способ извлечения лития из смеси лепидолитового и сподуменового концентратов

Формула изобретения

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+K ₂O+Li₂O) в смеси, равного 4,5, с использованием в качестве флюса кальцинированной соды из расчета получения массового соотношения SiO₂(Na ₂O+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.

Описание изобретения к патенту

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

Лепидолит (KL _1,5Al_1,5[Si₃ AlO₁₀][F, OH]₂), сподумен (LiAl₂[Si₂ O₆]) и амблигонит (LiAl[PO ₄][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·Al ₂O₃) и силиката кальция (2CaO·SiO ₂). 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+K ₂O+Li₂O) в смеси, равного 4,5, и кальцинированной соды в качестве флюса из расчета получения массового соотношения SiO₂/(Na₂ O+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	Na 2O	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 SiO ₂/(Na₂O+K₂O+Li ₂O), 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/(Na ₂O+K₂O+Li₂O) в указанной смеси, равного 4,5, а карбонат натрия добавляют к данной смеси концентратов из расчета получения массового соотношения SiO₂/(Na₂O+K ₂O+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, K 2O, Na2O и соотношение					Добавка
	Способ реализации	Массовое соотношение СК/ЛК в их смеси	SiO 2/(Na2O+K2O+Li 2O) в смеси СК и ЛК					Na 2CO3
№			SiO2,	Li2O,	К 2O,	Na2O,	SiO2/(Na 2O+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+K 2O+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.