某黏土型鋰礦中鋰浸出試驗研究

彭科淇,周瑞仙,錢 鑫

(貴州紫金礦業股份有限公司)

隨著新能源行業蓬勃發展,鋰需求量急劇增加,促進了鋰礦資源的開發利用[1-4]。中國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,發現較晚,尚未形成大規模開發利用。隨著鋰礦資源需求量增長,迫切需要對這類礦石進行深入研究與開發[6-7]。特別是黏土型鋰綠泥石作為一種新礦物類型,目前關于其選別和提取方面的研究相對較少。貴州某鋰綠泥石為典型黏土型鋰礦,通過前期探索發現,該鋰綠泥石粒度較細,難以通過傳統選礦方式進行高效富集,在較優工藝條件下,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,結合前期基礎研究,采用焙燒—浸出工藝對鋰綠泥石進行試驗研究,為該類型鋰礦資源開發利用提供技術依據。

1 礦石性質

礦石化學成分分析結果見表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,呈細小鱗片狀、不規則狀嵌布于石英粒間。鋰綠泥石、高嶺石粒度較細,鋰綠泥石為Li2O的主要載體礦物[8]。

2 試驗方法

2.1 試驗流程

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

圖1 焙燒—浸出試驗流程

2.2 試驗原理

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

(1)

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

3 結果與討論

3.1 磨礦細度

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

圖2 磨礦細度對鋰浸出率的影響

由圖2可知:隨著磨礦細度增加,鋰浸出率呈現先升高后降低的趨勢。這可能是因為鋰綠泥石粒度變細,導致其表面積增大,與硫酸混合更加均勻充分,促進了離子交換反應。因此,最佳磨礦細度為-0.038 mm占89 %,此時鋰浸出率為94.91 %。

3.2 焙燒試驗

3.2.1 焙燒溫度

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

圖3 焙燒溫度對鋰浸出率的影響

由圖3可知:隨著焙燒溫度升高,鋰浸出率呈現先上升后下降的趨勢。常溫(25 ℃)條件下,鋰浸出率僅為10.69 %。繼續提高焙燒溫度,鋰浸出率顯著提升。當焙燒溫度達到400 ℃時,鋰浸出率為92.87 %。但當焙燒溫度大于400 ℃后,鋰浸出率呈現下降趨勢。焙燒溫度升高至800 ℃時,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,硫酸與鋰綠泥石發生劇烈反應,使得礦物結構塌陷,變得更加疏松,從而有利于鋰綠泥石中鋰浸出。但繼續升高焙燒溫度,礦物結構塌陷嚴重,層狀結構中的鋰被固定,且樣品孔隙體積減小,導致離子交換變弱,使得鋰浸出率下降[9-10]。因此,最佳焙燒溫度為400 ℃。

3.2.2 焙燒時間

稱取10 g鋰綠泥石,在磨礦細度為-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,考察焙燒時間對鋰浸出率的影響,結果見圖4。

圖4 焙燒時間對鋰浸出率的影響

由圖4可知:在一定焙燒時間范圍內,隨著焙燒時間增加,鋰浸出率呈現先顯著上升后略微下降的趨勢。直接浸出時,鋰浸出率僅為9.38 %。當焙燒時間為1 h時,鋰浸出率最高,為94.98 %。當焙燒時間小于1 h,焙燒反應不充分,不利于鋰浸出,但繼續增加焙燒時間,對鋰浸出無積極影響,故最佳焙燒時間為1 h。

3.2.3 硫酸用量

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

圖5 硫酸用量對浸出率的影響

由圖5可知:隨著硫酸用量增加,鋰浸出率呈現先升高后曲折降低的趨勢。不加硫酸時,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。當硫酸用量為0.8 kg/t時,鋰浸出率為96.08 %,浸出效果最佳。繼續增加硫酸用量,鋰浸出率呈曲折下降的趨勢,故最佳硫酸用量為0.8 kg/t。

3.3 浸出試驗

3.3.1 浸出溫度

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

圖6 浸出溫度對鋰浸出率的影響

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 %;當浸出溫度為80 ℃時,鋰浸出率最高,為95.41 %;繼續增加浸出溫度,鋰浸出率逐漸降低,當浸出溫度為100 ℃時,鋰浸出率為92.84 %。這可能是由于溫度升高,加劇了分子間的運動和有效碰撞,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 浸出時間

稱取10 g鋰綠泥石,在磨礦細度為-0.038 mm占89 %,焙燒溫度為400 ℃、焙燒時間為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,考察浸出時間對鋰浸出率的影響,結果見圖7。

圖7 浸出時間對鋰浸出率的影響

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

3.3.3 振蕩頻率

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

圖8 振蕩頻率對鋰浸出率的影響

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

3.3.4 浸出液固比

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

圖9 浸出液固比對浸出率的影響

由圖9可知:隨著浸出液固比逐漸增加,鋰浸出率呈現先上升后下降的趨勢。浸出液固比2∶1時,鋰浸出率為96.28 %。當浸出液固比增加到4∶1時,鋰浸出效果較好,鋰浸出率為97.31 %。隨著浸出液固比繼續增加,鋰浸出率不斷下降。當浸出液固比6∶1時,鋰浸出率為95.54 %。這可能是由于液固比較小時,礦漿較為黏稠,相同條件下礦漿中硫酸質量分數較低,致使分子間擴散速度減慢,進而影響鋰浸出率。因此,最佳浸出液固比4∶1。

4 結 語

使用硫酸作為助焙劑,對該鋰綠泥石浸出效果較好。在磨礦細度為-0.038 mm占89 %,焙燒溫度為400 ℃、焙燒時間為1 h、硫酸用量為0.8 kg/t,浸出溫度為80 ℃、浸出時間為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,對該鋰綠泥石的開發利用具有重要意義。