本發明屬于粉煤灰的精細化利用，涉及一種從粉煤灰中浸出鋰的方法。
背景技術：
鋰是重要的化工原料，作為一種新興產品在能源領域發揮獨特作用，廣泛的應用在建筑材料、核工業、電子產業和化工行業。粉煤灰是電廠排放的廢棄物，排放量非常大，并且粉煤灰中含有很多有價值的元素，比如鋰、鋁和硅。與其他國家相比中國的粉煤灰大都作為輔助材料利用，精細化價值無法體現。因此，實現粉煤灰精細化價值最有效的途徑就是從粉煤灰中提取這些有價值的元素。
近期，煤中伴生鋰礦成為各類學者研究的熱點，從燃煤產物粉煤灰中提取鋰也獲得大家空前的關注。如，研究者通過研究發現準格爾煤田和平朔礦區煤中鋰的伴生礦物超常富集；另外，對其燃燒后的產物粉煤灰進行了鋰含量的測定，達到了伴生礦產綜合回收利用工業品位。因此，從粉煤灰中提取鋰將擁有其廣闊的發展前景，不僅可以緩解鋁和鋰資源的供應不足，還可以節約開礦成本，發展循環經濟和節約經濟，又可以減少對自然生態環境的破壞，從而也提高了粉煤灰的工業應用價值。目前，從粉煤灰中提取鋰的技術還很不成熟，本發明旨在提高鋰浸出率的同時達到節約成本降低能耗的目的。
技術實現要素：
本發明針對粉煤灰的精細化利用，提供一種從粉煤灰中浸出鋰的方法。
為了達到上述目的，本發明是這樣實現的，一種從粉煤灰中浸出鋰的方法，該方法包含以下步驟：
步驟1，燒結工藝：稱取粉煤灰、碳酸鈉和碳酸鈣質量比1:0:1～1:0.8:1，于剛玉坩堝中混合均勻，放在馬弗爐中1000～1200℃下焙燒60～100min，降至室溫，用球磨機研磨至200目；
步驟2，浸出工藝：將研磨好的熟料和濃度為3～8％的碳酸鈉溶液按固液比1:15～1:25混合均勻后轉移到膠體磨中，機械研磨30min后轉移到高壓釜中，高壓蒸煮的溫度為100～150℃，時間為20～60min，完畢后將高壓釜中的混合液體冷卻，并抽濾，得到鋰浸出液。
優選地，在步驟1中，稱取粉煤灰、碳酸鈉與碳酸鈣質量比1:0.8:1于坩堝混合均勻，放在馬弗爐中1200℃下焙燒80min，冷卻至室溫，用球磨機研磨至200目，得到燒結后的熟料。
優選地，在步驟2中，碳酸鈉溶液的濃度為8％，固液比為1:20，高壓蒸煮溫度為150℃，時間為40min。
優選地，步驟1所述的物料配比中粉煤灰與碳酸鈣的質量比始終為1:1。
優選地，步驟1所述的粉煤灰在焙燒之前過40目篩子。
本發明提供的從粉煤灰中浸出鋰的方法具有以下優點：
本發明首次提出堿法燒結-稀堿溶出從粉煤灰中浸出鋰的方法，從粉煤灰中提取鋰具有較為廣闊的研究前景，不僅為開發鋰資源及應用戰略研究打下了基礎，同時提高了粉煤灰的精細化利用價值，避免了粉煤灰對環境造成的污染，變廢為寶，充分體現了粉煤灰的工業化應用價值。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
本發明實施例針對粉煤灰的精細化利用，提供一種從粉煤灰中浸出鋰的方法。為了達到對粉煤灰的精細化利用這一目的，本發明實施例提供了一種從粉煤灰中浸出鋰的方法，該工藝以脫硅粉煤灰為原料，與碳酸鈉充分混合，高溫燒結，然后用碳酸鈉溶液溶出。該方法包含以下步驟：
