易 鵬 張 杰 何宇崎 殷志剛 鄧星星

（1.天齊鋰業(yè)（射洪）有限公司；2.鋰資源與鋰材料四川省重點實驗室；3.天齊鋰業(yè)股份有限公司；4.天齊鑫隆科技(成都)有限公司）

隨著“碳達峰、碳中和”雙碳目標在我國的提出和持續(xù)推進，新能源產(chǎn)業(yè)也隨之迎來發(fā)展高潮［1］。鋰由于具有優(yōu)異的物理化學性質，使其成為新能源電池中的重要原材料，在儲能領域發(fā)揮著巨大的作用。目前，鋰已成為全球備受關注的重要戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源［2］，我國含鋰礦石資源主要以鋰輝石和鋰云母為主，通常采用酸法工藝、堿法工藝、鹽焙燒工藝、壓煮工藝等進行提鋰［3］，不同提鋰工藝產(chǎn)生的鋰渣，其物理化學性質存在較大差異。以鋰輝石提鋰為例，每生產(chǎn)1 t 電池級碳酸鋰會產(chǎn)生近8～10 t 固廢鋰渣。目前，國內鋰渣年產(chǎn)量高達幾百萬噸［4］，由此帶來的環(huán)境污染問題也日益突顯，如何實現(xiàn)鋰渣的高值化綜合利用迫在眉睫。

近年來，已有部分學者［5-7］對鋰渣高值化綜合利用進行相關研究。王旭［8］以鋰輝石提鋰尾渣進行資源化利用試驗研究，采用水熱堿法工藝，以鋰渣為原料制備納米高嶺石、水化硅酸鈣以及硬硅鈣石產(chǎn)品，實現(xiàn)鋰渣高值化利用。張?zhí)锏龋?］采用磨礦處理、弱—強聯(lián)合磁選除鐵以及固液兩相脫硫和多級環(huán)水分級循環(huán)技術將鋰渣中含鐵、含硫雜質組分與硅鋁組分分離，為綜合利用鋰渣生產(chǎn)硅鋁微粉、鉭鈮精礦等高附加值產(chǎn)品創(chuàng)造條件。天齊創(chuàng)鋰科技（深圳）有限公司［10］公開了一種鋰渣綜合回收鋰、鉭鈮、硅鋁微粉、鐵精礦和石膏的方法，該法通過重選—弱磁分離得到粗粒鈮鉭富料和粗粒鐵精礦，同時通過浮選和弱磁—強磁獲得高純度石膏精礦和高硅高鋁低鐵低硫硅鋁微粉。鋰渣中富含大量硅鋁，但其硫鐵含量較高，嚴重制約其在建筑材料領域的利用比例。相關研究［11］表明，脫硫后的鋰渣可以在吸附材料、地聚合物、玻纖、陶瓷、填料等領域應用，達到了鋰渣高價值綜合利用的目的。因此，以四川某鋰輝石酸浸渣為研究對象，在工藝礦物學研究的基礎上，研究新型組合捕收劑對鋰渣浮選脫硫效果的影響。

1 試驗部分

1.1 原 料

原料為四川某鋰輝石提鋰尾渣，呈乳白色粉末，在顯微鏡下顆粒呈碎石狀，少量呈棒狀晶體，具有較大內表面積的多孔結構，顆粒細小，粒級大多小于1 mm。由于其內部結構疏松多孔，該鋰渣對水具有較大的吸附能力，其含水率高達20%。鋰渣化學多元素分析結果見表1，鋰渣中硫物相分析結果見表2。

由表1、表2可知，鋰渣的主要化學成分為SiO2和Al2O3，含量分別為52.08%和20.22%，其次為SO3和CaO，SO3含量6.82%，接 近98%的硫主要以石膏（CaSO4·2H2O）的形式存在，呈板條狀晶體，含有少量硫化物。

