多金属结核制备锂离子筛的反应机理的研究.pdfVIP

第，。卷专辑 中 国 稀土 学 报 z呲年s月 翌：!!墅!!：望竺 一—些竺些些竺塑型竺竺坚竺坠竺坠墼垒—————————尘垒型坠 多金属结核制备锂离子筛的反应机理研究 范艳青‘，冯林永，蒋训雄，汪胜东，蒋伟，刘巍，张登高 (北京矿冶研究总院，北京100044) 摘要：采用XRD、TG．DTG、XPS及有关热力学计算，研究了多金属结核制备离子筛的反应机理。离子筛的形成机理可表述为： 在温度低于413℃时主要反应为结核中的铜钴镍铁锰元素间形成复合氧化物，在413～520℃时主要反应为锂进入复合氧化物 晶格中形成离子筛。理论分析计算与验证试验结果一致。 关键词：多金属结核；离子筛；反应机理 中图分类号：TF803 文献标识码：A 文章编号：1000-4343(2012)-0647_05 大洋多金属结核是1873年英国“挑战者”号考 察船于摩洛哥西南海域最早发现的，是一种赋存于 水深3000～6000m，以锰、铁水合氧化物为主的海 洋自生沉积型矿物‘1，21。据Mero估算，整个大洋底 表面储量达3万亿t，其中含镍164亿t、铜88亿t、 钴58亿t、锰4000亿t以及Pt和稀土元素[3]o此外， 它还处于不断生长中，仅太平洋每年就新增1000 万t，是目前最引人注目的潜在矿产资源之一[4，51。 大洋多金属结核矿物具有大的比：表面积和发达 图1锰矿物的△G—T和△H．T AG—TandAH—T 孔隙，是制备锂离子筛的理想原料。课题组用这种 Fig，1 ofmanganesephase 矿物作原料成功地合成了饱和吸附容量大于15 图1是各反应的热力学数据，曲线G1、G2和 mg／g的离子筛Lil+xMn2．x-yMy04(尖晶石结构)，发现 G3分别对应式(1)～(3)在不同温度的反应吉布斯自 了用一种天然矿物制备离子筛的新工艺。本文主要 由能变化，曲线H1，H2和H3对应的是反应焓变。 探索大洋多金属结核制备“1hMn2。口vI。04的反应 根据反应吉布斯自由能最小原理，锰矿物在加热过 机理。 1反应热力学分析 的△H均为正，为吸热过程。 1．2针铁矿的热力学 1．1锰矿物的热力学 多金属结核中铁主要以针铁矿和水针铁矿存 多金属结核中的锰矿物有钡镁锰矿、水羟锰矿 在，在加热过程中可发生反应(4)～(6)。 和钠水锰矿，主要成份为MnO：，在加热过程中会 2FeOOH=Fe203+H20(4) 发生分解反应式(1)~(3)。 (5) Mn02=l／2Mn203+l／402(1) FeOOH2FeO+I／2H20+1／202(6) Mn02=l／3Mn304+l／302(2) (31 Mn02=MnO+1／202 自由能曲线G4上看，针铁矿在大于35℃时就能分 收稿日期：201卜12—25；修订日期：2012—04—10 基金项目：国家863计划项目(2008AA062111) 作者简介：范艳青(1975)，女，硕士，高级