不同产地锂精矿的分析研究及工业应用

陈悦娣

(新疆昊鑫锂盐开发有限公司 乌鲁木齐 830006)

不同产地锂精矿的分析研究及工业应用

陈悦娣

(新疆昊鑫锂盐开发有限公司 乌鲁木齐 830006)

本文对不同产地锂辉石精矿的粒度分布、化学成分进行了对比，在晶型转化焙烧实验中,分别考察了温度、时间、粒度等条件对焙烧转化效果的影响。结合现场实际生产经验，总结出不同产地锂精矿的使用方法和规律，为以矿石提锂的锂盐生产企业提供参考。

锂辉石精矿 化学成分 粒度分布 焙烧

1 前言

1790年～1800年，科学家Jose de Andrada在瑞典乌托岛发现透锂长石和锂辉石两种矿石，1817年由瑞典科学家阿弗韦聪(Johann Arfvedson)在分析透锂长石矿时发现了锂，不久，他又在锂辉石和锂云母中发现了锂。

锂是一种柔软的、银灰色金属，它的密度仅有0.534 g/cm3，是自然界最轻的金属，其化学性质十分活泼，锂在空气中易被氧化，常温下，它是唯一能够与氮气发生反应的碱金属，暴露在空气中会慢慢失去光泽，表面变黑，若长时间暴露，最后会变为白色。主要是生成氧化锂、氮化锂、氢氧化锂。在自然界中，锂是以两种同位素形式存在—6Li和7Li，丰度分别为7.42%和92.58%。

锂在自然界中丰度较大,居第27位,在地壳中约占0.0065%,锂仅以化合物的形式广泛存在于自然界中。锂的矿物有30余种,主要存在于锂辉石(LiAlSi2O6)和锂云母以及透锂长石(LiNa)AlSi4O10和磷铝石中。

近年来，我国虽然也在大力开发盐湖锂资源，但由于我国盐湖卤水中的镁含量较高，镁和锂分离尚存在着重大的技术障碍,因此，国内矿石提锂工艺仍然占据着主导地位。

锂辉石是主要含锂矿物之一，又称α型锂辉石，为单斜晶系，晶体常呈柱状、粒状或板状。硬度6.5～7，密度3.03～3.22 g/cm3。锂辉石的组成为LiAl(SiO3)2或 Li2O·Al2O3·4SiO2，理论含锂量 3.75%(氧化锂8.04%)，焙烧至1 000℃左右时迅速转变为β型锂辉石，并具热裂性质。锂辉石多产于花岗伟晶岩中，著名产地有美国加州、巴西米纳斯吉拉斯、马达加斯加、巴基斯坦、缅甸、我国新疆等地。

采用“硫酸法”处理锂矿石的提锂工艺技术经过50多年的发展已趋于成熟，由于该工艺所处理的原料为锂辉石精矿，原料化学组成较稳定简单，因而工艺过程易于控制，产品质量稳定可靠。

碳酸锂作为基础锂盐的代表，最普遍的生产工艺依然是锂辉石-硫酸法生产工艺，首先提出此方法的是R.B.Ellestad和K.M.Leute[2]，原理如下：

此反应的关键问题是：硫酸只能浸出β-锂辉石中的氧化锂，对于α-锂辉石，硫酸无法与之反应。因此，硫酸法生产工艺的第一步必须先将结构致密的α-锂辉石进行高温焙烧，形成结构较为疏松的β-锂辉石。

2 不同产地锂精矿对比分析

2.1 不同产地锂精矿化学成分对比

不同产地锂精矿化学成分对比见表1。

表1 %

由表1可知：

⑴不同锂精矿的品位(Li2O含量)有较大差别，其中澳大利亚锂精矿的品位最高。

⑵国产锂精矿的Fe2O3含量明显高于澳大利亚锂精矿，SiO2含量明显低于澳大利亚锂精矿。

⑶江西锂精矿的灼失量较其它矿高。

2.2 不同产地锂精矿的粒径分布及品位(LI2O含量)

