способ извлечения лития из смеси литиевых концентратов

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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

Сподумен (LiAl ₂[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·Al ₂O₃) и силикат 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 опека на раствор гидроксида лития и кек (осадок валового состава 2СаO·SiO₂+СаО-Al ₂O₃), 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 СаСО 3 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.
1 2 3 4 5 6 7 8	Заявляемый способ Способ- прототип	1,0/1,3 1,0/2,5 1,0/6,0 1,0/10,0 1,0/99,0 1,0/120,0 1,0/1,6 1,0/0,4	0 0 0 0 0 0 115 214	36,7 (1) 38,9 (1) 41,1 (1) 42,0 (1) 43,5 (1) 44,1 (1) 80,3 (1) 104,7(1)	36,7 38,9 41,1 42,0 43,5 44,1 (65,1) (80,5)	25,7 26,8 26,7 27,7 27,1 27,8 48,3 70,5	0,18 0,14 0,07 0,04 0,01 0,01 0,16 0,20	82,0 86,0 93,0 96,0 99,0 99,0 84,0 80,0

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.