王梓碩,臧靜坤,王小蕊,程 偉

(1.貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550025;2.喀斯特地區(qū)優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源高效利用國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng) 550025;3.貴州省非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng) 550025)

鋰作為最輕的金屬元素,是重要的戰(zhàn)略性金屬,廣泛應(yīng)用于軍事、冶金、能源、材料、醫(yī)藥、發(fā)電等領(lǐng)域,被譽(yù)為“推動(dòng)世界前進(jìn)的金屬”[1-2]。隨著新能源鋰電池技術(shù)的迅速發(fā)展,鋰資源的戰(zhàn)略地位日益凸顯。但我國(guó)鋰資源品位低,開(kāi)采難度大,開(kāi)采成本高,固體鋰礦和鹵水生產(chǎn)的鋰已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)需求,因此,尋找新型鋰資源受到重點(diǎn)關(guān)注。

煤矸石是煤炭采掘及洗選過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物,也是排放量最大的工業(yè)廢物之一[3]。我國(guó)煤矸石堆存量目前已超過(guò)50億t,不但占用大量土地資源,易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,還可能對(duì)礦區(qū)大氣、土壤及地下水造成嚴(yán)重污染[4-6]。目前,煤矸石的綜合利用主要以煤矸石發(fā)電、復(fù)墾、回填、建材及制品等大宗利用為主,但利用率較低,且煤矸石的高值化利用相對(duì)較少[5,7]。推動(dòng)煤矸石的資源化利用,不但可以減少其帶來(lái)的危害,而且可達(dá)到變廢為寶的目的。

近年來(lái),從煤矸石中提取共伴生金屬資源的研究受到了廣泛關(guān)注,發(fā)展高附加值的煤矸石綜合利用技術(shù)逐漸成為熱點(diǎn)[8]。有一些研究表明,我國(guó)生產(chǎn)的煤中有超常富集的伴生鋰資源[9-11],從煤矸石、粉煤灰等煤系固廢中回收鋰資源,可在實(shí)現(xiàn)固廢高值化利用的同時(shí),有效緩解我國(guó)鋰資源短缺的現(xiàn)狀[12-13]。

從煤矸石、粉煤灰中浸出鋰的常用方法為酸法和堿法,在提取過(guò)程中,鋰在浸出液或循環(huán)母液中被進(jìn)一步富集,有利于鋰的協(xié)同提取[14-16]。酸法是利用鹽酸、硫酸、硝酸等無(wú)機(jī)酸對(duì)活化后的煤矸石進(jìn)行浸出,使鋰元素浸出后進(jìn)入到溶液中,再?gòu)慕鲆褐刑崛′囋?。堿法是利用NaOH、KOH、石灰石等與煤矸石混合后進(jìn)行焙燒活化,提高煤矸石化學(xué)反應(yīng)活性,再利用酸或堿溶液對(duì)活化后的煤矸石進(jìn)行浸出[17]。相比堿法,酸法的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,且浸出液較易處理。

試驗(yàn)研究了用浮沉法分離貴州某地富鋰煤中的煤矸石經(jīng)篩選、焙燒活化后用鹽酸浸出鋰。對(duì)焙燒活化及浸出條件進(jìn)行了優(yōu)化,以期獲得較優(yōu)的煤矸石焙燒活化及浸出鋰的工藝,實(shí)現(xiàn)煤矸石中鋰的高效浸出。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及試劑

煤矸石:取自貴州某地富鋰煤樣,破碎至2 mm以下,再用密度1.8 g/cm3的ZnCl2重液進(jìn)行浮沉,將沉物(產(chǎn)率10.58%)在50 ℃下烘干至恒重,之后再研磨至粒度小于74 μm?；瘜W(xué)成分和燒失量見(jiàn)表1,礦物組成和微觀形貌如圖1、2所示。

