江西宜春钽铌矿毕业论文

毕业论文 第一章 绪论 1.1 课题背景及意义 江西宜春钽铌矿中含有丰富的碱金属，除含有大量的锂外，其铷含量占全国铷资源储量的55%、铯储量占全国铯储量的42.5%。宜春钽铌矿中的碱金属主要以副产品锂云母精矿的形式产出，锂云母含有3.5-4.3%的Li2O、0.8-1.2%的Rb2O和0.2-0.4%的Cs2O，综合回收价值高。2009年宜春钽铌矿完成技术改造后将形成年产十余万吨锂云母生产能力，如何充分有效利用这一宝贵资源便成为了迫在眉睫的重大研究课题。 目前，锂云母提锂的主要有：石灰石法、氯化焙烧法、碱石灰压煮法、硫酸盐法、硫酸法等。石灰石法回收率低，仅为65%左右，能耗高；氯化焙烧法物料对设备及厂房腐蚀性大，回转窑烧成温度难控制，产品质量一级品率低；碱石灰压煮法工艺条件较为苛刻，在工业上实施较难，国内有几家锂厂曾经用过此方法，但都停产了；硫酸法尚停留在试验室研究阶段；硫酸盐法是工业生产较可行的方法，该法回收率高，综合能耗低，产渣量少，产品纯度高。硫酸盐法生产碳酸锂的工艺主流程图见图1-1 硫酸盐法锂云母提锂浸出液中的主要杂质为铝、钙、锰、钠、钾、铷、铯、铁、硅、氟，为制备出合格的碳酸锂产品，必须对浸出液进行分步净化除杂。一次净化渣就是通过用CaO调节浸出液的pH值，使Al3+形成氢氧化物沉淀所获得的产物。由于氢氧化铝易形成无定形沉淀，在形成沉淀过程中不可避免包裹浸出液中的硫酸锂，同时氧化钙转化成氢氧化钙后微溶于水，与浸出液的硫酸根形成硫酸钙，而大部分氧化钙在加入后被形成氢氧化铝所包裹。因此，一次净化渣不仅渣量大，而且含有Al、Ca、Li、Na、K、Rb、Cs、Mn、Fe等多种成分。本课题拟从一次净化渣中回收利用其中含量高的有价成分Al、Ca。以提铝制取合格的硫酸铝产品为主。钙渣（硫酸钙为主）返回提锂主流程循环使用。在可避免堆放渣造成的环境污染及资源浪费的同时，又实现一次净化渣中铝盐、钙盐资源回收利用，可创造一定的经济效益。因此本课题的研究对环保效益、经济效益具有重大的现实意义。 图1-1 生产碳酸锂的工艺流程图 1.2 课题研究目标 （1） 针对一次净化渣的成分，探讨回收方法的可行性，实现从净化渣中回收铝、钙。 （2） 实现从净化渣中提铝制备合格的硫酸铝产品，硫酸钙返回循环利用于生产碳酸锂的工艺主流程。 （3） 整个工艺过程尽量降低能耗，减少生产成本，提高经济效应。 1.3 课题的创新之处 目前，未见到对此类净化渣综合回收利用的文献报道。本研究的创新之处： （1） 针对净化渣成分和物相的特性，选择的工艺技术是制备硫酸铝一种新的工艺流程。 （2） 利用三级逆流酸浸出工艺，再保证了硫酸高分解率的同时又提高了铝浸出率及溶液中硫酸铝的浓度，降低了能耗，节约了成本。 第二章 文献综述 2.1 硫酸铝产业概述 硫酸铝在工业运用中是无机盐的一个基本品种，就其生产规模而言，在各国无机盐产品中均名列前几位。如日本的硫酸铝与硅酸钠并列第一位，美国的硫酸铝占第二位，在我国硫酸铝仅次于芒硝、硅酸钠而居第三位[1]。特别是近年来，随着改革开放深入发展和市场竞争的优胜劣汰，我国硫酸铝行业发展更加迅速、生产水平得到显著提高的可喜局面。据统计，进入21世纪后，世界硫酸铝的产量已达到600多万吨[2]，并且还在逐年增加。硫酸铝主要用于造纸和水处理[3]。世界各国的硫酸铝厂家目前都在开发以硫酸铝为原料的高附加值新产品，如硫酸铝衍生物、无机高分子絮凝剂及铵明矾、钾明矾多种氧化铝和高纯铝盐等[4]。随着现代科学技术的发展，硫酸铝的生产工艺不断改进，质量不断上涨，用途更加广泛，正在成为无机盐工业的支柱产业。 [1] 何朝晖,我国硫酸铝工业及发展现状[J],无机盐工业,2001,(3):17～18 [2] 乐志强,国外硫酸铝技术动态,无机盐工业,1992,(4):20 [3] 杨炳轩，铝盐及其衍生产品的应用探讨，无机盐工业，1984，（4）：35 [4] 傅宗昌,试论我国硫酸铝生产现状与发展[J],无机盐工业,1992,(2)：33～38 2.1.1 硫酸铝的性质[1] 硫酸铝通常是以结晶水合物的形态存在，其分子式为Al2(SO4)3·XH2O，分子量以Al2（SO4）3计为342.15，外观通常是白色或灰白色粉粒状晶体。工业品由于有少量硫酸亚铁的存在使产品表面发黄。在空气中长期存放易吸潮结块。易溶于水，水溶液呈酸性，也溶于酸和碱，不溶于醇。在水中硫酸铝无水物的溶液度见表1： 表2-1 无水硫酸铝在不同温度下水中溶解度，g/100g饱和溶液 物质 化学式 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 70℃ 80℃ 90℃ 100℃ 硫酸铝 Al2(SO4)3 31.2 33.5 36.4 40.4 45.8 59.2 73 80.8 89 过饱和硫酸铝溶液在常温下结晶为无色单斜晶体的18水合硫酸铝，8.8℃以下结晶为27水合物。在86.5℃时开始脱水，加热至250℃失去结晶水。无水硫酸铝加热到530℃开始分解，860℃时分解为Al2O3、SO3、SO2等。无水硫酸铝为无色斜方晶系晶体，具有珍珠光泽的白色结晶体。粗制品为灰白色、多孔结构的结晶。 [1] 天津化工研究院编，无机盐工业手册（下）[M]，北京：化学工业 出版社，1987，214～221 2.1.2 国内硫酸铝发展史 世界上自美国1884年首先发明硫酸铝以来，至今已有一百多年的历史。我国在解放前东北辽宁省已有少数生产，1957年全国产量已达1.7万t。通过几十年建设发展及支持，特别是在“七五”期间，硫酸铝工业得到迅速发展，一方面是大型骨干企业通过技改，生产技术水平及规模有了很大提高；另一方面是许多乡镇企业异军突起，上马迅速，遍地开花。