تولید کربنات لیتیوم 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، خنک کردن، خرد کردن، آسیاب کردن، اسیدی شدن، غوطه وری در آب و جداسازی جامد و مایع.
 اسپودومن استرالیا
1، خشک کردن: میزان رطوبت اسپودومن خریداری شده برای پروژه معمولا 8 درصد است. برای اینکه بر فرآیند برشته شدن بعدی تأثیر نگذارد، مواد باید خشک شوند. خشک کردن در کوره خشک کن دوار با دمای خشک شدن حدود 250 درجه سانتیگراد و مدت زمان حدود 15 دقیقه انجام می شود. هوای گرم در تماس مستقیم با مواد قرار می گیرد. پس از خشک شدن، میزان رطوبت اسپودومن حدود 6.5 درصد است و فرآیند خشک کردن می تواند مصرف گاز را در فرآیند برشته کردن بعدی کاهش دهد. منبع گرمای خشک کن از گرمای اتلاف گاز خروجی کوره دوار حاصل می شود (به منظور دستیابی به صرفه جویی در انرژی و کاهش مصرف، بخشی از گاز دودکش داغ با گرمای اتلاف حدود 250 درجه سانتی گراد از گاز خروجی کوره کلسینه دوار از طریق فن ها وارد کوره خشک کن می شود). تمام گرد و غبار جمع آوری شده از خشک کردن برای فرآیند کلسینه سازی استفاده می شود.
2، برشته کردن: پس از خشک شدن، پیروکسن لیتیوم برای برشته کردن وارد اتاق برشته کردن با دمای بالا کوره دوار می شود (با استفاده از گاز کوره کک به عنوان سوخت، و یک تفنگ اسپری در قسمت میانی کوره برشته کردن نوع تونلی برای احتراق مستقیم قرار می گیرد). کوره دوار از گاز کوره کک به عنوان سوخت استفاده می کند و برشته کردن مواد اولیه را در دمای بالا از طریق گرمایش مستقیم انجام می دهد. دمای پخت 1100-1200 درجه سانتیگراد کنترل می شود و زمان برشته شدن حدود 2 ساعت طول می کشد.
کوره دوار
پس از اتمام کلسینه شدن، ماده اولیه اسپودومن α تبدیل نوع اسپودومن به اسپودومن نوع β لیتیوم را از یک ساختار نامحلول در اسید به یک ساختار محلول در اسید با نرخ تبدیل 95-98٪ تبدیل می کند.
معادله فرآیند تبدیل به شرح زیر است:α-Li2O· Al2O3·4SiO2→β-Li2O· Al2O3·4SiO2
3، خنک کننده: هنگامی که مواد در دمای بالا بو داده می شوند، به دلیل ذوب برخی مواد، مواد متخلخل استحکام خاصی خواهند داشت و نیاز به خنک شدن دارند. وارد کوره خنک کننده می شود و مجبور می شود تا حدود 90 درجه سانتیگراد خنک شود. زمان خنک شدن پس از برشته کردن 1.5 ساعت است.
4، خرد کردن: کلینکر خنک شده با استفاده از نوار نقاله زنجیر بسته به سنگ شکن منتقل می شود تا از ورود قطعات بزرگ کلینکر به فرآیندهای بعدی جلوگیری شود. کلینکر به اندازه ذرات حدود 10 میلی متر خرد می شود و سپس از طریق یک نوار نقاله بسته به سیستم آسیاب عمودی وارد می شود.
