Способ извлечения лития из смеси лепидолитового и сподуменового концентратов
Владельцы патента RU 2299253:
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (RU)
Изобретение относится к металлургии, в частности к способу переработки лепидолитовых и сподуменовых концентратов. Способ включает приготовление шихты из смеси концентратов и флюса, активирующую подготовку шихты, водное выщелачивание активированной шихты. Приготовление шихты выполняют из смеси концентратов из расчета получения массового соотношения SiO2/(Na2O+K2O+Li2O) в смеси, равного 4,5, и кальцинированной соды из расчета получения массового соотношения SiO2/(Na2O+K2O+Li2O) в шихте, равного 2,5, активирующую подготовку шихты проводят путем ее плавки при температуре 1350°С, грануляции плава водой, измельчения гранулированного плава, а перед водным выщелачиванием готовят пульпу из измельченного гранулированного плава и добавляют в нее серную кислоту для перевода лития в водорастворимый сульфат лития. Техническим результатом является повышение степени извлечения лития, сокращение расхода флюса и снижение затрат. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии, в частности к переработке лепидолитовых и сподуменовых концентратов.
Лепидолит (KL1,5Al1,5[Si3AlO10][F, OH]2), сподумен (LiAl2[Si2O6]) и амблигонит (LiAl[PO4][F,OH]2) являются одними из основных промышленных минералов лития [1, стр.12-18,20, 28-31, 90]. В горно-обогатительных производствах лепидолит, сподумен и амблигонит извлекают из руд в соответствующие концентраты. Вследствие низкого содержания лития в литиевых концентратах (не более ˜4 мас.% [1, стр.92]) известные способы извлечения из них лития являются технически труднореализуемыми и весьма дорогостоящими.
Для извлечения лития из его минералов может быть использовано большое число известных способов: сернокислотных, сульфатных, известковых и других [1, стр.121-157; 2, стр.226-272]. Основная часть указанных способов извлечения лития из литиевых концентратов рассчитана на переработку только индивидуальных минералов лития, что значительно сужает сырьевую базу литиевых производств. Число известных способов совместной переработки литиевых концентратов в настоящее время ограничено.
Известен способ извлечения лития из смеси сподуменового и амблигонитового концентратов [2, стр.243-249], принятый за аналог и включающий: 1) смешение сподуменового концентрата с известняком (в массовом соотношении 1:3) и добавление к полученной смеси амблигонитового концентрата в количестве 10-40 мас.%; 2) активирующую подготовку составленной из концентратов и известняка шихты путем ее спекания при температуре 800÷950°С с последующим измельчением опека; 3) водное выщелачивание активированной шихты (измельченного опека).
В результате спекания смеси концентратов с щелочноземельным флюсом - известняком - происходит щелочное разложение сподумена и амблигонита и образование нерастворимых в воде алюмината лития (Li2O·Al2O3) и силиката кальция (2CaO·SiO2). Однако за счет избытка известняка, подаваемого на стадию его спекания с концентратами, в процессе выщелачивания измельченного спека образуются водорастворимый гидроксид лития и нерастворимый в воде алюминат кальция:
.
После разделения пульпы со стадии выщелачивания измельченного спека на раствор гидроксида лития и кек (осадок силиката кальция и алюмината кальция), водной отмывки кека от щелочного раствора кек сбрасывают в отвал. Использование в способе-аналоге значительных объемов известняка на стадии его шихтовки с концентратами (115÷214% к суммарной массе концентратов) ведет к получению крайне бедной по содержанию лития сырьевой шихты (˜1 мас.% лития и менее), что обуславливает высокие затраты на извлечение лития из данной шихты, образование большой массы отвального кека (отмывка которого от гидроксида лития является сложной задачей), вследствие чего с кеком теряются значительные количества лития, так что извлечение лития из смеси концентратов в раствор составляет лишь 80÷90 мас.%.
