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        粉煤灰中提取鋰的研究進(jìn)展

        2017-03-04 15:11:28王麗萍李超神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司研發(fā)中心內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300
        化工管理 2017年21期
        關(guān)鍵詞:工藝研究

        王麗萍李超(神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司研發(fā)中心,內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300)

        粉煤灰中提取鋰的研究進(jìn)展

        王麗萍李超(神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司研發(fā)中心,內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300)

        文章綜述了我國煤中鋰的分布情況,著重介紹了我國從粉煤灰中提取鋰的方法和研究現(xiàn)狀,并對(duì)今后粉煤灰提鋰的發(fā)展進(jìn)行了展望。

        粉煤灰;鋰;提取

        鋰作為自然界中最輕的金屬元素,憑借其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)成為21世紀(jì)的重要能源,其價(jià)值和重要性甚至超過了貴金屬,被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、陶瓷、玻璃、電解鋁等領(lǐng)域,素有“工業(yè)味精”、“新能源金屬”、“宇航合金”和“推動(dòng)世界前進(jìn)的金屬”等美稱。據(jù)統(tǒng)計(jì),僅新能源汽車對(duì)碳酸鋰的消費(fèi)就從2012年的9.7%提升至2017年的37.8%。然而,鋰作為一種微量元素,常以化合物的形式賦存在其他礦物中,且儲(chǔ)量有限。隨著鋰的消費(fèi)量的逐年攀升,來自鹽湖和礦石中的鋰資源總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)對(duì)鋰的遠(yuǎn)景需求。因此,尋找新的鋰資源來制備鋰及其相關(guān)化合物就顯得尤為重要。

        1 煤中鋰

        自然界中絕大多數(shù)煤中鋰的含量很低并且分布極不均勻,多數(shù)煤中鋰的含量平均值小于20μg/g。我國煤中鋰的有著超常的富集,但含量分布也不均勻,在不同地區(qū)和不同時(shí)代的煤中差別較大,算術(shù)平均值高于世界煤中鋰的均值,可達(dá)32μg/g,其中北方煤中鋰的含量較高,達(dá)到44μg/g。孫玉壯等研究發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)格爾煤田和平朔礦區(qū)煤中鋰的伴生礦物超常富集。例如,準(zhǔn)格爾煤田哈爾烏素煤礦煤中鋰的平均含量為116μg/g,黑岱溝煤中鋰為143μg/g。在燃煤過程中,鋰在粉煤灰中發(fā)生了第二次富集,例如,在官板烏素煤礦中,煤中鋰的平均含量為264μg/ g,而在煤灰中卻達(dá)到了1320μg/g,極具提取價(jià)值。中國的煤炭資源很豐富,粉煤灰是燃煤的廢棄物,用粉煤灰為原料來提取鋰,不僅可以拓展粉煤灰的綜合利用前景,變廢為寶,還能為鋰找到了又一重要來源,并對(duì)研發(fā)新型的礦產(chǎn)資源具有重要的指導(dǎo)意義。

        2 粉煤灰提取鋰的方法與研究進(jìn)展

        2.1 碳酸鹽沉淀法

        最早關(guān)于粉煤灰提取鋰的報(bào)道是美國研究出的一種從粉煤灰中提取碳酸鋰的工藝:首先,將粉煤灰濾餅分散在水中形成料漿,然后通入二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)處理,使料漿中弱溶于水的碳酸鋰轉(zhuǎn)變生成易溶于水的碳酸氫鋰,除去濾渣,最后經(jīng)過加熱、充氣或真空處理使碳酸氫鋰溶液脫碳,釋放二氧化碳,同時(shí)鋰沉淀為碳酸鋰產(chǎn)品。未反應(yīng)完全的碳酸氫鋰溶液和二氧化碳可回收利用,然后進(jìn)行循環(huán)提取和充分利用。此工藝可以完全提取粉煤灰濾餅中的碳酸鋰,粉煤灰濾餅中存在的碳酸鋰含量約為20%,最佳提取率可達(dá)80%~90%。后來,劉建恩等又對(duì)此工藝進(jìn)行了創(chuàng)新:在碳酸氫鋰混合液進(jìn)行第一次過濾后,將濾渣放入熱水中進(jìn)行熱溶,得到碳酸鋰的混合溶液,然后將碳酸鋰混合溶液進(jìn)行第二次過濾,得到碳酸鋰熱溶液和二次濾渣。將碳酸氫鋰溶液和碳酸鋰熱溶液混合結(jié)晶,得到碳酸鋰晶體和碳酸鋰溶液。最后,向碳酸鋰溶液內(nèi)加入堿金屬碳酸鹽或稀鹽酸溶液,進(jìn)行過濾,將過濾物和碳酸鋰晶體進(jìn)行煅燒,得到碳酸鋰產(chǎn)品。

