介紹了鋰的性質和用途,以及國內外鋰礦資源的特點;歸納總結了國內外常見的鋰提取工藝;分析了目前鋰輝石、鋰云母浮選工業實踐中存在的問題。指出我國作為鋰資源大國,在鋰資源開發利用方面與發達國家之間的差距,建議從鋰礦石理化性質、浮選藥劑及浮選工藝等方面深入展開研究工作。

1鋰的性質及用途

鋰是著名瑞典化學家貝齊里烏斯的學生阿爾費特1817年分析斯德哥爾摩附近的長石礦床時發現的,貝齊里烏斯將其命名為鋰。原子序數3、原子量6.94、是自然界中最輕的金屬,銀白色、密度為0.534g/cm3(300K)、熔點為180.54℃、沸點為1317℃。屬堿土金屬,化學性質很活潑、很柔軟,在氧和空中能自燃。鋰也是一種重要的能源金屬,它在高能鋰電池、受控熱核反應中的應用使鋰成為解決人類長期能源供給的重要原料。鋰系列產品廣泛用于冶煉、制冷、原子能、航天和陶瓷、玻璃、潤滑脂、橡膠、焊接、醫藥、電池等行業。

2國內外鋰礦資源概況

世界上鋰資源比較豐富,主要分布在美洲、亞洲、澳洲和非洲。但鋰礦床勘探難度較大,致使世界鋰資源迄今仍處于未完全查明的階段。鋰資源是各國經濟發展的重要物質之一,從而促使各國對鋰資源的找礦、評價和勘探給予了高度重視,一些有價值的新礦源和礦種不斷被發現和開采。據不完全統計,在玻利維亞僅維尼鹽盆的Li2O儲量即達到1913.5萬t;美國內達華州的SilverPeak和加利福尼亞州的西爾湖兩者的Li2O儲量超過1000萬t;我國青海的察爾漢鹽湖和柴旦鹽湖以及在四川省的多處鹵水中,Li2O儲量估計達1000萬t。偉晶巖鋰礦床中按Li2O計算的儲量,美國634.8萬t、智利426萬t、加拿大660萬t、澳大利亞600萬t。我國新疆可可托海和四川西北部等地的鋰輝石礦、江西宜春鉭鈮鋰銣銫多金屬礦等礦床中的鋰云母儲量也很豐富。我國鹵水鋰資源僅次于玻利維亞和智利,居世界第三位。

從礦業開發來看,我國的鋰礦產資源有以下主要特點:①分布高度集中,有利于建設大型采選冶聯合企業;②單一礦床少,共伴生礦床多,綜合利用價值大;③品位低、儲量大,適宜大規模開發。我國鋰礦除少數礦床或礦段、礦體品位較高外,大多數礦床品位低,因而制定的礦產工業指標較低,以低品位指標計算的儲量則很大。

3鋰礦床類型、礦物種類及其性質

鋰礦床可分為五種類型,即偉晶巖礦床、鹵水礦床、海水礦床、氣成熱液礦床和堆積礦床,目前開采利用最多的鋰資源是偉晶巖礦床、氣成熱液礦床和鹵水礦床。以鋰為主的礦物約為30種,典型的鋰礦物主要有以下幾種。

(1)鋰輝石。單斜晶系晶體,常呈斷柱狀、板狀產出,也見有粒狀致密塊體或粒狀、斷柱狀集合體。顏色灰白、綠、暗綠或黃色;玻璃光澤,半透明到不透明;摩氏硬度系數6.5～7,密度3.03～3.22g/cm3。是目前世界上開采利用的主要鋰礦物資源之一。

(2)透鋰長石。外觀與石英相似,700℃時轉變為高溫型鋰輝石。津巴布韋的比基塔礦床是目前世界上最大的透鋰長石礦床。

(3)鋰云母KLiAl(Si4O10)(F,OH)。鋰云母是一種稀有的云母。江西宜春鉭鈮礦伴生鋰云母、銣、銫的多金屬礦床是世界上最大的伴生鋰云母礦床,也是我國正在開采利用的主要鋰資源之一。

(4)磷鋰鋁石LiAl(PO4)(F,OH)。最典型的混入物是Na2O,其含量可達1.96%(一部分鋰類質同象地被鈉置換)。磷鋰鋁石屬三斜晶系。白色、灰色、暗灰色、稍帶黃色或玫瑰色;玻璃光澤至油脂光澤,解理面呈珍珠光澤。磷鋰鋁石性質與鋰輝石類似,可溶于硫酸,雖然含鋰高,但礦物資源少。

