A produção de carbonato de lítio a partir do espodumeno envolve dois processos relativamente independentes: pré-torração para produzir salmoura e salmoura para produzir carbonato de lítio. A produção de salmoura a partir do spodumeno inclui oito pequenas etapas: secagem, torração, resfriamento, trituração, moagem, acidificação, imersão em água e separação sólido-líquido.
 Spodumene australiano
1、 Secagem: O teor de umidade da spodumena comprada para o projeto geralmente é de 8%. Para não afetar o processo de torra subsequente, o material precisa ser seco. A secagem é realizada em um forno rotativo, com temperatura de secagem de cerca de 250 °C e duração de cerca de 15 minutos. O ar quente entra em contato direto com o material. Após a secagem, o teor de umidade da espodumena é de cerca de 6,5%, e o processo de secagem pode reduzir o consumo de gás no processo subsequente de torração. A fonte de calor de secagem vem do calor residual do gás de exaustão do forno rotativo (para alcançar a conservação de energia e a redução do consumo, uma parte do gás quente da combustão com calor residual de cerca de 250 °C proveniente do gás de exaustão do forno de calcinação rotativo é introduzida no forno de secagem por meio de ventiladores). Toda a poeira acumulada pela secagem será usada no processo de calcinação.
2、 Torragem: Após a secagem, o pirogênio de lítio entra na sala de torração de alta temperatura do forno rotativo para assar (usando gás do forno de coque como combustível, e uma pistola de pulverização é instalada na seção central do forno de torcer tipo túnel para combustão direta). O forno rotativo utiliza gás do forno de coque como combustível e conduz a torração das matérias-primas em alta temperatura por meio de aquecimento direto. A temperatura de sinterização é controlada entre 1100-1200 °C, e o tempo de torra dura cerca de 2 horas.
Forno rotativo
Após a calcinação, a matéria-prima espodumena é α A transformação do tipo espodumeno em β Tipo espodumeno transforma o lítio de uma estrutura insolúvel em ácido para uma estrutura solúvel ácida, com uma taxa de conversão de 95-98%.
A equação do processo de transformação é: α-Li2O· Al2O3·4SiO2→β-Li2O· Al2O3·4SiO2
3、 Resfriamento: Quando o material é torrado em alta temperatura, devido à fusão de alguns materiais, o material sinterizado terá certa resistência e precisa ser resfriado. Ele entra no forno de resfriamento e é forçado a resfriar até cerca de 90 °C. O tempo de resfriamento após a torra é de 1,5 hora.
4、 Esmagamento: O clínquer resfriado é transportado para o britador usando um transportador de corrente fechada para evitar que grandes pedaços de clínquer entrem em processos subsequentes. O clínker é esmagado até um tamanho de partícula de cerca de 10mm e então alimentado no sistema vertical do moinho por meio de uma esteira transportadora fechada.
5、 Moagem: Para facilitar operações subsequentes de lixiviação e dissolver o clínquer mais completamente, o clínquer triturado precisa ser moído mais adiante. O material é alimentado no disco de moagem do sistema vertical de moagem por meio de uma balança de correia, e sob a ação da força centrífuga, o material se move em direção à periferia do disco de moagem. Quando o material passa entre o disco de moagem e o rolo de moagem, ele é comprimido e moído em pó sob a ação da força de compressão. As partículas de pó material que foram moídas continuam a se mover para fora e acabam sendo lançadas em direção à borda do disco de moagem; Dependendo da pressão negativa formada pela sucção do ventilador principal de exaustão, o gás dessecante levemente quente entra no moinho pela entrada do moinho vertical e passa pela borda externa do disco de moagem de baixo para cima; As partículas de pó do material são transportadas para cima pelo gás dessecante levemente quente, e as partículas de pó do material mais pesadas e grossas no separador colidem com o defletor da pá do separador e retornam ao disco de moagem para moagem adicional; Partículas de pó de material mais leve e menor são coletadas pelo coletor de pó através do separador; O dispositivo separador na parte superior do moinho vertical criva o material moído, e o pó do material com finura incondicional é separado do vórtice ao longo da parede interna do cone interno e retornado à placa de moagem para moagem adicional. O material com tamanho de partícula abaixo de 100 de malha após a moagem entra no próximo processo.
