碱金属的制备与纯化

doi:10.12461/PKU.DXHX202502111

摘要/Abstract

摘要： 碱金属的应用日益广泛，其制备和纯化手段是无机合成的应用范例。随着新能源技术的发展，碱金属制备知识的系统介绍显得愈发重要。基于教学中“学以致用”的理念，本文拟在文献查阅和分析的基础上，较系统地介绍碱金属的制备和纯化知识，重点关联技术中的化学原理，着重介绍中国学者针对盐湖提锂的杰出工作，为化学专业学生和相关行业从业者提供参考。

关键词: 碱金属, 制备, 纯化, 盐湖提锂

Abstract: Alkali metals find increasingly widespread applications, with their preparation and purification methods serving as exemplary cases in inorganic synthesis. Given the rapid advancement of new energy technologies, a systematic presentation of alkali metal preparation knowledge has become particularly crucial. Guided by the pedagogical principle of “learning for practical application”, this article systematically reviews the preparation and purification of alkali metals based on literature research and analysis. Special emphasis is placed on correlating chemical principles with technological processes, with particular attention given to highlighting the outstanding contributions of Chinese researchers in lithium extraction from salt lakes. This work aims to provide valuable reference for chemistry students and industry practitioners.

Key words: Alkali metal, Preparation, Purification, Lithium extraction from salt lake

袁文玉, 王颖, 李淑妮, 朱晓林, 翟全国, 高胜利. 碱金属的制备与纯化[J]. 大学化学, 2026, 41(2): 218-231.

Wenyu Yuan, Ying Wang, Shuni Li, Xiaolin Zhu, Quanguo Zhai, Shengli Gao. Preparation and Purification of Alkali Metals[J]. University Chemistry, 2026, 41(2): 218-231.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.12461/PKU.DXHX202502111

