1、1 毕业设计文献综述 化学工程与工艺 浓海水中微量元素锂的定量方法的研究 前言 金属元素锂（ Li）是一种质软密度最小的银白色金属。在当今以科技为动力的社会，锂以自身的特点，在其中充当着不可或缺的角色。与锂刚被发现时备受冷落的状况相比，现在的锂 在新技术、军工和民用中应用广泛 。制氢弹、脱氧脱硫、制锂电池都少不了锂。 锂号称 “稀有 金属 ”， 地壳中约有 0 0065的锂，其 丰度 居第二十七位。目前自然界已发现含锂 矿石 达 150 多种。锂在自然界中存在的主要形式为锂辉石 (LiAlSi2 O6) ，锂云母Li2(F,OH)2 Al(SiO3)3 等 。而在海水中，锂的 总溶存量 高 达
2、 2600亿吨 。随着锂的作用不断地被人们开发和利用， 对锂的需求量一直呈上升 趋势，未来有可能超过矿物中锂储量。而海水中存在大量的锂元素，从海水中提锂将成为必然趋势。因此 ,海水中锂离子浓度的准确测量 ,对于从海水提锂的研究以及未来提锂工艺的实现都具有重要的意义。在海水中，除了锂离子外，还存在着诸如钠离子、钾离子等金属阳离子。这对用原子吸收分光光度计 , 利用直线回归分析方法进行测定 1的方法存在很大的干扰作用。因此尝试采用标准加入法 , 避免干扰离子给分析带来的影响 ,在灵敏度高、精密度好的前提下，较精确的定量分析出海水中锂离子的含量。 2 第一章 锂的性质及作用 1.1 锂的 性质 锂位
3、于元素周期表的第三位，是一种 银白色，质软，密度最小的金属。 锂是在 1817年被著名化学家贝齐里乌斯的学生阿尔费特逊在分析一种矿石的成分时发现的，贝齐里乌斯将其命名为锂 。 可与大量无机 试剂 和有机试剂发生反应。与水的反应非常剧烈。但由于氢氧化锂微溶于水，反应在进行一段时间后，锂表面被氧化锂覆盖，反应速度减慢。在500 左右容易与氢发生反应，是唯一能生成稳定得足以熔融而不分解 的氢化物的碱金属，电离能 5.392电子伏特 ，与氧、氮、硫等均能化合，是唯一的与氮在室温下反应，生成氮化锂（ Li3 N）的碱金属。由于易受氧化而变暗，且密度比煤油小，故应存放于液体石蜡中。 地壳中约有 0 006
4、5的锂，其 丰度 居第二十七位。已知含锂 的 矿物 有 150多种，其中主要有 锂辉石 、 锂云母 、透锂长石等。 海水 中锂的含量不算少，总 储量 达 2600亿吨 。某些 矿泉水 和植物机体里，含有丰富的锂。如有些红色、黄色的 海藻 和烟草中，往往含有较多的锂 化合物 ，可供开发利用。 1.2 锂的作用 锂及其化合物在国防建设与国民经济中具有重要意义的战略物资 ,也是离不开人们生活的新型的绿色材料 ,广泛地被用于冶金、玻璃、陶瓷、制冷剂、润滑剂、制药和化学试剂等多个行业。 在冶金工业上，利用锂能强烈地和 O、 N、 Cl、 S 等物质 发生 反应的 化学性质 ， 把锂 用作脱硫剂 与 脱氧
5、剂。在冶炼铜的过程中，加入 少量（ 十万分之一 甚至 万分之一 ） 的锂， 就 能 够优化 铜的内部结构，使 其 变得 非常 致密，从而 大大提高了 铜的导电性 能 。在铸造优质 的 铜铸件 时，利用锂 能除 掉其中 有害的气体 与 杂质。在现代 生产 优质特殊合金钢材 过程 中，锂 能够清除杂质 ，是一种非常 理想的材料。 锂 的 燃烧 值是 42998kJ/kg，因此锂 可以 作为火箭 的 燃料 ，而且非常之有效 。 1kg锂通过核反应 所 放出的能量 约等 于二万多吨煤的燃烧 能 。 因此 用锂 及其 化合物制成 的 燃料来代替固体推进剂，用作导弹、宇宙飞船 、 火箭的推动力，不仅燃速大
