本发明公开了用仲酰胺/烷基酯复合溶剂从含镁卤水中分离镁提取锂的萃取体系、萃取方法和其应用。萃取体系中含有仲酰胺和烷基酯分别由其单一化合物或两种以上的混合物组成，分子中碳原子总数分别为12～18和8～20，萃取体系的凝固点小于0℃。在有机相与卤水相体积比1～10:1、卤水密度为1.25～1.38g/cm3和温度0～50℃下进行单级或多级逆流萃取，反萃取得到低镁锂比水相，经过浓缩、除杂与制备，分别得到氯化锂、碳酸锂和氢氧化锂产品。本发明的优异效果：仲酰胺萃取剂分子结构简单，容易生产，烷基酯改进复合溶剂的粘度等物理性质；Li+多级萃取率高，锂镁分离系数大，用水反萃取，酸碱消耗大大减少；萃取分离工艺流程短，萃取体系溶损小，具有良好的工业应用价值。