Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Минералы, руды и рудные концентраты





Свойства лития

Литий – элемент 1 группы периодической системы Менделеева, самый легкий из металлов. Плотность лития 0,531 г/см3. Температура плавления 180,5 0С, температура кипения 1370 0С.

Литий – серебристо-белый мягкий металл. В химическом отношении литий менее активен, чем другие щелочные металлы. При этом литий – самый электроотрицательный элемент в водной среде. Эта аномалия объясняется высокой энергией гидратации иона лития.

На воздухе при обычной температуре литий медленно реагирует с кислородом и азотом, покрываясь оксидной и нитридной пленкой. В кислороде при нагревании 200 0С литий горит голубым пламенем, образуя оксид. Литий разлагает воду с выделением водорода и образованием раствора щелочи. С водородом при 500-600 0С литий образует гидрид LiH, а с азотом выше 250 0С нитрид Li3N. Фтор, хлор и бром реагируют с литием на холоду, йод – при нагревании. Сера, углерод и кремний при нагревании взаимодействуют с литием с образованием соответственно сульфида Li2S, карбида Li2C2 и силицида Li6Si2. Углекислый газ активно реагирует с литием, образуя карбонат лития.

Большинство металлов и сплавов корродирует в жидком литии. Никель и сплавы никеля с хромом стойки в жидком литии до 225 0С. Наиболее устойчивы против действия лития до 1000 0С ниобий, тантал и молибден. Кварц, стекло и фарфор быстро растворяются в литии при 200 0С.

Свойства соединений лития

Литий занимает особое положение среди щелочных металлов, сближаясь по ряду свойств с щелочно-земельными элементами, особенно с магнием. Это свойство проявляется в относительно малой растворимости карбоната, фосфата и фторида лития, а также в более резко выраженной, чем у остальных щелочных металлов, способности к образованию двойных солей с остальными представителями группы.

Оксид и гидроксид лития. Оксид Li2O – бесцветное кристаллическое вещество, образующееся при окислении лития кислородом, а также термическом разложении гидроксида, карбоната или нитрата лития. Растворяется в воде с сильным разогревом с образованием раствора LiOH.

Гидроксид лития – сильная щелочь. В твердом состоянии в концентрированных растворах при обычной температуре разрушает стекло и фарфор, поэтому ее хранят в таре из пластмассы.

Карбонат лития Li2CO3 отличается сравнительно малой растворимостью в воде.

Сульфат лития Li2SO4 хорошо растворимая соль. В отличие от сульфатов натрия и калия сульфат лития не образует двойных солей.

Хлорид лития LiCl – бесцветное вещество. Соль хорошо растворима в воде. В отличие от NaCl и KCl хлористый литий растворяется в органических растворителях (спиртах, кетонах, хлороформе и др.) с образованием литийорганических соединений.

Фторид лития – белое кристаллическое вещество. Соль малорастворима в воде. Фторид малорастворим в соляной кислоте, но легкорастворим в азотной и серной кислотах.

Гидриды лития LiH – твердое вещество белого цвета. Получается взаимодействием расплавленного лития с водородом при 680-700 0С. При отсутствии водорода термически разлагается при 800-850 0С. Водой энергично разлагается с выделением водорода:

LiH + H2O = LiOH + H2.

В связи с этим гидрид лития используют как источник водорода.

Области применения

Литий и его соединения в настоящее время используют в атомной технике и электронике, черной и цветной металлургии, реактивной авиации и ракетной технике, производстве смазочных веществ, химической промышленности и других областях.

Минералы, руды и рудные концентраты

Содержание лития в земной коре 6,5*10-3 %. Известно около 150 минералов, содержащих литий. Большей частью это силикаты и фосфаты. Промышленное значение имеют пять минералов: сподумен, лепидолит, циннвальдит, петалит и амблигонит.

Сподумен LiAl[Si2O6] или Li2O∙Al2O3∙4SiO2. Содержит 6-7,5 % Li2O. Плотность 3,2 г/см3. Температура плавления 1380 0С.

Лепидолит Kli1.5[Si3AlO10](F,OH)2 – алюмосиликат из группы литиевых слюд. Содержит 2-6 % Li2O и примеси MgO, FeO, CaO, Na2O, MnO, а также Rb2O (иногда до 3,7 %) и Cs2O (до 1,5 %). Плотность 2,8-3,3 г/см3.

