Spodumenden lityum karbonat üretimi iki nispeten bağımsız süreç içerir: önceden kavurma ile tuzlu su üretmek ve tuzlu su ile lityum karbonat üretmek. Spodumenden tuzlu su üretimi sekiz küçük adımdan oluşur: kurutma, kavurma, soğutma, ezme, öğütme, asitleştirme, suya batırma ve katı sıvı ayrımı.
 Avustralya Spodumeni
1、 Kurutma: Proje için satın alınan spodumen nem oranı genellikle %8'dir. Sonraki kavurma sürecini etkilememesi için malzemenin kurutulması gerekir. Kurutma, yaklaşık 250 °C kurutma sıcaklığında ve yaklaşık 15 dakika süren döner kurutma fırınında yapılır. Sıcak hava malzemeyle doğrudan temas eder. Kuruduktan sonra spodumene'in nem içeriği yaklaşık %6,5'tir ve kurutma süreci, sonraki kavurma sürecinde gaz tüketimini azaltabilir. Kurutma ısı kaynağı, döner fırın egzoz gazının atık ısısından gelir (enerji tasarrufu ve tüketimi azaltılması için, döner kalsinasyon fırını egzoz gazından yaklaşık 250 °C atık ısıya sahip sıcak baca gazının bir kısmı fanlar aracılığıyla kurutma fırınına aktarılır). Kurutmadan toplanan tüm toz, kalsinasyon süreci için kullanılacaktır.
2、 Kavrulma: Kuruduktan sonra, lityum piroksen döner fırının yüksek sıcaklıklı fırın fırınına girerek kavurma için (yakıt olarak kok fırını gazı kullanılır ve tünel tipi fırının orta bölümüne doğrudan yakma için bir sprey tabancası yerleştirilir). Döner fırın, kok fırın gazını yakıt olarak kullanır ve hammaddelerin doğrudan ısıtma yoluyla yüksek sıcaklıkta kavurulmasını sağlar. Sinterleme sıcaklığı 1100-1200 °C arasında kontrol edilir ve kavurma süresi yaklaşık 2 saat sürer.
Döner fırın
Kalsinasyon tamamlandıktan sonra, spodumen hammaddesi α Tip spodumene β Tip spodumene dönüşümü, lityumu asit çözünmeyen bir yapıdan asitte çözünen bir yapıya dönüştürür ve dönüşüm oranı %95-98 arasındadır.
Dönüşüm süreci denklemi:α-Li2O· Al2O3·4SiO2→β-Li2O· Al2O3·4SiO2
3、 Soğutma: Malzeme yüksek sıcaklıkta kavrulduğunda, bazı malzemelerin erimesi nedeniyle sinterlenen malzeme belirli bir dayanıklılığa sahip olur ve soğutulması gerekir. Soğutma fırınına girer ve yaklaşık 90 °C'ye kadar soğumaya zorlanır. Kavurmadan sonra soğuma süresi 1,5 saattir.
4、 Ezme: Soğutulmuş klinker, büyük klinker parçalarının sonraki süreçlere girmesini önlemek için kapalı zincirli konveyör kullanılarak eziciye taşınır. Klinker yaklaşık 10 mm parçacık boyutuna kadar ezilir ve ardından kapalı bir bantlı konveyör aracılığıyla dikey firmen sistemine beslenir.
5、 Öğütme: Sonraki süzülme işlemlerini kolaylaştırmak ve klinkeri daha tam çözmek için, ezilmiş klinker daha fazla topraklanmalıdır. Malzeme, dikey öğütme sisteminin öğütme diskine bir kayışlı tartı aracılığıyla beslenir ve santrifüj kuvvetinin etkisiyle malzeme taşlama diskinin çevresine doğru hareket eder. Malzeme öğütme diski ile taşlama silindiri arasından geçtiğinde, sıkıştırılır ve sıkıştırma kuvveti etkisiyle toz haline getirilir. Öğütülmüş toz parçacıkları dışa doğru hareket etmeye devam eder ve sonunda öğütme diskinin kenarına doğru fırlanır; Ana egzoz fanının emmesiyle oluşan negatif basınca dayanarak, hafif sıcak sönümleyici gaz, dikey değirmenin girişinden değirmene girer ve öğütme diskinin dış kenarından aşağıdan yukarıya doğru geçer; Malzeme tozu parçacıkları, hafif sıcak kurutucu gaz tarafından yukarı taşınır ve ayırıcıdaki daha ağır ve kaba madde toz parçacıkları, ayırıcının bıçak baffle'ına çarpar ve daha fazla öğütme için öğütme diskine geri döner; Daha hafif ve küçük malzeme toz parçacıkları, toz toplayıcı tarafından ayırıcı aracılığıyla toplanır; Dikey değirmenin üst kısmındaki ayırıcı cihaz, öğütülmüş malzemeyi eler ve niteliksiz ince malzeme tozu, iç koninin iç duvarı boyunca girdabdan ayrılır ve daha fazla öğütme için öğütme plakasına geri döner. Parçacık boyutu 100 ağın altında olan malzeme, öğütme sonrası bir sonraki prosese girer.
