Способ вакуум-термического получения лития

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2449034:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения лития вакуум-термическим методом при использовании вакуумной шахтной электропечи сопротивления в режиме совмещенного процесса синтез-восстановление-конденсация. Исходную шихту брикетируют при следующем соотношении компонентов, вес.%: гидроксоалюминат лития 45-50, карбонат лития 20-25, алюминиевый порошок - остальное. Полученные брикеты размещают в реакционной камере шахтной электропечи. В печи создают вакуум. Брикеты равномерно нагревают до температуры синтеза алюмината лития из его гидроксоалюмината и карбоната. Далее брикеты выдерживают при указанной температуре до окончания синтеза. Затем нагревают синтезированную смесь до температуры восстановления металлического лития и выдерживают при этой температуре до окончания его восстановления и получения в виде конденсата. Конденсат охлаждают до комнатной температуры и извлекают из печи. Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат, снижение времени, необходимого для получения слитка металлического лития, готового для последующего использования, до одной рабочей смены, без использования дорогостоящего инертного газа. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Известен способ получения лития путем алюминотермического восстановления в вакууме предварительно синтезированных алюминатов лития, полученных в результате обработки исходной смеси, содержащей в качестве одного из компонентов карбонат лития (RU 2149911 С1, опубл. 27.05.2000, кл. С22В 26/12).

Недостатками этого способа являются длительное время и большое количество операций, необходимое для осуществления способа, а также загрязнение окружающей среды литийсодержащей пылью.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является способ получения лития, который включает приготовление исходной смеси, содержащей карбонат лития, порошок алюминия и инертную алюмосодержащую добавку, и ее обработку в режиме совмещения процессов диссоциация-восстановление-расплавление (RU 2205240 С1, опубл. 27.05.2003, С22В 26/12).

Недостатками этого способа являются довольно длительный период осуществления способа, необходимость проведения операции расплавления металлического лития, значительное потребление энергоресурсов, а также использование при проведении способа дорогостоящих инертных газов.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в снижении энергозатрат, а также снижении времени, необходимого для получения слитка металлического лития, готового для последующего использования, до одной рабочей смены, без использования дорогостоящего инертного газа.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

В способе вакуум-термического получения лития осуществляют брикетирование исходной шихты, содержащей (вес.%):

гидроксоалюминат лития - 45-50,

карбонат лития - 20-25,

алюминиевый порошок - остальное.

Полученные брикеты размещают внутри шахтной электропечи, в реакционном пространстве которой создают вакуум с помощью одновременной работы диффузионного вакуумного и форвакуумного насосов. Затем проводят равномерный нагрев шихты до температуры, при которой происходит синтез алюминатов лития, и выдерживают при этой температуре до окончания процесса.

После этого производят нагрев синтезированной смеси до температуры, при которой происходит ее восстановление до металлического лития, и выдерживают при этой температуре до окончания восстановления и получения металлического лития в виде конденсата. Полученный конденсат охлаждают до комнатной температуры и извлекают из печи.

При этом в конкретном случае брикетирование исходной смеси может быть осуществлено в пресс-форме при давлении 200-250 мПа.

Вакуумирование реакционной камеры может проводиться в конкретном случае до давления остаточных газов 100-150 Па.

При синтезе алюминатов лития нагрев шихты в конкретном случае может проводиться до температуры 600-650°С и выдерживаться при этой температуре в течение 1-1,5 часа.

При восстановлении синтезированной смеси в конкретном случае ее нагревают до температуры 1000-1150°С и выдерживают при этой температуре в течение 1-4 часов.

Способ получения лития, осуществляемый согласно настоящему изобретению, позволяет:

- снизить энергозатраты за счет снижения температуры процесса синтез-восстановления до 600-650°С,

- снизить время, необходимое для получения слитка металлического лития, готового для последующего использования, до одной рабочей смены за счет использования брикетов из алюминатов лития в виде наноразмерных порошков с примесью пудры алюминия,

- не использовать в ходе процесса дорогостоящий инертный газ за счет одновременной работы системы форвакуумного и диффузионного насосов, создающих вакуум.

Способ получения лития осуществляют следующим образом.

Готовят исходную смесь (шихту), содержащую гидроксоалюминат лития 45-50, карбонат лития 20-25, алюминиевый порошок - остальное.

Для вакуум-термического получения лития используют вакуумную шахтную электропечь сопротивления.

Приготовленную шихту брикетируют в пресс-форме при возможном давлении 200-250 мПа и полученные брикеты загружают во внутреннее пространство электропечи.

