تولید کربنات لیتیم از اسپودومن شامل دو فرآیند نسبتا مستقل است: پیش برشته کردن برای تولید آب نمک و آب نمک برای تولید کربنات لیتیوم. تولید آب نمک از اسپودومن شامل هشت مرحله کوچک است: خشک کردن، برشته کردن، سرد کردن، خرد کردن، آسیاب کردن، اسیدی شدن، غوطه وری در آب و جداسازی مایع جامد.
 اسپودومن استرالیایی
۱、 خشک کردن: میزان رطوبت اسپودومن خریداری شده برای پروژه معمولا ۸٪ است. برای اینکه روی فرآیند برشته کردن بعدی تأثیر نگذارد، باید این ماده خشک شود. خشک کردن در کوره خشک کن چرخشی انجام می شود که دمای خشک شدن آن حدود ۲۵۰ درجه سانتی گراد و مدت زمان آن حدود ۱۵ دقیقه است. هوای گرم مستقیما با ماده تماس پیدا می کند. پس از خشک شدن، میزان رطوبت اسپودومن حدود ۶.۵٪ است و فرآیند خشک کردن می تواند مصرف گاز را در فرآیند برشته کردن بعدی کاهش دهد. منبع گرمای خشک کن از گرمای زائد گازهای خروجی کوره چرخشی تأمین می شود (برای دستیابی به صرفه جویی انرژی و کاهش مصرف، بخشی از گاز دودکش داغ با گرمای هدررفت حدود ۲۵۰ درجه سانتی گراد از گاز خروجی کوره کلسیناسیون چرخان از طریق فن ها وارد کوره خشک کن می شود). تمام گرد و غبار جمع آوری شده از خشک شدن برای فرآیند کلسیناسیون استفاده خواهد شد.
۲、 برشته کاری: پس از خشک شدن، پیروکسن لیتیم وارد اتاق برشته کاری با دمای بالا در کوره دوار می شود تا برشته شود (با استفاده از گاز کوره کک به عنوان سوخت و یک تفنگ اسپری در بخش میانی کوره تونلی برای احتراق مستقیم قرار داده می شود). کوره چرخان از گاز کوره کک به عنوان سوخت استفاده می کند و مواد خام را با حرارت مستقیم در دمای بالا برشته می کند. دمای سینترینگ بین 1100 تا 1200 درجه سانتی گراد کنترل می شود و زمان برشته کردن حدود 2 ساعت طول می کشد.
کوره دوار
پس از اتمام کلسیناسیون، ماده خام اسپودومن α تبدیل نوع اسپودومن به β نوع اسپودومن، لیتیم را از ساختار اسیدی نامحلول به ساختار محلول اسیدی با نرخ تبدیل ۹۵ تا ۹۸٪ تبدیل می کند.
معادله فرآیند تبدیل به صورت زیر است: α-Li2O· Al2O3·4SiO2→β-Li2O· Al2O3·4SiO2
۳、 سرمایش: وقتی ماده در دمای بالا به دلیل ذوب برخی مواد برشته می شود، ماده سینتر شده مقاومت خاصی پیدا کرده و نیاز به خنک شدن دارد. وارد کوره خنک کننده می شود و مجبور است تا حدود ۹۰ درجه سانتی گراد سرد شود. زمان خنک شدن پس از برشته کردن ۱.۵ ساعت است.
۴、 خرد شدن: کلینکر خنک شده با استفاده از یک نوار نقاله زنجیری بسته به دستگاه خردکن منتقل می شود تا از ورود قطعات بزرگ کلینکر به فرآیندهای بعدی جلوگیری شود. کلینکر به اندازه ذره ای حدود ۱۰ میلی متر خرد شده و سپس از طریق نوار نقاله بسته به سیستم آسیاب عمودی تغذیه می شود.
