鋰渣在堿-水熱環(huán)境下的溶出特性和反應(yīng)產(chǎn)物

曹瑞林，李保亮，賈子健，張舜泉，張亞梅，*

（1.東南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211189；2.東南大學(xué) 江蘇省土木工程材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211189；3.淮陰工學(xué)院 建筑工程學(xué)院，江蘇 淮安 223001）

鋰渣（lithium slag，LS）是生產(chǎn)碳酸鋰過程中產(chǎn)生的一種廢渣，每生產(chǎn)1 t 碳酸鋰會(huì)產(chǎn)生8～10 t 鋰渣［1-2］.據(jù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)目前鋰渣的年排放量為8×105萬t左右［3］.由于鋰渣中SO2-4含量高、吸水率高、活性低，利用難度大而受到限制［3-4］，另外鋰渣的持續(xù)排放和露天堆放也造成土地資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，因此對(duì)其有效處置和高效利用迫在眉睫.

堿激發(fā)膠凝材料是目前最具有發(fā)展?jié)摿Φ木G色膠凝材料之一［5-6］.由于鋰渣中SiO2與Al2O3的總含量普遍高于70%［1，7］，其可作為制備堿激發(fā)材料的潛在原料［8-9］.研究表明［10］，鋰渣中的SiO2和Al2O3大部分存在于鋰輝石礦物相中，少量存在于無定型玻璃體相中，早期80° C 蒸養(yǎng)有利于鋰渣中鋰輝石的反應(yīng).吳福飛等［11］研究表明，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、熱養(yǎng)護(hù)和單一堿激發(fā)條件相比，堿激發(fā)和熱養(yǎng)護(hù)復(fù)合條件下鋰渣的反應(yīng)程度顯著提高.然而，目前堿-水熱激發(fā)條件下鋰渣的火山灰活性及蒸養(yǎng)溫度對(duì)鋰渣的活性激發(fā)機(jī)制等尚不清楚.此外，由于硅鋁酸鹽粉體在堿激發(fā)體系中的反應(yīng)過程，需要通過玻璃體結(jié)構(gòu)在堿激發(fā)劑作用下解體而進(jìn)行重構(gòu)實(shí)現(xiàn)［5］，因此探明前驅(qū)物原材料在不同激發(fā)溶液中的溶解和聚合規(guī)律，對(duì)于深入理解堿激發(fā)材料的反應(yīng)機(jī)理具有重要意義［12-13］.

基于以上背景，本文研究了溫度和堿對(duì)鋰渣活性激發(fā)的耦合作用，以及鋰渣中活性組分在不同堿-水熱環(huán)境下的溶出情況和反應(yīng)行為.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

鋰渣來源于江蘇融達(dá)新材料股份有限公司，密度為2.60 g/cm3，根據(jù)YB/T 4230—2010《用于水泥和混凝土中的鋰渣粉》測(cè)試的鋰渣28 d 強(qiáng)度活性指數(shù)為92%.鋰渣的化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，文中涉及的組成、固液比等均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)或質(zhì)量比）如表1 所示.由表1 可見：鋰渣中Al2O3、SiO2和SO3含量較高，而CaO 含量較低.圖1 為鋰渣的基本性能.由圖1 可見：鋰渣中的主要礦物組成相為石英（SiO2）、鋰輝石（LiAlSi2O6）、二水石膏（CaSO4·2H2O）和半水石膏（CaSO4·0.5H2O）；鋰渣的燒失量高達(dá)8.20%，主要與鋰渣中存在石膏相和少量碳酸鹽類物質(zhì)有關(guān).此外，鋰渣的比表面積為432 m2/kg，粒徑范圍為0.6～300 μm，且以4～30 μm 顆粒居多，80%顆粒粒徑小于30 μm，其中值粒徑（D50）為10.45 μm.為避免鋰渣原料中的水分對(duì)溶出試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果造成偏差，本研究將溶出試驗(yàn)用鋰渣原料預(yù)先在60 ℃下真空干燥24 h.

表1 鋰渣的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of LS w/%

圖1 鋰渣的基本性能Fig.1 Basic property of LS

考慮到NaOH 溶液在堿激發(fā)體系中可直接作為堿激發(fā)劑使用或用于不同堿度混合激發(fā)劑溶液的配制，本研究選取濃度不同的NaOH 溶液來研究鋰渣的選擇性溶出行為.溶出試驗(yàn)采用去離子水和分析純NaOH 試劑來配制不同濃度的NaOH溶液.

