一种锂同位素的分离富集方法

技术领域

本发明属于锂同位素分离技术领域，尤其涉及一种锂同位素的分离富集方法。

背景技术

锂(Li)在自然界存在两种稳定的同位素

目前，锂同位素的单级分离方法有很多种，可分为化学法和物理法，其中化学法包括锂汞齐交换法、离子交换色层法、萃取法等；物理法包括电磁法、电子迁移、分子蒸馏和激光分离等。物理法因生产设备昂贵和生产条件苛刻、能耗高但产量小等特点，不适合应用于工业化生产。锂汞齐法分离锂同位素存在很大的缺点，其分离过程中使用了大量汞金属带来生态环境和安全问题，欧美等国已关闭了一些用锂汞齐法分离锂同位素的工厂。

自从1967年Pedersen等合成出一系列的冠醚类化合物以来，研究者们发现某些冠醚具有巨大的锂同位素效应，在分离锂同位素方面有着与锂汞齐相媲美的分离因子，但是，在冠醚溶剂的液液萃取锂同位素的分离富集过程中，

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种锂同位素的分离富集方法，用以提升

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种锂同位素的分离富集方法，其包括：

S1、将萃取剂溶解于稀释剂中配制获得有机萃取相；

S2、将锂盐溶解于水中配制获得锂盐溶液相；

S3、将所述有机萃取相和所述锂盐溶液相混合并进行振荡萃取，萃取完成后离心分离去除未反应的锂盐溶液相获得第一富集有机相；

S4、将所述第一富集有机相逐滴注入到填充有低浓度酸性水溶液的管体中，所述第一富集有机相聚集于所述管体的底部，形成第二富集有机相；

S5、使用反萃液对所述第二富集有机相进行反萃，获得富集有

优选地，所述萃取剂选自以下式1至式3所示的化合物中的任意一种，

所述稀释剂选自碘苯、二氯甲烷、四氯化碳、氯仿、1,2-二氯乙烷、硝基苯或1,1,2-三氯乙烷中的一种或两种以上。

优选地，所述有机萃取相中萃取剂浓度为0.4mol/L～0.8mol/L。

优选地，所述锂盐溶液相中的锂盐选自LiCl、LiBr、LiI、LiOH、LiNO

优选地，所述步骤S3中，所述有机萃取相和所述锂盐溶液相按照体积比为1:(1～5)的比例混合。

优选地，所述步骤S5中，所述反萃液选自HCl、HBr、HI、NaCl、KCl、H

优选地，所述步骤S4中，所述低浓度酸性水溶液为HCl、HBr、HI、H

优选地，所述低浓度酸性水溶液中溶质的浓度为0.2mol/L～0.8mol/L。

优选地，所述步骤S4中，将所述第二富集有机相从所述管体取出并通过离心分离去除其中的水溶液。

优选地，将所述步骤S4在所述管体底部聚集获得的富集有机相按照所述步骤4重复操作多次，获得所述第二富集有机相。

本发明实施例提供的锂同位素的分离富集方法，将有机萃取相做成有机小液滴的形式与低浓度酸性水溶液相进行接触，增大了接触面积，节约了反应时间，提高了

附图说明

图1是本发明实施例中的锂同位素的分离富集方法的工艺流程图；

图2是本发明实施例的锂同位素的分离富集方法的步骤S4是示例性图示。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

锂同位素的丰度是指锂的某一种同位素在总的锂元素中含量的占比，所提高的锂同位素丰度是指锂的某一种同位素在同位素分离富集以后，与富集之前相比所提高的百分率，其

需要说明的是，分离前和分离后的丰度是用电感耦合等离子体质谱仪测试锂同位素的千分之一偏差后，计算获得结果，其计算公式为：

由于锂的两种同位素总含量为100％，设

本发明实施例提供了一种锂同位素的分离富集方法，参阅图1，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、将萃取剂溶解于稀释剂中配制获得有机萃取相。

