锂云母精矿制备碳酸锂的研究_成岳

1 实验部分
1.1 药剂及仪器设备 锂 云 母 精 矿 （江 西 宜 春 414 矿 ）；硫 酸 、氢 氧 化
钠、碳酸钠、盐酸，均为分析纯。 实验室小型球磨机（XQM-2L 型），电热鼓风烘
箱 （202A-1 型 ）、箱 式 电 炉 （WS-10-13 型 ）、X 射 线 衍 射 仪 （D8-ADVANCE 型 ）， 扫 描 电 镜 （KYKY– 1000B 型）。 1.2 实验方案
a—锂云母精矿；b—850 ℃焙烧；c—900 ℃焙烧；d—950 ℃焙烧 图 3 锂云母精矿在不同温度焙烧的 XRD 图
2.3 样品的 XRD 和 SEM 分析 图 4 为分析纯碳酸锂与实验制备的碳酸锂的
XRD 对比图。 图 5 是制备的碳酸锂样品的 SEM 图。 从图 4 可以看出， 制备的碳酸锂样品中含有杂质 Na2CO3。 产 生 Na2CO3 的 原 因 可 能 是 结 晶 的 时 候 形 成 了 过 饱 和 的 Na2CO3 溶 液 ， 致 使 其 吸 附 在 生 成 的
（School of Materials Science and Engineering，Jingdezhen Ceramic Institute，Jingdezhen 333403，China； Key Laboratory for Advanced Ceramic Materials of Jiangxi Province）
1
850
70
1∶0.8
2
900
60
1∶1
3
950
50
1∶1.2
时间 D/min
15 30 45
1.3 Li2CO3 的制备 在 编 好 号 的 反 应 釜 中 ，按 照 L9（34）正 交 表 的 设
计，装入 10 g 不同温度焙烧并球磨过筛的锂云母样 品， 再向反应釜中按比例加入不同浓度不同量的硫 酸溶液， 然后把密封的反应釜放入恒温 130 ℃的电 热鼓风烘箱中，按照设计的时间取出反应釜。分别对 反应釜中的试样进行稀释、 过滤， 再向其中加入
2 结果分析与讨论
2.1 锂云母精矿分析 锂云母精矿的化学成分见表 2。
表 3 为对锂云母精矿过筛后的粒度分布分析。 从表 3 可以看出， 锂云母精矿的颗粒大小主要在 0.061~0.154 mm，粒度比较细且分布均匀，在实验中 可以完全反应。
表3
筛 孔 径 /μm ＞308
150~308 63~150 45~63
58.65
7
3
1
3
2
55.84
64.78
8
3
2
1
3
52.26
62.15
9
3
3
2
1
46.55
57.35
k軈1
47.71
61.04
57.30
68.34
50.88
62.02
52.00
62.94
k軈2
55.99
66.62
52.48
64.23
52.78
65.56
50.65
62.58
k軈3
51.55
61.43
45.48
查 阅 资 料 得 知 ［6］，在 此 类 实 验 中 焙 烧 温 度 、 硫 酸 浓度、物料比（锂云母与硫酸的质量比）和反应时间 是影响实验结果的主要因素。因此，按表 1 的因素水 平表设计了 L9（34）正交试验，来探讨其最佳组合。
表 1 因素水平表
水平
焙烧温度 A/℃
因素
w（硫酸） B/%

物料比 C
w（Li2O） 3.94
w（Al2O3） 22.54
表2 锂云母精矿的化学成分
w（Na2O） w（K2O） w（Rb2O） w（Cs2O）
1.63
7.57
1.52
0.23
w（SiO2） w（CaO） w（MgO） w（Fe2O3）
55.75
0.42
0.40
0.20
% w（F） 5.80
图 1 为所用锂云母精矿的 XRD 图。 从图 1 可 以看出，该矿物的主要组成是锂云母，只含少量石 英。
56.51
51.60
61.51
52.61
63.56
R
8.28
5.58
11.82
11.83
1.90
4.05
1.96
0.98
图 3 为锂云母精矿在不同温度焙烧的 XRD 图。 由图 3 可知， 850 ℃的 XRD 衍射图中出现新的峰， 即出现新的晶型 β-白榴石。 其他两个温度下的 XRD 衍射图中可看出，生成的 β-白榴石逐渐变多， 在 950 ℃的时候石英的衍射峰基本上没有了。
图 1 锂云母精矿的 XRD 图
图2 硫酸水溶液的沸点图
2.3 不同因素对提取率的影响 在不同温度下反应所得正交直观分析结果见表
4。从表 4 可以看出，影响最大的是硫酸浓度，其次是 锂云母的焙烧温度，之后是物料比，最后才是反应时 间。 锂云母在 900 ℃焙烧后 Li2O 的转化率最高，硫 酸浸取时生成更多的硫酸锂， 所以 900 ℃是最佳焙 烧温度。 70%硫酸的提取率都是最高的，当硫酸溶液 浓度逐渐提高时，其锂的提取率也相应的提高，但浸 取液的酸度也相应提高，不仅增加酸的用量，同时中 和酸所需要的碱量也增加，所以选择 70%硫酸是比 较合适的。 1∶1 的物料比是最合适的，因为酸过量有 可能抑制硫酸锂在溶液中的溶解量。 反应时间对提 取率的影响不是很大，为节约能源选定 15 min 为最 佳反应时间。