1.2 溶出試驗(yàn)過程與測(cè)試方法

鋰渣在堿溶液中的溶出試驗(yàn)研究包括3 個(gè)部分：（1）鋰渣在不同濃度NaOH 溶液中的選擇性溶出特性；（2）鋰渣在相同濃度堿溶液中不同溶出溫度下的選擇性溶出特性；（3）鋰渣在相同堿溶液中不同溶出時(shí)間下的選擇性溶出特性.溶出試驗(yàn)的具體參數(shù)如表2 所示.

表2 鋰渣在堿溶液中的溶出試驗(yàn)參數(shù)Table 2 Experimental parameters of leaching tests of LS

由于固液比的大小直接影響溶出組分在溶出試劑中的擴(kuò)散速率，選取足夠小的固液比可在最大程度上減少溶出過程中產(chǎn)生的沉淀，以保證溶出液中各溶出元素濃度測(cè)定的準(zhǔn)確性.本溶出試驗(yàn)將固液比設(shè)定為1∶100.鋰渣溶出試驗(yàn)流程參照文獻(xiàn)［14］，具體步驟如下：

（1）準(zhǔn)確稱量1.000 0 g（精確至0.000 1 g）鋰渣粉末，與100 mL NaOH 溶液混合均勻，密封于250 mL錐形瓶中.

（2）待恒溫水浴鍋升至溶出試驗(yàn)預(yù)設(shè)溫度后，將密封錐形瓶置于恒溫水浴鍋中，并用磁力攪拌器在預(yù)定溫度下以1 000 r/min 的轉(zhuǎn)速連續(xù)攪拌混合物，開始溶出試驗(yàn).

（3）按照試驗(yàn)參數(shù)完成溶出試驗(yàn)，將錐形瓶中懸浮液抽濾后的濾液用試管裝瓶并置于0～4 ℃環(huán)境中冷藏保存，所有濾液試樣均在24 h 內(nèi)統(tǒng)一完成元素濃度測(cè)試；固體濾渣依次用去離子水和乙醇各洗滌3次，然后在60 °C 條件下真空干燥24 h，用于后續(xù)微觀分析.

考慮到堿激發(fā)鋰渣膠凝材料中的主要產(chǎn)物為水化硅鋁酸鈉（鈣）（N（C）-A-S-H）凝膠［9］，本文在鋰渣的選擇性溶出試驗(yàn)中重點(diǎn)關(guān)注鋰渣中Si、Al 和Ca 的溶出情況，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）（型號(hào)SPECTROBLUE）測(cè)定各元素在不同溶出試驗(yàn)條件下的溶出量，并根據(jù)濾液與原料中各相應(yīng)元素的含量比，計(jì)算各元素的溶出率.結(jié)合X 射線衍射儀（XRD）（型號(hào)Bruker，D8-Discover）和傅里葉紅外光譜（FTIR）（型號(hào)Thermo Scientific，Nicolet iS10）測(cè)試，探究濾渣中反應(yīng)產(chǎn)物的生成情況，其中XRD 測(cè)試條件為：Cu 靶、工作電壓40 kV、工作電流36 mA、掃描角度5°～55°、掃描速率4（°）/min.利用掃描電子顯微鏡（SEM）（型號(hào)FEI，Nova Nano SEM 450）觀察鋰渣顆粒在溶出試驗(yàn)前后表面微觀形貌的變化，綜合分析鋰渣中不同組分的溶出規(guī)律及其結(jié)構(gòu)演變特征.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同堿-水熱環(huán)境下的反應(yīng)產(chǎn)物

2.1.1 XRD 結(jié)果分析

鋰渣及其在不同堿-水熱環(huán)境下反應(yīng)產(chǎn)物的XRD 圖譜如圖2 所示.由圖2（a）可見：在60 ℃、溶出時(shí)間60 min 條件下，鋰渣的物相組成在NaOH 溶液中發(fā)生了明顯變化；當(dāng)NaOH 溶液濃度為1 mol/L時(shí)，鋰渣中二水石膏和半水石膏的晶體峰完全消失，同時(shí)出現(xiàn)了明顯的Ca（OH）2衍射峰，這說明鋰渣顆粒與堿溶液混合后，其中的二水石膏和半水石膏迅速完全溶解為游離態(tài)，并進(jìn)一步參與反應(yīng)生成Ca（OH）2.根據(jù)勒夏特列原理［15］，NaOH 溶液強(qiáng)堿性環(huán)境中存在著大量OH-，從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度來看，有利于式（1）所示的反應(yīng)向右發(fā)展，并促進(jìn)式（2）所示的反應(yīng)向左進(jìn)行；此外，由于CaSO4的溶度積（Ksp（CaSO4））大于Ca（OH）2的溶度積（Ksp（Ca（OH）2），體系中的反應(yīng)向著Ca（OH）2的生成方向進(jìn)行.需要說明的是，由于鋰渣中可溶出的Ca 含量有限，盡管原材料中含有少量碳酸鹽類物質(zhì)，但此處并未觀察到明顯的CaCO3沉淀.