鋰渣XRD圖譜分析結果見圖1，原鋰渣粒度分布結果見表3。

由表3 可知，-74 μm 鋰渣占86.80%，又因鋰渣中硫酸鈣是在酸法提鋰過程中調漿發(fā)生化學反應制得，故鋰渣不需再磨處理便可進行浮選試驗。

結合顯微鏡下鑒定，該鋰渣中主要礦物組分為鋁硅酸鹽類礦物（LiAlSi4O10，PDF 35-0463）、石膏（CaSO4·2H2O，PDF 33-0311）、硬石膏（CaSO4，PDF 37-1496）、石英（SiO2，PDF 46-1045），少量及微量鋰輝石、鉭鈮鐵礦、磁鐵礦等，造渣物質主要是鋁硅酸鹽礦物，主要包含玻璃質基體、鐵橄欖石、莫來石，少量高嶺石、長石、石英等。

1.2 試劑及設備

試驗試劑為水玻璃（分析純），LS 和JFCG 捕收劑（工業(yè)級），試驗用水為自來水。

試驗設備為DL-5C 盤式真空過濾機（江西龍中機械設備有限公司），電子天平（東陽市英衡智能設備有限公司），101-2A 電熱鼓風干燥箱（北京中興偉業(yè)世紀儀器有限公司），XFD-IV 型單槽浮選機（吉林省探礦機械廠）。

2 結果與討論

該鋰渣為鋰輝石硫酸法提鋰所產(chǎn)生的尾渣，屬于典型冶煉固廢，根據(jù)其特有的物理化學性質，擬采用反浮選脫硫方案。通過篩析可知，該渣粒度較細，-74 μm 含量高達86.80%，可直接進行浮選試驗?；谇捌诖罅刻剿髟囼灒_定浮選流程采用1 粗3 掃工藝，試驗流程見圖2。

2.1 水玻璃用量試驗

根據(jù)相關文獻［12］及該鋰渣粒度分布表明，-37 μm 含量占68%以上，為了達到最佳浮選效果，采用水玻璃作為分散劑，以LS 為捕收劑，在礦漿濃度約32%，捕收劑總用量150（60+40+30+20）g/t，水玻璃總用量分別為0，1 500（1 000+250+125+125），3 000（2 000+500+250+250），4 500（3 000+750+375+375），6 000（4 000+1 000+500+500）g/t 的條件下進行水玻璃用量試驗，試驗結果見圖3。

由圖3可見，水玻璃在鋰渣反浮選脫硫過程中具有明顯的作用，隨著水玻璃用量的增加，鋰渣中的硅鋁礦物得到很好的抑制，鋰渣精礦中SO3品位和回收率都先降低后升高；當水玻璃用量3 000 g/t 時，鋰渣精礦中SO3品位和回收率降到最低，分別為0.49%和9.24%；隨著水玻璃用量繼續(xù)增大，過量水玻璃在抑制硅鋁礦物的同時，對石膏也會產(chǎn)生負面影響，導致鋰渣精礦中SO3品位和回收率都有所增加；因此，水玻璃最佳總用量為3 000 g/t。

2.2 捕收劑LS用量試驗

LS 藥劑為陰離子捕收劑，對石膏具有較好的選擇性和捕收能力。固定水玻璃用量3 000 g/t，考察LS捕收劑總用量分別為0，100（40+30+20+10），125（50+35+25+15），150（60+40+30+20），175（70+45+35+25），200（80+50+40+30）g/t時對鋰渣反浮選脫硫效果的影響，試驗結果見圖4。

由圖4可見，LS用量對鋰渣反浮選脫硫的影響較大，隨著捕收劑用量增加，鋰渣精礦中SO3回收率降低，SO3品位也降低，最終保持在0.44%左右；當捕收劑用量150 g/t時，鋰渣精礦中SO3品位0.55%，此時鋰渣精礦中SO3回收率僅為10.24%；繼續(xù)增加LS 用量，捕收能力得到增強，脫硫效果更好，但其泡沫量增大，因夾帶導致鋰渣精礦的產(chǎn)率逐漸降低；綜合考慮，LS用量150 g/t為宜。

2.3 組合捕收劑種類試驗

針對水玻璃作調整劑、LS 作捕收劑時泡沫黏度較大、流動性差、作用時間短、消泡難、精礦產(chǎn)量低和泡沫脫水難等問題，采用LS與表面活性劑以質量2∶1配比作為組合捕收劑，在其總用量150 g/t、水玻璃總用量3 000 g/t的條件下，對比組合捕收劑種類對鋰渣反浮選脫硫指標的影響，結果見圖5。

