粉煤灰提锂-提锂領域的新思路(lù)

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一(yī)、概述
煤炭能(néng)源在生(shēng)活與生(shēng)産當中都發揮著(zhe)重要作用，是全球重要的能(néng)源及化工(gōng)原料來源。煤炭資源在我國(guó)有著(zhe)蘊藏量大，分布廣的特點，我國(guó)能(néng)源的供應有大部分是通(tōng)過燃燒煤炭獲取的。粉煤灰是煤炭燃燒後主要的工(gōng)業(yè)廢料，它是我國(guó)目前排放(fàng)量最大的工(gōng)業(yè)固體廢棄物(wù)之一(yī)，大量粉煤灰對環境造成了嚴重危害。現階段粉煤灰的回收利用方式主要集中在制備水(shuǐ)泥、混凝土(tǔ)建築材料、合成沸石等低(dī)附加值領域。粉煤灰中除含有大量的鋁、矽等元素外，還(hái)含有豐富的锂、铷、镓等稀有金屬元素，通(tōng)過對這些稀有金屬的提取利用，可以實現粉煤灰的高(gāo)附加值利用。如能(néng)實現從(cóng)粉煤灰中高(gāo)效提锂，将在解決粉煤灰污染問題的同時為(wèi)锂資源的來源提供新途徑。

二、粉煤灰中的锂的存在形式
煤中的锂礦類型屬于沉積型锂礦床，由于锂的原子序數較低(dī)且在煤中的含量不高(gāo)，研究锂在煤中的富積原因較為(wèi)困難。煤中的锂主要是以矽酸鹽物(wù)質為(wèi)載體賦存于黏土(tǔ)礦物(wù)中，也有極少部分以磷酸鹽态或有機(jī)态存在。锂賦存于煤中時較為(wèi)常見(jiàn)的黏土(tǔ)礦物(wù)載體有高(gāo)嶺石和锂綠泥石。自(zì)然界中大部分煤中的含锂量并不高(gāo)，特殊地理環境下(xià)煤系的锂礦床品位可達到(dào)與傳統戰略金屬礦床品位相(xiàng)當的水(shuǐ)平，這些高(gāo)含锂量的煤田所開(kāi)采的煤在經過燃燒後，锂得到(dào)了富集，為(wèi)從(cóng)粉煤灰中提锂提供了可行性。

三、粉煤灰中锂的提取工(gōng)藝
3.1 預處理
粉煤灰的礦物(wù)組成主要為(wèi)莫來石、剛玉、玻璃體和石英等，锂主要賦存于玻璃體中。其化學組成較為(wèi)複雜(zá)，主要成分是SiO2和Al2O3，同時也存在著(zhe)鐵、鈣、鎂、钛等金屬的氧化物(wù)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處理，包括脫矽、磁選兩個(gè)步驟。脫矽的目的是在提高(gāo)粉煤灰中矽的利用率同時減少低(dī)價值含矽固體廢渣量和工(gōng)藝過程中的物(wù)料流量。磁選的目的是去除粉煤灰中的鐵氧化物(wù)。經過上(shàng)述兩個(gè)步驟，粉煤灰内锂的相(xiàng)對含量有所增加，同時也提高(gāo)了粉煤灰的活性，從(cóng)而實現更高(gāo)效的從(cóng)粉煤灰中提锂。
3.2 焙燒
焙燒是指将預處理後的粉煤灰與特定的燒結劑在高(gāo)溫的條件(jiàn)下(xià)進行反應，焙燒後的粉煤灰得到(dào)了進一(yī)步活化。常用的燒結劑有碳酸鈉、碳酸鈣等。
3.3 浸取
焙燒後的粉煤灰用酸或者堿進行浸取，粉煤灰中的锂離子被轉移到(dào)浸出液中，進一(yī)步對粉煤灰中的锂離子進行了富集。酸法是将燒結活化後的粉煤灰冷卻後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(jiàn)下(xià)，此工(gōng)藝锂的浸取率為(wèi)96.69%。堿法是碳酸鈉作為(wèi)燒結劑先将粉煤灰進行活化處理，之後轉移到(dào)堿溶液中堿浸2h，此條件(jiàn)下(xià)锂的浸取率為(wèi)85.30%。
3.4 沉锂工(gōng)藝
A、碳酸鹽沉澱法，碳酸鹽沉澱法的原理是向锂的富集溶液中加入一(yī)種或多(duō)種适當的沉澱劑進行沉澱得到(dào)碳酸锂，再對碳酸锂進行進一(yī)步的提純。酸法浸出液先除雜(zá)及沉鋁操作後，将得到(dào)的锂母液進一(yī)步地蒸發濃縮和結晶，淨化除雜(zá)，再加入沉澱劑後得到(dào)含锂的碳酸鹽沉澱。堿法的浸出液進行碳化操作後，再通(tōng)過蒸發濃縮，最後進行锂的沉澱。
碳酸鹽沉澱法工(gōng)藝的優點在于操作簡單且技(jì)術(shù)成熟，但由于粉煤灰中含有複雜(zá)的金屬離子雜(zá)質，沉澱時會(huì)出現金屬的共沉澱現象，進行分離提純的成本較高(gāo)，影響工(gōng)藝的經濟效益。
B、吸附法
吸附法主要是采用離子篩或各種不同的樹脂将锂從(cóng)粉煤灰堿性溶液中吸附提取出來的工(gōng)藝。
C、溶劑萃取法
萃取法提锂的原理是根據锂離子在兩種互不相(xiàng)溶的溶劑中的溶解度的不同，使得锂離子從(cóng)溶解度較小(xiǎo)的溶劑中轉移到(dào)溶解度大的溶劑中。溶劑萃取法有著(zhe)可連續操作、分離率高(gāo)、設備簡單等優點，但存在部分有機(jī)萃取劑污染環境的問題，需要不斷優化改進和完善萃取劑的選擇。
四、總結
粉煤灰中提取锂，不僅能(néng)提高(gāo)我國(guó)現有的锂資源的生(shēng)産與供給能(néng)力，并且能(néng)為(wèi)解決粉煤灰堆積而造成的環境污染問題提供思路(lù)。在酸性環境中，現階段較為(wèi)成熟的提锂工(gōng)藝有溶劑萃取法、鹽酸浸出法和吸附法等提锂技(jì)術(shù)。在酸性介質中使用萃取法提锂有著(zhe)對萃取材料要求高(gāo)、毒性大、對設備腐蝕性強等難題，因此從(cóng)環保的角度來看(kàn)酸性介質中萃取法提锂存在著(zhe)污染及耗材嚴重的問題。在堿性條件(jiàn)下(xià)，主要有沉澱和吸附兩種方法。沉澱法技(jì)術(shù)與其他技(jì)術(shù)相(xiàng)比較已相(xiàng)對成熟，但是，由于其中的金屬雜(zá)質較多(duō)，易發生(shēng)共沉澱現象而導緻分離困難。随著(zhe)全球锂資源的消耗量的快速增長(cháng)，粉煤灰提锂有望成為(wèi)锂資源的一(yī)個(gè)新來源。