7. Сульфатный способ переработки сподумена, технологическая схема, достоинства, недостатки.
Способ основан на спекании литиевых концентратов с сульфатом калия с последующим выщелачиванием спека водой (рис. 4.1).
Переработка сподумена. Процесс характеризуется протеканием реакции:
2 (Li,Na)[Al(SiO3)2] + K2SO4 = 2 (K,Na)[Al(SiO3)2] + Li2SO4 (4.4)
Так как реакция обратима, требуется большой избыток K2SO4 (до 150 %) для обеспечения высокой степени превращения.
Концентрат смешивают с K2SO4 и измельчают одновременно в мельницах мокрого помола. Затем полученную шихту направляют на спекание. Спекание проводят в барабанных печах при 1100 - 1150 оС в течение 1 - 2 часов. Выщелачивание спека проводят на холоду в барабанных мельницах (растворимость Li2SO4 понижается с повышением температуры, одновременно с выщелачиванием идет измельчение).
В нерастворимом остатке содержится 0,02 – 0,1 % Li2O. Сульфатные щелоки содержат 110 - 150 г/л Li2SO4, 150 - 200 г/л K2SO4, значительные количества Na2SO4, примеси сульфатов магния, алюминия, железа. Эти примеси осаждают в форме гидроксидов гидроксидом натрия или карбонатом калия. Последующую переработку растворов с выделением карбоната лития проводят упариванием с кристаллизацией двойной соли 3K2SO4∙Na2SO4, которую используют для приготовления шихты сподумена с K2SO4. Затем насыщенным раствором соды осаждают карбонат лития Li2CO3. Осадок промывают водой и сушат при 130 – 150 оС.
Сульфатный способ применяют также для переработки лепидолита и циннвальдита, различие лишь в дозировке сульфата калия в шихте (1:0,6) и ниже температура спекания (850 - 950 оС).
К преимуществам сульфатного способа переработки литиевого сырья относятся его универсальность и высокая степень вскрытия концентрата, не требуется предварительная подготовка сподуменового концентрата к переработке. Недостаток – высокий расход дорогого сульфата калия.
8. Известковый способ переработки сподумена, технологическая схема, достоинства, недостатки. Пути интенсификации.
Известковый
способ заключается в спекании литиевых
концентратов (сподумена или лепидолита)
с известью или мелом. При последующем
выщелачивании спека водой получают
раствор, содержащий гидроксид лития,
который кристаллизуется в результате
выпаривания раствора в составе моногидрата
LiOH∙Н2О.
Его сушат, получают готовую продукцию.
Наиболее широко способ применяют для
переработки сподуменовых концентратов (
рис.
4.2).
Рис. 4.2 – Схема переработки литиевых концентратов известковым способом
Сподумен. При спекании в барабанных печах при 1150 - 1200 оС образуется алюминат лития и силикат кальция:
Li2O∙Al2O3∙4SiO2 + 8 CaO = Li2O∙Al2O3 + 4 (2CaO∙SiO2) (4.5)
Li2O∙Al2O3∙4SiO2 + 8 CaCO3 = Li2O∙Al2O3 + 4 (2CaO∙SiO2) + CO2↑ (4.6)
Избыток CaO 10 – 20 %.
При выщелачивании спека водой в 2 – 3 стадии в присутствии избытка извести алюминат лития реагирует с Са(ОН)2 с образованием гидроксида лития:
CaO + H2O = Ca(OH)2 (4.7)
Li2O∙Al2O3ТВ + 2 Ca(OH)2раств = 2 LiOHраств + 2 СаО∙Al2O3тв (4.8)
Выщелачивание спека ведут в 2 – 3 стадии при 90 оС, в течение 2 – 3 ч (на каждой стадии). Содержащиеся в спеке алюминаты калия и натрия также реагируют с Са(ОН)2, образуя KOH и NaOH. Остаток от выщелачивания содержит кальциевые силикаты, алюмосиликаты, различные двойные соли, до 0,0Х % Li2O.
Гидроксид лития LiOH∙H2O кристаллизуют из растворов путем выпаривания под вакуумом. Выпаривание проводят в несколько стадий (8 – 10 раз)до плотности 1,2 г/см3. Из растворов с концентрацией LiOH 160 г/л после охлаждения выделяются кристаллы LiOH∙H2O, которые отделяют от маточного раствора центрифугированием. Маточный раствор возвращается на выпаривание. По мере накопления примесей маточные растворы периодически выводят из цикла и направляют на регенерацию.
Если необходимо, кристаллы LiOH∙H2O очищают перекристаллизацией, используя для растворения очищенную воду. Для получения безводного гидроксида лития моногидрат обезвоживают при 600 - 650 оС.
Известковый способ применяют также при переработке лепидолитовых концентратов. В отличие от сподумена спекание лепидолита с известью (или мелом) проводят при более низкой температуре (900 - 950 оС).
К преимуществам известкового способа относятся его применимость к любым типам литиевых концентратов, возможность прямого получения гидроксида лития, дешевизна реагентов, возможность использования отходов (шлаков, содержащих силикаты и алюминаты кальция) для производства вяжущих строительных материалов, а также возможность попутного получения солей калия из маточных растворов (безотходное производство).
Недостатки:
1) применим к богатым литиевым концентратам (> 5 % Li), однако и в этом случае извлечение в готовый продукт не превышает 70 %, что обусловлено ограниченной растворимостью гидроксида лития и способностью шламов после выщелачивания к схватыванию;
2) необходимость применения чистого, с минимальным содержанием примесей известняка;
2) необходимость выпаривания больших объемов растворов, что требует больших энергозатрат;
3) большие объемы технологического оборудования.