由圖2（a）還可見：隨著NaOH 溶液濃度的提高，石英的衍射峰未出現(xiàn)明顯變化，而鋰輝石的衍射峰強(qiáng)度出現(xiàn)下降趨勢(shì)；此外，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的代表水化產(chǎn)物的晶型衍射峰和彌散峰，說明在一定的反應(yīng)溫度和有限的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，NaOH 溶液濃度的升高雖然在一定程度上有利于鋰渣中鋰輝石等的溶解，但對(duì)堿激發(fā)鋰渣反應(yīng)程度的提高并不顯著.

由圖2（b）、（c）可以看出：溶出溫度和溶出時(shí)間對(duì)整個(gè)體系反應(yīng)進(jìn)程的影響大于NaOH 濃度的影響；在60 min 條件下，當(dāng)溶出溫度提高至70、80 ℃（圖2（b））或者在60 ℃條件下溶出時(shí)間延長(zhǎng)至180、300 min（圖2（c））時(shí)，Ca（OH）2的衍射峰強(qiáng)度逐漸降低，鋰輝石衍射峰逐漸消失，同時(shí)在20°～40°處出現(xiàn)明顯的“饅頭”彌散峰.結(jié)合文獻(xiàn)［9，16］可知，該范圍內(nèi)的彌散峰應(yīng)為堿激發(fā)鋰渣膠凝材料中的無定型相凝膠峰，具體為水化硅鋁酸鈉（N-A-S-H）與水化硅鋁酸鈣（C-A-S-H）混合凝膠的衍射峰，其反應(yīng)方程式分別如式（3）、（4）所示［17-18］.以上結(jié)果說明，鋰渣中的Si、Al 和Ca 隨著溶出溫度的提高和溶出時(shí)間的延長(zhǎng)而大量溶出，并參與了體系中產(chǎn)物的生成.

此外，需要注意的是，鋰渣在60 ℃條件下溶出300 min 時(shí)的XRD 圖譜中發(fā)現(xiàn)了半水石膏衍射峰（圖2（c））.這可能是由于部分未參與凝膠產(chǎn)物生成的Ca與體系中的在高溫冷卻后的溶出液中再次生成半水石膏，也在一定程度上導(dǎo)致Ca 的溶出率試驗(yàn)值下降（圖4（c）），同時(shí)使得Ca（OH）2的衍射峰強(qiáng)度降低.堿激發(fā)鋰渣體系中的存在形式，一方面是由于水泥基材料體系中水化產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)生的吸附作用［19-20］，鋰渣中石膏相分解產(chǎn)生的部分被吸附在凝膠產(chǎn)物中；另一方面，鋰渣中的在堿激發(fā)鋰渣膠凝材料的長(zhǎng)齡期產(chǎn)物中以Na2SO4結(jié)晶相的形式存在［8-9］.由此說明，隨著反應(yīng)進(jìn)程的推進(jìn)，鋰渣中的Ca會(huì)全部參與C-A-S-H 凝膠相的生成，而不是在水化過程早期以Ca（OH）2或半水石膏相的形式存在.

圖2 鋰渣及其在不同堿-水熱環(huán)境下反應(yīng)產(chǎn)物的XRD 圖譜Fig.2 XRD patterns of LS and reaction products in different alkali-hydrothermal environments

2.1.2 FTIR 結(jié)果分析

采用FTIR 可有效了解堿激發(fā)膠凝材料的激發(fā)前驅(qū)物和反應(yīng)產(chǎn)物中化學(xué)鍵的變化情況.鋰渣及其在不同堿-水熱性環(huán)境下反應(yīng)產(chǎn)物的FTIR 圖譜如圖3 所示.表3［21-24］列出了FTIR 測(cè)試結(jié)果中所有特征吸收峰的振動(dòng)頻率，具體分為以下4 個(gè)部分：