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2026/V41/I2/218

参考文献

[1] 张强, 郭玉国. 物理化学学报, 2021, 37 (1), 2011061.
[2] Cheng, Y.; Li, M.; Yang, X.; Lu, X.; Wu, D.; Zhang, Q.; Zhu, Y.; Gu, M. Nano Lett. 2022, 22 (23), 9614.
[3] Lindsey, J, L. Applied Illumination Engineering, 2nd ed.; Fairmont Press: State of Michigan, U.S., 1991; pp. 15–16.
[4] Lerner, L. Small-Scale Synthesis of Laboratory Reagents with Reaction Modeling, 1st ed.; CRC Press: New York, U.S., 2011; pp. 13–15.
[5] Koohi-Fayegh, S.; Rosen, A. J. Energy Storage 2020, 27, e101047.
[6] Hittinger, E.; Ciez, R. E. Annu. Rev. Env. Re. 2020, 45, 445.
[7] Ranman, M. M.; Oni, A. O.; Gemechu, E.; Kumar, A. Energ. Convers. Manage. 2020, 223, e113295.
[8] Andriollo, M.; Benato, R.; Sessa, S. D.; Di, Pietro, N.; Hirai, N.; Nakanishi, Y.; Senatore, E. J. Energy Storage 2016, 5, 146.
[9] Liu, L.; Lin, Z.; Chane-Ching, J. Y.; Shao, H.; Taberna, P, L.; Simon, P. Energy Storage Mater. 2019, 19, 306.
[10] Choi, S. H.; Lee, S. J.; Yoo, D. J.; Park, J. H.; Park, J. H.; Ko, Y. N.; Park, J.; Sung, Y. E.; Chung, S. Y.; Kim, H. et al. Adv. Energy Mater. 2019, 9 (41), 1902278.
[11] 李明, 赵乾乾, 刘艺伟, 高存, 王岭. 唐山学院学报, 2021, 34 (6), 42.
[12] Martin, J, L.; McKenzie, C, R.; Thomas, N, R.; Warrington1, D, M.; Wilson1et, A, C. J. Phys. B. 1999, 32 (12), e3065.
[13] Li, Z. M.; Wakai, R. T.; Walker, T. G. Appl. Phys. Lett. 2006, 89 (13), e134105.
[14] Housecroft, C. E.; Sharpe, A, G. Inorganic Chemistry, 3rd ed.; Pearson Education Limited: London, England, 2008; pp. 105–109.
[15] Averill, B.; Eldredge, P. General Chemistry: Principles, Patterns, and Applications, 1st ed.; Pearson Benjamin Cummings: San Francisco, U.S., 2007; pp. 116–117.
[16] Stria Lithium Corporate Presentation. [2024-11-14]. http://strialithium.com/
[17] Baker, P. S.; Wells, G. F.; Rathkamp, W. R. J. Chem. Educ. 1954, 31 (10), 515.
[18] 谢苏云, 彭晓东, 郑笑芳, 魏群义. 轻金属, 2012, 49 (6), 21.
[19] 狄跃忠, 彭建平, 王耀武, 冯乃祥. 真空科学与技术学报, 2012, 32 (7), 588.
[20] 李继东, 张保国, 张明杰. 真空科学与技术学报, 2014, 34 (12), 1366.
[21] Pearson, B. Speciality Chemicals, 1st ed.; Springer Dordrecht: Dordrecht, Netherlands, 1991; pp. 242–253.
[22] 戴自希, 李树枝. 中国地质, 2002, 260 (1), 45.
[23] 汪镜亮. 化工矿物与加工, 1999, 28 (12), 1.
[24] 苏慧, 朱兆武, 王丽娜, 齐涛. 材料导报, 2019, 33 (13), 2119.
[25] 苏彤, 郭敏, 刘忠, 李权. 盐湖研究, 2019, 27 (3), 104.
[26] 尹红军, 邓天龙, 李栋婵. 无机盐工业, 2000, 41 (5), 1.
[27] 高峰, 郑绵平, 乜贞, 刘建华, 宋彭生. 地球学报, 2011, 32 (4), 483.
[28] 宋彭生, 项仁杰. 矿床地质, 2014, 33 (5), 977
[29] 乜贞, 卜令忠, 郑绵平. 地球学报, 2010, 31 (1), 95
[30] 朱加乾, 徐宝金, 宋学文, 陈波. 金属矿山, 2018, No. 8, 62.
[31] 李燕茹, 袁建军, 朱亮, 沙作良, 杨美洁, 左癑华. 无机盐工业, 2013, 45 (7), 12.
[32] 徐徽, 许良, 陈白珍, 石西昌, 杨鑫. 中南大学学报(自然科学版), 2009, 40 (1), 36.
[33] Mysen, B. O.; Virgo, D.; Scarfe, C. M. Am Mineral 1980, 65 (7–8), 690.
