锂的来源及应用

从锂提取的角度,简述了锂矿石、盐湖卤水、海水、地热水及煤与锂电池等含锂资源的开发情况,并简述了锂及其化合物的用途,最后对提锂技术和锂的应用前景进行了展望。     

从自然资源中提取锂的研究进展

锂是国家重要的战略储备金属，是许多战略性新兴产业的关键原材料。随着全球电气化的普及和可控核聚变的发展，锂的消费量在近十年有了明显的增长，可以预见的是，其需求量将在未来很长一段时间内持续增长。虽然研究人员已开展了很多从废旧材料中回收锂的研究，但受限于目前市场上锂的总流通量，从自然资源中提取锂仍然是新兴产业快速发展的首选。本文综述了近年来从自然资源中提取锂的技术进展。以锂辉石、锂云母和盐湖卤水为主要锂资源，对现有的提取方法进行了总结，并比较了各种方法的优缺点。锂辉石的转型-熟化法是目前最重要的提锂工艺，然而大量能源和硫酸的消耗仍无法避免。少数企业选择锂云母作为工业生产提锂的原料，但未考虑高价值的铷和铯的综合利用。针对高镁锂比的盐湖卤水，大量研究仅局限于实验室规模，真正落地投产的很少。上述存在的问题急需解决，同时也应着力于开发新兴技术应用于从自然资源中提取锂。本文为未来自然资源提锂工艺的研究、开发、优化和工业应用提供了参考。     

盐湖卤水提锂技术及产业化发展

 据美国地质调查局2020年最新统计，已查明的世界锂资源量为8000万t，其中59%锂资源分布在盐湖中，寻找不同类型盐湖的提锂技术亟待解决。根据盐湖卤水中锂和其他伴生离子赋存特征，综述了沉淀法、膜法、萃取法、盐梯度太阳池法、吸附法等盐湖提锂技术发展现状，总结了锂资源生产流程，探讨了各种方法对不同镁锂比盐湖的适应性及优势。研究发现，盐湖提锂不能按照单一方法进行，要根据不同盐湖赋存类型进行提锂工艺的选择。沉淀法已经在低镁锂比盐湖中经过工业化生产验证；吸附法是目前在高镁锂比盐湖中综合效果最为理想的提锂技术，其吸附容量高、一步直接提锂、循环性能高、稳定性强；天然矿物改性吸附法是未来盐湖提锂产业化应重点关注的方向。     

锂辉石低碳冶炼现状与发展

随着锂电池在便携式电子设备和电动车辆等的广泛应用,锂的需求量在不断增加。锂辉石由于含锂量高,已经成为生产高端锂盐的主要锂源。天然锂辉石结构致密,化学性质稳定,目前的主流工艺是将α-锂辉石在高温下焙烧转型成为化学性质活泼的β-锂辉石,然后进行下一步处理。高温焙烧转型导致能耗大、提取成本较高,在“碳达峰”和“碳中和”的背景下,迫切需要开发低能耗绿色提取锂新工艺。在总结传统高温焙烧提取锂方法的基础上,深入分析锂矿石成矿机制,得出矿石提取锂的关键是破坏其铝硅酸盐结构,并综述锂辉石低碳直接提取的主要方法类拜耳法和氟化学法,它们可以直接破坏α-锂辉石的晶体结构,是未来绿色经济提取锂的新方向。     

废旧三元正极粉的氢碳协同还原提锂机制

针对废旧三元正极粉,选用氢气和碳作为共还原剂,通过调控还原产物组成,达到高效优先提锂的效果,研究氢和碳在正极粉还原过程中的协同提锂机制。研究结果表明：在气体流量0.3 L/min、碳含量1.88%、焙烧温度600℃、焙烧时间1 h的最优条件下,废旧三元正极粉被还原为Ni、Co、MnO和LiOH,碳含量和焙烧温度参数的调控对正极粉的还原以及锂物相的转变至关重要。在反应温度为25℃、液固比为5:1(mL/g)、反应时间为20 min的条件下,锂的浸出率达到93.4%,而其他金属均留在渣相中。基于不同锂盐溶解度的不同,采用碳化沉淀的方法处理提锂液,得到了纯度为99.7%的Li₂CO₃产品。     

盐湖提锂工艺——高镁锂比盐湖锂盐吸附剂研发进展

 据2019年美国地质调查局统计全球已查明锂资源量6200万t,其中59%锂资源分布在盐湖中,而绝大部分盐湖为高镁锂比盐湖,高镁锂比盐湖中锂的提取工艺更难,吸附剂可以一步直接提锂,研发循环性能高、稳定性强、制备高效的高镁锂比盐湖锂盐吸附剂迫在眉睫。根据吸附剂的制备材料和吸附机理不同,将现有吸附剂进行分类,总结了离子筛吸附剂、铝盐吸附剂、天然矿物改性吸附剂发展现状及吸附流程。对比研究发现,天然矿物改性吸附剂具有离子筛吸附剂和铝盐吸附剂提锂的所有优势,制备简单不产生废料,经济、环保、高效,在未来高镁锂比盐湖提锂工艺中应予以重点关注。     

盐湖卤水提锂进展研究

介绍了世界锂资源的分布状况和目前盐湖卤水的主要提锂方法,重点介绍了沉淀法、离子筛法的工艺技术和工业化情况,并对中国盐湖锂资源的开发现状及技术发展方向进行了分析,希望能够为中国盐湖卤水锂资源开发提供参考。     

锂云母中提取锂的方法初步研究

研究了从锂云母中提取锂的方法。将粉碎至80～100目的云母粉与质量分数为50％的硫酸水溶液以1：2的质量比在118～122℃温度下反应8h左右，以两倍于反应液体积的水浸取，得到含锂的硫酸溶液。ICP—AES法对硫酸锂溶液的金属离子Ij、K、Na、Al等进行检测，结果表明：此法锂的提取率可达95％以上。     

ITER中国液态锂铅实验回路中的氚技术

多方合作的国际热核实验堆(ITER)计划是全球能源问题关注的一个重要进展标志,中国参与提出的双功能液态锂铅包层模块(DFLL-TBM)是一重要组成部分,采用液态锂铅合金作为氚增殖剂和冷却剂,氢-氦混合气鼓泡方式提取氚.因此,氚技术成为关系液态金属包层成败的关键问题之一.结合中国液态锂铅实验包层技术的发展战略,从理论分析与计算、实验研究和工程设计3方面,阐述了自2004年以来ITER中国液态锂铅回路中的氚技术研究进展.系统介绍了液态锂铅鼓泡器的模拟-设计与研制、锂铅回路中氚的衡算-分析与防氚渗透涂层的进展、锂铅材料辐照-释氚行为的计算与实验、包层氚提取系统的设计等情况.这些工作结果表明,彻底克服锂铅中氚溶解度极低、长期连续操作、磁流体效应(MHD)累积、材料腐蚀等困难,解决氚的滞留、渗透与回收技术难题,降低环境污染是完全可行的.     

辉钼矿中钼的最佳提取条件

辉钼矿中钼的提取率受多种因素影响,采用碱熔法提取辉钼矿中的钼元素,利用正交试验法给出了辉钼矿中钼的最佳提取条件,即焙烧温度650℃,焙烧时间30 min,加碱量为理论用量的3倍,其中焙烧温度为影响钼的提取率的主要因素.