件； 实验室提锂实验，是在纯锂条件下进行的。而海水有众多的杂质离子，会对提锂实验产生许多新的影响。要根据模拟海水提锂的数据来给制备工艺的优化提供支持。 3.海水提锂实验研究，磁性纳米锂离子筛提锂能力及性能测试。 研究提锂的动力学原理，从理论上计算提锂的相关情况，测定锂离子性能。为以后海水提锂的工业化提供理论基础。 三、研究步骤、方法 及措施： 1.通过查找资料，分析资料确定选题范围及论文题目。 2.通过指导老师指导，结合调研和资料整理分析、撰写开题报告、外文翻译和文献综述。 3.根据开题报告写作思路草拟论文提纲。 4
10、.根据论文提纲进一步查找资料，撰写论文初稿。 5.根据论文初稿，收集的资料，修改成稿。 四、参考文献 参考资料： 1 胡克源 ,自卤水中直接提取铿盐的新工艺方法 , 1965年 , 中国科学院化学研究所； 2沈祥木，离子筛法从卤水中直接提锂试验报告， 1994 年中国学术期刊电子出版社； 3 刘元会，邓天龙，国内外从盐湖卤 水中提锂工艺技术研究进展， 2006 年， 中国科学院青海盐湖研究所 ,西宁 810008 ;中国科学院研究生院 ,北京 100039； 4 李栋，郭学益 , 锰氧化物锂离子筛研究进展 ,2007 年 2 月 , 中国锰业第 25 卷第 1 期 ; 5 Lu Wang, C
11、orrelation between Li+ adsorption capacity and the preparation conditions of spinel lithium manganese precursor, Solid State Ionics 177 (2006) 1421 1428; 6 Qi Feng,Yoshitaka Miyai, Hirofumi Kanoh, and Kenta Ooi, Li+ Extraction/Insertion with Spinel-Type Lithium Manganese Oxides. Characterization of Redox-Type and Ion-Exchange-Type Sites, Langmuir 1992,8, 1861-1867.
