مروری بر استخراج لیتیم از مینرال‌های آن - مطالعه موردی: استخراج لیتیم از کنسانتره اسپودیومن به روش تشویه سولفاتی در شرایط آسیاکاری

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

نادر ستوده ¹ (گروه مهندسی مواد- دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه یاسوج- یاسوج- ایران)
عطالله نصرتی ² (دانشگاه ادیت کاون- دانشکده مهندسی- گروه مهندسی شیمی- استرالیای غربی-پرت)
نیکلاس ج. ولهام ³ (دانشگاه ادیت کاون- دانشکده مهندسی- گروه مهندسی شیمی- استرالیای غربی-پرت مرکز متالورژی ولهام، ساوت لیک، استرالیای غربی، پرت)

تاريخ الإرسال : 07 الثلاثاء , شعبان, 1441 تاريخ التأكيد : 02 السبت , صفر, 1442 تاريخ الإصدار : 03 السبت , محرم, 1442

الکلمات المفتاحية: آسیاکاری, سولفات سدیم, کنسانتره اسپودیومن, لیچینگ, مینرال های لیتیم,

ملخص المقالة :

با توجه به ویژگی­های شاخص فلز لیتیم، مطالعات و پژوهش­های زیادی در سال­های گذشته در رابطه با فراوری و استخراج لیتیم از شورابه­ها و منایع پگماتیتی آن انجام شده است. لپیدولیت، اسپودیومن، پتالیت و زینوالدیت از جمله معروف­ترین و مهم­ترین مینرال لیتیم هستند که از میان آن­ها اسپودیومن، فراوان­ترین مینرال پگماتیتی لیتیم به شمار می­رود. رشد روز افزون تقاضا برای باتری­های لیتیمی در سال­های اخیر منجر به افزایش تولید لیتیم شده است. این مقاله بخشی از پژوهشی در رابطه با فراوری کانی­های لیتیم است که در برنامه فرصت مطالعاتی در دانشگاه ادیت کاون (استرالیا) انجام شده است. در این مقاله ابتدا، روش­های گوناگون استخراج و فراوری لیتیم از مینرال­های آن مورد بررسی قرار می­گیرد. در ادامه برخی از نتایج فرآیند تشویه سولفاتی کنسانتره اسپودیومن با سولفات سدیم در شرایط آسیاکاری مورد بررسی قرار می­گیرد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد تشویه در دمای 1000 درجه سانتیگراد برای مخلوط 5 ساعت آسیاکاری سولفات سدیم-اسپودیومن، منجر به تشکیل فاز سولفات سدیم لیتیم (LiNaSO4) قابل حل در آب می­شود. در کنسانتره اسپودیومن 5 ساعت آسیاکاری، تغییر فاز آلفا به بتا اسپودیومن در دمای کمتری نسبت به نمونه بدون آسیاکاری رخ می­دهد. نتایج نشان داد، آسیاکاری نقش موثری در واکنش­های مرحله تشویه در مخلوط سولفات سدیم-اسپودیومن دارد. محصولات کلسین بدست آمده از تشویه مخلوط 5 ساعت آسیاکاری در آب داغ قابل حل بوده و استفاده از آب داغ به عنوان عامل لیچینگ، مزایای زیادی دارد. میزان انحلال لیتیم در این پژوهش برای مخلوط 5 ساعت آسیاکاری پس از گرمایش در دمای 1000 درجه سانتیگراد به 93% رسید.

المصادر:

[1] L. Talens Peiro, G. Villalba Mendeza and R. U. Ayres, “Lithium: Sources, Production, Uses, and Recovery Outlook”, Journal of Metals, Vol. 65, No. 8, pp.986-996, 2013.

[2] P. Meshram, B.D. Pandey and T.R.Mankhand, “Extraction of lithium from primary and secondary sources by pre-treatment, leaching and separation: A comprehensive review”, Hydrometallurgy, Vol.150, pp.192-208, 2014.

