Việc sản xuất lithium carbonate từ spodumene bao gồm hai quy trình tương đối độc lập: rang trước để sản xuất nước muối và nước muối để sản xuất lithium carbonate. Việc sản xuất nước muối từ spodumene bao gồm tám bước nhỏ: sấy khô, rang, làm mát, nghiền, xay, axit hóa, ngâm nước và tách rắn-lỏng.
 Spodumene Úc
1 、 Sấy khô: Độ ẩm của spodumene mua cho dự án thường là 8%. Để không ảnh hưởng đến quá trình rang tiếp theo, nguyên liệu cần được sấy khô. Việc sấy được thực hiện trong lò sấy quay, với nhiệt độ sấy khoảng 250 °C và thời gian khoảng 15 phút. Không khí nóng tiếp xúc trực tiếp với vật liệu. Sau khi sấy khô, độ ẩm của spodumene là khoảng 6,5% và quá trình sấy có thể làm giảm mức tiêu thụ khí trong quá trình rang tiếp theo. Nguồn nhiệt sấy đến từ nhiệt thải của khí thải lò quay (để đạt được tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ thì một phần khí thải nóng có nhiệt thải khoảng 250 °C từ khí thải lò nung quay được đưa vào lò sấy thông qua quạt). Tất cả bụi thu được từ quá trình sấy sẽ được sử dụng cho quá trình nung.
2 、 Rang: Sau khi khô, lithium pyroxen đi vào phòng rang nhiệt độ cao của lò quay để rang (sử dụng khí lò luyện cốc làm nhiên liệu, và một súng phun được đặt ở phần giữa của lò rang kiểu đường hầm để đốt trực tiếp). Lò quay sử dụng khí lò luyện cốc làm nhiên liệu và tiến hành rang nguyên liệu ở nhiệt độ cao thông qua gia nhiệt trực tiếp. Nhiệt độ thiêu kết được kiểm soát ở mức 1100-1200 °C và thời gian rang kéo dài khoảng 2 giờ.
Lò quay
Sau khi nung xong, nguyên liệu thô spodumene được α Chuyển đổi loại spodumene thành β Loại spodumene chuyển đổi lithium từ cấu trúc không hòa tan axit thành cấu trúc hòa tan với axit, với tỷ lệ chuyển đổi từ 95-98%.
Phương trình quá trình biến đổi là:α-Li2O· Al2O3·4SiO2→β-Li2O· Al2O3·4SiO2
3 、 Làm mát: Khi vật liệu được rang ở nhiệt độ cao, do một số vật liệu nóng chảy nên vật liệu thiêu kết sẽ có độ bền nhất định và cần được làm mát. Nó đi vào lò làm mát và buộc phải nguội đến khoảng 90 °C. Thời gian làm nguội sau khi rang là 1,5 giờ.
4 、 Nghiền: Clinker được làm mát được vận chuyển đến máy nghiền bằng băng tải xích kín để ngăn các mảnh clinker lớn xâm nhập vào các quy trình tiếp theo. Clinker được nghiền thành kích thước hạt khoảng 10mm và sau đó đưa vào hệ thống máy nghiền đứng thông qua băng tải kín.
5 、 Mài: Để tạo điều kiện thuận lợi cho các hoạt động rửa trôi tiếp theo và hòa tan clinker hoàn toàn hơn, clinker nghiền cần được nghiền thêm. Vật liệu được đưa vào đĩa mài của hệ thống mài thẳng đứng thông qua cân đai và dưới tác dụng của lực ly tâm, vật liệu di chuyển về phía ngoại vi của đĩa mài. Khi vật liệu đi qua giữa đĩa mài và con lăn mài, nó được nén và nghiền thành bột dưới tác dụng của lực nén. Các hạt bột vật liệu đã được nghiền tiếp tục di chuyển ra ngoài và cuối cùng được ném về phía mép của đĩa mài; Dựa vào áp suất âm được tạo thành bởi lực hút của quạt hút chính, khí hút ẩm hơi nóng đi vào máy nghiền từ đầu vào của máy nghiền đứng và đi qua mép ngoài của đĩa mài từ dưới lên trên; Các hạt bột vật liệu được mang lên bởi khí hút ẩm hơi nóng, và các hạt bột vật liệu nặng hơn và thô hơn trong bộ tách va chạm với vách ngăn lưỡi dao của máy tách và quay trở lại đĩa mài để mài tiếp; Các hạt bột vật liệu nhẹ hơn và nhỏ hơn được thu gom bột thông qua máy tách; Thiết bị tách ở phần trên của máy nghiền đứng sàng lọc vật liệu xay, và bột vật liệu có độ mịn không đủ tiêu chuẩn được tách ra khỏi xoáy dọc theo thành trong của hình nón bên trong và quay trở lại tấm mài để mài thêm. Vật liệu có kích thước hạt dưới 100 lưới sau khi nghiền bước vào quá trình tiếp theo.