具体地，所述萃取剂选自以下式1至式3所示的化合物中的任意一种，

具体地，所述稀释剂选自碘苯、二氯甲烷、四氯化碳、氯仿、1,2-二氯乙烷、硝基苯或1,1,2-三氯乙烷中的一种或两种以上。

在优选的方案中，所述有机萃取相中萃取剂浓度为0.4mol/L～0.8mol/L。

步骤S2、将锂盐溶解于水中配制获得锂盐溶液相。

具体地，所述锂盐溶液相中的锂盐选自LiCl、LiBr、LiI、LiOH、LiNO

在优选的方案中，所述锂盐溶液中的锂盐的浓度为1mol/L～4mol/L。

步骤S3、将所述有机萃取相和所述锂盐溶液相混合并进行振荡萃取，萃取完成后离心分离去除未反应的锂盐溶液相获得第一富集有机相。

具体地，将所述有机萃取相和所述锂盐溶液相混合后置于离心管中，然后再将离心管放入振荡设备中进行振荡萃取，振荡萃取的时间可以为1min～30min。

在优选的方案中，所述有机萃取相和所述锂盐溶液相按照体积比为1:(1～5)的比例混合。

步骤S4、将所述第一富集有机相逐滴注入到填充有低浓度酸性水溶液的管体中，所述第一富集有机相聚集于所述管体的底部，形成第二富集有机相。

参阅图2，所述管体1例如是玻璃管，其包括顶部的进液口11以及底部的止水阀12和出液口13，将低浓度酸性水溶液2填充到所述管体1之后，通过注射器3将所述第一富集有机相逐滴注入到填充有低浓度酸性水溶液2的管体1中，有机相液滴4在自身重力的作用下，在所述低浓度酸性水溶液2中下沉并聚集于所述管体的底部，由此聚集获得第二富集有机相5。聚集完成后可以打开止水阀12取出所述第二富集有机相5。

其中，所述管体1的高度(即第一富集有机相液滴在低浓度酸性水溶液中自由下落的高度)优选为0.5米以上，优选是0.5米～2米，更为优选的高度是0.5米～1米。

在优选的方案中，所述步骤S4中，所述低浓度酸性水溶液为HCl、HBr、HI、H

在优选的方案中，所述步骤S4中，将所述第二富集有机相从所述管体取出并通过离心分离去除其中的水溶液。

在更为优选的方案中，将所述步骤S4在所述管体底部聚集获得的富集有机相按照所述步骤4重复操作多次，获得所述第二富集有机相。具体地，将所述第一富集有机相逐滴注入到填充有低浓度酸性水溶液的管体中，使得第一富集有机相在所述管体底部聚集，将聚集的富集有机相取出后再注入到所述填充有低浓度酸性水溶液的管体中，如此重复多次后，最后一次聚集获得的富集有机相即为所述第二富集有机相。

在所述步骤S4中，经过步骤S3萃取后的第一富集有机相中含有

步骤S5、使用反萃液对所述第二富集有机相进行反萃，获得富集有

在优选的方案中，所述反萃液的浓度为1mol/L～5mol/L。

实施例1

本实施例提供的锂同位素的分离富集方法的工艺过程如下：

(1)、将萃取剂12-冠-4(结构式3)溶于氯仿中，制得萃取剂浓度为0.8mol/L的有机萃取相。

(2)、将LiClO

(3)、将有机萃取相与锂盐溶液相按照体积比为1：5放入离心管中振荡萃取30min后离心去除反应后的锂盐溶液。

(4)、将0.2mol/L的HCl水溶液灌满高度为0.5米的玻璃管，用注射器抽取反应后的有机萃取相从玻璃管顶部以液滴的形式注入所述HCl水溶液中，待完全自由下落至玻璃管底部的有机萃取相聚集区后打开止水阀收集有机萃取相，再把聚集的有机萃取相用注射器抽出从玻璃管顶部以液滴的形式注入新鲜的水溶液中，如此反复5次。

