CN106242338A - 一种新型锂渣粉及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工技术领域,具体为一种新型锂渣粉及其制备方法和应用。该锂渣粉包括酸法锂渣和碱法锂渣,以占新型锂渣粉的质量百分含量计,酸法锂渣的含量为75%‑97%,碱法锂渣的含量为3%‑25%,总质量百分含量为100%。该方法可避免酸法锂渣对混凝土凝结时间造成影响,使其能够更好的用作水泥掺合材料,并能在同等级混凝土中节约5%‑30%的水泥用量,综合利用废弃锂渣资源的同时,还能降低混凝土生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域,具体为一种新型锂渣粉及其制备方法和应用。
背景技术
我国是世界上锂辉石储量最大的国家,在锂辉石使用硫酸法生产锂盐的工艺中,生产一吨锂盐时大约排出8-10吨酸法锂渣。按照这种排放比率,每年我国锂盐生产中产生的酸法锂渣量是非常庞大的。某氢氧化锂生产企业,其中酸法锂渣年排放16万吨,碱法锂渣堆积达40万吨。随着锂盐工业的发展,酸法锂渣的排放量与日俱增,产生的废弃物酸法锂渣大部分采用堆积、填埋处理,导致资源浪费、污染环境,造成地质环境风险,成为亟待解决的问题。因此,如何合理利用酸法锂渣,对保护环境、节约资源、能源具有重要的意义。
锂渣的产生按生产工艺主要有两种,一种是锂酸法提炼锂盐的废渣,简称酸法锂渣,另一种是锂碱法提炼锂盐产生的废渣,简称碱法锂渣。锂酸法炼渣工艺中酸法锂渣的来源是将锂辉石矿在回转窑中经950-1100℃高温焙烧,冷却,粉磨至小于0.152mm细粉并与足量的硫酸混合,经硫酸焙烧、水浸,加入适量以CaCO3为主要化学成分的磨细石灰石粉中和调整PH值后经过滤后产生的滤渣,酸法锂渣与纯净水按1:1比例混合后pH值为5-8。锂碱法炼渣工艺中碱法锂渣的来源是将石灰石磨细后与锂矿物按比例混合,经回转窑煅烧,再经水萃细磨、浸出并过滤氢氧化锂后产生的滤渣,该碱法锂渣与纯净水按1:1比例混合后pH值为10-14。锂酸法炼渣与锂碱法炼渣中所含的成分wt%见下表:
试样 | Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | K2O | Na2O | Cl- | ∑ |
酸法锂渣 | 12.68 | 48.62 | 13.92 | 0.94 | 12.07 | 0.81 | 9.27 | 0.61 | 0.19 | 0.02 | 99.11 |
碱法锂渣 | 28.43 | 16.98 | 6.99 | 0.37 | 44.27 | 0.93 | 0.18 | 0.67 | 0.52 | 0.02 | 99.36 |
纯酸法渣由于水份大,颗粒粗,并含有残余硫酸,对混凝土凝结时间延长幅度达5小时以上等弊端,导致纯酸法渣未能在混凝土行业使用受到部份限制。
发明内容
本发明正是基于以上技术问题,即为了避免酸法锂渣对混凝土凝结时间造成影响,使其能够更好的用作混凝土掺合材料,并能在同等级混凝土中节约5%-30%的水泥用量,综合利用废弃锂渣资源的同时,还能降低混凝土生产成本。
本发明的技术方案为:
一种新型锂渣粉,该锂渣粉包括酸法锂渣和碱法锂渣,以占新型锂渣粉的质量百分含量计,酸法锂渣的含量为75%-97%,碱法锂渣的含量为3%-25%。
所述酸法锂渣是采用硫酸法提取碳酸锂后的残渣,即锂辉石在回转窑中经经950-1100℃高温焙烧,冷却,粉磨至细粉并与足量的硫酸混合,经硫酸焙烧、水浸,加入适量CaCO3中和调整pH,并经过滤提取碳酸锂后排出的残渣,生产一吨锂盐时大约排出8~10吨酸法锂渣,酸法锂渣外观呈土黄色,在自然干燥下含有一定水分,烘干后呈粉末状,颗粒较小,具有较大内比表面积的多孔结构,对水有较大吸附能力。酸法锂渣包括以下wt%的原料:Loss4-12%,SiO240-70%,Al2O312-22%,SO33-10%,余量为不可避免的杂质,总质量百分含量之和为100%,酸法锂渣与纯净水按质量比1:1的比例混合后pH值为5-8。所述杂质包括CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O等不可避免的杂质,其中SiO2、Al2O3多以以无定性形式存在,且有活性。