至“八五”末，我国硫酸铝生产厂家达190多家，从业人数多达5000多人。在生产规模上，年产量万吨以上的企业已达29个，3000t至10000t的企业达85个。全国硫酸铝生产能力已达l15万t，产量突破95万t，仅次于美国和日本，而居世界第三位。 我国第一家硫酸-矾土法硫酸铝生产装置50年代初期在山东淄博制酸厂建成投产。结束了我国硫酸铝产品依赖进口和小作坊生产的历史，开辟了硫酸铝生产的新时代。近半个世纪来，我国硫酸铝的生产技术有了长足的发展，不仅基本满足了我国相关工业部门的需要，而且在装置规模、装备水平、产品质量等方面，与世界先进水平的差距正在逐步缩小。 2.2 硫酸铝生产及应用现状 2.2.1 我国硫酸铝产业布局。 硫酸铝产品经近半个世纪的发展，产量增长了近千倍，生产企业在全国的分布已星罗棋布，与用户之间的距离已大大缩短。在50年代，全国仅有四家生产厂。这四家是：山东淄博制酸厂、抚顺化工二厂、湖南衡阳建恒化工厂、大连金光化工厂，总产量不过4万吨，运销全国各地，供用户使用。特别是山东淄博制酸厂的产品用户遍布全国各地。产品供需矛盾相当大，运输极不方便。随着国民经济的迅速发展，各省市根据各地的条件，在山东淄博制酸厂的无私支援下，纷纷建厂投产，产量暴增，工厂遍布全国。据不完全统计，到1990年底，全国硫酸铝生产厂家已接近170余家。下表是全国各省市生产厂分布： 表2-2 全国硫酸铝厂分布表 省市地 硫酸铝生产厂家 黑龙江省 佳木斯化工六厂等 吉林省 吉林通榆县化工厂等 辽宁省 大连金光化工厂等 河北省 唐山市前进化工厂等 甘肃省 白银有色金属公司硫酸铝厂等 陕西省 铜川市化工厂等 山西省 山西孝义磷肥厂等 山东省 山东淄博制酸厂等 河南省 河南焦作化工总厂等 江苏省 苏州硫酸厂等 安徽省 铜陵勤奋化工厂等 湖北省 黄石市化工厂等 湖南省 湘江化工厂等 江西省 南昌化工厂等 广东省 高州县化工厂等 广西自治区 南宁市无机化工厂等 福建省 福州市第三化工厂等 四川省 重庆川东化工厂等 云南省 昆明南坝化工厂等 浙江省 杭州硫酸厂等 青海省 西宁市化工厂等 贵州省 贵阳化工原料厂等 上海市 松江县化工厂等 内蒙古自治区 渤海煤矿化工厂等 2.2.2 硫酸铝产品品种简介 工业级硫酸铝有液体和固体之分。后来随着硫酸铝生产厂家分布趋向合理，生产厂与用户之间的距离缩短，为液体品种的出现奠定了良好的基础。液体品种一经出现，就显示了它极大的优越性：对硫酸铝生产厂一方来说，它省去了溶液蒸发浓缩、冷凝固化、粉碎包装等工序、缩短了生产工艺过程、提高了劳动生产率、节省了大量能源消耗、改善了劳动条件。特别是与用户之间利用管道、槽车运输，容易实现机械化作业，非常便捷。而对用户来说，省去了人工搬运，使用过程中的加热溶解等工序。使用时用泵直接输送至应用工序，根据使用要求浓度稍经稀释，即可使用。 我国主要还是以固体硫酸铝为主。固体硫酸铝是含Al2O3在14～17.5%的块状、粉状产品。液体硫酸铝有6%～8.5% Al2O3等多种浓度规格产品。液体硫酸铝呈酸性，微微过量硫酸（酸度为0.2%），还有中性、碱性（碱度0.2%）的液体硫酸铝。 无铁级硫酸铝铁含量＜50ppm，一般是氢氧化铝用酸制得。美国现有15个工厂生产无铁硫酸铝。全世界无铁硫酸铝的产量估计80万吨左右。 过滤级硫酸铝含有10%的不溶物，它是以氧化铝生产过程中，由澄清和沉降工序的沉淀物制造的，这种级别产品仅能用于污水处理。 食品级硫酸铝、医药级硫酸铝、试剂级硫酸铝等规格较高的产品也相继出现。 2.2.3 硫酸铝生产原料 铝资源在地球上是相当丰富的，其含量占7.56％，仅次于氧和硅，占第三位。自然界中含有铝矿约250种，最常见的是铝土矿。铝土矿的贮量非常丰富，现已查明，全世界贮量250亿吨，加上远景贮量约350亿吨左右。我国已探明的铝土矿分别在山西、贵州、河南、山东、广西等地[1]，由于以上优势，使铝土矿成为国内外生产硫酸铝的主要原料[2]，铝土矿是一种以Al2O3水合物为主要成分的矿石。 其次高岭土也富含Al2O3，其含量一般在36～39%之间[3]，也成为近年来生产硫酸铝的重要矿种。 另外还有丰富的明矾石，它是复合硫酸盐矿 [4]，资源比较丰富，产地在浙江、安徽、福建等地。也得到不断的开发利用来制备硫酸铝。 新疆淖帽湖地区富产的天然硫酸铝矿-毛矾石[5]，属于得天独厚的资源，用水直接浸取就能制取硫酸铝。 氢氧化铝是制备硫酸铝的理想原料[6]，由于氢氧化铝的品质纯净，杂质的含量很低，特别是铁的含量很低，氢氧化铝和工业硫酸在加热的条件下，直接反应后就可生成高质量的硫酸铝。但是由于氢氧化铝的价格很贵，只有对硫酸铝品质要求很高的行业，才使用这种方法生产的硫酸铝。 煤矸石每年的排放量超过1亿吨，历年堆放的煤矸石已达30亿吨，占用土地约1.1亿m2[7]。煤矸石中Al2O3百分含量为15～40%。因此不少厂家开始利用煤矸石为原料制备硫酸铝。 还有少数厂家用冶炼厂产生的铝灰等为原料制取硫酸铝。 [1] 乐志强，硫酸铝的开发，无机盐工业，1992，（5）：19 [2] 山东淄博制酸厂全国硫酸铝情报协作组，国内硫酸铝生产技术概述，无机盐工业，1983，（2）：1 [3] 蒋军华，浅谈煤系硬质高岭土的深加工，煤炭加工与综合利用，1994，（4）：46 [4] 韩效钊，吴国荣，许民才，由明矾石矿生产硫酸铝的研究，现代化工，1996，(5):31～32 [5] 王雪枫，赵建茹，从毛矾石中制取硫酸铝及除铁工艺的研究，新疆工学院学报，1997，(12):280～283 [6] 周连江，乐志强，无机盐工业手册，下册，第二版，北京：化学工业出版社，1996:92 [7] 宋焕斌,张文彬.加强矿山复垦,保护土地资源[J].