官板乌素矿煤中锂铝赋存状态及提取工艺研究

论文摘要

目前,在煤中已查明了80多种元素,其中许多元素在煤中形成富集,有的可形成工业矿床,如锗、铀、钒等形成富锗煤、富铀煤、富钒石煤等。煤经过燃烧后产生粉煤灰,一些金属元素和贵金属元素可在其中富集,富集到适宜开采利用的含量和规模时,就可以作为有用矿产进行开发利用。通过我们项目组前期调研和基础研究,官板乌素矿区粉煤灰中含有经济价值极大的伴生矿产资源,如稀有金属锂和重要的工业金属铝。因此,有必要加强对官板乌素煤中锂和铝的研究。深入研究其赋存状态和富集规律、地球化学动态与成煤环境的关系,从而确定元素的主载体,有助于分析不同原岩中元素的析出量和最佳析出条件,并提出一种从粉煤灰中连续提取锂、铝的最佳优化完整工艺流程方案。本课题的开展,对我国开发利用这些极为重要的战略资源抢占国际领先地位具有重要意义。本文利用逐级化学提取方法定量地研究了煤中锂的赋存状态,研究结果表明：锂在煤中主要以硅铝氧化物结合态赋存,煤中含大量的硅铝氧化物,锂以类质同象方式进入煤的矿物晶格中；锂元素的含量与煤灰产率无太大的相关性；煤中有机态的锂也占相当一部分含量,锂在煤中可以与一些有机质结合,泥炭和腐植酸均能从溶液中吸附锂离子；官板乌素锂元素的富集类型主要为陆源富集型,锂在煤中的赋存状态与风化、沉积、成岩成矿作用机制密切相关。锂在煤中主要以硅铝氧化物态存在为从粉煤灰中提取锂起到了重要的线索作用,提取锂的关键因素在于破坏Al-Si键,将锂释放出来。以电厂取样粉煤灰为原料,利用正交试验及单因素试验,在研究酸法烧结和碱法烧结工艺基础上,通过改进与变通,以高提取率、低成本与无污染为原则,提出提取金属锂和铝的最优方案,最终确定该方案的最佳试验条件为：粉煤灰粒度：200目：粉煤灰与活化剂质量比：2：1；一次烧结温度：1000℃,烧结时间：30分钟；粉煤灰与烧结剂质量比：1：3；二次烧结温度：400℃,烧结时间：60分钟；酸浸温度：80℃,酸浸时间：60分钟；锂铝分离时焚烧温度500℃,焚烧时间30分钟；蒸发浓缩温度：60℃,冷冻析钠温度-5℃；沉锂：固体加料,加料速度为0.65g/mmin,沉锂温度：25℃,时间60-70分钟。在此条件下,锂的提取率可高达80.74%,铝的提取率可高达85.42%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 煤中元素的赋存状态和提取
• 1.2 选题的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状和趋势
• 1.3.1 煤中锂的赋存状态及提取现状
• 1.3.2 煤中铝的赋存状态及提取现状
• 1.4 研究内容及方法
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 主要研究方法
• 1.4.3 技术路线
• 第2章 区域地质背景
• 2.1 区域地质
• 2.2 矿井地质
• 2.2.1 古生界
• 2.2.2 中生界
• 2.2.3 新生界
• 2.2.4 地质构造
• 2.3 6号煤层特征
• 2.3.1 煤系地层
• 2.3.2 宏观煤岩特征
• 2.3.3 显微煤岩特征
• 2.4 煤质特征
• 2.4.1 物理性质
• 2.4.2 化学性质
• 第3章 实验试剂及样品制备
• 3.1 实验试剂
• 3.2 实验仪器
• 3.3 样品的采集与处理
• 3.3.1 样品的采集
• 3.3.2 样品的处理
• 3.3.3 样品的制备与分析
• 3.4 标准曲线的绘制
• 第4章 官板乌素矿煤中的铝和锂
• 4.1 官板乌素矿煤中的铝
• 4.1.1 煤的飞灰特征及意义
• 4.1.2 煤的灰分产率特征分析
• 4.1.3 煤的灰成分特征及其地球化学意义
• 4.2 官板乌素矿煤中的锂
• 4.2.1 官板乌素煤中锂的含量
• 4.2.2 官板乌素煤中锂的分布特征
• 4.2.3 官板乌素煤中锂的富集类型及机理
• 4.2.4 煤中锂的赋存状态定量研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 煤中锂和铝的提取工艺研究
• 5.1 烧结-浸取方案研究
• 5.1.1 酸法烧结工艺原理
• 5.1.2 酸法烧结试验
• 5.1.3 碱法烧结工艺原理
• 5.1.4 碱法烧结试验
• 5.2 最佳浸取方案优化
• 5.2.1 优化方案原则
• 5.2.2 最优方案提出
• 5.2.3 单因素实验
• 5.2.4 正交试验
• 5.2.5 结果与讨论
• 5.3 铝和锂的提取
• 5.3.1 沉铝锂过程
• 5.3.2 铝锂分离
• 5.3.3 锂的提取
• 5.3.4 铝的提取
• 5.4 本章小结
• 第6章 锂铝提取优化方案的验证
• 6.1 工艺方法评价
• 6.2 优化方案原则
• 6.3 最优方案操作步骤与工艺参数
• 6.3.1 操作步骤
• 6.3.2 工艺参数
• 6.4 最优方案工艺流程
• 6.5 最优方案验证
• 结论与认识
• 1 主要结论
• 2 创新点
• 3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况