粉煤灰碳酸钠烧结工艺中影响锂浸出率因素的研究.pdf

2 0 1 5 年第4 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 7 d o i l O ．3 9 6 9 ／j ．i 皤n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 4 ．0 0 5 粉煤灰碳酸钠烧结工艺中影响锂浸出率因素的研究 代红，李彦恒，侯晓琪，侯永茹 河北工程大学河北省资源勘测研究重点实验室，河北邯郸0 5 6 0 3 8 摘要以粉煤灰和碳酸钠为原料，采用正交试验探讨了烧结时影响粉煤灰中锂浸出率的因素。结果表 明，在碳酸钠与粉煤灰以1 1 的比例在9 0 0 ℃焙烧2h 的条件下，锂浸出率可以达到6 5 ％。 关键词粉煤灰碱法；锂；烧结；浸出率；碳酸钠 中图分类号T F 8 2 6 ．3文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 4 一0 0 1 7 一0 3 S t u d yo fF a c t o r sE f f e c t i n gL i t h i u mL e a c h i n gR a t ef r o mC o a lA s hi n S o d i u mC a r b o n a t eS i n t e r i n gP r o c e s s D A IH o n g ，L IY a n h e n g ，H O UX i a o q i ，H o UY o n g r u K e yL a b o r a t o r yo fR e s o u r c eE x p l o r a t i o nR e s e a r c ho fH e b e iP r o v i n c e ，H e b e iU n i v e r s i t yo fE n g i n e e r i n g ，H a n d a n0 5 6 0 3 8 ，H e b e i ，C h i n a A b s t 髓c t T h ef a c t o r se f f e c t i n gl i t h i u ml e a c h i n gr a t ef r o mc o a la s hi ns o d i u mc a r b o n a t es i n t e r i n gp r o c e s s w e r ei n v e s t i g a t e db yo r t h o g o n a lt e s tw i t hc o a la s ha n ds o d i u mc a r b o n a t ea sr a wm a t e r i a l s ． T h er e s u l t s s h o wt h a tl i t h i u ml e a c h i n gr a t ei s65 ％b ya l k a l i n ep r o c e s sa f t e rr o a s t e da t9 0 0 ℃f o r2hw i t hm a s sr a t i oo f c o a la s ha n ds o d i u mc a r b o n a t eo f1 1 ． K e yw o r d s c o a la s h ；a l k a l i n ep r o c e s s ；l i t h i u m ；s i n t e r i n g ；l e a c h i n gr a t e ；s o d i u mc a r b o n a t e 锂是重要的化工原料，广泛应用于航空航天、核 聚变发电、锂离子电池等领域口七] 。锂燃烧能够产生 大量热量，可作为火箭助推燃料。锂电池[ 3 q 1 作为一 种新能源，未来的应用前景更广阔。锂所拥有的特 殊物理化学性质决定了它极高的战略价值，然而锂 作为一种微量元素，常以化合态赋存在其他矿物中， 且储量有限，这与当下我国对锂的巨大需求相矛 盾[ 5 ] 。因此，锂及其相关化合物的制备就显得尤为 重要。 近年来，煤中伴生锂矿成为研究的热点，从燃煤 产物粉煤灰中提取锂也获得空前的关注[ 6 。9 ] 。孙玉 壮等[ 1 “”3 研究发现准格尔煤田和平朔矿区煤中锂的 伴生矿物超常富集。粉煤灰具有以石英和莫来石为 主要晶相的玻璃体结构，在高温冷却形成微珠的过 程中，微观上形成短程的莫来石晶相，其表示式为 3 S i O 2 A l 。O 。；而其长程分布是十分无序的玻璃 态[ 1 3 。14 | 。粉煤灰只有在一定温度条件下转变为易于 发生反应的晶型，才能进一步与碳酸钠反应生成碳 酸锂，此为烧结过程；焙烧熟料经过碱浸使固相的锂 转入液相中，最终使锂以沉淀的形式被提取出来。 本文研究粉煤灰碳酸钠烧结工艺中影响锂浸出率的 因素，并通过试验取得最优工艺参数。 1试验 1 ．