СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СМЕСИ ЛИТИЕВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
METHOD OF WORKING OF LITHIUM CONCENTRATES MIXTURE

Изобретение относится к металлургии, в частности к переработке лепидолитовых и сподуменовых концентратов.
1,5
1,5
3
10
2
2
6
Лепидолит (KLiAl[SiAlO][F,OH] и сподумен (LiAl[SiO]) являются одними из основных промышленных минералов лития [1, стр.12-18, 20]. В горно-обогатительных производствах лепидолит и сподумен извлекают из руд в соответствующие концентраты. Вследствие низкого содержания лития в литиевых концентратах (не более ~4 масс.% [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, известковых и других [1, стр.121-154; 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 лепидолитового и сподуменового концентратов (ЛК и СК) [2, стр.243-249], принятый за аналог и включающий: 1) смешение СК с известняком (в массовом соотношении 1:3) и добавление к полученной смеси ЛК в количестве 10÷40 масс.%; 2) активирующую подготовку составленной из концентратов и известняка шихты путем ее спекания при температуре 900÷950°C с последующим измельчением спека; 3) водное выщелачивание активированной шихты (измельченного спека).
В результате спекания смеси концентратов с щелочноземельным флюсом - известняком - происходит щелочное разложение ЛК и СК и образование нерастворимых в воде алюмината натрия 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:
После разделения пульпы со стадии выщелачивания измельченного спека на раствор гидроксида лития и Al-, Ca-, кремнийсодержащий кек, 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 масс.% 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 масс.%.
Недостатком способа-аналога переработки смеси ЛК и СК является низкое извлечение лития из смеси указанных концентратов в раствор.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому способу является способ извлечения лития из смеси литиевых концентратов [3], принятый за прототип и включающий приготовление шихты из ЛК и СК из расчета получения массового соотношения ЛК и СК в их смеси, равного (2,5÷99,0):1. Затем, согласно способу-прототипу, проводят активирующую подготовку шихты путем ее механоактивации с получением рентгеноаморфного продукта крупностью менее 45 мкм, который распульповывают в воде. В полученную пульпу, согласно способу-прототипу, добавляют серную кислоту для образования водорастворимого сульфата лития. Процесс сернокислотного выщелачивания механоактивированной смеси ЛК с СК проводят в течение 1÷3 ч при температуре 95°C. На заключительной стадии способа-прототипа полученный раствор сульфата лития отделяют от кека (нерастворимого кремнеземсодержащего остатка), который отмывают от сульфата лития водой.
Недостатком способа-прототипа является большая продолжительность процесса сернокислотного выщелачивания механоактивированной смеси ЛК с СК и связанные с этим энергозатраты на нагрев сернокислой пульпы выщелачивания.
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа совместной переработки ЛК с СК, снижающего продолжительность процесса сернокислотного выщелачивания механоактивированной шихты ЛК с СК и энергозатраты на выщелачивание.
Сущность заявляемого способа переработки смеси литиевых концентратов заключается в том, что в отличие от известного способа-прототипа, включающего приготовление шихты из лепидолитового и сподуменового концентратов, активирующую подготовку шихты, сернокислотное выщелачивание активированной шихты, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата лития и кек, отмывку кека от сульфата лития водой, согласно заявляемому изобретению активированную шихту сульфатизируют серной кислотой с расходом 1,2÷1,6 мл на 1 г смеси в течение 4÷6 мин, а сернокислотное выщелачивание активированной шихты проводят в течение 40÷50 мин.
Решение поставленной задачи и достижение соответствующих технических результатов обеспечивается тем, что в известном способе переработки смеси литиевых концентратов, включающем приготовление шихты из лепидолитового и сподуменового концентратов, активирующую подготовку шихты, сернокислотное выщелачивание активированной шихты, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата лития и кек, отмывку кека от сульфата лития водой, согласно заявляемому изобретению активированную шихту сульфатизируют серной кислотой с расходом 1,2÷1,6 мл на 1 г смеси в течение 4÷6 мин, а сернокислотное выщелачивание активированной шихты проводят в течение 40÷50 мин.
За счет снижения продолжительности сернокислотного выщелачивания активированной шихты (которое проводится при температуре 95°C) с 1÷3 ч до 40÷50 мин обеспечивается снижение энергозатрат на выщелачивание.
Пример осуществления способа.