中国矿业,1998 (3) 2.2.4 硫酸铝的应用 2.2.4.1 硫酸铝施胶技术在造纸工业的应用现状及发展趋势 硫酸铝的第一大用途在造纸工业中起施胶剂的作用，大约占硫酸铝总产量的50%。未经施胶的纸张不适于写和印刷。纸张吸水后强度会下降，从而影响其使用。除卫生纸、滤纸等特殊用纸外，大约80％的纸张都需要在纸浆中添加一些抗水性物质，使纸张具有阻滞流体渗透的性能，以防止水份在纸张上扩散，改进纸的强度、光洁度等目的，这一工艺过程称为施胶[1]，所添加的物质称为施胶剂。 从施胶剂的施胶原理分析[2]剂分子中要同时具有亲水和疏水两类基团，以便可以自身或借助其它助留剂均匀地留着在纤维表面，使亲水基团与纤维结合，疏水基团转向纤维外侧，以降低纤维与空气间的表面自由能，改变液体在纤维表面的接触面，达到施胶的目的。 进人20世纪90年代后，造纸业应逐步由传统的酸性造纸向中(碱)性造纸过渡发展，中(碱)性施胶剂AKD（烷基烯酮二聚物）和ASA（烯链基琥珀酸酐）均属反应型施胶剂，其施胶机理是施胶剂与纤维素通过共价键结合使纸张产生抗水性。但是由于AKD与纤维反应较慢，且易出现堆滑等问题，因此不适合在车速为1200m2/分以上的纸机；而ASA乳液不稳定，保存期短，需要现场乳化使用。同时反应型施胶剂AKD和ASA比较适用于木浆原料造纸，在用于再生纤维抄纸时效果不理想，其施胶效果也不象松香系列施胶剂那样容易控制。因此中(碱)性施胶剂AKD和ASA反应型施胶剂在中国的推广不是那么顺利，根据我国造纸纤维原料以再生纤维为主(2004年达到52%)的国情,施胶剂的使用将进入一个多元化的时代。 根据有关信息资料调查，2004年我国纸生产企业约有3500家，造纸的纤维原料以草浆和废纸浆为主，只有少数外资企业如江苏省金东纸业、芬欧汇川（常熟）有限公司等全部使用进口木浆生产。从对国内纸厂统计的数据上来看，阳离子松香施胶剂占43% ，AKD占28%，阴离子施胶剂占21%，ASA占8%，乳液松香施胶剂（包括阳离子型、阴离子型）占的比重达到64%。 随着纸厂规模化经营和品种档次的提高，许多中小型纸厂在施胶剂的选择档次上也会有所提升，但由于这类纸厂造纸的纤维原料以草浆和废纸浆为主，纤维原料的来源决定了中小型纸厂使用的是性能较好的松香系列施胶剂(阴离子乳液松香胶、阳离子乳液松香胶)。因此，在今后若干年内松香系列施胶剂(阴离子乳液松香胶、阳离子乳液松香胶)仍将是我国施胶剂的主流产品。 由于中国的经济保持着高速发展，可以预计2015年8000万吨的全国造纸行业规划指标将会提前实现，新增加的3000万吨纸与纸板的产量中需要施胶的纸种如果60%使用乳液松香施胶剂就将新增35～40万吨硫酸铝的需求量，因此造纸行业仍将是硫酸铝产品的巨大市场。 [1] 何元勇，傅宗昌，关于降低硫酸铝生产中硫酸消耗的探讨，无机盐工业，1992，（5）：24 [2] 张德永，硫酸铝的生产现状及应用前景，世界有色金属，2007，（1）：11～12 2.2.4.2 硫酸铝产品在水处理行业的应用与前景 硫酸铝的第二大用途是在饮用水、工业用水、工业废水处理中起净化剂的作用，大约占硫酸铝总产量的40%。向工业用水和工业废水中加入硫酸铝后，可以反应生成三水合氧化铝胶状沉淀，能吸附和沉淀出细菌、胶体和其它悬浮物质。随着水排放指标的日益提高，硫酸铝在水处理中的用量加大了。用在饮用水处理中可去除水的味道和颜色。在饮用水处理过程中因为消毒副产物的增加，使得硫酸铝的加入量增大，导致硫酸铝市场需求上升。特别是近年来大量聚合硫酸铝产品开发和生产在净水领域的运用来越重要[1,2,3,4]。 [1] 汤鸿霄，无机高分子絮凝剂的基础研究，环境化学，1990,9（3）：1～12 [2] 秦建昌，冯雪冬等，聚合硫酸铝的制备及形态特征，环境化学，2004,9（23）：516 [3] 张民权，一种新型高效的水处理剂-复合硫酸铝铁，净水技术，1998，（1）：24～26 [4] 田宝珍.铝铁共聚复合絮凝剂的研制及应用[J].工业水处理，1998，18(1)：17～19 2.2.4.3 硫酸铝产品的其他用途 硫酸铝还用于医药工业用作收敛剂；木材工业用于作防腐剂；石油工业用作除臭剂；油脂工业用作澄清剂；印染工业用作媒染剂和印花防止渗色剂；颜料工业用作沉淀剂和固色填充剂；此外还用作化妆品、灭火剂、鞣革剂以及生产钛白粉高级填料等。硫酸铝也用于生产铵明矾、钾明矾、硫酸铝钠，硫酸凝胶等其他铝盐产品。硫酸铝凝胶及烧结无铁硫酸铝还可作为生产高纯氧化铝的原料。 2.2.5 生产硫酸铝技术装备的发展 硫酸铝生产中主要技术装备的发展是反应釜和蒸发器的防腐技术的发展，关键工艺是硫酸铝的冷凝结晶工艺。研究表明[1]：选择钛制造蒸发器、加热管或使用阳极保护技术是解决防腐的有效措施，能使设备使用寿命由原来的1年延长到l0年。1997年山东淄博制酸厂的科技人员又提出了外加热式钛管蒸发器用于硫酸铝生产的研发实验，这将为硫酸铝浓缩工序连续化生产开辟光明的前景。我国一些较大或新建的硫酸铝生产厂家相继改造和采用了新型结晶工艺-硫酸铝辊筒冷凝结晶新工艺，这是今后硫酸铝生产中结晶工艺的改进方向。目前国外较先进的硫酸铝结晶造粒技术已用于大规模工业生产的工艺是西德鲁奇与瑞典布利登公司采用的无尘造粒工艺[2]。在计量包装工序的设备防腐方面，原来搪铅的毒害作业逐渐被耐酸瓷板防腐、铸石材料防腐所取代，另外一些廉价的耐腐蚀设备配件，如铸石阀门、管路陶瓷泵、搪玻璃管、衬四氟塑料阀门等也在该行业得到广泛的开发与运用，效果显著。 [1] 郑成，硫酸铝溶液蒸发设备设计探讨，无机盐工业，1993，（1）：29 [2] 岑关耀，国外硫酸铝造粒技术介绍，无机盐工业，1985，（2）：14 2.3 硫酸铝工业发展前景 2.3.1 生产原料多样化 随着优质铝土矿的日益减少和相关行业对硫酸铝质量要求的提高，硫酸铝生产原料多样化已呈明显趋势。