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        提取鋰的方法總結

        提取鋰的方法總結

        關鍵詞:環;剞D窯、鋰礦回轉窯、提取鋰的方法總結

        河南華冠環?萍加邢薰镜V石提鋰的方法主要有硫酸法、硫酸鹽法、石灰燒結法、氯化焙燒法,純堿壓煮法等,現綜述如下:

        (一)、硫酸法

        硫酸法從鋰輝石中提取碳酸鋰是當前比較成熟的礦石提鋰工藝,其工藝流程如圖1-1所示。此方法先將天然鋰輝石在950-1100℃焙燒,使其由單斜晶系的α-鋰輝石轉變成四方晶系的β-鋰輝石,由于晶型轉變,礦物的物理化學性質也隨著晶體結構的變化而產生明顯變化,化學活性增加,能與酸堿發生各種反應。然后將硫酸與β-鋰輝石在250-300℃下焙燒,通過硫酸化焙燒發生置換反應,即可生成可溶性硫酸鋰和不溶性脈石,反應方程式如下:

        β-Li2O·Al2O3·4SiO2+H2SO4=Li2SO4+H2O·Al2O3·4SiO2

        以上即為硫酸法從鋰輝石中提取碳酸鋰的工藝原理。

        由文獻:田千秋,陳白珍,陳亞,馬立文,石西昌.鋰輝石硫酸焙燒及浸出工藝研究. 稀有金屬,2011,35(1):118-123.得到具體操作步驟如下:

        ①焙燒,稱取一定質量的鋰輝石放于回轉窯中1000-1100℃焙燒30min;

        ②冷卻磨細,將其磨細到200目以下;

        ③酸化焙燒,硫酸(93%-98%)用量為理論用量的140%,焙燒溫度250℃,焙燒時間為30min;

        ④水浸,將酸化熟料用去離子水進行攪拌浸出,浸出最佳條件為:常溫反應15min,液固比為;

        ⑤分離,浸出結束后加入C aCO3迅速中和至pH 左右,使部分鐵鋁進入渣中,過濾得到浸出液;浸出液通過凈化 后即可用于碳酸鋰的提取。

        1-1

        (二)硫酸鹽法 硫酸鹽法是用硫酸鉀與天然鋰輝石燒結,使礦石中的鋰轉變為硫酸鋰,通過熟料溶出即可使鋰從礦石中進入溶 液。在處理鋰輝石時,燒結過程中不僅伴隨著α-鋰輝石的晶型轉變,同時也存在著離子交換反應。實際上,該反應是 α-鋰輝石先轉換成結構較疏松且易于反應的β-鋰輝石,然后發生離子交換反應的。在加熱燒結過程中,總的化學反應 是:

        α-Li2O·Al2O3·4SiO2+K2SO4=Li2SO4+K2O·Al2O3·4SiO2

        該反應是可逆的,為了使反應更加充分地向右進行,在工藝上需加入過量的K2SO4,然而由于K2SO4價格貴, 故常常采用以Na2SO4部分替代K2SO4。但如果全部用Na2SO4代替K2SO4,可能生成“鋰輝石玻璃”嚴重影響后續浸 出工序,所以只能以Na2SO4部分替代K2SO4。硫酸鹽法不僅可以處理硅酸鹽礦,而且也可以處理憐酸鹽礦。 此方法的優點是它具有通用性,幾乎能分解所有的含鋰礦石。缺點是若不用Na2SO4替代部分K2SO4,即消耗大 量的鉀鹽,最終導致生產成本較高、產品也常被鉀污染。

        由文獻:張婉思,王遠明,李擎.硫酸鹽法從鋰云母中制取碳酸鋰的工藝路線研究. 化學世界,2010,34-36.