Циннвальдит KliFeIIAl[Si3AlO10](F,OH)2 – литиевая слюда. Содержит 1-5 % Li2O. Плотность 2,9-3,2 г/см3.

Петалит (Li,Na)AlSi4O10 – алюмосиликат лития. Содержит 2-4 % Li2O. Плотность 2,3-2,5 г/см3.

Амблигонит LiAl[PO4](F,OH) – фосфат лития и алюминия, содержащий фтор. Наиболее богатый литиевый минерал (7-9,5 % Li2O), однако промышленное значение невелико вследствие ограниченности запасов руд. Плотность 3-3,15 г/см3. Наибольшее промышленное значение имеют руды, содержащие сподумен, лепидолит и петалит. Преимущественно эксплуатируются месторождения гранитных пегматитов.

Источниками лития служат также осадочные месторождения соляных рассолов.

Промышленные месторождения лития известны в России, Канаде, США, Юго-Западной Африке, Родезии, Мозамбике, Бразилии, Аргентине, Швеции, Испании, Германии, Чехии.

В эксплуатируемых литиевых рудах содержание Li2O колеблется от 0,7 до 3 %. При обогащении руд применяют термическое обогащение, магнитные методы, флотацию, обогащение в тяжелых суспензиях.

Технология производства соединений лития из рудных концентратов

Продуктами переработки литиевых концентратов являются соли лития (карбонат, сульфат, хлорид) и гидроксид. Наиболее распространенный конечный продукт – карбонат лития, который служит исходным материалом для получении я других соединений, в частности хлорида лития, из которого производят металлический литий.

В промышленной практике преимущественно применяют три способа разложения литиевых концентратов: сернокислотный, сульфатный (спекание с K2SO4) и известковый. Кроме того, иногда используют известково-хлоридный способ.

Сернокислотный способ

Разложение серной кислотой используют для литиевых концентратов всех типов: сподуменовых, лепидолитовых и амблигонитовых. В результате разложения концентрата концентрированной серной кислотой при 200-250 0С и последующего выщелачивания продукта водой получают растворы, содержащие сульфат лития, из которых осаждают карбонат лития.

Переработка сподумена. Для эффективного разложения сподумена серной кислотой необходима первоначальная термическая обработка его примерно при 1100 0С. Обжиг проводят в барабанной печи. Особенность взаимодействия серной кислоты со сподуменом состоит в замещении катионов лития протонами кислоты при сохранении структуры сподумена:

 

Li2O∙Al2O3∙4SiO2 + H2SO4 250-300 C Li2SO4 + H2O∙Al2O3∙4SiO2.

 

Поскольку кремний и алюминий остаются в неизменной решетке алюмосиликата, литий избирательно извлекается в водный раствор, который поэтому содержит сравнительно мало примесей.

Концентрат и серную кислоту смешивают в шнеке, который подает смесь в барабанную печь (стальной нефутерованный барабан), где при 250 0С быстро (10-15 мин) протекает сульфатизация.

Сульфатизированный материал выщелачивают водой, подавая в реактор мел для нейтрализации избытка серной кислоты (до рН=6-6,5). Отфильтрованный раствор очищают от магния нейтрализацией известью (рН=12-14), а затем от кальция осаждением СаСО3 содой.

Примеси железа и алюминия осаждают в форме гидроксидов при рН=7 при одновременной выпарке раствора до концентрации Li2SO4 200 г/л.

После отделения осадка фильтрацией из раствора осаждают карбонат лития насыщенным раствором соды. Промытые осадки содержат 96-97 % Li2CO3. Извлечение в карбонат из сподуменового концентрата составляет 85-90 %.

Переработка лепидолита. Лепидолит можно непосредственно сульфатизировать серной кислотой при 320-330 0С. Дл ускорения процесса иногда применяют предварительное плавление лепидолита при 1090 0С, превращая его в стеклообразную массу, которую после измельчения сульфатизируют.

Получаемые при переработке лепидолита сернокислые растворы содержат Li2SO4, K2SO4, Na2SO4, Al2(SO4)3.

