彭科淇,周瑞仙,錢 鑫

(貴州紫金礦業(yè)股份有限公司)

隨著新能源行業(yè)蓬勃發(fā)展,鋰需求量急劇增加,促進(jìn)了鋰礦資源的開發(fā)利用[1-4]。中國(guó)鋰礦主要分為鹵水型和硬巖型2種,大多分布在青海、西藏、四川和江西等地[5]。然而,黏土型鋰礦作為重要鋰礦資源類型之一,發(fā)現(xiàn)較晚,尚未形成大規(guī)模開發(fā)利用。隨著鋰礦資源需求量增長(zhǎng),迫切需要對(duì)這類礦石進(jìn)行深入研究與開發(fā)[6-7]。特別是黏土型鋰綠泥石作為一種新礦物類型,目前關(guān)于其選別和提取方面的研究相對(duì)較少。貴州某鋰綠泥石為典型黏土型鋰礦,通過前期探索發(fā)現(xiàn),該鋰綠泥石粒度較細(xì),難以通過傳統(tǒng)選礦方式進(jìn)行高效富集,在較優(yōu)工藝條件下,鋰精礦富集比約1.8,拋尾率為60 %左右,選別效果差。使用硫酸直接浸出,鋰浸出率僅為10.69 %。因此,結(jié)合前期基礎(chǔ)研究,采用焙燒—浸出工藝對(duì)鋰綠泥石進(jìn)行試驗(yàn)研究,為該類型鋰礦資源開發(fā)利用提供技術(shù)依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)

礦石化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。由表1可知:礦石中含LiO2為0.57 %,含SiO2為40.96 %。由前期地質(zhì)研究資料可知,鋰“礦化”體屬于黏土型鋰礦,且該鋰綠泥石屬于新礦物類型,由石英、高嶺石、方解石、鋰綠泥石及少量黃鐵礦、地開石組成,鋰主要以鋰綠泥石、高嶺石形式存在,呈細(xì)小鱗片狀、不規(guī)則狀嵌布于石英粒間。鋰綠泥石、高嶺石粒度較細(xì),鋰綠泥石為L(zhǎng)i2O的主要載體礦物[8]。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)流程

鋰綠泥石經(jīng)干燥、研磨后,取10 g置于馬弗爐中,在一定溫度條件下進(jìn)行焙燒處理。焙燒結(jié)束后,將鋰綠泥石轉(zhuǎn)移至容量瓶中,按質(zhì)量比加入蒸餾水進(jìn)行恒溫振蕩。振蕩結(jié)束后,將礦漿過濾,分別得到浸液和浸渣。浸渣反復(fù)洗滌,浸液混合均勻后檢測(cè)鋰元素含量,計(jì)算鋰浸出率。試驗(yàn)流程見圖1。

圖1 焙燒—浸出試驗(yàn)流程

2.2 試驗(yàn)原理

硫酸與鋰綠泥石在一定溫度混合后焙燒,硫酸與鋰綠泥石發(fā)生反應(yīng),硫酸中H+代替鋰綠泥石中Li+,使Li+轉(zhuǎn)化為可溶性硫酸鋰(Li2SO4),經(jīng)浸出后過濾,分離出不溶性脈石礦物,得到含硫酸鋰較高的(Li2SO4)溶液。鋰浸出率計(jì)算公式為:

(1)

式中:η為鋰浸出率(%);m1為試驗(yàn)樣品質(zhì)量(g);w1為試驗(yàn)樣品鋰品位(%);m2為浸渣質(zhì)量(g);w2為浸渣鋰品位(%)。

3 結(jié)果與討論

3.1 磨礦細(xì)度

考慮到磨礦對(duì)生產(chǎn)成本影響較大,為此開展磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為:稱取10 g鋰綠泥石,焙燒時(shí)間為2 h、焙燒溫度為400 ℃、硫酸用量為1.1 kg/t,浸出溫度為80 ℃、浸出時(shí)間為1 h、振蕩頻率為150 r/min、浸出液固比3∶1,結(jié)果見圖2。

圖2 磨礦細(xì)度對(duì)鋰浸出率的影響

由圖2可知:隨著磨礦細(xì)度增加,鋰浸出率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)殇嚲G泥石粒度變細(xì),導(dǎo)致其表面積增大,與硫酸混合更加均勻充分,促進(jìn)了離子交換反應(yīng)。因此,最佳磨礦細(xì)度為-0.038 mm占89 %,此時(shí)鋰浸出率為94.91 %。