(5)离心去除有机萃取相中的水溶液后，用4倍体积的1mol/L的HCl溶液对其进行反萃3次，获得富集有

(6)测量反萃液中锂同位素的丰度，并计算出锂同位素所提高的丰度。测的结果：

实施例2

本实施例提供的锂同位素的分离富集方法的工艺过程如下：

(1)、将萃取剂15-冠-5(结构式1)溶于1,1,2-三氯乙烷中，制得萃取剂浓度为0.6mol/L的有机萃取相。

(2)、将Li[NTf

(3)、将有机萃取相与锂盐溶液相按照体积比为1：1放入离心管中振荡萃取1min后离心去除反应后的锂盐溶液。

(4)、将1mol/L的HCl水溶液灌满高度为0.5米的玻璃管，用注射器抽取反应后的有机萃取相从玻璃管顶部以液滴的形式注入所述HCl水溶液中，待完全自由下落至玻璃管底部的有机萃取相聚集区后打开止水阀收集有机萃取相，再把聚集的有机萃取相用注射器抽出从玻璃管顶部以液滴的形式注入新鲜的水溶液中，如此反复5次。

(5)离心去除有机萃取相中的水溶液后，用2倍体积的1mol/L的H

(6)、测量反萃液中锂同位素的丰度，并计算出锂同位素所提高的丰度。测的结果：

实施例3

本实施例提供的锂同位素的分离富集方法的工艺过程如下：

(1)、将萃取剂二苯并15-冠-5(结构式2)溶于氯仿中，制得萃取剂浓度为0.5mol/L的有机萃取相。

(2)、将Li[NTf

(3)、将有机萃取相与锂盐溶液相按照体积比为1：10放入离心管中振荡萃取5min后离心去除反应后的锂盐溶液。

(4)、将0.6mol/L的HCl水溶液灌满高度为0.5米的玻璃管，用注射器抽取反应后的有机萃取相从玻璃管顶部以液滴的形式注入所述HCl水溶液中，待完全自由下落至玻璃管底部的有机萃取相聚集区后打开止水阀收集有机萃取相，再把聚集的有机萃取相用注射器抽出从玻璃管顶部以液滴的形式注入新鲜的水溶液中，如此反复8次。

(5)离心去除有机萃取相中的水溶液后，用2倍体积的5mol/L的HBr溶液对其进行反萃3次，获得富集有

(6)测量反萃液中锂同位素的丰度，并计算出锂同位素所提高的丰度。测的结果：

实施例4

本实施例提供的锂同位素的分离富集方法的工艺过程如下：

(1)、将萃取剂4硝基苯并15-冠-5(结构式1)溶于四氯化碳中，制得萃取剂浓度为0.6mol/L的有机萃取相。

(2)、将LiI溶于水中配置成4mol/L的锂盐溶液，该锂盐溶液中

(3)、将有机萃取相与锂盐溶液相按照体积比为1：4放入离心管中振荡萃取20min后离心去除反应后的锂盐溶液。

(4)、将0.2mol/L的HCl水溶液灌满高度为1米的玻璃管，用注射器抽取反应后的有机萃取相从玻璃管顶部以液滴的形式注入所述HCl水溶液中，待完全自由下落至玻璃管底部的有机萃取相聚集区后打开止水阀收集有机萃取相，再把聚集的有机萃取相用注射器抽出从玻璃管顶部以液滴的形式注入新鲜的水溶液中，如此反复5次。

(5)离心去除有机萃取相中的水溶液后，用3倍体积的2mol/L的HCl溶液对其进行反萃3次，获得富集有

(6)、测量反萃液中锂同位素的丰度，并计算出锂同位素所提高的丰度。测的结果：

实施例5

本实施例提供的锂同位素的分离富集方法的工艺过程如下：

(1)、将萃取剂苯并15-冠-5(结构式1)溶于1,2-二氯乙烷中，制得萃取剂浓度为0.8mol/L的有机萃取相。

(2)、将LiNO

(3)、将有机萃取相与锂盐溶液相按照体积比为1：5放入离心管中振荡萃取30min后离心去除反应后的锂盐溶液。

(4)、将0.1mol/L的HCl水溶液灌满高度为1米的玻璃管，用注射器抽取反应后的有机萃取相从玻璃管顶部以液滴的形式注入所述HCl水溶液中，待完全自由下落至玻璃管底部的有机萃取相聚集区后打开止水阀收集有机萃取相，再把聚集的有机萃取相用注射器抽出从玻璃管顶部以液滴的形式注入新鲜的水溶液中，如此反复3次。

