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我国拥有丰富的锂资源,不仅拥有价值较高的盐湖锂资源,而且还拥有储量丰富、品位较高的锂矿石。目前盐湖提锂的前景有着要超过矿石提锂的趋势,但是为了充分利用我国锂矿产资源,研究从锂辉石中提取锂并制备碳酸锂的工艺仍具有非常重要的意义。 本文研究的锂辉石矿来源于江西宜春,锂辉石矿中Li2O的含量为3.12%。从锂矿石中的提锂工艺主要包括:石灰石烧结法、氯化焙烧法和硫酸法等。这些工艺都存在着能耗高,残渣多等不足,针对这些不足,本论文主要研究氟硅酸法制备碳酸锂,并深入探讨其流程及工艺条件,具体研究内容如下: (1)预处理工艺的研究。盐酸酸溶法对锂辉石进行预处理,通过条件实验得到了每10g锂辉石35%盐酸的最佳用量为3.30ml、最佳投料液固比为0.8ml/g、最佳温度为90℃。预处理的其它条件为锂辉石过200目筛,反应时间10min,反应过程中需要不停地搅拌。CaO的去除率为95.26%,Fe2O3的去除率为92.53%,MgO的去除率为100%。 (2)氟硅酸与锂辉石反应的研究。通过正交试验研究氟硅酸与锂辉石的反应,得出液固比对锂提取率的影响最大,反应温度和反应时间次之,氟硅酸的浓度影响最小。通过单因素条件实验得到了氟硅酸与锂辉石的反应的最佳反应条件:投料液固比为10ml/g、反应温度为135℃、反应时间为125min、氟硅酸的浓度为33%。反应的其它条件是锂辉石过200目筛,反应过程中需要不停地搅拌。最佳反应条件下Li2O的提取率为95.23%。 (3)酸化灼烧和水浸取工艺的研究。通过条件实验,酸化灼烧过程中98%的浓硫酸的最佳用量是4.00ml/10g。水浸取工艺的最佳条件为:常温、浸出时间10min、投料固液比为1.8ml/g。水浸取过程需要不停地搅拌。 (4)制备氢氧化铝工艺的研究。在常温、反应时间为20min、磁力搅拌的条件下,用30%的氢氧化钠溶液调节浸出液的pH值至5.0。固液分离得到氢氧化铝,对氢氧化铝进行洗涤,得到氢氧化铝中Al2O3的含量为64.51%。制备的氢化化铝符合GB/T4294-2010中的规定。 (5)浸出液提纯工艺的研究。用质量分数30%的氢氧化钠溶液去除浸出液中的铁硅,用300g/L的碳酸钠溶液去除钙。在去除铁硅的过程中需要添加H2O2,并且用30%的氢氧化钠溶液将浸出液pH值调节至8.0。用300g/L的碳酸钠净化除去钙,碳酸钠的用量为根据钙浓度计算的理论用量的1.3倍。提纯后浸出液中CaO的浓度为7.1mg/L,SiO2的浓度为3.8mg/L,Fe2O3的浓度为0.4mg/L。在0℃的条件下对经过提纯的浸出液进行冷冻处理,恒温30min,不停地搅拌,浸出液中Na2SO4的结晶析出率为81.2%。 (6)沉锂工艺的研究。将提纯后的浸出液蒸发浓缩至Li2O的浓度为62g/L,在温度95℃和不停搅拌的条件下,加入300g/L的Na2CO3溶液来沉淀锂。Na2CO3溶液的用量是根据浓缩液中锂的浓度计算理论用量的1.2倍,反应的时间为20min。此时锂的沉淀率为87.67%,碳酸锂的纯度为99.07%。合成的碳酸锂符合国家标准GB/T11075-2003中一级品(Li2CO3-1)的指标要求。将沉锂以后的母液在0℃的条件下进行冷冻析出钠钾,硫酸钠的析出率为84.13%,硫酸钾的析出率为58.62%,析出钠钾以后母液中Li2O的浓度为7.86g/L。