Selective recovery and re-utilization of lithium: prospects for the use of membrane methods

Abstract

В последние годы в связи с резким увеличением спроса на литий возрос интерес исследователей к проблеме его извлечения (получения): согласно базе данным Scopus, за 2021 г. по данной проблеме опубликовано около 3000 научных статей. Усилия многих специалистов направлены на разработку новых, более экономичных и экологичных, мембранных технологий извлечения лития, взамен применяемых реагентных методов. В обзоре представлена актуальная информация о традиционных и перспективных методах извлечения лития из природных растворов и растворов, получаемых при утилизации использованных батарей. Основное внимание уделено мембранным методам. Классифицированы и проанализированы известные подходы, описаны экспериментальные и теоретические аспекты мембранного разделения ионов, обсуждены известные механизмы разделения и их математические модели. Рассмотрены сравнительно хорошо развитые на лабораторном уровне баро- и электромембранные методы, которые ориентированы на выделение ионов лития и других однозарядных катионов из смешанных растворов, содержащих в больших количествах магний и кальций. Проведено сравнение результатов применения коммерческих и лабораторных мембран. Проанализированы новейшие подходы, позволяющие эффективно выделять ионы лития из смеси однозарядных катионов, в том числе перспективные гибридные электробаромембранные методы. <br> Библиография — 295 ссылок.

Selective Separation of Singly Charged Chloride and Dihydrogen Phosphate Anions by Electrobaromembrane Method with Nanoporous Membranes

“…As in the case of cations [ 3 ], there are various options for the selective separation of Cl − and H 2 PO 4 − ions by the EBM method. With an increase in the value of the current, the resulting chloride flux through the track membrane approaches zero: at 50 A/m 2 , = −0.022 mol/(m 2 ×h) ( Figure 3 b).…”

“…When Li + /Na + ions are separated, the selective permeability coefficient is somewhat lower and reaches 30 [ 31 ]. The flux of lithium through the membrane under optimal conditions can be ~0.5 mol/(m 2 ×h) [ 3 ]. If lithium remains in the feed solution and the competing K + ion is transferred through the membrane, as in the works of Konturri et al [ 38 , 39 , 40 , 41 ], its flux ( ) can be up to 2.1 mol/(m 2 ×h) [ 3 , 32 ].…”

“…Nowadays, in industry, ion separation is carried out using reagent-based technologies (hydrometallurgy). For example, by combining the EBM method with reverse osmosis, conventional and selective ED, it is possible to arrive at a technology for the reagentless extraction of valuable components [ 3 ].…”

“…The ion separation coefficient, , (also called the (specific) permselectivity coefficient between two counterions [ 48 ]) is used to quantify the selective transport of ions across a membrane. It is defined by the following equation [ 3 , 49 , 50 ]: where is the flux density of ions i through the membrane (where k = 1, 2 and corresponds to different types of ions of the same charge sign); is the concentration of ions i in the feed solution; is the change in the concentration of ions k in the permeate (in the case of NF) or in the concentrate (in the case of ED); is the ion passage (use in pressure-driven membrane process), which is defined as . Concentrations and fluxes must be expressed in the same units of the amount of substance (mols or equiv.).…”

“…A number of recent papers have noted the high potential of membrane methods for the selective extraction of nutrients (biologically significant chemical elements) and inorganic ions (e.g., lithium, cobalt, and nickel) from waste and industrial waters, leachate solution, etc. [ 1 , 2 , 3 , 4 ], as well as for reagentless production/recovery of acids and bases [ 5 ]. The advantage of membrane methods compared to traditional reagent-based methods is low energy and resource consumption (almost no chemical reagents are required), as well as high environmental friendliness (no additional waste streams).…”