Недостатками способа-аналога переработки смеси сподуменового и амблигонитового концентратов являются низкое извлечение лития из смеси концентратов в раствор, большой объем бедной по содержанию лития сырьевой шихты и высокие затраты на извлечение из нее лития, образование большого количества отвального кека, что требует высоких затрат на переработку больших объемов пульп кека в процессе его отмывки от гидроксида лития и захоронение кека на специальных дорогостоящих отвальных полях.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому способу является способ извлечения лития из смеси лепидолитового и сподуменового концентратов [2, стр.243-249], принятый за прототип и включающий: 1) смешение сподуменового концентрата с известняком (в массовом соотношении 1:3) и добавление к полученной смеси лепидолитового концентрата в количестве 10÷40 мас.%; 2) активирующую подготовку составленной из концентратов и известняка шихты путем ее спекания при температуре 900÷950°С с последующим измельчением спека; 3) водное выщелачивание активированной шихты (измельченного спека).
В результате спекания смеси концентратов с щелочноземельным флюсом - известняком - происходит щелочное разложение лепидолита и сподумена и образование нерастворимых в воде алюмината лития и силиката кальция. Однако за счет избытка известняка, подаваемого на стадию его спекания с концентратами, в процессе выщелачивания измельченного спека образуются водорастворимый гидроксид лития и нерастворимый в воде алюминат кальция [см. уравнение реакции (1)]. После разделения пульпы со стадии выщелачивания измельченного спека на раствор гидроксида лития и Al-, Са-, кремнийсодержащий кек, водной отмывки кека от щелочного раствора кек сбрасывают в отвал. Использование в способе-прототипе значительных объемов известняка на стадии его шихтовки с концентратами (115-214% к суммарной массе концентратов) ведет к получению крайне бедной по содержанию лития сырьевой шихты (˜1 мас.% лития и менее), что обуславливает высокие затраты на извлечение лития из данной шихты, образование большой массы отвального кека (отмывка которого от гидроксида лития является сложной задачей), вследствие чего с кеком теряются значительные количества лития, так что извлечение лития из смеси концентратов в раствор составляет всего 80÷84 мас.%
Недостатками способа-прототипа переработки смеси лепидолитового и сподуменового концентратов являются низкое извлечение лития из смеси указанных концентратов в раствор, большой объем бедной по содержанию лития сырьевой шихты и высокие затраты на извлечение из нее лития, образование большого количества отвального кека, что требует высоких затрат на переработку больших объемов пульп кека в процессе его отмывки от гидроксида лития и захоронение кека на специальных дорогостоящих отвальных полях
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа совместной переработки лепидолитового и сподуменового концентратов, обеспечивающего высокое извлечение лития из смеси указанных концентратов в раствор при сокращении массы исходной сырьевой шихты и затрат на извлечение из нее лития, при малых объемах отвального кека, низких затратах на отмывку кека от литийсодержащего раствора и захоронение кека на специальных отвальных полях.
Решение поставленной задачи и достижение соответствующих технических результатов обеспечивается тем, что в известном способе извлечения лития из смеси лепидолитового и сподуменового концентратов, включающем приготовление шихты из смеси концентратов и флюса, активирующую подготовку шихты и водное выщелачивание активированной шихты, согласно изобретению исходную шихту готовят из смеси лепидолитового и сподуменового концентратов из расчета получения массового соотношения SiO2/(Na2O+K2O+Li2O) в смеси, равного 4,5, и кальцинированной соды в качестве флюса из расчета получения массового соотношения SiO2/(Na2O+K2O+Li2O) в шихте, равного 2,5, активирующую подготовку шихты проводят путем ее плавки при температуре 1350°С, грануляции плава водой, измельчения гранулированного плава, а перед водным выщелачиванием из измельченного гранулированного плава готовят пульпу и добавляют в нее серную кислоту для перевода лития в водорастворимый сульфат лития.