5، سنگ زنی: به منظور تسهیل عملیات شستشوی بعدی و حل کردن کامل تر کلینکر، کلینکر خرد شده باید بیشتر زمین باشد. این ماده از طریق ترازو توزین تسمه ای به دیسک سنگ زنی سیستم سنگ زنی عمودی وارد می شود و تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز، مواد به سمت حاشیه دیسک سنگ زنی حرکت می کنند. هنگامی که مواد بین دیسک سنگ زنی و غلتک سنگ زنی عبور می کنند، تحت تأثیر نیروی فشرده سازی فشرده شده و به پودر تبدیل می شود. ذرات پودر مواد که آسیاب شده اند به حرکت خود به سمت بیرون ادامه می دهند و در نهایت به سمت لبه دیسک سنگ زنی پرتاب می شوند. با تکیه بر فشار منفی ایجاد شده توسط مکش فن اگزوز اصلی، گاز خشک کن کمی داغ از ورودی آسیاب عمودی وارد آسیاب می شود و از لبه بیرونی دیسک سنگ زنی از پایین به بالا عبور می کند. ذرات پودر مواد توسط گاز خشک کن کمی داغ حمل می شوند و ذرات پودر مواد سنگین تر و درشت در جداکننده با بافل تیغه جداکننده برخورد می کنند و برای سنگ زنی بیشتر به دیسک سنگ زنی باز می گردند. ذرات پودر مواد سبک تر و کوچکتر توسط جمع کننده پودر از طریق جداکننده جمع آوری می شوند. دستگاه جداکننده در قسمت بالایی آسیاب عمودی مواد زمین را غربال می کند و پودر مواد با ظرافت بی حد و حصر از گرداب در امتداد دیواره داخلی مخروط داخلی جدا می شود و برای سنگ زنی بیشتر به صفحه سنگ زنی بازگردانده می شود. مواد با اندازه ذرات زیر 100 مش پس از سنگ زنی وارد فرآیند بعدی می شوند.
6. اسیدی شدن: خرد شده تا زیر 100 مش β نوع اسپودومن و 98٪ اسید سولفوریک غلیظ در میکسر مخلوط و اسیدی می شوند (به نسبت 2.5-3.5: 1). این مخلوط از طریق نوار نقاله پیچ تغذیه به دو کوره اسیدی سازی منتقل می شود. کوره های اسیدی سازی توسط یک کوره هوای گرم که گاز کوره کک را با استفاده از روش گرمایش غیرمستقیم خارجی می سوزاند، گرم می شوند. دمای واکنش در دمای 250-300 درجه سانتیگراد کنترل می شود و مدت زمان آن حدود 10 دقیقه است ، β نوع اسپودومن تحت یک واکنش شور کامل با اسید سولفوریک قرار می گیرد و معادله واکنش واکنش به شرح زیر است:
Li2O· Al2O3·4SiO2 +H2SO4→Li2SO4 + H2O· Al2O3·4SiO2
در همان زمان ، عوارض جانبی زیر نیز رخ داده است:
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
هنگامی که ماده تحت واکنش شور شدن قرار می گیرد، ناخالصی های رزین بین هسته آلومینوسیلیکات اسپودومن و اسید سولفوریک حذف می شود و این تبادل منجر به جایگزینی لیتیوم در اسپودومن با هیدروژن می شود، در حالی که ساختار معدنی در واقع آسیب نمی بیند. مواد اسیدی شده پس از واکنش شور شدن توسط یک نوار نقاله پیچ به کوره خنک کننده ارسال می شود که به طور غیر مستقیم قبل از ورود به فرآیند شستشوی بعدی تا زیر 80 درجه سانتیگراد خنک می شود.
طراحی دستگاه برشته کردن اسید به چهار قسمت واحد مواد اولیه، واحد برشته کردن اسید، واحد ذخیره سازی خنک کننده، واحد گرمایش و غیره تقسیم می شود.
(1) واحد مواد اولیه
(1) فرآیند تغذیه، توزین و اندازه گیری اسپودومن کلسینه شده.
در انبار مواد برشته ریز β اسپودومن وارد این واحد می شود، توسط یک فیدر توزین بسته توزین و اندازه گیری می شود و سپس در یک میکسر دو پیچ قرار می گیرد.
(2) فرآیند حمل و نقل و 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 پمپ می شود.
(2) واحد برشته کردن اسید
(1) β پودر ریز لیتیوم پیروکسن (100 مش) توسط گرانش از خروجی پایین سیلو پودر ریز به مقیاس توزین جریان می یابد.
(2) مقیاس های اندازه گیری به طور کلی از مقیاس های مارپیچی، مقیاس های روتور، مقیاس های نیروی کوریولیس و غیره استفاده می کنند. در این پروژه از مقیاس های نیروی کوریولیس استفاده شده است.