۵、 آسیاب کردن: برای تسهیل عملیات لیچینگ بعدی و حل شدن کامل تر کلینکر، کلینکر خرد شده باید بیشتر آسیاب شود. ماده از طریق ترازو تسمه ای به دیسک سنگ زنی سیستم عمودی سنگ زنی وارد می شود و تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز، ماده به سمت محیط دیسک سنگ زنی حرکت می کند. وقتی ماده بین دیسک سنگ زنی و غلتک سنگ زنی عبور می کند، تحت تأثیر نیروی فشاری فشرده شده و به پودر تبدیل می شود. ذرات پودر ماده که آسیاب شده اند به حرکت خود ادامه می دهند و در نهایت به سمت لبه دیسک آسیاب پرتاب می شوند؛ با تکیه بر فشار منفی ایجاد شده توسط مکش فن اصلی اگزوز، گاز خشک کننده کمی داغ از ورودی آسیاب عمودی وارد آسیاب شده و از لبه بیرونی دیسک سنگ زنی از پایین به بالا عبور می کند؛ ذرات پودر ماده توسط گاز خشک کننده کمی داغ به بالا حمل می شوند و ذرات پودر سنگین تر و درشت در جداکننده با حفره تیغه جداکننده برخورد کرده و برای آسیاب بیشتر به دیسک سنگ زنی بازمی گردند؛ ذرات پودر ماده سبک تر و کوچکتر توسط جمع کننده پودر از طریق جداکننده جمع آوری می شوند؛ دستگاه جداکننده در قسمت بالایی آسیاب عمودی، مواد آسیاب شده را پوشش می دهد و پودر ماده با ریزکاری غیرمجاز از گردابه در امتداد دیواره داخلی مخروط داخلی جدا شده و برای آسیاب بیشتر به صفحه آسیاب بازگردانده می شود. ماده ای که اندازه ذره اش کمتر از 100 مش پس از سنگ زنی است، وارد فرآیند بعدی می شود.
۶. اسیدی شدن: پس از خرد شدن تا کمتر از ۱۰۰ مش β نوع اسپودومن و ۹۸٪ اسید سولفوریک غلیظ روی مخلوط کن مخلوط و اسیدی می شوند (با نسبت ۲.۵ تا ۳.۵ به ۱). مخلوط از طریق یک نقاله پیچ تغذیه به دو کوره اسیدی سازی منتقل می شود. کوره های اسیدی سازی توسط کوره هوای گرم که گاز کوره کک را می سوزاند و با استفاده از روش گرمایش غیرمستقیم خارجی گرم می شوند، گرم می شوند. دمای واکنش در دمای ۲۵۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی گراد کنترل می شود و مدت زمان آن حدود ۱۰ دقیقه است، β نوع اسپودومن یک واکنش شوری کامل با اسید سولفوریک انجام می دهد و معادله واکنش به شرح زیر است:
Li2O· Al2O3·4SiO2 +H2SO4→Li2SO4 + H2O· Al2O3·4SiO2
در عین حال، عوارض جانبی زیر نیز رخ داد:
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
وقتی ماده تحت واکنش شوری قرار می گیرد، ناخالصی های رزینی بین هسته آلومینوسیلیکات اسپودومن و اسید سولفوریک حذف می شوند و این تبادل باعث می شود لیتیم موجود در اسپودومن با هیدروژن جایگزین شود، در حالی که ساختار معدنی در واقع آسیب نمی بیند. ماده اسیدی شده پس از واکنش شوری توسط یک نقاله پیچی به کوره خنک کننده فرستاده می شود که به طور غیرمستقیم با آب سرد می شود تا دمای زیر ۸۰ درجه سانتی گراد قبل از ورود به فرآیند شستشوی بعدی.
طراحی دستگاه برشته کاری اسیدی به چهار بخش تقسیم می شود: واحد مواد اولیه، واحد برشته کاری اسیدی، واحد ذخیره سازی خنک کننده، واحد گرمایش و غیره.
(۱) واحد مواد خام
(۱) فرآیند تغذیه، وزن کشی و اندازه گیری اسپودومن کلسینه ریز.
در انبار مواد برشته کننده ریز، β اسپودومن وارد این واحد می شود، توسط یک تغذیه کننده بسته وزن کشی و اندازه گیری می شود و سپس در یک همزن دو پیچ قرار می گیرد.
(۲) انتقال و فرایند اندازه گیری اسید سولفوریک غلیظ.
اسید سولفوریک غلیظ از طریق خطوط لوله از منطقه مخزن اسید سولفوریک در منطقه کارخانه به مخزن اندازه گیری منتقل می شود و سپس از طریق پمپ تغذیه اسید سولفوریک به میکسر دو پیچ پمپاژ می گردد.
(۲) واحد برشته کاری اسیدی
(1) β پودر ریز پیروکسن لیتیم (100 مش) از خروجی پایینی سیلو پودر ریز به صورت ثقلی وارد ترازو می شود.