1 试验原料 试验所用粉煤灰来自山西平朔煤矿中煤燃烧后 的灰，化学成分 ％ S i O 4 5 ～6 5 、A l 。O 。2 0 ～3 5 ％、 F e 2 0 35 ～1 0 、C a O5 、T i 0 21 ．5 、L i0 ．0 4 。 收稿日期2 0 1 4 1 1 2 3 基金项目河北省自然科学基金项目 D 2 0 1 2 4 0 2 0 2 6 作者简介代红 1 9 9 0 一 ，女，河北邢台人，硕士研究生；通信作者李彦恒 1 9 8 2 一 ，男，河北正定人，硕士研究生． 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第4 期 化学试剂主要有无水碳酸钠、6 9 ％1 ％的硝酸溶 液、氢氟酸、3 8 ％盐酸，均为分析纯；电子纯高氯酸；锂标 准溶液 1 ．om g ／m L ；试验用水均为去离子水。 1 ．2 仪器设备 马弗炉 12 0 0 ℃ ；真空鼓风干燥箱；电磁搅拌 器；原子吸收光谱仪 P E A A S 7 0 0 。 1 ．3 试验方法及流程 以碳酸钠为助熔剂加粉煤灰混合均匀，放于马 弗炉中焙烧，冷却、磨碎，再经过碱浸使锂进入到溶 液中。加碳酸钠焙烧的目的是使粉煤灰中的 a ～“。O A l 0 。4S i O 转化成易于反应的8 一L i o A 1 O 。4 S i O ，晶型的转化也使粉煤灰的物理化学 性质发生了改变，更容易发生反应。 采用正交试验法考察碳酸钠用量 本文以粉煤 灰的倍数表示 、焙烧温度和焙烧时间对锂浸出率的 影响，具体试验步骤如下 将粉煤灰样品研磨后过o ．4 2m m 筛子，并按照 一定比例将其与无水碳酸钠混合均匀后置于刚玉坩 埚中，在马弗炉中焙烧一定时间后将坩埚取出并冷 却至常温。 将上述样品在研钵中充分研磨，配制1 0 0g5 ％ 的碳酸钠溶液于锥形瓶中，然后将磨细样品加到锥 形瓶中，将锥形瓶加塞放在电磁搅拌器 1 4 0 ℃ 上 搅拌2h 后取下，冷却至常温。 将上述样品过滤，采用火焰原子吸收光谱仪测 定滤液中的锂。 2 试验过程、结果与讨论 取粉煤灰1g 按L 。 3 3 正交试验表安排试验， 每组做两个平行，取平均值，正交试验结果见表1 。 表l 正交试验结果 T a b l e1R e s u I t so fo r t h o g 蚰a le x p e r i m e n t 试验号苏徽篇。苏 2 ．1 焙烧温度对浸出率的影响 试验结果表明，在9 0 0 ～10 0 0 ℃，温度对锂浸 出率的影响不太明显，在此温度范围内，增加温度， 锂浸出率上升趋势变化不大；但温度对焙烧产物硬 度的影响很大。总之，温度过低，焙烧反应不够完 全，温度过高，焙烧产物硬度增加，当反应温度超过 1o o o ℃时，焙烧产物会烧结成稳定的玻璃状态，导 致硬度增加，并附着在刚玉坩埚上，使试验难于进 行，综合考虑，以9 0 0 ℃为最佳。 2 ．2 碳酸钠用量对浸出率的影响 由表1 可知，粉煤灰与碳酸钠的比例对锂浸出 率有很大的影响，随着碳酸钠用量的增加，锂浸出率 逐渐增加，但碳酸钠的含量过高反而会使锂浸出率 降低，因为粉煤灰与碳酸钠的比例过大时，焙烧产物 容易烧结，形成稳定的玻璃态并附着在刚玉坩埚上， 使试验难以进行；比例过小时，反应不完全，碳酸钠 熔融状态下不能完全把锂置换出来。综合考虑锂浸 出率和成本，粉煤灰与碳酸钠的比例选择1 1 。 2 ．3 焙烧时间对浸出率的影响 试验结果表明，焙烧时间对锂浸出率的影响不 太明显，随着焙烧时间的增加，锂浸出率逐渐增加， 但当焙烧时间达到2h 后反而略有下降。粉煤灰在 没有经过焙烧时锂浸出率极低，可能是因为未经过 焙烧的粉煤灰比较稳定，不易反应；焙烧时间过短， 原料反应不完全；焙烧时间过长，能耗增加。综合考 虑浸出率和能耗的关系以2h 为最佳。 锂以离子形式进入到溶液中后，采用离子筛 由 L i o H 和M n O 。以1 1 0 的比例在6 0 0 ℃焙烧3h 制得 吸附，然后再用盐酸 o ．5m 0 1 ／L 洗脱，最后 用2 0 ％的碳酸钠溶液与洗脱液中的锂离子反应生 成碳酸锂。 3结论 加入碳酸钠对粉煤灰进行烧结处理后碱浸，将 粉煤灰中锂转入溶液，最佳烧结条件为焙烧温度 9 0 0 ℃，粉煤灰与碳酸钠质量比1 1 ，焙烧时间2h ， 在此条件下锂的浸出率能够达到6 5 ％。 参考文献 [ 1 ] 陈婷，康自华．我国锂资源及其开发技术进展[ J ] ．广东 微量元素科学，2 0 0 7 ，1 4 3 6 9 ． [ 2 ] 林大泽．锂的用途及其资源开发[ J ] ．中国安全科学学 报，2 0 0 4 ，1 4 9 7 2 7 7 ． [ 3 ] 杨晶晶，秦身钧，张健雅，等．锂提取方法研究进展与展 ∞∞∞∞∞∞喊喊似 9 9 9 g 9 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9一托鲍蚝R 万方数据 2 0 1 5 年第4 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 望[ J ] ．