Способ осуществляется на обычном оборудовании с использованием ЛК и СК с содержанием лития соответственно 2,29 и 3,28% масс. Для осуществления заявляемого способа готовят смеси, состоящие из ЛК и СК, 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 1,2÷1,6 мл на 1 г механоактивированной смеси для проведения процесса ее сульфатизации. Затем пастообразную реакционную массу выдерживают при перемешивании в течение 4÷6 мин при 95°C. Образующиеся сульфаты выщелачивают водой при Т:Ж=1:5 (по механоактивированной смеси), температуре 95°C в течение 20÷50 мин.
В процессе сернокислотного вскрытия механоактивированной смеси концентратов расход серной кислоты, температурный режим и длительность процессов сульфатизации и выщелачивания назначают исходя из получения требуемой полноты вскрытия смеси концентратов (Примечание 3-5 к таблице).
Полученную сернокислую пульпу фильтруют, отфильтрованный кек подвергают 2-кратной фильтр-репульпационной отмывке водой, подкисленной серной кислотой до pH 3,0÷3,5, при Т:Ж=1:(5+6) (по механоактивированной смеси) и температуре 70° в течение 15 мин. По остаточному содержанию лития в кеке определяют степень извлечения лития из концентрата в раствор.
Согласно способу-прототипу операция сульфатизации механоактивированной смеси концентратов не предусмотрена, продолжительность выщелачивания сульфатизированной смеси составляет от 1 до 3 ч (таблица), а расход серной кислоты на выщелачивание - 0,6÷0,8 мл на 1 г смеси (Примечание 2 к таблице).
В таблице приведены результаты осуществления способа по заявляемому изобретению и для сравнения - по способу-прототипу.
Из данных, представленных в таблице, следует, что при осуществлении заявляемого способа (примеры 3, 7, 11) извлечение лития составляет 86÷99% масс. В примерах 3, 7, 11, приведенных в таблице, смеси ЛК и СК составляют из расчета получения массового соотношения концентратов в указанных смесях, равного соответственно 2,5:1, 10,0:1 и 99,0:1. Кроме того, в таблице приведены результаты реализации способа-прототипа (примеры 4, 8, и 12).
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что при переработке шихты с массовым соотношением ЛК:СК=2,5:1 по заявляемому способу максимальная степень извлечения лития из механоактивированной шихты концентратов (86,0%) достигается при продолжительности выщелачивания сульфатизированной шихты 50 мин (пример 3). Дальнейшее увеличение продолжительности выщелачивания, согласно способу-прототипу, до 60 мин не обеспечивает дополнительного повышения степени извлечения лития из шихты в раствор (пример 4).
Как следует из таблицы, при переработке шихты с массовым соотношением ЛК:СК=99,0:1 по заявляемому способу максимальная степень извлечения лития из механоактивированнй шихты концентратов (99,0%) достигается при продолжительности выщелачивания сульфатизированной шихты 40 мин (пример 11). Дальнейшее увеличение продолжительности выщелачивания, согласно способу-прототипу, до 120 мин не обеспечивает дополнительного повышения степени извлечения лития из шихты в раствор (пример 12).
При переработке шихты с массовым соотношением ЛК:СК=10,0:1 по заявляемому способу максимальная степень извлечения лития из механоактивированнй шихты концентратов (96,0%) достигается при продолжительности выщелачивания сульфатизированной шихты 45 мин (таблица, пример 7). Дальнейшее увеличение продолжительности выщелачивания, согласно способу-прототипу, до 60 мин не обеспечивает дополнительного повышения степени извлечения лития из смеси в раствор (пример 8).
Таким образом, из данных таблицы следует, что при переработке шихт с массовым соотношением ЛК:СК=(2,5÷99,0):1 извлечение лития из механоактивированной шихты в раствор 86,0÷99,0% обеспечивается за 40+50 мин выщелачивания сульфатизированной шихты.
В сравнении со способом-прототипом заявляемый способ позволяет достичь степень извлечения лития из шихты ЛК с СК 86,0÷99,0% при проведении операции выщелачивания сульфатизированной шихты в течение 40÷50 мин, тогда как по способу-прототипу для этого требуется 60÷180 мин. Учитывая, что операция выщелачивания проводится с нагревом пульпы выщелачивания до 95°C, заявляемый способ позволяет существенно снизить энергозатраты на выщелачивании в сравнении со способом-прототипом.
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.
3. Пат. 2319756 РФ, МПК C22B 26/12. Способ извлечения лития из смеси литиевых концентратов / В.И. Самойлов, Н.И. Шипунов. 2008. Бюл. №8.