表1 煤矸石試樣的化學(xué)成分及燒失量 %

圖1 煤矸石試樣的X射線衍射圖譜

圖2 煤矸石試樣的微觀形貌

由表1和圖1、2看出:鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)330.8 μg/g,具有一定綜合回收價(jià)值;煤矸石中SiO2、Al2O3及Fe2O3含量較高,分別為20.43%、18.17%和11.41%,其次是TiO2、Na2O和SO3,分別為2.10%、1.59%和1.13%,其他常量元素含量相對(duì)較低,燒失量為40.04%,說(shuō)明含有較多有機(jī)質(zhì);主要礦物為高嶺石、黃鐵礦和石英等,黃鐵礦的衍射峰數(shù)目多、峰值高、峰形尖銳對(duì)稱(chēng),結(jié)晶度較高。鋰主要以吸附態(tài)形式存在于黏土礦物中[18];未焙燒的煤矸石樣品結(jié)構(gòu)較為致密,片層狀結(jié)構(gòu)明顯,較大的塊狀物表面附著許多小顆粒,表面凹凸不平,存在少量孔隙。

試驗(yàn)試劑:鹽酸(優(yōu)級(jí)純),重慶川東化工集團(tuán)有限公司;無(wú)水碳酸鈉(分析純),天津永大化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

焙燒:準(zhǔn)確稱(chēng)取5.0 g煤矸石試樣置于50 mL陶瓷坩堝中,物料混合均勻后置于馬弗爐中于一定溫度下進(jìn)行焙燒。分別考察焙燒方式、焙燒溫度、焙燒時(shí)間等因素對(duì)煤矸石中鋰浸出的影響。還原焙燒方式利用煤矸石中的殘留有機(jī)質(zhì)為還原劑,加蓋后置于坩堝中焙燒;鈉化焙燒方式用一定量Na2CO3與煤矸石混合均勻后,置于坩堝中敞口焙燒;氧化焙燒方式直接將煤矸石置于坩堝中敞口焙燒。

浸出:將焙燒后的煤矸石活化產(chǎn)物置于燒杯中,按一定液固體積質(zhì)量比加入適量鹽酸溶液,將燒杯放入水浴鍋中加熱并開(kāi)啟攪拌,加熱至設(shè)定溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。浸出結(jié)束后過(guò)濾,浸出渣用去離子水反復(fù)沖洗,浸出液用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-AES,icap 7400,賽默飛世爾科技公司)測(cè)定鋰質(zhì)量濃度,并按式(1)計(jì)算鋰浸出率。

(1)

式中:η—鋰浸出率,%;ρ—浸出液中鋰質(zhì)量濃度,μg/L;V—浸出液體積,L;m—煤矸石質(zhì)量,g;w—煤矸石中鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù),μg/g。

1.3 分析方法

用X射線衍射儀(XRD,D8 advance,德國(guó)布魯克公司)分析煤矸石礦物組成;用X射線熒光光譜儀(XRF,Zetium,荷蘭帕納科公司)檢測(cè)煤矸石的化學(xué)成分;用掃描電子顯微鏡(SEM,GeminiSEM 300,德國(guó)蔡司公司)觀察煤矸石的微觀形貌;按照《煤矸石燒失量的測(cè)定》(GB/T 35986—2018)方法測(cè)定煤矸石試樣燒失量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 焙燒條件對(duì)煤矸石中鋰浸出的影響

2.1.1 焙燒方式

在焙燒溫度600 ℃、焙燒時(shí)間2 h條件下,分別采用氧化焙燒、還原焙燒及鈉化焙燒(以Na2CO3為活化劑,Na2CO3和煤矸石質(zhì)量比2/1)對(duì)煤矸石試樣進(jìn)行焙燒活化,焙砂在室溫、液固體積質(zhì)量比10/1條件下,用3 mol/L鹽酸溶液浸出2 h,3種焙燒方式對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 焙燒方式對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響

由圖3看出:煤矸石不焙燒直接浸出時(shí),鋰浸出率較低,為12.14%;煤矸石焙燒后再進(jìn)行浸出,鋰浸出率顯著提升。其中,氧化焙燒后鋰浸出率相對(duì)較高,為60.96%,其次是鈉化焙燒,而還原焙燒鋰浸出率相對(duì)較低。綜合考慮,選擇氧化焙燒方式對(duì)煤矸石試樣進(jìn)行熱活化預(yù)處理。

