中國粉體網訊 我國具有工業開采價值的固態鋰資源主要為鋰礦石，包括鋰輝石、鋰云母、透鋰長石、鐵鋰云母和磷鋰鋁石。其中只有鋰輝石得到工業規模化應用，這是由于鋰輝石組成簡單且含鋰量較高，方便提取，且我國有著世界第二大的鋰輝石礦，存儲量大。另外，鋰云母成分復雜但儲量大，在我國江西宜春有著世界上最大的伴生鋰云母礦床，這是我國在未來的重要儲備鋰資源，具有極高的戰略價值和研究開發意義。而透鋰長石、鐵鋰云母和磷鋰鋁石由于含鋰量低以及儲量小的原因，目前相關研究較少且研究意義不大。
當前鋰礦的大規模開采導致了鋰渣源源不斷的產生，如果將鋰渣就地填埋會對當地土壤及水質造成污染，因而如何將鋰渣應用到其他領域避免污染成為了近年來的熱門課題。而鋰輝石與鋰云母由于本身組分的不同，產生的鋰渣特性也有所不同。
鋰輝石與鋰云母
鋰輝石是一種輝石礦物，以無色至淡黃色、略帶紫色或淡紫色鋰紫玉、黃綠色或翠綠色隱晶石、棱柱晶體的形式出現，通常尺寸很大。鋰輝石主要產于花崗偉晶巖脈中，由鏈硅酸鋁鋰LiAl（SiO3）2組成，在我國，鋰輝石主要產自新疆、四川、江西等地區。
鋰云母又稱“鱗云母”，單斜晶系。化學成分為K{Li2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F )2} (x=0-0.5)。它是鉀和鋰的基性鋁硅酸鹽，屬云母類礦物中的一種。鋰云母一般只產在花崗偉晶巖中，顏色為紫和粉色并可淺至無色，具有珍珠光澤，呈短柱體、小薄片集合體或大板狀晶體。
鋰云母成分更復雜，具備更高的提煉難度。鋰輝石本質上是含鋰的硅鋁酸鹽，盡管通常伴生有各種雜質，但主成分中僅有鋰硅鋁。而從化學式來看，鋰云母顯然成分更加復雜，主成分中就有鋰鉀硅鋁氟。因此，在原料提煉和鋰鹽提純上難度更大，這也是早期（2017年及以前）以鋰云母為原料的碳酸鋰成本高且品質不佳（主要以工業級客戶為主）的核心原因。
鋰云母中Li2O含量更低，因此單耗更大。一般鋰輝石精礦中Li2O含量通常為5.0~6.0%，而鋰云母精礦中Li2O含量通常為2.0～3.5%。也正是如此，通常約7.8噸鋰輝石精礦（按6.0%品位計算）可以生產1噸碳酸鋰，而需要約18-19噸鋰云母精礦（按品位3.0%計算）才能生產1噸碳酸鋰，若品位更低單耗還會進一步上升。所以，鋰云母提鋰在加工環節成本比鋰輝石提鋰更高。
鋰輝石鋰渣與鋰云母鋰渣的對比
通常鋰輝石鋰渣主要物相是鋰輝石、石膏、石英。其中鋰輝石是提鋰過程主要礦物相，而石英是鋰輝石的共生礦物，石膏主要來源于石灰石粉和硫酸反應生成。
通常鋰云母鋰渣主要物相是藍方石、石膏、石英、螢石和鈉長石。其中藍方石、石英、鈉長石和螢石是鋰云母的共生礦物，石膏主要來源于石灰石粉和硫酸反應生成。
所以，與鋰輝石鋰渣相比，鋰云母鋰渣的組成更加復雜。
在物理性能方面，鋰云母和鋰輝石鋰渣的密度差異不大，鋰云母鋰渣在短時間粉磨時比表面積小于鋰輝石鋰渣，但隨著粉磨時間的延長鋰云母鋰渣比表面積會大于鋰輝石鋰渣。鋰云母鋰渣粉磨的的時間越短活性反而越高，鋰輝石則需要延長粉磨時間來提升活性，短時間粉磨的活性也低于鋰云母鋰渣。
另外，與礦渣、粉煤灰等組成固定的傳統固廢材料相比，鋰渣組分要更為復雜。比如鋰渣中含有較多堿金屬離子如K、Na等，通常還含有5%-30%不等的S元素。此外鋰渣中還可能含有微量其它金屬離子如鈹、鉈、銣、銫等，需要經過檢測符合標準后才能進行資源再利用。因此鋰渣中金屬離子的固定或除去也成為鋰渣難處理的原因之一，這導致近年鋰渣的利用途徑不僅少而且無法大量消耗鋰渣。
鋰渣的處理與利用
1、鈹、鉈、氟、銣、銫的富集與利用
從江西某企業產出的鋰渣看，含鉈0.003%，砷0.0002%，氟3.5%，鈹0.067%，銣0.344%，銫0.078%。鋰渣中所含鈹、鉈、氟、銣、銫等具有高毒性，對生態系統和人居環境健康造成潛在風險。