在目前除铁工艺成本高的情况下，生产厂家只有考虑使用不同的原料生产不同品种的产品，以求获得最佳经济效益。高岭土和高铝煤矸石等将成为生产普通硫酸铝的主要原料。 2.3.2 开发具有特殊用途的硫酸铝品种 随着我国造纸工业的发展和人民生活水平的提高，生产高质量纸张所需的无铁级硫酸铝严重短缺。食品工业、医药工业用硫酸铝的质量要求会更严格，能够适应不同行业要求的硫酸铝产品将走俏市场。 2.3.3 增加液体硫酸铝的产量 在硫酸铝用户附近建厂生产液体硫酸铝是日本硫酸铝生产的主要形式。由于它使用方便，节约能源，受到生产厂家和用户欢迎，其经验可供我国借鉴。 2.3.4 高效低残留的净水用聚合铝盐系列产品将得到重视 硫酸铝广泛用于水的净化处理，对水中悬浮物起絮凝和凝结的作用，但在低温时效果不好，要求高碱度和高浓度会使水中常残留水溶性铝化合物，对人体健康造成危害。改用聚铝絮凝剂[1]可有效克服上述缺点，用硫酸铝制备聚合硫酸铝及其他聚铝絮凝剂是今后发展的方向之一。 2.3.5 用硫酸铝为原料制备高纯氧化铝粉 氧化铝由于其多样化的晶型和特有的理化性能，一直备受世界各国的关注[2]，硫酸铝铵热分解是国内生产Al2O3的主要方法[3.4]。随着不同晶型氧化铝粉应用范围的扩展，今后一段时间内，有相当数量的硫酸铝可以用作生产纯净氧化铝粉的原料。 [1] 姚重华，混凝剂与絮凝剂，北京，中国环境出版社，1991 [2] 周静尧，氧化铝精细化工的开发与应用，无机盐工业，1984，（9）：29 [3] 任岳荣，朱自康等，硫酸铝铵热分解法制备高纯氧化铝的研究，无机盐工业，1991，（6）：21 [4] 蒋敏波，张传志等，一步法高纯超细氧化铝粉的研制，无机盐工业，1996,(5):6 2.4 硫酸铝产品质量及相应产品的主要用途 表2-3 工业硫酸铝的化工行业标准（HG/T2225-2001）[1] 指标名称 Ⅰ型固体 Ⅱ型固体 Ⅲ型固体 液体 一等品 合格品 一等品 合格品 Al2O3,%≥ 15.80 15.60 15.80 15.80 17.00 6.0 Fe,%≤ 0.30 0.50 0.005 0.010 0.010 0.20 水不溶物,%≤ 0.10 0.20 0.20 0.1 0.10 pH值(1%水溶液)≥ 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 工业硫酸铝分为固体和液体两类。固体分三种型号: 固体Ⅰ型为一般工业品，主要用于工业废水和生活污水的处理以及造纸、鞣革、木材防腐等 固体Ⅱ型为低铁产品，用于钦白粉后处理、高档纸的生产和催化剂载体的生产。 固体Ⅲ型为高铝低铁的精制产品。 [1] HG／T2225- 200l. 工业硫酸铝标准[S]． 2.5 我国硫酸铝的生产工艺简介 硫酸铝的生产工艺方法有很多种，其中包括硫酸法、烧碱法、铝锭下脚料法、明矾石法、高岭土法、氢氧化铝法。其中硫酸法和氢氧化铝法以及高岭土法是生产硫酸铝的主要生产方法，已逐渐趋向成熟，下面简述主要制法流程。 2.5.1 硫酸法生产硫酸铝 硫酸法系用硫酸分解铝土矿制得，在我国铝土矿是制备硫酸铝的最主要原料，铝土矿一般含Al2O335～60%。氧化铝有r- Al2O3和a- Al2O3两种形态，r- Al2O3易溶于硫酸，而a-Al2O3在硫酸中不易溶出。因此，有焙烧常压反应法和生粉加压反应法两种工艺。 （1） 焙烧常压反应法 铝土矿经粉碎后至60目，在700～800℃进行焙烧，使铝土矿脱水，并使a- Al2O3转变r- Al2O3，以增加和硫酸反应的活性。经焙烧的铝土矿粉在反应器内和浓度为55～60%的硫酸进行反应。反应式如下： Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2O 此外矿粉中的铁、钙、钛等金属氧化物，与硫酸也有不同程度的反应，生产了相应的硫酸盐。为了不使产品含有游离酸，反应时需加入过量矿粉，使反应终期生成部分碱式硫酸铝。 当反应时间超过6h，Al2O3溶出率可达90%以上，得到硫酸铝溶液（粗制品）放入沉降槽，稀释到密度约为1.3g/cm3，在压缩空气或机械搅拌下加入一定量絮凝剂（视沉降效果而定），沉渣可用于生产水泥，清液放入中和池，用硫酸中和到中性或微盐基性后，溶液送去蒸发，然后冷却结晶，粉碎即得固体产品。 （2） 生粉加压反应法[1] 将细度达90%左右通过60目的铝土矿粉不经焙烧，直接加入加压反应釜中，在搅拌情况下加入工业硫酸，以硫酸铝稀溶液配成浓度为55～60%的硫酸。硫酸稀释热和反应热使反应温度升高。控制釜内压力为0.3MPa左右，反应6～8h,可得硫酸铝溶液（粗制品）。后面的沉降、中和、蒸发、结晶同常压法。 50-60年代都是焙烧常压反应法，因为焙烧常压反应法铝浸出率低以及能耗过高，所以逐渐被淘汰，70年代以后逐渐改为生粉加压反应法。生粉加压反应法即提高了铝溶出率，同时降低了生产成本。该工艺过程如图2-1所示： 图2-1 铝土矿生粉加压反应法生产硫酸铝工艺流程图 [1] 方正东，汪敦佳，铝土矿加压法生产硫酸铝的工艺研究，矿物学报，2004,9，（3）257～260 2.5.2 氢氧化铝法 氢氧化铝是制备硫酸铝的理想原料，该法生产硫酸铝工艺简单，产品质量高，可达到无铁级要求。但是由于氢氧化铝的价格很贵，占到生产硫酸铝的成本的55%以上，只有对硫酸铝品质要求很高的行业，才使用这种方法生产的硫酸铝。其具体的操作过程为： 在反应釜中加入按化学理论量比计算的氢氧化铝、硫酸和水。用直接蒸汽搅拌，并使温度保持在110～120℃。按下式反应生成硫酸铝。 