При давлении ниже 150 мПа брикеты получаются хрупкими и рассыпаются, что приводит к снижению выхода металлического лития.

При давлении более 250 мПа требуется более сложное и дорогостоящее оборудование.

В реакционном пространстве электропечи создают вакуум до давления остаточных газов 100-150 Па с помощью одновременной работы диффузионного вакуумного насоса и форвакуумного насоса.

Затем проводят равномерный нагрев шихты до температуры, при которой происходит синтез алюминатов лития, т.е. до температуры, равной 600-650°С.

При давлении ниже 100 Па процесс синтеза алюминатов лития протекает неполно.

При давлении более 150 Па требуется более сложное и дорогостоящее оборудование, что экономически нецелесообразно.

При синтезе происходит соединение гидроксоалюмината лития с карбонатом лития с получением богатого по литию пятилитиевого алюмината, что значительно облегчает выход паров лития на второй стадии проведения способа.

При температуре, меньшей 600°С, не пойдет реакция синтеза пятилитиевого алюмината и резко снижается выход по металлическому литию с 95-97% до 65%.

При температуре больше 650°С возможно частичное расплавление шихты, что также приведет к снижению выхода металлического лития с 95-97% до 60-65% и загрязнению шихты материалами реторты.

При этой температуре смесь выдерживают до окончания процесса в течение 1-1,5 часов.

При выдерживании менее 1 часа смесь гидроксодиалюмината лития и карбоната лития взаимодействует не в полном объеме и снижается выход промежуточного продукта - пятилитиевого алюмината, что приведет к снижению выхода металлического лития более чем на 25-30%.

При выдерживании более 1,5 часов повышается расход электроэнергии и существенно повышается расход мелкодисперсной алюминиевой пудры, что ведет к увеличению затрат на производство.

После этого производят нагрев синтезированной смеси до температуры 1000-1150°С, при которой происходит ее восстановление до металлического лития, и выдерживают при этой температуре в течение 1-4 часов до окончания восстановления и получения металлического лития в виде конденсата в конденсаторе.

При температуре ниже 1100°С реакция восстановления лития не осуществляется и снижается выход металлического лития.

При температуре выше 1150°С существенно возрастает расход электроэнергии и возникает опасность загрязнения образующегося высокоактивного литиевого конденсата металлом от конденсатора.

При времени процесса восстановления лития менее 2,5 часов восстановление металла пройдет не полностью и снизится выход металлического лития с 95-97% до 75-85%.

При времени процесса восстановления лития более 4 часов существенно увеличиваются энергозатраты и продолжительность всего процесса.

Полученный конденсат охлаждают в кристаллизаторе с помощью системы охлаждения до комнатной температуры и извлекают из электропечи.

В таблице приведены конкретные примеры осуществления способа.

№	Состав шихты	Стадии	Температура, °С	Давление, Па	Время, час	Извлечение лития, %
1	гидроксодиалюминат лития (50 вес.%)+Li₂CO₃ (20 вес.%)+Al (30%)	1	600	150	1,5
1		2	1000	150	4	95.0

2	гидроксодиалюминат лития (45 вес.%)+Li₂CO₃ (25 вес.%)+Al (30%)	1	650	100	1
2		2	1150	100	3	97.0

1. Способ вакуум-термического получения лития, включающий брикетирование исходной шихты, содержащей, вес.%:

гидроксоалюминат лития	45-50
карбонат лития	20-25
алюминиевый порошок	остальное

размещение полученных брикетов в реакционной камере шахтной электропечи, в которой создают вакуум с помощью одновременной работы диффузионного вакуумного и форвакуумного насосов, равномерный нагрев брикетов до температуры синтеза алюмината лития из его гидроксоалюмината и карбоната и выдержку при этой температуре до окончания синтеза, нагрев синтезированной смеси до температуры восстановления металлического лития и выдержку при этой температуре до окончания его восстановления и получения в виде конденсата, который охлаждают до комнатной температуры и извлекают из печи.

2. Способ по п.1, в котором брикетирование исходной смеси осуществляют в пресс-форме при давлении 200-250 МПа.

3. Способ по п.1, в котором вакуумирование реакционной камеры проводят до остаточного давления 100-150 Па.

4. Способ по п.1, в котором брикеты нагревают до температуры 600-650°С и выдерживают при этой температуре в течение 1-1,5 ч.

5. Способ по п.1, в котором синтезированную смесь нагревают до температуры 1000-1150°С и выдерживают при этой температуре в течение 1-4 ч.