(۲) مقیاس های اندازه گیری معمولا از مقیاس های مارپیچی، مقیاس های روتور، مقیاس نیروی کوریولیس و غیره استفاده می کنند. در این پروژه، از مقیاس های نیروی کوریولیس استفاده می شود.
(۳) خروجی مقیاس اندازه گیری به یک نقاله پیچی متصل است و سرعت نوار نقاله پیچ با خواندن مقیاس نیروی کوریولیس کنترل می شود، بنابراین مقدار تغذیه پودر اسپودومن کنترل می شود.
(۴) خروجی نقاله پیچ به دستگاه مخلوط کن متصل است.
(۵) میکسرها معمولا از میکسرهای تک پیچ، میکسرهای تسمه ای پیچی و میکسرهای دو پیچی استفاده می کنند. این پروژه از میکسر دو پیچ استفاده می کند.
(۶) ۹۸٪ اسید سولفوریک از مخزن ذخیره سازی به میکسر از طریق پمپ مغناطیسی پوشش داده شده با فلورین ارسال می شود.
(۷) نصب فلومترها و شیرهای تنظیم کننده روی خط لوله اسید سولفوریک.
(۸) کنترل نرخ جریان جرمی اسید سولفوریک از طریق نرخ جریان جرمی اسپودومن.
(۹) اسید سولفوریک از طریق نازل چندنقطه ای به داخل میکسر پاشیده شده و به صورت مکانیکی با پودر ریز اسپودومن مخلوط می شود. این مخلوط را مخلوط اسیدی می نامند.
(10) ماده اسیدی مخلوط سپس از طریق مارپیچ ورودی و پوشش دم کوره به کوره اسیدی شدن منتقل می شود.
(۳) واحد خنک کننده اسیدی کلینکر
ماده اسیدی شده ای که از دم کوره خارج می شود، به صورت مارپیچی به کوره خنک کننده فرستاده می شود تا دمای زیر ۸۰ درجه سانتی گراد را سرد کند. کوره خنک کننده سرمایش غیرمستقیم با آب سرد را انجام می دهد و کلینکر اسیدی شده سرد شده به بخش فرآیند مرطوب کارخانه ارسال می شود.
(۴) واحد گرمایش
سیستم گرمایشی این پروژه به شکل سیستم گردش هوای گرم (گردش هوای گرم) است که توسط اجاق گاز کوره کک تأمین می شود.
گاز فر کک که توسط خط لوله ارسال می شود و هوای پیش گرم شده که توسط فن هوا ارسال می شود، در کوره هوای گرم سوزانده می شوند. گاز دودکش گرم تولید شده توسط احتراق با گاز دودکش گرم در حال گردش که توسط فن گردش با دمای بالا در بخش دم کوره هوای گرم ارسال می شود، مخلوط می شود. پس از تنظیم توسط شیر در خط لوله هوای گرم، وارد روکش کوره اسیدی می شود تا گرما را به بدنه کوره برساند. بیشتر گاز دودکش داغ در سیستم گرمایشی گردش می کند و بخشی از آن با هوا پیش گرم شده و از طریق دودکش تخلیه می شود. هر کانال هوا در سیستم مجهز به درهای تنظیم کننده است که می توانند نیازهای دمای مختلف گرمایش را برای هر بخش از بدنه کوره برآورده کنند. کانال خروجی دود مجهز به یک شیر تنظیم کننده برای تنظیم تعادل فشار هوای سیستم است.
شرایط عملیاتی و پارامترهای کنترل: دمای واکنش از ۲۵۰ درجه سانتی گراد تا ۳۰۰ درجه سانتی گراد را کنترل کنید، میزان تغذیه اسید سولفوریک را بر اساس مقدار جزء مؤثر Li2O در سنگ معدن تعیین کنید، محتوای اسید آزاد ۲۰ تا ۲۲٪ را در ماده اسید مخلوط حفظ کنید و نسبت اسید خوراک حدود ۲.۵ تا ۳.۵ را تعیین نمایید. زمان ماندگاری ماده در کوره برشته کاری حدود ۳۰ دقیقه است. محتوای اسید آزاد در کلینکر اسیدی تحت فشار معمولی بین ۲ تا ۶ درصد است.