6、 、 能量高，而 且比冲量极高，比冲量的大小 与 火箭的有效载荷直接 相关 。 3 在 本世纪三、四十年代研制开发的优质能源锂电池，是 电池领域是很有前途的动力电池 。它 具有 放电平衡 、 自放电子 、 开路电压高 、 比能量高 、 工作温度范围宽等优点， 因此 被广泛应用于 各个 领域 。 用锂电池发电来开动汽车，行车费 还不到 普通汽油发动机车的 一半 。 用 锂制取 的 氚来发动原子电池组， 过程只 不需要充电，可连续工作 高达二十多年 。目前，发展 像锂电池这样的新型电池 是 解决汽车的用油危机和排气污染 的 重要途径之一。 第二章 锂的现状 2.1 提锂工艺的发展 最早被使用得提锂
7、方法是锂矿石 ,而且 现在也早已发展比较较成熟的方法之一了 锂矿石提锂的 其主要包括包括选矿、提取与加工三。现在比较成熟的工艺有选矿 化学处理联合工艺、选 冶联合工艺、浮选 磁选工艺、手选 磁选工艺、浮选 重选 磁选联合工艺等。该方法工艺成熟 ,历史悠久 ,但其生产成本比盐湖卤水提锂要高很多 2。 盐湖卤水提锂已有 20 多年的发展历史。由于盐湖卤水提锂工艺简单 ,能源大多来自于太阳能 ,且多作为资源综合利用的副产品回收 ,因此产品成本大为降低 ,仅为矿石提锂成本的一半左右。盐湖卤水提锂的方法很多，常见夫人有蒸发结晶法、沉淀法、吸附剂法和 溶剂萃取法。其中 ,蒸发结晶结合沉淀法是盐湖卤水提锂中
8、比较成熟的方法之一 ； 吸附剂法和溶剂萃取法是很具有前途的方法 ,尤其是吸附剂法。我国的盐湖卤水提锂研究起步较晚 ,是在我国的锂矿厂无法与世界盐湖卤水锂产品竞争 ,导致被迫停产及在建的大锂盐场停建的局面下才引起重视的。所以到目前为止 ,我国的盐湖卤水提锂未实现工业化 ,还处于开发、试验或示范研究阶段 ,致使我国的锂工业发展受到影响。 当今社会人们对锂的需求正在日益扩大 ,未来锂资源的需求大大增加，供给受到影响。所以 ,人们势必会把目光投向矿产资源十分丰富的海洋。在海水中的锂资 源的含量高达 2600 亿吨 ,比陆地锂资源总量多出一万多倍。在国外，美国、日本等工业高度发达国家已从事多年海水提锂工
9、艺的研究 ,并取得较大的成果 。在 国内，也有部分科研人员正在从事海水提锂工艺的研究。 2.2 锂的利用现状 随着锂的发现和其的功能的开发与应用，人们开始把目光投向这中兴起的金属上。近 104 年来 ,锂的国际消耗量以每年 8%的速度不断增长 ,2002 年全世界锂消耗量大约是 20 万吨。然而 ,世界上陆地锂资源的储存总量 (主要为盐湖锂资源与矿石锂资源 ) 约为 1700 万 吨 (折金属 锂 ) 3 ,远不能满足 锂的市场需要量。而在海水中锂资源非常巨大 ,约为 2600 亿 吨 。因此 , 近些年来国内外科研工作者开始探索海水提锂的技术 ,并取得了一定的进展。从最初的从锂矿石中提取锂到
10、现在的从海水中提取锂，锂的产量在不断增加。 目前 ,在海水提锂研究中主要应用溶剂萃取法和吸附剂法。海水中锂离子的浓度很小，浓度仅为 0. 17mg/L 。而经过淡化后剩下的浓海水，其中锂离子的浓度有所增加。在海水提锂成为未来提锂的发展趋势之下，对 海水中锂离子浓度的准确测量 对于海水提锂这一工艺有着重要的意义。 第三章 锂离子浓度的测定方法 目前 ，锂离子浓度的测量方法主要是用原子吸收分光光度计，利用直线回归分析方法进行测定。 3.1 原子吸收光谱分析基本原理 4 在一般情况下，原子处于能量最低状态（最稳定态），称为基态（ E 0 = 0）。当吸收原子的 外界能量被激发时，其最外层 的 电子