2.1.2 焙燒溫度

對(duì)煤矸石試樣進(jìn)行氧化焙燒2 h,焙砂在室溫、液固體積質(zhì)量比10/1條件下,用3 mol/L鹽酸溶液浸出2 h,焙燒溫度對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 焙燒溫度對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響

由圖4看出:煤矸石中鋰浸出率隨焙燒溫度升高而升高;焙燒溫度升至550 ℃時(shí),鋰浸出率達(dá)最大,為75.24%;焙燒溫度繼續(xù)升高,鋰浸出率下降。綜合考慮能耗等因素,選擇煤矸石氧化焙燒溫度為550 ℃。

2.1.3 焙燒時(shí)間

在550 ℃條件下對(duì)煤矸石試樣進(jìn)行氧化焙燒,焙砂在室溫、液固體積質(zhì)量比10/1條件下,用3 mol/L鹽酸溶液浸出2 h,焙燒時(shí)間對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 焙燒時(shí)間對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響

由圖5看出,隨焙燒時(shí)間延長(zhǎng),煤矸石的鋰浸出率呈先升高后下降趨勢(shì):焙燒1.5 h時(shí),鋰浸出率達(dá)最大,為78.16%。綜合考慮,選擇煤矸石氧化焙燒時(shí)間為1.5 h。

2.2 浸出條件對(duì)煤矸石中鋰浸出的影響

2.2.1 鹽酸溶液濃度

煤矸石試樣在550 ℃條件下氧化焙燒1.5 h后,用不同濃度鹽酸溶液浸出鋰。在液固體積質(zhì)量比10/1、室溫、浸出時(shí)間2 h條件下,鹽酸溶液濃度對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 鹽酸濃度對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響

由圖6看出:鹽酸濃度在0.5～6 mol/L范圍內(nèi),煤矸石中鋰浸出率先升高后降低;鹽酸溶液濃度增至1 mol/L時(shí),鋰浸出率達(dá)到最大,為79.92%。因此,確定適宜的鹽酸溶液濃度為1 mol/L。

2.2.2 浸出時(shí)間

煤矸石試樣在550 ℃條件下氧化焙燒1.5 h后,用1 mol/L鹽酸溶液浸出鋰。在液固體積質(zhì)量比10/1、室溫條件下,浸出時(shí)間對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 浸出時(shí)間對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響

由圖7看出:浸出時(shí)間在0.5～2 h范圍內(nèi),煤矸石中鋰浸出率逐漸升高,浸出2 h時(shí)鋰浸出率達(dá)最大,為79.77%;之后繼續(xù)浸出,鋰浸出率趨于平衡。綜合考慮,確定適宜的浸出時(shí)間為2 h。

2.2.3 液固體積質(zhì)量比

煤矸石試樣在550 ℃條件下氧化焙燒1.5 h后,用1 mol/L鹽酸溶液浸出鋰。在室溫、浸出時(shí)間2 h件下,液固體積質(zhì)量比對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8 液固體積質(zhì)量比對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響

由圖8看出:鹽酸溶液與煤矸石的液固體積質(zhì)量比由5/1增至40/1,煤矸石中鋰浸出率先升高后降低,液固體積質(zhì)量比增至10/1時(shí),鋰浸出率達(dá)最大,為80.92%。綜合考慮,確定適宜的液固體積質(zhì)量比為10/1。

2.2.4 浸出溫度

煤矸石試樣在550 ℃條件下氧化焙燒1.5 h后,用1 mol/L鹽酸溶液浸出鋰。在液固體積質(zhì)量比10/1、浸出時(shí)間2 h件下,浸出溫度對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

圖9 浸出溫度對(duì)煤矸石中鋰浸出效果的影響

由圖9看出:浸出溫度在10～80 ℃范圍內(nèi),煤矸石中鋰浸出率逐漸升高,浸出溫度為80 ℃時(shí),煤矸石中鋰浸出率達(dá)最大,為98.14%。因此,確定適宜的浸出溫度為80 ℃。

