草酸浸出法从高铝粉煤灰中实现锂、镓和稀土元素的选择性分离与梯级富集

为解决高铝粉煤灰(HACFA)中锂(Li)、镓(Ga)和稀土元素(REEs)协同提取效率低的问题，研究人员通过Na2CO3-CaCO3烧结活化与草酸浸出技术，实现Li(95.75%)和Ga(87.60%)高效浸出及REEs(95.78%)残渣富集，并通过pH调控分步沉淀回收Ga(OH)3(87.46%)和REE(OH)3(79.73%)。该研究为固废资源化与战略金属可持续供应提供新思路。

　　

在全球新能源与高技术产业爆发式发展的背景下，锂(Li)、镓(Ga)和稀土元素(REEs)等关键金属已成为支撑清洁能源、半导体和国防科技的核心材料。然而，传统矿床资源日益枯竭，中国大同塔山电厂的高铝粉煤灰(HACFA)中却富含这些战略元素（Al₂O₃达67.65%，Li、Ga、REEs分别达240.57 μg/g、77.97 μg/g和672.95 μg/g）。但粉煤灰中这些元素被玻璃相包裹，传统酸浸法效率低下，且多元素协同提取技术尚未突破。

为解决这一难题，河南商丘师范学院的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，创新性地采用Na₂CO₃-CaCO₃烧结活化结合草酸(C₂H₂O₄)浸出技术，通过破坏Si-O(Al-O)聚合物网络结构，实现了Li、Ga与REEs的选择性分离与梯级富集。研究首先通过X射线衍射(XRD)和脱硅实验解析了HACFA的矿物组成，随后采用正交实验优化工艺参数，最终通过pH调控分步沉淀实现金属回收。

关键实验技术

1. 烧结活化：采用Na₂CO₃-CaCO₃混合烧结剂（质量比1:0.45:1.46）生成NaAlO₂和Ca₂SiO₄；
2. 草酸浸出：0.1 mol/L浓度下浸出4天；
3. pH分级沉淀：pH 6沉淀Ga(OH)₃，pH 8.5-9.5富集重稀土，pH 10.5沉淀REE(OH)₃；
4. 钙去除：NH₄F（系数1.3）实现Ca²⁺去除率98.24%。

研究结果

1. 矿物学特征：HACFA主要由莫来石、刚玉和玻璃相组成，XRD显示20-35°非晶峰，脱硅实验证实玻璃相包裹金属元素。
2. 浸出实验影响因素：最优条件下Li、Ga浸出率分别达95.75%和87.60%，REEs在残渣中富集系数95.78%。
3. 金属回收：pH 6时87.46%的Ga以Ga(OH)₃形式回收，pH 10.5时79.73%的REEs富集为REE(OH)₃沉淀。

结论与意义
该研究通过烧结-浸出-沉淀工艺，首次实现HACFA中Li-Ga-REEs的协同提取：烧结过程生成的NaAlO₂和Ca₂SiO₄有效破坏玻璃相结构；草酸的羧基(-COOH)螯合作用选择性溶解Li/Ga；pH调控利用溶度积差异分步沉淀金属。相比传统无机酸法，该技术更环保且经济价值提升显著，为粉煤灰规模化资源化提供新范式，对缓解战略金属供需矛盾具有重要意义。