6. Asitleşme: 100 mesh β Tip spodumen ve %98 konsantre sülfürik asit karıştırılır ve bir mikserde (2.5-3.5:1 oranında) asitlenir. Karışım, besleme vidalı konveyör aracılığıyla iki asitleştirme fırınına taşınır. Asitleştirme fırınları, kok fırını gazını yakan sıcak hava fırını ile harici dolaylı ısıtma yöntemiyle ısıtılır. Reaksiyon sıcaklığı 250-300 °C arasında kontrol edilir ve süresi yaklaşık 10 dakikadır; β Tip spodumen kükürt asitle tam tuzlaşma reaksiyonuna girer ve reaksiyon denklemi şöyledir:
Li2O· Al2O3·4SiO2 +H2SO4→Li2SO4 + H2O· Al2O3·4SiO2
Aynı zamanda, aşağıdaki yan etkiler de ortaya çıktı:
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
Malzeme tuzlanma reaksiyonuna girdiğinde, spodumen ile sülfürik asidin alüminosilikat çekirdeği arasındaki reçine safsızlıkları çıkarılır ve değişim sonucunda spodumen içindeki lityum hidrojenle değiştirilir, oysa mineral yapısı aslında zarar görmez. Tuzlanma reaksiyonundan sonra asitlenmiş malzeme, bir vida konveyörü ile soğutma fırınına gönderilir; bu konveyör dolaylı olarak 80 °C'nin altına su soğutuluyor ve ardından sonraki sızlama sürecine girer.
Asit kavurma cihazının tasarımı dört bölüme ayrılmıştır: ham madde birimi, asit kavurma ünitesi, soğutma depolama birimi, ısıtma ünitesi vb.
(1) Ham madde birimi
(1) İnce kalsinlenmiş spodumen besleme, tartma ve ölçü süreci.
İnce kavurma malzemesi deposunda β Spodumene bu üniteye girer, kapalı bir tartı besleyici ile tartılır ve ölçülür, ardından çift vidalı miksere konur.
(2) Konsantre kükürt asit taşıma ve ölçüm süreci.
Konsantre sülfürik asit, fabrika alanındaki sülfürik asit tankı alanından borular hatlarıyla dozaj tankına taşınır ve ardından sülfürik asit besleme pompası aracılığıyla çift vidalı miksere pompalanır.
(2) Asit kavurma ünitesi
(1) β Lityum piroksen ince toz (100 ağ) ince toz silosunun alt çıkışından yerçekimiyle tartı teraziye akar.
(2) Ölçüm ölçekleri genellikle spiral ölçekler, rotor ölçekleri, Coriolis kuvvet ölçekleri vb. kullanır. Bu projede Coriolis kuvvet ölçekleri kullanılmıştır.
(3) Ölçü ölçek çıkışı vidalı konveyöre bağlıdır ve vida konveyörünün hızı Coriolis kuvvet ölçeğinin okunmasıyla kontrol edilir; böylece spodumen tozunun beslenme miktarı kontrol edilir.
(4) Vidalı konveyör çıkışı karıştırma makinesine bağlıdır.
(5) Mikserler genellikle tek vidalı mikserler, vidalı kayışlı mikserler ve çift vidalı mikserler kullanır. Bu proje çift vidalı mikser kullanıyor.
(6) %98 kükürt asit, depolama tankından miksere flor kaplı manyetik pompa aracılığıyla gönderilir.
(7) Sülfürik asit boru hattına akış ölçerler ve düzenleyici vanalar takmak.
(8) Sülfürik asidin kütle akışını spodumen kütle akış hızıyla kontrol eder.
(9) Kükürtlü asit, çok noktalı bir nozul aracılığıyla miksere püskürtülür ve mekanik olarak spodumen ince tozla karıştırılır. Bu karışıma asit karışımı denir.
(10) Karışık asit malzeme, giriş spirali ve fırın kuyruk kapağı üzerinden asitleştirme fırınına beslenir.
(3) Asit klinker soğutma depolama ünitesi
Fırın kuyruğundan çıkan asitlenmiş malzeme, spiral olarak soğutma fırınına gönderilerek 80 °C'nin altına kadar soğutma sağlanır. Soğutma fırını, dolaylı olarak soğutulmuş su ile soğutma sağlar ve soğutulan, asitlenmiş klinker fabrikadaki ıslak işlem bölümüne gönderilir.
(4) Isıtma ünitesi
Bu projenin ısıtma sistemi, kok fırın gazlı sıcak hava ocağı tarafından sağlanan sıcak hava dolaşımı sistemi (sıcak hava dolaşımı) şeklindedir.