(3) خروجی مقیاس اندازه گیری به یک نوار نقاله پیچ متصل می شود و سرعت نوار نقاله پیچ با خواندن مقیاس نیروی کوریولیس کنترل می شود و در نتیجه میزان تغذیه پودر اسپودومن را کنترل می کند.
(4) خروجی نوار نقاله پیچ به دستگاه اختلاط متصل است.
(5) میکسرها معمولا از میکسرهای تک پیچ، میکسرهای تسمه پیچی و میکسرهای دو پیچ استفاده می کنند. این پروژه از میکسر دو پیچ استفاده می کند.
(6) 98٪ اسید سولفوریک از مخزن ذخیره سازی به میکسر از طریق یک پمپ مغناطیسی با روکش فلوئور ارسال می شود.
(7) فلومترها و شیرهای تنظیم کننده را روی خط لوله اسید سولفوریک نصب کنید.
(8) سرعت جریان جرمی اسید سولفوریک را از طریق سرعت جریان جرمی اسپودومن کنترل کنید.
(9) اسید سولفوریک از طریق یک نازل چند نقطه ای به میکسر پاشیده می شود و به صورت مکانیکی با پودر ریز اسپودومن مخلوط می شود. این مخلوط مخلوط اسید نامیده می شود.
(10) سپس مواد اسیدی مخلوط از طریق مارپیچ ورودی و پوشش دم کوره به کوره اسیدی سازی وارد می شود.
(3) واحد ذخیره سازی خنک کننده کلینکر اسیدی
مواد اسیدی شده ای که از دم کوره خارج می شوند توسط مارپیچ به کوره خنک کننده برای خنک شدن تا دمای زیر 80 درجه سانتیگراد ارسال می شوند. کوره خنک کننده خنک کننده خنک کننده غیرمستقیم را با آب سرد انجام می دهد و کلینکر اسیدی خنک شده به بخش فرآیند مرطوب در کارخانه ارسال می شود.
(4) واحد گرمایش
سیستم گرمایش این پروژه به شکل سیستم گردش هوای گرم (گردش هوای گرم) است که توسط اجاق گاز گاز کک تهیه می شود.
گاز کوره کک ارسال شده توسط خط لوله و هوای از پیش گرم شده توسط فن هوا در کوره هوای گرم سوزانده می شود. گاز دودکش داغ تولید شده توسط احتراق با گاز دودکش داغ در گردش ارسال شده توسط فن گردش با دمای بالا در قسمت دم کوره هوای گرم مخلوط می شود. پس از تنظیم توسط شیر در خط لوله هوای گرم، وارد ژاکت کوره اسیدی می شود تا گرما را برای بدنه کوره تامین کند. بیشتر گاز دودکش داغ در سیستم گرمایشی به گردش در می آید و بخشی از آن با هوا گرم می شود و از طریق دودکش تخلیه می شود. هر مجرای هوا در سیستم مجهز به درهای تنظیم کننده است که می تواند نیازهای مختلف دمای گرمایش را برای هر بخش از بدنه کوره برآورده کند. مجرای اگزوز دود مجهز به یک شیر تنظیم کننده برای تنظیم تعادل فشار هوای سیستم است.
شرایط عملیاتی و پارامترهای کنترل: دمای واکنش را از 250 درجه سانتیگراد تا 300 درجه سانتیگراد کنترل کنید، مقدار خوراک اسید سولفوریک را بر اساس مقدار جزء موثر Li2O در سنگ معدن تعیین کنید، محتوای اسید آزاد 20-22٪ را در مواد اسیدی مخلوط حفظ کنید و نسبت اسید خوراک را در حدود 2.5-3.5 تعیین کنید. زمان ماندگاری مواد در کوره برشته حدود 30 دقیقه است. محتوای اسید آزاد در کلینکر اسیدی تحت فشار معمولی 2-6 درصد است.
