Обогащение литиевого рудного сырья

Все минералы лития характеризуются низким содержанием ценного компонента, еще меньше содержание лития в рудах (0,25-3,0 %; чаще 1-3 %). Это вызывает необходимость предварительного обогащения литиевого сырья. В результате получают концентраты минералов лития, в которых ценного компонента содержится в несколько раз больше, чем в чистом минерале. Для обогащения литиевых руд используют магнитную сепарацию (для выделения цинвальдита, обладающего слабо магнитными свойствами, или для удаления посторонних минералов, обладающих слабо магнитными свойствами), гравитационные методы и ручную разборку при добыче особо крупных кристаллов сподумена. Большое значение для технологии соединений лития имеет метод термического обогащения (декрипитация) сподумена, основанная на монотропном α → β переходе минерала при его прокаливании.

В процессе обжига сподуменовых руд вследствие резкого увеличения объема молекул минерала происходит интенсивное разрушение решетки α-сподумена и выделение хрупкого легко выделяемого β-сподумена. Однако в настоящее время первое место среди различных методов обогащения занимает флотация. Пенная флотации была разработана в США на сподуменовых рудах Канады. Флотация литиевых минералов осуществляется как в щелочной среде (с использованием анионных коллекторов – жирных кислот и их производных), так и в кислой среде (с применением катионных собирателей – сульфированных масел). В первом случае в пенный продукт выделяются минералы лития (концентрат), во втором – в пенный продукт переходят минералы пустой породы, а минералы лития депрессируются и выделяются в хвосты. Полученные в результате обогащения промышленные концентраты содержат Li₂O, %: сподуменовые – 4-7; петалитовые – 3,5-4,5; амблигонитовые – 6-8; лепидолитовые – 3,0-3,5.

В последние годы значительно изменилась структура перерабатываемого литиевого сырья. На смену традиционным рудным видам сырья пришли нетрадиционные - рассолы, попутные нефтяные воды, литий-содержащие глины, так как более 70 % разведанных запасов лития сосредоточены в этих источниках. Открытие и разработка богатейших месторождений литиевого гидроминерального сырья в Южной Америке произвели коренной переворот на рынке литиевой продукции за счет резкого снижения себестоимости переработки данного вида сырья в товарные литиевые соединения. Лидерами производства литиевых продуктов из литиевоносного гидроминерального сырья являются компании “Cuprus Foot Minerals” (США), “FMC” (США), Minsal SA (Чили) и “SQM” (Чили), которые используют рассолы хлоридного натриевого типа пустыни Атакама. В табл. 4 приведена характеристика наиболее известных месторождений гидроминерального сырья.

Общие вопросы технологии лития

В связи с низким содержанием лития в минералах, а тем более в концентратах современные методы переработки литиевого сырья гидрометаллургические. В гидрометаллургической переработке существует два основных технологических этапа:

1) разложение сырья, в результате которого литий переводится в водорастворимое или летучее соединение

2) концентрирование лития химическими методами и отделение от сопутствующих примесей.

Определяющей стадией технологической схемы является разложение концентрата. По типу используемых для этой цели реагентов все способы переработки литиевых концентратов делятся на кислотные, щелочные, щелочно-солевые и способы, основанные на взаимодействии со средними солями.

Кислотные способы. Наибольшее значение для переработки литиевых концентратов имеет серная кислота. Она позволяет осуществлять разложение минералов при относительно высокой (200-250 ºС) температуре, при которой ее действие наиболее эффективно. Использование фтористоводородной кислоты связано с большими аппаратными трудностями и экономически нецелесообразно. Применение летучих кислот не дает положительных результатов, так как минералы лития (в основном, силикаты и алюмосиликаты) требуют для разложения достаточно высокой температуры.

Щелочные методы. В щелочных методах переработки литйсодержащих концентратов используют оксиды и гидрооксиды металлов, а также карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов. В результате разложения минералов выделяется оксид лития, который в дальнейшем извлекается в виде гидроксида.

Щелочно-солевые методы. Эта группа методов предусматривает использование смеси оксидов (карбонатов) или гидроксидов и средних солей; анионы последних определяют природу образующегося при разложении соединения лития. Практическое значение из этих смесей имеют соли и оксид кальция. При этом обычно используют известково-сульфатные и известково-хлоридные смеси.

Методы переработки, основанные на взаимодействии со средними солями. В процессах разложения минералов лития средними солями можно использовать только соединения, термически устойчивые в температурном интервале технологического процесса. Наиболее подходящими для этого являются сульфаты щелочных или щелочноземельных металлов, из них наиболее эффективен сульфат калия. Это один из наиболее изученных и старейших в технологическом отношении метод переработки литиевых минералов, в настоящее время он практически не используется.