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鋰輝石生產(chǎn)碳酸鋰前段工藝:鋰輝石礦石制取硫酸鋰鹵水說(shuō)明
2023-12-02

鋰輝石生產(chǎn)碳酸鋰前段工藝:鋰輝石礦石制取硫酸鋰鹵水說(shuō)明

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鋰輝石生產(chǎn)碳酸鋰前段工藝:鋰輝石礦石制取硫酸鋰鹵水說(shuō)明

鋰輝石生產(chǎn)碳酸鋰包括前期焙燒制鹵水及鹵水生產(chǎn)碳酸鋰兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)節(jié)。鋰輝石制取鹵水又包括烘干-焙燒-冷卻-破碎-粉磨-酸化-水浸-固液分離共八個(gè)小環(huán)節(jié)。

                                                                           澳洲鋰輝石
一、烘干:項(xiàng)目購(gòu)入的鋰輝石含水率通常為8%,為了不影響后續(xù)焙燒過(guò)程,需對(duì)物料進(jìn)行烘干處理,烘干在回轉(zhuǎn)式干燥窯內(nèi)進(jìn)行,烘干溫度約為250℃,持續(xù)時(shí)間約15min,熱風(fēng)與物料直接接觸。烘干后鋰輝石含水率約6.5%,同時(shí)烘干過(guò)程可減少后續(xù)焙燒過(guò)程的燃?xì)饬俊8稍餆嵩磥?lái)自回轉(zhuǎn)窯尾氣余熱(為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,一部分回轉(zhuǎn)式焙燒窯尾氣余熱約250℃的熱煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)引至干燥窯內(nèi))烘干的收集粉塵全部會(huì)用于焙燒工序。
二、焙燒:烘干完成后的鋰輝石經(jīng)窯尾進(jìn)入焙燒回轉(zhuǎn)窯高溫焙燒室焙燒(以焦?fàn)t煤氣為燃料,在隧道式焙燒窯中段設(shè)置噴槍直接燃燒),回轉(zhuǎn)窯采用焦?fàn)t煤氣作為燃料,通過(guò)直接加熱的方式對(duì)原材料進(jìn)行高溫焙燒,其控制燒結(jié)溫度為1100~1200℃,焙燒時(shí)間持續(xù)約2h。

