广西上林万福矿区晚二叠世合山组煤系锂地球化学特征及物源研究

广西上林晚二叠世合山组含煤岩系中广泛存在锂元素富集的现象,具有潜在的经济价值和研究意义。本次研究以广西上林万福矿区晚二叠世合山组煤系锂矿化层为研究对象,在对34件样品常量元素和微量元素测试,并对1件样品锆石U–Pb测年和锆石微量元素测定的基础上,综合分析了区内合山组煤系锂矿化层的空间分布、元素地球化学特征和物质来源。研究发现,合山组煤系自下而上有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四套锂矿化层,锂质量分数由高到低依次为层Ⅰ、层Ⅲ、层Ⅱ和层Ⅳ。与世界黏土岩均值相比,层Ⅰ中Li元素属于高度富集,层Ⅱ、层Ⅲ中Li元素属于富集,而层Ⅳ中Li元素属于轻微富集;Al_(2)O_(3)–TiO_(2)、La/Sc–Th/Co和V–Ni–Th×10物源区岩性判别图解显示,层Ⅰ、层Ⅲ和层Ⅳ的大部分样品点落在酸性岩浆岩区附近,层Ⅰ中少数样品点落在中性岩浆岩区域,由此推断,万福矿区合山组煤系锂矿化层主要来自酸性和中性岩浆岩。通过对锆石U–Pb定年、锆石微量元素Th/Nb−Hf/Th和Th/U–Nb/Hf构造判别图、稀土元素分析以及Al_(2)O_(3)–TiO_(2)、La/Sc–Th/Co、V–Ni–Th×10和Nb/Y–Zr/TiO_(2)四个物源判别图的综合研究得出,万福矿区合山组煤系锂矿化层主要来自峨眉山大火成岩省和古特提斯二叠纪岩浆弧相关的中酸性岩浆岩。

煤系锂资源的分布赋存特征与提取分离研究进展

锂是一种战略性金属,应用领域广泛,对国家安全、国民经济和科技发展具有极其重要的意义。目的目前,我国锂资源面临着供需不平衡的困境,急需寻找新的锂来源。我国煤中锂含量较高、分布广泛,煤系副产品煤矸石及粉煤灰中锂含量高,有望成为传统资源的替代物。从煤矸石和粉煤灰中回收锂可拓宽现有锂的生产渠道,并实现煤矸石和粉煤灰的资源化高值利用。方法本文综述了煤系锂元素分布特征、赋存状态和燃烧过程中迁移规律的最新研究进展,并对煤系锂元素的浸出提纯回收方法进行了总结,可为从煤系副产品中提取回收锂资源提供参考。结果我国华北与华南赋煤区内锂含量较高,主要载锂矿物是高岭石、伊利石等黏土矿物,部分矿区内煤层夹矸和顶底板中锂含量高于煤层;煤经燃烧后实现了锂元素的二次富集,锂主要与铝硅酸盐结合,赋存于玻璃相内,并倾向于富集在细粒飞灰中;浸出和分离是实现煤系锂资源回收利用的必要步骤,但现有工艺复杂,浸出液中锂浓度低,杂质离子对分离纯化环节干扰严重。结论未来煤系锂资源开发应在采选过程中强化矸石与煤中锂元素差异性富集,着重探明燃烧过程中锂的迁移转化规律,重视浸出的高效性和分离纯化过程的选择性。煤系锂资源的开发回收有助于煤炭资源高值化利用,促进绿色可持续发展。

