Litiumin erotus väkevistä kloridiliuoksista ioninvaihdolla

Litiumioniakkujen kehityksen myötä litiumin tarve ja kysyntä ovat kasvaneet viime vuodet tasaisesti noin 10 % vuosivauhdilla. Kasvun on myös ennustettu jatkuvan samanlaisena tulevaisuudessa, jonka takia erilaiset litiumin erotusprosessit ovat nousseet tutkimuksen kohteeksi. Tärkeimmät litiumlähteet sijaitsevat suola-aavikoilla ja -järvillä, joihin litiumia on kerääntynyt suuria määriä maanpinnan läheisyyteen. Litiumia erotetaan suolatasangoilla aikaa vievissä haihdutus- ja saostusvaiheissa. Suolaliuokset sisältävät litiumin lisäksi muita metalleja, kuten magnesiumia, kalsiumia ja natriumia, joista etenkin magnesium häiritsee litiumin erotusta. Aikaisemmissa tutkimuksissa ei ole löydetty litiumille riittävän selektiivistä ioninvaihtohartsia. Tehdyissä tutkimuksissa muut metallit on usein erotettu selektiivisesti ennen litiumia ja litium on erotettu lopuksi. Litiumin erotusta voitaisiin parantaa, mikäli se onnistuisi selektiivisesti suoraan suolaliuoksesta. Tässä työssä tutkittiin litiumin selektiivistä erotusta magnesium- ja kalsiumpitoisesta väkevästä kloridiliuoksesta ioninvaihtohartseilla sekä molekyyliseulalla. Käytetyt neljä ioninvaihtohartsia olivat kaupallisia Puroliten hartseja: MN200, S940, CT151 ja A170. Molekyyliseula oli Sigman huokoskoon 4 Å zeoliittia. Kromatografisilla kolonnikokeilla saadut näytteet analysoitiin ICP-AES:lla. Tulosten perusteella ei yksikään tutkituista hartseista ja molekyyliseulasta ollut selektiivinen litiumille.

The need and demand of lithium has grown steadily in recent years about 10 % annually. The growth is also predicted to continue in the future, which is why the research of various lithium separation processes have increased. The main lithium sources are found in the salt deserts and salt lakes, in which lithium has accumulated in large quantities in the vicinity of the ground. Lithium is separated from the salt plains in time consuming evaporation and precipitation steps. Brines contain also other metals, such as magnesium, calcium and sodium, which interferes with the separation of lithium. Previous studies have not found ion exchange resins that are sufficiently selective for lithium from brines. In those studies other metals are separated selectively at first and lithium is separated finally as the last metal. Lithium separation could be improved if it could be selectively separated directly from the salt solution. In this thesis the selective separation of lithium from magnesium and calcium in chloride solutions is studied with ion exchange resins as well as a molecular sieve. Used four ion exchange resins were commercial Purolite resins: MN200, S940, CT151 and A170. The molecular sieve was Sigma’s zeolite which nominal pore size was 4 Å. Samples from the chromatographic column experiments were analyzed by ICP-AES. Based on the results, none of the used resins and molecular sieve were selective for lithium.