7، غوطه وری در آب: کلینکر اسید اسپودومن خنک شده حاوی حدود 2-6 درصد اسید سولفوریک است که توسط یک نوار نقاله اسکرابر مدفون از طریق سطل کلینکر اسید به مخزن دوغاب منتقل می شود. سپس دوغاب کلینکر اسیدی با محلول شستشوی سرباره لیتیوم، آب بازسازی رزین و آب میعانات در نسبت جامد مایع حدود 1.6: 1 مخلوط می شود تا یک دوغاب کلینکر اسیدی تشکیل شود (دمای کلینکر اسیدی پس از خنک شدن حدود 40 درجه سانتیگراد است و از طریق کانال تخلیه وارد مخزن شستشوی بسته زیر سطح مایع می شود). و سپس به مخزن خنثی سازی فرستاده شد. سنگ آهک اضافه می شود آهک اسید سولفوریک باقیمانده را خنثی می کند. سنگ آهک و آهک زنده توسط یک فیدر از طریق یک نوار نقاله اسکرابر مدفون به مخزن خنثی سازی وارد می شوند. pH متر در مخزن خنثی سازی سرعت فیدر را کنترل می کند و در نتیجه میزان سنگ آهک و آهک زنده اضافه شده را کنترل می کند. پس از رسیدن pH به 6-6.5، تغذیه را متوقف کنید و واکنش خنثی سازی به مدت 20 دقیقه طول می کشد. پس از شستشو، لیتیوم از فاز جامد وارد فاز مایع (دوغاب خنثی سازی) می شود و میزان شستشوی لیتیوم به حدود 98 درصد می رسد. دوغاب خنثی سازی توسط پمپ دوغاب برای عملیات بعدی به فیلتر پرس پمپ می شود.
معادله واکنش:
CaCO3 +H2SO4→CaSO4 + CO2↑+H2O
CaO + H2SO4→CaSO4 + H2O
شرایط عملیاتی و پارامترهای کنترل: دمای شستشوی 40 درجه سانتیگراد ، نسبت مایع به جامد 1.6: 1 ، زمان شستشوی 2-3 ساعت ، فشار اتمسفر.
八、جداسازی مایع جامد:
پس از پمپ دوغاب خنثی سازی به فیلتر پرس، فرآیندهایی مانند فیلتراسیون، شستشو، فشار دادن، دمیدن و تخلیه را برای به دست آوردن سرباره لیتیوم مرطوب، فیلتر سولفات لیتیوم و محلول شستشوی سرباره لیتیوم به ترتیب انجام می دهد.
فیلتر پرس صفحه و قاب
فیلتر کردن: دوغاب خنثی سازی برای جداسازی جامد و مایع به فیلتر پرس پمپ می شود. هنگامی که سرعت جریان پمپ دوغاب به حدود 5 متر مکعب در ساعت کاهش می یابد، فیلتر پرس تغذیه را متوقف می کند. فیلتر فیلتر شده عمدتا فیلتر سولفات لیتیوم است که قبل از ورود به فرآیند حذف ناخالصی به طور موقت در مخزن فیلتر ذخیره می شود.
شستشو: محتوای لیتیوم موجود در باقیمانده فیلتر به دست آمده از جداسازی زباله های جامد هنوز نسبتا زیاد است. از طریق شستشوی آنلاین با آب میعانات، تا حد امکان می توان محلول سولفات لیتیوم را از باقیمانده لیتیوم خارج کرد. محلول به دست آمده از شستشو محلول شستشوی باقیمانده لیتیوم است که برای تهیه دوغاب کلینکر اسیدی به فرآیند شستشوی بازگردانده می شود.
فشار دادن: پس از شستشو، باقیمانده لیتیوم همچنان فشرده می شود و فیلتر برای تهیه دوغاب کلینکر اسیدی به فرآیند شستشو بازگردانده می شود.
خشک کردن: پس از اتمام پرس، باقیمانده لیتیوم با هوای مرطوب 0.7 مگاپاسکال دمیده و تخلیه می شود و آب تخلیه شده برای تهیه دوغاب کلینکر اسیدی به فرآیند شستشوی بازگردانده می شود. میزان رطوبت سرباره لیتیوم زهکشی شده کمتر از 20٪ است.
تخلیه: از نوار نقاله برای تصفیه بقایای شسته شده پس از فیلتراسیون تحت فشار به عنوان زباله جامد استفاده کنید.