锂渣的综合回收利用

2014-02-17陈悦娣

新疆有色金属 2014年4期

关键词：氢氧化锂碳酸锂废渣

陈悦娣

(新疆昊鑫锂盐开发有限公司乌鲁木齐830006)

锂渣的综合回收利用

陈悦娣

(新疆昊鑫锂盐开发有限公司乌鲁木齐830006)

对锂辉石硫酸法生产碳酸锂工艺、苛化法生产氢氧化锂工艺分别进行了简略概述，对两种工艺过程产生的废渣进行了介绍，说明了锂渣的形成机理。分析了两种锂渣——浸出渣、苛化渣的组成成分、物理化学性质及其综合利用渠道等，通过分析可以帮助实现锂渣的再利用，解决废渣排放造成的环境污染问题，有效利用废渣的有用价值，提高企业的经济效益。

锂渣浸出渣苛化渣回收利用

1 前言

近年来，我国虽然也在积极开发盐湖锂资源，但由于我国盐湖卤水【1】中的镁含量较高，镁锂这两种元素难以分离，到目前为止，矿石提锂仍然占居着锂盐生产的主导地位。

我国是世界上锂辉石储量最大的国家，而新疆和四川是锂盐最主要的生产基地。以锂辉石为原料生产碳酸锂，工业上比较成熟的工艺是硫酸法生产工艺，浸出渣是硫酸法制备碳酸锂工艺的副产品；目前，国内锂盐生产企业大多采用碳酸锂苛化法生产氢氧化锂，苛化渣是氢氧化锂生产工艺的副产品。

伴随着我国工业的蓬勃发展，必然产生大量的工业废渣和工业尾矿。如何有效地利用工业废渣、变废为宝、保护环境，是一项紧要而迫切的工作。就地利用工业废渣,实现废渣的回收再利用，符合国家的产业政策，是企业节约成本、提高经济效益的有利手段。

2 硫酸法生产碳酸锂、苛化法生产氢氧化锂工艺简介

2.1 硫酸法生产碳酸锂工艺

2.1.1 工作原理

（1）晶型转化焙烧：950～1 200℃温度条件下，将结构致密的α-锂辉石转化为结构疏松的β-锂辉石：

（2）酸化焙烧：过量硫酸与β锂辉石在250～300℃温度下反应生成硫酸锂，化学反应方程式：

（3）中和反应：酸化焙烧料中过量的硫酸用石灰石粉进行中和，形成硫酸钙，反应如下：

硫酸钙与H2O·Al2O3·4SiO2共同进入浸出渣中，成为浸出渣的主要成分。

（4）沉锂反应：净化、浓缩的硫酸锂溶液(氧化锂浓度为60 g/L左右)，加入碳酸钠发生沉淀反应，得到碳酸锂，其化学反应方程式：

2.1.2 工艺流程图

图1 硫酸法生产碳酸锂工艺流程图

2.2 苛化法生产氢氧化锂工艺

2.2.1 工作原理

（1）苛化反应：石灰乳与碳酸锂反应，生成氢氧化锂，其化学反应方程式：

CaCO3进入浸出渣中，成为苛化渣的主要成分。

（2）净化、浓缩后的氢氧化锂溶液，经过蒸发结晶得到单水氢氧化锂产品。

2.2.2 工艺流程图

图2 苛化法生产氢氧化锂工艺

3 锂渣的物理化学性质及用途

本文介绍的锂渣分为浸出渣和苛化渣2种，以下进行分别介绍：

3.1 浸出渣

3.1.1 化学及物理性质

表1 浸出渣的化学组成成分%

物理性质：密度2.41,粉状，烘干磨细后的比表面积1 080 m2/kg【2】。

由于浸出渣与水泥有很多相近似的化学组成成分，其中含有较多的无定形二氧化硅、三氧化二铝等，具有较高的火山灰活性，且价格低廉，故可将其用于配制混凝土，实践证明，这种混凝土具有十分优越的技术经济指标。

