СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЛИТИЯ ИЗ СМЕСИ ЛЕПИДОЛИТОВОГО И СПОДУМЕНОВОГО КОНЦЕНТРАТОВ Российский патент 2007 года по МПК C22B26/12 

Изобретение относится к металлургии, в частности к переработке лепидолитовых и сподуменовых концентратов.

Лепидолит (KL_1,5Al_1,5[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 1Содержание компонентов в лепидолитовом и сподуменовом концентратах, мас.%Наименование концентратаLi₂0К₂0Na₂OSiO₂Лепидолитовый4,288,191,6858,60Сподуменовый7,921,901,9363,15

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 2Сравнительные показатели процесса извлечения лития из смесей литиевых концентратов по заявляемому способу и способу-прототипу   Содержание SiO₂, Li₂O, K₂O, Na₂O и соотношениеДобавка Способ реализацииМассовое соотношение СК/ЛК в их смесиSiO₂/(Na₂O+K₂O+Li₂O) в смеси СК и ЛКNa₂CO₃№SiO₂,Li₂O,К₂O,Na₂O,SiO₂/(Na₂O+K₂OLi₂O),(СаСО₃) к смеси концентратов, мас.%примерамас.%мас.%мас.%мас.%    (мас.)  1Заявляемый способ1,0/1,860,25,65,91,84,5021,0/1,860,25,65,91,84,51131,0/1,860,25,65,91,84,51841,0/1,860,25,65,91,84,5255Способ-прототип1,0/1,6-----(115)61,0/0,4-----(214)

Окончание таблицы 2   Масса шихты(количество Li в шихте), гМасса гранулята (спека),Масса отвального кека, г  № примераСпособ реализацииМассовое соотношение SiO₂/(Na₂О+K₂O+Li₂O)в шихтеКоличество Li в отвальном кеке, гИзвлечение Li в расвор (по кеку), мас.%г1Заявляемый способ4,538,4(1)35,825,40,5050,023,142,6(1)39,927,50,1090,032,545,3(1)42,728,10.0199,042,448,0(1)45,229,00,0199,05Способ-прототип-67,1(1)48,141,30,1684,06-98,0(1)64,758,10,2080,0

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.

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.

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.