的 浓 度 ， mol/L；V1 为 滴 定 消 耗 标 准 氢 氧 化 钠 的 体 积， mL；m 为制备的碳酸锂样品质量， g；29.88 为氧
化 锂 的 摩 尔 质 量 ，g/mol；73.89 为 碳 酸 锂 的 摩 尔 质
量，g/mol。
Li2O 提取率= w（Li2O）m/（3.94%×10）×100%
关键词：锂云母精矿；硫酸浸液法；碳酸锂；浸出率 中图分类号：TQ131.11 文献标识码：A 文章编号：1006-4990（2012）04-0016-03
Study on preparation of lithium carbonate from lepidolite concentrate
Cheng Yue，Li Yansun，Chen Cehe
上步骤，可以获得 9 组常温下的实验结果。
1.4 Li2CO3 样品纯度的测定和 Li2O 提取率的计算
采 用 酸 碱 滴 定 法 测 定 制 得 的 Li2CO3 样 品 中
Li2O 的含量。 具体操作是把制得的 Li2CO3 样品装入 锥形瓶，向其中加入 40 mL 1 mol/L 的盐酸并不断搅
无机盐工业
第 44 卷 第 4 期
16
INORGANIC CHEMICALS INDUSTRY
2012 年 4 月
锂云母精矿制备碳酸锂的研究
成 岳，李燕孙，陈策和 （景德镇陶瓷学院材料学院，江西省先进陶瓷材料重点实验室，江西景德镇 333403）
摘 要：采用正交试验的方法，从焙烧温度、硫酸浓度、浸液时间、物料比 4 个因素来讨论其对锂云母精矿中氧 化锂的浸出率的影响。 试验结果表明，在 900 ℃焙烧后的锂云母与 70%的硫酸以质量比为 1∶1 的比例在 130 ℃的恒 温箱中反应 15 min 的条件下， 氧化锂的浸出率可以达到 75%。 采用 XRD 和 SEM 等方法进行了表征分析， 结果表 明， 制备的碳酸锂纯度较高，有较好的应用价值。
图 4 分析纯碳酸锂（a）与制备的 图 5 制备的碳酸锂
碳酸锂样品（b）的 XRD 图
样品的 SEM 图
Li2CO3 表面。 由图 5 可以看出，制得的碳酸锂颗粒还 是很均匀的，但也出现团聚的现象，与文献［8］对比， 大部分都有棒状碳酸锂粉体的形貌。
3 结论
900 ℃ 焙 烧 后 的 锂 云 母 与 70% 的 硫 酸 溶 液 以 1∶1 的质量比在 130 ℃的恒温条件下反应 15 min，在 该条件下 Li2O 的浸出率可以达到 75%。 从制得的碳 酸锂的 XRD、SEM 表征上看，碳酸锂纯度不够，应当 再次结晶才有可能减少或消除杂质的存在。
2012 年 4 月
成岳等：锂云母精矿制备碳酸锂的研究
17
NaOH 调节 pH=12，向溶液中加入 Na2CO3 沉淀掉溶
液中的杂质离子，再次过滤。 把滤液倒入反应釜中，
加 热 ，并 向 其 中 加 入 适 量 的 Na2CO3，待 溶 液 蒸 发 结
晶 析 出 Li2CO3 后 ， 进 行 抽 滤 烘 干 ， 得 到 干 燥 的 Li2CO3。 把反应釜换成瓷坩埚在常温下反应，重复以
18
无机盐工业
第 44 卷第 4 期
表 4 在不同温度下反应所得正交直观分析表
序号
A/℃
B/%
C
D/min
提 取 率 /%
常温
130 ℃
1
1
1
1
1
52.63
65.25
2
1
2
2
2
48.37
64.32
3
1
3
3
3
42.14
53.54
4
2
1
2
3
63.42
75.00
5
2
2
3
1
56.81
66.21
6
2
3
1
2
47.75
碳酸锂是制取锂化合物和金属锂的原料［1］。 近 几年来， 随着新技术的发展， 尤其是锂金属聚合物 可充电电池的日益普及、 混合动力电动汽车用锂电 池不断取代镍氢电池等， 全球市场对锂化合物需求 量不断增长， 用户也对锂产品质量提出了更高的要 求 。 ［2-3］ 据业内人士分析预测， 未来 10 a 全球锂需求 量将增长 30%。 因此， 作为制取其他锂盐的原料， 碳酸锂的生产显现出前所未有的美好前景［4］。 利用 碳酸锂在水中的溶解度随温度升高而降低这一性 质，在含有硫酸锂的浸出液中加入碳酸钠并升温，使 碳酸锂得以结晶沉淀出来［5］。 利用硫酸浸液的方法 从 焙 烧 后 的 锂 云 母 精 矿 中 提 取 出 Li2O， 形 成 含 有 Li2SO4 的完全液，向溶液中加入无水 Na2CO3，通过升 温从而在溶液中析晶出碳酸锂。 通过正交试验分析 获取最大的 Li2O 提取率的实验条件。