鋰輝石硫酸法鋰鈉鉀的檢測

王永成

硫酸法從鋰輝石中提取碳酸鋰是當前比較成熟的礦石提鋰工藝，此方法先將鋰輝石高溫焙燒，使其由單斜晶系的鋰輝石轉變成四方晶系的鋰輝石，由于晶型轉變，礦物的物理化學性質也隨著晶體結構的變化而產生明顯變化，化學活性增加，能與酸堿發生各種反應。然后將硫酸與鋰輝石在250℃下焙燒，通過硫酸酸化焙燒發生置換反應，即可生成可溶性硫酸鋰和不溶性脈石，反應方程式如下：

焙燒產物在攪拌槽溶出后，用石灰粉中和過量的硫酸。通過石灰乳調整溶出料裝的可以除去大量鈣、鎂、鐵、鋁等雜質，再用純堿進一步出去鈣鎂，得到純凈的硫酸鋰。蒸發濃縮后加入碳酸鈉溶液使硫酸鋰溶液轉變為碳酸鋰。碳酸鋰以細小的但易于沉降和過濾的白色晶體沉淀出來，沉淀物經過反復洗滌后，經過真空干燥即得到碳酸鋰產品，回收率在85%左右。

1 實驗

1.1 主要試劑和儀器

鋰輝石來自澳大利亞，鋰、鈉、鉀含量分別為（%）6.45、3.25、5.98。實驗輔助材料都是分析級碳酸鈉、碳酸鈣、氫氧化鈉、濃硫酸、濃硝酸、高氯酸等。

儀器：KBF1200-X5箱式爐、OTL1200管式爐、TAS-990原子吸收分光光度計、QM-QX4型全方位行星球磨機、干燥箱、電熱爐和通風櫥。

1.2 實驗步驟

①將一定量的鋰輝石破碎，通過星球磨機研磨過200目的篩子，100℃烘干。稱取20g樣品放在瓷坩堝里，在箱式爐1050℃焙燒30分鐘，冷卻到室溫。將樣品研磨添加110%量的濃硫酸混合均勻。然后在管式爐中250℃煅燒20分鐘，自然冷卻到室溫。用兩倍的蒸餾水浸出樣品15分鐘，然后過濾，洗滌兩次得浸出液，分析濾液中鋰、鈉、鉀的濃度及濾渣殘留量，利用差減法分別計算鋰鈉鉀的浸出率；②稱取兩個烘干好的鋰輝石0.1g編號1和編2，稱取兩個烘干好的濾渣0.1g編號3和編號4。在編號1和編號3中加入15mL氫氟酸和2mL1：1的硫酸，在編號2和編號4中加入15mL的混酸（硝酸：氫氟酸：高氯=5：5：1）在電熱爐上220℃加熱直至蒸干。然后再往編號1和3中加5mL蒸餾水和1mL1：3的硫酸，一滴過氧化氫，往編號2和4中加5mL蒸餾水和5mL的硝酸，等待溶液由渾濁變為澄清定容到50mL，在50mL的容量瓶中吸取5mL溶液定容100mL容量瓶里。

2 TAS-990原子吸收分光光度計操作流程

2.1 準備

鈉標準溶液的配制：配置濃度為50μg/mL鈉標準儲備溶液，分別吸取鈉標準儲備液0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mL移入50mL容量瓶中，再加入5mL 1：3的硝酸，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，備用。鋰、鉀標準溶液的配制：配置濃度為50μg/mL鋰、鉀標準儲備溶液，分別吸取鋰、鉀標準儲備液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL，移入50mL容量瓶中，再加入2mL1：1的硫酸，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，備用。

①準備好待測樣品溶液；②準備好相應元素的標準溶液，并注意溶液的濃度范圍；③裝好待測元素的空心陰極燈。

2.2 開機

①接通穩壓電源，打開計算機電源，打開原子吸收主機電源，讓主機預熱30分鐘；②運行AA-Win軟件，啟動聯機；③聯機后轉到初始化狀態，將儀器的所有參數進行初始化；④進入燃燒器參數設置對話框，設置火焰高度，通過設置燃燒位置值，使得元素燈火斑正好位于燃燒器的正上方，在點火前設置燃氣流量為1200mL/min，不要太大。點著后，再根據具體元素分析要求來調整；⑤進行錄峰操作，使得儀器位于原始分析的靈敏波長位置。讓能量達最大值后，選擇“自動能量平衡”，然后關閉窗口；⑥進入標樣測量主菜單，進入校正曲線對話框；⑦進入標樣數據輸入，將標樣濃度依次輸入，然后將光標移動到第一標樣后退去；⑧選好測量重復次數、樣品的數目等參數；⑨啟動空氣壓縮機，先開風機，再開工作開關，使空氣壓力為0.25MPa；⑩打開乙炔鋼瓶閥門，調整輸出壓力，使表指示在0.05MPa，按鍵點火。

2.3 檢測

①取去離子水，清洗燃燒器系統；②吸取空白溶液，進行基線校正；③作工作曲線；④依次測定未知樣，儀器會直接給出未知樣濃度；⑤測定過程和測定結束時，均需插入“標液”進行校檢。

3 實驗結果

經上述數據計算硫酸法對鋰輝石中鋰的浸出率達89.89%，濾渣的殘留率為0.86%，鈉鉀的浸出率為12.15%和1.04%。

4 結語

①由于鋰輝石里雜質較多，溶解樣品時酸的用量要足夠多，保證樣品的溶解效果；②鋰輝石的硬度較大，研磨時粒徑要在200目以下，酸溶解時才能保證完全浸出，不會影響檢測結果；③鉀離子的濃度超過2g/l對鋰離子的檢測存在嚴重的干擾，浸出液一定選好稀釋倍數；④檢測時一定要注意先后順序，鋰離子和鉀離子對鈉離子檢測有一定的干擾。

參考文獻：

[1]冉敬文，劉鑫，裴軍，尹文旭.我國鋰資源開發的生產工藝現狀[J].廣州化工，2016（13）.