基于煤矸石中锂、镓元素赋存状态的高梯度磁选预富集试验

我国山西、内蒙古部分矿区煤矸石中蕴藏着锂、镓等战略性关键金属,其锂、镓元素富集逐渐成为研究热点。然而煤矸石中锂、镓含量很低,直接浸出需消耗大量化学药剂,高效、经济的富集锂、镓元素仍存在很大挑战。为提高煤矸石中锂、镓富集效率,针对山西朔州地区煤矸石中锂、镓元素赋存状态和预富集方法展开研究。采用逐级化学提取法、矿物物相组成、矿物解离分析、电感耦合等离子体质谱法、扫描电子显微镜和能量色散光谱,研究了煤矸石中锂、镓元素的赋存状态,利用高梯度磁选探究通过抛除黄铁矿对煤矸石中锂、镓元素预富集的可行性。结果表明,煤矸石主要由高岭土、黄铁矿、石英、方解石、白云母等矿物组成,锂、镓元素主要赋存于硅酸盐类矿物中,黄铁矿中含量较少。原矿中锂质量分数146.37μg/g,镓质量分数25.04μg/g。通过磁选方法抛除黄铁矿可对煤矸石中锂、镓元素预富集,1000 mT时,预富集效果最佳,磁选尾矿中锂质量分数210.63μg/g,为原矿中锂含量的1.45倍,锂回收率88.00%。镓质量分数31.88μg/g,高于原矿中镓元素,镓回收率80.07%。

煤系战略性金属锂镓的富集分离研究进展

煤系物中存在丰富的锂、镓等战略性金属矿物,从中提取利用这些金属,既促进了资源再利用还可以增加我国战略性金属储备。由于锂镓的富集分离必经以厘清煤系锂、镓的赋存状态为前提,故先阐述了锂、镓含量检测和赋存形态研究,继而提出锂镓的预富集方法和分离提取方法,详细分析了物理分选法、化学分选法等富集方法,以及化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换吸附法和膜分离法等分离方法的技术原理和适用性。针对煤系锂、镓富集分离研究现状,提出了未来的发展方向,包括探清目标元素与有害元素的组合形式和成矿机理,提高煤系锂、镓的活化适应性和选择性,突破金属分离的技术瓶颈并优化生产工艺,实现酸碱溶液循环利用。研究成果可为煤系物的资源化利用和其他战略性金属的提取利用提供有益参考。

高硫煤基多孔碳材料的可控制备及其用于锂硫电池

高性能、低成本的多孔碳材料是理想的锂硫电池硫宿主材料,但利用廉价的原料实现其规模化制备仍面临巨大挑战。以资源丰富的高硫煤为原料,采用氧化镁和氢氧化钾作为模板剂和活性剂,制备了煤基多孔碳材料,并研究了其作为锂硫电池硫宿主材料的构效关系。研究发现,煤基碳材料制备过程中,模板剂MgO作用下产生介孔(占比74%);活性剂KOH主要导致微孔(占72%)生成;MgO和KOH共同作用制备的碳材料PCMgO+KOH比表面积大(1616 m^(2)/g)、孔容高(1.02 m^(3)/g)、孔结构丰富(介孔54%、微孔46%)。电化学性能测试结果表明,S@PCMgO+KOH具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性,在1 C充放电倍率循环500圈后容量仍能保留553.2 mAh/g,容量保持率达65.5%,每个循环的衰减率低至0.069%;在2 C下,循环500圈后容量为484.0 mAh/g,容量保持率为63%,每圈衰减率仅0.075%,具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性。PCMgO+KOH优异的电化学性能主要来自其较小的欧姆电阻和电荷转移电阻、快速的多硫化物氧化还原反应动力学及对多硫化锂优异的束缚能力。本研究为价廉性高的锂硫电池硫宿主材料的制备提供了可选择的路线。

广西上林二叠系含锂岩系的地球化学特征与锂富集成因探讨

随着新兴产业的高速发展,全球锂金属的需求急剧增加,世界各国正面临日益突出的供需矛盾。煤系锂矿床具有巨大资源潜力和开发利用价值,可为战略性金属矿产的工业化生产需求提供保障。本研究以广西上林县万福矿区作为典型研究区,该区部分煤层中存在锂含量较高的异常富集点,但在平面及纵向分布上存在一定的不均一性,本文围绕万福矿区煤系地层纵向分布的多层赋锂矿层开展成因及物质来源探讨,通过矿物学和地球化学的研究方法,揭示煤系沉积型锂矿的富集规律。研究表明,广西二叠系含锂岩系的形成经历了风化-沉积-成岩三个阶段。中酸性岩浆岩作为主要物质基础,在陆相环境中风化,随着后期地壳下降,海水淹没台地并沉积碳酸盐岩,最终含锂岩系进入压实、成岩阶段。

