A produção de carbonato de lítio a partir de espodumênio envolve dois processos relativamente independentes: pré-torrefação para produzir salmoura e salmoura para produzir carbonato de lítio. A produção de salmoura a partir de espodumênio inclui oito pequenas etapas: secagem, torrefação, resfriamento, trituração, moagem, acidificação, imersão em água e separação sólido-líquido.
Espodumênio australiano
1 、 Secagem: O teor de umidade do espodumênio adquirido para o projeto é geralmente de 8%. Para não afetar o processo de torrefação subsequente, o material precisa ser seco. A secagem é efectuada em estufa rotativa de secagem, com uma temperatura de secagem de cerca de 250 °C e uma duração de cerca de 15 minutos. O ar quente entra em contato direto com o material. Após a secagem, o teor de umidade do espodumênio é de cerca de 6,5%, e o processo de secagem pode reduzir o consumo de gás no processo de torrefação subsequente. A fonte de calor de secagem provém do calor residual dos gases de exaustão do forno rotativo (para obter a conservação de energia e a redução do consumo, uma parte do gás de combustão quente com um calor residual de cerca de 250 °C do gás de exaustão do forno rotativo de calcinação é introduzida no forno de secagem através de ventiladores). Todo o pó coletado da secagem será usado para o processo de calcinação.
2 、 Torrefação: Após a secagem, o piroxênio de lítio entra na sala de torrefação de alta temperatura do forno rotativo para torrefação (usando gás de coque como combustível, e uma pistola de pulverização é colocada na seção intermediária do forno de torrefação tipo túnel para combustão direta). O forno rotativo usa gás de coqueria como combustível e realiza a torrefação em alta temperatura das matérias-primas por meio de aquecimento direto. A temperatura de sinterização é controlada para ser 1100-1200 °C, e o tempo de torrefação dura cerca de 2 horas.
Forno rotativo
Após a conclusão da calcinação, a matéria-prima do espodumênio é α Transformação do tipo espodumênio em β O espodumênio do tipo transforma o lítio de uma estrutura insolúvel em ácido para uma estrutura solúvel em ácido, 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 ao derretimento de alguns materiais, o material sinterizado terá uma certa resistência e precisa ser resfriado. Ele entra no forno de resfriamento e é forçado a esfriar a cerca de 90 °C. O tempo de resfriamento após a torrefação é de 1,5 horas.
4 、 Trituração: O clínquer resfriado é transportado para o britador usando um transportador de corrente fechada para evitar que grandes pedaços de clínquer entrem nos processos subsequentes. O clínquer é triturado até um tamanho de partícula de cerca de 10 mm e, em seguida, alimentado no sistema de moinho vertical por meio de um transportador de correia fechado.
5 、 Moagem: Para facilitar as operações de lixiviação subsequentes e dissolver o clínquer mais completamente, o clínquer triturado precisa ser moído ainda mais. O material é alimentado no disco de moagem do sistema de moagem vertical através de uma balança de pesagem 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 de material que foram moídas continuam a se mover para fora e são finalmente lançadas em direção à borda do disco de moagem; Contando com a pressão negativa formada pela sucção do exaustor principal, o gás dessecante ligeiramente 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 de material são transportadas pelo gás dessecante ligeiramente quente, e as partículas de pó de material mais pesado e grosso no separador colidem com o defletor da lâmina do separador e retornam ao disco de moagem para moagem adicional; Partículas de pó de material mais leves e menores são coletadas pelo coletor de pó através do separador; O dispositivo separador na parte superior do moinho vertical peneira o material moído, e o pó do material com finura não qualificada é separado do vórtice ao longo da parede interna do cone interno e devolvido à placa de moagem para posterior moagem. O material com tamanho de partícula abaixo de 100 mesh após a moagem entra no próximo processo.
