粉煤灰中提取鋰的研究進展

王麗萍李超（神華準能資源綜合開發(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展

王麗萍李超（神華準能資源綜合開發(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，并對今后粉煤灰提鋰的發(fā)展進行了展望。

粉煤灰;鋰;提取

鋰作為自然界中最輕的金屬元素，憑借其獨特的物理化學性質(zhì)成為21世紀的重要能源，其價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“推動世界前進的金屬”等美稱。據(jù)統(tǒng)計，僅新能源汽車對碳酸鋰的消費就從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，且儲量有限。隨著鋰的消費量的逐年攀升，來自鹽湖和礦石中的鋰資源總量已經(jīng)遠遠不能滿足市場對鋰的遠景需求。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32μg/g，其中北方煤中鋰的含量較高，達到44μg/g。孫玉壯等研究發(fā)現(xiàn)準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，而在煤灰中卻達到了1320μg/g，極具提取價值。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展

2.1 碳酸鹽沉淀法

最早關(guān)于粉煤灰提取鋰的報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80%～90%。后來，劉建恩等又對此工藝進行了創(chuàng)新：在碳酸氫鋰混合液進行第一次過濾后，將濾渣放入熱水中進行熱溶，得到碳酸鋰的混合溶液，然后將碳酸鋰混合溶液進行第二次過濾，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，進行過濾，將過濾物和碳酸鋰晶體進行煅燒，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到最大，鋁和鋰的浸取率均達到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到2～3g/L。最后得到的碳酸鋰產(chǎn)品純度可達到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，然后進行堿浸，鋰的浸出率能達到65%。溶液中的鋰則采用LiOH和MnO2制得的離子篩進行吸附，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。該研究團隊還研究了二氧化錳離子篩對預(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，其分離率達到了80%～85%,表明二氧化錳離子篩對鋰的親和性很強，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有廣闊的開發(fā)利用前景，這將是今后重點研究的方向之一。

[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.