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锂云母烘干机提锂过程脱氟研究现状 |
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发布作者:兰炭烘干机 发布时间:[2023-10-27] 点击次数:[121] | ||||
氟由于极强的电负性,在矿石和水体中普遍存在。锂云母中氟通过取代表界面的羟基进入晶格,含量可达5%~10%,而且地球化学成矿过程中锂云母矿中的锂与氟含量呈正相关,李军等人[55]的研究表明,在浸出提锂过程中,与OH结合的Li更容易转化成可溶性的硫酸盐,但与F相连的Li难以被酸化溶解,增加了锂云母提锂难度。而且由于提锂过程中氟在矿样表面生成含氟不溶物的罩盖层,甚至配位吸附锂生成Li-F的不溶物,引起锂损[56]。此外,含氟废水属于二级污染物,《中国制造2025》中明确强调发展矿产资源的绿色、清洁利用技术。因此,探究锂云母提取过程中氟的脱除,对提高提锂效率,实现锂云母清洁、高效利用具有重要意义[57]。 3.1 传统焙烧脱氟 为了提高锂浸出率,工业上 初使用高温焙烧脱氟,即锂云母在750~1 000 ℃的温度下焙烧0.5~1.5 h。经过焙烧脱氟后的锂云母反应活性得到提高,锂浸出效率增加。由于锂云母矿石中的氟主要以难溶性的氟铝硅酸盐的形式存在,传统高温焙烧过程难以有效破坏锂云母物相结构,使氟转化为氟化氢气体,因此脱氟反应进行得非常缓慢,无法有效浸出[58]。而且当焙烧温度达到875 ℃以上时,锂云母矿石会出现熔化结块现象,导致脱氟更加难以进行[59]。 目前常用的几种锂云母提锂工艺中都使用了高温焙烧的方法来处理锂云母矿[60],其焙烧脱氟过程仅依靠高温焙烧锂云母矿石来脱除氟,因此焙烧脱氟段能耗直接影响生产工艺的成本[61]。考虑到锂云母焙烧过程中的挑战和机遇,氟资源的回收和利用对于提高整个过程的经济性有非常重要的影响,因此需要新的脱氟方法来替代传统焙烧路线,降低提锂成本、提高锂反应活性[62]。 3.2 水蒸气焙烧脱氟 锂云母中的氟往往与锂结合以LiF的形式存在,因而难以脱除[63]。针对传统焙烧脱氟存在的问题,在焙烧过程中引入水蒸气气氛后,随着蒸汽分压和焙烧温度的增加,氟的脱除率明显提高[64]。LiF与水蒸气体系的热力学分析可以发现反应的标准吉布斯自由能为正值,表明标况下脱氟反应难以自发进行,当体系中的水蒸气分压升高至一定程度时,反应才可向生成HF的方向进行[65]。观察不同温度下水蒸气与LiF反应平衡组成图(图 5),温度升至800 ℃之前,LiF浓度几乎不发生变化,而当温度升至850 ℃后,LiF浓度急剧下降,而HF和Li2O浓度升高达到定值,可以判断出温度升高至850 ℃后LiF基本全部转化为Li2O和HF,矿石中的氟以HF气体的形式脱出,与氟结合的有价元素转变为各自的氧化物, 反应机理如式(5)[66]: KLi2AlSi4O10(FOH)2+2H2O→Li2O⋅Al2O3⋅2SiO2+2KAlSi2O6+4HF 徐盛明等人[67]在宜春锂云母焙烧过程中通入水蒸气后,锂云母矿石中的脱氟反应随着焙烧温度的升高变得更加剧烈。这是由于在高温下锂云母表面接触的水蒸气解离出H+置换Li+,进一步吸附F-生成HF得以脱除。由于在脱氟反应初期主要受化学反应控制,反应会快速达到平衡状态,但同时也会产生新相(白榴石:K2O·Al2O3·4SiO2)黏附在矿石表面,使其无法与水蒸气接触,不仅阻止了水蒸气向锂云母内部结构扩散,也影响含锂化合物向外迁移,均对脱氟效率造成影响[68]。因此,使用高温水蒸气焙烧脱氟时需保持两相充分接触和反应温度的均匀分布。
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