[34] 张宝全. 化工矿物与加工, 2009, 38 (1), 1.
[35] 曹兆江, 高敏, 宁占玉, 王雯. 化工设计通讯, 2019, 45 (6), 190.
[36] 祝增虎, 朱朝梁, 温现明, 诸葛芹, 凌宝萍. 盐湖研究, 2008, 16 (3), 64.
[37] 舒启溢. 锂云母浸取锂制备碳酸锂的工艺研究[博士学位论文]. 南昌: 南昌大学, 2012.
[38] 冯怡利, 付希禄, 刘尧. 轻金属, 2018, No. 4, 17.
[39] 张小龙. 科技资讯, 2017, 15 (30), 107.
[40] 杨建元, 夏康明. 用高镁含锂卤水生产碳酸锂、氧化镁和盐酸的方法: 中国, CN1724372[P]. 2006-01-25.
[41] 杨建元, 夏康明. 一种生产高纯镁盐、碳酸锂、盐酸和氯化铵的方法: 中国, CN1724373[P]. 2006-01-25.
[42] 胡启阳, 李新海, 王志兴, 郭华军. 一种干法脱镁从高镁锂比盐湖卤水预脱镁富集锂的方法: 中国, CN101508449[P]. 2009-08-19.
[43] 宋彭生, 项仁杰. 矿床地质, 2014, 33 (5), 977.
[44] 李亚红, 宋彭生, 高世扬, 夏树屏. 盐湖研究, 2000, 8 (3), 69.
[45] Hsh, K.J.; Siegenthaler, C. Sedimentology 1969, 12, 11.
[46] 陈延成, 钱作华, 李博昀. 化工矿产地质, 1998, 1, 49.
[47] 孙淑英, 叶帆, 宋兴福, 李云钊, 汪瑾, 于建国. 无机化学学报, 2011, 27 (3), 439.
[48] Zhang, L.; Li, L.; Shi, D.; Peng, X.; Song, F.; Nie, F.; Han, W. Hydrometallurgy 2018, 175, 35.
[49] Zhang, L.; Li, L.; Shi, D.; Li, J.; Peng, X.; Nie, F. Sep. Purif. Technol. 2017, 188, 167.
[50] Shi, C.; Jing, Y.; Xiao J.; et al. Sep. Purif. Technol. 2017, 172, 473.
[51] Ji, L.; Hu, Y.; Li, L.; Shi, D.; Li, J.; Nie, F.; Liu, Z. Hydrometallurgy 2016, 162, 71.
[52] Jang, E.; Jang, Y., Chung, E. Appl. Geochem. 2017, 78, 343.
[53] 许庆仁. 有机化学, 1979, 1 (4), 13.
[54] 朱慎林, 朴香兰, 缑泽明. 清华大学学报(自然科学版), 2000, 40 (10), 47.
[55] 张桂平, 秦炜, 谭元忠, 戴猷元. 清华大学学报(自然科学版), 2010, 50 (3), 430.
[56] 曹金磊. 有机膦萃取剂制备及其用于萃取锂离子的研究[博士学位论文]. 成都: 成都理工大学, 2014.
[57] 时东, 李丽娟, 宋富根, 彭小五, 姬连敏, 宋雪雪, 张利诚, 聂锋, 曾忠民, 刘志启.盐湖研究, 2017, No. 1, 57.
[58] 盛怀禹, 李蓓莉, 陈耀焕, 盛怀禹, 李蓓莉, 陈耀焕, 袁群, 许庆仁, 严金英, 姚介兴, 等. 化学学报, 1995, 53 (7), 689.
[59] 赵晓乐, 梁渠, 蔡静. 化学研究与应用, 2016, 28 (8), 1098.
[60] Ji, L.; Li, L.; Shi, D.; Li, J.; Liu, Z.; Xu, D.; Song, X. Hydrometallurgy 2016, 164, 304.
[61] Zhang, L.; Shi, D.; Li, L.; Peng, X.; Song, F.; Rui, H. J. Mol. Liq. 2019, 274, 746.
[62] Song, J.; Li, X. M.; Zhang, Y.; Yin, Y.; Zhao, B.; Li, C.; Kong, D.; He, T. J. Membrane Sci. 2014, 471, 372.
[63] Song, J.; Huang, T.; Qiu, H.; Li, X. M.; He, T. Hydrometallurgy 2017, 173, 63.
[64] Shi, C.; Jia, Y.; Zhang, C.; Liu, H.; Jing, Y. Fusion. Eng. Des. 2015, 90, 1.
[65] Shi, C.; Jing, Y.; Xiao, J.; Wang, X.; Jia, Y. Hydrometallurgy 2017, 169, 314.
[66] Shi, C.; Jing, Y.; Jia, Y. J. Mol. Liq. 2016, 215, 640.
[67] 康锦, 卫丽娜, 成怀刚. 无机盐工业, 2022, 54 (1), 1.
[68] 石成龙, 宋桂秀, 秦亚茹, 王兴权, 刘兵, 李宏霞, 李海朝. 化学工程, 2020, 48 (2), 16.
[69] 宋桂秀, 秦亚茹, 石成龙, 王兴权, 李宏霞, 张净净. 广东化工, 2019, 46 (17), 13.
[70] 李慧芳. TBP萃取体系从盐湖卤水中分离提取锂的机制及关键因素研究[博士学位论文]. 西宁: 中国科学院青海盐湖所, 2019.
[71] 张丽芬, 邢学永, 王文娟, 万洪强, 宁顺明, 佘宗华, 李肇佳, 矿冶工程, 2020, 40 (5), 94.
[72] 贾旭宏, 李丽娟, 曾忠民, 刘志启, 张燕辉. 无机盐工业, 2011, 43 (8), 29.
[73] 范佳惠. 从高镁锂比盐湖卤水中共萃提锂的新型共萃剂和稀释剂的开发与应用研究[博士学位论文]. 北京: 北京化工大学, 2020.
[74] 蒋应平, 薛宇飞, 邓超群. 有色金属工程, 2021, 11 (11), 41.
[75] 赵汝真, 魏琦峰, 任秀莲. 应用化工, 2021, 50 (6), 1690.
