新型捕收剂在锂辉石浮选中的作用机理及表面化学分析.pdf

中图分类号 U D C T D 9 5 4 6 2 0 硕士学位论文 学校代码 密级 1 0 5 3 3 公珏 新型捕收剂在锂辉石浮选中的作用机理及表面化学分析 T h eM e c h a n i s ma n dS u r f a c ec h e m i c a la n a l y s i so fn e w c o l l e c t o ra c tw i t hs p o d u m e n e 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 昌I J 指导教师 论文答辩日期垫丝圭皇璺} 旧 冯木 矿业工程 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 胡岳华教授 孙伟教授 答辩委员会主最鞋 中南大学 2 0 1 3 年5 月 万方数据 学位论文原创性声明 『『I I I I I II I I I I I II I I I I II II Ii Y 2 6 8 4 5 5 0 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 彳 油酸钠 H Z ，C M C 值M E S H Z 。过强的起泡性 对浮选行为不利，在保证气泡量的情况下，H Z 的浮选效果较优。吸 附量计算表明在最佳浮选浓度下，捕收剂在气～液间的吸附量F H z r 油酸钠 r M 脚根据吸附迁移假说，表面活性剂在气液间的吸附量越大 表明其迁移到气固相的物质越多，这与吸附量试验结果抑制，间接地 验证了H Z 良好的捕收性能。 关键词捕收剂；锂辉石；浮选；表面性质；起泡性；机理 分类号T D 9 5 4 I I 万方数据 T h eM e c h a n i s ma n dS u r f a c ec h e m i c a la n a l y s i so fn e w c o l l e c t o ra c tw i t hs p o d u m e n e A b s t r a c t W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f m o b i l ep o w e ri n d u s t r y , d e m a n d o fl i t h i u mr e s o u r c e sg r o w i n gw i t he a c hp a s s i n gd a y ．A st h em a j o r r e s o u r c eo fl i t h i u mo r e ，h o wt oe f f i c i e n t l ye x p l o i ta n du t i l i z es p o d u m e n e r e m a i n sa sa nu r g e n tp r o b l e mt ob es e t t l e d ．H o w e v e r ，w i t ht h ew i d e s p r e a do fn ond e s l i m i n gt e c h n o l o g yi na l k a l i n ee n v i r o n m e n t ，f l o t a t i o n p r o c e s so fs p o d u m e n eh a sb e e ng r e a t l ys i m p l i f i e da n di sc o n t i n u i n gt o m a t u r e ．B e s i d e s ，p u l pc a nb er e g u l a t e da n dg a n g u eb ei n h i b i t e dw i t ht h e a d d i t i o no fr e g u l a t o r sa sN a 2 C 0 3 、N a o H 、N a 2 S ．S oe x p l o r i n gm o r e e f f e c t i v ea n de n v i r o n m e n tf r i e n d l yc o l l e c t o r sw h i c hc a ni m p r o v et h e s p o d u m e n ef l o t a t i o nr e s u l tm a y b ea ne f f e c t i v em e a n s ． T h i sa r t i c l eb a s e do nN a t i o n a lK e yT e c h n o l o g yS u p p o r tP r o g r a m ． A p p l i c a t i o n o fn e wc o l l e c t o r si n s p o d u m e n e f l o t a t i o na n dt h e c o r r e s p o n d i n g m e c h a n i s m sw e r er e s e a r c h e d ，a n dr e a s o n sf o rs u c h c o l l e c t i n ga b i l i t y d i f f e r e n c e sw e r ee x p