鋰云母提鋰新工藝

本技術(shù)大大拓展了工業(yè)提鋰的鋰礦物資源范圍，對于改變世界鋰資源分布及利用的現(xiàn)狀，拓展可利用的鋰資源范圍，促進世界鋰電新能源的發(fā)展等均具有極其重要的意義。

在新能源領(lǐng)域，鋰材料在高能蓄電池的獨特性能以及核電等領(lǐng)域的占有重要地位，對于鋰資源的開發(fā)提出了緊迫的挑戰(zhàn)。研究表明：每輛純電動汽車的鋰電池需要折合碳酸鋰50千克以上，我國十年后，純電動汽車電池所需碳酸鋰（50%汽車應(yīng)用，1000萬輛計算）每年就需碳酸鋰約60萬噸，2010年世界以碳酸鋰計算的鋰鹽產(chǎn)量僅約十多萬噸。可預(yù)計，鋰原料的缺乏及價格高昂將對新能源的發(fā)展帶來瓶頸。鋰雖號稱“稀有金屬”，但在地殼中含量不算“稀有”，地殼中約有0.0065%的鋰，豐度居第二十七位。工業(yè)開發(fā)的鋰資源目前主要分布在含鋰礦物以及某些鹽湖鹵水中。按現(xiàn)有工業(yè)開發(fā)的技術(shù)能力，南美洲鹽湖鹵水提鋰為主要獲得鋰鹽的途徑，約占可利用資源的85%，含鋰礦物占15%。礦石提鋰技術(shù)由于成本、能耗與物耗較高，面臨降低成本的挑戰(zhàn)。中國的鹵水鋰資源均處于高海拔，條件艱苦地區(qū)，開發(fā)利用難度大。含鋰礦物種類較多，主要為鋰輝石、鋰云母和鋰長石等，都是偉晶巖礦床。鋰輝石精礦中氧化鋰含量約5.0%～8.5%；鋰云母精礦中氧化鋰含量約2.0%～5.0%。世界范圍內(nèi)，工業(yè)礦物提鋰僅為鋰輝石，礦物提取鋰主要在中國。由此，研究低成本鋰提取技術(shù)對于拓展可利用的鋰礦物資源、對于新能源的發(fā)展的意義是顯而易見的。

鋰云母提鋰技術(shù)路線的對比

相對于傳統(tǒng)的提鋰礦物鋰輝石精礦，鋰云母中Li2O含量僅3.5%～-4.0%左右，但是，其還含有較豐富的K、F、Rb、Cs以及Al2O3。如何綜合利用鋰云母中的各種有價值的元素是這種低品位的含鋰礦物利用的關(guān)鍵。

對于含鋰礦物的開發(fā)利用的方法主要有：高溫煅燒硫酸法，石灰石焙燒法，其他還有硫酸鹽法、氯化物法、壓力浸出法等。目前鋰礦物資源的開發(fā)與利用技術(shù)面臨的突出的問題是：（1）鋰礦物提取中由于礦物鋰含量低，需要先高溫煅燒，導(dǎo)致噸鋰產(chǎn)品的生產(chǎn)過程能耗高，生產(chǎn)過程的廢渣多，生產(chǎn)成本高。（2）礦物中其他成分沒有有效利用，僅提取礦物中的鋰，其他幾乎都進入廢渣中。鋰云母由于相對于鋰輝石含鋰更低，按以上各種工藝提取的成本都比較高。因此，如何降低能耗與綜合利用礦物中其他成分是鋰礦物提取研究迫切的任務(wù)。

圖1 鋰云母提鋰及綜合利用工藝流程

表1 不同鋰云母提取鋰工藝的能耗、物耗對比

表2 不同鋰云母提取鋰工藝綜合利用情況對比

表3 鋰云母中各組成的提取利用率

在上世紀90年代前，鹽湖提鋰尚未工業(yè)化時，鋰云母曾經(jīng)作為一個重要的提鋰的原料，在湖南以及江西進行過工業(yè)提鋰的生產(chǎn)。其采用的工藝技術(shù)路線為石灰石法，并對許多技術(shù)路線開展深入的研究。由于鋰云母礦物的鋰含量相對鋰輝石低50%，而且成分極其復(fù)雜，過程能耗及成本高，導(dǎo)致上世紀90年代以后，國內(nèi)所有的以鋰云母為原料的企業(yè)關(guān)閉。鋰云母僅作為一個陶瓷原料進行利用。對于這種低品位的鋰礦物提鋰與鹽湖提鋰或者鋰輝石提鋰相比，其研究的關(guān)鍵應(yīng)該圍繞在：提取的低成本以及礦物成分的綜合利用。本研究的鋰云母提取工藝與以往的鋰云母提取鋰工藝在能耗、物耗及綜合利用上的對比見表1～表2。

從表1、表2的對比分析可以看出，本研究的技術(shù)幾乎綜合利用了鋰云母礦物各種成分開發(fā)高附加值的產(chǎn)品，而且過程的能耗、物耗均比較低。

新工藝線路及特點

本研究首次提出氟化學(xué)法鋰云母提取鋰及綜合利用的新工藝路線，如圖1所示。該工藝過程已在山東瑞福鋰業(yè)實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，生產(chǎn)過程的各種元素的利用率見表3。

本項目技術(shù)工業(yè)化過程中，鋰云母在反應(yīng)階段的轉(zhuǎn)化率可穩(wěn)定達到大于等于97%以上，目前生產(chǎn)中鋰的總收率約81%左右，可與高品位的鋰輝石精礦晶型轉(zhuǎn)換硫酸法提鋰的傳統(tǒng)工藝的鋰綜合收率相媲美，其進一步提升鋰收率的潛力還很大。其具有如下的突出特點：（1）綜合能耗和物耗低。利用氟化學(xué)對于硅氧化物結(jié)構(gòu)獨特的破壞特性，在相對較低反應(yīng)溫度條件下，破壞礦物的致密晶體結(jié)構(gòu)，大大降低了提取過程中能源消耗。（2）鋰云母礦物中的鋰、鉀、鈉、氟、硅、銫、銣等均利用聯(lián)產(chǎn)各種無機鹽產(chǎn)品，綜合效益顯著。（3）本技術(shù)路線采用低品位鋰礦石提鋰的綜合成本可與鹽湖提鋰媲美，甚至更低。

總結(jié)

目前我國70%以上的鋰資源需要從國外進口，隨著電動汽車對于鋰材料的爆發(fā)性增長，鋰資源已上升為國家極其重要的新能源、環(huán)境保護的戰(zhàn)略資源。山東瑞福鋰業(yè)有限公司等單位開發(fā)的基于低品位鋰礦石（鋰云母）提鋰技術(shù)，將大大拓展世界可利用的鋰資源范圍，使我國豐富的低品位鋰礦物資源（鋰云母、鋰長石等）成為具有工業(yè)開發(fā)意義的鋰資源，將極大緩解由于鹽湖鋰資源分布不均造成的世界新能源發(fā)展的政治與經(jīng)濟風(fēng)險。