(5)离心去除有机萃取相中的水溶液后，用1倍体积的1mol/L的HCl溶液对其进行反萃3次，获得富集有

(6)测量反萃液中锂同位素的丰度，并计算出锂同位素所提高的丰度。测的结果：

实施例6

本实施例提供的锂同位素的分离富集方法的工艺过程如下：

(1)、将萃取剂二苯并15-冠-5(结构式2)溶于二氯甲烷中，制得萃取剂浓度为0.6mol/L的有机萃取相。

(2)、将Li[NTf

(3)、将有机萃取相与锂盐溶液相按照体积比为1：5放入离心管中振荡萃取2min后离心去除反应后的锂盐溶液。

(4)、将0.8mol/L的HBr水溶液灌满高度为0.8米的玻璃管，用注射器抽取反应后的有机萃取相从玻璃管顶部以液滴的形式注入所述HBr水溶液中，待完全自由下落至玻璃管底部的有机萃取相聚集区后打开止水阀收集有机萃取相，再把聚集的有机萃取相用注射器抽出从玻璃管顶部以液滴的形式注入新鲜的水溶液中，如此反复5次。

(5)离心去除有机萃取相中的水溶液后，用4倍体积的1mol/L的HCl溶液对其进行反萃3次，获得富集有

(6)测量反萃液中锂同位素的丰度，并计算出锂同位素所提高的丰度。测的结果：

实施例7

本实施例提供的锂同位素的分离富集方法的工艺过程如下：

(1)、将萃取剂4氨基苯并15-冠-5(结构式1)溶于氯仿中，制得萃取剂浓度为0.4mol/L的有机萃取相。

(2)、将Li[NTf

(3)、将有机萃取相与锂盐溶液相按照体积比为1：5放入离心管中振荡萃取10min后离心去除反应后的锂盐溶液。

(4)、将0.4mol/L的HCl水溶液灌满高度为1米的玻璃管，用注射器抽取反应后的有机萃取相从玻璃管顶部以液滴的形式注入所述HCl水溶液中，待完全自由下落至玻璃管底部的有机萃取相聚集区后打开止水阀收集有机萃取相，再把聚集的有机萃取相用注射器抽出从玻璃管顶部以液滴的形式注入新鲜的水溶液中，如此反复4次。

(5)离心去除有机萃取相中的水溶液后，用4倍体积的1mol/L的HCl溶液对其进行反萃3次，获得富集有

(6)测量反萃液中锂同位素的丰度，并计算出锂同位素所提高的丰度。测的结果：

实施例8

本实施例提供的锂同位素的分离富集方法的工艺过程如下：

(1)、将萃取剂苯并15-冠-5(结构式1)溶于1,1,2-三氯乙烷中，制得萃取剂浓度为0.8mol/L的有机萃取相。

(2)、将Li[NTf

(3)、将有机萃取相与锂盐溶液相按照体积比为1：8放入离心管中振荡萃取5min后离心去除反应后的锂盐溶液。

(4)、将0.1mol/L的H

(5)离心去除有机萃取相中的水溶液后，用4倍体积的1mol/L的HCl溶液对其进行反萃3次，获得富集有

(6)测量反萃液中锂同位素的丰度，并计算出锂同位素所提高的丰度。测的结果：

综上所述，本发明实施例提供的锂同位素的分离富集方法，将有机萃取相做成有机小液滴的形式与低浓度酸性水溶液相进行接触，增大了接触面积，节约了反应时间，提高了

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。