步驟1，燒結工藝：稱取粉煤灰、碳酸鈉和碳酸鈣質量比1:0:1～1:0.8:1，于剛玉坩堝中混合均勻，放在馬弗爐中1000～1200℃下焙燒60～100min，降至室溫，用球磨機研磨至200目，得到燒結后的熟料；此工藝中碳酸鈣主要是和脫硅粉煤灰中未被脫除的硅反應，避免硅一起進入溶液中，根據粉煤灰中硅的含量確定碳酸鈣的用量。粉煤灰是煤粉在鍋爐中經燃燒、熔融、迅速冷卻后產生的廢棄物，因此，其絕大部分呈玻璃態，其中鋰為非活性體。粉煤灰與助熔劑碳酸鈉高溫焙燒主要是為了活化粉煤灰，使其中的鋰更容易進入到溶液中。
步驟2，浸出工藝：將研磨好的熟料和濃度為3～8％的碳酸鈉溶液按固液比1:15～1:25混合均勻后轉移到膠體磨中，機械研磨30min后轉移到高壓釜中，高壓蒸煮的溫度為100～150℃，時間為20～60min，完畢后將高壓釜中的混合液體冷卻，并抽濾，得到鋰浸出液。
定量分析：將步驟2中得到的浸出液用火焰原子吸收測定鋰的含量，最后計算鋰的浸出率。
作為本發明實施例的一優選方案，在步驟1中，稱取粉煤灰、碳酸鈉與碳酸鈣質量比1:0.8:1于坩堝混合均勻，放在馬弗爐中1200℃下焙燒80min，冷卻至室溫，用球磨機研磨至200目，得到燒結后的熟料。
作為本發明實施例的一優選方案，在步驟2中，碳酸鈉溶液的濃度為8％，固液比為1”20，高壓蒸煮溫度為150℃，時間為40min。
作為本發明實施例的一優選方案，步驟1所述的物料配比中粉煤灰與碳酸鈣的質量比始終為1:1。
作為本發明實施例的一優選方案，步驟1所述的粉煤灰在焙燒之前過40目篩子。
上述的從粉煤灰中浸出鋰的方法，其中步驟1的燒結過程中，堿法燒結的原理是由堿和粉煤灰組成的爐料經過燒結，使爐料中的氧化鋁轉變為易溶的鋁酸鈉，非活性的鋰轉變成活性鋰，氧化鐵轉變為易水解的鐵酸鹽。
主要發生的反應如下：
li2oal2o3·4sio2+8cao＝li2o·al2o3+4[2cao·sio2]
al2o3+na2co3＝na2o·al2o3+co2
fe2o3+na2co3＝na2o·fe2o3+co2
上述的從粉煤灰中浸出鋰的方法，其中步驟2中在進行堿性浸出時沒有新物質產生，可以認為其浸出過程是一個簡單溶解擴散過程。浸出時水的加入使得鋰鹽迅速溶解，并在液固相表面形成飽和層。發生的離子交換反應如下：
li2o·al2o3·4sio2+nh2o+na2co3＝na2o·al2o3·4sio2·nh2o+li2co3
上述的從粉煤灰中浸出鋰的方法，其中步驟1所述的粉煤灰來自山西平朔礦區的脫硅粉煤灰。
上述的從粉煤灰中浸出鋰的方法，其中鋰的浸出率高達61.52％。
本發明首次提出堿法燒結-稀堿溶出從粉煤灰中浸出鋰的方法，從粉煤灰中提取鋰具有較為廣闊的研究前景，不僅為開發鋰資源及應用戰略研究打下了基礎，同時提高了粉煤灰的精細化利用價值，避免了粉煤灰對環境造成的污染，變廢為寶，充分體現了粉煤灰的工業化應用價值。
以下結合具體實施例對本發明做進一步地說明。
實施例1
燒結工藝：稱取粉煤灰、碳酸鈉和碳酸鈣質量比為1:0:1，于1l剛玉坩堝中混合均勻，放在馬弗爐中1200℃下焙燒80min，冷卻至室溫，用球磨機研磨至200目，得到燒結后的熟料。
浸出工藝：將100g研磨好的熟料和濃度為5％的碳酸鈉溶液2.0l混合均勻后轉移到膠體磨中，機械研磨30min后轉移到高壓釜中，高壓蒸煮的溫度為150℃，時間為60min，完畢后將高壓釜中的混合液體冷卻，并抽濾，得到鋰浸出液。
原子吸收光譜儀測定浸出液中鋰離子的濃度，根據浸出液的體積計算出總的鋰的質量，最后得出浸出液中鋰的質量占粉煤灰中鋰的總含量的27.22％。
實施例2
