粉煤灰中提取锂的研究进展

王丽萍李超（神华准能资源综合开发有限公司研发中心，内蒙古鄂尔多斯010300）

粉煤灰中提取锂的研究进展

王丽萍李超（神华准能资源综合开发有限公司研发中心，内蒙古鄂尔多斯010300）

文章综述了我国煤中锂的分布情况，着重介绍了我国从粉煤灰中提取锂的方法和研究现状，并对今后粉煤灰提锂的发展进行了展望。

粉煤灰;锂;提取

锂作为自然界中最轻的金属元素，凭借其独特的物理化学性质成为21世纪的重要能源，其价值和重要性甚至超过了贵金属，被广泛应用于锂离子电池、陶瓷、玻璃、电解铝等领域，素有“工业味精”、“新能源金属”、“宇航合金”和“推动世界前进的金属”等美称。据统计，仅新能源汽车对碳酸锂的消费就从2012年的9.7%提升至2017年的37.8%。然而，锂作为一种微量元素，常以化合物的形式赋存在其他矿物中，且储量有限。随着锂的消费量的逐年攀升，来自盐湖和矿石中的锂资源总量已经远远不能满足市场对锂的远景需求。因此，寻找新的锂资源来制备锂及其相关化合物就显得尤为重要。

1 煤中锂

自然界中绝大多数煤中锂的含量很低并且分布极不均匀，多数煤中锂的含量平均值小于20μg/g。我国煤中锂的有着超常的富集，但含量分布也不均匀，在不同地区和不同时代的煤中差别较大，算术平均值高于世界煤中锂的均值，可达32μg/g，其中北方煤中锂的含量较高，达到44μg/g。孙玉壮等研究发现准格尔煤田和平朔矿区煤中锂的伴生矿物超常富集。例如，准格尔煤田哈尔乌素煤矿煤中锂的平均含量为116μg/g，黑岱沟煤中锂为143μg/g。在燃煤过程中，锂在粉煤灰中发生了第二次富集，例如，在官板乌素煤矿中，煤中锂的平均含量为264μg/ g，而在煤灰中却达到了1320μg/g，极具提取价值。中国的煤炭资源很丰富，粉煤灰是燃煤的废弃物，用粉煤灰为原料来提取锂，不仅可以拓展粉煤灰的综合利用前景，变废为宝，还能为锂找到了又一重要来源，并对研发新型的矿产资源具有重要的指导意义。

2 粉煤灰提取锂的方法与研究进展

2.1 碳酸盐沉淀法

最早关于粉煤灰提取锂的报道是美国研究出的一种从粉煤灰中提取碳酸锂的工艺:首先，将粉煤灰滤饼分散在水中形成料浆，然后通入二氧化碳进行反应处理，使料浆中弱溶于水的碳酸锂转变生成易溶于水的碳酸氢锂，除去滤渣，最后经过加热、充气或真空处理使碳酸氢锂溶液脱碳，释放二氧化碳，同时锂沉淀为碳酸锂产品。未反应完全的碳酸氢锂溶液和二氧化碳可回收利用，然后进行循环提取和充分利用。此工艺可以完全提取粉煤灰滤饼中的碳酸锂，粉煤灰滤饼中存在的碳酸锂含量约为20%，最佳提取率可达80%～90%。后来，刘建恩等又对此工艺进行了创新：在碳酸氢锂混合液进行第一次过滤后，将滤渣放入热水中进行热溶，得到碳酸锂的混合溶液，然后将碳酸锂混合溶液进行第二次过滤，得到碳酸锂热溶液和二次滤渣。将碳酸氢锂溶液和碳酸锂热溶液混合结晶，得到碳酸锂晶体和碳酸锂溶液。最后，向碳酸锂溶液内加入碱金属碳酸盐或稀盐酸溶液，进行过滤，将过滤物和碳酸锂晶体进行煅烧，得到碳酸锂产品。

粉煤灰中含有多种可作为工业原料的工业成分，国内外企业和科研机构已经开展粉煤灰的综合利用研究，比较常见的是利用粉煤灰提取氧化铝。孙玉壮等研究了一种酸法处理粉煤灰综合提取铝和锂的工艺方法，该工艺能够充分利用工业废料粉煤灰依次提取硅-铁-铝-锂，变废为宝，而且能够使铝和锂资源的综合提取率达到最大，铝和锂的浸取率均达到90%以上。顾大钊等利用盐酸从粉煤灰制备氧化铝获得的氯化铝晶体的母液，经过净化、多次循环蒸发使锂离子获得富集，母液中氧化锂的含量达到2～3g/L。最后得到的碳酸锂产品纯度可达到97.2%。

2.2 吸附法

（1）树脂吸附法

候永茹等采用树脂作为吸附剂，分别考察了六种树脂对粉煤灰碱性溶液中锂离子的吸附。这六种树脂分别是酸性树脂CD550、碱性树脂201*7、螯合树脂D851、两性树脂TP-1、阳离子树脂（凝胶）和阳离子树脂（大孔）。李神勇等分别利用直接酸浸和碱法烧结联合酸浸法两种工艺处理粉煤灰，然后通过离子交换树脂分离富集回收粉煤灰浸出液中的锂离子，考察了浓度、pH和温度等对树脂吸附杂质离子性能的影响。

（2）离子筛吸附法

代红等利用碳酸钠作为焙烧助剂，使粉煤灰中的α-Li2O Al2O34SiO2转化为易于反应的β-Li2O Al2O34SiO2，然后进行碱浸，锂的浸出率能达到65%。溶液中的锂则采用LiOH和MnO2制得的离子筛进行吸附，再用盐酸洗脱，最后用碳酸钠溶液和洗脱液中的锂离子反应生成碳酸锂。该研究团队还研究了二氧化锰离子筛对预处理粉煤灰碱性溶液中锂离子的吸附效果研究：预处理得到的粉煤灰碱性溶液中锂的含量为3.8mg/ L，采用二氧化锰离子筛进行吸附后，从离子筛上洗脱下来的溶液中Li+的含量为1.5g/L，其分离率达到了80%～85%,表明二氧化锰离子筛对锂的亲和性很强，可以作为从含有少量锂的大量溶液中吸附锂的吸附剂。一般为每0.2g离子筛可以吸附200ml溶液中的锂。

3 结语

就目前笔者所知来看，国内外对从粉煤灰中提取有用锂元素的研究还比较少，因此从煤中或粉煤灰中提取锂将会有广阔的开发利用前景，这将是今后重点研究的方向之一。

[1]侯永茹，李彦恒，代红等.用吸附法从粉煤灰碱性溶液里提取锂[J].粉煤灰综合利用，2015（3）:10-11.2015.

[2]Sun Y Z,Yang J J,Zhao C L.Minimum mining grade of as⁃sociated Li deposits in coal seams[J].Energy Exploration&Exploi⁃tation,2012,30:167-170.