3 機(jī)制分析

3.1 煤矸石焙燒活化機(jī)制分析

煤矸石主要由礦物及少量有機(jī)質(zhì)組成,未經(jīng)活化處理的煤矸石活性低,直接提取鋰較為困難[19]。因此,必須對(duì)煤矸石進(jìn)行活化,使有序的晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚暂^高的半晶質(zhì)或非晶質(zhì),提高其反應(yīng)活性[20-21]。常用的煤矸石活化手段包括機(jī)械活化、熱活化、微波輻射活化、化學(xué)活化及復(fù)合活化等。熱活化具有易操作、直接、簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn),是煤矸石活化的主要方法[22-23]。有研究表明,煤矸石的活性主要來(lái)源于煤矸石礦物組分中黏土類(lèi)礦物的受熱分解[24]。

煤伴生的鋰通常與鋁硅酸鹽礦物有關(guān),即黏土礦物高嶺石是煤中鋰的主要載體之一[18,25-27]。高嶺石是含結(jié)構(gòu)水的硅酸鹽礦物,呈層狀,其結(jié)構(gòu)單元由一層硅氧四面體層與一層鋁氧八面體層疊置構(gòu)成,結(jié)構(gòu)晶型較穩(wěn)定,幾乎不具有反應(yīng)活性,其中鋁氧八面體層中含有結(jié)構(gòu)羥基[28]。所以,熱活化主要針對(duì)的是煤矸石中的高嶺石。在高溫下焙燒,煤矸石中各微粒會(huì)產(chǎn)生劇烈熱運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致高嶺石發(fā)生脫羥基作用,結(jié)構(gòu)水快速脫除,使晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞,致使硅氧四面體和鋁氧八面體變形,不能充分聚合成長(zhǎng)鏈,而是形成大量自由端的斷裂點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)排列無(wú)規(guī)律,造成高嶺石結(jié)構(gòu)趨于無(wú)序化;在該過(guò)程中,Al的配位數(shù)及硅氧四面體的聚合度也會(huì)發(fā)生變化[29-30];此外,熱活化還會(huì)同時(shí)脫除煤矸石中的固定碳和其他有機(jī)物質(zhì),使煤矸石表面產(chǎn)生大量孔隙,總孔面積增大,促進(jìn)煤矸石活化產(chǎn)物與浸出劑鹽酸充分接觸,增強(qiáng)浸出效果。

產(chǎn)自不同地區(qū)的煤矸石的元素組成、礦物組成及碳含量不同,導(dǎo)致最佳焙燒活化溫度也不同[31]。煤矸石最佳熱活化溫度主要取決于其中黏土礦物的脫羥基溫度,因此,煤矸石焙燒產(chǎn)物的活性與黏土礦物的種類(lèi)及結(jié)晶程度都有直接關(guān)系,結(jié)晶度越差的高嶺石所對(duì)應(yīng)煤矸石的最佳熱活化溫度越低[32]。由此可見(jiàn),焙燒溫度是影響煤矸石焙燒活化產(chǎn)物活性的重要因素。

煤矸石中高嶺石(結(jié)晶態(tài))在一定溫度下焙燒會(huì)分解為無(wú)定性物質(zhì)偏高嶺石(非晶態(tài)),偏高嶺石又會(huì)分解成非晶態(tài)Al2O3和非晶態(tài)SiO2,使煤矸石反應(yīng)活性提高。

焙燒溫度較高時(shí),非晶態(tài)Al2O3會(huì)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)γ-Al2O3,γ-Al2O3又會(huì)和非晶態(tài)SiO2重新結(jié)合,生成晶態(tài)莫來(lái)石,使煤矸石反應(yīng)活性降低。