燒結工藝：稱取粉煤灰、碳酸鈉和碳酸鈣質量比為1:0.4:1，于1l剛玉坩堝中混合均勻，放在馬弗爐中1100℃下焙燒80min，冷卻至室溫，用球磨機研磨至200目，得到燒結后的熟料。
浸出工藝：將80g研磨好的熟料和濃度為5％的碳酸鈉溶液2.0l混合均勻后轉移到膠體磨中，機械研磨30min后轉移到高壓釜中，高壓蒸煮的溫度為150℃，時間為60min，完畢后將高壓釜中的混合液體冷卻，并抽濾，得到鋰浸出液。
原子吸收光譜儀測定浸出液中鋰離子的濃度，根據浸出液的體積計算出總的鋰的質量，最后得出浸出液中鋰的質量占粉煤灰中鋰的總含量的47.11％。
實施例3
燒結工藝：稱取粉煤灰、碳酸鈉和碳酸鈣質量比為1:0.8:1，于1l剛玉坩堝中混合均勻，放在馬弗爐中1200℃下焙燒80min，冷卻至室溫，用球磨機研磨至200目，得到燒結后的熟料。
浸出工藝：將120g研磨好的熟料和濃度為5％的碳酸鈉溶液2.0l混合均勻后轉移到膠體磨中，機械研磨30min后轉移到高壓釜中，高壓蒸煮的溫度為150℃，時間為60min，完畢后將高壓釜中的混合液體冷卻，并抽濾，得到鋰浸出液。
原子吸收光譜儀測定浸出液中鋰離子的濃度，根據浸出液的體積計算出總的鋰的質量，最后得出浸出液中鋰的質量占粉煤灰中鋰的總含量的58.49％。
實施例4
燒結工藝：稱取粉煤灰、碳酸鈉和碳酸鈣質量比為1:0.8:1，于1l剛玉坩堝中混合均勻，放在馬弗爐中1200℃下焙燒80min，冷卻至室溫，用球磨機研磨至200目，得到燒結后的熟料。
浸出工藝：將100g研磨好的熟料和濃度為3％的碳酸鈉溶液2.5l混合均勻后轉移到膠體磨中，機械研磨30min后轉移到高壓釜中，高壓蒸煮的溫度為150℃，時間為60min，完畢后將高壓釜中的混合液體冷卻，并抽濾，得到鋰浸出液。
原子吸收光譜儀測定浸出液中鋰離子的濃度，根據浸出液的體積計算出總的鋰的質量，最后得出浸出液中鋰的質量占粉煤灰中鋰的總含量的48.27％。
實施例5
燒結工藝：稱取粉煤灰、碳酸鈉和碳酸鈣質量比為1:0.8:1，于1l剛玉坩堝中混合均勻，放在馬弗爐中1200℃下焙燒80min，冷卻至室溫，用球磨機研磨至200目，得到燒結后的熟料。
浸出工藝：將110g研磨好的熟料和濃度為5％的碳酸鈉溶液2.0l混合均勻后轉移到膠體磨中，機械研磨30min后轉移到高壓釜中，高壓蒸煮的溫度為150℃，時間為20min，完畢后將高壓釜中的混合液體冷卻，并抽濾，得到鋰浸出液。
原子吸收光譜儀測定浸出液中鋰離子的濃度，根據浸出液的體積計算出總的鋰的質量，最后得出浸出液中鋰的質量占粉煤灰中鋰的總含量的52.47％。
實施例6
燒結工藝：稱取粉煤灰、碳酸鈉和碳酸鈣質量比為1:0.8:1，于1l剛玉坩堝中混合均勻，放在馬弗爐中1200℃下焙燒80min，冷卻至室溫，用球磨機研磨至200目，得到燒結后的熟料。
浸出工藝：將100g研磨好的熟料和濃度為8％的碳酸鈉溶液2.0l混合均勻后轉移到膠體磨中，機械研磨30min后轉移到高壓釜中，高壓蒸煮的溫度為150℃，時間為40min，完畢后將高壓釜中的混合液體冷卻，并抽濾，得到鋰浸出液。
原子吸收光譜儀測定浸出液中鋰離子的濃度，根據浸出液的體積計算出總的鋰的質量，最后得出浸出液中鋰的質量占粉煤灰中鋰的總含量的61.52％。
盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。