6. Acidificação: Triturado abaixo de 100 mesh β tipo espodumênio e 98% de ácido sulfúrico concentrado 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 através de um transportador helicoidal de alimentação. Os fornos de acidificação são aquecidos por um forno de ar quente que queima o gás do forno de coque, usando um método de aquecimento externo indireto. A temperatura da reação é controlada em 250-300 °C, e a duração é de cerca de 10 minutos, β espodumênio tipo sofrerá 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 sofre uma reação de salinização, as impurezas da resina são removidas entre o núcleo de aluminossilicato de espodumênio e ácido sulfúrico, e a troca resulta na substituição do lítio no espodumênio 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 helicoidal, que é indiretamente resfriado a água abaixo de 80 °C antes de entrar no processo de lixiviação subsequente.
O design do dispositivo de torrefação ácida é dividido em quatro partes: unidade de matéria-prima, unidade de torrefação ácida, unidade de armazenamento de resfriamento, unidade de aquecimento, etc.
(1) Unidade de matéria-prima
(1) Processo de alimentação, pesagem e medição de espodumênio calcinado fino.
No armazém de material de torrefação fina β o espodumênio entra nesta unidade, é pesado e medido por um alimentador de pesagem fechado e, em seguida, colocado em um misturador de rosca dupla.
(2) Transporte de ácido sulfúrico concentrado e processo de medição.
O ácido sulfúrico concentrado é transportado através de tubulações da área do tanque de ácido sulfúrico na área da fábrica para o tanque dosador e, em seguida, bombeado para o misturador de rosca dupla através da bomba de alimentação de ácido sulfúrico.
(2) Unidade de torrefação ácida
(1) β pó fino de piroxênio de lítio (100 mesh) flui para a balança por gravidade a partir da saída inferior do silo de pó fino.
(2) As escalas de medição geralmente usam escalas espirais, escalas de rotor, escalas de força de Coriolis, etc. Neste projeto, são utilizadas escalas de força de Coriolis.
(3) A saída da balança de medição é conectada a um transportador helicoidal e a velocidade do transportador helicoidal é controlada pela leitura da escala de força de Coriolis, controlando assim a quantidade de alimentação de pó de espodumênio.
(4) A saída do transportador helicoidal está conectada à máquina de mistura.
(5) Os misturadores geralmente usam misturadores de parafuso único, misturadores de correia de parafuso e misturadores de parafuso duplo. Este projeto adota um misturador de parafuso duplo.
(6) O ácido sulfúrico a 98% é enviado do tanque de armazenamento para o misturador através de uma bomba magnética revestida de flúor.
(7) Instale medidores de vazão e válvulas reguladoras na tubulação de ácido sulfúrico.
(8) Controle a taxa de fluxo de massa de ácido sulfúrico através da taxa de fluxo de massa de espodumênio.
(9) O ácido sulfúrico é pulverizado no misturador através de um bico multiponto e misturado mecanicamente com pó fino de espodumênio. A mistura é chamada de mistura ácida.
(10) O material ácido misturado é então introduzido no forno de acidificação através da espiral de entrada e da tampa da cauda do forno.
(3) Unidade de armazenamento de resfriamento de clínquer ácido
O material acidificado que sai da cauda do forno é enviado em espiral para o forno de resfriamento para resfriamento 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 de ar quente a gás de coqueria.
O gás do forno de coque enviado pelo gasoduto e o ar pré-aquecido enviado pelo ventilador de ar são queimados no forno de ar quente. O gás de combustão quente gerado pela combustão é misturado com o gás de combustão quente circulante enviado pelo ventilador circulante de alta temperatura na seção traseira do forno de ar quente. Depois de ser regulado pela válvula na tubulação de ar quente, ele entra na camisa do forno de acidificação para fornecer calor ao corpo do forno. A maior parte do gás de combustão quente circula no sistema de aquecimento, e uma parte dele é pré-aquecida com ar e descarregada pela chaminé. Cada duto de ar no 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 de reação de 250 °C a 300 °C, determine a quantidade de alimentação de ácido sulfúrico com base na quantidade de componente efetivo Li2O no minério, mantenha um teor de ácido livre de 20-22% no material ácido misturado e determine uma proporção de ácido de alimentação de cerca de 2,5-3,5. O tempo de permanência do material no forno de torrefação é de cerca de 30 minutos. O teor de ácido livre no clínquer ácido é de 2-6% sob pressão normal.