基于煤岩煤质煤相特征的沁水15号富锂煤古环境分析

以沁水东南部15号富锂煤为研究对象,采用显微光学、XRD等技术方法开展了宏观煤岩特征、显微煤岩特征、煤质特征和煤相研究。结果表明,沁水东南太原组15号煤属低水分、低灰分、低挥发分、高硫贫煤。宏观煤岩类型以半亮型、半暗型煤为主;显微煤岩组分以镜质组为主,惰质组次之,壳质组少见;无机显微组分以高岭石等黏土矿物为主,可见方解石、黄铁矿、石英、菱铁矿、石膏和锆石等矿物。15号煤形成于滨岸带沉积体系。古沉积环境主要为潮湿-浅覆水、强活水环境的开放沼泽相;植物组织保存程度较低,植物以水生或草本植物为主;成煤泥炭沼泽环境受地下水影响较小,海水影响较大,物源供给具有多元性。

湖南头石露天矿测水组煤中锂的富集与成矿前景

本文以湖南涟邵煤田头石露天矿下石炭统测水组煤为研究对象,采用X射线衍射分析(XRD)、X射线荧光(XRF)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和高分辨率透射电镜(HR-TEM)等方法系统分析了煤的矿物学及元素地球化学特征。湖南头石露天矿测水组煤为中高灰,低挥发分烟煤,煤中主要矿物为高岭石、铵云母和方解石,其次为石英、锐钛矿、铁白云石、微斜长石、菱铁矿和伊利石,含有少量黄铁矿。与世界煤相比,头石露天矿测水组煤中高度富集Li(富集系数为15.6),越接近顶底板和夹矸,Li的含量越高。透射电镜分析及Li与灰分、Al_(2)O_(3)和K_(2)O的明显正相关性表明,煤层中Li主要赋存在铝硅酸盐矿物,如高岭石、含锂绿泥石中。煤中Li的高度富集主要来源于蚀源区长英质母岩及盆地周缘花岗岩体,在泥炭聚集期间进入泥炭沼泽,或在间歇性海水-岩浆热液等流体的共同作用下由围岩淋滤并运移至煤中富集。头石露天矿大部分煤层中Li含量达到回收标准,尤其是煤层底板和附近煤层中Li的成矿潜力值得关注。

煤矿锂电池运料车风冷式电池热管理建模与仿真

针对电池散热问题,进行了煤矿锂电池运料车风冷式电池热管理系统的建模与仿真。基于传热原理建立了电池热管理系统的数学模型,包括电池组、散热器和风流三部分。利用计算流体动学(CFD)平台构建了电池热管理系统的仿真模型,并进行了3种不同工况下的仿真实验。通过对比仿真结果,通风口位于锂电池前端的散热性能最为出色。

晋南地区煤系黏土岩中锂的赋存状态及其沉积环境

关键金属锂等战略资源及其引发的国家安全问题,在当今国际政治、经济、军事舞台中愈显突出和重要。华北克拉通是我国沉积型锂矿床主要分布区域之一,富锂黏土岩资源丰富,成为重要的沉积型锂资源勘探区域。本文以华北克拉通晋南地区的煤系黏土岩为研究对象,利用X射线粉末衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和魔角旋转固体核磁共振谱(MAS NMR)等表征技术,结合化学物相分析及黏土矿物分离提取实验对研究区本溪组黏土岩中锂的赋存状态及其沉积环境进行研究。发现黏土矿物是锂的主要载体矿物,其主要包括锂绿泥石、伊利石和高岭石;锂含量与锂绿泥石含量呈显著正相关关系,与伊利石和高岭石的含量呈微弱的正相关关系;样品中的锂主要赋存于锂绿泥石的氢氧化物八面体晶格中,部分赋存于伊利石和高岭石中。古盐度指标m值(100×(MgO/Al_(2)O_(3)))和1000×Rb/K_(2)O值显示研究区富锂黏土岩主要形成于淡水—半咸水环境;古氧化还原指标V/(V+Ni)和Th/U值显示研究区富锂黏土岩主要形成于缺氧和贫氧环境;古气候指标Sr/Cu、C值((V+Cr+Mn+Fe+Co+Ni)/(Na+Mg+K+Ca+Sr+Ba))和CIA值显示研究区富锂黏土岩主要形成于炎热潮湿的古沉积环境中。该研究有助于完善沉积型锂矿的成矿理论,也有利于攻克该类型锂资源高效分离与提取的技术瓶颈。