鈹的工業提取多以高溫熔融后水淬或加堿性物質熔合破壞礦物晶體結構，再通過硫酸溶解，以有機溶劑萃取富集，但傳統有機溶劑具有嚴重的環境隱患。相較于鈹，鋰礦原礦在經過選礦過程后，其中的鉈多以TI2O、TIOH、TI2SO4等形式存在，具有高溶解性，許多研究表明不同類型的雙水相系統的溶劑萃取法，以及離子液體萃取法可有效萃取鉈。鑒于此，未來可通過建立微生物－酸－離子液體系，降低反應所需能耗與污染副產物，同時提高鈹元素與鉈元素的高效富集，實現鋰礦廢渣中鈹、鉈的低碳綠色高效回收。
對鋰渣中銣、銫元素的資源化利用，采用焙燒-浸出工藝進行處理，收得銣、銫鹽的混合溶液，再采用沉淀法工藝收得銣、銫混合物，處理銣、銫混合物得到高濃度銣、銫鹽的混合溶液，再經分步沉淀分別制得銣沉淀物和銫沉淀物，分別處理銣沉淀物和銫沉淀物收得氯化銣和氯化銫。也可以對氯化銣和氯化銫進行進一步處理收得碳酸銣和碳酸銫。
對于氟元素的利用，鋰云母中所含的氟可以用來破壞自身結構，與直接加熱相比，兩步熱處理可以更有效地除去氟和未反應的硫酸，建立氟回收和循環系統。
2、建材化利用
水泥，鋰渣的組成成分和燒制水泥的黏土質原料相似，因此以鋰礦廢渣代替部分黏土質制備水泥熟料在技術上可行。根據鋰礦物和提鋰工藝的不同，鋰云母和鋰輝石提鋰廢渣的化學成分有很大差異。鋰輝石礦廢渣的Fe2O3含量一般為1%~3%，鋰云母礦廢渣中的Fe2O3含量約為0.5%，因此由鋰云母礦廢渣煅燒的白水泥更有市場優勢。
混凝土，以鋰渣代替部分水泥作混凝土摻和料可大規模消納并且減輕水泥生產引起的環境壓力，更好地滿足可持續發展要求。鋰渣中的SiO2和Al2O3可與水泥中的Ca（OH）2反應生成水化硅酸鈣凝膠（C-S-H），從而提高混凝土的力學性能和耐久性。目前鋰渣作混凝土摻和料的研究主要集中于其力學性能、抗碳化性能、抗氯離子滲透性能、抗硫酸鹽腐蝕性能、耐久性等方面。
陶瓷，以工業廢棄物為原料制備泡沫陶瓷是資源化利用領域的一大方向，鋰渣是一種典型的高硅、富鋁、富堿固體廢物原料。酸性鋰渣的化學成分與傳統陶瓷原料接近，其主要礦物成分為石英、方解石、鋰輝石和鋰云母，但未經處理的鋰渣中含有Fe2O3、TiO2會影響陶瓷產物白度，適合制備建筑陶瓷材料。此外，氧化鋰是一種強熔劑，當它與氧化鈉和氧化鉀結合時，釉料的共晶點會降低。
地聚合物，鋰渣的化學成分與粉煤灰相似，可作為單組分地聚合物的硅鋁前驅體。鋰渣CaO含量更低，SO3含量更高，對其合成地聚合物造成了影響，對熱活化與堿活化技術的使用也帶來了新的變化。
墻體材料，鋰渣在墻體材料中的應用主要有免燒磚和建筑陶粒。其中免燒磚具有高強度、高耐久性的特點，可以高效率的消耗鋰渣。有研究利用水泥、鋼渣粉、粉煤灰、礦渣粉與鋰渣混合制備鋰渣免燒磚，采用自然養護的方式制備出了強度高、耐水性能、抗凍性能好的鋰渣免燒磚。建筑陶粒是一種質量輕、筒壓強度高、孔隙率高、耐火性好的陶質顆粒，具有良好的保溫隔熱隔水隔音性能、抗凍性良好和抗堿集料反應性優異等，作為輕骨料被廣泛應用于建筑材料。鋰渣中SiO2和Al2O3含量較高，是一種制備建筑陶粒的優質原料，其中鋰云母鋰渣中CaO、Na2O和K2O的含量可以達到15%，在燒結過程中做熔劑氧化物，不僅降低陶粒的燒結溫度，還可降低高溫液相的粘度。
鋰渣路基，今年5月，江西發布《公路路基工程利用鋰渣技術規范（試行）》，標準中有大量篇幅對環保標準做了規范。比如規定，“經鑒別屬于危險廢物的鋰渣，嚴禁用于路基填筑。屬于一般工業固體廢物的鋰渣，經改性后方可用于公路路堤填筑，不得用于公路路床填筑。”要求改性鋰渣路基路段不得選在生態保護紅線區域、永久基本農田集中區域和其他需要特別保護的區域，還規定了詳細的對路段地下水、地表水和土壤進行檢測的標準和要求。
參考來源：
陳忠發等.國內鋰礦石鋰渣特性對比及其建材化應用綜述
彭川等.鋰云母礦廢渣資源化技術研究進展
鋰輝石提鋰工藝淺談.環境科學述
鋰輝石（云母）提鋰殘渣的無害化處置與銣、銫元素的分離提取.固廢綜合利用技術
鋰渣問題解決后，未來可能價格“暴漲”.粉體網
（中國粉體網編輯整理/蘇簡）
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