l o r e dt h o u g hs u r f a c ec h e m i c a l a n a l y s e s ． P u r em i n e r a lf l o t a t i o nt e s tr e s u l ts h o w st h a ts e p a r a t i o np e r f o r m a n c e o ft w e l v ea l k y ls u c c i n i ca m i d e H Z i sh i g h e rt h a ns o d i u mo l e a t e ，a n d s o d i u mo l e a t ea c t sa se q u a la sf a t t ya c i dm e t h y le s t e rs u l f o n a t e M E S ．H Z a c t sb e t t e ri n1 0 w ．a c i dc o n d i t i o n ，s o d i u mo l e a t ei n1 0 W a l k a l i n ep u l p ，a n d ⅧSa c t sw e l li nw i d ep Hr a n g e ．c d ，F e j 十C a nb ea c t i v a t o r si n s p o d u m e n ef l o t a t i o nw i t hc o l l e c t o ro fs o d i u mo l e a t e ，b u td e p r e s s a n t sf o r t h a to fH Za n dM 匝S ．T h ec o m b i n e dc o l l e c t o r ss u c ha ss o d i u m o l e a t e H Z 5 la r em o r ee 伍c i e n tt h a no t h e rc o l l e c t o r ss u c ha ss o d i u m o l e a t e ，H Z ，M E Sa n dc o m b i n e dc o l l e c t o r so fs o d i u mo l e a t e M E S 5 1 ． C l o s e dc i r c u i tt e s to ft h er e a lo r ec o n t a i n i n g1 ．4 ％L is h o w st h a tu s i n gt h e c o m b i n e dc o l l e c t o ro fs o d i u mo l e a t e H Z 2 l ，c o n c e n t r a t ew i t ht h eg r a d e o f5 ．6 0 ％a n dt h er e c o v e r yo f81 ．8 0 ％c a nb eo b t a i n e d ． I R Aa n dz e t ap o t e n t i a la n a l y s e ss u g g e s t st h a te a c hc o l l e c t o rc a n a d s o r bo nt h es u r f a c eo fs p o d u m e n e ．s o d i u mo l e a t ec a nc h e m i c a l l ya d s o r b o nt h es u r f a c eo fs p o d u m e n e ．b u tp h y s i c a l l ya d s o r p t i o nf o rH Za n dM E S ． T l T 万方数据 C o l l e c t o ra n a l y s i ss h o wt h a ts t r e n g t ho ff o a m i n gc h a r a c t e r i s t i c1 S M E S 3 s o d i u mo l e a t e H Z ．C M Cv a l u ei sM E S H Z ．A p p a r e n t l y , s t r o n g f o a m a b i l i t yi sb a df o rt h ec o l l e c t i n gs e l e c t i v i t yw h i c hC a ne x p l a i nw h y H Zh a st h ew e a k e s tf o a m i n gc h a r a c t e r i s t i c sb u th a v et h eb e s tf l o t a t i o n r e s u l t ．A d s o r p t i o nc a l c u l a t i o ns h o wt h a tu n d e rt h eo p t i m u mf l o t a t i o n c o n c e n t r a t i o n ，a d s o r p t i o nq u a n t i t y o fc o l l e c t o r so nt h eg a s - l i q u i d i n t e r f a c ei sr H z r o l e a t e F M E s ．