2Al(OH)3+3H2SO4→Al2(SO4)3+6H2O 反应结束时反应液中游离酸少于0.1%。放入钢带冷凝结晶器冷却结晶，粉碎为成品。 氢氧化铝法生产过程简单，不需要高温高压的条件和沉降、除铁 等过程，相对能耗较低，而且生产的液体硫酸铝品质纯净，质量优良。缺点是成本很高，价格贵。生产的简要过程示意如下图2-2所示： 图2-2 氢氧化铝生产硫酸铝示意图 2.5.3 高岭土法[1] 高岭土主要成分是硅酸铝，与硫酸共热时生成硫酸铝和二氧化硅。反应式如下： H2Al2(SiO4)2·2H2O+3H2SO4→Al2(SO4)3+2SiO2+6H2O 原料高岭土粉碎后送回转炉，700～800℃下煅烧。冷却、细碎后加到反应釜。釜内加入浓硫酸。在不断搅拌下缓慢加热进行反应。反应5h后停止加热。然后反应料浆进入料浆贮槽以便后续生产过程的连续化，经沉降分离后，反应物料在釜内澄清，取出上层清液，再加热水浸取残渣。浸取数次后，残渣主要是二氧化硅可回收利用。清液经过滤，除铁、蒸发、结晶即为成品。其生产工艺流程如图 图2-3 高岭土法生产硫酸铝工艺流程图 [1] 吴高安，贺小平，张佑红，高岭土生产硫酸铝的技术经济研究，湖北化工，1995，（3）：42～43 2.2.4 其他生产方法简述 河北科技大学康文通等人[7]以邢台冶炼厂的铝灰为原料，进行了低铁硫酸铝制备研究，获得的浸出工艺条件为：硫酸浓度30%、硫酸用量105%、反应温度90℃-100℃、溶液pH值3，反应时间3h。铝的浸出率达到93.2%。浸出液加入高锰酸钾和添加剂，采用共沉淀法除铁，使硫酸铝质量完全符合标准，是一条完全可行的工艺路线。 乔元彪[8]以煤矿开采产出的煤矸石为原料，采用硫酸含量为20%～25%的废液作分解液，浸出液经除杂后通过蒸发浓缩，冷却至常温析出硫酸铝晶体，制备的硫酸铝产品各项指标均达到化工行业一级品标准。 王雪枫[9]、刘春明[10]分别以新疆特有的天然硫酸铝矿产资源——毛矾石矿为原料，可直接用水浸出生产硫酸铝，与传统的硫酸铝生产工艺完全不同。由于矿石中铁含量高，且为可溶性铁，通过在浸出过程严格控制浸出条件，应用“选择性溶解法”，限制铁的浸出率，生产出符合化工行业标准的水处理剂硫酸铝，工艺简单，成本低。在流程中增加除铁工艺，用沉淀法除铁，可产出符合化工行业标准的工业硫酸铝一等品。 蔡锡昌［11］研究的用铝阳极化废渣生产硫酸铝的过程中的操作方法为： （1）投料：根据废渣和废硫酸中所含Al(OH)3和游离H2SO4的含量，按化学反应式，确定投料比率。先加废硫酸后补加工业硫酸，酸浓度按45%配制，在搅拌条件下最后投入一定量的废渣，接着加盖、升温。 （2）反应：反应在沸腾和常压下进行，在反应结束后，反应液的pH值控制在2.5为宜。 （3）沉淀：为加快沉淀速度，加入一定量的高分子凝聚剂。 （4）调整：在清液内用稀硫酸调节pH值为2.1。 （5）浓缩：采用蛇形加热器升温至180℃，在浓缩过程中需不断搅拌。当浓稠到粘稠时，马上结晶。 （6）结晶：结晶时间的长短，随气候而变，一般需2.5～4.5小时。 郭瑞九等［12］用页岩石制备硫酸铝的生产工艺为： 在带搅拌的耐酸反应器中加入60%的硫酸, 然后加入研碎的页岩石粉末（60目）, 在常压下用水蒸气对反应器加热, 充分搅拌, 溶液料浆加热温度控制在130℃以上, 反应时间为3h, 原料中的Al2O3与硫酸反应生成Al2(SO4)3, 少量的Fe2O3与硫酸反应生成Fe2(SO4)3, 控制pH值在3～3.1为反应终点,然后把反应后的混和物趁热注入过滤器过滤, 将滤液与滤渣分开。滤液用黄铁矾法净化除铁。 然后将过滤所得纯净的硫酸铝溶液注入蒸发器中, 加热蒸发至溶液的表面出现鳞片时, 停止加热, 趁热将浓溶液注入结晶器中, 冷却结晶。把所得Al2(SO4)3·18H2O晶体送入离心机中, 离心脱水, 包装, 得到硫酸铝。产品符合一级品的要求。 以上新工艺原料的不断涌现，为我国探索硫酸铝生产、开发新资源提供了新思路。 第三章 实验研究方法及药品、仪器设备 3.1 一次净化渣的物化特征 3.1.1 原料主要化学成分分析 本研究所用的净化渣样品是从赣州有色研究院材料室锂云母提取碳酸锂扩试生产当中一次净化时所得的净化渣样。净化渣中水分占总量的40～45%。在烘箱中经90℃完全烘干后，研磨混匀。对净化渣进行主要元素成份检测分析及物相分析，其结果分别列于表3-1 表3-1 净化渣主要化学成份检测分析结果（%） 元素 含量 Al 7.88 Ca 13.76 Li 1.98 Na 1.66 K 4.05 Rb 0.26 Cs 0.06 Mn 0.28 Fe 0.05 3.1.2 试样的化学物相分析 对该一次净化渣样品进行XRD衍射进行物相分析。其结果表明铝和钙在净化渣中的存在形态为CaSO4、LiAl2(OH)7·XH2O和Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O。 由表3-1和物相分析结果表明，对主流程的提锂浸出液进行一次净化时，通过用CaO调节浸出液的pH值，在净化过程中溶液中Al3+、Ca2+、SO42-、OH-形成Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O铝钙复盐共沉淀物。也有少数Al3+、Li+、OH-形成LiAl2(OH)7·XH2O共沉淀物。还有少数Fe3+，Mn2+形成氢氧化物沉淀。部分浸出液中可溶性碱金属离子被共沉淀物包裹、吸附带出。这就是一次净化渣的形成过程。 3.2 实验回收制取硫酸铝的路径设计 ① 焙烧、水浸除碱金属杂质 针对净化渣组成成分及物相特性，用硫酸浸出净化渣能使净化渣中的铝钙分离，铝以硫酸铝的形式溶入浸出液中，钙以硫酸钙的沉淀形式成为滤渣。