氯化焙处理提取研究

1实验原料及实验方法

1．1实验原料实验矿样取自江西宜春锂云母矿精矿，粒径约为180μm。锂云母的化学成分和XRD图谱分别如表1称取锂云母矿样10．0g均匀放入烧舟，将其推至管式炉，以1L/min的流速向其中通入高纯氮气0．5h后开始升温，升温速度为10℃/min，同时打开氯气发生装置开始产生氯气。反应结束后再以1L/min的流速向其中通入高纯氮气1h后趁热取出烧舟，称重。取5g样品在60℃时恒温搅拌浸出0．5h，蒸馏水与样品质量比为6∶1，分析锂、钾浓度，计算锂和钾的提取率。其中锂、钾的总提取率为浸出率加挥发率，其中锂、钾的挥发率分别等于锂云母中锂、钾的总量减去浸出率再减去浸出渣中锂、钾的含量。

2结果与讨论

2．1焙烧温度对锂、钾提取率的影响金属氧化物(MeO)被氯气氯化时，可以用下式表示:在高温条件下，锂云母中锂、钾等碱金属元素很容易被氯气氯化，而其中的SiO2、Al2O3却难以被氯化［9］。当焙烧时间为30min时，在纯氯气气氛下焙烧温度对锂、钾的浸出率、挥发率和总提取率的影响如图3所示。由图3可知，锂、钾的浸出率、挥发率和总提取率均随焙烧温度的升高而增大。当反应温度低于700℃时，锂和钾的提取率低于10%，当焙烧温度由800℃升高到900℃时，锂的提取率由29．53%上升到83.35%，钾的提取率由11．36%增大到71．06%，锂和钾的挥发率在此温度区间随着温度的升高而迅速增大。温度超过875℃时，锂云母矿样开始出现熔融结块，表面呈玻璃状，处理难度加大，因此选择焙烧温度为850℃较为适宜。800～900℃氯化焙烧后锂云母矿样的XRD图如图4所示，从图中可以看出经过氯化焙烧，温度在800℃时，锂云母矿物相未发生变化，而从825℃开始出现KCl物相;当温度在850～900℃时，氯化处理后的锂云母主要含有LiAl(SiO3)2，KCl及少量的NaCl和SiO2，温度高于875℃时，出现K(Si3Al)O8。

2．2氯化焙烧时间对锂、钾提取率的影响850℃时考察不同氯化时间对锂云母矿中锂、钾提取率的影响，实验结果见图5。从图5可以看出，锂和钾的提取率均随焙烧时间的延长而升高，锂、钾回收率的增加是因为随着焙烧时间的延长，底层的锂云母被氯化。当焙烧时间由30min延长到3h时，锂的提取率由70.95%增大到92.49%，钾的提取率由51.82%增大到72．47%;再延长焙烧时间，锂和钾的提取率增大不明显，因此较优焙烧时间为3h。由图5还可见，当焙烧时间超过2h时，锂和钾的浸出率开始下降，说明随着焙烧时间的延长，锂云母中氯化反应生成的LiCl、KCl从锂云母中挥发出来。图6为不同氯化时间焙烧后锂云母矿的XRD图。氯化时间从1h延长到4h时，物相已基本无变化，与图4中的C样品比较可以看出，随着时间的延长，其物相非常相似，主要成分均为LiAl(SiO)、SiO2、NaCl、KCl和K(SiAl)O。900℃时并未出现熔融，锂的提取率从37．05%增大到92．15%，钾的提取率从30．19%增大到88．31%。氯化时间延长到1h时锂、钾提取率随温度变化如图8所示。由图可见，氯化温度900℃时，锂和钾的提取率与氯化时间为30min时相比无明显提高。

2．3添加氧化钙时焙烧温度对锂、钾提取率的影响由于氧化钙在较高温度条件下与锂云母混合焙烧时，能有效提高锂云母的熔点，且氧化钙在高温时能与锂云母中的SiO2、Al2O3、F反应生成稳定的铝硅酸钙盐、CaF2，因此，为了缩短氯化焙烧时间，提高钾提取率，在锂云母矿氯化焙烧时添加一定量的氧化钙辅助焙烧［10］。加入与锂云母质量比为0．5的氧化钙，氯化焙烧处理30min，不同焙烧温度下锂、钾提取率如图7所示。由图可见，温度从800℃提高到900℃时，锂、钾的提取率均随着温度的升高而提高，且温度达到2．4氧化钙与锂云母的质量比对锂、钾提取率的影响氧化钙与锂云母的质量比对锂和钾提取率的影响如图9所示。当氧化钙与锂云母的质量比大于0．6时，钾的提取率开始大于锂的提取率;氧化钙与锂云母的质量比为1．0时，锂、钾的提取率分别达到94．93%和97．95%;但是当氧化钙与锂云母质量比从0．7增加到1．0时，锂和钾的提取率分别只增加了2．75%和．25%。添加不同量氧化钙所得浸出渣的XRD图谱见图10。从图10可知，随着氧化钙含量的增加，其浸出渣成分基本不变，主要含有Ca0．65Na0．35(Al1．65Si2．35O8)、CaF2、SiO2。过多添加氧化钙会增大焙烧及浸出处理的物料量，增加生产成本。因此选用氧化钙与锂云母的质量比为0．7，在此条件下，当氯化处理温度为900℃时，焙烧时间对锂和钾提取率的影响如图11所示。当氯化时间为30min时，锂和钾的提取率分别达到92．18%和96．7%，当氯化时间超过30min时，锂和钾的提取率基本不再随着焙烧时间的延长而增加。

3结论

1)采用氯气处理锂云母原矿，850℃焙烧3h，锂、钾的提取率分别可达为92．49%和72．47%。2)添加氧化钙可提高锂云母中锂、钾提取率，并有效缩短焙烧时间。3)锂云母氯化焙烧较优的工艺条件为:以氯气为氯化剂，氧化钙与锂云母的质量比为0．7，焙烧温度900℃，焙烧时间30min。。