所述的碱法锂渣是采用碱法提取氢氧化锂后的残渣,即将石灰石磨细后与锂辉矿按比例混合,经回转窑煅烧,再经水萃细磨、浸出过滤提取氢氧化锂后产生的滤渣,该碱法锂渣与纯净水按1:1重量比例混合后pH值为10-14。碱法锂渣包括以下wt%的原料:CaO 40-70%,Loss含量在5%-30%,余量为杂质,总质量百分含量之和为100%。所述杂质包括Si、Al、Fe,Mg等不可避免的杂质。
新型锂渣粉的制备方法,包括以下步骤:按比例称取各原料,然后将酸法锂渣和碱法锂渣混合,混合后于120-600℃的条件下进行烘干,再进行磨细至比表面积400-1000m2/kg,该新型锂渣粉与纯净水按1:1重量比例混合后pH值为9-13即可。
该锂渣粉用于混凝土掺合料,以质量百分含量计,替代5-30%水泥。
本申请是掺入碱法锂渣后,利用碱法锂渣中的Ca(OH)2中和酸法锂渣中的残余硫酸,利用碱法锂渣中的Ca(OH)2与酸法锂渣中的无定型形态的Si、Al发生化学反应,生成固态的水化硅酸钙和铝酸钙,适量的水化硅酸钙和铝酸钙填补酸法锂渣被硫酸侵蚀后留下的表面孔洞和内比表面积大产生的微孔,从而解决纯酸法锂渣做混凝土掺合料导致混凝土凝结时间延长的问题,利用碱法锂渣掺加比例的控制,保持新发明的材料中无定型形态的Si、Al含量比例,利用新发明的材料中无定型形态的Si、Al水化反应产生强度的原理节约混凝土中水泥用量。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(一)、合理利用酸法锂渣和碱法锂渣,对保护环境、节约资源、能源具有重要的意义。
(二)、可解决酸法锂渣内残酸的问题、修复酸法锂渣颗粒表面孔洞及内比表面积大导致的空隙。
(三)、每立方混凝土中约含有300公斤的水泥,将该锂渣粉用于混凝土掺合料,以质量百分含量计,替代5-30%水泥,减少水泥的加入量。
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述,给出的实施例并不限制本发明的范围,本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
下述实施例中的酸法锂渣和碱法锂渣均为现有技术中的产品,也可以是指:
所述酸法锂渣是采用硫酸法提取碳酸锂后的残渣,即锂辉石在回转窑中经经950-1100℃高温焙烧,冷却,粉磨至细粉并与足量的硫酸混合,经硫酸焙烧、水浸,加入适量CaCO3中和调整pH,并经过滤提取碳酸锂后排出的残渣,生产一吨锂盐时大约排出8~10吨酸法锂渣,酸法锂渣外观呈土黄色,在自然干燥下含有一定水分,烘干后呈粉末状,颗粒较小,具有较大内比表面积的多孔结构,对水有较大吸附能力。酸法锂渣包括以下wt%的原料:Loss4-12%,SiO240-70%,Al2O312-22%,SO33-10%,余量为不可避免的杂质,总质量百分含量之和为100%,酸法锂渣与纯净水按质量比1:1的比例混合后pH值为5-8。所述杂质包括CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O等不可避免的杂质,其中SiO2、Al2O3多以无定性形式存在,且有活性。
所述的碱法锂渣是采用碱法提取氢氧化锂后的残渣,即将石灰石磨细后与锂辉矿按比例混合,经回转窑煅烧,再经水萃细磨、浸出过滤提取氢氧化锂后产生的滤渣,该碱法锂渣与纯净水按1:1重量比例混合后pH值为10-14。碱法锂渣包括以下wt%的原料:CaO 40-70%,Loss含量在5%-30%,余量为杂质,总质量百分含量之和为100%。所述杂质包括Si、Al、Fe,Mg等不可避免的杂质。
以下实例中的%如无特殊说明,均表示为质量%。
