Влияние прокаливания на отбраковку крупной пустой породы литиевых руд твердых пород

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 12963 (2022) Цитировать эту статью

1048 доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Переработка сподуменовых руд требует прокаливания в качестве обязательной предварительной обработки для преобразования α-сподумена в более реакционноспособную фазу β-сподумена. Это превращение происходит при повышенной температуре выше 900 °C и приводит к объемному расширению минерала на 30% и продукту с сильно измененными физическими свойствами. В этой работе исследуются эти вызванные свойства и влияние прокаливания на поведение лития в зависимости от размера частиц. Рентгеновский анализ показал значительное количество β-сподумена в прокаленной самой мелкой фракции (т.е. частицы размером менее 0,6 мм). Было зарегистрировано заметное снижение рабочего индекса прокаленных литиевых образцов в шаровой мельнице (т.е. 42,3%), что подтверждает наблюдаемое растрескивание и рыхлый внешний вид образца после превращения α в β-сподумен. Отнесение лития к более мелким фракциям значительно увеличивалось при прокаливании образца, что указывает на избирательное разрушение сподумена над жильными минералами.

Применение соединений лития в аккумуляторной промышленности привело к увеличению спроса на литий во всем мире. Из двух важных ресурсов лития добыча из рассолов коммерчески более выгодна по сравнению с добычей твердых пород. Однако внимание в некоторой степени сместилось в сторону извлечения лития из более равномерно распределенных руд твердых пород по двум причинам. Во-первых, этот товар монополизирован из-за присутствия в некоторых конкретных регионах. Во-вторых, ожидается, что совокупный годовой темп роста лития составит 25,5%, то есть рост с 47,3 до 117,4 тыс. тонн лития за 4 года в период с 2020 по 2024 год, что приведет к расширению производства в сторону другого сырья1. Этот рост в основном является результатом увеличения продаж электромобилей, которые, по прогнозам, вырастут с 3,4 миллиона автомобилей в 2020 году до 12,7 миллиона к 2024 году1.

Сподумен (LiAlSi2O6) является наиболее экономически выгодным литийсодержащим минералом и широко используется при добыче лития2. Он встречается в пегматитах и ​​может встречаться с другими литийсодержащими соединениями, такими как петалит (LiAlSi4O10) и лепидолит (K(Li,Al,Rb)3 (Al,Si)4O10 (F,OH)2. Переработка литиевых руд начинается с обогащения, такого как гравитационное разделение/разделение в плотных средах, магнитная сепарация и/или флотация3. Обогащение лития из сподумена не является простым процессом из-за схожих свойств литийсодержащих минералов (т.е. сподумена) и связанных с ними жильных минералов, т.е. кварца (SiO2), альбита (NaAlSi3O8), микроклина (KAlSi3O8) и мусковита (KAl2(Si3Al) О10(ОН,F)2).

Сподуменовый концентрат, содержащий более 6% Li2O, считается высококачественным4, соответствующим как минимум 75% сподумена. Этот концентрат пригоден для использования на следующих стадиях переработки: термообработка и экстракция лития2. Термическая обработка необходима из-за естественного существования сподумена в менее реакционноспособной α-фазе5. Термическая обработка при повышенных температурах (выше 950 °C) является важным этапом производства лития, поскольку на этом этапе менее реакционноспособный α-сподумен превращается в более реакционноспособный β-сподумен6. Это явление фазового превращения называется кальцинированием или декрепитацией, которое представляет собой эндотермическую реакцию7.

α-Сподумен является наиболее доминирующей встречающейся в природе из трех возможных фаз сподумена, а именно: α, β, γ. α-Сподумен (моноклинная кристаллическая структура) представляет собой более плотную и менее реакционноспособную фазу, обнаруживаемую при температуре окружающей среды. Однако β-сподумен (тетрагональная кристаллическая структура) на 30% менее плотно упакован, чем α-сподумен. Таким образом, β-сподумен имеет меньший удельный вес, чем α-сподумен (2,4 и 3,15 г/см3 соответственно). Недавно обнаружен гексагональный γ-сподумен, который метастабилен, поскольку образуется при переходе от α к β фазе8.

α-Сподумен представляет собой полноценную породу, тогда как β-сподумен гораздо более хрупкий, чем первичные жильные минералы в руде (например, кварц)7. Микроскопическое исследование показывает, что α-сподумен представляет собой компактный материал, состоящий из нескольких слоев, наложенных друг на друга. И наоборот, в образцах β-сподумена на частицах можно наблюдать множество трещин, приводящих к более хаотичной кристаллической структуре.