但这样收集的硫酸铝溶液中含有大量可溶性的碱金属盐，严重影响后续工序制备硫酸铝产品的质量。因此在进行硫酸浸出前必须先除去碱金属盐为后续工序制备高质量的硫酸铝产品提供保障。 因为碱金属盐的引入大部分是因为被铝钙复盐沉淀物包裹和形成共沉淀物所致，所以直接水浸效果不佳。但经高温焙烧后，再进行水浸除碱金属盐试验，效果不错，各碱金属去除率达到80%左右。 水浸后抽滤液固分离，滤渣烘干，水浸液返回生产碳酸锂主流程，使其中的锂离子得以回收利用。 ② 硫酸浸出铝钙渣提取硫酸铝溶液 焙烧水浸后的净化渣铝钙含量得到富集提高，称之为铝钙渣。用硫酸浸出铝盖渣，硫酸铝溶入浸出液，硫酸钙沉淀为滤渣。 为提高铝钙渣中铝的浸出率以及减少硫酸铝溶液中游离酸的含量，运用三级逆流硫酸连续浸出铝钙渣，选择合适的工艺参数提铝制取硫酸铝溶液。收集硫酸铝溶液待用。硫酸浸出后的滤渣以硫酸钙为主，可返回主流程作为硫酸盐的原料使用。 ③ 硫酸铝溶液蒸发浓缩冷凝制备硫酸铝固体产品 利用收集的硫酸铝溶液蒸发浓缩冷凝制备硫酸铝产品，确定出合适的工艺条件，得到的硫酸铝产品进行检测分析。确定硫酸铝产品的质量品级。 整个工艺路线无废气、废液、废渣排出，具有一定的经济收益。 3.3 实验总工艺流程 3.4 主要研究内容 本课题将从以下方面开展实验： (1)研究不同焙烧温度对水浸除杂的影响，确定最佳焙烧温度。 (2)为提高水浸的除杂率，研究出合理适宜的水浸工艺参数。 (3)研究硫酸浸出铝钙渣酸用量、反应温度、液固比、反应时间等影响因素对铝浸出率的影响，在此基础上，运用三级逆流连续浸出工艺，做出工艺参数的调整，探索出最佳的工艺条件。 (4)对收集的溶液进行蒸发浓缩冷凝结晶，研究适当的工艺条件。 3.5 实验试剂及设备 表2.2 实验试剂 实验试剂 级别 98%硫酸 工业级 聚丙烯酰胺 分析纯 表2.3 实验仪器与设备 仪器名称 型号 生产厂家 精密增力电动搅拌器 JJ型 江苏金坛市佳美仪器有限公司 电子天平（精确至0.1g） BS-3000A型 上海有声衡器有限公司制造 电热鼓风恒温干燥箱 101A-2型 上海实验电炉厂 恒温水浴锅 HH-6型 江苏省金坛市佳美仪器厂 循环水式真空泵 SHZ-Ⅲ型 南京科尔仪器设备有限公司 箱式电炉 SX2型 上海浦东荣丰科学仪器有限公司 接触调压器 TDGC2-2KVA 上海稳压厂 玻璃仪器：玻璃烧杯；温度计；不同刻度的量筒；分液漏斗；布氏抽滤漏斗；酸式滴定管；各种规格的移液管。 第四章 一次净化渣除碱金属盐的研究 4.1 除碱金属盐方法的选择 一次净化渣中碱金属盐的存在是由于被铝钙复盐沉淀物包裹和形成共沉淀物所致，其中锂盐为典型代表。通过查阅有关资料，将铝锂共沉淀物中的铝、锂分离开来主要有以下几种方法。 (1) 阴离子交换树脂分解法[1] 将该沉淀物用水调成浆状后与碱性阴离子交换树脂接触，铝形成氢氧化铝，锂形成氢氧化锂溶液回收，附在树脂上的氢氧化铝利用其比重较树脂轻而分开，但分离所得氢氧化铝要经过化学处理才能与锂作用。 (2) 水热分解法[2] 利用第一峰转变温度高于150℃，并在水的存在下，铝锂沉淀物分解而形成A12O3伪.xH2O固相和氯化锂溶液，从而将铝和锂分离，A1203·xH2O固相可用碱锻烧后循环使用。 (3) 矶法[3] 将该沉淀物用稍微过量的硫酸全部溶解，然后用氨水中和，形成硫酸锂溶液和氨铝矾NH4Al(S04)2·18H2O，氨铝矾溶解度较小，蒸发冷却时便结晶析出，它不带失锂，铝可循环使用，但此法耗酸较多。 (4) 焙烧法 将铝锂沉淀物于一定温度下焙烧，后用水浸取，可溶性氯化锂进入溶液，而铝存在于固相中。 上述分离方法比较可知选用焙烧法工艺比较简单易行，利用该工艺方法研究焙烧过程中焙烧温度及焙烧时间对锂离子浸取率的影响，得出最佳焙烧条件。 [1] Goodenough,Robert D.Process for the recovery and seperation of lithium and alum from lithium aluminate complex[P].UniteState: US2977185. [2] R.D.Goodenouhg,V.stenger.UnitedState:US2980479. [3] D.Kaplan，IsraelJ.Chem.115. 4.2 焙烧温度及焙烧时间对锂浸出率的影响 4.2.1 实验方法 将一次净化渣烘干、然后用盘式研磨机将净化渣细碎至粒度为17.57μm左右，混匀，每次取样从中称取60g将其焙烧，焙烧后净化渣在相同的水浸条件下水浸。 水浸后滤渣烘干，检测滤渣中锂含量，计算出水浸浸取率，比较确定出最佳焙烧条件。 据文献介绍[1]，Al(OH)3在230℃附近开始分解，所以初步拟定焙烧实验温度为200℃、300℃、350℃、400℃、450℃，焙烧时间拟定为15min、30min、45min、60min、75min。 [1] 王德生，刘庆峰，刘斌等，碳酸化法制备a-Al(OH)3包覆CaCO3复合晶须，化工学报，2001，52（6）：537～540 4.2.2 结果与讨论 4.2.2.1 200℃焙烧 200℃下分别焙烧15min、30min、45min、60min、75min后取出，分别进行水浸，水浸条件相同都为：温度40℃，水浸时间30min，用水量200ml。水浸后过滤，烘干滤渣检测各自滤渣中锂元素的含量，计算锂去除率。