粉煤灰提鋰-提鋰領(lǐng)域的新思路

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一、概述
煤炭能源在生活與生產(chǎn)當(dāng)中都發(fā)揮著重要作用，是全球重要的能源及化工原料來源。煤炭資源在我國有著蘊藏量大，分布廣的特點，我國能源的供應(yīng)有大部分是通過燃燒煤炭獲取的。粉煤灰是煤炭燃燒后主要的工業(yè)廢料，它是我國目前排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一，大量粉煤灰對環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。現(xiàn)階段粉煤灰的回收利用方式主要集中在制備水泥、混凝土建筑材料、合成沸石等低附加值領(lǐng)域。粉煤灰中除含有大量的鋁、硅等元素外，還含有豐富的鋰、銣、鎵等稀有金屬元素，通過對這些稀有金屬的提取利用，可以實現(xiàn)粉煤灰的高附加值利用。如能實現(xiàn)從粉煤灰中高效提鋰，將在解決粉煤灰污染問題的同時為鋰資源的來源提供新途徑。

二、粉煤灰中的鋰的存在形式
煤中的鋰礦類型屬于沉積型鋰礦床，由于鋰的原子序數(shù)較低且在煤中的含量不高，研究鋰在煤中的富積原因較為困難。煤中的鋰主要是以硅酸鹽物質(zhì)為載體賦存于黏土礦物中，也有極少部分以磷酸鹽態(tài)或有機態(tài)存在。鋰賦存于煤中時較為常見的黏土礦物載體有高嶺石和鋰綠泥石。自然界中大部分煤中的含鋰量并不高，特殊地理環(huán)境下煤系的鋰礦床品位可達到與傳統(tǒng)戰(zhàn)略金屬礦床品位相當(dāng)?shù)乃剑@些高含鋰量的煤田所開采的煤在經(jīng)過燃燒后，鋰得到了富集，為從粉煤灰中提鋰提供了可行性。

三、粉煤灰中鋰的提取工藝
3.1 預(yù)處理
粉煤灰的礦物組成主要為莫來石、剛玉、玻璃體和石英等，鋰主要賦存于玻璃體中。其化學(xué)組成較為復(fù)雜，主要成分是SiO2和Al2O3，同時也存在著鐵、鈣、鎂、鈦等金屬的氧化物及其他未燃燒的碳等。在進行焙燒步驟前，需要對粉煤灰進行預(yù)處理，包括脫硅、磁選兩個步驟。脫硅的目的是在提高粉煤灰中硅的利用率同時減少低價值含硅固體廢渣量和工藝過程中的物料流量。磁選的目的是去除粉煤灰中的鐵氧化物。經(jīng)過上述兩個步驟，粉煤灰內(nèi)鋰的相對含量有所增加，同時也提高了粉煤灰的活性，從而實現(xiàn)更高效的從粉煤灰中提鋰。
3.2 焙燒
焙燒是指將預(yù)處理后的粉煤灰與特定的燒結(jié)劑在高溫的條件下進行反應(yīng)，焙燒后的粉煤灰得到了進一步活化。常用的燒結(jié)劑有碳酸鈉、碳酸鈣等。
3.3 浸取
焙燒后的粉煤灰用酸或者堿進行浸取，粉煤灰中的鋰離子被轉(zhuǎn)移到浸出液中，進一步對粉煤灰中的鋰離子進行了富集。酸法是將燒結(jié)活化后的粉煤灰冷卻后與硫酸進行酸化焙燒，焙燒好的樣品與鹽酸進行酸浸，在最佳實驗條件下，此工藝鋰的浸取率為96.69%。堿法是碳酸鈉作為燒結(jié)劑先將粉煤灰進行活化處理，之后轉(zhuǎn)移到堿溶液中堿浸2h，此條件下鋰的浸取率為85.30%。
3.4 沉鋰工藝
A、碳酸鹽沉淀法，碳酸鹽沉淀法的原理是向鋰的富集溶液中加入一種或多種適當(dāng)?shù)某恋韯┻M行沉淀得到碳酸鋰，再對碳酸鋰進行進一步的提純。酸法浸出液先除雜及沉鋁操作后，將得到的鋰母液進一步地蒸發(fā)濃縮和結(jié)晶，凈化除雜，再加入沉淀劑后得到含鋰的碳酸鹽沉淀。堿法的浸出液進行碳化操作后，再通過蒸發(fā)濃縮，最后進行鋰的沉淀。
碳酸鹽沉淀法工藝的優(yōu)點在于操作簡單且技術(shù)成熟，但由于粉煤灰中含有復(fù)雜的金屬離子雜質(zhì)，沉淀時會出現(xiàn)金屬的共沉淀現(xiàn)象，進行分離提純的成本較高，影響工藝的經(jīng)濟效益。
B、吸附法
吸附法主要是采用離子篩或各種不同的樹脂將鋰從粉煤灰堿性溶液中吸附提取出來的工藝。
C、溶劑萃取法
萃取法提鋰的原理是根據(jù)鋰離子在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度的不同，使得鋰離子從溶解度較小的溶劑中轉(zhuǎn)移到溶解度大的溶劑中。溶劑萃取法有著可連續(xù)操作、分離率高、設(shè)備簡單等優(yōu)點，但存在部分有機萃取劑污染環(huán)境的問題，需要不斷優(yōu)化改進和完善萃取劑的選擇。
四、總結(jié)
粉煤灰中提取鋰，不僅能提高我國現(xiàn)有的鋰資源的生產(chǎn)與供給能力，并且能為解決粉煤灰堆積而造成的環(huán)境污染問題提供思路。在酸性環(huán)境中，現(xiàn)階段較為成熟的提鋰工藝有溶劑萃取法、鹽酸浸出法和吸附法等提鋰技術(shù)。在酸性介質(zhì)中使用萃取法提鋰有著對萃取材料要求高、毒性大、對設(shè)備腐蝕性強等難題，因此從環(huán)保的角度來看酸性介質(zhì)中萃取法提鋰存在著污染及耗材嚴(yán)重的問題。在堿性條件下，主要有沉淀和吸附兩種方法。沉淀法技術(shù)與其他技術(shù)相比較已相對成熟，但是，由于其中的金屬雜質(zhì)較多，易發(fā)生共沉淀現(xiàn)象而導(dǎo)致分離困難。隨著全球鋰資源的消耗量的快速增長，粉煤灰提鋰有望成為鋰資源的一個新來源。