实施例1:
一种新型锂渣粉,包括酸法锂渣和碱法锂渣,以占新型锂渣粉的质量百分含量计,酸法锂渣的含量为80%,碱法锂渣的含量为20%。
然后按比例称取各原料后将酸法锂渣和碱法锂渣混合,混合后于200℃的条件下进行烘干,再进行磨细至比表面积750m2/kg,该混合物与纯净水按质量比1:1的比例混合后pH值为11-13。
实施例2:
一种新型锂渣粉,包括酸法锂渣和碱法锂渣,以占新型锂渣粉的质量百分含量计,酸法锂渣的含量为85%,碱法锂渣的含量为15%。
然后按比例称取各原料后将酸法锂渣和碱法锂渣混合,混合后于200℃的条件下进行烘干,再进行磨细至比表面积800m2/kg,该混合物与纯净水按质量比1:1的比例混合后pH值为10-11。
实施例3:
一种新型锂渣粉,包括酸法锂渣和碱法锂渣,以占新型锂渣粉的质量百分含量计,酸法锂渣的含量为90%,碱法锂渣的含量为10%。
然后按比例称取各原料后将酸法锂渣和碱法锂渣混合,混合后于200℃的条件下进行烘干,再进行磨细至比表面积1000m2/kg,该混合物与纯净水按质量比1:1的比例混合后pH值为9-10。
由以上数据可知,锂渣粉可以用作混凝土掺合料,对混凝土性能无害,可节约5%-30%的水泥用量,。当锂渣部分替代水泥后,相对减少了体系中的C3A和Ca(OH)2的含量,从而降低了钙矾石的生成;细小的锂渣粉体掺入混凝土的密实度和抗渗性比较优异,有效地抑制了硫酸盐侵蚀膨胀,造成掺锂渣的混凝土抗硫酸盐能力增强,更节约了生产成本。且在我们进一步的研究发现,该新型锂渣粉作为掺合料制得的混凝土具有良好的抗冻融循环、硫酸盐侵蚀和抗碳化能力。掺锂渣10%的混凝土冻融200次后质量损失率为1.25%;具有良好的抗冻融性能,抗冻融循环超过D200等级,当掺25%锂渣的混凝土的抗冻融循环等级达D175,这是因为锂渣颗粒细小,其平均粒径远小于水泥颗粒平均粒径,它们填充于水泥颗粒之间,形成的水泥石更加密实,避免形成连通的孔隙,提高了混凝土的抗渗性,使得水分子不易渗入混凝土内部,对混凝土的抗冻融循环有利;混凝土经硫酸盐侵蚀+干湿交替循环荷载30次复合作用,抗硫酸盐侵蚀系数为1.04,具有良好抗硫酸盐侵蚀性能;28d碳化深度仅为10.4mm,具有良好的抗碳化性能。说明用锂渣作掺合料制备的混凝土具有良好的耐久性。
Claims (6)
1.一种新型锂渣粉,其特征在于:该锂渣粉包括酸法锂渣和碱法锂渣,以占新型锂渣粉的质量百分含量计,酸法锂渣的含量为75%-97%,碱法锂渣的含量为3%-25%,总质量百分含量为100%。
2.根据权利要求1所述的新型锂渣粉,其特征在于所述酸法锂渣中包括以下wt%的原料:Loss6-13%,SiO240-70%,Al2O312-22%,SO33-10%,余量为不可避免的杂质,总质量百分含量之和为100%,与纯净水按质量比1:1的比例混合后pH值为5-8。
3.根据权利要求1所述的新型锂渣粉,其特征在于所述的碱法锂渣包括以下wt%的原料:CaO 40-70%,Loss含量在5%-30%,余量为杂质,总质量百分含量之和为100%,与纯净水按质量比1:1的比例混合后pH值为10-14。
4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述新型锂渣粉的制备方法,其特征在于:按比例称取各原料,然后将酸法锂渣和碱法锂渣混合,混合后进行烘干,再进行磨细至比表面积400-1000m2/kg,该混合物与纯净水按质量比1:1的比例混合后pH值为9-13。
5.根据权利要求4所述新型锂渣粉的制备方法,其特征在于:烘干的温度为120-600℃。
6.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述新型锂渣粉的应用,其特征在于:该锂渣粉用于混凝土掺合料,以质量百分含量计,替代5-30%水泥。
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