200℃焙烧时，不同焙烧时间得到的实验数据见表： 表4-1 200℃焙烧下不同焙烧时间得到的实验数据 实验序号 焙烧时间（min） 焙烧后称重（g） 水浸后称重（g） 滤渣中锂含量(%) 锂离子浸出率（%） 1 15 55.9 53.5 1.50 32.45 2 30 55.8 52.7 1.48 34.35 3 45 55.2 47.9 1.43 42.34 4 60 55.1 47.8 1.39 44.07 5 75 54.9 47.6 1.35 45.91 由表中实验数据可得，在200℃焙烧水浸条件下，随着焙烧时间的延长，净化渣的重量逐渐减小，说明净化渣在不断的受热分解。水浸后，净化渣的总重量随着焙烧时间的延长而减少，说明在水浸过程中杂质的去除率高，这从滤渣中锂含量随着时间的延长而逐渐降低可知。通过分析计算，得出各焙烧条件下锂去除率。综合上述实验数据，在200℃焙烧水浸条件下，焙烧时间与锂去除率的关系如图4-1： 图4-1 200℃焙烧，焙烧时间与锂去除率的关系 数据结果分析：在200℃焙烧时，由上图焙烧时间与锂离子去除率的关系可知，锂离子去除率随焙烧时间的延长而增大，并且在焙烧75分钟后，锂离子的去除率仍有提高的空间，可能是焙烧还不是很完全，于是继续升高焙烧温度。 4.2.2.2 300℃焙烧 采用200℃同样的焙烧水浸方法，在300℃焙烧时，不同焙烧时间得到的实验数据见表： 4-2 300℃焙烧下不同焙烧时间得到的实验数据 实验序号 焙烧时间（min） 焙烧后称重（g） 水浸后称重（g） 滤渣中锂含量(%) 锂离子浸出率（%） 1 15 53.4 46.6 1.19 53.32 2 30 52.9 45.2 1.13 57.01 3 45 51.8 43.9 1.04 61.57 4 60 51.5 43.4 1.01 63.10 5 75 51.1 43.3 1.00 63.55 由表中实验数据可得，在300℃焙烧水浸条件下，随着焙烧时间的延长，净化渣的重量逐渐减小，说明净化渣在不断的受热分解。水浸后，净化渣的总重量随着焙烧时间的延长而减少，说明在水浸过程中杂质的去除率高，这从滤渣中锂含量随着时间的延长而逐渐降低可知。通过分析计算，得出各焙烧条件下锂去除率。综合上述实验数据，在300℃焙烧水浸条件下，焙烧时间与锂去除率的关系如图4-2： 图4-2 300℃焙烧，焙烧时间与锂去除率的关系 数据结果分析：在300℃焙烧时，焙烧时间与锂离子去除率的关系如上图，由图可知锂离子去除率随焙烧时间的延长而增大，在焙烧45min后，锂离子的去除率趋于平缓。决定进一步升高焙烧温度，以便缩短实验时间。 4.2.2.3 400℃焙烧 采用200℃同样的焙烧水浸方法，在400℃焙烧时，不同焙烧时间得到的实验数据见表： 表4-3 400℃焙烧下不同焙烧时间得到的实验数据 实验序号 焙烧时间（min） 焙烧后称重（g） 水浸后称重（g） 滤渣中锂含量(%) 锂离子浸出率（%） 1 15 51.9 43.8 1.06 60.92 2 30 51.1 43.4 1.01 63.10 3 45 51.1 43.3 1.01 63.19 4 60 51.1 43.2 1.0 63.64 5 75 51.1 43.3 1.0 63.55 由表中实验数据可得，在400℃焙烧条件下，焙烧时间达到30min后，净化渣的重量不再减少，净化渣受热分解完全，水浸后，净化渣的总重量在43.3左右，滤渣中锂含量也基本相近。通过分析计算，得出各焙烧条件下锂去除率。综合上述实验数据，在300℃焙烧水浸条件下，焙烧时间与锂去除率的关系如图4-3： 图4-3 400℃焙烧，焙烧时间与锂去除率的关系 数据结果分析:400℃焙烧时，焙烧时间与锂离子去除率的关系如上图，由图可知锂离子去除率随焙烧时间的延长而先增大，后趋近于直线，在焙烧30min后锂离子的去除率趋于平稳，继续延长焙烧时间，锂离子的去除率变化不大。考察继续提高焙烧温度对锂浸出率的影响。 4.2.2.4 450℃焙烧 采用200℃同样的焙烧水浸方法，在450℃焙烧时，不同焙烧时间得到的实验数据见表： 表4-4 450℃焙烧下不同焙烧时间得到的实验数据 实验序号 焙烧时间（min） 焙烧后称重（g） 水浸后称重（g） 滤渣中锂含量(%) 锂离子浸出率（%） 1 15 51.1 43.2 1.0 63.64 2 30 51.1 43.3 1.01 63.19 3 45 51.1 43.2 1.0 63.64 4 60 51.1 43.2 1.01 63.27 5 75 51.1 43.3 1.0 63.55 由表中实验数据可得，在450℃焙烧条件下，焙烧时间达到15min后，净化渣的重量不再减少，净化渣受热分解完成，水浸后，净化渣的总重量在43.3左右，滤渣中锂含量也基本相近。通过分析计算，得出各焙烧条件下锂去除率。综合上述实验数据，在450℃焙烧水浸条件下，焙烧时间与锂去除率的关系如图4-3： 图4-4 450℃焙烧，焙烧时间与锂去除率的关系 数据结果分析:450℃焙烧时，焙烧时间与锂离子去除率的关系如上图，由图可知锂离子去除率随焙烧时间的延长基本上趋近于直线，在焙烧15min后，继续延长焙烧时间，锂离子的浸出率变化不大。 4.4 小结 将200℃，300℃，400℃，450℃的焙烧时间与锂离子的关系图画在同一个坐标内，以便更清楚的显示焙烧温度对锂离子浸出的影响。 图4-5 焙烧时间与锂去除率的关系 ■ 200℃焙烧时间与锂离子浸取率的关系 ● 300℃焙烧时间与锂离子浸取率的关系 ▲ 400℃焙烧时间与锂离子浸取率的关系 ▼ 450℃焙烧时间与锂离子浸取率的关系 综合以上实验结果，从尽量缩短实验时间和节约能源的角度思考，选取的最佳焙烧条件是450℃焙烧15min。 4.5 水浸除碱金属盐工艺参数的优化 研磨至粒度为17.57µm左右的一次净化渣在450℃焙烧15min后，测得焙烧过后的粒度为17.34µm左右，粒度焙烧前后大小没什么变化。