A c c o r d i n gt ot h ea b s o r p t i o na n dm i g r a t i o n h y p o t h e s i s ，a d s o r p t i o no fs u r f a c t a n t so nt h eg a sa n dl i q u i di n t e r f a c e p o s i t i v e l yr e l a t e dt oi t sm i g r a t i o nt ol i q u i da n ds o l i dw h i c hs u g g e s t st h a t H Za d s o r b sm o r eo nt h es u r f a c eo fs p o d u m e n ea n dh a sb e t t e rf l o t a t i o n a b i l i t y ． K e yW o r d c o l l e c t o r , s p o d u m e n e ，f l o t a t i o n ，f o a m a b i l i t y , s u r f a c e ， p r o p e r t i e s ，m e c h a n i s m C l a s s i f i c a t i o n T D 9 54 I V 万方数据 目录 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘 要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．V 1 文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 锂资源概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 ．1 锂的性质及用途⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．J ．2 锂资源的主要存在形式及分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 锂辉石的性质及锂辉石精矿的产出品级⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．1 锂辉石矿物的性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．2 ．2 锂辉石精矿的产出品级⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 锂辉石矿的选矿研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．1 物理分选法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 ．2 表面物理化学分选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．3 ．3 化学分选⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．4 锂辉石矿浮选的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．4 ．1 锂辉石矿的浮选工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．4 ．2 锂辉石矿的常见调整剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．4 - 3 锂辉石矿的常见捕收剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．4 ．4 锂辉石浮选发展方向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1O 1 ．5 论文研究的意义和内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一l1 2 试样、药剂、仪器及试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．1 矿样及制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 2 2 ．2 药剂与仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13 2 ．2 ．1 试验用药剂种类及来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．2 试验所使用的主要仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．1 浮选试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 1 3 ．2 表面张力测定试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 ．3 矿物的表面电位测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3 ．