WLR-19A型矿用防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车设计分析

煤矿开采过程中需要采用性能良好的运输与监测检修设备,以保证整个煤矿开采工作安全、顺利进行。基于此,提出了一种WLR-19A型矿用防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车设计方案,由于该设计方案具有轻量化、体积小、持续里程长等优势,因而可将其应用到现代煤矿领域。

煤矿单轨吊锂电池箱起吊运载梁结构设计与力学分析

锂电池是煤矿锂电池单轨吊机车的动力设备,运载的安全可靠性直接决定着机车的运载作业质量。针对传统锂电池箱起吊运载梁存在功能单一、安装维护复杂、作业人力多等问题,综合考虑单轨吊特点、煤矿巷道条件、锂电池箱结构等,开展锂电池箱起吊运载梁结构设计,实现锂电池的便捷安装、维护与安全稳定运载。开展锂电池箱起吊运载梁的力学性能仿真获得其承载特性和振动特性,为后续结构优化和性能提升奠定基础。仿真结果表明:新设计锂电池箱起吊运载梁在预设工况下,强度和刚度满足设计和工程应用要求,除了应力集中部位,安全系数均大于5,结构优化和轻量化的空间较大;给出锂电池箱起吊运载梁的前4阶振动的频率、振型及振幅等信息,为后续动力学研究奠定了基础。

黏土型锂矿床勘查开发过程中的瓶颈问题和若干思考

锂作为国家战略性关键紧缺矿产资源,随着现代科技的不断进步,需求量会不断增加。寻找更多的锂矿资源,降低进口依赖度,保障国家资源安全,已是迫在眉睫。黏土型锂矿床作为锂矿的重要类型之一,因分布面积广,资源潜力巨大,越来越受到关注,或可成为锂矿资源的重要补充,既是今后矿产资源勘查的重要方向之一,也是破解锂矿资源紧缺局面的重要途径。黏土型锂矿床已取得不少进展,但也存在一些问题,一定程度上制约了对黏土型锂矿床勘查与开发。通过文献查阅、政府和企业官网的情报收集,结合自身锂矿勘查实践,发现影响和制约黏土型锂矿床勘查与开发的主要问题有5个:①对黏土型锂矿床资源潜力认识不充分,前景不看好,未给予足够重视;②缺乏指导勘查工作的规范性依据;③矿产资源管理与矿业权管理中的不利因素导致勘查力度不足;④勘查研究过程对于矿石选冶加工技术性能重视程度不够,工艺流程尚不成熟。特别是经济合理、环境友好型的分离提取技术和工艺流程尚在探索阶段;⑤可供勘查评价与找矿预测的超常富集成因机制与找矿模型的基础研究尚不深入。针对以上5个问题,提出5个方面的思考与建议,以期加快黏土型锂矿床的勘查开发步伐,可望缓解锂矿资源紧缺和供需矛盾紧张现状。①呼吁地勘行业重视黏土型锂矿床,将黏土型锂矿床按独立的新矿种类型对待。在充分利用煤、铝等勘查老资料进行二次开发的基础上,对异常区进行验证性调查,圈定可供勘查的找矿有利区段或找矿靶区,为黏土型锂矿勘查部署提供依据;②通过选择有代表性的区块开展勘查开发试验研究和工程示范,尽快研究出台黏土型锂矿床勘查规范,为今后规范黏土型锂矿勘查工作提供作业依据;③从矿权现行管理制度出发,按照“公益先行,基金衔接,商业跟进,整装勘查,快速突破”二十字方针,一方面建议国家和地方政府设置专门的地勘基金,加大地勘基金财政投入,形成一批可供进一步勘查的矿产地,一方面建议矿产资源管理部门释放更多的勘查空间,引入更多社会资本,充分调动勘查市场的活力,为国家提供强有力的资源保障;④建议加大锂元素不同赋存状态及其不同占比情形下的分离提取试验投入,尽快形成技术可靠、经济合理、环境友好的工艺流程;⑤在梳理并聚焦制约勘查评价、开发利用及找矿预测工作的相关科技问题,通过科技攻关,为锂矿勘查开发提供强有力的科技支撑。通过上述主要瓶颈问题的有效解决,以期实现锂矿资源的重大找矿突破,形成一批可供工业规模开发的黏土型锂矿资源基地,继而从根本上解决锂矿资源紧缺现状和高度依赖进口的局面。