化工矿物与加工，2 0 1 2 ，4 1 6 4 4 4 6 ． [ 4 ] 邓菲菲．锂的提取方法研究进展[ J ] ．沈阳工程学院学 报自然科学版，2 0 1 0 ，6 3 2 8 5 2 8 8 ． [ 5 ] S u nY u z h u a n g ，L iY a n h e n g ，Z h a oC u n l i a n g ． C o n c e n t r a t i o n so fL i t h i u mi nc h i n e s ec o a l s [ J ] ． E n e r g yE x p l o r a t i o n8 LE x p l o i t a t i o n ，2 0 1 0 ，2 8 2 9 7 1 0 4 ． [ 6 ] s u nY u z h u a n g ，z h a oc u n l i a n g ，L iY a n h e n g ，e ta 1 ． R e l a t i o n s h i pb e t w e e nl i t h i u me n r i c h m e n ta n do r g a n i cm a t t e ri nC o a lS e a m6f r o mt h eG u a n b a n w u s uI v I i n e ，I n n e r M o n 9 0 1 i a ，c h i n a [ c ] ／／2 9 t hA n n u a lM e e t i n go ft h eS o c i e t yf o r0 r g a n i cP e t r o l o g y ，P r o g r a ma n dA b s t r a c t s ， 2 0 1 2 a ，2 9 1 1 4 一1 1 6 ． [ 7 ] S u nY u z h u a n g ，Y a n gJ i n g j i n g ，Z h a oC u n l l a n g ． M i n i m u mm i n i n gg r a d eo fa s s o c i a t e dL id e p o s i t si nc o a l s e a m s [ J ] ．E n e r g yE x p l o r a t i o n8 LE x p l o i t a t i o n ，2 0 1 2 b ， 3 0 2 1 6 7 1 7 0 ． [ 8 ] s e r e d i nVV ，D a iS h i f e n g ，S u nY u z h u a n g ，e ta 1 ． c o a l d e p o s i t sa sp r o m i s i n gsourceso fr a r em e t a l sf o ra l t e r n a t i v ep o w e ra n de n e r g 卜e f f i c i e n tt e c h n 0 1 0 9 i e s [ J ] ． A p p l i e d G e o c h e m i s t r y ，2 0 1 3 ，3 1 1 1 1 ． [ 9 ] K h a n c h u kAI ，I v a n o vVV ，B l o k h i nMG ，e ta 1 ．C o a ld e p o s i t sa sp r o m i s i n gs o u r c e so fl i t h i u m [ J ] ． T h eS o c i e t y f o r0 r g a n i cP e t r o l o g yN e w s l e t t e r ，2 0 1 3 ，3 0 4 1 3 1 5 ． [ 1 0 ] s u nY u z h u a n g ，Z h a oC u n 一1 i a n g ，Z h a n gJ i a r l - y a ，e ta 1 ． C o n c e n t r a t i o n so fv a h 】a b l ee l e m e n t so ft h ec o a l sf r o m t h eP i n g s h u oM i 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J ] ．粉 煤灰综合利用，2 0 0 1 1 2 6 3 1 ． [ 1 4 ] 钱觉时，王智，吴传明．粉煤灰的矿物组成 中 [ J ] ．粉 煤灰综合利用，2 0 0 1 2 3 7 4 1 ． 有色金属 冶炼部分 订阅及开通网上投稿启事 有色金属 冶炼部分 是全国中文核心 全年1 2 0 元，邮发代号2 4 6 4 ，欢迎新老读者 本刊网站已经开通，在 线投稿，网址h t t p ／／y s y l ． 期刊，本刊2 0 1 5 继续订阅本刊 年定价每册1 0 元， 线投稿系统也同时投人使用，请广大作者登录网站在 b g r i m m ．c n 。 万方数据