4 矿物的红外光谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．3 ．5 吸附量测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 锂辉石单矿物浮选行为及实际矿石分离效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18 V 万方数据 3 ．1 不同捕收剂下锂辉石的浮选效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 8 3 ．1 ．1 捕收剂浓度对锂辉石浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．1 ．2 矿浆p H 对锂辉石浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．2 金属离子对锂辉石浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．2 ．1C a 2 对锂辉石浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．2 ．2F e 3 对锂辉石浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 3 ．3 组合捕收剂体系下锂辉石的浮选行为⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．3 ．1 油酸钠、H Z 组合体系下矿浆环境对锂辉石浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 ．3 ．2 油酸钠、M E S 组合体系下矿浆环境对锂辉石浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．4 锂辉石实际矿石浮选试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 9 4 捕收剂与锂辉石作用方式及机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 l 4 ．1 锂辉石矿物与捕收剂作用前后的红外光谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 1 4 ．1 ．1 锂辉石纯矿物红外光谱图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 l 4 ．1 ．2 锂辉石与单一药剂作用前后的红外光谱图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．1 ．3 锂辉石与组合捕收剂作用前后的红外光谱图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．2 锂辉石矿物与捕收剂作用前后的表面电位分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 4 ．2 ．1 油酸钠体系下锂辉石电位测定试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．2 ．2 十二烷基琥珀酰胺体系下锂辉石电位测定试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．2 ．3M E S 体系下锂辉石电位测定试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 ．4 组合捕收剂体系下锂辉石电位测定试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．3 药剂在锂辉石矿物表面吸附量的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 9 5 捕收剂表面性质及与浮选性能的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 5 ．1 捕收剂结构及理化性质分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 5 ．1 ．1H L B 值的计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．1 ．1 表面活性剂的空问结构分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 5 ．2 不同环境中捕收剂水溶液的表面张力与浓度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 5 ．2 ．1 不同温度下表面张力与药剂浓度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．2 ．2 不同金属离子下表面张力与药剂浓度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 5 ．2 ．3 不同p H 下药剂水溶液的表面张力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 ．