煤矸石中锂镓的高效提取：活化焙烧-盐酸浸出技术及机理研究

本文创新性地采用NaOH活化焙烧联合盐酸浸出工艺，从煤矸石(CG)中高效提取战略关键金属锂(Li)和镓(Ga)。在973 K焙烧温度、25 wt% NaOH用量、3 mol/L盐酸条件下，Li/Ga浸出率分别达99.20%和89.52%。研究揭示了钠盐破坏高岭石晶格(kaolinite)的活化机制，为固体废弃物资源化利用提供了新技术路径。

　　

Highlight

本研究揭示了山西朔州煤矸石中锂(150 μg/g)和镓(22.9 μg/g)的赋存特征，创新开发NaOH活化焙烧-盐酸浸出联用技术。热力学分析表明，钠盐可有效解离高岭石(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)晶格，使键合态Li/Ga转化为游离态。

Materials

实验采用山西朔州安太堡煤矿煤矸石，其主要成分为Al₂O₃(29.34 wt%)和SiO₂(40.72 wt%)，Al/Si比0.72。XRD显示矿物相以高岭石为主，伴生黄铁矿(pyrite)和方解石(calcite)。

Thermodynamic Analysis

HSC 6.0模拟显示，NaOH与高岭石在973 K反应生成NaAlSiO₄和Na₂SiO₃（ΔG_973K=-120.5 kJ/mol），该放热反应促进Li/Ga释放。盐酸浸出阶段，Ga³⁺优先以[GaCl₄]^-络合物形式溶出。

Conclusions

1. 1.

   NaOH焙烧使高岭石转变为霞石(nepheline)和钠长石(albite)，晶体结构崩塌率>90%

2. 2.

   优化工艺下Li/Ga浸出率分别达99.20%和89.52%，较传统硫酸焙烧法提升24.74%

3. 3.

   该技术为煤基固废中战略金属提取提供了绿色解决方案