取100 g表1中所示的不同产地的锂精矿，分别用100目筛(孔径0.15mm)和200目筛(孔径0.075 mm)进行粒径分析，同时将筛分出的不同粒径的锂精矿进行氧化锂含量分析，得到的结果见表2。

表2 不同粒径的锂精矿所占的比例及品位 %

由表2可知：

⑴澳矿粒径＞0.15mm的颗粒(100目筛上物)约占总量的55%，远远高于国产锂精矿。

⑵澳矿粒径＜0.075mm的颗粒(200目筛余物）约占总量的16%，远远低于国产锂精矿。

⑶粒径＞0.15mm澳矿的平均品位远远低于粒径＜0.15mm澳矿的平均品位。也就是说，颗粒较粗的澳矿品位较低。

3 不同产地锂精矿的焙烧试验

1 006 ℃是锂辉石的晶型转化峰温度[3]。X射线衍射(XRD)分析结果表明：在1 050℃下焙烧α-锂辉石30min时，晶型转化为β-锂辉石比较完全[5]。

在晶型转化焙烧实验中,分别考察了温度、时间、粒度等条件对焙烧转化效果的影响。

试验器具：马弗炉、坩埚、研钵。

样品：不同产地的锂精矿分别取3个作为平行样，每个样取50 g，见表3。

3.1 试验一

焙烧时间为20min，不同温度条件下的焙烧转化率见表4。

由表4可知：

⑴在1 006℃和1 050℃温度条件下，各产地的锂精矿焙烧转化均不完全。

⑵在1 100℃温度条件下，澳矿焙烧转化不完全，国产矿转化比较完全。

⑶在1 150℃和1 200℃温度条件下，焙烧20 min，澳矿晶型转化比较完全。

⑷新疆矿、江西矿、四川矿,在1 100℃和1 150℃温度下焙烧20min,晶型转化比较完全。

表3 焙料中可锂（可溶氧化锂）、全锂（全部氧化锂） %

表4 不同温度条件下的焙料转化率 %

⑸新疆矿、江西矿、四川矿，焙烧温度在1 200℃时，转化率降低，说明部分β-锂辉石转化为了γ-锂辉石。

3.2 试验二

1 150 ℃温度条件下，不同的焙烧时间下原矿的转化率见表5。

表5 %

3.3 试验三

各种温度条件下，焙烧20 min，不同粒径澳矿的转化率见表6。

表6 %

由表6可知，相同焙烧温度、焙烧时间下，颗粒大小将直接影响焙烧转化的效果，颗粒较粗的锂精矿需要更高的温度才能确保转化完全。

4 结论

将小型试验数据运用到实际生产中，得到了很好的验证。实践与试验结合，可以得到以下结论：

⑴澳矿转化焙烧的温度高于国产锂精矿，因此澳矿不能与国产锂精矿同时进行焙烧。国产锂精矿可以按一定比例搭配混烧。

⑵焙烧澳矿的温度应控制在1 150～1 200℃。

⑶国产锂精矿的焙烧温度控制在1100～1150℃,高于1 200℃将在焙烧窑中出现烧融、结圈现象。

⑷焙烧时间应≥20min。

⑸粒径＜0.15mm(100目筛下部分)澳矿的品位较高，即要求投入澳矿时，窑尾收尘须控制更严格。

⑹在焙烧过程中，原矿颗粒较大的部分传热较慢,转化焙烧时需要相对较高的温度。

⑺流程不宜长时间投入低品位锂精矿，否则将造成流程中杂质富集。

[1]刘翊纶,任德厚.无机化学丛书(第一卷).北京科学出版社,1984.

[2]奥斯特罗什科,等.曾华珗译.锂的化学与工艺学.北京中国工业出版社,1965.

[3]田千秋，陈白珍，陈亚，等.稀有金属.中南大学冶金科学与工程学院.2011.

收稿：2013-07-25