介绍了锂的性质和用途,以及国内外锂矿资源的特点;归纳总结了国内外常见的锂提取工艺;分析了目前锂辉石、锂云母浮选工业实践中存在的问题。指出我国作为锂资源大国,在锂资源开发利用方面与发达国家之间的差距,建议从锂矿石理化性质、浮选药剂及浮选工艺等方面深入展开研究工作。
1锂的性质及用途
锂是著名瑞典化学家贝齐里乌斯的学生阿尔费特1817年分析斯德哥尔摩附近的长石矿床时发现的,贝齐里乌斯将其命名为锂。原子序数3、原子量6.94、是自然界中最轻的金属,银白色、密度为0.534g/cm3(300K)、熔点为180.54℃、沸点为1317℃。属碱土金属,化学性质很活泼、很柔软,在氧和空中能自燃。锂也是一种重要的能源金属,它在高能锂电池、受控热核反应中的应用使锂成为解决人类长期能源供给的重要原料。锂系列产品广泛用于冶炼、制冷、原子能、航天和陶瓷、玻璃、润滑脂、橡胶、焊接、医药、电池等行业。
2国内外锂矿资源概况
世界上锂资源比较丰富,主要分布在美洲、亚洲、澳洲和非洲。但锂矿床勘探难度较大,致使世界锂资源迄今仍处于未完全查明的阶段。锂资源是各国经济发展的重要物质之一,从而促使各国对锂资源的找矿、评价和勘探给予了高度重视,一些有价值的新矿源和矿种不断被发现和开采。据不完全统计,在玻利维亚仅维尼盐盆的Li2O储量即达到1913.5万t;美国内达华州的SilverPeak和加利福尼亚州的西尔湖两者的Li2O储量超过1000万t;我国青海的察尔汉盐湖和柴旦盐湖以及在四川省的多处卤水中,Li2O储量估计达1000万t。伟晶岩锂矿床中按Li2O计算的储量,美国634.8万t、智利426万t、加拿大660万t、澳大利亚600万t。我国新疆可可托海和四川西北部等地的锂辉石矿、江西宜春钽铌锂铷铯多金属矿等矿床中的锂云母储量也很丰富。我国卤水锂资源仅次于玻利维亚和智利,居世界第三位。
从矿业开发来看,我国的锂矿产资源有以下主要特点:①分布高度集中,有利于建设大型采选冶联合企业;②单一矿床少,共伴生矿床多,综合利用价值大;③品位低、储量大,适宜大规模开发。我国锂矿除少数矿床或矿段、矿体品位较高外,大多数矿床品位低,因而制定的矿产工业指标较低,以低品位指标计算的储量则很大。
3锂矿床类型、矿物种类及其性质
锂矿床可分为五种类型,即伟晶岩矿床、卤水矿床、海水矿床、气成热液矿床和堆积矿床,目前开采利用最多的锂资源是伟晶岩矿床、气成热液矿床和卤水矿床。以锂为主的矿物约为30种,典型的锂矿物主要有以下几种。
(1)锂辉石。单斜晶系晶体,常呈断柱状、板状产出,也见有粒状致密块体或粒状、断柱状集合体。颜色灰白、绿、暗绿或黄色;玻璃光泽,半透明到不透明;摩氏硬度系数6.5～7,密度3.03～3.22g/cm3。是目前世界上开采利用的主要锂矿物资源之一。
(2)透锂长石。外观与石英相似,700℃时转变为高温型锂辉石。津巴布韦的比基塔矿床是目前世界上最大的透锂长石矿床。
(3)锂云母KLiAl(Si4O10)(F,OH)。锂云母是一种稀有的云母。江西宜春钽铌矿伴生锂云母、铷、铯的多金属矿床是世界上最大的伴生锂云母矿床,也是我国正在开采利用的主要锂资源之一。
(4)磷锂铝石LiAl(PO4)(F,OH)。最典型的混入物是Na2O,其含量可达1.96%(一部分锂类质同象地被钠置换)。磷锂铝石属三斜晶系。白色、灰色、暗灰色、稍带黄色或玫瑰色;玻璃光泽至油脂光泽,解理面呈珍珠光泽。磷锂铝石性质与锂辉石类似,可溶于硫酸,虽然含锂高,但矿物资源少。
