高铝粉煤灰中锂镓协同提取的热力学机制研究：Na2CO3焙烧与HCl浸出的高效回收策略

本文创新性地从热力学角度揭示了高铝粉煤灰（HACFA）中锂（Li）和镓（Ga）的协同提取机制。通过Na2CO3焙烧（900°C，质量比1:1.5）和HCl浸出（4 mol/L，90°C），Li/Ga提取率分别达97.1%和98.7%。研究阐明了惰性矿物（如莫来石、刚玉）向可溶性钠铝硅酸盐的相变规律，为工业固废高值化利用提供了理论支撑。

　　

Highlight

本研究通过热力学模拟揭示了高铝粉煤灰（HACFA）中锂（Li）和镓（Ga）的赋存形态及提取机制。Li主要富集于玻璃相中的LiAlO₂，而Ga则嵌入莫来石-刚玉-石英（MCQ）骨架。Na₂CO₃焙烧通过破坏Si-O-Al键，将惰性相转化为可溶性钠铝硅酸盐（SAS），而过度焙烧会生成硅酸胶体阻碍浸出。

Discussion

在最佳条件下（900°C焙烧60分钟，4 mol/L HCl浸出），Li的提取效率受原始宿主矿物（如莫来石）活化与新相（如LiAlSiO₄、Li₂CO₃）稳定性的双重调控，而Ga的释放仅依赖宿主矿物解离。酸浓度超过阈值时，H⁺会与SiO₄^4-形成凝胶层，抑制金属溶出。

Conclusion

研究证实HACFA中79.9 wt%为晶相（莫来石72.7 wt%），20.1 wt%为玻璃相。Na₂CO₃通过"氧空位填充-桥氧键断裂"机制重构矿物结构，而HCl选择性溶解钠化产物。该策略为从粉煤灰（CFA）中回收关键金属提供了热力学设计范式。