锂渣基多固废掺和料力学性能及水化机理研究

为实现工业固废利用,降低水泥使用量,以锂渣为主要掺和料,复掺自燃煤矸石、钢渣部分替代水泥制备复合胶凝材料,研究掺和料配比和水泥替代率对水泥砂浆力学性能及微观结构的影响。结果表明,当复合掺和料中锂渣、自燃煤矸石和钢渣比例为4∶1∶1时,28 d抗压强度达到51.98 MPa,替代30%水泥后期抗压强度较25%掺量下降较小。微观结果表明,掺入掺和料未改变水化产物类型,主要为水化硅酸钙、氢氧化钙和钙钒石;复合掺和料中活性组分SiO_(2)、Al_(2)O_(3)与Ca(OH)_(2)发生二次水化反应,生成更多水化硅酸钙与钙钒石,协同水化,促进强度提升。

用氧化焙烧—盐酸浸出工艺从煤矸石中提取锂试验研究

研究了采用氧化焙烧—盐酸浸出工艺从富含锂的煤矸石中浸出锂,优化了焙烧和浸出工艺条件,并探讨了焙烧活化对锂的浸出影响机制。结果表明:煤矸石在550℃下氧化焙烧1.5 h后,再加入1 mol/L盐酸溶液,在液固体积质量比10/1、浸出温度80℃条件下浸出2 h,锂浸出率可达98.14%;高温焙烧可破坏煤矸石中高岭石的晶体结构,增强反应活性,并使可燃组分和还原性物质发生氧化反应,在煤矸石表面及内部产生大量孔隙,有利于提高煤矸石中锂的浸出效果。

烟煤衍生炭材料的炭化机制及其在锂/钠离子电池中的应用

近年来,人们对利用低温炭化工艺制备煤基无定形炭材料作为锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(SIBs)的负极材料产生了兴趣。然而,煤衍生炭材料的炭化机制仍然不太清楚。因此,本文选取烟煤为原料,探究了煤炭到无定形炭材料的化学、微晶和孔隙结构演变过程。随着温度的升高(低于1000℃),材料结构发生局部变化,碳层的迁移和小分子物质的释放导致了层间距(3.69-3.82A)和缺陷密度(1.26-1.90)逐渐增大,并且产生了丰富的纳米微孔结构。当温度升至1000~1600℃时,层间距和缺陷密度开始逐渐减小。在LIBs中,经1000℃炭化制备的样品表现出最佳的电化学性能。在0.1 C倍率测试下可逆容量达到384 mAh g^(-1),在5 C倍率下仍能保持170 mAh g^(-1),表现出优异的倍率性能。在SIBs中,经1200℃炭化制备的样品在0.1 C倍率测试下具有270.1 mAh g^(-1)的可逆容量和高达86.8%的首次库伦效率。本研究为煤基炭材料的精细化制备提供了理论支撑。

Mn_(3)O_(4)/MnO@C复合材料的制备及储锂性能研究

以煤焦油沥青为碳源,MnSO_(4)和KMnO_(4)为锰源,使用一步水热法合成了Mn_(3)O_(4)/MnO@C复合材料。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱和热重分析仪表征方法,揭示了Mn_(3)O_(4)/MnO@C复合材料的形貌、晶体结构和化学组分。通过恒流充放电测试、循环伏安测试和交流阻抗测试分析了材料的储锂性能。结果表明:得益于稳定且快速导电网络的构筑,Mn_(3)O_(4)/MnO@C复合材料经过300次充放电循环后,放电比容量仍能达到700mAh/g,几乎是商业石墨比容量的2倍。

