王麗萍李超（神華準(zhǔn)能資源綜合開(kāi)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(kāi)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(guó)煤中鋰的分布情況，著重介紹了我國(guó)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(guò)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(lái)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(lái)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(guó)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(guò)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(guó)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(lái)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(lái)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(guó)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(guò)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(lái)，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(guò)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(guò)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(guò)濾，將過(guò)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(guó)內(nèi)外企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)展粉煤灰的綜合利用研究，比較常見(jiàn)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(guò)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(shù)脂吸附法

候永茹等采用樹(shù)脂作為吸附劑，分別考察了六種樹(shù)脂對(duì)粉煤灰堿性溶液中鋰離子的吸附。這六種樹(shù)脂分別是酸性樹(shù)脂CD550、堿性樹(shù)脂201*7、螯合樹(shù)脂D851、兩性樹(shù)脂TP-1、陽(yáng)離子樹(shù)脂（凝膠）和陽(yáng)離子樹(shù)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(guò)離子交換樹(shù)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(shù)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(lái)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(yǔ)

就目前筆者所知來(lái)看，國(guó)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(kāi)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.