11、会 跃迁到 比 较高的不 一样的 能级上，原子的 此 运动状态 被称之为 激 发态。处于激发态的原子十分不稳定，一般在非常短的时间内（ 10-810-7s）就会跃回到基态或者较低的激发态，此时原子就会以电磁波形式放出能量： 共振发射线：电子从 其 基 态跃迁到能量最低的激发态时 需 要吸收一定频率的光，它再 次跃迁回 到基态 时， 就会 发射出同样频率的光 (谱线 )， 此 谱线 被 称 之 为共振发射线 。 共 振 吸 收 线 ： 电 子 从 基 态 跃 迁 到 第 一 激 发 态 所 产 生 的 吸 收 谱 线 。 chhvEEnE 05 共振线 ： 共振发射线和共振吸收线 统 称为共振线
12、。 由于不一样的 元素的外层电子排布 与它的 原子结构 都有所差别 ， 各 元素的原子从基态激发 至 第一激发态 或者从 第一激发态跃迁返回 至 基态时，吸收 与 发射的能量 都 不同， 因此不同元素的共振线不同而 各具特征 ，所以这种共振线 可以作为 元素的特征谱线。 一般原子吸收分光光度分析就是利用元素的共振吸收来进行 分析的。 3.2 定量分析方法比较 直线回归分析方法又称标准工作曲线法。该法是配制一组合适的标准溶液，由低浓度到高浓度，依次喷入火焰，分别测定其吸光度 A。以测得的吸光度为纵坐标，待测元素的含量或浓c 为横坐标，绘制 A-c 标准曲线。在相同的实验条件下，喷入待测试样溶液，
13、根据测得的吸光度，由标准曲线求出试样中待测元素的含量。 但在使此方法测量浓海水中的锂离子浓度时会发现 ,由于海水中存在各种浓度较高干扰阳离子 ,在乙炔 空气焰中 ,锂的电离受到这些干扰离子的电离作用的影响 ,特别是锂离子浓度很低时 ,这种干扰就比较明显。为克 服这一缺点，我们试着使用标准加入法。在干扰物浓度和种类一样的状态下 ,使上面提到的两种干扰得到了互补后再测定。通过反复对海水的分析 , 证明了这种方法可以有效的避免干扰离子给分析带来的影响 , 精密度好、灵敏度高 , 分析结果满足要求。 标准曲线法适用于标准曲线的基体和样品的基体大致相同的情况，优点是速度快，缺点是当样品基体复杂时不正确。
14、标准加入法可以有效克服上面所说的缺点，因为它是把样品和标准混在一起同时测定的（ “标准加入法 ”的叫法就是从这里来的），但它也有缺点就是速度很慢。 因为海水中存在着大量未知的干扰离子，因此 选择标准加入法更优于标准曲线法。 文献小结 综上所述，海水提锂已成为未来锂来源的一种重要手段。锂作为一种非常重要的金属，其性质、作用、来源成为越来越多的科学家研究的课题。对其在海水中浓度的定量分析，对于从海水中提取锂有着非常大的帮助作用。我们通过比较标准曲线法与标准加入法的优缺点，因海水中金属阳离子较多，所以最终选择标准加入法，根据其原子吸收光谱来测得海水中锂离子的浓度。 6 本次实验除了要会使用原子吸收分
15、光光度计来测量溶液中离子的浓度，还要通过设计实验来排除其他离子对所测离子的影响，从而提高试验的准确性。 当然也要通过其他的实验来验证这次实验的可行性，最终得出一个合理的实验方案。 7 参考文献 1 李梅 , 蔡宁 , 曹亚萍 ,等 . 火焰原子吸收光谱应用手册 . 北京 :北京地质出版社 , 1996. 253 256. 2 袁俊生 , 纪志永 .海水提锂研究进展 .盐业与化工 , 2002, 32 (5) : 33 - 39. 3王大伟，袁俊生，刘燕兰 .海水中锂离子浓度的分析方法研究 .盐业与化工， 2008,37（ 3）：33-34. 4朱明华 ,胡坪 .仪器分析，第四版 .北京： 高等
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