                                                                                                                                           回轉(zhuǎn)窯
焙燒完成后鋰輝石原料由α型鋰輝石轉(zhuǎn)為β型鋰輝石,使得鋰從不溶于酸的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為可溶于酸的結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)化率為95-98%。
轉(zhuǎn)型過(guò)程方程式為:α-Li2O·Al2O3·4SiO2→β-Li2O·Al2O3·4SiO2
三、冷卻:物料在高溫焙燒時(shí),由于部分物料熔融,燒結(jié)出來(lái)的物料會(huì)有一定的強(qiáng)度,需對(duì)其進(jìn)行冷卻,進(jìn)入冷卻窯經(jīng)強(qiáng)制風(fēng)冷降溫至90℃左右。焙燒后的冷卻時(shí)間為1.5小時(shí)。
四、破碎:冷卻后的熟料使用封閉式鏈斗輸送機(jī)傳送至破碎機(jī)進(jìn)行破碎,以防止有大塊熟料進(jìn)入后續(xù)工序,破碎至10mm左右粒度,熟料經(jīng)過(guò)封閉式皮帶運(yùn)輸機(jī)輸入立磨系統(tǒng)之中。
五、粉磨:為便于后續(xù)的浸出作業(yè),使熟料溶解更充分,破碎后的熟料需進(jìn)一步粉磨。物料通過(guò)入磨皮帶計(jì)量秤將其送入立磨系統(tǒng)磨盤(pán)上,在離心力的作用下,物料向磨盤(pán)的周緣移動(dòng)。當(dāng)物料通過(guò)磨盤(pán)和磨輥之間時(shí),在壓緊力的作用下受到擠壓和碾磨而被粉碎成粉末。已磨成的物料粉顆粒繼續(xù)向外移動(dòng),最后拋向磨盤(pán)周緣;依靠主排風(fēng)機(jī)抽力形成的負(fù)壓,微熱的干燥劑氣體從立磨進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入磨機(jī)并通過(guò)磨盤(pán)外緣自下而上;物料粉顆粒被微熱的干燥劑氣體攜帶上升,在分離器內(nèi)較重的粗大物料粉顆粒碰撞在分離器的葉片擋板上返回磨盤(pán)再研磨;較輕的細(xì)小物料粉顆粒通過(guò)分離器被收粉器收集;立磨上部的分離器裝置對(duì)研磨后的物料進(jìn)行篩分,細(xì)度不合格的物料粉沿著內(nèi)錐體內(nèi)壁從旋流中被分離并返回磨盤(pán)上繼續(xù)研磨。粉磨后的物料粒徑在100目以下進(jìn)入下一工序。
六、酸化:粉碎至100目以下的β型鋰輝石與98%濃硫酸在混料機(jī)上混合酸化(比例為2.5-3.5:1),混合料通過(guò)進(jìn)料螺旋輸送機(jī)輸送至2臺(tái)酸化窯,酸化窯采用燃燒焦?fàn)t煤氣的熱風(fēng)爐供熱,采用外熱式間接加熱方式加熱,控制反應(yīng)溫度為250~300℃,持續(xù)時(shí)間約10min,β型鋰輝石會(huì)與硫酸充分發(fā)生鹽化反應(yīng),反應(yīng)方程式如下:
Li2O·Al2O3·4SiO2 +H2SO4→Li2SO4 + H2O·Al2O3·4SiO2
同時(shí)也發(fā)生如下副反應(yīng):
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
在物料發(fā)生鹽化反應(yīng)時(shí),鋰輝石的鋁硅酸鹽核和硫酸之間發(fā)生了樹(shù)脂除雜,交換的結(jié)果使鋰輝石中的鋰被氫置換,而礦物結(jié)構(gòu)實(shí)際上并未破壞。鹽化反應(yīng)完成的酸化料由螺旋輸送機(jī)送入冷卻窯,經(jīng)過(guò)間接水冷冷卻至80℃以下,再進(jìn)入后續(xù)浸出工序。
酸化焙燒裝置設(shè)計(jì)分為4個(gè)部分:原料單元、酸化焙燒單元、冷卻儲(chǔ)存單元、供熱單元等內(nèi)容。
(1)原料單元
①細(xì)焙燒料鋰輝石下料、稱(chēng)重計(jì)量工序。
細(xì)焙燒料倉(cāng)里的β鋰輝石進(jìn)入本單元內(nèi),通過(guò)密閉式稱(chēng)重給料機(jī)稱(chēng)重計(jì)量后,投入雙螺旋混料器。
②濃硫酸輸送、計(jì)量工序。
濃硫酸由廠區(qū)硫酸罐區(qū)采用管道輸送進(jìn)入計(jì)量罐,經(jīng)硫酸投料泵送至雙螺旋混料器。
(2)酸化焙燒單元
①β鋰輝石細(xì)粉(100目)從細(xì)粉料倉(cāng)底部出口,自流入計(jì)量秤。
②計(jì)量稱(chēng)一般采用螺旋秤、轉(zhuǎn)子秤、科里奧力秤等,本項(xiàng)目采用科里奧力秤。
③計(jì)量秤出口接螺旋輸送機(jī),通過(guò)科里奧力秤的讀數(shù),控制螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而控制鋰輝石粉送料量。
④螺旋輸送機(jī)出口接混料機(jī)。
⑤混料機(jī)一般采用單螺旋混料機(jī)、螺帶混料機(jī)、雙螺旋混料機(jī)。本項(xiàng)目采用雙螺旋混料機(jī)。
⑥98%硫酸從儲(chǔ)罐通過(guò)襯氟磁力泵,送入混料機(jī)。
⑦硫酸管道上設(shè)置流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥。
