[发明专利]一种从锂云母矿中提取锂和其它碱金属元素的方法

说明书

技术领域

本发明属有色冶金领域中的碱金属冶金方法，具体涉及一种从锂云母矿中提取锂和其它碱金属元素的方法。

背景技术

“锂是21世纪的能源元素”，锂及锂盐广泛应用于高能绿色电池、航空航天、核聚变发电等领域，其需求量日益增加；“21世纪是锂的世纪”，世界各国普遍重视锂工业的发展。我国有丰富的锂云母资源，其Li₂O含量一般在4％左右；开发锂云母资源具有很重要的意义。

目前，从锂云母矿中提取锂的冶金方法主要有石灰焙烧法、压煮法、硫酸法、氯化焙烧法等。

(1)石灰焙烧法：石灰法处理锂云母生产锂盐，就是将石灰石经破碎后与锂云母按3∶1的重量比例在球磨机内球磨、混合；经1150～1200℃高温焙烧成熟料；熟料经水淬、细磨、浸出，从而提取锂。

(2)压煮法：将锂云母精矿在870～930℃温度下通入水蒸气焙烧脱氟后，按焙料∶氧化钙∶碳酸钠(或氢氧化钠)的重量比为10∶(3～10)∶(1～6)、液固比为4～6，将混合料研磨调浆后置于温度为120～150℃、压力为(2～5)×10⁵帕的压煮器中进行溶出锂。

(3)硫酸法。用高温水蒸气处理锂云母脱氟，然后采用硫酸法处理锂云母；按锂云母∶硫酸钾重量比为1∶(0.6～1.0)配料，经过混料、造球，在950～1100℃温度下焙烧，稀硫酸浸出锂。

(4)氯化焙烧法。在氯化剂作用下焙烧锂矿石，使矿石中的锂及其他有价元素钾、铷、铯等转变为氯化物而得到综合提取。虞宝煜等对锂云母与NaCl及NaCl-CaCl₂的相互作用进行研究，实验结果表明反应温度为800℃，矿碱比为1∶1时锂云母矿中的锂、铷、铯分解率均达80％。

石灰焙烧法生产过程采用高配用量的石灰、处理温度高，物料量大、能耗高和生产效率低，处理低品位锂云母矿时生产成本高。压煮法和硫酸法需要预先对锂云母进行焙烧转型、高温水蒸气脱氟，高温反应生成氟化氢气体，从而带来环境污染及对设备腐蚀问题；同时压煮法采用高压高温设备及操作、投资及运行成本高；硫酸法采用硫酸钾、硫酸等材料，使过程成本增高。氯化焙烧法的温度控制要求高：焙烧温度过低，锂精矿不能充分氯化，锂回收率低；温度过高，熟料熔化粘结，并在回转窑内结圈，使操作困难。

因此，如何经济、高效地开发和利用锂云母矿石，对我国锂工业具有重要意义。

发明内容

由于现有的开发利用锂云母矿所存在的问题，使得技术人员迫切需要找到一个为大规模开发锂云母资源、提取在全球经济中占重要地位的锂、钾、铷、铯等金属元素的化合物，提供一种经济、高效开发和利用锂云母矿石资源的方法。

发明人通过研究发现可以采用矿相重构方法处理锂云母，而矿相重构的目的，是通过处理原矿物对其中含有价成分的矿物结构进行重新构造，使有价成分处于可分离的状态，从而有效分离有价成分，即针对锂云母的成分和矿物结构，设计矿相重构目标，实现锂云母矿中锂、钾、铷和铯等成为易溶(于水)化合物，通过溶解达到与硅、铝等脉石成分分离。

锂云母的结构式为

K{Li_2-xAl_1+x[Al_2xSi_4-2xO₁₀][F_1-y(OH)_y]₂}(x：0～0.50)

大多有实用提锂价值的锂云母的x值为0.2～0.5。式中锂位可被钠、钾、铷和铯取代；为实现锂、铷、铯和钾的分离和提取，必须对锂云母结构进行破坏并进行重组，使锂、铷、铯和钾处于可与铝、硅质分离的状态。根据锂云母矿的组成特点(硅铝摩尔比)，可将硅、铝等脉石成分重构为钙长石CaO·Al₂O₃·2SiO₂和硅灰石CaO·SiO₂等物质；在矿相重构过程中，会基于钙长石产生硅进驻铝位、出现铝位上的硅-铝混排，同时为平衡电荷在钼位上出现钠取代钙的钠位上钠-钙混排，生成铝位和钙位混排的钙长石型((Na，Ca)₂O·(Si，Al)₂O₃·2SiO₂)矿相。因此，用能产生矿相重构成分(如：CaO和Na₂O)的碱金属化合物和碱土金属化合物，均可作为锂云母的矿相重构剂；但必须在矿相重构温度与熔剂(低熔点化合物)共溶，以便于渗透、扩散和发生固-液相反应，有效实现固相矿相的重构。