[76] 罗清平, 郭朋成, 杨志平, 李存增, 张海燕, 陈亮, 周敏, 郎哲思, 陈鹏, 马宁, 等. 湿法冶金, 2012, 31 (3), 152.
[77] Lemaire, J.; Svecova, L.; Lagallarde, F.; Laucournet, R.; Thivel, P, X. Hydrometallurgy 2014, 143, 1.
[78] 张绍成,马培华,邓小川. 吸附法从盐湖卤水中提取锂的方法: 中国, 1511964A [P]. 2004-07-14.
[79] Xiao, J, L.; Sun, S, Y.; Song, X, F.; Li, P.; Yu, J, G. Chem. Eng. J. 2015, 279, 659.
[80] Park, H.; Singhal, N.; Jho, E. H. Water Res. 2015, 87, 320.
[81] 赵旭, 张琦, 武海虹, 郝晓翠, 王亮, 黄西平. 化学进展, 2017, 29 (7), 796.
[82] 董茜, 朴香兰, 朱慎林. 盐业与化工, 2007, 36 (3), 31.
[83] 李茹, 刘昉. 现代化工, 2017, 37 (8), 132.
[84] 陈亮. 吸附法从盐湖卤水中提取锂的研究[博士学位论文]. 北京: 北京化工大学, 2020.
[85] 卞维柏, 潘建明. 化工进展, 2020, 39(6), 2206.
[86] 路青强, 陈琳琳, 巢艳红, 李小为, 蒋磊, 朱文帅. 化工进展, 2021, 40 (z1), 1.
[87] 史丹丹, 许乃才. 应用化工, 2021, 50 (11), 3125.
[88] 张瑞, 钟静, 林森, 于建国. 化工学报, 2021, 72 (12), 6291.
[89] 陈琳琳, 李小为, 蒋磊, 马鹏飞, 杨伟伟, 朱贤荣, 巢艳红, 朱文帅. 当代化工研究, 2021, No. 21, 4.
[90] 钟辉. 用碳化法从高镁锂比盐湖卤水中分离镁锂制取碳酸锂的方法: 中国, CN1335263[P].2002-02-13.
[91] 郑绵平, 郭珍旭, 张永生, 杨卉芃, 卜令忠, 李琦, 邓月金, 赵元艺, 张克仁. 从碳酸盐型卤水中提取锂盐方法: 中国, CN1270927[P]. 2000-10-25.
[92] Kanoh, H.; Ooi, K.; Miyai, Y.; Katoh, S. Sep. Sci. Technol. 1993, 28 (1–3), 643.
[93] Pasta, M.; Battistel, A.; La, Mantia, F. Energy Environ. Sci. 2012, 5 (11), 9487.
[94] Trócoli R., Battistel A.; La, Mantia F. ChemSusChem 2015, 8 (15), 2514.
[95] Lawagon, C. P.; Nisola, G. M.; Cuevas, R. A. I.; Kim, H.; Lee, S. P.; Chung, W. J. Chem. Eng. J. 2018, 348, 1000.
[96] Du, X.; Guan, G.; Li, X.; Jagadale, A. D.; Ma, X.; Wang, Z.; Abudula, A. J. Mater. Chem. A 2016, 4 (36), 13989.
[97] Zhang, H.; Du, X.; Ding, S.; Wang, Q.; Chang, L.; Ma, X.; Pen, C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2019, 21 (15), 8133.
[98] Ji, Z. Y.; Zhao, M. Y.; Zhao, Y. Y.; Liu, J.; Peng, J. L.; Yuan, J. S. Solid State Ionics 2017, 301, 116.
[99] Wang, Q.; Du, X., Gao, F.; Liu, F.; Liu, M.; Hao, X.; Abudula, A. Sep. Purif. Technol. 2019, 226, 59.
[100] Zhao, X.; Feng, M.; Jiao, Y.; Zhang, Y.; Wang, Y.; Sha, Z. Desalination 2020, 481, 114360.
[101] Li, Z.; Chen, I. C.; Cao, L.; Liu, X.; Huang, K. W.; Lai, Z. Science 2024, 385, 1438.
[102] 宋卫得, 王海增, 刑坤, 郭鲁钢, 李冬梅. 盐湖研究, 2006, 14 (4), 56.
[103] Sun, S. Y.; Cai, L. J.; Nie, X. Y.; Song, X.; Yu, J. G. J. Water Proc. Eng. 2015, 7, 210.
[104] Song, J.; Li, X. M.; Zhang, Y.; Yin, Y.; Zhao, B.; Li, C.; He, T. J. Membrane Sci. 2014, 471, 372.
[105] Iizuka, A.; Yamashita, Y.; Nagasawa, H.; Yamasaki, A.; Yanagisawa, Y. Sep. Purif. Technol. 2013, 113, 33.
[106] Ji, Z. Y.; Chen, Q. B.; Yuan, J. S.; Liu, J.; Zhao, Y. Y. Feng, W. X. Sep. Purif. Technol. 2017, 172, 168.
[107] Zhang, C.; Mu, Y.; Zhang, W.; Zhao, S.; Wang, Y. J. Memb. Sci. 2020, 596, 117724.
[108] Xu, T.; Shehzad, M. A.; Yu, D.; Li, Q.; Wu, B.; Ren, X.; Xu, T. ChemSusChem 2019, 12 (12), 2593.
