Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
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:
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:
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
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:
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.