        粉煤灰中含有多種可作為工業(yè)原料的工業(yè)成分,國內(nèi)外企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開展粉煤灰的綜合利用研究,比較常見的是利用粉煤灰提取氧化鋁。孫玉壯等研究了一種酸法處理粉煤灰綜合提取鋁和鋰的工藝方法,該工藝能夠充分利用工業(yè)廢料粉煤灰依次提取硅-鐵-鋁-鋰,變廢為寶,而且能夠使鋁和鋰資源的綜合提取率達(dá)到最大,鋁和鋰的浸取率均達(dá)到90%以上。顧大釗等利用鹽酸從粉煤灰制備氧化鋁獲得的氯化鋁晶體的母液,經(jīng)過凈化、多次循環(huán)蒸發(fā)使鋰離子獲得富集,母液中氧化鋰的含量達(dá)到2~3g/L。最后得到的碳酸鋰產(chǎn)品純度可達(dá)到97.2%。

        2.2 吸附法

        (1)樹脂吸附法

        候永茹等采用樹脂作為吸附劑,分別考察了六種樹脂對(duì)粉煤灰堿性溶液中鋰離子的吸附。這六種樹脂分別是酸性樹脂CD550、堿性樹脂201*7、螯合樹脂D851、兩性樹脂TP-1、陽離子樹脂(凝膠)和陽離子樹脂(大孔)。李神勇等分別利用直接酸浸和堿法燒結(jié)聯(lián)合酸浸法兩種工藝處理粉煤灰,然后通過離子交換樹脂分離富集回收粉煤灰浸出液中的鋰離子,考察了濃度、pH和溫度等對(duì)樹脂吸附雜質(zhì)離子性能的影響。

        (2)離子篩吸附法

        代紅等利用碳酸鈉作為焙燒助劑,使粉煤灰中的α-Li2O Al2O34SiO2轉(zhuǎn)化為易于反應(yīng)的β-Li2O Al2O34SiO2,然后進(jìn)行堿浸,鋰的浸出率能達(dá)到65%。溶液中的鋰則采用LiOH和MnO2制得的離子篩進(jìn)行吸附,再用鹽酸洗脫,最后用碳酸鈉溶液和洗脫液中的鋰離子反應(yīng)生成碳酸鋰。該研究團(tuán)隊(duì)還研究了二氧化錳離子篩對(duì)預(yù)處理粉煤灰堿性溶液中鋰離子的吸附效果研究:預(yù)處理得到的粉煤灰堿性溶液中鋰的含量為3.8mg/ L,采用二氧化錳離子篩進(jìn)行吸附后,從離子篩上洗脫下來的溶液中Li+的含量為1.5g/L,其分離率達(dá)到了80%~85%,表明二氧化錳離子篩對(duì)鋰的親和性很強(qiáng),可以作為從含有少量鋰的大量溶液中吸附鋰的吸附劑。一般為每0.2g離子篩可以吸附200ml溶液中的鋰。

        3 結(jié)語

        就目前筆者所知來看,國內(nèi)外對(duì)從粉煤灰中提取有用鋰元素的研究還比較少,因此從煤中或粉煤灰中提取鋰將會(huì)有廣闊的開發(fā)利用前景,這將是今后重點(diǎn)研究的方向之一。

        [1]侯永茹,李彥恒,代紅等.用吸附法從粉煤灰堿性溶液里提取鋰[J].粉煤灰綜合利用,2015(3):10-11.2015.

        [2]Sun Y Z,Yang J J,Zhao C L.Minimum mining grade of as?sociated Li deposits in coal seams[J].Energy Exploration&Exploi?tation,2012,30:167-170.

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