Указанная совокупность признаков является новой, не известной из уровня техники, так как в результате плавления щелочной Li-, K-, натрийсодержащей шихты, приготовленной заявляемым способом, и последующей водной грануляции плава происходит щелочное разложение лепидолита и сподумена с образованием фаз лития, практически полностью вскрывающихся серной кислотой. Последующим взаимодействием полученного таким образом гранулята с серной кислотой обеспечивают перевод лития из гранулята в водорастворимый сульфат лития, за счет чего на стадии сернокислотного выщелачивания гранулята достигают практически полного извлечения лития из гранулята в сульфатный раствор. Расход флюса в заявляемом способе составляет ˜18% к массе смеси концентратов, против 115-214% к массе смеси концентратов в способе-прототипе. За счет этого в заявляемом способе обеспечивается соответствующее снижение массы исходной сырьевой шихты и затрат на извлечение из нее лития, сокращение массы образующегося отвального кека и затрат на его отмывку и захоронение по сравнению со способом-прототипом.
Способ осуществляется на обычном оборудовании. Химический состав использованных лепидолитового и сподуменового концентратов представлен в табл.1.
| Таблица 1 | ||||
| Содержание компонентов в лепидолитовом и сподуменовом концентратах, мас.% | ||||
| Наименование концентрата | Li20 | К20 | Na2O | SiO2 |
| Лепидолитовый | 4,28 | 8,19 | 1,68 | 58,60 |
| Сподуменовый | 7,92 | 1,90 | 1,93 | 63,15 |
Для осуществления заявляемого способа готовят смеси, состоящие из лепидолитового и сподуменового концентратов [с массовым соотношением SiO2/(Na2O+K2O+Li2O), равным 4,5], к которым подшихтовывают различные количества кальцинированной соды. Приготовленные образцы шихты загружают в графитовые тигли и плавят при температуре 1350°С в течение 30-ти мин. Расплав сливают в холодную воду (температура воды ˜15°С), полученные гранулы измельчают. Измельченный гранулят распульповывают в воде при соотношении Т:Ж=1:0,8. В полученную пульпу добавляют 93%-ную серную кислоту из расчета 0,7 мл на 1 г плава. Образующиеся сульфаты выщелачивают водой при Т:Ж=1:3 (по исходному грануляту), температуре 95°С в течение 40 минут. Полученную сернокислую пульпу фильтруют, отфильтрованный кек подвергают 2-кратной фильтр-репульпационной отмывке водой, подкисленной серной кислотой до концентрации кислоты в воде 10 г/л, при Т:Ж=1:6 (по исходному грануляту) и температуре 90°С в течение 15 минут. По остаточному содержанию лития в кеке определяют полноту извлечения лития из концентрата в раствор.
В табл.2 приведены результаты осуществления способа по заявляемому изобретению и для сравнения - по способу-прототипу (условные обозначения, принятые в табл.2: ЛК - лепидолитовый концентрат, СК - сподуменовый концентрат).
Из данных, представленных в табл.2, следует, что при осуществлении заявляемого способа (пример 3) извлечение лития составляет 99 мас.%. При этом в данном примере смесь лепидолитового и сподуменового концентратов составлена из расчета получения массового соотношения SiO2/(Na2O+K2O+Li2O) в указанной смеси, равного 4,5, а карбонат натрия добавляют к данной смеси концентратов из расчета получения массового соотношения SiO2/(Na2O+K2O+Li2O) в шихте концентратов и соды, равного 2,5, т.е. при добавке флюса в количестве 18% к массе смеси концентратов. Увеличение добавки карбоната натрия к шихте до 25 мас.% (пример 4, табл.2) не влияет на извлечение лития и экономически не целесообразно из-за повышения при этом расхода флюса, энергозатрат на плавку шихты, расхода серной кислоты на нейтрализацию гранулята. При недостаточной добавке щелочного флюса к смеси концентратов (примеры 1 и 2, табл.2) извлечение лития в сульфатный раствор значительно снижается, т.к. на стадии щелочной активации шихты не хватает натрия для образования кислотовскрываемых фаз лития.