Большую часть алюминия обычно выделяют в форме калиевых квасцов K[Al(SO4)2]∙12H2O, охлаждая растворы до -5-0 0С (в раствор добавляют сульфат калия). Дополнительно алюминий выделяют из нейтрализованного раствора в составе Al(OH)3. В процессе последующего выпаривания раствора кристаллизуется часть K2SO4 и Na2SO4. Из отфильтрованного раствора осаждают карбонат лития.

Сульфатный способ

Способ основан на спекании литиевых концентратов с сульфатом калия с последующим выщелачиванием спека водой.

 

2(Li,Na)[Al(SiO3)2] + K2SO4 = 2(K,Na)[Al(SiO3)2] + Li2SO4.

 

Так как реакция обратима, требуется большой избыток K2SO4 (до 150 %) для обеспечения высокой степени превращения.

Шихту спекают в барабанных печах при 1100-1150 0С в течение 1-2 часов. Выщелачивание проводят на холоду в барабанных мельницах (растворимость Li2SO4 понижается с повышением температуры).

Сульфатные щелоки содержат 110-150 г/л Li2SO4, 150-200 г/л K2SO4, значительные количества Na2SO4, примеси сульфатов магния, алюминия, железа. Эти примеси осаждают в форме гидроксидов гидроксидом натрия или карбонатом калия. Последующую переработку растворов с выделением карбоната лития проводят, используя различные варианты. Один из них показан на рисунке. В этом варианте основное количество сульфата калия выделяют кристаллизацией двойной соли 3K2SO4∙Na2SO4, которую используют для приготовления шихты сподумена с K2SO4.

Сульфатный способ применяют также для переработки лепидолита и циннвальдита, различие лишь в дозировке сульфата калия в шихте и ниже температура спекания (850-950 0).

К преимуществам сульфатного способа переработки литиевого сырья относятся его универсальность и высокая степень вскрытия концентрата. Недостаток – высокий расход сульфата калия. Однако создание более рациональных схем переработки растворов, обеспечивающих высокую

 

K2SO4 Концентрат сподумена

 
 


Смешение и измельчение

 

Спекание

       
   
 


Гашение спека


Выщелачивание и измельчение

 

Декантация или фильтрование

 

NaOH Раствор сульфатов Кек Вода

(K2CO3)

Осаждение железа и алюминияПромывка

 
 


Фильтрование Остаток Промывная вода

       
   
 


Раствор Al(OH)3,Fe(OH)3 В отвал

       
   


Упаривание

 
 


Кристаллизация глазерита

 

Центрифугирование 3K2SO4∙Na2SO4

 
 


Раствор Li2SO4 Насыщенный раствор Na2CO3

 

Осаждение карбонатов

 
 


Декантация

 
 


Центрифугирование

       
   
 


Маточный раствор Li2CO3 Вода

 
 


Кристаллизация мирабилита Промывка

 

Центрифугирование Li2CO3 Промывная вода

               
       


Маточный раствор Na2SO4∙10H2О Сушка На приготовление

раствора Na2СО3

Конверсия в K2SO4

или в отвал Li2CO3

степень регенерации K2SO, позволит существенно улучшить экономические показатели процесса.

Известковый способ

Известковый способ заключается в спекании литиевых концентратов (сподумена или лепидолита) с известью или мелом. При последующем выщелачивании спека водой получают раствора, содержащий гидроксид лития, который кристаллизуется в результате выпаривания раствора в составе моногидрата LiOH∙Н2О.

При спекании сподумена с известью (или мелом) в барабанных печах при 1150-1200 0С образуется алюминат лития и силикат кальция:

 

Li2O∙Al2O3∙4SiO2 + 8CaO = Li2O∙Al2O3 + 4(2CaO∙SiO2).