然后在温度为40℃、水浸时间为30min、用水量为200ml的水浸条件下除杂，最终锂离子的去除率为63.50左右，显然去除效果不是很好。因此考虑优化水浸工艺参数来提高锂离子的去除率。 4.5.1 水浸试验 4.5.1.1 焙烧后净化渣主要成分分析 经焙烧后的一次净化渣中主要成分百分含量可计算得出： 表4-5 一次净化渣焙烧后主要成分（%） 元素 Al Ca Li Na K Rb Cs Mn Fe 含量 9.19 16.05 2.31 1.94 4.73 0.30 0.07 0.33 0.058 4.5.1.2 实验方法 单因素实验研究净化渣粒度、水浸温度、加水量、水浸时间对锂去除率的影响，最终确定最佳水浸工艺参数。 4.5.1.3 锂去除率的计算方法 锂去除率=（水浸前净化渣中含锂总量-水浸后滤渣中含铝量）／水浸前净化渣中含锂总量×100% 4.6 水浸结果与讨论 4.6.1 净化渣粒度对锂去除率的影响 实验条件：水浸温度40℃，液固比4:1，水浸时间30min。净化渣的粒度通过调节盘式研磨机里面磨盘之间的距离来控制粒度的大小，得到3个粒度点分别为17.57µm、13.54µm、7.67µm，分别进行水浸试验，考察不同粒度对锂去除率的影响，表4-6记录净化渣粒度对锂去除率影响的实验数据。 表4-6 净化渣粒度对锂去除率的影响数据表 粒度(µm) 17.57 13.54 7.67 滤渣干重(g) 43.3 40.6 37.4 滤渣中锂含量(%) 1.01 0.85 0.63 锂去除率(%) 63.19 70.12 79.60 由表4-6可知，随着净化渣粒度的变小，滤渣干重和滤渣中锂含量随着净化渣粒度的减小而降低。由此可计算出锂的去除率，净化渣粒度与锂去除率的关系 如图4-6： 图4-6净化渣粒度与锂去除率的关系 由表4-6试验数据和图4-6可知，锂去除率随着净化渣粒度的减小而增大，这是因为净化渣粒度减小，则其表面积增大，液固接触面增多，使锂离子溶出更容易。粒度达到7.67µm后很难再进一步磨细，磨盘之间的距离不能再调小，否则研磨机无法正常运行。因此最终净化渣粒度控制在7.67即可。 4.6.2 水浸温度对锂去除率的影响 实验条件：净化渣粒度7.67µm，液固比4:1，水浸时间30min。水浸温度取20℃、40℃、50℃、60℃、70℃，分别进行水浸试验，考察不同水浸温度对锂去除率的影响，表4-7记录水浸温度对锂去除率影响的实验数据 表4-7水浸温度对锂去除率的影响实验数据 水浸温度(℃) 20 40 60 80 90 滤渣干重(g) 37.8 37.4 37.1 37.1 37.0 滤渣中锂含量(%) 0.65 0.63 0.60 0.59 0.59 锂去除率(%) 78.73 79.60 80.73 81.05 81.10 由表4-7可计算出锂的去除率，水浸温度与锂去除率的关系如图4-7： 图4-7 水浸温度与锂去除率的关系 由表4-7试验数据和图4-7可知，焙烧后净化渣中大部分锂盐是靠分子间微弱的作用力吸附在净化渣中，提高水浸温度更容易破坏他们之间的分子作用力，使锂离子溶于水中，锂去除率随着水浸温度的升高而提高，水浸温度达到60℃后，锂去除率提高趋于平缓，因此选择水浸温度为60℃较为合适。 4.6.3 液固比对锂去除率的影响 实验条件：净化渣粒度7.67µm，水浸温度40℃，水浸时间30min。液固比取2:1、4:1、5:1、6:1、7:1，分别进行水浸试验，考察不同液固比对锂去除率的影响，表4-8记录液固比对锂去除率影响的实验数据 表4-8 液固比对锂去除率的影响实验数据 液固比 2:1 4:1 5:1 6:1 7:1 滤渣干重(g) 38.3 37.4 37.1 37.1 37.1 滤渣中锂含量(%) 0.73 0.63 0.60 0.60 0.59 锂去除率(%) 75.79 79.60 80.73 80.73 81.05 由表4-8可计算出锂的去除率，水浸温度与锂去除率的关系如图4-8： 图4-8 液固比与锂去除率的关系 由表4-8试验数据和图4-8可知，在液固比较低时，由于水量过少，溶液的粘度增大，阻碍物质的扩散，将会影响锂盐从固体表面脱落，阻碍了锂离子的去除。锂去除率随着液固比的增大而提高，液固比增大到5:1后，锂去除率提高趋于平缓，因此液固比定为5:1较为合理。 4.6.4 水浸时间对锂去除率的影响 实验条件：净化渣粒度7.67µm，水浸温度40℃，液固比4:1。水浸时间取15min、30min、45min、60min，分别进行水浸试验，考察不同水浸时间对锂去除率的影响，表4-9记录水浸时间对锂去除率影响的实验数据 表4-9 水浸时间对锂去除率的影响实验数据 水浸时间(min) 15 30 45 60 滤渣干重(g) 37.8 37.4 37.5 37.3 滤渣中锂含量(%) 0.66 0.63 0.63 0.62 锂去除率(%) 78.40 79.60 79.55 79.98 由表4-9可计算出锂的去除率，水浸温度与锂去除率的关系如图4-9： 图4-9 液固比与锂去除率的关系 由表4-9试验数据和图4-9可知，锂去除率随着浸出时间的延长而提高，浸出时间达到30min后，锂去除率的提高趋于平缓，因此水浸时间设为30min为宜。 4.7 水浸除碱金属杂质综合条件实验 由上述水浸单因素实验可知，最佳水浸条件为：净化渣粒度7.67µm，水浸温度60℃，液固比5:1，水浸时间30min。在此水浸条件下各碱金属离子去除率的实验数据如下表4-10 表4-10 最佳水浸条件下实验数据 碱金属元素 Li Na K Rb Cs 滤渣干重(g) 36.5 36.5 36.5 36.5 36.5 滤渣中碱金属含量(%) 0.56 0