3.1.1 礦物組成

采用X射線衍射儀對(duì)不同焙燒溫度下所得煤矸石活化產(chǎn)物的礦物組成進(jìn)行分析,結(jié)果如圖10所示。可以看出:在溫度400、450 ℃下焙燒所得煤矸石活化產(chǎn)物與未焙燒活化的煤矸石原礦的XRD圖譜的衍射峰形基本相似,說(shuō)明焙燒后礦物成分無(wú)變化;但隨焙燒溫度升高,產(chǎn)物中高嶺石的衍射峰逐漸減弱,這是因?yàn)楦邷乇簾垢邘X石發(fā)生脫羥基反應(yīng),晶體結(jié)構(gòu)被破壞,高嶺石向活性較強(qiáng)的偏高嶺石轉(zhuǎn)變,從而使煤矸石中鋰浸出率升高;500 ℃下焙燒后所得產(chǎn)物中高嶺石衍射峰完全消失,說(shuō)明高嶺石的晶體結(jié)構(gòu)已被完全破壞;550、600 ℃下焙燒后所得產(chǎn)物的XRD圖譜與500 ℃基本相同,結(jié)合2.1.2節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果可知,鋰浸出率在焙燒溫度為550 ℃時(shí)達(dá)最大,而焙燒溫度升至600 ℃時(shí),鋰浸出率下降,這可能是因?yàn)楸簾郎囟瘸^(guò)550 ℃后出現(xiàn)了新的惰性結(jié)晶物質(zhì),使結(jié)構(gòu)整體向有序向偏移,導(dǎo)致煤矸石反應(yīng)活性降低,鋰浸出率降低。

圖10 不同溫度下煤矸石焙燒活化產(chǎn)物的X射線衍射圖譜

由圖10還可看出:與未焙燒的煤矸石原礦相比,隨焙燒溫度升高,焙燒后產(chǎn)物中石英的衍射峰強(qiáng)度有所增大,這可能是由高嶺石脫除羥基生成無(wú)定型SiO2,SiO2相對(duì)含量升高引起[33]。

3.1.2 孔隙特征

分別對(duì)550 ℃下焙燒后所得煤矸石活化產(chǎn)物和未焙燒活化的煤矸石原礦進(jìn)行壓汞試驗(yàn),分析其微觀孔隙結(jié)構(gòu),結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 煤矸石原礦與焙燒活化產(chǎn)物的孔隙結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的孔隙分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)[34]:孔徑小于2 nm的為微孔,2～50 nm之間的為中孔(也稱(chēng)介孔),大于50 nm的為大孔。由表2看出,原礦和焙燒活化產(chǎn)物的中孔占比均為26.58%,大孔占比均為73.42%,中孔和大孔占比相同,但孔隙率、平均孔徑和總面積存在差異:原礦孔隙率為43.24%,平均孔徑為270.4 nm,總孔面積較小,為9.056 m2/g;而焙燒活化產(chǎn)物的孔隙度為47.39%,平均孔徑為202.4 nm,總孔面積較大,為13.547 m2/g。

煤矸石經(jīng)高溫焙燒活化后,總孔面積和孔隙率相較于原礦均明顯增大。這是由于在高溫焙燒下,煤矸石中的可燃組分和還原性物質(zhì)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng),使得內(nèi)部及表面產(chǎn)生大量孔隙,增加了煤矸石與鹽酸的接觸面積,使浸出反應(yīng)更加充分。可見(jiàn),高溫焙燒能對(duì)煤矸石中鋰的浸出起到強(qiáng)化和促進(jìn)作用。

3.1.3 微觀形貌

對(duì)煤矸石進(jìn)行氧化焙燒1.5 h,采用掃描電子顯微鏡對(duì)不同焙燒溫度下的煤矸石活化產(chǎn)物的微觀形貌進(jìn)行分析,結(jié)果如圖11所示。

a—400 ℃;b—450 ℃;c—500 ℃;d—550 ℃;e—600 ℃;f—650 ℃。圖11 不同溫度下煤矸石焙燒活化產(chǎn)物的微觀形貌

對(duì)比圖2和圖11看出:高溫焙燒后,煤矸石試樣仍能保持片層狀結(jié)構(gòu),但其整體變得疏松,邊緣卷曲鈍化,顆粒與顆粒之間呈熔融狀態(tài),出現(xiàn)明顯孔隙結(jié)構(gòu)。