6. Acidificação: Triturados abaixo de 100 de malhas β Tipo espodumeno e ácido sulfúrico concentrado 98% são misturados e acidificados em um misturador (em uma proporção de 2,5-3,5:1). A mistura é transportada para dois fornos de acidificação por meio de um transportador de parafuso de alimentação. Os fornos de acidificação são aquecidos por um forno de ar quente que queima gás do forno de coque, usando um método de aquecimento indireto externo. A temperatura da reação é controlada entre 250-300 °C, e a duração é de cerca de 10 minutos, β Tipo espodumeno passará por uma reação completa de salinização com ácido sulfúrico, e a equação da reação é a seguinte:
Li2O· Al2O3·4SiO2 +H2SO4→Li2SO4 + H2O· Al2O3·4SiO2
Ao mesmo tempo, os seguintes efeitos colaterais também ocorreram:
Na2O· Al2O3·4SiO2 + H2SO4→Na2SO4 + H2O· Al2O3·4SiO2
K2O· Al2O3·4SiO2 +H2SO4→ K2SO4 + H2O· Al2O3·4SiO2
MgO· Al2O3·4SiO2+H2SO4→ MgSO4 + H2O· Al2O3·4SiO2
CaO· Al2O3·4SiO2+ H2SO4→ CaSO4 + H2O· Al2O3·4SiO2
Fe2O3 +3H2SO4→Fe2(SO4)3 +3H2O
ZnO + H2SO4→ZnSO4 + H2O
TlO2+ H2SO4→TlOSO4+ H2O
Quando o material passa por uma reação de salinização, impurezas de resina são removidas entre o núcleo aluminosilicato do espodumeno e do ácido sulfúrico, e a troca resulta na substituição do lítio no espodumeno por hidrogênio, enquanto a estrutura mineral não é realmente danificada. O material acidificado após a reação de salinização é enviado para o forno de resfriamento por um transportador de parafuso, que é indiretamente resfriado a água até menos de 80 °C antes de entrar no processo subsequente de lixiviação.
O projeto do dispositivo de torra ácida é dividido em quatro partes: unidade de matéria-prima, unidade de torração ácida, unidade de armazenamento de resfriamento, unidade de aquecimento, etc.
(1) Unidade de matéria-prima
(1) Processo fino de alimentação, pesagem e medição de espodumena calcinada.
No depósito de materiais finos para torração β Spodumene entra nesta unidade, é pesado e medido por um alimentador fechado de pesagem e então colocado em uma misturadora de rosca dupla.
(2) Processo concentrado de transporte e medição de ácido sulfúrico.
O ácido sulfúrico concentrado é transportado por tubulações da área do tanque de ácido sulfúrico na área da fábrica até o tanque de dosagem, e então bombeado para o misturador de dupla parafusa através da bomba de alimentação de ácido sulfúrico.
(2) Unidade de torra ácida
(1) β O pó fino de pirogênio de lítio (malha 100) flui para a balança por gravidade a partir da saída inferior do silo de pó fino.
(2) Escalas de medição geralmente utilizam escalas em espiral, escalas de rotor, escalas de força de Coriolis, etc. Neste projeto, são utilizadas escalas de força de Coriolis.
(3) A saída da escala de medição é conectada a um transportador de parafuso, e a velocidade do transportador de parafuso é controlada pela leitura da escala de força de Coriolis, controlando assim a quantidade de alimentação do pó de espodumena.
(4) A saída do transportador com parafuso é conectada à máquina de mistura.
(5) As misturadoras geralmente usam misturadoras de rosca simples, misturadoras de correia e misturadoras de parafuso duplo. Este projeto adota uma mistura de parafuso duplo.
(6) Ácido sulfúrico 98% é enviado do tanque de armazenamento para o misturador por meio de uma bomba magnética revestida de flúor.
(7) Instalar medidores de fluxo e válvulas reguladoras no duto de ácido sulfúrico.
(8) Controlar a vazão mássica do ácido sulfúrico por meio da vazão másica espodumena.
(9) O ácido sulfúrico é pulverizado no misturador através de um bico multiponto e misturado mecanicamente com pó fino de espodumeno. A mistura é chamada de mistura ácida.
(10) O material ácido misturado é então alimentado para o forno de acidificação através da espiral da entrada e da tampa da cauda do forno.
(3) Unidade de armazenamento de resfriamento por clínker ácido
O material acidificado que sai da cauda do forno é enviado em espiral para o forno de resfriamento para temperaturas abaixo de 80 °C. O forno de resfriamento adota resfriamento indireto com água gelada, e o clínquer acidificado resfriado é enviado para a seção de processo úmido na fábrica.
(4) Unidade de aquecimento
O sistema de aquecimento deste projeto adota a forma de um sistema de circulação de ar quente (circulação de ar quente) fornecido por um fogão a gás a gás.
