Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СОЕДИНЕНИЙ ЛИТИЯ ИЗ РУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
Продуктами переработки литиевых концентратов являются соли лития (карбонат, сульфат, хлорид) и гидроксид. Наи­более распространенный конечный продукт - карбонат лития, который служит исходным материалом для получения других соединений, в частности хлорида лития, из которого произ­водят металлический литий.
В промышленной практике преимущественно применяют три способа разложения литиевых концентратов: сернокислотный, сульфатный (спекание с К₂SО₄) и известковый. Кроме того, иногда используют известково-хлоридный способ.


Сернокислый способ
Разложение серной кислотой используют для литиевых концентратов всех типов: сподуменовых, лепидолитовых и амблигонитовых. В результате разложения концентрата концентрированной серной кислотой при 200 - 250 °С и последующего выщелачивания продукта водой получают растворы, содержащие сульфат лития, из которых осаждают карбонат лития.
Переработка сподумена. Для эффективного разложения сподумена серной кислотой необходима первоначальная тер­мическая обработка его примерно при 1100 °С для превраще­ния α- в β-сподумен (α- сподумен практически не разлага­ется серной кислотой.). Обжиг проводят в барабанной печи. Особенность взаимодействия серной кислоты с β - сподуменом состоит в замещении катионов лития протонами кислоты при сохранении структуры β-сподумена:


250-300^OC
Li₂0 • А1₂0₃ • 4SiO₂ + Н₂S0₄ → LiSO₄ + H₂O • Аl₂О₃ • 4SiO₂.
Поскольку кремний и алюминий остаются в неизменной ре­шетке алюмосиликата, литий избирательно извлекается в водный раствор, который поэтому содержит сравнительно ма­ло примесей.
Концентрат и серную кислоту смешивают в шнеке, который подает смесь в барабанную печь (стальной нефутерованный барабан), где при 250 ⁰С быстро (10 - 15 мин) протекает сульфатизация.
Сулъфатизированный материал выщелачивают водой, пода­вая в реактор мел для нейтрализации избытка серной кисло­ты (до рН = 6 - 6,5). Отфильтрованный раствор очищают от магния нейтрализацией известью (рН = 12 - 14), а затем от кальция осаждением СаСО₃ содой.
Примеси железа и алюминия осаждают в форме гидроксидов при рН = 7 при одновременной выпарке раствора до концент­рации Li₂SО₄ 200 г/л.
После отделения осадка фильтрацией из раствора осажда­ют карбонат лития насыщенным раствором соды. Промытые осадки содержат 96 - 97 % Li₂СО₃. Извлечение в карбонат из сподуменового концентрата составляет 85 - 90 %.
Переработка лепидолита. Лепидолит можно непосредствен­но сульфатизировать серной кислотой при 320 - 330 °С. Для ускорения процесса иногда применяют предварительное пла­вление лепидолита при 1090 °С, превращая его в стеклооб­разную массу, которую после измельчения сульфатизируют.
Получаемые при переработке лепидолита сернокислые рас­творы содержат Li₂SО₄, К₂SО₄, Nа₂SО₄, А1₂(SО₄)₃.
Большую часть алюминия обычно выделяют в форме калие­вых квасцов К[А1(SО₄)₂] • 12Н₂О, охлаждая растворы до -5 - 0°С (в раствор добавляют сульфат калия). Дополнительно алюминий выделяют из нейтрализованного раствора в составе А1(ОН)₃. В процессе последующего выпаривания раствора кристаллизуется часть К₂SО₄ и Nа₂SО₄. Из отфильтрованного раствора осаждают карбонат лития.
Сульфатный способ
Способ основан на спекании литиевых концентратов с сульфатом калия с последующим выщелачиванием спека водой.
В случае переработки сподумена в процессе спекания, проводимого при 920 - 1150 °С, α-сподумен превращается в β-сподумен, который вступает в обменную реакцию с сульфа­том калия:


2(Li, Na) [А1(SiO₃)₂] + К₂S0₄ ↔ 2(К, Na)[Аl(SiO₃)₂] + Li₂SО₄,
β-спрдумен α-лейцит
При охлаждении α -лейцит переходит в β-лейцит. Переход α →β-сподумен способствует быстрому протеканию твер­дофазной реакции вследствие того, что при перестройке ре­шетки атомы обладают повышенной подвижностью.
Так как реакция обратима, требуется оольшой из­быток К₂SО₄ (до 150 %) для обеспечения высокой степени превращения.
На рис. 80 приведена типовая схема переработки споду­мена сульфатным способом.
Шихту спекают в барабанных печах при 1100 - 1150 °С в течение 1 - 2 ч. Выщелачивание проводят на холоду в бара­банных мельницах (растворимость Li₂SО₄ понижается с повы­шением температуры).
Сульфатные щелоки содержат 110 - 150 г/л Li₂SО₄, 150 - 200 г/л К₂SО₄, значительные количества Na₂SО₄ примеси сульфатов Мg, Аl, Fе. Эти примеси осаждают в форме гидроксидов гидроксидом натрия или карбонатом калия. Последую­щую переработку растворов с выделением карбоната лития проводят, используя различные варианты. Один из них пока­зан на рис. 80. В этом варианте основное количество суль­фата калия выделяют кристаллизацией двойной соли ЗК₂SО₄ • Nа₂SО₄ (глазерита), которую используют для приготовления шихты сподумена с К₂SО₄.
Сульфатный способ применяют также для переработки ле­пидолита и циннвальдита, различие лишь в дозировке суль­фата калия в шихте и ниже температура спекания (850 - 950 °С).
К преимуществам сульфатного способа переработки литие­вого сырья относятся его универсальность и высокая сте­пень вскрытия концентрата. Недостаток - высокий расход сульфата калия. Однако создание более рациональных схем переработки растворов, обеспечивающих высокую степень ре­генерации К₂SО₄, позволит существенно улучшить экономи­ческие показатели процесса.