結(jié)合3.1.2節(jié)的孔隙特征分析可知,高溫焙燒會(huì)使煤矸石中的可燃組分和還原性物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng),使焙燒后煤矸石孔隙結(jié)構(gòu)變得更加發(fā)達(dá)。結(jié)合3.1.1節(jié)的高嶺石衍射峰明顯減弱并消失的分析結(jié)果,判斷高嶺石在高溫下發(fā)生了物相轉(zhuǎn)變,即脫羥基后變成無(wú)序的偏高嶺石,使得煤矸石結(jié)構(gòu)發(fā)生形變,進(jìn)而變得蓬松。再通過(guò)SEM分析結(jié)果可推斷,焙燒活化能有效破壞煤矸石的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),使其變得疏松多孔,從而提高了其與酸的反應(yīng)活性。綜上可知,焙燒后再進(jìn)行酸浸可有效提高煤矸石中鋰的浸出效果。

3.2 煤矸石中鋰元素浸出機(jī)制分析

3.2.1 浸出渣礦物組成及微觀形貌

在優(yōu)化后的焙燒和浸出條件下,用鹽酸浸出煤矸石焙燒活化產(chǎn)物,所得浸出渣的X射線衍射圖譜和微觀形貌如圖12、13所示。

圖12 浸出渣的X射線衍射圖譜

圖13 浸出渣的微觀形貌

由圖12、13看出:浸出渣與550 ℃下焙燒所得煤矸石活化產(chǎn)物的XRD圖譜基本相似,說(shuō)明在浸出過(guò)程中,主要礦物相并沒(méi)有繼續(xù)發(fā)生分解,高嶺石在高溫焙燒下轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X石后,仍保持部分片層狀結(jié)構(gòu)[28];煤矸石浸出渣呈片層狀結(jié)構(gòu),進(jìn)一步說(shuō)明黏土礦物的片層狀結(jié)構(gòu)并未在酸浸過(guò)程中溶解。因此推斷,煤矸石中吸附態(tài)的鋰主要是通過(guò)離子交換浸出到溶液中,而不是鹽酸溶解礦物所致:煤矸石中高嶺石在高溫焙燒下轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X石,層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生適當(dāng)形變,使結(jié)構(gòu)水脫除,吸附在高嶺石層間的鋰被釋放并具有可交換性,鹽酸浸出過(guò)程中更小的氫離子進(jìn)入高嶺石層間,使鋰離子得以浸出并進(jìn)入溶液的行為可被認(rèn)為是一種特殊的離子交換[35]。

3.2.2 浸出渣和浸出液的成分分析

浸出渣和浸出液的主要化學(xué)成分見(jiàn)表3、4。對(duì)比表1、3看出:相較原礦,浸出渣中SiO2含量增大,這是由于高嶺石脫除羥基生成了無(wú)定型SiO2,而Al2O3、F2O3等含量降低。由表4看出:除鋰之外,還有鋁、鐵等元素進(jìn)入浸出液。下一步應(yīng)考慮優(yōu)化浸出條件,降低酸浸反應(yīng)強(qiáng)度,以減少雜質(zhì)離子溶出。

表3 浸出渣的主要化學(xué)成分 %

表4 浸出液的主要化學(xué)成分 %

4 結(jié)論

貴州某地的富鋰煤矸石中鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)330.8 μg/g,主要載體是高嶺石,直接用鹽酸浸出時(shí),鋰浸出率僅為12.14%。將該煤矸石在焙燒溫度550 ℃下氧化焙燒1.5 h,焙燒活化產(chǎn)物再在液固體積質(zhì)量比10/1、浸出溫度80 ℃條件下用1 mol/L的鹽酸浸出2 h,鋰浸出率可提升至98.14%。

對(duì)煤矸石進(jìn)行高溫焙燒熱活化預(yù)處理后再酸浸,主要是通過(guò)破壞黏土礦物的晶體結(jié)構(gòu),使整體結(jié)構(gòu)趨于無(wú)序,促進(jìn)煤矸石中可燃組分和還原性物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng),使其表面產(chǎn)生大量孔隙,增大與浸出劑鹽酸的接觸面積,提高反應(yīng)活性。該法可為煤矸石中鋰的高效浸出提供一種較優(yōu)工藝。