铝质岩中锂的浸出富集实验研究*

吴　林，张　杰，王建蕊，毛瑞勇

（贵州大学矿业学院，贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室，贵州贵阳550025）

铝质岩中锂的浸出富集实验研究*

吴林，张杰，王建蕊，毛瑞勇

（贵州大学矿业学院，贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室，贵州贵阳550025）

采用氢氟酸作为浸出剂浸出富集铝质岩中的锂，进行了探索实验和单因素实验。结果表明，在75℃、固液比（g/mL）为1∶8、氢氟酸体积分数为17%、反应时间为15 min和搅拌强度为300 r/min的条件下，锂的浸出率高达98.73%；保持其他浸出条件不变，采用常温（25℃）浸出，锂浸出率仍可达83.80%。采用XRD分析原矿和浸出渣的矿物组成，结果表明，氢氟酸与铝质岩的反应主要是氢氟酸选择性溶解锂的主要载体矿物高岭石的过程，锂在反应过程中发生迁出与富集。

铝质岩；锂；氢氟酸；浸出

随着锂资源的不断开发及锂工业生产技术的不断发展，锂凭借其独特的物理化学性质成为21世纪的重要能源，广泛应用于锂离子电池、陶瓷、玻璃、润滑脂及电解铝等领域［1］。锂主要富集于盐湖卤水和花岗伟晶岩中［2］，卤水中的锂占全部锂资源储量的66%，花岗伟晶岩中的锂占26%，而沉积岩中的锂占8%［3］。目前，提取锂的原料有锂矿石、盐湖卤水、海水及废旧锂电池，其中以锂矿石和盐湖卤水为主［4］。国外以盐湖卤水提锂为主，而中国盐湖卤水提锂技术尚不成熟，矿石提锂仍是锂的主要来源［5］。随着锂资源开发利用格局的变化，锂工业面临着资源紧张、矿石品位低、加工成本高的困境。贵州黔中息烽-遵义等地寒武系或奥陶系碳酸盐岩基底与石炭纪含煤岩系之间的侵蚀面上，广泛分布着沉积铝质岩系岩层，含有较为丰富的锂资源，且目前尚未得到合理的开发利用。近几年，任方涛等［6］采用焙烧-混酸浸出对该铝质岩中的锂做了分离富集，锂浸出率可达95.35%。锂矿石和盐湖卤水作为提锂的主要原料，国内外学者已对其做了大量的研究，但从铝质岩中提锂的研究鲜有报道。因此，笔者以铝质岩作为提锂的原料进行研究，为铝质岩的开发利用及锂工业的发展提供了借鉴与参考。

1　实验

1.1试样性质

试样取自息烽-修文等地铝土矿区，均为铝质岩综合样，对3个试样做了化学成分分析和XRD分析，结果见表1和表2。由表1可见，铝质岩主要化学组成为Al2O3、SiO2、TiO2、Fe2O3。其中Li2O的含量较高，样品YWJ-2中Li2O的质量分数高达0.199%。铝质岩主要矿物组成为一水硬铝石和高岭石，还有少量锐钛矿。大部分锂元素被黏土矿物吸附，Li主要赋存于高岭石等黏土矿物中［6］。矿样XQJ-1为铝质黏土岩，主要矿物组成为高岭石，还含有少量锐钛矿和锂绿泥石。由表2可见，高岭石大于90%，锐钛矿及锂绿泥石小于1%，说明锂也赋存于绿泥石中。铝质岩XRD谱图见图1。

表1　试样化学成分分析结果　%

表2　铝质岩XRD分析结果　%

图1　铝质岩的XRD谱图

1.2实验方法

实验以锂含量较高的YWJ-2样品为试样，进行锂的浸出富集实验研究。向反应容器中加入适量一定浓度（以体积分数计，%）的氢氟酸浸出剂，按一定固液比（样品质量与浸出剂体积之比，g/mL）缓慢加入一定量的试样，不断搅拌，在一定的浸出条件下反应。反应结束后，过滤，浸出渣烘干，采用XRD分析其矿物组成，滤液经高氯酸蒸发驱氟后加水溶解，定容，采用ICP-AES分析浸出液中Li的含量，并计算浸出率。

2　结果与讨论

2.1探索实验

称取0.2 g和100 g试样，分别在φ（HF）=5%、反应温度为75℃、反应时间为15 min、搅拌强度为300 r/min的条件下进行可浸性实验，结果见表3。由表3可知，采用20 mL、体积分数为5%的HF与0.2 g试样反应，锂的浸出率高达88.50%，说明采用HF处理铝质岩，其中的锂是可浸的。但当试样质量为100 g时，锂的浸出率仅为25.78%，这是因为HF用量不足，导致锂浸出率偏低。

表3　探索实验结果

2.2单因素实验

2.2.1固液比与HF浓度对锂浸出率的影响

1）固液比。在试样质量为100 g、φ（HF）=5%、反应温度为75℃、反应时间为15 min和搅拌强度为300 r/min的浸出条件下，考察了固液比对锂浸出率的影响，结果见图2a。由图2a可见，锂的浸出率随固液比的增大而增大，且增幅逐渐减小；当固液比从1∶8到1∶10时，浸出率仅由54.79%提高到56.96%。这是因为固液比增大，所需浸出剂体积增大，而HF浓度保持不变，即HF用量增加，从而加速铝质岩的分解，浸出液中游离出来的锂含量增多，促使浸出率升高。但固液比不宜过高，否则会增加过滤负荷，令浸出液中锂浓度降低，增加了后续处理成本。因此，实验选择适宜的固液比为1∶8。