6. Axit hóa: Nghiền xuống dưới 100 lưới Loại spodumene β và axit sunfuric đậm đặc 98% được trộn và axit hóa trên máy trộn (theo tỷ lệ 2,5-3,5: 1). Hỗn hợp được vận chuyển đến hai lò axit hóa thông qua băng tải trục vít cấp liệu. Các lò axit hóa được làm nóng bằng lò không khí nóng đốt cháy khí lò luyện cốc, sử dụng phương pháp gia nhiệt gián tiếp bên ngoài. Nhiệt độ phản ứng được kiểm soát ở 250-300 °C và thời gian khoảng 10 phút, β Loại spodumene sẽ trải qua phản ứng nhiễm mặn hoàn toàn với axit sunfuric và phương trình phản ứng như sau:
Li2O· Al2O3·4SiO2 +H2SO4→Li2SO4 + H2O· Al2O3·4SiO2
Đồng thời, các tác dụng phụ sau cũng xảy ra:
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
Khi vật liệu trải qua phản ứng nhiễm mặn, các tạp chất nhựa được loại bỏ giữa lõi aluminosilicate của spodumene và axit sunfuric, và sự trao đổi dẫn đến lithium trong spodumene được thay thế bằng hydro, trong khi cấu trúc khoáng chất không thực sự bị hư hại. Vật liệu axit hóa sau phản ứng nhiễm mặn được đưa đến lò làm mát bằng băng tải trục vít, được làm mát gián tiếp bằng nước xuống dưới 80 °C trước khi bước vào quá trình rửa trôi tiếp theo.
Thiết kế của thiết bị rang axit được chia thành bốn phần: bộ phận nguyên liệu, bộ phận rang axit, bộ phận lưu trữ làm mát, bộ phận gia nhiệt, v.v.
(1) Đơn vị nguyên liệu thô
(1) Quá trình cho ăn, cân và đo spodumene nung mịn.
Trong kho nguyên liệu rang mịn β Spodumene vào thiết bị này, được cân và đo bằng bộ nạp cân kín, sau đó đưa vào máy trộn trục vít đôi.
(2) Quá trình vận chuyển và đo lường axit sunfuric đậm đặc.
Axit sunfuric đậm đặc được vận chuyển qua các đường ống từ khu vực bể chứa axit sunfuric trong khu vực nhà máy đến bể định lượng, sau đó được bơm đến máy trộn trục vít đôi thông qua bơm cấp axit sunfuric.
(2) Đơn vị rang axit
(1) β Bột mịn Lithium pyroxene (100 lưới) chảy vào cân bằng trọng lực từ đầu ra dưới cùng của silo bột mịn.
(2) Cân đo thường sử dụng thang đo xoắn ốc, thang đo rôto, thang lực Coriolis, v.v. Trong dự án này, thang lực Coriolis được sử dụng.
(3) Đầu ra thang đo được kết nối với băng tải trục vít, và tốc độ của băng tải trục vít được điều khiển bằng cách đọc thang lực Coriolis, do đó kiểm soát lượng bột spodumene cho ăn.
(4) Đầu ra băng tải trục vít được kết nối với máy trộn.
(5) Máy trộn thường sử dụng máy trộn trục vít đơn, máy trộn đai trục vít và máy trộn trục vít đôi. Dự án này sử dụng một máy trộn trục vít đôi.
(6) 98% axit sunfuric được gửi từ bể chứa đến máy trộn thông qua một máy bơm từ lót flo.
(7) Lắp đặt đồng hồ đo lưu lượng và van điều chỉnh trên đường ống axit sunfuric.
(8) Kiểm soát tốc độ dòng chảy khối lượng của axit sunfuric thông qua tốc độ dòng chảy khối spodumene.
(9) Axit sunfuric được phun vào máy trộn thông qua vòi phun đa điểm và trộn cơ học với bột mịn spodumene. Hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp axit.
(10) Vật liệu axit hỗn hợp sau đó được đưa vào lò axit hóa thông qua xoắn ốc đầu vào và nắp đuôi lò.
(3) Bộ lưu trữ làm mát clinker axit
Vật liệu axit hóa ra từ đuôi lò được gửi theo hình xoắn ốc đến lò làm mát để làm mát xuống dưới 80 °C. Lò làm mát sử dụng làm mát gián tiếp bằng nước lạnh, và clinker axit hóa được làm mát được gửi đến phần xử lý ướt trong nhà máy.
(4) Bộ phận sưởi ấm
Hệ thống sưởi ấm của dự án này sử dụng hình thức hệ thống tuần hoàn không khí nóng (tuần hoàn không khí nóng) được cung cấp bởi bếp khí nóng gas lò luyện cốc.
