鋰渣的綜合回收利用

陳悅娣

(新疆昊鑫鋰鹽開發(fā)有限公司烏魯木齊830006)

鋰渣的綜合回收利用

陳悅娣

(新疆昊鑫鋰鹽開發(fā)有限公司烏魯木齊830006)

對鋰輝石硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰工藝、苛化法生產(chǎn)氫氧化鋰工藝分別進行了簡略概述，對兩種工藝過程產(chǎn)生的廢渣進行了介紹，說明了鋰渣的形成機理。分析了兩種鋰渣——浸出渣、苛化渣的組成成分、物理化學(xué)性質(zhì)及其綜合利用渠道等，通過分析可以幫助實現(xiàn)鋰渣的再利用，解決廢渣排放造成的環(huán)境污染問題，有效利用廢渣的有用價值，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

鋰渣浸出渣苛化渣回收利用

1 前言

近年來，我國雖然也在積極開發(fā)鹽湖鋰資源，但由于我國鹽湖鹵水【1】中的鎂含量較高，鎂鋰這兩種元素難以分離，到目前為止，礦石提鋰仍然占居著鋰鹽生產(chǎn)的主導(dǎo)地位。

我國是世界上鋰輝石儲量最大的國家，而新疆和四川是鋰鹽最主要的生產(chǎn)基地。以鋰輝石為原料生產(chǎn)碳酸鋰，工業(yè)上比較成熟的工藝是硫酸法生產(chǎn)工藝，浸出渣是硫酸法制備碳酸鋰工藝的副產(chǎn)品；目前，國內(nèi)鋰鹽生產(chǎn)企業(yè)大多采用碳酸鋰苛化法生產(chǎn)氫氧化鋰，苛化渣是氫氧化鋰生產(chǎn)工藝的副產(chǎn)品。

伴隨著我國工業(yè)的蓬勃發(fā)展，必然產(chǎn)生大量的工業(yè)廢渣和工業(yè)尾礦。如何有效地利用工業(yè)廢渣、變廢為寶、保護環(huán)境，是一項緊要而迫切的工作。就地利用工業(yè)廢渣,實現(xiàn)廢渣的回收再利用，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策，是企業(yè)節(jié)約成本、提高經(jīng)濟效益的有利手段。

2 硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰、苛化法生產(chǎn)氫氧化鋰工藝簡介

2.1 硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰工藝

2.1.1 工作原理

（1）晶型轉(zhuǎn)化焙燒：950～1 200℃溫度條件下，將結(jié)構(gòu)致密的α-鋰輝石轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)疏松的β-鋰輝石：

（2）酸化焙燒：過量硫酸與β鋰輝石在250～300℃溫度下反應(yīng)生成硫酸鋰，化學(xué)反應(yīng)方程式：

（3）中和反應(yīng)：酸化焙燒料中過量的硫酸用石灰石粉進行中和，形成硫酸鈣，反應(yīng)如下：

硫酸鈣與H2O·Al2O3·4SiO2共同進入浸出渣中，成為浸出渣的主要成分。

（4）沉鋰反應(yīng)：凈化、濃縮的硫酸鋰溶液(氧化鋰濃度為60 g/L左右)，加入碳酸鈉發(fā)生沉淀反應(yīng)，得到碳酸鋰，其化學(xué)反應(yīng)方程式：

2.1.2 工藝流程圖

圖1 硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰工藝流程圖

2.2 苛化法生產(chǎn)氫氧化鋰工藝

2.2.1 工作原理

（1）苛化反應(yīng)：石灰乳與碳酸鋰反應(yīng)，生成氫氧化鋰，其化學(xué)反應(yīng)方程式：

CaCO3進入浸出渣中，成為苛化渣的主要成分。

（2）凈化、濃縮后的氫氧化鋰溶液，經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶得到單水氫氧化鋰產(chǎn)品。

2.2.2 工藝流程圖

圖2 苛化法生產(chǎn)氫氧化鋰工藝

3 鋰渣的物理化學(xué)性質(zhì)及用途

本文介紹的鋰渣分為浸出渣和苛化渣2種，以下進行分別介紹：

3.1 浸出渣

3.1.1 化學(xué)及物理性質(zhì)

表1 浸出渣的化學(xué)組成成分%

物理性質(zhì)：密度2.41,粉狀，烘干磨細后的比表面積1 080 m2/kg【2】。

由于浸出渣與水泥有很多相近似的化學(xué)組成成分，其中含有較多的無定形二氧化硅、三氧化二鋁等，具有較高的火山灰活性，且價格低廉，故可將其用于配制混凝土，實踐證明，這種混凝土具有十分優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟指標。

3.1.2 浸出渣在混凝土工程中的運用

隨著建筑事業(yè)的不斷發(fā)展,高強度、高性能混凝土成為研究的熱點,因為提高工程結(jié)構(gòu)混凝土的強度和性能,可以提高混凝土的耐久性、減輕混凝土結(jié)構(gòu)自重,并降低工程造價。鋰渣摻入水泥、砂漿及混凝土的研究已經(jīng)較為成熟，張?zhí)m芳等人進行了鋰渣高強混凝土的進一步試驗研究，通過摻入0～40%不同比例的浸出渣取代水泥，研究混凝土的性能變化【3】，為我們提供了更多的參考意見：

