Мазмұны

10.2 Кен концентраттарынан литий қосылыстарын өндіру технологиясы

Литий концентраттарын өңдеу өнімдері литий тұздары (карбонат, сульфат, хлорид) және гидроксид болып табылады. Ең кең таралған соңғы өнім - литий карбонаты, ол басқа қосылыстар, атап айтқанда литий хлоридін өңдеп, металлдық литий алу үшін бастапқы материал ретінде қызмет етеді.
Өнеркәсіптік тәжірибеде литий концентраттарын ыдыратудың негізгі үш әдісі қолданылады:
-күкірт қышқылды;
- сульфатты (K2SO4-пен күйдіру);
- әкпен ыдырату.
Сонымен қатар, кейде әкті-хлоридті әдіс қолданылады.
Күкірт қышқылды әдіс. Күкірт қышқылымен ыдырату литий концентраттарының барлық түрлері үшін қолданылады: сподумен, лепидолит және амблигонит. Концентратты 200 - 250 °C-та концентрленген күкірт қышқылымен ыдыратады және өнімді сумен шаймалау нәтижесінде литий сульфаты ерітіндісін алады, ерітіндіден ары қарай литий карбонаты тұндырылады.
Сподуменді өңдеу. Күкірт қышқылымен сподуменді тиімді ыдырату үшін, оны алдымен 1100 ℃ температурада, -α-дан - β-сподуменге айналдыру үшін, термиялық өңдеу қажет (α - сподумен күкірт қышқылымен іс жүзінде ыдырамайды.). Күйдіру барабан пешінде жүзеге асырылады. β-сподуменнің күкірт қышқылымен әрекеттесуінің ерекшелігі - β-сподумен құрылымын сақтай отырып, литий катиондары қышқылдың протондарымен алмасады:

Кремний мен алюминий алюмосиликаттың өзгермейтін торында қалатындықтан, литий cулы ерітіндіге таңдамалы түрде бөлінеді, сондықтан оның құрамында салыстырмалы түрде қоспалары аз болады.
Концентрат пен күкірт қышқылы шнекте араласып, болатпен футерленбеген барабан пешіне беріледі, онда 250 ℃ температурада сульфаттау процесі тез 10-15 минутта жүреді.
Сульфатталған материал сумен шайылып, артық күкірт қышқылын рН = 6 - 6,5 дейін бейтараптандыру үшін реакторға бор беріледі. Сүзілген ерітінді магнийден әкпен бейтараптандыру арқылы (рН = 12-14), содан кейін кальцийден СаСО3 содасын тұндыру арқылы тазартылады.
Темір мен алюминий қоспалары ерітіндіні 200г/л Li2SО4 концентрациясына дейін буландырып, рН = 7 кезінде гидроксидтер түрінде тұндырылады.
Тұнбаны ерітіндіден сүзу арқылы бөлгеннен кейін литий карбонаты қаныққан сода ерітіндісімен тұндырылады. Жуылған тұнбаның құрамында 96-97% Li2CO3 болады. Сподумен концентратынан карбонат алу шығымы 85-90% құрайды.
Лепидолитті өңдеу. Лепидолитті 320 - 330 ℃ температурада күкірт қышқылымен тікелей сульфаттауға болады. Процесті жеделдету үшін кейде 1090 ℃ температурада лепидолитті алдын-ала балқытады, оны шыны тәрізді массаға айналдырып, ұнтақталғаннан кейін сульфаттайды.
Лепидолитті өңдеу кезінде алынған сульфат ерітінділерінде Li2SO4, K2SO4, Na2SO4, Al2(SO4)3 болады.
Алюминийдің көп бөлігі әдетте ерітінділерді -5 – 0 ℃ дейін салқындатып (ерітіндіге калий сульфаты қосылады), калийлі квасцтар түрінде шығарылады K(Al(SO4)2)×12Н2O. Сонымен қатар, алюминийді Аl(ОН)3 құрамдағы бейтараптандырылған ерітіндіден бөледі. Ерітіндінің кейінгі булану процесінде K2SO4 және Na2SO4 бөлігі кристалданады. Сүзілген ерітіндіден литий карбонаты тұндырылады.
Сульфатты әдіс. Бұл әдіс литий концентраттарын калий сульфатымен күйдіріп, кейін жентекті сумен шаймалауға негізделген. 920 - 1150 ℃ температурада сподуменді күйдіріп өңдеу барысында α-сподумен β-сподуменге айналады және калий сульфатымен алмасу реакциясына түседі:

Салқындаған кезде α-лейцит β-лейцитке ауысады. α→β-сподуменнің ауысуы қатты фазалық реакцияның тез жүруіне ықпал етеді, өйткені торды қайта құру кезінде атомдардың қозғалғыштығы артады.
(3.14) реакциясы қайтымды болғандықтан, жоғары алмасу дәрежесін қамтамасыз ету үшін K2SO4 (150% дейін) артық мөлшері қажет.
3.4-суретте сподуменді сульфат әдісімен өңдеудің типтік сызбасы келтірілген.
Шихта барабан пештерінде 1100 - 1150 ℃ температурада 1-2 сағат бойы күйдіріледі. Шаймалау суық барабан диірмендерінде жүзеге асырылады (Li2SO4 ерігіштігі температураның жоғарылауымен төмендейді). 
Сульфатты сілтілерде 110 - 150 г/л Li2SO4, 150 - 200 г/л K2SO4, Na2SO4-тің едәуір мөлшері,  Mg, Al, Fe сульфаттарының қоспалары болады. Бұл қоспалар натрий гидроксиді немесе калий карбонаты арқылы гидроксид түрінде тұндырылады. Литий карбонатын шығару үшін ерітінділерді әртүрлі нұсқаларды қолдана отырып өңдейді. Олардың бірі 80-суретте көрсетілген. Бұл нұсқада калий сульфатының негізгі мөлшері 3K2SO4×Na2SO4 (глазерит) қос тұзының кристалдануы арқылы шығарылады, ол K2SO4-пен сподумен шихтасын дайындау үшін қолданылады. 
Сульфатты әдіс лепидолит пен циннвальдитті өңдеу үшін де қолданылады, айырмашылығы шихтадағы калий сульфатының мөлшерінде және одан төмен күйдіру температурасында (850 - 950 ℃).
Литий шикізатын өңдеудің сульфатты әдісінің артықшылықтарына оның әмбебаптығы және концентраттың ашылуының жоғары дәрежесі жатады. Кемшілігі - калий сульфатының жоғары шығыны. Алайда, К2СO4