复杂难分离体系的分离是化工、能源和环境领域的难题。中国盐湖卤水中镁锂比高，部分卤水含有钙离子，锂离子的分离提纯非常困难;锂同位素6Li和7Li是核裂变和核聚变的核心原料，绿色高效的锂同位素分离是核能发展的关键环节。本论文以高镁锂比盐湖卤水锂提取和锂同位素分离为研究对象，系统研究难分离体系分离的化学交换技术。　　本文首先建立了锂同位素的化学交换理论，采用膜化学交换技术，实现了锂同位素的多级分离;然后，根据化学交换理论，进行盐湖卤水中锂镁和锂钙的交换实验，实现了盐湖卤水中锂的提取、产品纯度的量化控制。　　在锂同位素富集的研究工作中，本文首先系统考察了萃取剂浓度、锂负载量、水相碱度、碱处理以及混合时间对锂同位素萃取剂萃取性能的影响，并采用串级实验模拟多级逆流萃取，该研究结果表明水相中碱的浓度对萃取具有促进作用，萃取剂可负载0.2mol/L的锂离子;本部分研究还通过单级萃取以及单级化学交换确定了该萃取体系的锂同位素分离系数为1.012。然后本论文以该萃取体系为基础，阐述锂同位素化学交换级联模型，建立了富集级数、回流交换比、取料量与产品丰度之间的关联式，并指出最大取料量只与进料丰度和分离系数有关。　　本论文提出了膜化学交换技术，并进行锂同位素的多级富集研究。首先制备了聚乙烯乙烯醇中空纤维膜材料，优选了3℃为膜制备的凝胶浴温度，并通过扩散和膜萃取实验研究锂离子传质过程中的影响因素;膜材料的稳定性实验结果表明该材料具有优异的化学稳定性，适合膜化学交换应用。然后采用该膜材料制备4寸膜组件，进行了三次膜化学交换实验，实现了锂同位素的多级富集，膜的传质单元高度分别达到了1.2m、0.87m以及0.88m，并建立了膜萃取通量与膜化学交换之间的关联式。　　本论文还在锂同位素化学交换理论基础上，进行了高镁锂盐湖卤水锂提取中的锂镁和锂钙交换研究，验证了化学交换理论。首先采用液液萃取和单液滴实验，对盐湖卤水锂的萃取剂-NaFeCl4*2TBP进行热力学、动力学研究;循环实验结果表明，该萃取剂经再生后的萃取性能较为稳定。然后，本论文采用该萃取剂进行高镁锂比卤水锂提取的锂镁和锂钙交换实验研究。在锂镁交换的研究中，以西台吉乃尔盐湖卤水为原料，首先通过液液萃取确定锂镁化学交换工艺段的进料参数，然后进行锂镁交换理论计算，并通过串级实验模拟了多级逆流过程，验证了理论计算结果，并量化了回流交换量与产品纯度的关系，最终产品纯度达到了99.1％。在锂钙交换的研究中，以察尔汗盐湖卤水为原料，首先进行液液萃取，确定锂钙交换工艺段的进料参数，然后进行锂钙化学交换计算，并利用串级实验模拟多级逆流过程，验证了理论计算结果，并得到回流交换量、交换理论级数与产品丰度的定量关系，最终产品的纯度达到了98.7％。此外，在锂镁和锂钙交换研究中，锂的收率超过了90％，并且产品中锂的浓度达到了4mol/L以上。　　综上所述，本论文的研究建立了锂同位素化学交换理论，确定了影响产品丰度的主要因素，提出了膜化学交换，并采用该技术实现了多级锂同位素的富集;针对盐湖卤水锂提取工艺过程中的萃取剂进行了系统的研究;同时将锂同位素化学交换理论应用到高镁锂比盐湖卤水中的锂镁和锂钙交换中，实现了锂的提取、产品纯度的量化控制。研究成果为锂同位素分离和盐湖卤水锂资源利用提供了重要的基础数据和理论依据。