(5)鋰霞石。是鋰輝石變蝕的產物,化學組成為Li[AlSO4],有時混入物CaO等。晶體屬六方晶系,晶形細小,常呈粒狀集合體和致密塊狀產出,成晶體者極少見。顏色常呈灰白色、淺黃、淺褐、淺紅、淺綠等色,有時也見有無色者;晶面呈玻璃狀光澤,斷口則呈現脂肪光澤,礦物資源量亦不多。

(6)鋰冰晶石。屬立方晶系,形成八面體和粒狀集合體。呈白色、無色、灰白色,薄片呈無色,該礦物資源稀少。

現今世界上開采應用最多的鋰礦物是鋰輝石、透鋰長石、鋰云母和鋰磷鋁石等,鹽湖、含鋰鹵水和井水也是重要的鋰資源。

4鋰礦石選礦工藝現狀

4.1鋰礦石常用選礦方法

不同鋰礦石,性質不同,由于礦物中氧化鋰的含量低,且不同礦物,其化學分解過程又很復雜,因此鋰礦石分選工藝也較復雜。在工業實踐中,已知有七種選別鋰礦石的方法:浮選法、手選法、熱碎解、磁選法、重懸浮液選礦法、化學處理法、聯合選礦法。

(1)浮選法。凡是具有工業價值的鋰礦物都可以用浮選法來富集。鋰輝石的浮選在實驗室和工業上,研究得最全面,普及得也比較廣泛。因此浮選法是鋰礦石最重要的選別方法,特別是對以細粒浸染狀存在的鋰輝石就更是如此。

(2)手選法。手選法的實質在于:按照礦石的外部特征將礦石分為幾種礦物,此方法主要用于分選粗粒結晶的鋰輝石與鋰云母結合體、透鋰長石與磷鋰鋁石結合體。手選可以得到很好的精礦,在有些國家,現在仍采用這種方法。例如,美國南達科塔州的埃特礦床的鋰輝石礦石就是采取此方法。但是此方法很費勞動力,提取率低,同時不適合選別具有細粒浸染礦體的礦石。

(3)熱碎解。熱碎解過程的實質在于,用加熱和冷卻的方法,有選擇性地破壞某些礦物。主要用于分選鋰輝石,因為鋰輝石礦物晶體中存在有從一種同素異形體向另一種同素異形體的轉變,加熱鋰輝石時,鋰輝石從α變體轉變為β變體。并且由于脈石和鋰輝石的性質不同,脈石礦物沒有發生變化,用此方法選別鋰輝石是可行的。熱碎解大體包括下列工序,將礦石破碎至粒度小于50mm或20mm以后過篩,將大于0.3mm的礦石于1000～1200℃下焙燒1～2h(-0.3mm的細粒礦石采取其他方法提取鋰輝石)。焙燒過的礦石冷卻后,進行選擇性磨礦、分級和提純。此方法僅在礦石原料組成良好的情況下有效,礦石中如果存在大量具有熱碎解能力的鈉長石、方解石和云母,那么就難以制得合格的精礦。

(4)磁選法。在鋰礦物中,只有鐵鋰云母和鋰輝石具有弱順磁性,在工業上,磁選法就作為提高鋰精礦質量的一個輔助措施,常用于除掉鋰輝石精礦中的含鐵雜質或選分具有弱順磁性的鐵鋰云母和鋰輝石。

(5)重懸浮液選礦。重懸浮液選礦就是利用鋰礦物與脈石礦物的密度差進行選礦。通常鋰礦物和脈石礦物(石英等)的密度差不超過0.2～0.5g/cm3,這一密度差對于用搖床或跳汰機進行選礦是不夠的,但是對于選別某些類型的鋰礦石是足夠的,目前對鋰輝石礦石進行重懸浮液選礦比較多。通常用的懸浮液有硅鐵或者磁鐵礦。如果能夠使懸浮液的比重保持不變,而粘度保持最小,用此方法選別鋰輝石可以得到高質量的精礦,簡化碎礦和磨礦過程,而且精選過程對原料的適應性很強。

(6)化學處理法。化學處理法主要用在從鹽湖水中提取鋰,從鹵水中提取鋰的研究工作,在20世紀60年代以后得到空前的發展,尤為突出的是美國。迄今出現的鹵水提鋰方法主要有沉淀法、萃取法、離子交換吸附法、碳化法、煅燒浸取法、許氏法和電滲析法等。

(7)聯合選礦法。針對貧細雜的鋰礦物,用單一的選礦方法很難得到合格的鋰精礦,必須采用聯合選礦法及選冶聯合工藝,比如:浮選-重選-磁選聯臺工藝、浮選-磁選工藝、浮選-化學處理聯合工藝等。