        得到 具體操作步驟如下:

        ①焙燒,焙燒階段的優化條件為:溫度940℃,時間120 min,配比 鋰云母:K2SO4:Na2SO4:CaO=20::;

        ②浸出,第一步:水浸。將焙燒產物按液固比3:1溶于水中,攪拌 半小時,然后靜置抽濾。對濾渣進行三級浸取,將濾液合并; 第二步:酸浸。由于水浸使得80%的Li、80%的Na、30%的鉀進入溶液中,需要進一步酸浸,以提高Li的浸出 率,浸出操作同上,采用三級酸浸取,液固比為3:l;

        ③除雜,在對浸出液調節pH過程中發現,當pH>6時,開始出現白色絮狀的Al(OH)3沉淀,當pH>8時,此白色沉 淀不再增加,說明Al(OH)3基本沉淀完全。繼續加堿增大pH,當pH>10時,開始出現 紅褐色的Fe(OH)3。沉淀,當pH>13時,紅褐色沉淀不再增加,說明Fe(OH)3;境恋硗耆。抽濾,得到凈化 液。

        ④ 沉鋰,將溶液加熱到95℃左右,加入Na2CO3。溶液,溶液中生產 白色粉末狀沉淀,抽濾后濾紙上形成約1cm厚的濾餅,用熱水洗滌3次后將濾餅放人200℃烘箱中烘干3 h后,稱 重,溶解到60mL 的稀硫酸溶液中待檢測。濾液收集起來,留待檢測。

        (三)、石灰燒結法 石灰燒結法是用石灰或石灰石與含鋰礦石燒結,再將燒結塊溶出以制取碳酸鋰,目前對燒結過程中的物理化學反 應還缺乏清晰的認識,其總得反應式為:

        Li2O·Al2O3·4SiO2+8CaO= Li2O·Al2O3+4[2CaO·SiO2]

        石灰法生產工藝流程如下圖所示,過程包括生料制備、焙燒、浸出、洗澄、浸出液濃縮、凈化、結晶等幾個主要 工序。石灰石經過細磨后,按鋰礦物與石灰石質量比配料,并和一定氧化鈣配成合格的生料裝,生料裝放入回轉窯中 在一定溫度下進行反應,使礦物中的鋰轉化成可溶于水的化合物。倍燒產物通過浸出工序除掉不溶雜質,過濾分離即 可得到以鋰化合物為主的浸出液,向浸出液中通入CO2氣體、廢爐氣或者添加碳酸鈉,使鋰以難溶碳酸鹽的形式沉淀 析出。經洗滌干燥后得到碳酸鋰產品。該過程中CaO的加入量越多,燒結塊中的鋰的浸出率越高,燒結時鋰礦石中的 堿金屬轉變為鋁酸鹽,浸出時鋁酸鹽轉變成水合鋁酸鈣和原硅酸鈣進入沉淀,從而使堿金屬則以氧化物的形式進入溶 液。

        石灰石燒結法是歷史上最古老的鋰鹽生產方法,主要優點是流程簡單,設備腐燭小,生產成本低,反應中原料易得,常用 天然產物石灰石,并且可以利用煤、石油或煤氣作為燃料;缺點溶液濃度低,蒸發能耗大,物料流通量大,鋰回收率較低,并 且浸出后礦泥有凝聚性,維護設備困難。

        由石穎寫的《石灰石法鏗云母綜合冶煉工藝流程》這篇文章得到石灰石燒結法提取鋰的工藝步驟,如下所示:

        ①焙燒,銼云母和石灰石按1 : 3 的配比在回轉窯中經900℃左右焙燒;

        ②水浸,堿金屬氫氧化物溶人水中, 然后與固相銼渣分離;

        ③蒸發濃縮析出氫氧化鋰;

        ④用碳酸鈉使母液中的鋰以溶解度更小的碳酸鋰析出。

        主要工藝流程圖如下所示:

        (四)、氯化焙燒法

        氯化培燒法是利用氯化劑使礦石中的鋰及其它有價金屬轉化為氯化物,進而提取金屬及其化合物的。常見的氯化 焙燒法生產工藝有兩種:中溫氯化法是在低于堿金屬氯化物沸點的溫度下制得含氯化物的燒結塊、經過溶出使之與雜 質分離;另一種高溫氯化或氯化揮發焙燒是在高于其沸點的溫度下進行焙燒,使氯化物成為氣態揮發出來,從而與雜 質分離。這兩種方法均可用來處理含鋰礦石,氯化劑常常為鉀、鈉、銨和鈣的氯化物。氯化焙燒的反應為:

        Li2O·Al2O3·4SiO2 + 14CaCO3 + CaCl2 =2LiCl↑+ 14CO2↑+4(3CaO·Si O2) +3CaO·Al2O3

        爐料中鋰輝石與石灰石和氯化鈣按一定的質量比配料,在1000℃下培燒生成的LiCl升華進而與灰塵一同進入煙 氣,通過在收塵器和洗滌塔中收集LiCl溶液。蒸發濃縮后加入飽和的Na2CO3溶液,沉淀即可得到Li2CO3產品。該方法 的優點是流程簡單,不消耗貴重試劑,而鋰的回收率可達90%或更高。缺點則是LiCl的收集較難,爐氣腐蝕性強,試 劑用量大。

        由儲慰農寫的《氯化焙燒法從宜春鋇云母提取Li2CO3》這篇文章

        得到氯化焙燒法提取鋰的工藝步驟,如下所示:

        ①配料,按鋰云母:NaCl:CaCl=1::得比例進入球磨機磨細,均勻混合,得到合格的生料,并制成球團;

        ②焙燒,焙燒過程中控制溫度在900-950℃;

        ③水浸,浸出液和熟料的流比為 , 溫度常溫;

        ④除鈣,根據浸出液中鈣離子的含量按反應CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3+ 2NaCl計算,過量2 % 加入固體Na2CO 3粉末或返回的鋰母液,于90 ~ 95℃反應;

        ⑤蒸發析出NaCl,

        ⑥冷卻析出KCl

        ⑦沉鋰

        (五)、純堿壓煮法 純堿壓煮法主要包括晶型轉化焙燒、壓煮、碳化溶出及沉鋰四大工藝。通過焙燒,使不易處理的天然鋰輝石轉化 為易處理的β-鋰輝石,利用碳酸鈉與β-鋰輝石在較高溫度(>200℃)、壓力(>和液相水存在情況下,鈉和鋰的置換反 應,使鋰以碳酸鋰的形式提取出來,反應方程式為:

        Li2O·Al2O3·4SiO2+nH2O+Na2CO3= Na 2O·Al2O3·4SiO2·nH2O+Li2CO3

        壓煮后的料裝可用兩種方法使其中的Li2CO3轉入液相與殘渣分離,一是往料裝中通入CO2,將鋰轉變成可溶性的L iHCO3,分離殘渣后加熱溶液,使之再成為Li2CO3結晶析出;另一種是往料漿中加入石灰乳,使鋰苛化成LiOH進入溶 液,分離殘渣后,蒸發濃縮得到LiOH·H2O產品,

        通入CO2反應得到碳酸鋰。

        純堿壓煮法的主要優點有生產流程短,生產過程物料流通量;碳酸化可以直接生產較高品級%)的電池級碳酸鋰 產品;壓煮浸出時間短(≥,10-30min),生產效率高;碳酸化浸出不需加溫,分解溫度低(常溫),能耗低;生產過程在堿 性介質中進行,沒有腐燭性,設備造價低;不消耗硫酸,不產生大量低價值的副產品硫酸鈉。主要缺點在于壓煮在高 壓高溫條件下進行,操作技術要求相對較高;目前沒有現成的鋰鹽生產工廠可供借鑒,但壓煮過程可以借鑒鋁土礦壓 煮溶出工藝。

        主要工藝流程如下圖所示:

        主要參考文獻:陳平、廖婷、陳白珍、田千秋,純堿壓煮法從鋰輝石中提取鋰的研究,有色金屬,2011(9):2 1-23.