[3] F. Margarido, N. Vieceli, F. Durao, C. Guimaraes and C.A. Nogueira, “Minero-metallurgical processes for lithium recovery from pegmatitic ores”, Comunicações Geológicas, Vol.101, Especial II, 795-798, 2014.

[4]- مسعود نعمتی، پیام سراج و امیرحسین صراف پور، "بررسی پتانسیل های کشور جهت اکتشاف، استحصال و بازیافت فلز لیتیم به عنوان مهمترین ذخیره ساز انرژی در دنیا"، مطالعات انرژی، صنعت و معدن (گروه معدن و صنایع معدنی)، مدیران مطالعه: بابک بهادری، سعید خانی، مرکز پژوهش ها مجلس شورای اسلامی، شماره مسلسل 16145، 23/8/1397.

[5] N.J. Welham, A. Nosrati, N. Setoudeh, “Lithium Ore Processing – an Overview of the current and new processes”, metallurgical plant design and operating strategies – World’s Best Practice (MetPlant 2017) 11–12 September 2017, Perth WA, Australia, 185-194, 2017.

[6]https://en.wikipedia.org/wiki/Spodumene.

[7]N. Kh. Salakjani, Pr. Singh and A. N. Nikoloski, “Mineralogical transformations of spodumene concentrate from Greenbushes, Western Australia. Part 1: Conventional heating”, Minerals Engineering, Vol.98, pp. 71-79, 2016.

[8]O. Peltosaari, P. Tanskanen, E-P. Heikkinen and T. Fabritius, “α → γ → β-phase transformation of spodumene with hybrid microwave and conventional furnaces”, Minerals Engineering, Vol. 82, pp.54-60, 2015.

[9]N. P. Kotsupalo, L. T. Menzheres, A. D. Ryabtsev and V. V. Boldyrev, “Mechanical Activation of α-Spodumene for Further Processing into Lithium Compounds, Theoretical Foundations of Chemical Engineering” Inorganic Technology, , Vol. 44, No. 4, pp. 503–507, 2010.

[10] R. L. Moore, J.P. Mann, A. Montoya and B. S. Haynes, “In situ synchrotron XRD analysis of the kinetics of spodumene phase transition”, Phys. Chem. Chem. Phys. Vol. 20, pp.10735, 2018.

[11] H.J. Gasalla, E.F. Aglietti, J.M.P. Lopez and E. Pereira, “Changes in physicochemical properties of α-spodumene by mechanochemical treatment”, Mater. Chem. Phys. Vol. 17, pp.379-389, 1987.

[12] A. A. Abdullah, Hans C. Oskierski, M. Altarawneh, G. Senanayake, G. Lumpkin and B. Z. Dlugogorski, “Phase transformation mechanism of spodumene during its calcination”, Minerals Engineering, Vol. 140, 105883, 2019.

[13] W.A. Averill and D.L. Olsen, “A Review of extractive processes for lithium from ores and brines”, Energy, Vol.3, pp.305-313, 1978.

 [14] Q. Yan, X. Li, Zh. Wang, J. Wang, H. Guo, Q. Hu, W. Peng and Xi. Wu, “Extraction of lithium from lepidolite using chlorination roasting-water leaching process”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 22, 1753-1759, 2012.

[15] L.I. Barbosa, G. Valente, R.P. Orosco and J.A. Gonzalez, “Lithium extraction from -spodumene through chlorination with chlorine gas”, Minerals Engineering, Vol.56, pp.29-34, 2014.

[16] Q. Yan, X. Li, Zh. Wang, Xi. Wu, J. Wang, H. Guo, Q. Hu and W. Peng, “Extraction of lithium from lepidolite by sulfation roasting and water leaching”, International Journal of Mineral Processing, Vol.110-111, pp.1-5, 2012.

[17] J. Lee, “Extraction of Lithium from Lepidolite Using Mixed Grinding with Sodium Sulfide Followed by Water Leaching”, Minerals, Vol.5, pp.737-743, 2015.

[18] N. Vieceli, C. A. Nogueira, M. F. C. Pereira, F. O. Durao, C. Guimaraes and F. Margarido, “Optimization of Lithium Extraction from Lepidolite by Roasting Using Sodium and Calcium Sulfates”, Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, Vol. 38, No. 1, pp. 62–72, 2017.