| Таблица 2 | ||||||||
| Сравнительные показатели процесса извлечения лития из смесей литиевых концентратов по заявляемому способу и способу-прототипу | ||||||||
| Содержание SiO2, Li2O, K2O, Na2O и соотношение | Добавка | |||||||
| Способ реализации | Массовое соотношение СК/ЛК в их смеси | SiO2/(Na2O+K2O+Li2O) в смеси СК и ЛК | Na2CO3 | |||||
| № | SiO2, | Li2O, | К2O, | Na2O, | SiO2/(Na2O+K2OLi2O), | (СаСО3) к смеси концентратов, мас.% | ||
| примера | мас.% | мас.% | мас.% | мас.% | ||||
| (мас.) | ||||||||
| 1 | Заявляемый способ | 1,0/1,8 | 60,2 | 5,6 | 5,9 | 1,8 | 4,5 | 0 |
| 2 | 1,0/1,8 | 60,2 | 5,6 | 5,9 | 1,8 | 4,5 | 11 | |
| 3 | 1,0/1,8 | 60,2 | 5,6 | 5,9 | 1,8 | 4,5 | 18 | |
| 4 | 1,0/1,8 | 60,2 | 5,6 | 5,9 | 1,8 | 4,5 | 25 | |
| 5 | Способ-прототип | 1,0/1,6 | - | - | - | - | - | (115) |
| 6 | 1,0/0,4 | - | - | - | - | - | (214) |
| Окончание таблицы 2 | |||||||
| Масса шихты(количество Li в шихте), г | Масса гранулята (спека), | Масса отвального кека, г | |||||
| № примера | Способ реализации | Массовое соотношение SiO2/(Na2О+K2O+Li2O)в шихте | Количество Li в отвальном кеке, г | Извлечение Li в расвор (по кеку), мас.% | |||
| г | |||||||
| 1 | Заявляемый способ | 4,5 | 38,4(1) | 35,8 | 25,4 | 0,50 | 50,0 |
| 2 | 3,1 | 42,6(1) | 39,9 | 27,5 | 0,10 | 90,0 | |
| 3 | 2,5 | 45,3(1) | 42,7 | 28,1 | 0.01 | 99,0 | |
| 4 | 2,4 | 48,0(1) | 45,2 | 29,0 | 0,01 | 99,0 | |
| 5 | Способ-прототип | - | 67,1(1) | 48,1 | 41,3 | 0,16 | 84,0 |
| 6 | - | 98,0(1) | 64,7 | 58,1 | 0,20 | 80,0 |
Для сравнения с заявляемым изобретением в табл.2 представлены результаты извлечения лития из смесей лепидолитового и сподуменового концентратов по способу-прототипу (примеры 5 и 6), по которому извлечение лития составляет всего 80-84 мас.%.
Таким образом, заявляемый способ позволяет эффективно извлекать литий из смеси литиевых концентратов. По сравнению со способом-прототипом заявляемый способ обеспечивает (табл.2):
1) повышение извлечения лития из смеси концентратов в раствор с 80÷84 до 99 мас.%;
2) многократное снижение расхода флюса на плавку смеси концентратов; 3) практически двукратное сокращение массы исходной сырьевой шихты при соответствующем снижении затрат на ее переработку с извлечением лития из смеси концентратов в раствор; 4) практически двукратное сокращение массы отвального кека при соответствующем снижении затрат на отмывку кека от литийсодержащего раствора и захоронение кека на специальных отвальных полях.
Источники информации
1. Остроушко Ю.И., Бучихин П.И., Алексеева В.В. и др. Литий, его химия и технология. М.: Атомиздат, 1960. - 200 с.
2. Плющев В.Е., Степин Б.Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. М.: Химия, 1970. - 408 с.
Способ извлечения лития из смеси лепидолитового и сподуменового концентратов, включающий приготовление шихты из смеси концентратов и флюса, активирующую подготовку шихты и водное выщелачивание, отличающийся тем, что шихту готовят из смеси лепидолитового и сподуменового концентратов из расчета получения массового соотношения SiO2(Na2O+K2O+Li2O) в смеси, равного 4,5, с использованием в качестве флюса кальцинированной соды из расчета получения массового соотношения SiO2(Na2O+K2O+Li2O) в шихте, равного 2,5, активирующую подготовку шихты проводят путем ее плавки при температуре 1350°С, грануляции плава водой, измельчения гранулированного плава, а перед водным выщелачиванием из измельченного гранулированного плава готовят пульпу и добавляют в нее серную кислоту для перевода лития в водорастворимый сульфат лития.