2 ．4 组合捕收剂表面张力与其水溶液浓度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 ．3 捕收剂起泡性试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 l 5 ．3 ．1 捕收剂起泡性与能测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 V l 万方数据 5 ．3 ．2 捕收剂泡沫稳定性试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5 ．4 捕收剂的表面性能与浮选的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 5 ．4 ．1 捕收剂表面张力和起泡能力与浮选的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 5 ．4 ．2 胶束形成与浮选的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 6 结j 淦⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 攻读硕士学位期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 V I I 万方数据 硕士学位论文l 文献综述 1 文献综述 1 ．1 锂资源概况 1 ．1 ．1 锂的性质及用途 锂 L i 元素是位于元素周期表第二周期第一主族的元素，原子序号3 ，由 瑞典化学家A r f v e d s o n 于1 8 1 7 年从透锂长石中发珊1 1 1 。金属锂是最轻的碱金属， 密度O ．5 3 1 1 9 ／c m 3 2 0 ℃ ，是固态单质中最小的一个，在一个标准大气压下，锂 的熔点为1 8 0 ．5 4 ℃，沸点1 3 4 2 ℃。作为原子序数最小的碱金属，锂的化学性质 不如钠、钾等碱金属活泼，在室温下与水反应较慢，但在空气中仍能发生自燃。 锂还能与氮气发生反应，这是其他碱金属所不具备的特性。由于锂的密度较低， 不能储存在煤油等有机溶剂中，只能使用石钠或凡士林密封保存【2 】。 L i 有七种同位素，其中有两种是比较稳定的，分别是L i ．6 、L i 一7 。L i ．6 捕 捉低速中子能力很强，可以用来控制铀反应堆中核反应发生的速度，同时L i 一6 在原子核反应堆中用中子照射后可以得到氚，而氚可用来实现热核反应。l k g 的 锂通过热核反应可释放4 2 9 9 8 k J 的热量，约为2 万吨优质煤完全燃烧释放的热能。 锂在原子能、宇航等工业有重要的应用，被称为“高能金属”1 3 J 。锂在电池工 业中也有广泛的应用。1 9 9 2 年S o n y 成功开发出锂离子电池，它的实用化，使移 动电话、笔记本电脑等便携式电子设备重量和体积大大减小，使用时间大大延长。 在冶金行业，锂能快速强烈的与O 、N 、S 、C l 等反应，可以作为脱氧剂使用， 在某些需要特殊性能的优质合金钢冶炼中，锂也能有效清除其中的杂质【4 】。在润 滑剂工业中锂能作为增稠剂，锂基润滑脂是一种天然脂肪酸锂皂，在汽车轴承中 作为润滑剂有着良好的性能，辅以抗氧化剂的锂基润滑脂使用寿命较一般的润滑 脂类长。锂在玻璃、陶瓷、医疗、纺织、催化剂等行业也有着广泛的用途【5 ，6 l 。 1 ．1 ．2 锂资源的主要存在形式及分布 自然界中的锂资源是极其丰富的，它们以各种化合物的形式存在。目前预估 世界“资源储量达1 ．5 9 X1 07 t 以锂计 ，锂资源比较丰富的国家有玻利维亚、 中国、智利、阿根廷、美国、加拿大、澳大利亚等，其中我国的锂资源总量居世 界第Z ．I7 ，引。其储量及产量见表1 ．1 、1 ．2 表1 ．1 世界锂储量和基础储量 以锂计／万吨 1 9 】 T a b l el 一1 ．T h el i t h i u mr e s e r v e sa n db a s e dr e s e r v e si nt h ew o r l d 万方数据 硕士学位论文1 文献综述 从表1 ．1 、1 2 我们可以看出，我国的锂资源储量虽高，但是年产量不如储 量较低的澳大利亚，说明我国的锂资源开发利用不足，亟待加强。同时，我国锂 的产量逐年稳步提高，说明我们对锂的需求非但没有降低反而逐年增加，提高我 国锂资源的开发技术是促进经济发展的有效手段。 锂资源主要以含锂矿石和盐湖卤水锂的形式存在【l l 】。其中卤水锂资源是目 前提取锂最重要的资源，以碳酸锂计算，目前世界锂资源8 0 ％以上从卤水锂中获 得【1 引。内陆的盐湖蒸发之后，在矿床之中残留的含锂的水溶液是卤水锂最主要 的形成方式。世界上特大型的卤水锂矿床主要分布在南美洲，其中南美洲S a l a r 盐湖的锂资源极其丰富，是世界上最大的锂盐湖群，分布在智利、阿根廷和玻利 维亚交界的沙漠中。S a l a r 盐湖群主要由S a l a rd eH o m b r eM u e r t o 、S a l a rd eR i n c o n 、 S a l a rd eU y u n i 、S a l a rd eA t a c a m a 四大盐湖组成，其中S a l a rd eu y u n i 盐湖位于玻 利维亚东南，是世界上最大的盐湖，海拔3 6 5 0 米，面积1 0 5 8 2 平方公里，盐层 平均深度1 2 1 米，卤水浓度8 0 ～1 1 5 0 p p m ，估计含卤水锂5 5 0 万吨1 1 3 ，1 4 J 。