3.2 焙燒試驗(yàn)

3.2.1 焙燒溫度

稱取10 g鋰綠泥石,在磨礦細(xì)度為-0.038 mm占78 %,焙燒時(shí)間為2 h、硫酸用量為1.1 kg/t,浸出溫度為80 ℃、浸出時(shí)間為1 h、振蕩頻率為150 r/min、浸出液固比3∶1的條件下,考察焙燒溫度對(duì)鋰浸出率的影響,結(jié)果見圖3。

圖3 焙燒溫度對(duì)鋰浸出率的影響

由圖3可知:隨著焙燒溫度升高,鋰浸出率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。常溫(25 ℃)條件下,鋰浸出率僅為10.69 %。繼續(xù)提高焙燒溫度,鋰浸出率顯著提升。當(dāng)焙燒溫度達(dá)到400 ℃時(shí),鋰浸出率為92.87 %。但當(dāng)焙燒溫度大于400 ℃后,鋰浸出率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。焙燒溫度升高至800 ℃時(shí),鋰浸出率僅為20.80 %。這可能是焙燒溫度從室溫上升至400 ℃過程中,硫酸與鋰綠泥石發(fā)生劇烈反應(yīng),使得礦物結(jié)構(gòu)塌陷,變得更加疏松,從而有利于鋰綠泥石中鋰浸出。但繼續(xù)升高焙燒溫度,礦物結(jié)構(gòu)塌陷嚴(yán)重,層狀結(jié)構(gòu)中的鋰被固定,且樣品孔隙體積減小,導(dǎo)致離子交換變?nèi)?使得鋰浸出率下降[9-10]。因此,最佳焙燒溫度為400 ℃。

3.2.2 焙燒時(shí)間

稱取10 g鋰綠泥石,在磨礦細(xì)度為-0.038 mm占89 %,焙燒溫度為400 ℃、硫酸用量為1.1 kg/t,浸出溫度為80 ℃、浸出時(shí)間為1 h、振蕩頻率為150 r/min、浸出液固比3∶1的條件下,考察焙燒時(shí)間對(duì)鋰浸出率的影響,結(jié)果見圖4。

圖4 焙燒時(shí)間對(duì)鋰浸出率的影響

由圖4可知:在一定焙燒時(shí)間范圍內(nèi),隨著焙燒時(shí)間增加,鋰浸出率呈現(xiàn)先顯著上升后略微下降的趨勢(shì)。直接浸出時(shí),鋰浸出率僅為9.38 %。當(dāng)焙燒時(shí)間為1 h時(shí),鋰浸出率最高,為94.98 %。當(dāng)焙燒時(shí)間小于1 h,焙燒反應(yīng)不充分,不利于鋰浸出,但繼續(xù)增加焙燒時(shí)間,對(duì)鋰浸出無(wú)積極影響,故最佳焙燒時(shí)間為1 h。

3.2.3 硫酸用量

稱取10 g鋰綠泥石,在磨礦細(xì)度為-0.038 mm占89 %,焙燒溫度為400 ℃、焙燒時(shí)間為1 h,浸出溫度為80 ℃、浸出時(shí)間為1 h、振蕩頻率為150 r/min、浸出液固比3∶1的條件下,考察硫酸用量對(duì)鋰浸出率的影響,結(jié)果見圖5。

圖5 硫酸用量對(duì)浸出率的影響

由圖5可知:隨著硫酸用量增加,鋰浸出率呈現(xiàn)先升高后曲折降低的趨勢(shì)。不加硫酸時(shí),鋰浸出率僅15.65 %。使用硫酸后,鋰浸出率提升顯著。這說明硫酸作為助焙劑,使得鋰浸出效果良好。當(dāng)硫酸用量為0.8 kg/t時(shí),鋰浸出率為96.08 %,浸出效果最佳。繼續(xù)增加硫酸用量,鋰浸出率呈曲折下降的趨勢(shì),故最佳硫酸用量為0.8 kg/t。

3.3 浸出試驗(yàn)

3.3.1 浸出溫度

稱取10 g鋰綠泥石,在磨礦細(xì)度為-0.038 mm占89 %,焙燒溫度為400 ℃、焙燒時(shí)間為1 h、硫酸用量為0.8 kg/t,浸出溫度為80 ℃、浸出時(shí)間為1 h、振蕩頻率為150 r/min、浸出液固比3∶1的條件下,考察浸出溫度對(duì)鋰浸出率的影響,結(jié)果見圖6。

