锂辉石硫酸法锂钠钾的检测

王永成

硫酸法从锂辉石中提取碳酸锂是当前比较成熟的矿石提锂工艺，此方法先将锂辉石高温焙烧，使其由单斜晶系的锂辉石转变成四方晶系的锂辉石，由于晶型转变，矿物的物理化学性质也随着晶体结构的变化而产生明显变化，化学活性增加，能与酸碱发生各种反应。然后将硫酸与锂辉石在250℃下焙烧，通过硫酸酸化焙烧发生置换反应，即可生成可溶性硫酸锂和不溶性脉石，反应方程式如下：

焙烧产物在搅拌槽溶出后，用石灰粉中和过量的硫酸。通过石灰乳调整溶出料装的可以除去大量钙、镁、铁、铝等杂质，再用纯碱进一步出去钙镁，得到纯净的硫酸锂。蒸发浓缩后加入碳酸钠溶液使硫酸锂溶液转变为碳酸锂。碳酸锂以细小的但易于沉降和过滤的白色晶体沉淀出来，沉淀物经过反复洗涤后，经过真空干燥即得到碳酸锂产品，回收率在85%左右。

1 实验

1.1 主要试剂和仪器

锂辉石来自澳大利亚，锂、钠、钾含量分别为（%）6.45、3.25、5.98。实验辅助材料都是分析级碳酸钠、碳酸钙、氢氧化钠、浓硫酸、浓硝酸、高氯酸等。

仪器：KBF1200-X5箱式炉、OTL1200管式炉、TAS-990原子吸收分光光度计、QM-QX4型全方位行星球磨机、干燥箱、电热炉和通风橱。

1.2 实验步骤

①将一定量的锂辉石破碎，通过星球磨机研磨过200目的筛子，100℃烘干。称取20g样品放在瓷坩埚里，在箱式炉1050℃焙烧30分钟，冷却到室温。将样品研磨添加110%量的浓硫酸混合均匀。然后在管式炉中250℃煅烧20分钟，自然冷却到室温。用两倍的蒸馏水浸出样品15分钟，然后过滤，洗涤两次得浸出液，分析滤液中锂、钠、钾的浓度及滤渣残留量，利用差减法分别计算锂钠钾的浸出率；②称取两个烘干好的锂辉石0.1g编号1和编2，称取两个烘干好的滤渣0.1g编号3和编号4。在编号1和编号3中加入15mL氢氟酸和2mL1：1的硫酸，在编号2和编号4中加入15mL的混酸（硝酸：氢氟酸：高氯=5：5：1）在电热炉上220℃加热直至蒸干。然后再往编号1和3中加5mL蒸馏水和1mL1：3的硫酸，一滴过氧化氢，往编号2和4中加5mL蒸馏水和5mL的硝酸，等待溶液由浑浊变为澄清定容到50mL，在50mL的容量瓶中吸取5mL溶液定容100mL容量瓶里。

2 TAS-990原子吸收分光光度計操作流程

2.1 准备

钠标准溶液的配制：配置浓度为50μg/mL钠标准储备溶液，分别吸取钠标准储备液0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mL移入50mL容量瓶中，再加入5mL 1：3的硝酸，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，备用。锂、钾标准溶液的配制：配置浓度为50μg/mL锂、钾标准储备溶液，分别吸取锂、钾标准储备液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL，移入50mL容量瓶中，再加入2mL1：1的硫酸，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，备用。

①准备好待测样品溶液；②准备好相应元素的标准溶液，并注意溶液的浓度范围；③装好待测元素的空心阴极灯。

2.2 开机

①接通稳压电源，打开计算机电源，打开原子吸收主机电源，让主机预热30分钟；②运行AA-Win软件，启动联机；③联机后转到初始化状态，将仪器的所有参数进行初始化；④进入燃烧器参数设置对话框，设置火焰高度，通过设置燃烧位置值，使得元素灯火斑正好位于燃烧器的正上方，在点火前设置燃气流量为1200mL/min，不要太大。点着后，再根据具体元素分析要求来调整；⑤进行录峰操作，使得仪器位于原始分析的灵敏波长位置。让能量达最大值后，选择“自动能量平衡”，然后关闭窗口；⑥进入标样测量主菜单，进入校正曲线对话框；⑦进入标样数据输入，将标样浓度依次输入，然后将光标移动到第一标样后退去；⑧选好测量重复次数、样品的数目等参数；⑨启动空气压缩机，先开风机，再开工作开关，使空气压力为0.25MPa；⑩打开乙炔钢瓶阀门，调整输出压力，使表指示在0.05MPa，按键点火。

2.3 检测

①取去离子水，清洗燃烧器系统；②吸取空白溶液，进行基线校正；③作工作曲线；④依次测定未知样，仪器会直接给出未知样浓度；⑤测定过程和测定结束时，均需插入“标液”进行校检。

3 实验结果

经上述数据计算硫酸法对锂辉石中锂的浸出率达89.89%，滤渣的残留率为0.86%，钠钾的浸出率为12.15%和1.04%。

4 结语

①由于锂辉石里杂质较多，溶解样品时酸的用量要足够多，保证样品的溶解效果；②锂辉石的硬度较大，研磨时粒径要在200目以下，酸溶解时才能保证完全浸出，不会影响检测结果；③钾离子的浓度超过2g/l对锂离子的检测存在严重的干扰，浸出液一定选好稀释倍数；④检测时一定要注意先后顺序，锂离子和钾离子对钠离子检测有一定的干扰。

参考文献：

[1]冉敬文，刘鑫，裴军，尹文旭.我国锂资源开发的生产工艺现状[J].广州化工，2016（13）.