(5)锂霞石。是锂辉石变蚀的产物,化学组成为Li[AlSO4],有时混入物CaO等。晶体属六方晶系,晶形细小,常呈粒状集合体和致密块状产出,成晶体者极少见。颜色常呈灰白色、浅黄、浅褐、浅红、浅绿等色,有时也见有无色者;晶面呈玻璃状光泽,断口则呈现脂肪光泽,矿物资源量亦不多。
(6)锂冰晶石。属立方晶系,形成八面体和粒状集合体。呈白色、无色、灰白色,薄片呈无色,该矿物资源稀少。
现今世界上开采应用最多的锂矿物是锂辉石、透锂长石、锂云母和锂磷铝石等,盐湖、含锂卤水和井水也是重要的锂资源。
4锂矿石选矿工艺现状
4.1锂矿石常用选矿方法
不同锂矿石,性质不同,由于矿物中氧化锂的含量低,且不同矿物,其化学分解过程又很复杂,因此锂矿石分选工艺也较复杂。在工业实践中,已知有七种选别锂矿石的方法:浮选法、手选法、热碎解、磁选法、重悬浮液选矿法、化学处理法、联合选矿法。
(1)浮选法。凡是具有工业价值的锂矿物都可以用浮选法来富集。锂辉石的浮选在实验室和工业上,研究得最全面,普及得也比较广泛。因此浮选法是锂矿石最重要的选别方法,特别是对以细粒浸染状存在的锂辉石就更是如此。
(2)手选法。手选法的实质在于:按照矿石的外部特征将矿石分为几种矿物,此方法主要用于分选粗粒结晶的锂辉石与锂云母结合体、透锂长石与磷锂铝石结合体。手选可以得到很好的精矿,在有些国家,现在仍采用这种方法。例如,美国南达科塔州的埃特矿床的锂辉石矿石就是采取此方法。但是此方法很费劳动力,提取率低,同时不适合选别具有细粒浸染矿体的矿石。
(3)热碎解。热碎解过程的实质在于,用加热和冷却的方法,有选择性地破坏某些矿物。主要用于分选锂辉石,因为锂辉石矿物晶体中存在有从一种同素异形体向另一种同素异形体的转变,加热锂辉石时,锂辉石从α变体转变为β变体。并且由于脉石和锂辉石的性质不同,脉石矿物没有发生变化,用此方法选别锂辉石是可行的。热碎解大体包括下列工序,将矿石破碎至粒度小于50mm或20mm以后过筛,将大于0.3mm的矿石于1000～1200℃下焙烧1～2h(-0.3mm的细粒矿石采取其他方法提取锂辉石)。焙烧过的矿石冷却后,进行选择性磨矿、分级和提纯。此方法仅在矿石原料组成良好的情况下有效,矿石中如果存在大量具有热碎解能力的钠长石、方解石和云母,那么就难以制得合格的精矿。
(4)磁选法。在锂矿物中,只有铁锂云母和锂辉石具有弱顺磁性,在工业上,磁选法就作为提高锂精矿质量的一个辅助措施,常用于除掉锂辉石精矿中的含铁杂质或选分具有弱顺磁性的铁锂云母和锂辉石。
(5)重悬浮液选矿。重悬浮液选矿就是利用锂矿物与脉石矿物的密度差进行选矿。通常锂矿物和脉石矿物(石英等)的密度差不超过0.2～0.5g/cm3,这一密度差对于用摇床或跳汰机进行选矿是不够的,但是对于选别某些类型的锂矿石是足够的,目前对锂辉石矿石进行重悬浮液选矿比较多。通常用的悬浮液有硅铁或者磁铁矿。如果能够使悬浮液的比重保持不变,而粘度保持最小,用此方法选别锂辉石可以得到高质量的精矿,简化碎矿和磨矿过程,而且精选过程对原料的适应性很强。
(6)化学处理法。化学处理法主要用在从盐湖水中提取锂,从卤水中提取锂的研究工作,在20世纪60年代以后得到空前的发展,尤为突出的是美国。迄今出现的卤水提锂方法主要有沉淀法、萃取法、离子交换吸附法、碳化法、煅烧浸取法、许氏法和电渗析法等。
(7)联合选矿法。针对贫细杂的锂矿物,用单一的选矿方法很难得到合格的锂精矿,必须采用联合选矿法及选冶联合工艺,比如:浮选-重选-磁选联台工艺、浮选-磁选工艺、浮选-化学处理联合工艺等。
