» » Извлечение лития из руд
28.04.2015

Хотя литий и относится к группе так называемых редких элементов, в природе он встречается в достаточно больших количествах.
Земная кора, по А П. Виноградову, содержит 0,0065% (вес ) лития. По содержанию в земной коре он более распространен, чем та кие широкоизвестные металлы, как олово, сурьма, ртуть, вольфрам и др.
Растворимые соли лития имеются в воде озер, морей и другие природных источников. Около 0,02% хлористого лития содержатся в насыщенных рассолах озера Серлс (Калифорния, США), до 0,4% хлористого лития содержится в источниках Виши (Франция), Дюркхейм (ФРГ) и др.
Литий входит в состав более 20 минералов, но промышленное значение имеют только шесть:
Извлечение лития из руд

Мировая промышленность лития базируется преимущественно на наиболее часто встречающихся сподуменовых рудах.
Литиевые руды, как правило, комплексные и, помимо литиевых минералов, содержат олово, бериллий, ниобий, тантал, цезий, рубидий и в отдельных случаях драгоценные камни (полихромовые и розовые турмалины, воробьевиты, кунциты).
Крупнейшие месторождения литиевых руд находятся в Канаде (на юго-востоке Манитобы, на севере Кв<ебека), США (Северная Каролина, Южная Дакота), юго-западной Африке, северо-западной Бразилиа и др.
Следует отметить, что литиевые руды служат не только материалом для извлечения лития, но и сами находят широкое применение, особенно в керамической и стекольной промышленности. Присадка литиевых минералов в керамическую шихту понижает температуру плавления и уменьшает время обжига, а присадка в стекольную шихту, помимо этого, понижает термическое расширение, повышает показатель преломления и улучшает термическую стойкость стекла.
Известно множество рекомендаций применения соединений лития для изготовления высококачественного фарфора, электрокерамических материалов и кислотоупорных эмалей, стекла (например, для кинескопов телевизоров или защитного светочувствительного стекла, не пропускающего инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, и т. д.).
До последнего времени на стекольно-керамические цели расходовалось около 30% всего добываемого литиевого сырья.
Производство лития слагается из стадий: обогащения рудного сырья, получения соединений лития и получения металлического лития.
Основной минерал литиевых руд — сподумен содержится обычно в рудах в количестве 15—25%; размер его кристаллов часто бывает от нескольких сантиметров до 1—2 м в длину, а в отдельных случаях — до 10 м. В связи с разубоживанием пустой породой содержание Li2O в сподуменовой руде составляет 1—3%, и только после обогащения сподуменовый концентрат может содержать до 5—6% окиси лития.
Сподумен встречается в природе в виде a-формы, но при нагревании до 900—1000° превращается в β-форму. Переходя из одной модификации в другую, сподумен увеличивается в объеме, растрескивается, пустая же порода остается без изменения. Это позволяет отсеивать мелкие фракции, обогащенные сподуменом, от пустой породы, причем отделяется около 90% содержащегося в сырье рудного минерала.
При спекании сподуменового концентрата с сернокислым калием алюминий и кремний связываются в труднорастворимое в воде соединение — лейцит, а литий — в растворимый сульфат:
Извлечение лития из руд

Спекание сподуменового концентрата с сульфатом калия осуществляется во вращающихся трубчатых печах при температуре 1100—1150°. Спек после охлаждения и измельчения подвергают выщелачиванию водой на холоду, так как растворимость Li2SO4 понижается с повышением температуры. В раствор переходит Li2SO4, небольшое количество K2SO4, а также сульфатов натрия, железа и алюминия.
Извлечение лития из концентрата составляет 97—98%. Раствор отделяют от шлама и поташом осаждают железо и алюминий. Осветленный раствор, содержащий сульфаты лития, калия и натрия, поступает на упарку.
Концентрированный, содержащий литий раствор обрабатывают едким кали, выделяя малорастворимый гидрат окиси лития. Осадок LiOH отделяют, вновь растворяют в воде и углекислотой осаждают Li2CO3. Последний, если необходимо, превращают в LiCl методом хлорирования, обработкой соляной кислотой или хлористым аммонием.
Имеются предложения вводить в шихту спекания не один сульфат калия, а смесь сульфатов калия и натрия.
Предлагают также в случае лепидолитовых концентратов применять спекание с сульфатами при температуре порядка 1000°, переводя затем сульфат лития в малорастворимый карбонат.
При спекании сподуменового концентрата с известняком и хлористым аммонием реакция разложения сподумена протекает по уравнению
Извлечение лития из руд

Спекание осуществляется при температуре 750°. Спек после охлаждения и измельчения выщелачивают водой на холоду, так как LiCl обладает весьма высокой растворимостью даже при 20° (в 100 г H2O растворяется 81 г LiCl). Извлечение лития из концентрата составляет 97—98%.
Раствор, содержащий хлориды лития, натрия и калия и небольшое количество CaCl2 и Ca(OH)2, отделяют от шлама и обрабатывают поташом, осаждая карбонат кальция. Полученная пульпа поступает на фильтрацию. Осветленный раствор содержит только хлориды лития, натрия и калия.
Для получения хлористого лития раствор упаривают до начала кристаллизации солей и после этого пропускают ток сухого хлористого водорода. Хлориды натрия и калия выпадают в осадок, а хлорид лития остается в растворе Отделив выпавшие соли, раствор снова упаривают При этом в осадок выпадает моногидрат хлористого лития LiCl—H2O который после обезвоживания направляется на электролиз.
В последнее время изучен способ, по которому сподуменовый концентрат спекается с одним известняком без других добавок при температуре 1100—1200°. Спек выщелачивается водой, а раствор упаривается. Дробной кристаллизацией из насыщенного раствора выделяют гидрат окиси лития как менее растворимое соединение. Спocoб изучался в лабораторном и опытно-промышленном масштабе, но полученные показатели извлечения лития оказались недостаточно высокими.
Если обжигать сподуменовый концентрат с известью и гипсом, то получается спек, при выщелачивании которого раствором хлористого кальция достигается извлечение лития до 90%.
При нагревании сподуменового концентрата с известью и хлористым кальцием образуется хлористый литий. Если нагревание ведется в вакууме, то хлористый литий можно сконденсировать в охлаждаемом приемнике и затем переработать на карбонат лития или на металлический литий (электролизом).
Имеется предложение осуществлять вскрытие литиевого концентрата путем водной автоклавной обработки при 200° в смеси с известью. Фильтрат содержит 1—4% гидрата окиси лития и небольшие количества кальция и алюминия Карбонизацией отделяют примеси, а затем осаждают литий.
Если сподуменовый концентрат обрабатывать серной кислотой при температуре порядка 250—300°, то протекает следующая реакция:
Извлечение лития из руд

Сульфат лития выщелачивается водой и дальше может быть выделен в виде карбоната или гидрата окиси лития. Таким же образом могут быть переработаны лепидолитовый и амблигонитовый концентраты.
Несмотря на обилие методов извлечения лития из концентратов, большинство методов изучено недостаточно и дальнейшие исследования несомненно будут способствовать значительному их усовершенствованию.