不同產(chǎn)地鋰精礦的分析研究及工業(yè)應(yīng)用

陳悅娣

(新疆昊鑫鋰鹽開發(fā)有限公司 烏魯木齊 830006)

不同產(chǎn)地鋰精礦的分析研究及工業(yè)應(yīng)用

陳悅娣

(新疆昊鑫鋰鹽開發(fā)有限公司 烏魯木齊 830006)

本文對不同產(chǎn)地鋰輝石精礦的粒度分布、化學(xué)成分進行了對比，在晶型轉(zhuǎn)化焙燒實驗中,分別考察了溫度、時間、粒度等條件對焙燒轉(zhuǎn)化效果的影響。結(jié)合現(xiàn)場實際生產(chǎn)經(jīng)驗，總結(jié)出不同產(chǎn)地鋰精礦的使用方法和規(guī)律，為以礦石提鋰的鋰鹽生產(chǎn)企業(yè)提供參考。

鋰輝石精礦 化學(xué)成分 粒度分布 焙燒

1 前言

1790年～1800年，科學(xué)家Jose de Andrada在瑞典烏托島發(fā)現(xiàn)透鋰長石和鋰輝石兩種礦石，1817年由瑞典科學(xué)家阿弗韋聰(Johann Arfvedson)在分析透鋰長石礦時發(fā)現(xiàn)了鋰，不久，他又在鋰輝石和鋰云母中發(fā)現(xiàn)了鋰。

鋰是一種柔軟的、銀灰色金屬，它的密度僅有0.534 g/cm3，是自然界最輕的金屬，其化學(xué)性質(zhì)十分活潑，鋰在空氣中易被氧化，常溫下，它是唯一能夠與氮氣發(fā)生反應(yīng)的堿金屬，暴露在空氣中會慢慢失去光澤，表面變黑，若長時間暴露，最后會變?yōu)榘咨Ｖ饕巧裳趸嚒⒌?、氫氧化鋰。在自然界中，鋰是以兩種同位素形式存在—6Li和7Li，豐度分別為7.42%和92.58%。

鋰在自然界中豐度較大,居第27位,在地殼中約占0.0065%,鋰僅以化合物的形式廣泛存在于自然界中。鋰的礦物有30余種,主要存在于鋰輝石(LiAlSi2O6)和鋰云母以及透鋰長石(LiNa)AlSi4O10和磷鋁石中。

近年來，我國雖然也在大力開發(fā)鹽湖鋰資源，但由于我國鹽湖鹵水中的鎂含量較高，鎂和鋰分離尚存在著重大的技術(shù)障礙,因此，國內(nèi)礦石提鋰工藝仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位。

鋰輝石是主要含鋰礦物之一，又稱α型鋰輝石，為單斜晶系，晶體常呈柱狀、粒狀或板狀。硬度6.5～7，密度3.03～3.22 g/cm3。鋰輝石的組成為LiAl(SiO3)2或 Li2O·Al2O3·4SiO2，理論含鋰量 3.75%(氧化鋰8.04%)，焙燒至1 000℃左右時迅速轉(zhuǎn)變?yōu)棣滦弯囕x石，并具熱裂性質(zhì)。鋰輝石多產(chǎn)于花崗偉晶巖中，著名產(chǎn)地有美國加州、巴西米納斯吉拉斯、馬達加斯加、巴基斯坦、緬甸、我國新疆等地。

采用“硫酸法”處理鋰礦石的提鋰工藝技術(shù)經(jīng)過50多年的發(fā)展已趨于成熟，由于該工藝所處理的原料為鋰輝石精礦，原料化學(xué)組成較穩(wěn)定簡單，因而工藝過程易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

碳酸鋰作為基礎(chǔ)鋰鹽的代表，最普遍的生產(chǎn)工藝依然是鋰輝石-硫酸法生產(chǎn)工藝，首先提出此方法的是R.B.Ellestad和K.M.Leute[2]，原理如下：

此反應(yīng)的關(guān)鍵問題是：硫酸只能浸出β-鋰輝石中的氧化鋰，對于α-鋰輝石，硫酸無法與之反應(yīng)。因此，硫酸法生產(chǎn)工藝的第一步必須先將結(jié)構(gòu)致密的α-鋰輝石進行高溫焙燒，形成結(jié)構(gòu)較為疏松的β-鋰輝石。

2 不同產(chǎn)地鋰精礦對比分析

2.1 不同產(chǎn)地鋰精礦化學(xué)成分對比

不同產(chǎn)地鋰精礦化學(xué)成分對比見表1。

表1 %

由表1可知：

⑴不同鋰精礦的品位(Li2O含量)有較大差別，其中澳大利亞鋰精礦的品位最高。

⑵國產(chǎn)鋰精礦的Fe2O3含量明顯高于澳大利亞鋰精礦，SiO2含量明顯低于澳大利亞鋰精礦。

⑶江西鋰精礦的灼失量較其它礦高。

2.2 不同產(chǎn)地鋰精礦的粒徑分布及品位(LI2O含量)

