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。

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%。

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。

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。

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。

煤基石墨锂电负极材料的研究进展

近年来,煤基石墨作为锂离子电池的负极材料,受到了广泛的关注和研究。煤基石墨负极材料具有储量丰富、成本低、电化学性能优良等优点。主要概述了煤基石墨在锂电负极材料领域的研究进展,主要包括其结构特性、改性方法以及在提高电池能量密度、循环稳定性和倍率性能等方面的研究成果。煤基石墨的性能通过表面修饰、纳米化处理和复合材料设计等技术手段得到了显著提升。此外,还分析了煤基石墨作为负极材料的关键性能,并展望了未来可能的研究方向和应用前景。

煤矿用锂离子蓄电池设计及保护

煤矿作业环境恶劣,对供电设备可靠性、安全性提出了更高要求。锂离子蓄电池以其能量密度高、循环寿命长等优势,成为煤矿储能系统的理想选择。然而,锂离子蓄电池在高负荷工况下存在一定的安全隐患,须结合煤矿特殊需求进行优化设计与保护。本文分析了煤矿用锂离子蓄电池的设计原理,重点探讨了过充电、过放电、短路、高温等故障的防控策略,并通过实际工程案例,论证了优化设计的可行性和应用效果。研究表明,采用主动均衡、硬件保护、热管理等措施,可有效提升电池系统的安全性与可靠性,为煤矿安全高效开采提供坚实的能源保障。

从粉煤灰中提锂的技术研究进展

随着电池和电动汽车的迅速发展,锂的消耗量显著增长,人类对锂资源的需求日益增大。锂矿资源已日渐枯竭,从固体废弃物粉煤灰中提锂已成为研究热点。本文对国内外从粉煤灰中浸出锂和从浸出液中分离提取锂两个方面综述了目前粉煤灰回收锂的主要工艺技术。湿法冶金是从粉煤灰中回收锂的主要方法,主要通过酸法或碱法将锂浸出,然后采用沉淀、萃取、吸附等方法得到锂化合物产品。采用吸附法可从低浓度溶液中回收锂资源。碱法浸出工艺选择性好,碱浸-沉淀-母液循环工艺具有较好的工业化前景。

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。

矿用防爆锂电池车辆换电技术的研究

基于矿用防爆锂电池车辆续航短、充电慢等问题,研究了国内外换电技术的现状和整个行业发展情况,结合目前市场现状,以太原煤科院生产的大容量防爆锂电池车为例,设计了一套适用于矿用防爆锂电池车辆的换电方案,用三维建模、仿真分析及模拟试验等手段,验证了方案的可行性及可靠性,为后续矿用防爆电动车辆换电技术的研究及落地实施提供一些参考。

煤中某些伴生金属元素的综合利用指标探讨

随着煤炭综合开发利用的增加,急需确定煤中大部分伴生元素综合回收利用的品位和边界品位,以便在煤炭勘探阶段采取综合评价措施,降低勘探成本。参照《矿产工业要求参考手册》中各类元素的工业品位和边界品位,世界煤中微量元素平均含量,以及根据国家各项技术经济政策和市场要求,综合考虑给出原煤中部分伴生微量元素综合回收利用指标,建议锂、铀、钍和稀土的综合回收利用指标分别应该为120,40,150和300 mg/kg。

锂提取方法研究进展与展望

随着锂资源应用领域的拓宽,含锂矿石、含锂盐湖卤水和海水中蕴藏的锂资源已成为当前研究的重要对象。本文首先简单介绍了锂资源研究现状,然后重点总结和比较了从不同来源中提取锂的方法,其中包括:采用硫酸法从花岗伟晶岩矿石中提取锂,运用碳酸盐沉淀法、溶剂萃取法和吸附法提取盐湖卤水和海水中的锂资源。另外,笔者还对煤中伴生锂提取的前景进行了探讨,最后对上述提取方法的优缺点进行了总结。

煤系中的锂矿产:赋存分布、成矿与资源潜力

锂作为一种重要的战略性金属矿产,成为近些年来矿产资源勘探领域的热点。锂矿床的类型主要包括卤水型、花岗伟晶岩型和黏土型等。煤和含煤岩系中的战略性金属矿产研究取得了较多的进展,典型的有锗、镓-铝、铀、稀土、铌-锆等煤系共伴生金属矿产类型。煤中锂在过去相当长的时间内未被当作可从煤中开发利用的金属,仅在2008年后才得到较多关注和研究。煤中锂含量超过一定品位时,可形成与煤共伴生的锂矿床,属于沉积型锂矿床,但由于锂的原子序数低、赋存状态多样,是煤中赋存状态研究难度较大的元素之一。基于前人的研究,并结合煤系金属矿床特点,提出煤系中共伴生锂矿床的边界品位为Li_(2)O含量为0.08%(高温灰基)。我国煤系锂资源主要分布在华北的石炭—二叠系地层,少数分布在南方。迄今发现的品位最高的煤系锂矿床主要有山西晋城地区晚石炭世煤层、内蒙古准格尔官板乌素矿晚石炭世煤层以及重庆草堂矿晚三叠世煤层(Li_(2)O含量均大于0.2%,高温灰基),其中锂最重要的载体均为锂绿泥石或含锂的绿泥石。以上3个煤系锂矿床中Li的异常富集均为热液成因。煤系锂矿床中常还共伴生Ga和REY等战略性金属,有望实现煤系多种战略性金属矿产资源的协同开发和综合利用。

煤基炭材料的结构及其嵌锂行为

以兖州煤为原料 ,在 70 0～ 10 0 0℃下热裂解制备煤基炭材料。氮气物理吸附和X射线衍射分别考察了炭材料的BET比表面积、孔容以及微晶结构的变化 ;并将炭材料制作成电极以考察其嵌锂行为。研究发现随着热处理温度的升高 ,煤基炭材料的微晶结构变得有序 ,而BET比表面积、孔容以及首次充放电可逆容量呈现下降趋势。在 70 0℃下热裂解所制备的炭材料 ,其放电容量高达 470mAh/ g。