（1）坍落度：鋰渣的密度小于水泥，以鋰渣取代部分水泥，坍落度會受到影響，但只要控制鋰渣取代水泥量為10%～40%，可以滿足混凝土泵送的要求。

（2）稠度：混凝土中加入鋰渣后，使得混凝土的黏聚性更好，但對拌合工藝、澆筑施工影響不大。

（3）泌水性：鋰渣與水有較強的親合力，混凝土中摻入鋰渣后泌水性降低，且容易振搗密實。只要加強養(yǎng)護，可以防止表面水分損失而產(chǎn)生的微細裂紋。

（4）抗壓強度：鋰渣具有較強的火山灰活性，能顯著提高混凝土的抗壓強度。當摻入量在15%以內(nèi)時，能提高混凝土的早期及后期強度；當摻入量達到40%時，早期強度降低，但后期強度會趕上并超過不加鋰渣的混凝土強度。

鋰渣可以提高混凝土強度，改善混凝土性能，用鋰渣和礦渣或粉煤灰配制的高強度混凝土凝結(jié)時間合理、工作性好、坍落度經(jīng)時損失少，可用于高強度且需泵送的混凝土工程中?；炷林袖囋⒌V渣或粉煤灰的復(fù)合不僅是簡單的疊加，可充分發(fā)揮各自的形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料填充效應(yīng)，形成了超疊加效應(yīng)。此外，這種水泥的高取代率可以節(jié)約大量水泥，降低工程造價，對廢渣的有效利用及環(huán)境保護具有重要的意義。

3.2 苛化渣

3.2.1 化學(xué)及物理性質(zhì)

表2 苛化渣的化學(xué)組成成分%

物理性質(zhì)：沉降體積2.4～2.8 mL/g，粉狀，200目篩通過率≥90%。

3.2.2 苛化渣在碳酸鋰流程中的再利用

苛化法生產(chǎn)單水氫氧化鋰工藝流程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣稱為苛化渣，主要成分是CaCO3，另含有少量的OH-、Li2O和堿性金屬雜質(zhì)。堿性金屬在強堿性條件下形成絮狀的氫氧化物沉淀，因此，苛化渣粘度較大、不易實現(xiàn)液固分離，泥漿狀的苛化渣給運輸及貯存帶來了極大的不便。并且，由于苛化渣的堿性較強，不適合在建材及水泥行業(yè)應(yīng)用，一直以來都被作為工業(yè)垃圾而丟棄?？粱械挠杏贸煞值貌坏接行У幕厥绽?，不僅造成資金的浪費，也加大了環(huán)保處理的難度。

由表2可知：苛化渣中的碳酸鈣含量達到了95%以上，而硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰工藝中需要投入大量的石灰石粉（即碳酸鈣），因此，可以用苛化渣代替部分石灰石粉進行中和反應(yīng)，這一成果，架起了碳酸鋰和氫氧化鋰流程的橋梁，實現(xiàn)了廢渣的綜合回收再利用。

苛化渣的粘度較大，作為中和劑投入碳酸鋰流程后，需要注意以下幾點：

（1）苛化渣的投入比例及加入順序，即先加苛化渣，當pH值達到4時，開始加石灰石粉，確保流程的正常流通。

（2）加強碳酸鋰流程中過濾洗滌操作，確保浸出渣含氧化鋰達到標準要求，避免對碳酸鋰流程的金屬回收率帶來負面影響。

（3）加強碳酸鋰流程中硫酸鋰原液、凈化液、濃縮液中的雜質(zhì)分析和控制，確保碳酸鋰產(chǎn)品的質(zhì)量不受影響。

4 結(jié)束語

硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰工藝中產(chǎn)生的浸出渣，苛化法生產(chǎn)氫氧化鋰工藝中產(chǎn)生的苛化渣，被統(tǒng)稱為鋰渣。

浸出渣由于其特有的性質(zhì)，替代水泥加入混凝土中可以提高混凝土的強度，改善混凝土的性能，同時，節(jié)約了水泥，降低了工程造價，對廢渣的有效利用及環(huán)境保護具有重要的意義。

苛化渣的主要成分為碳酸鈣，而硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰工藝中需要投入大量的碳酸鈣，因此，用苛化渣代替部分石灰石粉在碳酸鋰流程進行中和反應(yīng)，實現(xiàn)了苛化渣的綜合回收利用，提高了經(jīng)濟效益，減少了廢渣排放量，對環(huán)境保護起到了積極的促進作用。

[1]巫輝，張柯達，吳杰.我國鹽湖鋰資源的開發(fā)及技術(shù)研究[J].化學(xué)與生物工程；2006，23（8）：4-6.

[2]郭玉華.用鋰渣做混合材料生產(chǎn)水泥[J].水泥,1997（10）.

[3]張?zhí)m芳,陳劍雄,岳瑜,包安鋒；鋰渣高強混凝土的試驗研究[J].新型建筑材料,2005,03.

收稿：2013-08-01