Способ извлечения лития из смеси литиевых концентратов

Способ извлечения лития из смеси литиевых концентратов

Реферат

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

Сподумен (LiAl₂[Si₂O₆]), лепидолит (KLi_1,5Al_1,5[Si₃AlO₁₀][F,OH]₂) и амблигонит (LiAl[PO₄][F,OH]₂) - одни из основных промышленных минералов лития [1, стр.12-18, 20, 28-31, 90]. В горно-обогатительных производствах данные минералы извлекают из руд в соответствующие концентраты. Литиевые концентраты характеризуются низким содержанием лития (не более ˜4% мас. [1, стр.92]). По этой причине известные способы извлечения лития из указанных концентратов 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 известных 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, принятый за аналог [2, стр.243-249] 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 спека).

Спеканием смеси концентратов с щелочноземельным флюсом - известняком, достигается щелочное разложение сподумена и амблигонита и образуются нерастворимые в воде алюминат лития (Li₂O·Al₂O₃) и силикат 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 опека на раствор гидроксида лития и кек (осадок валового состава 2СаO·SiO₂+СаО-Al₂O₃), водной отмывки кека от гидроксида лития 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, необходимость использования флюса (известняка) в значительных количествах, что обуславливает образование большого объема бедной по содержанию лития сырьевой шихты и высокие затраты на извлечение из нее лития, образование большого количества отвального кека, на отмывку которого от гидроксида лития и последующее захоронение на специальных дорогостоящих отвальных полях требуются высокие затраты.

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-г 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 образуются нерастворимые в воде алюминат лития и силикат 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 концентратов в раствор, необходимость использования флюса (известняка) в значительных количествах, что обуславливает большой объем бедной по содержанию лития сырьевой шихты и высокие затраты на извлечение из нее лития, образование большого количества отвального кека, на отмывку которого от гидроксида лития и последующее захоронение на специальных дорогостоящих отвальных полях требуются высокие затраты.

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 без использования флюса, при сокращении массы исходной 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.

Сущность заявляемого способа извлечения лития из смеси литиевых концентратов заключается в том, что в отличие от известного способа извлечения лития из смеси литиевых концентратов, включающего приготовление шихты из лепидолитового и сподуменового концентратов, активирующую подготовку шихты, водное выщелачивание активированной шихты, согласно заявляемому изобретению, приготовление шихты выполняют из смеси концентратов из расчета получения массового соотношения лепидолитового и сподуменового концентратов в их смеси, равного 2,5÷99,0, активирующую подготовку шихты проводят путем механоактивации с получением рентгеноаморфного продукта крупностью менее 45 мкм, перед водным выщелачиванием рентгеноаморфный продукт распульповывают в воде и добавляют серную кислоту для образования водорастворимого сульфата лития.

Решение поставленной задачи и достижение соответствующих технических результатов обеспечивается тем, что в известном способе извлечения лития из смеси лепидолитового и сподуменового концентратов, включающем шихтовку указанной смеси с флюсом, активирующую подготовку шихты концентратов и флюса и водное выщелачивание активированной шихты, согласно заявляемому изобретению приготовление шихты выполняют из смеси лепидолитового и сподуменового концентратов без использования флюса из расчета получения массового соотношения лепидолитового и сподуменового концентратов в их смеси, равного 2,5÷99,0, активирующую подготовку шихты проводят путем ее механоактивации с получением рентгеноаморфного продукта крупностью менее 45 мкм, перед водным выщелачиванием рентгеноаморфный продукт распульповывают в воде и добавляют серную кислоту для образования водорастворимого сульфата лития. В результате измельчения смеси лепидолитового и сподуменового концентратов происходит разрушение кристаллических решеток и увеличение удельной поверхности лепидолита и сподумена, т.е. механоактивация данных минералов, что повышает их химическую активность и обеспечивает в процессе сернокислотного выщелачивания механоактивированной смеси концентратов возможность глубокого вскрытия активированных таким образом минералов лития серной кислотой с образованием водорастворимого сульфата лития и нерастворимого кремнезема. Так как в заявляемом способе не используется флюс, общая масса сырьевой шихты значительно меньше по сравнению с массой сырьевой шихты, составленной по способу-прототипу, что позволяет сократить затраты на переработку сырья с извлечением лития в раствор, массу отвального кека, затраты на отмывку кека от литийсодержащего раствора и затраты на захоронение кека на специальных отвальных полях.