表3 FTIR 測(cè)試中的特征吸收峰Table 3 Interpretation of adsorption bands in FTIR test［21-24］

（1）3 448、3 438、3 435 cm-1處的特征吸收峰代表凝膠產(chǎn)物中O—H的收縮振動(dòng)，1 655、1 637、1 624 cm-1處的特征吸收峰代表凝膠產(chǎn)物中H—O—H 的彎曲振動(dòng)，上述特征吸收峰的強(qiáng)度可用于表征堿激發(fā)鋰渣體系中水化產(chǎn)物N（C）-A-S-H 凝膠的生成量［25］.吸收峰強(qiáng)度的提高表明試樣中水化產(chǎn)物生成量的增加［26］.隨著NaOH 溶液濃度的提高，鋰渣濾渣試樣中上述特征吸收峰的強(qiáng)度無明顯變化（圖3（a）），說明在一定的溶出溫度和時(shí)間條件下，堿度增加并不能促進(jìn)水化反應(yīng)的進(jìn)行和反應(yīng)程度的提高；當(dāng)溶出溫度提高至70、80 ℃（圖3（b））或在60 ℃下且溶出時(shí)間延長(zhǎng)至180、300 min（圖3（c））時(shí)，F(xiàn)TIR 圖譜中上述特征吸收峰強(qiáng)度顯著提高，說明反應(yīng)體系中有大量水化產(chǎn)物生成，與XRD 分析結(jié)論一致.

圖3 鋰渣及其在不同堿-水熱環(huán)境下反應(yīng)產(chǎn)物的FTIR 圖譜Fig.3 FTIR spectra of LS and reaction products in different alkali-hydrothermal environments

（2）1 458、1 450、1 448、1 444、881、866、689、694 cm-1處的特征吸收峰代表的非對(duì)稱伸縮振動(dòng)，這是在制樣過程中樣品與空氣中的CO2發(fā)生碳化反應(yīng)或與原材料中存在的碳酸鹽類物質(zhì)導(dǎo)致的［27］.在70、80 ℃高溫環(huán)境下或在180、300 min 的長(zhǎng)時(shí)間溶出反應(yīng)后，該范圍內(nèi)的吸收峰強(qiáng)度顯著提高，與鋰渣有更多的成分溶出及化學(xué)反應(yīng)有關(guān).

（3）3 546、2 501 cm-1與1 620、600、669 cm-1處的特征吸收峰分別代表鋰渣原材料中二水石膏和半水石膏的特征吸收峰，但該部分特征峰在濾渣的FTIR 圖譜中消失，這是由于石膏類物質(zhì)在堿-水熱環(huán)境下快速分解而很快消失，與XRD 分析結(jié)果一致.

（4）鋰渣的堿-水熱激發(fā)過程導(dǎo)致其組分結(jié)構(gòu)重組，堿激發(fā)鋰渣的反應(yīng)過程可以通過吸收頻率為1 200～950 cm-1的Si—O—T（T 為Al或Si）非對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰的振動(dòng)頻率位移來體現(xiàn)［28-29］.該范圍內(nèi)的吸收峰振動(dòng)頻率差異對(duì)應(yīng)N-（C）-A-S-H 凝膠相內(nèi)的硅氧四面體及鋁氧四面體結(jié)構(gòu)單元的組成變化，吸收峰的準(zhǔn)確位置與特定樣品中的n（Si）/n（Al）直接相關(guān).Si和Al的相對(duì)原子質(zhì)量相近，Al—O的價(jià)鍵力常數(shù)（0.75 ?）小于Si—O（1.61 ?），而Al—O 鍵比Si—O 鍵長(zhǎng)，隨著三維結(jié)構(gòu)中Al 對(duì)Si 的取代，四面體中Al 數(shù)目增加，Al—O—Si 的鍵長(zhǎng)延長(zhǎng)，鍵角減小，從而導(dǎo)致振動(dòng)頻率降低.本文研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該范圍內(nèi)的Si—O—T（T 為Al 或Si）非對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰的頻率變化同時(shí)依賴于溶出溫度和溶出時(shí)間的改變——隨著溶出溫度的提高，該范圍內(nèi)主吸收峰頻率從原材料的1 151 cm-1依次降低至1 107 cm-1（20 ℃）、1 093 cm-1（50 ℃）、1 093 cm-1（60 ℃）、1 078 cm-1（70 ℃）和995 cm-1（80 ℃）（圖3（b））；隨著溶出時(shí)間的延長(zhǎng)，該范圍內(nèi)主吸收峰頻率依次降低至1 105 cm-1（5 min）、1 101 cm-1（30 min）、1 016 cm-1（180 min）和999 cm-1（300 min）（圖3（c））.與之相對(duì)應(yīng)，在NaOH溶液濃度為5、8、10 mol/L 的反應(yīng)條件下，該范圍內(nèi)的特征吸收峰頻率并未發(fā)生變化，再次說明NaOH 溶液的濃度對(duì)反應(yīng)程度的提高無明顯效果.

