Ж.Н. Смаилова

Восточно-Казахстанский Государственный Технический университет им. Д. Серикбаева, Казахстан

Литий, усовершенствование процесса переработки сульфата лития со стадий сернокислотного вскрытия литийсодержащего минерального сырья

Задача переработки сырья в гидрометаллургии лития имеет особую актуальность, т.к. применяемые технологии морально устарели и утратили свою конкурентоспособность. При создании перспективных схем переработки литиевого минеральногo сырья требуются новые подходы.

Роль лития в ядерной энергетике, др. отраслях его применения трудно переоценить. Несмотря на растущий спрос на литиевую продукцию, её потребление сдерживается, в основном, высокой стоимостью этой продукции. Работа направлена на увеличение выпуска лития за счёт повышения экономической эффективности и экологической безопасности гидрометаллургии лития и расширения их минерально-сырьевой базы.

Прямое сернокислотное вскрытие лепидолита позволяет перевести в водорастворимый сульфат основное количество лития, содержащегося в минерале. Для достижения промышленно-приемлемого извлечения лития в раствор лепидолит перед сернокислотным вскрытием термоактивируют методом плавка-закалка (грануляцией плава в воде). Прямое сернокислотное вскрытие сподумена обеспечивает в дальнейшем извлечение литий в сульфатный раствор лишь на несколько процентов. Перевод природной α-модификации сподумена в кислотовскрываемую β-модификацию, выполняющийся с использованием декрипитирующего обжига минерала, обеспечивает в дальнейшем на стадии его сульфатизации практически полный перевод лития в сульфат.

Литий принадлежит к тем редким элементам, которые за последние два-три десятилетия, особенно в минувшие несколько лет, приобрели исключительно важное значение в технике и безусловно необходимы для ее дальнейшего развития. Литий используется в следующих направлениях:

1. Атомная техника (производство трития на основе изотопа Li⁶; возможность применения этого изотопа как экранирующего средства в ядерной энергетике; применение изотопа Li⁷ совместно с другими щелочными металлами в качестве теплоносителя для охлаждения реакторов, для получения протонов и дейтероводорода высокой чистоты; использование Li⁷H в качестве замедлителя нейтронов в высокотемпературных реакторах, возможность применения Li⁷F как растворителя соединений урана и тория в гомогенных реакторах).

2. Силикатная промышленность (производство керамических масс, эмалей, глазурей и кислотоупорных покрытий; производство стекла)

3. Военная техника (производство литиевых консистентных смазок; пиротехника).

4. Электротехника (щелочные аккумуляторы, сухие батареи).

5. Черная металлургия (применение лития и его сплавов для раскисления, легирования и модифицирования чугуна, стали и различных сплавов).

6. Цветная металлургия (производство двойных, тройных и других многокомпонентных сплавов цветных и редких металлов; рафинирование сплавов).

7. Химическая промышленность (использование лития и его соединений в реакциях Гриньяра, конденсации, ацетилирования, в качестве катализаторов и стабилизаторов в органичен производство фотореагентов).

Большинство способов переработки раствора сульфата лития со стадий сернокислотного вскрытия лепидолита сводится к выделению из указанного раствора алюмокалиевых квасцов K₂SO₄ ∙ Al₂(SO₄)₃ ∙ 24H₂O.

Для этого раствор сульфата лития упаривают с последующим охлаждением упаренного раствора. В результате указанных операций происходит кристаллизация квасцов, которое удаляют из раствора сульфата лития, к примеру, фильтрованием. Растворимость квасцов с повышением температуры быстро увеличивается, по этому кристализацию квасцов проводят при охлаждении раствора. Табл. 1

Таблица 1 – Зависимость растворимости квасцов от температуры

Температура, С^0	0	15	30	60	100
Растворимость, г/100г воды	3,0	5,0	8,4	24,8	154

Полученный таким образом сульфатный раствор свободен от большей части алюминия и калия, а также обогащен по литию в сравнении с исходным раствором сульфата лития со стадий сернокислотного вскрытия лепидолита. Применительно к данному раствору может быть использована классическая технология переработки раствора сульфата лития, которая применяется при использовании β сподумена для получения карбоната лития.

Известен безвыпарной способ концентрирование лития в растворе сульфата лития со стадий сернокислотного вскрытия β-сподумена.

Рисунок 1 – Схема концентрирования лития в сульфатных растворах

Предполагается что данный способ позволит снизит энергоемкость процесса переработки раствора сульфата лития со стадий сернокислотного вскрытия лепидолита.

Классическая схема переработки сульфатного раствора предусматривает его упаривание, характеризующееся большими энергозатратами, достаточно высокой стоимостью сложных в эксплуатации выпарных аппаратов. С целью получения богатых по содержанию лития сульфатных растворов без проведения энергоёмкой упарки раствора с использованием выпарных аппаратов проверена эффективность сернокислотного вскрытия лепидолита (в условиях реакторного варианта его сульфатизации) с использованием оборота основного раствора по схеме рис. 1 . В серии из 5-ти последовательно поставленных опытов на операции выщелачивания использовали (начиная с опыта 2) основной раствор от предыдущего опыта.