۷、 غوطه وری در آب: کلینکر اسید اسپودومن خنک شده با اسید حاوی حدود ۲ تا ۶ درصد اسید سولفوریک است که توسط یک نقاله خراش دهنده مدفون شده از طریق مخزن اسیدی کلینکر به مخزن دوغ منتقل می شود. سپس دوغاب اسیدی کلینکر با محلول شستشوی سرباره لیتیوم، آب بازسازی رزین و آب کندانس در نسبت جامد مایع حدود ۱.۶ به ۱ مخلوط می شود تا دوغاطی اسیدی کلینکر تشکیل شود (دمای کلینکر اسیدی پس از خنک شدن حدود ۴۰ درجه سانتی گراد است و از طریق کانال تخلیه وارد مخزن بسته شده زیر سطح مایع می شود). و سپس به مخزن خنثی سازی فرستاده شد. سنگ آهک افزوده می شود؛ آهک اسید سولفوریک باقی مانده را خنثی می کند. سنگ آهک و آهک زنده توسط یک تغذیه کننده از طریق یک نقاله خراش دهنده مدفون به مخزن خنثی سازی منتقل می شوند. pH متر در مخزن خنثی سازی سرعت تغذیه کننده را کنترل می کند و بدین ترتیب میزان سنگ آهک و آهک سریع افزوده شده را کنترل می کند. پس از رسیدن pH به ۶-۶.۵، تغذیه را متوقف کنید و واکنش خنثی سازی ۲۰ دقیقه طول می کشد. پس از شستشو، لیتیوم از فاز جامد وارد فاز مایع (دوغ خنثی سازی) می شود و نرخ شستشوی لیتیوم به حدود ۹۸٪ می رسد. دوغ خنثی سازی توسط پمپ دوغاب برای عملیات بعدی به پرس فیلتر پمپ می شود.
معادله واکنش:
CaCO3 +H2SO4→CaSO4 + CO2↑+H2O
CaO+H2SO4→CaSO4 +H2O
شرایط عملیاتی و پارامترهای کنترل: دمای شستشوی ۴۰ درجه سانتی گراد، نسبت مایع به جامد ۱.۶:۱، زمان شستشوی ۲-۳ ساعت، فشار جوی.
八、جداسازی مایع جامد:
پس از پمپ کردن دوغاب خنثی کننده به پرس فیلتر، فرآیندهایی مانند فیلتراسیون، شستشو، پرس، دمیدن و تخلیه را طی می کند تا به ترتیب سرباره لیتیوم مرطوب، فیلترات سولفات لیتیوم و محلول شستشوی سرباره لیتیم به دست آید.
پرس فیلتر صفحه و قاب
فیلترسازی: دوغ خنثی سازی برای جداسازی جامد-مایع به پرس فیلتر پمپ می شود. وقتی نرخ جریان پمپ دوغاب به حدود ۵ متر مکعب بر ساعت کاهش یابد، پرس فیلتر تغذیه را متوقف می کند. فیلترات تصفیه شده عمدتا شامل فیلترات لیتیوم سولفات است که به طور موقت در مخزن فیلتر ذخیره می شود و سپس وارد فرآیند حذف ناخالصی ها می گردد.
شستشو: میزان لیتیم موجود در باقی مانده فیلتر حاصل از جداسازی زباله جامد هنوز نسبتا بالا است. از طریق شستشوی آنلاین با آب کندانسیت، تا حد امکان محلول سولفات لیتیم می تواند از باقی مانده لیتیم خارج شود. محلولی که از شستشو به دست می آید، محلول شستشوی باقی مانده لیتیوم است که برای تهیه دوغاب اسیدی کلینکر به فرآیند شستشوی بازگردانده می شود.
پرس کردن: پس از شستشو، باقی مانده لیتیم همچنان فشرده می شود و فیلترات برای تهیه دوجن اسیدی کلینکر به فرآیند شستشو بازگردانده می شود.
خشک شدن: پس از اتمام پرس، باقی مانده لیتیم با هوای مرطوب ۰.۷ مگاپاسکال تخلیه و تخلیه می شود و آب تخلیه شده به فرآیند شستشو برای تهیه دوغاب اسیدی کلینکر بازگردانده می شود. میزان رطوبت سرباره لیتیوم زهکشی شده کمتر از ۲۰٪ است.
تخلیه: از نوار نقاله برای تصفیه باقی مانده های شسته شده پس از فیلتراسیون فشار به عنوان پسماند جامد استفاده کنید.