Khí lò than cốc được gửi bởi đường ống và không khí được làm nóng trước do quạt không khí gửi được đốt cháy trong lò không khí nóng. Khí thải nóng do quá trình đốt cháy tạo ra được trộn với khí thải nóng tuần hoàn được gửi bởi quạt tuần hoàn nhiệt độ cao ở phần đuôi của lò không khí nóng. Sau khi được điều chỉnh bởi van trong đường ống dẫn khí nóng, nó đi vào áo khoác của lò axit hóa để cung cấp nhiệt cho thân lò. Hầu hết khí thải nóng được lưu thông trong hệ thống sưởi ấm, và một phần của nó được làm nóng trước bằng không khí và thải ra ngoài qua ống khói. Mỗi ống dẫn khí trong hệ thống được trang bị cửa điều chỉnh, có thể đáp ứng các yêu cầu nhiệt độ sưởi ấm khác nhau cho từng phần của thân lò. Ống thoát khói được trang bị van điều chỉnh để điều chỉnh sự cân bằng của áp suất không khí của hệ thống.
Điều kiện hoạt động và thông số kiểm soát: Kiểm soát nhiệt độ phản ứng từ 250 °C đến 300 °C, xác định lượng thức ăn axit sunfuric dựa trên lượng thành phần hiệu quả Li2O trong quặng, duy trì hàm lượng axit tự do từ 20-22% trong vật liệu axit hỗn hợp và xác định tỷ lệ axit thức ăn khoảng 2,5-3,5. Thời gian lưu trú của vật liệu trong lò rang là khoảng 30 phút. Hàm lượng axit tự do trong clinker axit là 2-6% dưới áp suất bình thường.
7 、 Ngâm nước: Clinker axit spodumene làm mát bằng axit chứa khoảng 2-6% axit sunfuric, được vận chuyển bằng băng tải cạp chôn vào bể chứa bùn thông qua thùng clinker axit. Bùn clinker axit sau đó được trộn với dung dịch rửa xỉ lithium, nước tái sinh nhựa và nước ngưng tụ theo tỷ lệ rắn lỏng khoảng 1,6: 1 để tạo thành bùn clinker axit có tính axit (nhiệt độ của clinker axit sau khi làm mát là khoảng 40 °C, và nó đi vào bể rửa trôi kín dưới mức chất lỏng thông qua kênh xả), và sau đó được gửi đến bể trung hòa. Đá vôi được thêm vào Vôi trung hòa axit sunfuric còn sót lại. Đá vôi và vôi sống được đưa vào bể trung hòa bằng bộ nạp thông qua băng tải cạp chôn vùi. Máy đo pH trong bể trung hòa kiểm soát tốc độ của bộ nạp, do đó kiểm soát lượng đá vôi và vôi sống được thêm vào. Sau khi độ pH đạt 6-6,5, ngừng cho ăn và phản ứng trung hòa kéo dài trong 20 phút. Sau khi rửa trôi, lithium đi vào pha lỏng (bùn trung hòa) từ pha rắn và tỷ lệ rửa trôi lithium đạt khoảng 98%. Bùn trung hòa được bơm vào máy ép lọc bằng máy bơm bùn cho các hoạt động tiếp theo.
Phương trình phản ứng:
CaCO3 + H2SO4→CaSO4 + CO2↑+H2O
CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O
Điều kiện hoạt động và thông số kiểm soát: nhiệt độ rửa trôi 40 °C, tỷ lệ lỏng-rắn 1,6: 1, thời gian rửa trôi 2-3 giờ, áp suất khí quyển.
八 、 Tách chất lỏng rắn:
Sau khi bùn trung hòa được bơm vào máy ép lọc, nó sẽ trải qua các quá trình như lọc, rửa, ép, thổi và dỡ hàng để thu được xỉ lithium ướt, dịch lọc lithium sulfat và dung dịch rửa xỉ lithium, tương ứng.
Máy ép lọc tấm và khung
Lọc: Bùn trung hòa được bơm vào máy ép lọc để tách rắn-lỏng. Khi tốc độ dòng chảy của máy bơm bùn giảm xuống khoảng 5m3 / h, máy ép lọc ngừng cấp liệu. Lọc lọc chủ yếu là dịch lọc lithium sulfat, được lưu trữ tạm thời trong bể lọc trước khi bước vào quá trình loại bỏ tạp chất.
Rửa: Hàm lượng lithium trong cặn lọc thu được từ quá trình tách chất thải rắn vẫn tương đối cao. Thông qua rửa trực tuyến bằng nước ngưng tụ, càng nhiều dung dịch lithium sunfat càng tốt có thể có thể được rửa trôi ra khỏi cặn lithium. Dung dịch thu được từ quá trình rửa trôi là dung dịch rửa cặn lithium, được đưa trở lại quá trình rửa trôi để chuẩn bị bùn clinker axit.
Ép: Sau khi rửa, cặn lithium tiếp tục được ép, và dịch lọc được đưa trở lại quá trình rửa trôi để chuẩn bị bùn clinker axit.
Sấy khô: Sau khi ép xong, cặn lithium được thổi và xả bằng không khí ướt 0,7MPa, và nước xả được đưa trở lại quá trình rửa trôi để chuẩn bị bùn clinker axit. Độ ẩm của xỉ lithium đã thoát nước dưới 20%.
Dỡ hàng: Sử dụng băng tải để xử lý cặn rửa trôi sau khi lọc áp suất như chất thải rắn.