煤系锂和稀土的赋存特征与富集提取研究进展

战略性关键金属锂和稀土是重要的工业原料,对社会发展和国家安全具有不可替代的作用,随着经济发展,锂和稀土的市场供需矛盾日益突出。煤系锂和稀土储量丰富,因此其提取回收受到了世界各国的广泛关注。通过综合分析当前国内外煤系锂和稀土的研究成果,总结了锂和稀土的赋存特征,系统阐述了分选富集和化学浸出方面的最新研究进展。针对现有分选方式富集倍数低、化学助剂消耗量大、废渣废水产量多等问题,建议开发物理-化学联用方式定向富集煤及其副产物中的锂和稀土元素,提升其品位,降低后续化学浸出难度。同时推进煤及其副产物中多种伴生资源协同提取、绿色开发研究,实现煤系资源高附加值综合利用。

哈尔乌素煤中伴生镓锂及稀土元素的赋存特征研究

煤中伴生镓、锂和稀土元素均属稀有金属元素及国家新兴战略性矿产资源,基于哈尔乌素露天矿煤中伴生镓、锂及稀土元素含量较高,研究其赋存特征可为矿区矿产资源的合理开发利用及稀有金属元素的定向富集、后续提取技术开发提供基础的理论与技术支撑。结合哈尔乌素6号煤层的煤质特征,通过X射线衍射、Siroquant定量分析、扫描电镜和煤岩分析等方法对煤中矿物组成特征及镓、锂和稀土元素的含量分布与赋存规律进行研究,并从矿物质整体特征、载体物相特征等方面重点探讨煤中伴生镓、锂和稀土元素的矿物特征。结果表明:哈尔乌素煤中的矿物质主要由高岭石、方解石、伊利石、勃姆石组成,占比分别为84.1%、6.9%、5.2%、3.8%;哈尔乌素6号煤层煤中镓、锂及稀土元素纵向分布规律显著,在上台阶样品中含量较高,而在西部层位含量较低;哈尔乌素煤中镓、锂与灰分呈正相关关系,与无机矿物质的亲和程度高;镓、锂的主要载体为高岭石、伊利石等硅酸盐黏土矿物以及勃姆石矿物。

基于水溶性煤沥青的MnO@C复合材料的制备及储锂性能研究

目的制备出具有高容量、良好的倍率性能和循环稳定性的MnO@C复合电极材料。方法使用水溶性煤沥青及KMnO4为原料,通过水热法制备出Mn3O4@C前驱体。然后经过高温碳热还原制备MnO@C复合电极材料。通过SEM、XPS、XRD和Raman等分析技术对MnO@C复合材料的形貌、表面、结构等进行表征,并使用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗等电化学分析技术对其电化学性能进行了评价。结果TEM和SEM结果表明,制备的水溶性煤沥青表面丰富的含氧官能团与MnSO4溶液中的Mn2+之间有较强的相互作用,提供成核位点,进而促进了后续MnO@C材料中纳米颗粒的形成和均匀生长。这些纳米粒子的形成又起到了提升MnO@C电化学性能的作用。XRD、Raman和XPS结果表明,Mn3O4@C前驱体经过高温碳热还原反应生成MnO@C后,在MnO表面和包覆的碳材料之间生成了大量的Mn—O—C键。电化学结果表明,MnO@C电极在0.1 A/g电流密度下循环100圈后具有606.47 mAh/g较高的储锂容量,即使是在0.5 A/g大电流密度下循环400圈后仍具有293.83 m Ah/g的储锂容量。同时,电化学测试也表明,MnO@C复合材料具有非常好的倍率性能。结论使用鞍钢产的煤沥青根据混酸法制备了水溶性煤沥青。通过使用水溶性煤沥青和KMnO4成功地制备了Mn3O4@C前驱体。以Mn3O4@C前驱为原料,通过高温碳热还原法制备了MnO@C复合材料。在MnO表面包覆碳层不仅提供活性位点而且起到限制在充放电过程中MnO体积膨胀的作用。特别值得注意的是,Mn—O—C键构筑了MnO和碳层之间的快速导电通道,提升了电极反应动力学。