⑧通過(guò)鋰輝石質(zhì)量流量控制硫酸的質(zhì)量流量。
⑨硫酸通過(guò)多點(diǎn)噴頭噴入混料機(jī),與鋰輝石細(xì)粉進(jìn)行機(jī)械混合,混合物稱(chēng)為混酸料。
⑩混酸料再通過(guò)進(jìn)窯螺旋,經(jīng)窯尾罩送入酸化窯。
(3)酸化熟料冷卻儲(chǔ)存單元
從爐尾出來(lái)的酸化料由螺旋送入冷卻窯冷卻至80℃以下,冷卻窯采用冷凍水間接冷卻的形式,冷卻后的酸化熟料送廠內(nèi)濕法工段。
(4)供熱單元
本項(xiàng)目供熱系統(tǒng)選用燃焦?fàn)t煤氣熱風(fēng)爐供應(yīng)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)(熱風(fēng)循環(huán)使用)的形式。
由管道送來(lái)的焦?fàn)t煤氣與空氣風(fēng)機(jī)送來(lái)的經(jīng)預(yù)熱的空氣在熱風(fēng)爐中燃燒,燃燒產(chǎn)生的熱煙氣在熱風(fēng)爐的尾段與高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)送來(lái)的循環(huán)熱煙氣進(jìn)行混合,由熱風(fēng)管道經(jīng)閥門(mén)調(diào)控后進(jìn)入酸化窯的夾套為爐體供熱。熱煙氣大部分在供熱系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行循環(huán),一部分預(yù)熱空氣后,由煙囪排空。系統(tǒng)中各路風(fēng)管均設(shè)置有調(diào)節(jié)門(mén),可以實(shí)現(xiàn)爐體各段加熱溫度的不同要求。排煙道設(shè)置調(diào)節(jié)閥,用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)壓的平衡。
操作條件和控制參數(shù):控制反應(yīng)溫度為250℃~300℃,硫酸的投料量根據(jù)礦石中有效成分Li2O的量確定,保持拌酸料中游離酸含量為20-22%,由此確定的料酸比約為2.5-3.5,物料在焙燒爐中的停留時(shí)間約為30min。酸熟料中游離酸含量為2-6%,常壓。
七、水浸:酸化冷卻后的鋰輝石酸熟料中約含2~6%的硫酸,經(jīng)酸熟料倉(cāng)由埋刮板輸送機(jī)送入打漿罐內(nèi),并用鋰渣洗液、樹(shù)脂再生出水和冷凝水按約1.6:1左右的液固比配成酸性的酸熟料漿(酸熟料冷卻后溫度約在40℃,經(jīng)下料通道進(jìn)入封閉式浸出槽液面以下)后送入中和槽,再加入石灰石、生石灰對(duì)殘留的硫酸進(jìn)行中和。石灰石、生石灰由給料機(jī)經(jīng)埋刮板輸送機(jī)輸入中和槽,中和槽內(nèi)的pH計(jì)控制給料機(jī)轉(zhuǎn)速,進(jìn)而控制石灰石、生石灰的加入量。當(dāng)pH達(dá)到6~6.5之后,停止加料,中和反應(yīng)持續(xù)20min。浸出完成后鋰由固相進(jìn)入液相(中和料漿),鋰浸出率達(dá)98%左右。中和料漿由料漿泵送入壓濾機(jī)進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。
反應(yīng)方程式:
CaCO3 +H2SO4→CaSO4 + CO2↑+H2O
CaO+H2SO4→CaSO4 +H2O
操作條件和控制參數(shù):浸出溫度40℃,液固比1.6:1,浸出時(shí)間2~3h,常壓。
八、固液分離:
中和料漿泵入壓濾機(jī)后,經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、壓榨、吹風(fēng)、卸渣等工序,分別得到濕鋰渣、硫酸鋰濾液、鋰渣洗液。
 

                                                      板框壓濾機(jī)
過(guò)濾:中和料漿泵入壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離,當(dāng)料漿泵流量衰減至5m3/h左右時(shí)壓濾機(jī)停止進(jìn)料,濾出濾液主要為硫酸鋰濾液,經(jīng)濾液槽暫存后進(jìn)入除雜工序。
洗滌:固廢分離所得濾渣中鋰含量仍然較高,通過(guò)冷凝水在線淋洗,以盡可能多的淋洗出鋰渣中的硫酸鋰溶液。淋洗所得溶液即為鋰渣洗液,返回浸出工序用于酸熟料配漿。
壓榨:淋洗完畢后的鋰渣繼續(xù)壓榨,壓出濾液返回浸出工序用于酸熟料配漿。
瀝干:壓榨完畢后的鋰渣采用0.7MPa的濕空氣吹風(fēng)瀝水,瀝下水返回浸出工序用于酸熟料配漿。瀝干后的鋰渣含水率小于20%。
卸渣:利用皮帶運(yùn)輸機(jī)將壓濾完成的浸出渣作為固廢處理。

                                                                                                                                       鹽溶液蒸發(fā)器                                                                                                                             轉(zhuǎn)載自博特鹽溶液蒸發(fā)器
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