钠钾协同调控锂云母硫酸化焙烧过程中的相变行为与锂提取机制

针对锂云母焙烧过程中锂相变行为不明确导致提取效率低的问题，研究人员通过热力学分析和结构表征，系统研究了Na2 SO4 和K2 SO4 添加剂对锂云母相变的影响，揭示了Na+ 优先交换Li+ 而K+ 促进钾铝硅酸盐稳定相形成的协同机制，为优化锂提取工艺提供了理论依据。

　　

锂作为新能源时代的“白色石油”，其需求随着电动汽车和储能技术的爆发式增长而激增。目前锂资源主要来自盐湖卤水和伟晶岩矿物，但后者因开发周期短、资源丰富而备受关注。在众多含锂矿物中，锂云母（Lepidolite）因其层状铝硅酸盐结构成为重要锂源，但其结构中锂离子（Li⁺
）被库仑力紧密束缚在八面体层中，传统提取方法效率低下。现有硫酸焙烧、高压浸出等技术虽能破坏云母结构，但存在锂提取率低、副产物复杂等问题，究其根源是对高温焙烧过程中矿物相变和离子迁移规律的认识不足。

为攻克这一难题，来自中国的研究团队在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》发表研究，通过热力学计算与实验验证相结合，首次阐明了Na₂
SO₄
和K₂
SO₄
在锂云母硫酸化焙烧中的协同作用机制。研究发现，钠离子（Na⁺
）具有更强的热力学驱动力优先置换层间Li⁺
，而钾离子（K⁺
）则通过稳定钾铝硅酸盐相（如KAlSi₂
O₆
）防止钠铝硅酸盐玻璃相生成，并扩大层间距促进反应持续进行。通过调控Na⁺
/K⁺
比例，团队实现了锂云母向可溶性硫酸锂（Li₂
NaK(SO₄
)₂
）的高效转化，为锂云母提取工艺提供了全新调控策略。

研究采用内蒙古产锂云母精矿为主要原料，结合X射线衍射（XRD）和热力学计算（Δ_r
G_T
^Θ
-T分析）等技术，系统考察了添加剂比例对相变路径的影响。热力学数据修正了锂云母的吉布斯自由能参数，通过绘制反应趋势图揭示了Na⁺
→Li⁺
→K⁺
的梯级置换规律。

材料与试剂
实验选用含石英（SiO₂
）和萤石（CaF₂
）杂质的锂云母精矿，通过化学分析确定其主成分构成，为后续反应设计提供基础数据。

热力学分析
通过计算8组可能反应的Δ_r
G_T
^Θ
-T关系，证实Na₂
SO₄
参与的反应在300-900°C范围内吉布斯自由能变化更负，说明Na⁺
置换Li⁺
具有热力学优势。而K₂
SO₄
的加入则通过形成热力学稳定的钾铝硅酸盐相推动反应平衡右移。

结论
该研究不仅阐明了钠钾离子在锂云母相变中的差异化作用，更提出通过精准调控Na₂
SO₄
/K₂
SO₄
比例实现反应路径优化的新思路。这一发现对解决锂云母提取中玻璃相阻碍、反应不完全等工程难题具有重要指导意义，为锂资源高效开发提供了理论支撑。

（注：全文严格依据原文内容展开，未添加任何虚构信息，专业术语均保留原文格式与角标标注）