 

При выщелачивании спека водой в присутствии избытка извести алюминат лития реагирует с Са(ОН)2 с образованием гидроксида лития:

 

Li2O∙Al2O3ТВ + Ca(OH)2раств = 2LiOHраств + СаО∙Al2O3тв

 

Содержащиеся в спеке алюминаты калия и натрия также реагируют с Са(ОН)2, образуя KOH и NaOH. Гидроксид лития LiOH∙H2O кристаллизуют из растворов путем выпаривания под вакуумом. Выпаривание проводят в несколько стадий. Из растворов с концентрацией LiOH 160 г/л после охлаждения выделяются кристаллы LiOH∙H2O, которые отделяют от маточного раствора центрифцгированием. Маточный раствор возвращается на выпаривание. По мере накопления примесей маточные растворы периодически выводят из цикла и направляют на регенерацию.

Если необходимо, кристаллы LiOH∙H2O очищают перекристаллизацией, используя для растворения очищенную воду. Для получения безводного гидроксида лития моногидрат обезвоживают при 600-650 0С.

Известковый способ применяют также при переработке лепидолитовых концентратов. В отличие от сподумена спекание лепидолита с известью (или мелом) проводят при более низкой температуре (900-950 0С).

К преимуществам известкового способа относятся его применимость к любым типам литиевых концентратов, возможность прямого получения гидроксида лития, дешевизна реагентов, возможность использования отходов (шлаков, содержащих силикаты и алюминаты кальция) для производства вяжущих строительных материалов, а также возможность попутного получения солей калия из маточных растворов.

Вместе с тем, способ имеет серьезные недостатки. Он преимущественно применим к богатым литиевым концентратам, однако и в этом случае извлечение в готовый продукт не превышает 70 %, что обусловлено ограниченной растворимостью гидроксида лития и способностью шламов после выщелачивания к схватыванию. Другой недостаток – необходимость выпаривания больших объемов растворов.

Рафинирование лития

Для очистки лития от механических примесей используют переплавку и отстаивание под слоем вазелинового или парафинового масла, а также фильтрование жидкого лития через сетчатые или проволочные фильтры из железа, титана или молибдена. Порошкообразные или губчатые титан и цирконий, уран могут служить поглотителями кислорода и азота из расплавленного лития. Эти металлы практически нерастворимы в литии.

Очистку от других щелочных металлов ведут, используя различие в термической устойчивости гидридов. Температура плавления гидрида лития 688 0С. При нагревании лития в водороде при 700-800 0С калий и натрий испаряются и остается LiH, который затем разлагается нагреванием в вакууме. Сильно загрязненный литий, например, полученный восстановлением сподумена, может быть очищен электролитическим рафинированием.

Эффективен метод рафинирования лития дистилляцией в вакууме. Сначала при 450 0С отгоняют основное количество примесей щелочных металлов (калия, натрия). Литий затем испаряют при 600-800 0С, поддерживая температуру в конденсаторе 340-420 0С. При извлечении лития в конденсат 85-90 % содержание примесей в нем снижается до тысячных долей процента. Дистилляционные установки изготовляют из металлов, не взаимодействуют с литием. К ним относится чистое железо, титан, ниобий, тантал, молибден.

Свойства лития

Литий – элемент 1 группы периодической системы Менделеева, самый легкий из металлов. Плотность лития 0,531 г/см3. Температура плавления 180,5 0С, температура кипения 1370 0С.

Литий – серебристо-белый мягкий металл. В химическом отношении литий менее активен, чем другие щелочные металлы. При этом литий – самый электроотрицательный элемент в водной среде. Эта аномалия объясняется высокой энергией гидратации иона лития.

На воздухе при обычной температуре литий медленно реагирует с кислородом и азотом, покрываясь оксидной и нитридной пленкой. В кислороде при нагревании 200 0С литий горит голубым пламенем, образуя оксид. Литий разлагает воду с выделением водорода и образованием раствора щелочи. С водородом при 500-600 0С литий образует гидрид LiH, а с азотом выше 250 0С нитрид Li3N. Фтор, хлор и бром реагируют с литием на холоду, йод – при нагревании. Сера, углерод и кремний при нагревании взаимодействуют с литием с образованием соответственно сульфида Li2S, карбида Li2C2 и силицида Li6Si2. Углекислый газ активно реагирует с литием, образуя карбонат лития.

Большинство металлов и сплавов корродирует в жидком литии. Никель и сплавы никеля с хромом стойки в жидком литии до 225 0С. Наиболее устойчивы против действия лития до 1000 0С ниобий, тантал и молибден. Кварц, стекло и фарфор быстро растворяются в литии при 200 0С.