3.1.2 浸出渣在混凝土工程中的运用

随着建筑事业的不断发展,高强度、高性能混凝土成为研究的热点,因为提高工程结构混凝土的强度和性能,可以提高混凝土的耐久性、减轻混凝土结构自重,并降低工程造价。锂渣掺入水泥、砂浆及混凝土的研究已经较为成熟，张兰芳等人进行了锂渣高强混凝土的进一步试验研究，通过掺入0～40%不同比例的浸出渣取代水泥，研究混凝土的性能变化【3】，为我们提供了更多的参考意见：

（1）坍落度：锂渣的密度小于水泥，以锂渣取代部分水泥，坍落度会受到影响，但只要控制锂渣取代水泥量为10%～40%，可以满足混凝土泵送的要求。

（2）稠度：混凝土中加入锂渣后，使得混凝土的黏聚性更好，但对拌合工艺、浇筑施工影响不大。

（3）泌水性：锂渣与水有较强的亲合力，混凝土中掺入锂渣后泌水性降低，且容易振捣密实。只要加强养护，可以防止表面水分损失而产生的微细裂纹。

（4）抗压强度：锂渣具有较强的火山灰活性，能显著提高混凝土的抗压强度。当掺入量在15%以内时，能提高混凝土的早期及后期强度；当掺入量达到40%时，早期强度降低，但后期强度会赶上并超过不加锂渣的混凝土强度。

锂渣可以提高混凝土强度，改善混凝土性能，用锂渣和矿渣或粉煤灰配制的高强度混凝土凝结时间合理、工作性好、坍落度经时损失少，可用于高强度且需泵送的混凝土工程中。混凝土中锂渣、矿渣或粉煤灰的复合不仅是简单的叠加，可充分发挥各自的形态效应、活性效应和微集料填充效应，形成了超叠加效应。此外，这种水泥的高取代率可以节约大量水泥，降低工程造价，对废渣的有效利用及环境保护具有重要的意义。

3.2 苛化渣

3.2.1 化学及物理性质

表2 苛化渣的化学组成成分%

物理性质：沉降体积2.4～2.8 mL/g，粉状，200目筛通过率≥90%。

3.2.2 苛化渣在碳酸锂流程中的再利用

苛化法生产单水氢氧化锂工艺流程中产生的工业废渣称为苛化渣，主要成分是CaCO3，另含有少量的OH-、Li2O和碱性金属杂质。碱性金属在强碱性条件下形成絮状的氢氧化物沉淀，因此，苛化渣粘度较大、不易实现液固分离，泥浆状的苛化渣给运输及贮存带来了极大的不便。并且，由于苛化渣的碱性较强，不适合在建材及水泥行业应用，一直以来都被作为工业垃圾而丢弃。苛化渣中的有用成分得不到有效的回收利用，不仅造成资金的浪费，也加大了环保处理的难度。

由表2可知：苛化渣中的碳酸钙含量达到了95%以上，而硫酸法生产碳酸锂工艺中需要投入大量的石灰石粉（即碳酸钙），因此，可以用苛化渣代替部分石灰石粉进行中和反应，这一成果，架起了碳酸锂和氢氧化锂流程的桥梁，实现了废渣的综合回收再利用。

苛化渣的粘度较大，作为中和剂投入碳酸锂流程后，需要注意以下几点：

（1）苛化渣的投入比例及加入顺序，即先加苛化渣，当pH值达到4时，开始加石灰石粉，确保流程的正常流通。

（2）加强碳酸锂流程中过滤洗涤操作，确保浸出渣含氧化锂达到标准要求，避免对碳酸锂流程的金属回收率带来负面影响。

（3）加强碳酸锂流程中硫酸锂原液、净化液、浓缩液中的杂质分析和控制，确保碳酸锂产品的质量不受影响。