而我国 的卤水锂资源主要集中在青海、西藏等省份，比如西藏的扎布耶盐湖就是一个大 型的卤水锂矿床。卤水锂一般经过蒸发、沉淀、浓缩就能得到纯度很高的碳酸锂 成品，相对于一般的含锂矿石而言提锂工艺更加简易，成本更低。但是我国的卤 水锂资源主要分布于环境恶劣的青藏高原，工业化程度低，开发利用较为困难， 锂的获取目前需要依靠含锂矿石的高效开发。 含锂矿石主要以氧化物的形式存在，种类达1 5 0 多种。具有开采利用价值的 主要含锂矿物有六种，分别是锂辉石 L i A I S i 0 3 2 、透锂长石 H 4 A I L i 0 1 0 S i 4 、 锂云母 K L i A l [ S i 4 0 l o ] F ，0 H 、磷锂铝石 L i A l 【P 0 4 ] F ，0 H 、锂霞石 L i A l S i 0 6 、 锂冰晶石 L i 3 N a 3 A 1 2 F 1 2 1 1 5 ] o 我国锂矿石资源主要分布于新疆的可可托海、阿 2 万方数据 硕士学位论文l 文献综述 尔泰及四川康定、江西宜春等地区，资源类型以锂辉石矿和锂云母矿为主，其中 康定甲基卡锂辉石矿床是世界第二大、亚洲第一大的锂辉石矿，氧化锂含量 1 ．2 8 ％，储量1 1 8 万吨。表1 ．3 列出了我国锂资源的分布情况【16 1 。 表1 - 3 中国锂资源分布情况 2 0 1 1 年 T a b l e l ．3T h ed i s t r i b u t i o no f l i t h i u mi I 1C h i n a 我国的锂资源主要以卤水锂的形式存在 占总量的8 5 ．2 ％ 并分布在青藏高 原一带，卤水锂的开发与利用亟待进一步发展。同时电池工业迅猛发展，对锂的 需求愈来愈高，自2 0 1 0 年起，锂的需求量以每年3 0 ％的速度增长，在卤水锂未 能得到很好利用的情况下，积极开发利用矿石锂的是十分重要的[ 2 】。 我国的矿石锂有别于其它金属矿藏，呈现出分布集中，共伴生有用金属多， 储量大等特点。特别是四川和江西某些地区存在大型或特大型矿床，并且伴生钽 铌等贵金属，可以在提取锂的过程中综合利用其它有价金属资源。 1 ．2 锂辉石的性质及锂辉石精矿的产出品级 1 ．2 ．1 锂辉石矿物的性质 目前国内得到利用的矿石锂资源有锂辉石、透锂长石、锂云母，其中又以锂 辉石最为重要。锂辉石 L i A I S i 0 3 2 是十八世纪初由巴西科学家J A n d r a d a eS i l v e 发现，一般产于富锂花岗伟晶岩中，共生的矿物主要有绿柱石、石英、长石、云 母等【17 1 。 万方数据 硕士学位论文l 文献综述 天然锂辉石属单斜晶系，晶体常呈柱状、粒状或板状产出。一般沿{ 1 1 0 面 完全解理。莫氏硬度6 ．5 ．7 ，略低于石英，密度3 ．0 3 ．3 ．2 2 9 ／c m 3 。二轴正晶，R I 折 射率 1 ．6 6 ．1 ．6 8 ，D R 重折率 O ．0 1 5 。锂辉石中一般有微量的M g 、C a 、N a 元 素混入，偶尔还有C r 、稀土、H e 等元素混入，因此呈现诸如浅绿、绿、蓝绿、 黄绿、黄褐、粉红、紫等颜色，一般把锂辉石分为三个品种①锂辉石，通常呈 蓝绿、黄绿或浅绿色，在紫外照射下有橙黄色荧光；②紫锂辉石，通常呈粉色或 紫色，在紫外光照射下有桃红色或橙色荧光，由于颜色较纯，一般作工艺装饰品； ⑨翠铬锂辉石，通常呈绿色或祖母绿，在x 光照射下发橙色荧光，由于其产量 稀少，颜色特别，各项异性较为明显，常作为名贵宝石被人收藏【1 8 ，1 9 】。 锂辉石有两种晶型结构，单斜晶系c 【锂辉石 天然锂辉石 和正方晶系B 锂辉石，在7 2 0 ℃下持续加温，u 锂辉石可以转变成1 3 锂辉石，在9 0 0 ℃以上高 温下0 【锂辉石亦能迅速的转化为1 3 锂辉石，这种转变是不可逆的。B 锂辉石较Q 锂辉石而言性脆易碎，化学性质更加活泼，能与酸或碱反应【20 | 。因此工业上有 将天然锂辉石高温焙烧转化为1 3 锂辉石，再将B 锂辉石与硫酸在2 3 0 ℃下焙烧， 生成可溶性硫酸锂和脉石矿物分离。天然锂辉石的晶体结构如图1 ．1 所示 Ⅱ锂辉石属单斜晶系，其中a O O ．9 4 6 3 n m ，b 0 0 ．8 3 9 2 n m ，c 0 0 ．5 2 1 8 n m ， 1 3 1 1 0 。。[ S i 0 4 ] 四面体以共用一个四面体角顶氧原子的方式盐z 轴方向生长形 成[ S i 0 4 ] 四面体链，而[ S i 0 4 ] 四面体链是由两种结晶方式不同的[ S i 0 4 ] 四面体所组 成，并呈现S 状的扭转。[ S i 0 4 】四面体之中S i O 平均间距0 ．1 6 1 8 n m ，O ．O 平均 间距0 ．2 6 4 0 n m 。[ S i 0 4 】链的链角为1 7 0 ．5 。。A I [ M 1 ] 原子和氧原子组成了【A 1 0 6 】 八面体，L i M 2 存在于[ S i 0 4 ] 四面体矛U [ A 1 0 6 ] 八面体之间【2 1 之3 l 。 图1 ．1 Ⅱ锂辉石晶体结构图 F i g ．