Свойства соединений лития

Литий занимает особое положение среди щелочных металлов, сближаясь по ряду свойств с щелочно-земельными элементами, особенно с магнием. Это свойство проявляется в относительно малой растворимости карбоната, фосфата и фторида лития, а также в более резко выраженной, чем у остальных щелочных металлов, способности к образованию двойных солей с остальными представителями группы.

Оксид и гидроксид лития. Оксид Li2O – бесцветное кристаллическое вещество, образующееся при окислении лития кислородом, а также термическом разложении гидроксида, карбоната или нитрата лития. Растворяется в воде с сильным разогревом с образованием раствора LiOH.

Гидроксид лития – сильная щелочь. В твердом состоянии в концентрированных растворах при обычной температуре разрушает стекло и фарфор, поэтому ее хранят в таре из пластмассы.

Карбонат лития Li2CO3 отличается сравнительно малой растворимостью в воде.

Сульфат лития Li2SO4 хорошо растворимая соль. В отличие от сульфатов натрия и калия сульфат лития не образует двойных солей.

Хлорид лития LiCl – бесцветное вещество. Соль хорошо растворима в воде. В отличие от NaCl и KCl хлористый литий растворяется в органических растворителях (спиртах, кетонах, хлороформе и др.) с образованием литийорганических соединений.

Фторид лития – белое кристаллическое вещество. Соль малорастворима в воде. Фторид малорастворим в соляной кислоте, но легкорастворим в азотной и серной кислотах.

Гидриды лития LiH – твердое вещество белого цвета. Получается взаимодействием расплавленного лития с водородом при 680-700 0С. При отсутствии водорода термически разлагается при 800-850 0С. Водой энергично разлагается с выделением водорода:

LiH + H2O = LiOH + H2.

В связи с этим гидрид лития используют как источник водорода.

Области применения

Литий и его соединения в настоящее время используют в атомной технике и электронике, черной и цветной металлургии, реактивной авиации и ракетной технике, производстве смазочных веществ, химической промышленности и других областях.

Минералы, руды и рудные концентраты

Содержание лития в земной коре 6,5*10-3 %. Известно около 150 минералов, содержащих литий. Большей частью это силикаты и фосфаты. Промышленное значение имеют пять минералов: сподумен, лепидолит, циннвальдит, петалит и амблигонит.

Сподумен LiAl[Si2O6] или Li2O∙Al2O3∙4SiO2. Содержит 6-7,5 % Li2O. Плотность 3,2 г/см3. Температура плавления 1380 0С.

Лепидолит Kli1.5[Si3AlO10](F,OH)2 – алюмосиликат из группы литиевых слюд. Содержит 2-6 % Li2O и примеси MgO, FeO, CaO, Na2O, MnO, а также Rb2O (иногда до 3,7 %) и Cs2O (до 1,5 %). Плотность 2,8-3,3 г/см3.

Циннвальдит KliFeIIAl[Si3AlO10](F,OH)2 – литиевая слюда. Содержит 1-5 % Li2O. Плотность 2,9-3,2 г/см3.

Петалит (Li,Na)AlSi4O10 – алюмосиликат лития. Содержит 2-4 % Li2O. Плотность 2,3-2,5 г/см3.

Амблигонит LiAl[PO4](F,OH) – фосфат лития и алюминия, содержащий фтор. Наиболее богатый литиевый минерал (7-9,5 % Li2O), однако промышленное значение невелико вследствие ограниченности запасов руд. Плотность 3-3,15 г/см3. Наибольшее промышленное значение имеют руды, содержащие сподумен, лепидолит и петалит. Преимущественно эксплуатируются месторождения гранитных пегматитов.

Источниками лития служат также осадочные месторождения соляных рассолов.

Промышленные месторождения лития известны в России, Канаде, США, Юго-Западной Африке, Родезии, Мозамбике, Бразилии, Аргентине, Швеции, Испании, Германии, Чехии.

В эксплуатируемых литиевых рудах содержание Li2O колеблется от 0,7 до 3 %. При обогащении руд применяют термическое обогащение, магнитные методы, флотацию, обогащение в тяжелых суспензиях.







Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.