圖6 浸出溫度對(duì)鋰浸出率的影響

由圖6可知:隨著浸出溫度升高,鋰浸出率先升高后逐漸降低。常溫(25 ℃)條件下,鋰浸出率僅為62.96 %;當(dāng)浸出溫度為80 ℃時(shí),鋰浸出率最高,為95.41 %;繼續(xù)增加浸出溫度,鋰浸出率逐漸降低,當(dāng)浸出溫度為100 ℃時(shí),鋰浸出率為92.84 %。這可能是由于溫度升高,加劇了分子間的運(yùn)動(dòng)和有效碰撞,加快了離子間交換,有利于鋰的浸出。因此,最佳浸出溫度為80 ℃。

3.3.2 浸出時(shí)間

稱取10 g鋰綠泥石,在磨礦細(xì)度為-0.038 mm占89 %,焙燒溫度為400 ℃、焙燒時(shí)間為1 h、硫酸用量0.8 kg/t,浸出溫度為80 ℃、振蕩頻率為150 r/min、浸出液固比3∶1的條件下,考察浸出時(shí)間對(duì)鋰浸出率的影響,結(jié)果見圖7。

圖7 浸出時(shí)間對(duì)鋰浸出率的影響

由圖7可知:將鋰綠泥石直接洗滌過濾時(shí),效果較差,鋰浸出率僅為22.05 %。當(dāng)浸出時(shí)間為1 h時(shí),鋰浸出率為96.11 %,浸出效果較好。這可能是由于浸出時(shí)間小于1 h,反應(yīng)體系尚未達(dá)到平衡。在這段時(shí)間內(nèi),隨著反應(yīng)時(shí)間增加,體系中H+與Li+不斷發(fā)生交換,促使鋰浸出率提高。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過1 h,反應(yīng)體系已經(jīng)趨于平衡,導(dǎo)致鋰浸出率增加幅度減緩。因此,最佳浸出時(shí)間定為1 h。

3.3.3 振蕩頻率

稱取10 g鋰綠泥石,在磨礦細(xì)度為-0.038 mm占89 %,焙燒溫度為400 ℃、焙燒時(shí)間為1 h、硫酸用量為0.8 kg/t,浸出溫度為80 ℃、浸出時(shí)間為1 h、振蕩頻率為150 r/min、浸出液固比3∶1的條件下,考察振蕩頻率對(duì)鋰浸出率的影響,結(jié)果見圖8。

圖8 振蕩頻率對(duì)鋰浸出率的影響

由圖8可知:靜置浸出時(shí),鋰浸出率為93.56 %。隨著振蕩頻率增加,鋰浸出率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)振蕩頻率為150 r/min時(shí),鋰浸出率最高,可達(dá)96.32 %。

3.3.4 浸出液固比

稱取10 g鋰綠泥石,在磨礦細(xì)度為-0.038 mm占89 %,焙燒溫度為400 ℃、焙燒時(shí)間為1 h、硫酸用量為0.8 kg/t,浸出溫度為80 ℃、浸出時(shí)間為1 h、振蕩頻率為150 r/min,考察浸出液固比對(duì)鋰浸出率的影響,結(jié)果見圖9。

圖9 浸出液固比對(duì)浸出率的影響

由圖9可知:隨著浸出液固比逐漸增加,鋰浸出率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。浸出液固比2∶1時(shí),鋰浸出率為96.28 %。當(dāng)浸出液固比增加到4∶1時(shí),鋰浸出效果較好,鋰浸出率為97.31 %。隨著浸出液固比繼續(xù)增加,鋰浸出率不斷下降。當(dāng)浸出液固比6∶1時(shí),鋰浸出率為95.54 %。這可能是由于液固比較小時(shí),礦漿較為黏稠,相同條件下礦漿中硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低,致使分子間擴(kuò)散速度減慢,進(jìn)而影響鋰浸出率。因此,最佳浸出液固比4∶1。

4 結(jié) 語(yǔ)

使用硫酸作為助焙劑,對(duì)該鋰綠泥石浸出效果較好。在磨礦細(xì)度為-0.038 mm占89 %,焙燒溫度為400 ℃、焙燒時(shí)間為1 h、硫酸用量為0.8 kg/t,浸出溫度為80 ℃、浸出時(shí)間為1 h、振蕩頻率為150 r/min、浸出液固比4∶1的條件下,鋰浸出率為97.31 %,浸出效果較好,對(duì)該鋰綠泥石的開發(fā)利用具有重要意義。