        設計實驗步驟如下:

        ①焙燒轉型:取粉煤灰樣品100g,置于馬弗爐內,在高溫下進行轉化焙燒,焙燒轉化的溫度控制在1150℃~1250 ℃。

        ②冷卻磨細:將焙燒后的原料冷卻到常溫,再將其磨細到50~325目。

        ③調漿:將Na2CO3與上述磨細的熟料加入相應量的水調配成漿,控制鈉鋰摩爾比為2~7,液固比為3~5(Na2C O3的重量計入液相)。(100g 粉煤灰中含190μg×10-6×100=鋰,所以含有÷39=鋰, 控制鈉鋰摩爾比為7,所以鈉的用 量為×7=,所以碳酸鈉的用量為÷2= mol,為×106=;控制液固比為5,固體質量為100 g,所以液相為100×5=500g,需要加水為= g。)

        ④壓浸:利用高壓蒸汽對料漿加熱,使其溫度升到180~270℃,并保持恒溫恒壓時間為~,所述高壓蒸汽的壓力 為~6Mpa。

        ⑤降溫減壓:將步驟4中的料漿減壓至常壓狀態,并使其溫度降至0~40℃。

        ⑥碳化:向步驟5中的壓煮料漿中通入CO2,將碳酸鋰轉化成溶解度大的碳酸氫鋰,壓煮料漿的碳化溫度控制在0 ~40℃,碳化壓力在~4 Mpa,液固比2~6,持續保壓時間為1~2h,此過程在碳化釜中進行。

        ⑦分離、洗滌及除雜:將步驟6碳化后的料漿過濾得到濾液和濾渣,濾渣經過三次洗滌后棄去,采用螯合樹脂除 雜的方法除去濾液中含有的少量鈣鎂雜質離子。

        ⑧加熱分解:將步驟7中的除雜精制后的溶液加熱,分解溫度為50~100℃,得到碳酸鋰料漿。

        ⑨分離洗滌:將步驟8獲得的碳酸鋰料漿放入離心機內脫水,得到碳酸鋰濕料,再對其進行洗滌,再次脫水,反 復洗滌2~6次。

        ⑩干燥:將步驟9獲得的碳酸鋰濕料在溫度為150~250℃的烘箱中烘干,烘干時間為2~3h,即得電池及碳酸鋰。

        總結概括一下:上述五種方法都是經過焙燒,浸出,沉鋰的步驟得到鋰的化合物,焙燒的目的是破壞硅鋁鍵,釋 放鋰,使鋰易于酸堿反應生成相應的鹽類,浸出的原理是使鋰鹽進入溶液當中,最后調節PH析出鋰鹽。加入的堿或鹽 類物質不外乎是鈉或鉀的化合物,目的是用鈉或鉀置換出鋰,得到水溶性鋰鹽,再使鋰鹽進入到溶液當中,

        沉淀析出鋰,得到鋰的化合物。

        參考純堿壓煮法設計方案如下:

        1、焙燒,按粉煤灰與Na2CO3質量比為1:1,分別稱取100g粉煤灰與100g Na2CO3,攪拌均勻,放于馬弗爐中9 50℃焙燒2小時;

        2、冷卻磨細,焙燒后料有很高的余熱,因此將其換熱冷卻到常溫,在壓煮過程中為使焙料與料液有足夠的接觸 面積,將其磨細到200目;

        3、調漿,將碳酸鈉與磨細的熟料加入相應量的水調配成漿,實際中由于高壓釜的原因用Na2CO3溶液(濃度105 g/L)2L;

        4、壓浸,利用高壓蒸汽將料漿升溫到225℃,恒溫恒壓時間為1小時,攪拌速率為300r/min;

        5、降溫減壓,將步驟4中的料漿減壓至常壓狀態,溫度降至0-40℃;

        6、過濾定容,取40ml濾液放與樣品瓶中,待測。

         

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