[109] Sun, D.; Zhu, Y., Meng, M.; Qiao, Y.; Yan, Y.; Li, C. Sep. Purif. Technol. 2017, 175, 19.
[110] Zhang, J.; Cui, X., Yang, F.; Qu, L., Du, F.; Zhang, H.; Wang, J. Macro. Mater. Eng. 2019, 304 (1), 1800567.
[111] 孟庆伟, 张峰, 陈璐, 夏永生, 居沈贵, 邢卫红. 化工学报, 2017, 68 (5), 1899.
[112] Cui, J.; Zhang, Y.; Wang, Y.; Ding, J.; Yu, P.; Yan, Y.; Zhou, Z. New J. Chem. 2018, 42 (1), 118.
[113] Ge, L.; Wu, B.; Li, Q.; Wang, Y.; Yu, D.; Wu, L.; Xu, T. J. Memb. Sci. 2016, 498, 192.
[114] Jiang, C.; Wang, Y.; Wang, Q.; Feng, H.; Xu, T. Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53 (14), 6103.
[115] Qiu, Y.; Yao, L.; Tang, C.; Zhao, Y.; Zhu, J.; Shen, J. Desalination 2019, 465, 1.
[116] Zhao, Y.; Wang, H.; Li, Y.; Wang, M.; Xiang, X. Desalination 2020, 493, 114620.
[117] Sutijan S.; Darma S. A.; Hananto, C. M.; Sujoto, V. S. H.; Anggara, F.; Jenie, S. N. A.; Astuti, W.; Mufakhir, F. R.; Virdian, S.; Utama, A. P.; et al. Membranes 2023, 13 (1), 86.
[118] Meng, W.; Chen, S.; Guo, Z.; Gao, F.; Wang, J.; Lu, J.; Hou, Y.; He, Q.; Zhan, X.; Qiu, M.; et al. Nat. Water 2025, 3, 191.
[119] 江瑜, 袁小武, 胡蕴成. 东方电气评论, 2013, 27 (1), 1.
[120] 陈德皓. 化工管理, 2017, 20, 174.
[121] Desir, D. Cold trap for purifying liquid sodium containing impurities. US4737281, 1988-04-12.
[122] 朱睿, 唐光盛, 阴宛珊. 东方电气评论, 2019, 33 (3), 10.
[123] 张建刚, 高文龙, 曹旭, 陈学航, 刘振东. 无机盐工业, 2015, 47 (9), 10.
[124] 夏雯, 刘淑凤, 张丽民. 有色金属科学与工程, 2013, 4 (4), 36.
[125] 冯渐超, 吴强. 黎明化工, 1995, No. 5, 27.
[126] 刘慧玲. 金属钾生产线自动监控系统的研究与设计[博士学位论文]. 南京: 南京理工大学, 2011.
[127] 稀有金属编写组. 锂、铷、铯. 北京: 冶金工业出版社, 1974: 5–11.
[128] Mineral commodity profiles: cesium. [2024-12-17]. https://pubs.usgs.gov/of/2004/1432/2004-1432.pdf
[129] Burt, R. O.; Cesium and cesium compounds. Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology, 4th ed.; John Wiley Sons Inc: New York, US, 1993; pp. 749–764.
[130] 日本化学会. 稀有金属制取. 董万堂, 译. 北京: 中国工业出版社, 1963: 33–39.
[131] Perey, M. J. Phys. Radium. 1939, 10 (10), 435.
[132] Lide, D. R. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 87th ed.; CRC Press: Boca Raton, U.S., 2006; pp. 180–181.
[133] Kase, T.; Konashi, K.; Takahashi, H.; Hirao, Y. J. Nucl. Sci. Technol. 1993, 30 (9), 911.
[134] 江玲玲, 钟永恒, 刘佳, 李晓妍, 王辉, 李玉婷, 葛飞. 无机盐工业, 2021, 53 (3), 12.
[135] 辛国山, 李开梅, 王海平，刘青青. 盐科学与化工, 2024, 53 (10), 4.
[136] 张建锋. 盐湖卤水中铷铯资源的高效分离提取[博士学位论文]. 北京: 中国科学院大学, 2019.
[137] Chen, X.; Hu, W. Nat. Sustain. 2024, 7 (12), 1672.
[138] Chen, X. Nat. Water 2023, 1, 808
[139] 李光裕, 赵晓昱, 邹林, 王歌, 王彦飞, 沙作良. 盐科学与化工, 2017, 46 (6), 35.
[140] 罗清龙, 董明哲, 李军, 刘忠, 吴志坚, 叶秀深, 黄雪莉, 王雪莹, 周婷婷. 盐湖研究, 2023, 31 (1), 106.
[141] 科技日报/2021年12月20日第2版. [2024-12-17]. http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2021-12/20/node_3.htm