2.2 不同堿-水熱環(huán)境下的元素溶出率

鋰渣中Si、Al 和Ca 在不同堿-熱環(huán)境下的溶出率如圖4 所示.

由圖4（a）可見：鋰渣中Si 和Al 的溶出率隨著NaOH 溶液濃度的提高而逐漸增大，在1～6 mol/L 內(nèi)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，但在6～10 mol/L內(nèi)增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯減緩；Si—O 和Al—O 鍵的斷裂主要受OH—濃度的影響，雖然Al—O 鍵比Si—O 鍵更容易斷裂［30］，但是由于鋰渣中的Si與Al的含量差異明顯，Si的溶出率明顯高于Al；在60 ℃溶出溫度條件下，Ca 在1 mol/L 的NaOH 溶液中已大量溶出，隨著NaOH 溶液濃度的提高，其溶出率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)NaOH溶液濃度超過5 mol/L 時(shí)，由于溶液中存在大量OH-，除了一部分Ca與已溶出的Si和Al發(fā)生反應(yīng)生成凝膠產(chǎn)物外，其余Ca均主要以Ca（OH）2的形式存在，導(dǎo)致Ca的溶出率顯著降低.綜上所述，在60 ℃溶出溫度條件下，鋰渣中各可溶出元素在5 mol/L NaOH溶液中的溶出效率更高.

圖4 鋰渣中Si、Al 和Ca 在不同堿-水熱環(huán)境下的溶出率Fig.4 Leaching ratios of Si，Al and Ca obtained in different alkali-hydrothermal environments

由圖4（b）可見：當(dāng)溶出溫度在40 ℃以下時(shí)，Si和Al的溶出率增長(zhǎng)非常緩慢，而隨著溶出溫度的升高，Si 和Al 的溶出率均顯著提高，且在60 ℃時(shí)其增長(zhǎng)幅度最大；40 ℃時(shí)，Ca 的溶出率已達(dá)到最大值72.48%，而隨著溶出溫度的提高，其溶出率開始顯著降低，這主要是由于在高溫環(huán)境下Si和Al大量溶出，與Ca 相互發(fā)生反應(yīng)生成凝膠物質(zhì).綜上所述，反應(yīng)溫度的變化對(duì)鋰渣中Si、Al 和Ca 的溶出率影響較大，且60 ℃以上的高溫環(huán)境有利于鋰渣的溶出進(jìn)程和活性激發(fā).

由圖4（c）可見：當(dāng)溶出時(shí)間為5 min時(shí)，Ca的溶出率已達(dá)到最大值55%左右，與XRD和FTIR分析結(jié)果一致，鋰渣中的Ca主要存在于二水石膏和半水石膏之中，在堿-水熱環(huán)境下，其分解反應(yīng)迅速，Ca大量溶出，并在強(qiáng)堿性環(huán)境下生成Ca（OH）2沉淀，導(dǎo)致Ca的溶出率測(cè)試值下降顯著；隨著溶出時(shí)間的延長(zhǎng)，Si和Al的溶出率不斷提高，并在180 min時(shí)達(dá)到最大值，然后開始呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，而恰巧此時(shí)Ca的溶出率再次出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，說明在180 min時(shí)體系中Si、Al和Ca之間發(fā)生劇烈反應(yīng)，生成N（C）-S-A-H 凝膠相，這從XRD 和FTIR的分析結(jié)果中也可以得到驗(yàn)證.

2.3 不同堿-水熱環(huán)境下的表觀形貌

鋰渣及其在不同堿-水熱性環(huán)境下溶出后濾渣的SEM 照片如圖5 所示.

