химический каталог




Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия

Автор В.E.Плющев, Б.Д.Степин

04. В результате обработки реакционной массы водой получается кислый раствор сульфата лития, а ?-сподумен переходит в соединение ?20· Al203-4Si02. Указывается [2], что вода в нем связана так же, как Li20 в ?-спо-

* При разложении ?-сподумена серной кислотой без предварительной подготовки минерала в растворимое состояние переходит всего несколько процентов лития [46].

234

думене, и, следовательно, реакция взаимодействия последнего с серной кислотой протекает по схеме:

?-??20 · А1203 · 4Si02 + H2S 0 4 250-3000 °> Li2S04 + Н20 · А1203 · 4Si02

Действительно, как показали Ю. И. Остроушко с соавт. [49], новое минеральное образование (известное только как синтетическое соединение и в природе не найденное) по своей структуре не отличается от ?-сподумена, и, следовательно, приведенная схема достаточно верно отражает механизм сульфатизации как ионообменного процесса. Однако реакция сульфатизации обратима: выше 700° С литий может вытеснять водород из кристаллической решетки ?20·Al203-4Si02, образуя ?-сподумен*.

Легкость и полнота прохождения реакции сульфатизации ?-сподумена при 250—300° С [2, 50], несомненно, связаны с высокой химической активностью ?-сподумена [51, 52], отмеченной при рассмотрении его структуры и свойств (см. гл. III).

Исключительно большое значение для технологии имеет высокая специфичность и селективность реакции сульфатизации: так как кремний и алюминий остаются фиксированными в алюмосиликате, то растворы, содержащие Li2S04, оказываются существенно чище по сравнению с теми, которые могут быть получены в любом другом сернокислотном процессе переработки минералов лития. Это позволяет говорить не о разложении ?-сподумена, а о вскрытии ** его серной кислотой.

Исследования процесса вскрытия ?-сподумена серной кислотой [48, 50] послужили основой для разработки сернокислотной схемы извлечения лития в промышленном масштабе. Ниже рассматривается такая схема (см. рис. 19), используемая на заводе в Миннеаполисе (шт. Миннесота, США) мощностью ~900 ? Li2C03 в год, пущенном в 1951 г. [2, 53].

Исходным сырьем служат сподуменовые руды, которые после обогащения дают концентраты с 3—5% Li20. Перед сульфатиза-цией концентраты подвергают обжигу во вращающейся трубчатой печи, стальной корпус которой изнутри футерован огнеупорным кирпичом. Печь работает на нефти или газе, причем поток горячих газов движется навстречу перемещающемуся концентрату. Загрузка печи (в зависимости от влажности концентрата) составляет 1—2 т/ч, скорость вращения печи—1 об/мин (при габаритах: d=l,2 м, /=12,2 м). При 1100° С степень ?->-? перехода сподумена составляет 99—100%.

* Минимальная температура сульфатизации ?-сподумена равна 150° С [46, 49].

** Часто понятиями о разложении и вскрытии пользуются произвольно. Между тем под вскрытием, как частным случаем разложения, следует понимать процесс селективного выделения ценного элемента из минерала без образования нескольких нерастворимых фаз.

235

После обжига концентрат ?-сподумена охлаждают до 95— 120° С во вращающемся стальном холодильнике с водяной рубашкой а затем измельчают в валковой мельнице до ~0,07 мм.

Концентрат сподумена

СаС03 ¦

Декрапитация

Охлаждение

Из мель ченив

Сульфатизация

Выщелачибание

Филь трование

-H,SCu

Са(ОН)2—-Na?C03—

Раствор Ll,SOd \

Осаждение магния и кальция

• Вода

I Фильтрование I Осадок

Раствор LUSGU

Шлам \ Промывка \

' ? ,

I Фильтрование \

Шлам Промывная j вода ( в отвал) i-

(на выщелачивание)

Осадок ( в отбел)

Фильтрование Раствор Li2S04

Вода-

Г4

Осаждение карбоната лития

\

I Фильтрование

LUC03 -—) Прамывко I

I

- Раствор NajCOg

Маточный раствор

Фильтрование

Прамывная вода

L12С0г

I СуиЩ\ ЫгСОз

Рис. 19. Технологическая схема переработки сподумена сернокислотным методом на заводе в Миннеаполисе (США).

Следующим этапом является орошение концентрата 93%-ной серной кислотой и смешивание с нею на горизонтальном шнеко-вом транспортере. Расход H2S04 составляет примерно 225 кг/г, что соответствует 35—40%-ному избытку по отношению к количеству, определяемому уравнением сульфатизации. Концентрат остается сыпучим. Это фазовое состояние загружаемого в дальнейшем на

236

сульфатизацию Материала и состояние Конечного продукта сульфатизации дают основание говорить о «спекании» ?-сподумена с серной кислотой.

Сульфатизацию концентрата ?-сподумена проводят во вращающейся печи (d=0,9 м, /=7,9 м, производительность «=2,7 т/ч), обогреваемой газом, подаваемым навстречу движению концентрата; на выходе из печи просульфатизированный материал имеет температуру 250°С. Его обработку водой (выщелачивание) проводят в реакторе при непрерывном перемешивании сжатым воздухом; там же производят нейтрализацию избытка серной кислоты карбонатом кальция до рН = 6,0—6,5. Далее масса поступает на барабанный вакуум-фильтр, на котором нерастворимый остаток промывают водой (промывные воды используются для выщелачивания новой порции спека) и при влажности ~ 30% выводят из процесса как отвальный продукт (потери вместе с ним водоизвле-каемого лития составляют <С1% от содержания элемента в концентрате, а небольшие количества рубидия и цезия, которые могут быть в сподуменовом концентрате, теряются [53]).