图2　固液比与HF体积分数对锂浸出率的影响

2）HF浓度。在试样质量为100 g、固液比为1∶8、反应温度为75℃、反应时间为15 min和搅拌强度为300 r/min的浸出条件下，考察了HF浓度对锂浸出率的影响，结果见图2b。由图2b可以看出，HF通过分解铝质岩而释放出锂，增大HF的浓度，可使铝质岩分解更完全，释放出更多的锂，从而提高锂浸出率。当氢氟酸体积分数为17%时，铝质岩几乎完全被分解，大量的锂游离出来，此时锂的浸出率高达98.73%。因此，实验选择适宜的HF体积分数为17%。

2.2.2不同HF浓度的浸出渣XRD分析

采用XRD对体积分数分别为5%和17%的HF的浸出渣进行矿物组成分析，结果如图3和表4所示。

图3　不同体积分数的HF浸出渣的XRD谱图

表4　不同浓度HF的浸出渣XRD分析结果　%

对比原矿（表2和图1c）和图3的XRD分析结果可知，原矿经HF处理，且随HF浓度的增大，一水硬铝石衍射峰变化不大，而高岭石的衍射峰和含量均减少，表明HF主要与铝质岩中的高岭石反应，同时锂浸出率升高。该结果与锂主要赋存于黏土矿物高岭石中的结果一致，说明HF与铝质岩的反应主要是HF选择性溶解锂的主要载体矿物高岭石的过程。高岭石是由硅氧四面体和铝氧八面体沿碳轴方向按1∶1叠合形成的层状硅酸盐矿物［7］，HF与高岭石反应，其层状结构被破坏，层间作用力消失，赋存其中的锂则游离出来。图3a和图3b中均出现了新的峰，即金红石的峰，这是因为金红石含量低，但性质极其稳定，不参与反应，即在铝质岩溶解过程中被富集。

2.2.3温度对锂浸出率的影响

由于HF有毒，且具有挥发性，不适宜加热，在固液比为1∶8、φ（HF）=17%、常温（25℃）、反应时间为15 min和搅拌强度300 r/min的条件下，对比了常温及沸水浴（75℃）对锂浸出率的影响，分别得到锂浸出率为83.80%和98.73%。对比可知，常温下锂的浸出率虽有所降低，但仍维持较高水平。温度降低时，反应速率减慢，相同时间内参与反应的反应物减少，反应不完全，导致浸出率降低。考虑到温度高时能耗会相应增加，HF加热易挥发，且常温下已能获得较理想的浸出率，因此实验选择常温下浸出。

3　结论

铝质岩样品成分简单，主要矿物成分为一水硬铝石和高岭石，含锂较为丰富，Li2O质量分数高达0.199%，锂主要以吸附态的形式赋存于黏土矿物高岭石中。采用HF作为浸出剂，对铝质岩进行浸出研究。结果表明，HF可选择性溶解铝质岩中锂的载体矿物高岭石，破坏高岭石的层状结构，而使大部分被吸附的锂游离出来，锂浸出率高。在75℃、固液比为1∶8、HF体积分数为17%、反应时间为15 min、搅拌强度为300 r/min的条件下，锂浸出率可达98.73%。保持其他浸出条件不变，即使在常温（25℃）下浸出，锂浸出率仍可达到83.80%。

［1］颜群轩.锂云母中有价金属的高效提取研究［D］.长沙：中南大学，2012.

［2］杨晶晶，秦身钧，张健雅，等.锂提取方法研究进展与展望［J］.化工矿物与加工，2012，41（6）：44-46.

［3］Kesler S E，Gruber P W，Medina P A，et al.Global lithium resources：Relative importance of pegmatite，brine and other deposits［J］.Ore Geology Reviews，2012，48：55-69.

［4］Meshram P，Pandey B D，Mankhand T R.Extraction of lithium from primary and secondary sources by pre-treatment，leaching and separation：A comprehensive review［J］.Hydrometallurgy，2014，150：192-208.

［5］孟良荣，王金良.碳酸锂及其制备［J］.电源技术，2011，35（12）：1602-1604.

［6］任方涛，张杰.黔中地区铝质岩中锂的化学分离富集研究［J］.无机盐工业，2013，45（3）：19-21.

［7］唐洪明，孟英峰，黎颖英，等.高岭石在酸中的化学行为实验研究［J］.天然气工业，2006，26（10）：111-113.

联系方式：zhj59106@163.com

Study on leaching and enrichment of lithium in aluminum rock

Wu Lin，Zhang Jie，Wang Jianrui，Mao Ruiyong
（Guizhou Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Non-metallic Mineral Resources，Guizhou Engineering Lab of Mineral Resources，Mining College，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

Lithium in aluminum rock was leached and enriched by leaching agent HF，and the exploration and single factor tests were carried out.Results showed that the leaching rate of lithium was as high as 98.73%，under the conditions of temperature of 75℃，solid-liquid ratio（g/mL）of 1∶8，HF volume fraction of 17%，reaction time of 15 min，and stirring speed of 300 r/min.The other leaching conditions remained the same，the lithium leaching rate of 83.80%could also be reached at room temperature（25℃）.The XRD was used to analyze the mineral compositions of raw ore and leaching residue，the results showed that the reaction of HF and aluminum rock was mainly that kaolinite as main carrier mineral of lithium was selectively dissolved by HF，and lithium was mobilized and concentrated in the process.

aluminum rock；lithium；HF；leaching

TQ131.11

A

1006-4990（2016）05-0024-03

贵州省科技厅工业攻关项目（黔科合外GY字［2012］3055）、贵州省教育厅培育项目（黔教高发［2009］331）。

2015-12-30

吴林（1990—），女，硕士，主要研究方向为矿物加工工程和矿物材料的研究。

张杰