由圖5（a）可見：鋰渣原材料顆粒表面光滑且致密，隨著NaOH 溶液濃度的提高，鋰渣顆粒表面開始出現(xiàn)裂痕侵蝕痕跡，并在5 mol/LNaOH 溶液中愈加顯著，當(dāng)NaOH溶液濃度為10 mol/L且溶出反應(yīng)60 min后，鋰渣顆粒的表面出現(xiàn)了顯著的侵蝕刻痕，但并未發(fā)現(xiàn)水化產(chǎn)物.結(jié)合前文結(jié)果分析可知，NaOH 溶液濃度的提高有利于鋰渣中鋰輝石等礦物成分的溶解，以及對(duì)顆粒表面的刻蝕作用，過高的NaOH 溶液濃度并不會(huì)促進(jìn)鋰渣水化反應(yīng)的進(jìn)行和水化產(chǎn)物的生成.

圖5 鋰渣及其在不同堿-水熱環(huán)境下溶出后濾渣的SEM 照片F(xiàn)ig.5 SEM images of LS and residues obtained in different alkali-hydrothermal environments

由圖5（b）可見：隨著溶出溫度的升高，鋰渣顆粒表面侵蝕程度和水化程度均明顯增大，20 ℃時(shí)，鋰渣顆粒表面僅有少量侵蝕刻痕，但未觀察到明顯的產(chǎn)物生成，說明以鋰輝石為主體的鋰渣在常溫條件下很難有效發(fā)揮活性來參與水化反應(yīng)，鋰渣顆粒表面致密且性質(zhì)比較穩(wěn)定，只有少量活性組分溶出；當(dāng)溶出溫度提高至60 ℃時(shí)，鋰渣顆粒表面出現(xiàn)白色絮狀的凝膠相產(chǎn)物；當(dāng)溶出溫度提高至70、80 ℃時(shí)，鋰渣顆粒表面受侵蝕的程度顯著加大，鋰渣顆粒表面發(fā)生大面積水化，絮狀凝膠相產(chǎn)物明顯增多.研究結(jié)果表明，隨著溶出溫度的提高，鋰渣顆粒受侵蝕程度加大，環(huán)境溫度的升高有利于鋰渣火山灰活性的激發(fā)［10］，同時(shí)能夠加速活性Si、Al 和Ca 的溶出過程、擴(kuò)散速率與反應(yīng)進(jìn)程，并最終促使水化產(chǎn)物的大量生成.

由圖5（c）可見：鋰渣顆粒在180 min 時(shí)已出現(xiàn)明顯的反應(yīng)現(xiàn)象，其顆粒表面被白色絮狀的凝膠相產(chǎn)物包裹，在此反應(yīng)過程中，鋰渣顆粒表面的Si—O 和Al—O 鍵在OH-的作用下發(fā)生斷裂，大量溶出的Si、Al 和Ca 相互發(fā)生反應(yīng)生成N-A-S-H 和C-A-S-H 等凝膠產(chǎn)物，這也導(dǎo)致Si、Al 和Ca 溶出率測(cè)試值均出現(xiàn)顯著降低；當(dāng)溶出時(shí)間延長(zhǎng)至240 min 時(shí)，鋰渣顆粒受侵蝕的程度加大，活性組分大部分被溶出，白色絮狀物越來越多，反應(yīng)生成的凝膠相逐漸形成1 個(gè)連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并對(duì)顆粒體形成包裹；當(dāng)鋰渣顆粒的溶蝕過程和凝膠相的生成反應(yīng)進(jìn)行至300 min 時(shí)，水化產(chǎn)物已形成完整的鏤空狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).

3 結(jié)論

（1）鋰渣中二水石膏和半水石膏相在堿-水熱環(huán)境下極易溶解，鋰渣中迅速溶出的Ca除部分參與凝膠產(chǎn)物的生成外，其余在強(qiáng)堿環(huán)境中主要以Ca（OH）2的形式存在.

（2）提高NaOH 溶液濃度可以加速鋰渣顆粒的表面侵蝕和鋰輝石等物相的溶解.當(dāng)NaOH 溶液濃度為1～6 mol/L 時(shí)，鋰渣中Si 和Al 的溶出率隨著NaOH 溶液濃度的升高而顯著增加；當(dāng)NaOH 溶液濃度高于6 mol/L 時(shí)，鋰渣中Si 和Al 的溶出率增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯減緩.

（3）當(dāng)溶出溫度高于60 ℃時(shí)，鋰渣的活性顯著提高，鋰渣中活性Si、Al 和Ca 的溶出、擴(kuò)散與轉(zhuǎn)移速率明顯加速，N-A-S-H 與C-A-S-H 混合凝膠相產(chǎn)物顯著增多.