Раствор, получаемый после извлечения лития из спека, содержит до 100 г/л сульфата лития, сульфат натрия и ряд примесей, которые до осаждения карбоната лития должны быть удалены. Первоначально раствор очищают от магния, переходящего в него из рудного материала. С этой целью раствор нейтрализуют известью до рН = 12—14, при этом магний осаждается в виде Mg(OH)2. Затем осаждают кальций кальцинированной содой (12 кг/м3). Однако после отделения на фильтрпрессе осадков Mg(OH)2 и СаСОз, которые по мере накопления выщелачивают водой для доизвлечения лития, раствор остается загрязненным алюминием (из рудного материала переходит 2—4%) и железом (из корродирующих стальных трубопроводов). Для удаления этих примесей в виде Ме(ОН)3 раствор нейтрализуют серной кислотой до рН = 7; кислота подается в питатель однокорпусного выпарного аппарата, предназначенного для концентрирования раствора до содержания примерно 200 г/л Li2SO,t. После упаривания раствора в него вносят с целью обесцвечивания небольшое количество газовой сажи, удаляемой затем вместе с осадками А1(ОН)з и Fe(OH)3 на рамном фильтре.

Очищенный таким образом и концентрированный раствор поступает в реактор на стадию получения карбоната лития. Осаждение проводят концентрированным (330 г/л) раствором кальцинированной соды при 90° С. Мелкие, но легко фильтруемые кристаллы Li2C03 после отделения маточного раствора промывают деионизированной водой. Карбонат лития после первой промывки содержит примерно 82% основного вещества, после второй 96— 97%; такой технический продукт после отмывки и центрифугирования при влажности примерно 10% подвергается вакуумной сушке при давлении 510—635 мм рт. ст.

287

Примерное содержание примесей в сухом Li2C03 (вес. %)5

ЫааО + К20..... 0,18 SOj- .... °.35

СаО........ 0,04 СГ..... < 0,005

Fea03 ....... 0,003 HjO..... °>01

Тяжелые металлы . . < 0,001

Карбонат лития является первичным соединением лития, получаемым на заводе в Миннеаполисе, и перерабатывается на многие другие соединения, в частности на гидроокись лития и хлорид лития, из которого получают металлический литий.

Несмотря на то что описанная сернокислотная схема применима только для переработки ?-сподумена, она обладает рядом достоинств, из которых следует отметить: резкое сокращение энергоемких операций, обычных для многих гидрометаллургических производств *; кратковременность высокотемпературных стадий (декрипитации при 1100° С и сульфатизации, требующей для своего завершения при 250°С около 10 мин); высокая скорость выщелачивания спека**, которое может проводиться не только водой, но и умеренно концентрированными растворами серной кислоты.

В то же время, хотя при работе с концентратами, содержащими 4—5% Li20, извлечение лития в карбонат по сернокислотной схеме составляет 85—90% [50, 54], выход лития в готовый продукт из руды равен 50—55%, так как при ее флотации в концентрат извлекается только 60—70% [15]. Это обстоятельство явилось побудительным мотивом для изучения вопроса о применимости сернокислотной схемы к переработке непосредственно сподуменовой руды после ее обжига (перевода содержащегося в ней а-сподумена в ?-модификацию), тем более что можно было рассчитывать на отсутствие взаимодействия серной кислоты с пустой породой в мягких условиях сульфатизации. Оказалось, что действительно возможно осуществить сернокислотную схему переработки сподуменовой руды при извлечении из нее лития на 80%. В связи с этим на литиевом заводе в Бессемер-Сити (штат Северная Каролина, США), построенном в 1955 г., была принята сернокислотная схема получения карбоната лития (производительность 7500 т/год) из необогащенной сподуменовой руды с содержанием 25% сподумена или примерно 1,5% Li20 [55]. Руду на этом заводе обжигают при 1095° С, обожженный материал (?-сподуменовая руда) после охлаждения до 65° С измельчают до —100 меш и подвергают сульфати-

* Имеется в виду отсутствие необходимости тонкого измельчения сульфа-тизируемого материала вследствие пористости ?-сподумена н дополнительного самоизмельчения зерна флотоконцентрата при декрипитации, отсутствие надобности в шихтовании концентрата с твердыми реагентами и измельчении спека перед выщелачиванием.

** Следует указать, что этот спек имеет к тому же наименьший объем по сравнению со спеками, получаемыми в других технологических схемах, так как при приготовлении шихты не добавляются твердые реагенты.

238

зирующему обжигу при 230° С с концентрированной серной кислотой. После водного выщелачивания реакционной массы раствор нейтрализуют известняком, фильтруют и обрабатывают последовательно гидроокисью кальция и карбонатом натрия для осаждения гидроокиси магния и карбоната кальция. В дальнейшем отфильтрованный раствор упаривают при контролируемом рН до содержания 15Q г/л сульфата лития и после осветления сажей и отделени

страница 59
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

Скачать книгу "Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия" (3.51Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
сниму для хранения вещей
хочу глаза ширинган купить
KISP.75.0253
Обвалочные ножи Wusthof

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(06.12.2016)