O gás do forno de coque enviado pela tubulação e o ar pré-aquecido enviado pelo ventilador de ar são queimados no forno de ar quente. O gás quente gerado pela combustão é misturado com o gás de combustão quente circulante enviado pelo ventilador de alta temperatura na seção traseira do forno de ar quente. Após ser regulado pela válvula na tubulação de ar quente, ele entra na jaqueta do forno de acidificação para fornecer calor ao corpo do forno. A maior parte dos gases quentes da chaminé circula no sistema de aquecimento, e uma parte deles é pré-aquecida com ar e liberada pela chaminé. Cada duto de ar do sistema é equipado com portas reguladoras, que podem atender a diferentes requisitos de temperatura de aquecimento para cada seção do corpo do forno. O duto de exaustão de fumaça é equipado com uma válvula reguladora para regular o equilíbrio da pressão do ar do sistema.
Condições de operação e parâmetros de controle: Controle a temperatura da reação de 250 °C a 300 °C, determine a quantidade de ácido sulfúrico com base na quantidade de Li2O efetivo no minério, mantenha um teor de ácido livre de 20-22% no material ácido misto e determine uma proporção de ácidos de alimentação de cerca de 2,5-3,5. O tempo de residência do material no forno de torra é de cerca de 30 minutos. O teor de ácido livre no clínker ácido é de 2-6% sob pressão normal.
7、 Imersão em água: O clínquer ácido espodumeno resfriado a ácido contém cerca de 2-6% de ácido sulfúrico, que é transportado por um raspador enterrado para o tanque de polpa através do depósito de clínker ácido. A polpa de clínker ácido é então misturada com solução de lavagem de escória de lítio, água de regeneração de resina e água condensada em uma proporção sólida líquida de cerca de 1,6:1 para formar uma polpa clínker ácida (a temperatura do clínker ácido após o resfriamento é de cerca de 40 °C, e ele entra no tanque de lixiviação fechado abaixo do nível líquido pelo canal de descarga). e então enviado para o tanque de neutralização. O calcário é adicionado, a cal neutraliza o ácido sulfúrico residual. Calcário e cal viva são alimentados no tanque de neutralização por um alimentador através de um transportador enterrado de raspagem. O medidor de pH no tanque de neutralização controla a velocidade do alimentador, controlando assim a quantidade de calcário e cal viva adicionados. Depois que o pH atinge 6-6,5, pare de alimentar e a reação de neutralização dura 20 minutos. Após a lixiviação, o lítio entra na fase líquida (suspensão de neutralização) a partir da fase sólida, e a taxa de lixiviação do lítio atinge cerca de 98%. A polpa de neutralização é bombeada para a prensa filtrante pela bomba de polpa para operações subsequentes.
Equação da reação:
CaCO3 +H2SO4→CaSO4 + CO2↑+H2O
CaO+H2SO4→CaSO4 +H2O
Condições de operação e parâmetros de controle: temperatura de lixiviação 40 °C, razão líquido-sólido 1,6:1, tempo de lixiviação 2-3 horas, pressão atmosférica.
八、Separação de líquidos sólidos:
Após a polpa de neutralização ser bombeada para a prensa filtrante, ela passa por processos como filtração, lavagem, prensagem, soprar e descarregar para obter escória de lítio úmida, filtrado de sulfato de lítio e solução de lavagem de escória de lítio, respectivamente.
Prensa de filtro de placas e quadros
Filtragem: A polpa de neutralização é bombeada para a prensa filtrante para separação sólido-líquido. Quando a vazão da bomba de polpa diminui para cerca de 5m3/h, a prensa filtrante para de alimentar. O filtrado filtrado é principalmente sulfato de lítio, que é armazenado temporariamente no tanque do filtro antes de entrar no processo de remoção de impurezas.
Lavagem: O teor de lítio no resíduo do filtro obtido pela separação de resíduos sólidos ainda é relativamente alto. Por meio da lavagem online com água condensada, a maior quantidade possível de solução de sulfato de lítio pode ser retirada do resíduo de lítio. A solução obtida com lixiviação é a solução de lavagem de resíduos de lítio, que retorna ao processo de lixiviação para preparação da polpa ácida com clínker.
Prensagem: Após a lavagem, o resíduo de lítio continua sendo prensado e o filtrado retorna ao processo de lixiviação para preparação da pasta de clínker ácido.
Secagem: Após a prensagem, o resíduo de lítio é soprado e drenado com ar úmido de 0,7 MPa, e a água drenada retorna ao processo de lixiviação para preparação da polpa ácida clinker. O teor de umidade da escória de lítio drenada é inferior a 20%.
Descarregamento: Use uma esteira transportadora para tratar o resíduo lixiviado após a filtração sob pressão como resíduos sólidos.