Boru hattından gönderilen kok fırın gazı ve hava fanı tarafından gönderilen önceden ısıtılmış hava sıcak hava fırınında yakılır. Yanma sonucu oluşan sıcak baca gazı, sıcak hava fırınının kuyruk bölümündeki yüksek sıcaklık dolaşım fanı tarafından gönderilen dolaşımdaki sıcak baca gazıyla karıştırılır. Sıcak hava boru hattındaki valf tarafından düzenlendikten sonra, asitleştirme fırınının kılıfına girerek fırın gövdesine ısı sağlar. Sıcak baca gazının çoğu ısıtma sisteminde dolaşır ve bir kısmı hava ile önceden ısıtılır ve baca aracılığıyla tahliye edilir. Sistemdeki her hava kanalı, fırın gövdesinin her bölümü için farklı ısıtma sıcaklığı gereksinimlerini karşılayabilen düzenleyici kapılarla donatılmıştır. Duman egzoz kanalı, sistem hava basıncının dengesini düzenlemek için bir düzenleyici valfle donatılmıştır.
Çalışma koşulları ve kontrol parametreleri: 250 °C ile 300 °C arasındaki reaksiyon sıcaklığını kontrol edin, cevherdeki etkili bileşen Li2O miktarına göre sülfürik asit beslenmesi miktarını belirleyin, karışık asit malzemesinde serbest asit içeriğini %20-22 olarak koruyun ve yaklaşık 2,5-3,5 olarak besleme asit oranı belirleyin. Malzemenin kavurma fırınında kalma süresi yaklaşık 30 dakikadır. Asit klinkerindeki serbest asit içeriği normal basınç altında %2-6'dır.
7、 Suya batırma: Asit soğutmalı spodumen asit klinkeri yaklaşık %2-6 sülfürik asit içerir ve bu asit, gömülü bir kazıyıcı konveyör tarafından asit klinker kutusu üzerinden çamur tankına taşınır. Asit klinker çamuru daha sonra lityum cüruf yıkama çözeltisi, reçine rejenerasyon suyu ve yaklaşık 1,6:1 oranında sıvı katı bir oranda kondensat suyu ile karıştırılır ve böylece asidik asit klinker çamuru oluşur (asit klinkerin soğuduktan sonra sıcaklığı yaklaşık 40 °C'dir ve sıvı seviyesinin altında deşarj kanalı üzerinden kapalı sızlama tankına girer). ve ardından nötrasyon tankına gönderildi. Kireçtaşı ekleniyor Kireç kalıntı kükürt asidi nötralize eder. Kireçtaşı ve sönmemiş kireç, gömülü bir kazıyıcı konveyör aracılığıyla bir besleyici tarafından nötralizasyon tankına beslenir. Nötralizasyon tankındaki pH ölçer, besleyicinin hızını kontrol eder ve böylece eklenen kireçtaşı ve sönük kireç miktarını kontrol eder. pH 6-6.5'e ulaştığında, beslemeyi durdurun ve nötralizasyon reaksiyonu 20 dakika sürer. Süzülmeden sonra, lityum katı fazdan sıvı faza (nötralizasyon bulamacı) girer ve lityum sızma oranı yaklaşık %98'e ulaşır. Nötralizasyon bulamacı, sonraki işlemler için bulamaç pompası tarafından filtre basına pompalanır.
Reaksiyon denklemi:
CaCO3 +H2SO4→CaSO4 + CO2↑+H2O
CaO+H2SO4→CaSO4 +H2O
Çalışma koşulları ve kontrol parametreleri: sızıntı sıcaklığı 40 °C, sıvı-katı oranı 1.6:1, sızıntı süresi 2-3 saat, atmosfer basıncı.
八、Katı sıvı ayrımı:
Nötralizasyon bulamaç filtre presine pompalandıktan sonra, filtreleme, yıkama, presleme, üfleme ve boşaltma gibi süreçlerden geçerek sırasıyla ıslak lityum cüruru, lityum sülfat filtratı ve lityum cürufu yıkama çözeltisi elde edilir.
Plaka ve çerçeve filtre presi
Filtreleme: Nötralizasyon bulamacı, katı sıvı ayrımı için filtre presine pompalanır. Sıvı pompasının akış hızı yaklaşık 5m3/s'e düştüğünde, filtre presi beslemeyi durdurur. Filtrelenen filtrat esas olarak lityum sülfat filtratıdır ve bu filtre filtresi safsızlık temizleme sürecine girmeden önce geçici olarak filtre tankında saklanır.
Yıkama: Katı atık ayrımından elde edilen filtre kalıntısındaki lityum içeriği hâlâ nispeten yüksektir. Kondensat suyu ile çevrimiçi yıkama sayesinde, lityum kalıntısından mümkün olduğunca çok lityum sülfat çözeltisi sızdırılabilir. Süzülmeden elde edilen çözelti, asit klinker bulamaç hazırlamak için tekrar süzülme sürecine geri getirilen lityum kalıntı yıkama çözeltisidir.
Presleme: Yıkamadan sonra lityum kalıntısı preslenmeye devam eder ve filtrat, asit klinker çamur hazırlanması için süzme sürecine geri getirilir.
Kurutma: Presleme tamamlandıktan sonra, lityum kalıntısı üflenir ve 0.7MPa nemli hava ile boşaltır, boşaltılan su ise asit klinker çamur hazırlamak için süzme sürecine geri getirilir. Boşaltılan lityum cürurunun nem içeriği %20'nin altındadır.
Boşaltma: Basınç filtresinden sonra sızan kalıntıyı katı atık olarak işlemek için bantlı konveyör kullanın.