粉煤灰提锂-提锂领域的新思路

一、概述

煤炭能源在生活与生产当中都发挥着重要作用，是全球重要的能源及化工原料来源。煤炭资源在我国有着蕴藏量大，分布广的特点，我国能源的供应有大部分是通过燃烧煤炭获取的。粉煤灰是煤炭燃烧后主要的工业废料，它是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一，大量粉煤灰对环境造成了严重危害。现阶段粉煤灰的回收利用方式主要集中在制备水泥、混凝土建筑材料、合成沸石等低附加值领域。粉煤灰中除含有大量的铝、硅等元素外，还含有丰富的锂、铷、镓等稀有金属元素，通过对这些稀有金属的提取利用，可以实现粉煤灰的高附加值利用。如能实现从粉煤灰中高效提锂，将在解决粉煤灰污染问题的同时为锂资源的来源提供新途径。

 

二、粉煤灰中的锂的存在形式

煤中的锂矿类型属于沉积型锂矿床，由于锂的原子序数较低且在煤中的含量不高，研究锂在煤中的富积原因较为困难。煤中的锂主要是以硅酸盐物质为载体赋存于黏土矿物中，也有极少部分以磷酸盐态或有机态存在。锂赋存于煤中时较为常见的黏土矿物载体有高岭石和锂绿泥石。自然界中大部分煤中的含锂量并不高，特殊地理环境下煤系的锂矿床品位可达到与传统战略金属矿床品位相当的水平，这些高含锂量的煤田所开采的煤在经过燃烧后，锂得到了富集，为从粉煤灰中提锂提供了可行性。

 

三、粉煤灰中锂的提取工艺

1. 预处理

粉煤灰的矿物组成主要为莫来石、刚玉、玻璃体和石英等，锂主要赋存于玻璃体中。其化学组成较为复杂，主要成分是SiO2和Al2O3，同时也存在着铁、钙、镁、钛等金属的氧化物及其他未燃烧的碳等。在进行焙烧步骤前，需要对粉煤灰进行预处理，包括脱硅、磁选两个步骤。脱硅的目的是在提高粉煤灰中硅的利用率同时减少低价值含硅固体废渣量和工艺过程中的物料流量。磁选的目的是去除粉煤灰中的铁氧化物。经过上述两个步骤，粉煤灰内锂的相对含量有所增加，同时也提高了粉煤灰的活性，从而实现更高效的从粉煤灰中提锂。

2. 焙烧

焙烧是指将预处理后的粉煤灰与特定的烧结剂在高温的条件下进行反应，焙烧后的粉煤灰得到了进一步活化。常用的烧结剂有碳酸钠、碳酸钙等。

3. 浸取

焙烧后的粉煤灰用酸或者碱进行浸取，粉煤灰中的锂离子被转移到浸出液中，进一步对粉煤灰中的锂离子进行了富集。酸法是将烧结活化后的粉煤灰冷却后与硫酸进行酸化焙烧，焙烧好的样品与盐酸进行酸浸，在最佳实验条件下，此工艺锂的浸取率为96.69%。碱法是碳酸钠作为烧结剂先将粉煤灰进行活化处理，之后转移到碱溶液中碱浸2h，此条件下锂的浸取率为85.30%。

4. 沉锂工艺

A、碳酸盐沉淀法，碳酸盐沉淀法的原理是向锂的富集溶液中加入一种或多种适当的沉淀剂进行沉淀得到碳酸锂，再对碳酸锂进行进一步的提纯。酸法浸出液先除杂及沉铝操作后，将得到的锂母液进一步地蒸发浓缩和结晶，净化除杂，再加入沉淀剂后得到含锂的碳酸盐沉淀。碱法的浸出液进行碳化操作后，再通过蒸发浓缩，最后进行锂的沉淀。

碳酸盐沉淀法工艺的优点在于操作简单且技术成熟，但由于粉煤灰中含有复杂的金属离子杂质，沉淀时会出现金属的共沉淀现象，进行分离提纯的成本较高，影响工艺的经济效益。

B、吸附法

吸附法主要是采用离子筛或各种不同的树脂将锂从粉煤灰碱性溶液中吸附提取出来的工艺。

C、溶剂萃取法

萃取法提锂的原理是根据锂离子在两种互不相溶的溶剂中的溶解度的不同，使得锂离子从溶解度较小的溶剂中转移到溶解度大的溶剂中。溶剂萃取法有着可连续操作、分离率高、设备简单等优点，但存在部分有机萃取剂污染环境的问题，需要不断优化改进和完善萃取剂的选择。

四、总结

粉煤灰中提取锂，不仅能提高我国现有的锂资源的生产与供给能力，并且能为解决粉煤灰堆积而造成的环境污染问题提供思路。在酸性环境中，现阶段较为成熟的提锂工艺有溶剂萃取法、盐酸浸出法和吸附法等提锂技术。在酸性介质中使用萃取法提锂有着对萃取材料要求高、毒性大、对设备腐蚀性强等难题，因此从环保的角度来看酸性介质中萃取法提锂存在着污染及耗材严重的问题。在碱性条件下，主要有沉淀和吸附两种方法。沉淀法技术与其他技术相比较已相对成熟，但是，由于其中的金属杂质较多，易发生共沉淀现象而导致分离困难。随着全球锂资源的消耗量的快速增长，粉煤灰提锂有望成为锂资源的一个新来源。