Способ осуществляется на обычном оборудовании с использованием лепидолитового и сподуменового концентратов с содержанием лития соответственно 2, 29 и 3,28% мас. Для осуществления заявляемого способа готовят смеси, состоящие из лепидолитового и сподуменового концентратов с различным массовым соотношением концентратов. Приготовленные смеси измельчают в планетарной мельнице с получением рентгеноаморфного продукта крупностью 45 мкм. Механоактивированные смеси распульповывают в воде при соотношении Т: Ж=1:0,8. В полученную пульпу добавляют 93%-ную серную кислоту из расчета 0,6÷0,8 мл на 1 г механоактивированной смеси. Образующиеся сульфаты выщелачивают водой при Т: Ж=1:5 (по механоактивированной смеси), температуре 95°С в течение 2±1 ч. Полученную сернокислую пульпу фильтруют, отфильтрованный кек подвергают 2-кратной фильтр-репульпационной отмывке водой, подкисленной серной кислотой до рН 3,0÷3,5, при Т: Ж=1:(5÷6) (по механоактивированной смеси) и температуре 70°С в течение 15 минут. По остаточному содержанию лития в кеке определяют полноту извлечения лития из концентрата в раствор.

В таблице приведены результаты осуществления способа по заявленному изобретению и для сравнения - по способу-прототипу (условные обозначения, принятые в табл.1: ЛК - лепидолитовый концентрат, СК - сподуменовый концентрат).

Из данных, представленных в таблице, следует, что при осуществлении заявляемого способа (примеры 2-5) извлечение лития составляет 86÷99% мас. В данных примерах смеси лепидолитового и сподуменового концентратов составляют из расчета получения массового соотношения концентратов в указанных смесях, равного 2,5÷99,0, а известняк в процессе активации смесей не используют. Снижение массового соотношения лепидолитового и сподуменового концентратов в их смесях ниже 2,5 (до 1,3; пример 1, таблица) ведет к уменьшению извлечения лития в раствор до 82% мас.

Сравнительные показатели процесса извлечения лития из смесей литиевых концентратов по заявляемому способу и способу-прототипу
№ примера	Способ реализации	Массовое соотношение СК/ЛК в их смеси	Добавка СаСО3 к смеси концентратов, % мас.	Масса шихты (количество Li в ней), г	Масса механоактивированной смеси (спека), г	Масса отвального кека, г	Количество Li в отвальном кеке, г	Извлечение Li в раствор (по кеку), % мас.
12345678	Заявляемый способСпособ-прототип	1,0/1,31,0/2,51,0/6,01,0/10,01,0/99,01,0/120,01,0/1,61,0/0,4	000000115214	36,7 (1)38,9 (1)41,1 (1)42,0 (1)43,5 (1)44,1 (1)80,3 (1)104,7(1)	36,738,941,142,043,544,1(65,1)(80,5)	25,726,826,727,727,127,848,370,5	0,180,140,070,040,010,010,160,20	82,086,093,096,099,099,084,080,0

Увеличение массового соотношения лепидолитового и сподуменового концентратов в их смесях выше 99 (до 120; пример 6, таблица) не влияет на полноту извлечения лития в раствор.

Для сравнения с заявляемым изобретением в таблице представлены результаты извлечения лития из смесей лепидолитового и сподуменового концентратов по способу-прототипу (примеры 7 и 8), по которому извлечение лития в раствор 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 (таблица):

1) повышение извлечения лития в раствор с 80÷84 до 86-99% мас.: 2) исключение использования флюса - известняка; 3) практически двукратное сокращение массы исходной сырьевой шихты при соответствующем снижении затрат на ее переработку с извлечением лития в раствор; 4) практически двукратное снижение массы отвального кека при соответствующем сокращении 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 литий, рубидия и цезия. - М.: Химия, 1970. - 408 с.

Способ извлечения лития из смеси литиевых концентратов, включающий приготовление шихты из лепидолитового и сподуменового концентратов, активирующую подготовку шихты и водное выщелачивание, отличающийся тем, что приготовление шихты выполняют из смеси из расчета получения массового соотношения лепидолитового и сподуменового концентратов в их смеси, равного 2,5÷99,0, активирующую подготовку шихты проводят путем механоактивации с получением рентгеноаморфного продукта крупностью менее 45 мкм, перед водным выщелачиванием ренгеноаморфный продукт распульповывают в воде и добавляют серную кислоту для образования водорастворимого сульфата лития.