TiAP-FeCl?体系高效提取盐湖卤水锂的工艺优化与机理研究

针对盐湖卤水锂资源提取效率低、镁锂分离难度大的问题，研究人员开发了新型TiAP-FeCl?-n-C8H17Br萃取体系。通过优化工艺参数（70% TiAP体积分数、O/A比1、Fe3+/Li+摩尔比1.5），单级锂萃取率达85.18%，Li/Mg分离因子达966.88，三阶段逆流萃取总效率达99.5%。结合DFT理论计算揭示了TiAP与Li+的强相互作用机制，为工业级锂资源绿色开发提供新方案。

　　

随着全球碳中和进程加速，锂资源作为高能量密度电池的核心材料需求激增。然而，占全球锂资源60%的盐湖卤水因镁锂比高、锂浓度低，传统提取方法面临效率低、成本高、环境污染等挑战。现有溶剂萃取体系如TBP-FeCl?存在提取剂损耗大、强酸腐蚀设备、易形成第三相等缺陷，亟需开发新型高效提取技术。

为突破技术瓶颈，浙江省级"尖兵""领雁"研发计划支持的研究团队创新性地设计出TiAP（磷酸三异戊酯）-FeCl?-n-C₈H₁₇Br（溴代正辛烷）三元萃取体系。通过绿色工艺合成的TiAP替代传统TBP（磷酸三丁酯），结合DFT理论计算与多参数优化实验，实现了盐湖卤水中锂的高效选择性提取。相关成果发表于《Desalination》期刊。

研究采用溶剂萃取结合理论计算的多学科方法：首先通过可控滴加法制备TiAP；采用单因素实验优化萃取体系参数（体积分数、O/A比、金属离子比）；利用ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱仪）测定离子浓度；通过DFT计算分析TiAP-Li⁺结合能与电子云分布；采用三阶段逆流萃取验证工业可行性。

实验方法
研究团队以POCl₃和异戊醇为原料，吡啶为酸结合剂，通过温和放热反应合成TiAP。相较于传统TBP合成路线，该工艺具有原子经济性高、副产物少的特点，为大规模生产奠定基础。

萃取过程
在8种候选稀释剂筛选中，n-C₈H₁₇Br因介电常数适宜（ε=7.1）、闪点高（>100°C）脱颖而出。实验表明，70% TiAP体积分数时体系达到最佳粘度平衡，Fe³⁺/Li⁺摩尔比1.5可最大化FeCl₄^-阴离子的协同作用。

结论
该研究取得三项突破性成果：

1. 工艺性能方面，单级萃取效率达85.18%，Li/Mg分离因子966.88较传统TBP体系提升276%，三阶段逆流萃取总效率达99.5%；
2. 机理层面，DFT计算首次揭示TiAP中P=O键与Li⁺的强配位作用（ΔG=-28.5 kcal/mol），以及FeCl₄^-对Mg²⁺的静电排斥效应；
3. 经济性上，Na₂CO₃再生体系可循环使用10次以上，设备腐蚀率降低83%。

这项研究不仅为盐湖锂资源开发提供了高效环保的新方案，其提出的"萃取剂结构-性能关系"理论模型更为其他稀贵金属分离技术开发提供了范式。未来通过放大实验验证工程可行性后，该技术有望在青海、西藏等中国西部高镁锂比盐湖实现工业化应用，助力新能源产业链可持续发展。