7 、 Imersão em água: O clínquer ácido de espodumênio resfriado a ácido contém cerca de 2-6% de ácido sulfúrico, que é transportado por um transportador raspador enterrado para o tanque de lama através da caixa de clínquer ácido. A pasta de clínquer ácido é então misturada com solução de lavagem de escória de lítio, água de regeneração de resina e água condensada em uma proporção de sólido líquido de cerca de 1,6:1 para formar uma pasta de clínquer de ácido ácido (a temperatura do clínquer ácido após o resfriamento é de cerca de 40 °C e entra no tanque de lixiviação fechado abaixo do nível do líquido através do canal de descarga), e então enviado para o tanque de neutralização. Calcário é adicionado A cal neutraliza o ácido sulfúrico residual. O calcário e a cal virgem são alimentados no tanque de neutralização por um alimentador através de um transportador raspador enterrado. O medidor de pH no tanque de neutralização controla a velocidade do alimentador, controlando assim a quantidade de calcário e cal virgem adicionados. Depois que o pH atingir 6-6,5, pare de alimentar e a reação de neutralização dura 20 minutos. Após a lixiviação, o lítio entra na fase líquida (pasta de neutralização) da fase sólida, e a taxa de lixiviação do lítio atinge cerca de 98%. A lama de neutralização é bombeada para o filtro prensa pela bomba de polpa para operações subsequentes.
Equação de reação:
CaCO3 +H2SO4→CaSO4 + CO2↑+H2O
CaO+H2SO4→CaSO4 +H2O
Condições de operação e parâmetros de controle: temperatura de lixiviação 40 °C, relação líquido-sólido 1,6:1, tempo de lixiviação 2-3 horas, pressão atmosférica.
八 、 Separação de sólidos líquidos:
Depois que a lama de neutralização é bombeada para o filtro prensa, ela passa por processos como filtragem, lavagem, prensagem, sopro e descarga para obter escória de lítio úmida, filtrado de sulfato de lítio e solução de lavagem de escória de lítio, respectivamente.
Filtro prensa de placas e quadros
Filtragem: A pasta de neutralização é bombeada para o filtro prensa para separação sólido-líquido. Quando a vazão da bomba de polpa decai para cerca de 5m3/h, o filtro prensa para de alimentar. O filtrado filtrado é principalmente filtrado de sulfato de lítio, que é temporariamente armazenado no tanque do filtro antes de entrar no processo de remoção de impurezas.
Lavagem: O teor de lítio no resíduo do filtro obtido da separação de resíduos sólidos ainda é relativamente alto. Através da lavagem online com água condensada, o máximo possível de solução de sulfato de lítio pode ser lixiviado do resíduo de lítio. A solução obtida da lixiviação é a solução de lavagem de resíduos de lítio, que é devolvida ao processo de lixiviação para preparação de pasta de clínquer ácido.
Prensagem: Após a lavagem, o resíduo de lítio continua a ser prensado e o filtrado é devolvido ao processo de lixiviação para preparação da pasta de clínquer ácido.
Secagem: Após a conclusão da prensagem, o resíduo de lítio é soprado e drenado com ar úmido de 0,7 MPa, e a água drenada é devolvida ao processo de lixiviação para preparação de pasta de clínquer ácido. O teor de umidade da escória de lítio drenada é inferior a 20%.
Descarga: Use um transportador de correia para tratar o resíduo lixiviado após a filtração por pressão como resíduo sólido.