Изобретение относится к производству фтористых солей, в частности к способу получения гексафторофосфата лития. .

Способ комплексной переработки необогащенных сподуменовых руд с получением литиевых продуктов и цементов // 2390571

Изобретение относится к способу комплексной переработки необогащенных сподуменовых руд с получением литиевых продуктов и цементов. .

Способ извлечения лития из сподуменсодержащего бериллового концентрата // 2371492

Изобретение относится к способу переработки сподуменсодержащих концентратов бериллия. .

Способ переработки концентрата бета-сподумена // 2361939

Изобретение относится к металлургии лития, в частности к способу переработки концентрата -сподумена для извлечения лития с получением карбоната лития. .

Способ переработки концентрата -сподумена // 2360986

Изобретение относится к металлургии лития, в частности к способу извлечению лития из -сподуменовых концентратов с получением карбоната лития. .

Способ получения концентрированных растворов сульфата лития из концентрата -сподумена // 2360017

Изобретение относится к металлургии лития, в частности к извлечению лития из сподуменовых концентратов и способу получения концентрированных растворов сульфата лития из концентрата -сподумена.

Способ извлечения бериллия из бериллсодержащего сподуменового концентрата // 2356963

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу извлечения бериллия из бериллсодержащего сподуменового концентрата. .

Способ извлечения лития из минерального сырья // 2356961

Изобретение относится к переработке литийсодержащего сырья, в частности к способу извлечения лития из минерального сырья. .

Способ извлечения лития из смеси лепидолитового и сподуменового концентратов // 2352659

Изобретение относится к переработке лепидолитовых и сподуменовых концентратов. .

Способ получения литийсодержащего глинозема из сподуменового концентрата // 2352658

Изобретение относится к переработке сподуменового концентрата. .

Вакуумная шахтная электропечь сопротивления для вакуум-термического получения лития // 2452782

Шихта для извлечения лития из смеси литиевых концентратов // 2531019

Изобретение относится к металлургии. Шихта для извлечения лития содержит смесь сподуменового (СК) и лепидолитового (ЛК) литиевых концентратов и карбонат натрия. Причем шихта содержит карбонат натрия из расчета получения массового соотношения SiO2/(Na2O+K2O+Li2O), равного 2,2÷2,3, а сподуменовый и лепидолитовый концентраты содержит при массовом соотношении СК/ЛК, равном (1,0÷1,3):1,0, и массовом соотношении оксидов SiO2/(Na2O+K2O+Li2O), равном 4,7÷4,8. Обеспечивается повышение степени извлечения лития. 1 табл.

Способ переработки смеси литиевых концентратов // 2546952

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу переработки лепидолитовых и сподуменовых концентратов. Способ включает приготовление шихты из лепидолитового и сподуменового концентратов, активирующую подготовку шихты, получение сернокислотного раствора сернокислотным выщелачиванием с разделением пульпы выщелачивания на раствор сульфата лития и кек. При этом перед сернокислотным выщелачиванием активированную шихту сульфатизируют серной кислотой с расходом 1,2÷1,6 мл на 1 г смеси в течение 4÷6 мин, а сернокислотному выщелачиванию подвергают сульфатизированную шихту и ведут его в течение 40÷50 мин. Техническим результатом является повышение степени извлечения лития в раствор и снижение времени выщелачивания. 1 табл., 1 пр.

Способ переработки литиевого концентрата // 2547052

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу переработки литиевых концентратов. Способ включает сульфатизацию концентрата серной кислотой, выщелачивание сульфатизированного концентрата, разделение пульпы выщелачивания на сульфатный раствор и нерастворимый кек. После промывки кека проводят сушку промытого кека. Далее ведут приготовление шихты из сухого кека с карбонатами лития, калия, натрия, оксидами магния, кальция, титана, цинка, трехвалентного хрома и с криолитом. Затем проводят плавление шихты, слив полученного плава в заливочную форму, его охлаждение, извлечение формовки и ее термообработку с образованием ситалла. В качестве исходного сырья используют лепидолитовый концентрат, который сульфатизируют при температуре 95÷100°C в течение 4-6 мин. При приготовлении шихты из сухого кека с карбонатами, оксидами и криолитом расход карбоната лития и карбоната калия составляет соответственно 11,1÷11,3 мас.% и 4,2÷4,3 мас.%. Техническим результатом является полное извлечение лития и калия в целевые продукты и снижение энергозатрат за счет снижения времени декрипитации и расхода реагентов. 1 табл., 1 пр.