1 - 1T h ec r y s t a ls t r u c t u r eo f a l i t h i u m 4 万方数据 硕士学位论文 1 文献综述 当锂辉石沿解理面发生解理时，L i 和A 1 等阳离子暴露，硅氧键也发生断裂。 在水中暴露出来的阳离子与氢离子发生交换，H 吸附在矿物表面，而暴露的s i 原子亦会与氢氧根离子反应，生成更加亲水的硅酸盐类物质，在强碱性环境中硅 的选择性溶蚀尤为明显。 1 ．2 ．2 锂辉石精矿的产出品级 根据国家最新修订的锂辉石精矿质量标准，表1 4 列出不同品级不同用途的 锂辉石精矿质量标准。 表1 _ 4 锂辉石精矿质量标准例 T a b l eI 一4T h es t a n d a r do fs p o d u m e n e 1 ．3 锂辉石矿的选矿研究现状 天然锂辉石密度较小 3 ．0 3 3 ．2 2 ／c m 3 ，十分接近于与其共生的石英等脉石 矿物，一般不能通过重选分离，同时又不具有磁性，普通的磁选法也难以实现锂 辉石的分选。随着优质锂辉石矿种越来越少，改善锂辉石分选技术也变得越来越 急迫。锂辉石分选方法主要有一下几种【2 5 ’2 6 1 。 1 ．3 ．1 物理分选法 物理分选是根据固体物料之间物理性质的差异，选择性的分离出有用矿物与 脉石矿物。一般包括利用物料问密度、磁性、导电性的差异进行分选。锂辉石密 度与导电性接近于与它共生的脉石矿物又不具备磁性，普通的物理分选难以实现 锂辉石与脉石矿物的分离，但仍可通过特殊的途径放大它们物理性质的差异实现 分选。锂辉石物理分选方法主要包括以下几种 万方数据 硕十学位论文 l 文献综述 1 手选法 手选又称为人工分选，主要是根据锂辉石的颜色、形状等与脉石矿物的差别， 依靠肉眼识别进行分选。一般手选只能分离较大的粗矿 大于1 0 m m 。2 0 世纪 中叶由于工业化程度不高，运用手选和选择性磨矿实现粗粒的锂辉石与脉石的分 离十分普遍，随着工业化发展，自动化的普及再加上矿石品质的下降，手选法已 基本退出主流选矿方法，只有某些偏远矿山的小型选矿厂有所采用。 2 重选法 锂辉石的密度在3 ．0 3 ．3 ．2 2 9 ／c m 3 之间，与石英 2 ．2 2 ．2 ．6 5 9 ／c m 3 、长石 2 ．5 6 2 ．7 9 9 ／c m 3 等脉石矿物的密度接近，一般重选方法如摇床或螺旋溜槽无 法实现它们的分离，只有在重介质悬浮液阳或重液1 2 8 1 中，依据锂辉石密度较大 的特点实现分离。M ．M ．A m a r a n t e 等【5 】采用三溴甲烷作为重液，实现了锂辉石与 石英、长石等的重选分离，在预先脱泥的基础上，可将L i 2 0 品位2 ．3 - 2 ．7 ％的原 矿富集为含L i 2 0 5 ％的精矿，回收率为3 9 6 1 ％。廖明和、许温复【2 9 j 等人在对赣南 的锂辉石花岗伟晶岩矿石进行勘查阶段的小型试验时发现采用溴仿作为重液， 对V 1 0 、V 2 5 、V 2 6 三个矿体的矿石进行重选试验，结果表明，重液分选的确能 有效的达到分离效果，均能获得品位超过6 ％的锂辉石精矿，这种预先可选性考 查对了解矿石的性质和进一步的选矿试验都有帮助。 3 磁选法 天然的锂辉石是没有磁性的，但是有些锂辉石矿中伴生有钽铌铁矿等磁性物 质，预先磁选可以实现有价金属的综合回收。磁选还可以用来去除锂精矿中所混 入的铁杂质，从而优化锂精矿品质。【3 0 】此外，随着磁选技术的发展，特别是磁 种磁选的研究与应用，使锂辉石的磁选变得可能。[ 3 1 1 1 ．3 ．2 表面物理化学分选 表面物理化学分选一般指浮选，目前工业上锂辉石的选别主要依靠浮选法。 一般的锂辉石矿石泥化较重，总是采用预先脱泥、高碱搅拌，再添加捕收剂浮选， 取得了一定的效果，但是脱泥、洗矿、浓密等作业使流程复杂化，额外的增加了 成本。有人提出在高碱条件下 p H 1 1 1 2 强烈搅拌矿浆，辅助添加C a C l 2 做活 化剂，氧化石蜡皂做捕收剂浮选锂辉石。这种所谓的“高碱不脱泥”技术能达到 和预先脱泥再选相同的指标，自上世纪八十年代之后被越来越多的选厂所采用【3 2 ， 3 3 1 。 锂辉石矿经过强碱擦洗后，表面的硅氧化合物首先出现溶蚀，这样使得亲水 性较强的硅酸盐表面减少，金属阳离子暴露，能有效的与捕收剂发生选择性吸附。 强碱擦洗之后，不仅锂辉石的表面性质发生改变，矿浆中的部分硅酸盐矿泥转化 6 万方数据 硕士学位论文 1 文献综述 为水玻璃，这种水玻璃我们称为“白生水玻璃”，水玻璃本身也是石英、长石等 硅酸盐类矿物的有效抑制剂，这对锂辉石的浮选也是大大有益的【3 4 】。 为了更好的富集锂辉石，一般需要添加某些金属阳离子 如c a 2 、M g 、 F e ”、A 1 3 等 作活化剂。在使用N a O H 做p H 调整剂时，这些金属离子能有效 的与锂辉石晶格发生取代现象，表面含有C a 2 、F e 3 金属离子的锂辉石能与捕收 剂中的羟基络合物产生一对一键合或一对二键合，这种特性吸附表现为化学吸附， 吸附能力极强口引。诸如C a C l 2 、F e C l 3 等金属阳离子的可溶盐作为活化剂能有效 提高锂辉石精矿的品位和回收率。 锂辉石的浮选一般采用正浮选，包括脱泥一浮选和高碱不脱泥浮选【3 6 J ，无论 哪种方法大多采用“三碱两皂一油” 三碱碳酸钠、氢氧化钠、硫化钠；两皂 氧化石蜡皂、环烷酸皂；一油柴油 的药剂制度，一粗两精两扫的工艺流程【37 1 。 但是也有国外矿山曾采用反浮选回收锂辉石。美国北卡来罗那州某矿山，R e d e k e r IH I s 8 J 等采用石灰调节矿