塩湖かん水からのリチウム回収競合するカチオン、前処理、前濃縮の影響

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Chemosphere.2020 Jul;260:127623. S0045-6535(20)31818-X. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.127623.Epub 2020-07-09.

塩湖かん水からのリチウム回収競合するカチオン、前処理、前濃縮の影響

Lithium recovery from salt-lake brine: Impact of competing cations, pretreatment and preconcentration.

Biplob Kumar Pramanik
Muhammad Bilal Asif
Rajeev Roychand
Li Shu
Veeriah Jegatheesan
Muhammed Bhuiyan
Faisal Ibney Hai

PMID: 32668363 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127623.

抄録

世界的にリチウムの需要は着実に増加しており、多くの先進工業国では製造需要を満たすためのリチウムの継続的な供給を確保することが困難になる可能性があります。そのため、将来の需要を満たすためには、広範囲の天然埋蔵量からのリチウム回収のための革新的なプロセスを探索する必要があります。本研究では、塩湖かん水からのリチウム回収のために、ナノろ過（NF）、膜蒸留（MD）、沈殿プロセスを組み合わせた新しい統合的なアプローチを検討した。まず、塩湖かん水をNF膜でろ過し、Na, K, Ca, Mgなどの競合イオンからリチウムイオン(Li)を分離した。金属イオンのNF膜による透過の程度は、金属イオンの水和イオン半径によって制御された。NF膜による拒絶率は、Liでは42%、Naでは48%、Kでは61%であったが、2価の陽イオンはいずれも効果的に拒絶された(90%以上)。重要なことは、NF膜では、Mg/Liの質量比が6以下に減少したことである(リチウム回収のために示唆される)。この結果は、生塩水では2.5、NF処理塩水では5の濃度でMDがリチウムを濃縮できることを示している。MD膜によるNFパーメートの濃縮に続いて、二段階沈殿法を用いてリチウムの回収を行った。X線回折により、リチウムの析出と炭酸リチウム結晶の生成を確認した。

The global demand of lithium is rising steadily, and many industrially advanced countries may find it hard to secure an uninterrupted supply of lithium for meeting their manufacturing demands. Thus, innovative processes for lithium recovery from a wide range of natural reserves should be explored for meeting the future demands. In this study, a novel integrated approach was investigated by combining nanofiltration (NF), membrane distillation (MD) and precipitation processes for lithium recovery from salt-lake brines. Initially, the brine was filtered with an NF membrane for the separation of lithium ions (Li) from competing ions such as Na, K, Ca and Mg. The extent of permeation of metal ions by the NF membrane was governed by their hydrated ionic radii. Rejection by NF membrane was 42% for Li, 48% for Na and 61% for K, while both the divalent cations were effectively rejected (above 90%). Importantly, in the NF-permeate, Mg/Li mass ratio reduced to less than 6 (suggested for lithium recovery). The result showed that MD can enrich lithium with a concentration of 2.5 for raw brine and 5 for NF-treated brine. Following the enrichment of NF-permeate by the MD membrane, a two-stage precipitation method was used for the recovery of lithium. X-ray diffraction confirmed the precipitation of lithium as well as the formation of lithium carbonate crystals.