[19] V. T. Luong, D. J. Kang, J. W. An, M. J. Kim and T. Tran, “Factors affecting the extraction of lithium from lepidolite”, Hydrometallurgy, Vol.134-135, pp. 54-61, 2013.

[20] V.T. Luong, D.J. Kang, J.W. An, D.A. Dao, M.J. Kim and T. Tran, “Iron sulphate roasting for extraction of lithium from lepidolite”, Hydrometallurgy, Vol. 141, pp.8-16, 2014.

[21] T.T. Hien-Dinh, V.T. Luong, R. Gieré and T. Tran, “Extraction of lithium from lepidolite via iron sulphide roasting and water leaching”, Hydrometallurgy, Vol. 153, pp.154-159, 2015.

[22] G. D. Rosales, M. del Carmen Ruiz and M. H. Rodriguez, “Novel process for extraction of lithium form -spodumene by leaching with HF”, Hydrometallurgy, Vol. 147-148, pp.1-6, 2014.

[23] G. D. Rosales, M. C. Ruiz and M. H. Rodriguez, “Study of the extraction kinetics of lithium by leaching -spodumene with hydrofluoric acid”, Minerals, Vol. 6(98), pp.1-12, 2016.

[24] Y. Chen, Qi. Tian, B. Chen, Xi. Shi and T. Liao, “Preparation of lithium carbonate from spodumene by a sodium carbonate autoclave process”, Hydrometallurgy, Vol. 109 (1–2), pp. 43-46, 2011.

[25]- نادرستوده، "فرآوری کانه های لیتیم"، گزارش فرصت مطالعاتی- دانشگاه ادیت کاون- استرالیای غربی-پرت، با همکاری عطالله نصرتی و نیکلاس ج. ولهام، (1398-1397).

 [26]- نادر ستوده، محمد علی عسکری زمانی و عباس محصل، "احیای کربوترمیک کنسانتره سلستیت معدن لیکک"، مجله مواد نوین، جلد1، شماره 3،ص. 33-44، بهار 1390.

[27]- نادر ستوده، محمد علی عسکری زمانی و عباس محصل،"تاثیر فرآیند آسیاکاری مکانیکی بر احیا کربوترمیک زیرکن"، مجله مواد نوین، جلد 3، شماره 3،ص. 99-89، بهار 1392.

[28] N. Setoudeh and N.J. Welham, Metallothermic reduction of zinc sulfide induced by ball milling, Journal of Materials Science, Vol.52, pp.6388-6400, 2017.

[29] N. Setoudeh, C. Zamani and M. Sajjadnejad, Formation of ZnO/Ni0.6Zn0.4O Mixture Using Mechanical Milling of Zn-NiO, Materials Transactions, Vol. 57(9), pp.1597-1601, 2016.

[30]- نادر ستوده ،" تاثیر فرآیند فعالسازی مکانیکی در مخلوط آلومینا-زیرکن بر واکنش تشکیل مولیت-زیرکونیا"، مجله مواد نوین ، جلد 2 ، شماره 3 ، بهار 1391، ص 38-27.

 [31] N. Vieceli, C. A. Nogueira, M. F.C. Pereira, A. P. Soares Dias, F. O. Durao, C. Guimaraes, and F. Margarido, “Effects of mechanical activation on lithium extraction from a lepidolite ore concentrate”, Minerals Engineering, Vol.102, pp.1-14, 2017.

[32] N. Vieceli, C. A. Nogueira, M.F.C. Pereira, F. O. Durao, C. Guimaraes and F. Margarido, “Recovery of lithium carbonate by acid digestion and hydrometallurgical processing from mechanically activated lepidolite”, Hydrometallurgy, Vol. 175, pp.1-10, 2018.

[33] T. Tran, V. T. Luong, Lithium Process Chemistry, Resources, Extraction, Batteries and Recycling, Ch.3. Lithium Production Processes, p.81-124, Elsevier, 2015.