用硝酸从电解质废渣中浸出锂试验研究

2022-10-19马兴娟费发源雷占昌马福宝李学莲

湿法冶金 2022年5期

关键词：废渣硝酸电解质

马兴娟，费发源，雷占昌，马福宝，李学莲

(青海省核工业检测试验中心青海省核工业核地质研究院，青海西宁 810016)

工业上，铝是通过冶金级氧化铝和冰晶石在电解槽内熔融电解得到的[1-4]。为提高铝电解电流效率，降低能耗，电解体系内通常需要添加氟化锂等盐[5-6]，由此会产生含锂的电解质废渣，其中锂质量分数在2%左右，具有回收价值。

目前，从电解质废渣中浸出锂，通常采用硫酸[7-8]，但锂回收率相对较低。试验针对某电解铝企业的电解质废渣，研究了用硝酸浸出锂，并探讨了浸出动力学，以期为电解铝企业电解质废渣中锂的综合回收提供可行方法。

1 试验部分

1.1 试验原料、试剂及仪器

电解质废渣：取自国内某铝厂，其中锂质量分数1.96%，化学组成见表1，物相组成如图1所示。电解质废渣的主要物相为氟化锂、冰晶石及氟化钙。氟化锂难溶于水，但可溶于酸。

表1 电解质废渣的化学组成 %

图1 电解质废渣的物相分析结果

主要试剂：硝酸，分析纯。

主要仪器：X射线衍射仪(X’Pert MPD型，荷兰帕纳科公司)，电感耦合等离子发射光谱仪(6300型，赛默飞世尔科技公司)。

1.2 试验原理与方法

氟化锂在硝酸溶液中可以溶解，化学反应为

(1)

冰晶石也会与硝酸反应生成硝酸铝，但冰晶石与酸之间的反应不影响锂的浸出，只增加硝酸耗量。

浸出试验在玻璃三口烧瓶中进行，温度由恒温水浴控制。将电解质废渣与不同浓度硝酸溶液按一定液固体积质量比混合后，搅拌同时加热，在40～80 ℃条件下反应一段时间后，悬浮液降温并过滤。滤液稀释后采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定锂质量浓度，计算锂浸出率。

2 试验结果与讨论

2.1 硝酸浓度对锂浸出率的影响

在温度40 ℃、液固体积质量比10 L/1 kg、浸出时间2 h条件下，用硝酸浸出锂，硝酸浓度对锂浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 硝酸浓度对锂浸出率的影响

由图2看出：随硝酸浓度增大，锂浸出率升高；硝酸浓度增大至7.5 mol/L时，锂浸出率达85.27%；之后继续增大硝酸浓度，锂浸出率略有升高，变化不大。考虑到硝酸浓度增大会增加生产成本，所以，确定硝酸浓度以7.5 mol/L为宜。

2.2 液固体积质量比对锂浸出率的影响

在温度40 ℃、硝酸浓度7.5 mol/L、浸出时间2 h条件下，液固体积质量比对锂浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 液固体积质量比对锂浸出率的影响

由图3看出：随液固体积质量比增大至8 L/1 kg，锂浸出率提高至84.27%；液固体积质量比继续增大，锂浸出率提高幅度不大。随液固体积质量比增大，体系黏度降低，有利于反应传质；但液固体积质量比增大会增加后续液固处理成本：综合考虑，确定液固体积质量比以8 L/1 kg为宜。

2.3 浸出温度与时间对锂浸出率的影响

在硝酸浓度7.5 mol/L、液固体积质量比8 L/1 kg 条件下，浸出温度与时间对锂浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 浸出温度与时间对锂浸出率的影响

由图4看出：锂浸出率随反应时间延长、温度升高而升高；在反应前45 min内，随温度升高，锂浸出率迅速升高；反应60 min后，锂浸出率变化不大；而随温度升高，锂浸出率有所提高。升温有利于分子扩散，加快反应速率；但温度过高，硝酸会挥发，会增大能耗:综合考虑，确定适宜温度和浸出时间分别为70 ℃和60 min，此时锂浸出率为91.90%，浸出效果较好。