Способ получения металлического лития с использованием продуктов переработки природных рассолов // 2616749

Изобретение относится к получению металлического лития. Способ включает подготовку шихты из безводных бромида и хлорида лития, расплавление шихты с получением расплава эвтектической смеси, содержащей 90 мас.% бромида лития и 10 мас.% хлорида лития, электролиз полученного расплава эвтектической смеси с выводом металлического лития из катодного пространства и бромовоздушной смеси из анодного пространства. Бром из бромовоздушной смеси абсорбируют раствором гидроксида лития с получением раствора бромида лития в присутствии карбамида, полученный раствор бромида лития обезвоживают путем СВЧ-нагрева при температуре 160-170°С c получением безводного бромида лития с остаточной влажностью не более 0,1%, который направляют на электролиз для восполнения убыли бромида лития в эвтектической смеси при электролизе. Обеспечивается утилизация выделяющегося на аноде брома, а также повышение чистоты получаемого лития. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Способ переработки лепидолитового концентрата // 2634559

Изобретение относится к переработке лепидолитового концентрата. Способ включает измельчение концентрата, сульфатизацию измельченного концентрата серной кислотой, выщелачивание сульфатизированного концентрата, разделение пульпы выщелачивания на сульфатный раствор и нерастворимый кек и промывку кека от сульфатного раствора. Концентрат измельчают до крупности -0,16 мм. Сульфатизацию измельченного концентрата проводят при расходе серной кислоты 0,8 мл/г концентрата, температуре 150°C в течение пяти часов. Выщелачивание сульфатизированного концентрата выполняют при соотношении Т:Ж=1:5 по исходному концентрату в течение 30 мин. Обеспечивается снижение продолжительности вскрытия концентрата и повышение извлечения лития. 1 табл., 1 пр.

Способ гидрометаллургического обратного извлечения лития из фракции гальванических батарей, содержащей фосфат лития и железа // 2638481

Изобретение касается способа гидрометаллургического обратного извлечения лития из содержащей фосфат лития и железа фракции использованных гальванических батарей. При реализации способа фракцию, содержащую фосфат лития и железа, с содержанием алюминия до 5 мас.% и размером частиц до 500 мкм вводят в серную или соляную кислоту, количество которой по меньшей мере стехиометрически равно содержанию лития во фракции, с добавлением пероксида водорода в количестве, по меньшей мере стехиометрически равном количеству подлежащего окислению железа во фракции. Отделенный раствор и промывочные растворы, содержащие сульфат или хлорид лития, объединяют и преобразуют в гидроксид лития с помощью электродиализа с использованием биполярных мембран. Техническим результатом являются обеспечение максимальной энергоэффективности процесса, устойчивость оборудования и повышение чистоты соединений лития. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 табл., 10 пр.

Способ гидрометаллургического обратного извлечения лития из фракции гальванических батарей, содержащей оксид лития и марганца // 2639416

Настоящее изобретение касается способа гидрометаллургического обратного извлечения лития из содержащей оксид лития и марганца фракции использованных гальванических батарей. При реализации способа указанную фракцию с размером частиц до 500 мкм, переводят в растворимое состояние введением при температурах от 30 до 70°C в щавелевую кислоту, количество которой стехиометрически избыточно в сравнении с содержанием марганца в оксиде лития и марганца. Процесс ведут при соотношении твердого вещества к жидкости в пределах от 10 до 250 г/л. Образовавшийся раствор, содержащий литий, отделяют, а оставшийся осадок отмывают по меньшей мере дважды. Отделенный раствор с литием и содержащие литий промывочные растворы объединяют. Остаточное содержание марганца, находящегося в растворенном состоянии, восстанавливают путем осаждения в виде гидроксида, отделяют и отмывают, а оставшийся раствор, содержащий литий, очищают далее путем преобразования в карбонат, хлорид или сульфат и при необходимости последующей кристаллизации. Техническим результатом является снижение энергозатратности процесса и чистота литиевых солей. 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Способ переработки лепидолитового концентрата // 2646296

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу переработки лепидолитового концентрата. Способ включает измельчение концентрата, сульфатизацию измельченного концентрата серной кислотой и выщелачивание водой сульфатизированного концентрата. Далее проводят разделение пульпы выщелачивания на сульфатный раствор и нерастворимый кек, промывку кека от сульфатного раствора. При этом концентрат сульфатизируют в течение 4-х часов и перед выщелачиванием сульфатизированный концентрат выдерживают в течение 14-ти суток при температуре 25°С. Техническим результатом является снижение энергоемкости процесса за счет снижения продолжительности сульфатизации. 1 табл., 1 пр.