由圖5 可見，LS 與JFCG 以2∶1 復配組合后，鋰渣精礦中SO3回收率9.95%，鋰渣精礦中SO3品位僅為0.51%；在鋰渣精礦中SO3品位小于0.6%的前提下，鋰渣精礦中SO3回收率越小越好；綜合考慮，選擇LS+JFCG作為組合捕收劑。

2.4 組合捕收劑配比試驗

改善浮選過程中的泡沫性能可減少夾帶，降低鋰渣精礦中SO3的回收率。以LS+JFCG 為組合捕收劑，在組合捕收劑總用量150 g/t，水玻璃用量3 000 g/t的條件下，考察組合捕收劑配比對鋰渣反浮選脫硫指標的影響，試驗結果見圖6。

由圖6 可見，隨著LS 占比逐漸減小，鋰渣精礦中SO3回收率和品位均呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢；當LS 與JFCG 配比為4∶1 時，鋰渣精礦中SO3回收率低至7.63%，且鋰渣精礦中SO3品位僅為0.43%；因此，LS與JFCG組合捕收劑的最佳配比為4∶1。

2.5 組合捕收劑用量試驗

組合捕收劑能很好地提高鋰渣反浮選脫硫指標，為了進一步提高鋰渣資源的綜合利用和降低藥劑成本，在LS 與JFCG 配比4∶1、水玻璃總用量3 000 g/t 的條件下，考察組合捕收劑總用量分別為100，125，150，175，200 g/t時對鋰渣反浮選脫硫的影響，試驗結果見圖7。

由圖7 可見，隨著組合捕收劑用量的增加，鋰渣精礦中SO3回收率降低，鋰渣精礦中SO3品位也降低，最終維持在0.40%左右；當組合捕收劑用量150 g/t時，浮選效果最佳，鋰渣精礦中SO3品位為0.43%，此時鋰渣精礦中SO3回收率僅為7.63%；采用單一LS 捕收劑反浮選脫硫時，鋰渣精礦中SO3的回收率偏高，而采用LS+JFCG 組合捕收劑反浮選脫硫時，不僅鋰渣精礦中的SO3品位得到降低，而且鋰渣精礦中SO3回收率也降低了約2 個百分點；綜合考慮，組合捕收劑最佳用量為150 g/t。

2.6 鋰渣浮選閉路試驗

在鋰渣浮選脫硫條件試驗最佳工藝參數(shù)的基礎上，為盡可能降低鋰渣含硫量，同時獲得高品質石膏泡沫產(chǎn)品，進行鋰渣反浮選閉路流程試驗，閉路流程見圖8，試驗結果見表4。

由表4 可知，采用1 粗3 掃2 精浮選閉路流程，可獲得產(chǎn)率13.87%、SO3品位42.56%、回收率92.82%的石膏產(chǎn)品，同時鋰渣精礦中SO3品位僅為0.53%；由此可見，通過該浮選工藝流程及藥劑制度，可以實現(xiàn)鋰渣高效脫硫的目的，同時獲得較高品質的石膏產(chǎn)品，經(jīng)測定其白度高達78.6%，可用于建筑行業(yè)，為鋰渣高值化綜合利用創(chuàng)造了條件。

3 結論

（1）鋰渣中主要礦物成分為SiO2、Al2O3，主要有害組分為SO3和Fe2O3。鋰渣呈碎石狀、多孔結構，含水率高。硫主要以石膏（CaSO4·2H2O）的形式存在，呈板條狀晶體。

（2）以水玻璃為分散劑、LS+JFCG 質量比4∶1 為組合捕收劑，采用1 粗3 掃反浮選工藝流程，可獲得SO3品位0.43%的鋰渣精礦，實現(xiàn)了從鋰渣中高效脫硫的目的。組合捕收劑的使用，可以改善泡沫厚度、減輕泡沫夾帶等問題。

（3）經(jīng)1 粗3 掃2 精浮選閉路流程，獲得了產(chǎn)率13.87%、SO3、CaO 品位分別為42.56%和28.16%的石膏產(chǎn)品，同時獲得了SO3品位僅為0.53%的鋰渣精礦，為鋰渣高值化綜合利用提供了技術支撐。