取100 g表1中所示的不同產(chǎn)地的鋰精礦，分別用100目篩(孔徑0.15mm)和200目篩(孔徑0.075 mm)進行粒徑分析，同時將篩分出的不同粒徑的鋰精礦進行氧化鋰含量分析，得到的結(jié)果見表2。

表2 不同粒徑的鋰精礦所占的比例及品位 %

由表2可知：

⑴澳礦粒徑＞0.15mm的顆粒(100目篩上物)約占總量的55%，遠遠高于國產(chǎn)鋰精礦。

⑵澳礦粒徑＜0.075mm的顆粒(200目篩余物）約占總量的16%，遠遠低于國產(chǎn)鋰精礦。

⑶粒徑＞0.15mm澳礦的平均品位遠遠低于粒徑＜0.15mm澳礦的平均品位。也就是說，顆粒較粗的澳礦品位較低。

3 不同產(chǎn)地鋰精礦的焙燒試驗

1 006 ℃是鋰輝石的晶型轉(zhuǎn)化峰溫度[3]。X射線衍射(XRD)分析結(jié)果表明：在1 050℃下焙燒α-鋰輝石30min時，晶型轉(zhuǎn)化為β-鋰輝石比較完全[5]。

在晶型轉(zhuǎn)化焙燒實驗中,分別考察了溫度、時間、粒度等條件對焙燒轉(zhuǎn)化效果的影響。

試驗器具：馬弗爐、坩堝、研缽。

樣品：不同產(chǎn)地的鋰精礦分別取3個作為平行樣，每個樣取50 g，見表3。

3.1 試驗一

焙燒時間為20min，不同溫度條件下的焙燒轉(zhuǎn)化率見表4。

由表4可知：

⑴在1 006℃和1 050℃溫度條件下，各產(chǎn)地的鋰精礦焙燒轉(zhuǎn)化均不完全。

⑵在1 100℃溫度條件下，澳礦焙燒轉(zhuǎn)化不完全，國產(chǎn)礦轉(zhuǎn)化比較完全。

⑶在1 150℃和1 200℃溫度條件下，焙燒20 min，澳礦晶型轉(zhuǎn)化比較完全。

⑷新疆礦、江西礦、四川礦,在1 100℃和1 150℃溫度下焙燒20min,晶型轉(zhuǎn)化比較完全。

表3 焙料中可鋰（可溶氧化鋰）、全鋰（全部氧化鋰） %

表4 不同溫度條件下的焙料轉(zhuǎn)化率 %

⑸新疆礦、江西礦、四川礦，焙燒溫度在1 200℃時，轉(zhuǎn)化率降低，說明部分β-鋰輝石轉(zhuǎn)化為了γ-鋰輝石。

3.2 試驗二

1 150 ℃溫度條件下，不同的焙燒時間下原礦的轉(zhuǎn)化率見表5。

表5 %

3.3 試驗三

各種溫度條件下，焙燒20 min，不同粒徑澳礦的轉(zhuǎn)化率見表6。

表6 %

由表6可知，相同焙燒溫度、焙燒時間下，顆粒大小將直接影響焙燒轉(zhuǎn)化的效果，顆粒較粗的鋰精礦需要更高的溫度才能確保轉(zhuǎn)化完全。

4 結(jié)論

將小型試驗數(shù)據(jù)運用到實際生產(chǎn)中，得到了很好的驗證。實踐與試驗結(jié)合，可以得到以下結(jié)論：

⑴澳礦轉(zhuǎn)化焙燒的溫度高于國產(chǎn)鋰精礦，因此澳礦不能與國產(chǎn)鋰精礦同時進行焙燒。國產(chǎn)鋰精礦可以按一定比例搭配混燒。

⑵焙燒澳礦的溫度應(yīng)控制在1 150～1 200℃。

⑶國產(chǎn)鋰精礦的焙燒溫度控制在1100～1150℃,高于1 200℃將在焙燒窯中出現(xiàn)燒融、結(jié)圈現(xiàn)象。

⑷焙燒時間應(yīng)≥20min。

⑸粒徑＜0.15mm(100目篩下部分)澳礦的品位較高，即要求投入澳礦時，窯尾收塵須控制更嚴格。

⑹在焙燒過程中，原礦顆粒較大的部分傳熱較慢,轉(zhuǎn)化焙燒時需要相對較高的溫度。

⑺流程不宜長時間投入低品位鋰精礦，否則將造成流程中雜質(zhì)富集。

[1]劉翊綸,任德厚.無機化學(xué)叢書(第一卷).北京科學(xué)出版社,1984.

[2]奧斯特羅什科,等.曾華珗譯.鋰的化學(xué)與工藝學(xué).北京中國工業(yè)出版社,1965.

[3]田千秋，陳白珍，陳亞，等.稀有金屬.中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院.2011.

收稿：2013-07-25