專利名稱：鋰輝石的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)α -鋰輝石或硅酸鋁鋰進(jìn)行熱加工的方法，通過所述加工使其處于更有利于進(jìn)一步加工的形式，即可溶解的β -鋰輝石的形式。
背景技術(shù)：
目前最大的鋰使用者是玻璃和陶瓷工業(yè)以及電池工業(yè)，其份額在恒定增長，因?yàn)槔玟囯姵卦陔妱?dòng)汽車的開發(fā)中具有重要作用。將部分鋰用作碳酸鋰，或其至少為商業(yè)中間產(chǎn)物。鋰典型地用于例如錄像機(jī)、照相機(jī)和移動(dòng)電話的電池中。天然的含鋰材料主要為鋰輝石、透鋰長石和鋰云母。在鹽湖中，下層滯水帶也可含有鋰，但對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)的決定性因素是鋰-鎂之比。同樣地，海水也含有鋰。通過對(duì)例如礦石或濃縮物如鋰輝石，即硅酸鋁鋰(LiAlSi2O6)或透鋰長石(LiAlSi4Oltl)進(jìn)行加熱并進(jìn)一步浸出可制造鋰。在鋰的第一回收步驟中，鋰輝石的α結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇芙獾摩陆Y(jié)構(gòu)。這能夠通過熱加熱來實(shí)施。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)溫度為850 - 1000°C時(shí)，α結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)棣陆Y(jié)構(gòu)?？傊阡嚨幕厥罩?，對(duì)鋰礦物進(jìn)行濃縮，其后濃縮物的處理通常包括晶體結(jié)構(gòu)在高溫下的轉(zhuǎn)變、加壓浸出、二氧化碳處理以及產(chǎn)生的碳酸氫鋰LiHCO3的過濾和凈化。根據(jù)加拿大的公布CA 1297265，已知一種制造碳酸鋰的方法。根據(jù)所述公布，在循環(huán)流化床反應(yīng)器中對(duì)材料進(jìn)行熱處理，其需要反應(yīng)器中的氣體的高的自由空速。將濃縮物或礦石作為粒度約為I 一 10毫米的粗原料進(jìn)料至工藝中。為了使得所述材料以用于循環(huán)流化床的特性的方式循環(huán)，需要大的氣體流量。因此，大流量氣體的加熱需要大量的能量。為了將溫度保持在整個(gè)工藝過程中的轉(zhuǎn)化所要求的水平上，必須在不同水平下添加含氧氣體。為了將氣體溫度保持在足夠高的水平上，需要大量噴槍以供應(yīng)燃料。另外，高能量需求和大量的燃料增加了 CO2的排放。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是介紹一種對(duì)鋰輝石進(jìn)行處理、尤其是在流化床反應(yīng)器中對(duì)其進(jìn)行熱加工以使得鋰輝石對(duì)于進(jìn)一步加工而言實(shí)現(xiàn)期望結(jié)構(gòu)的新型、更有效、更環(huán)境友好且能量高效的方式。發(fā)明概述根據(jù)附屬權(quán)利要求書，使得本發(fā)明的基本新穎特征明顯。本發(fā)明涉及一種對(duì)α -鋰輝石即硅酸鋁鋰進(jìn)行熱加工的方法，通過所述加工將其轉(zhuǎn)變?yōu)棣耞鋰輝石，所述β_鋰輝石對(duì)進(jìn)一步加工更有利；根據(jù)所述方法，通過使用含氧氣體作為流化氣體，在800 - 1000°C的溫度下，在流化床反應(yīng)器中對(duì)具有20 - 1000 μ m粒度的濃縮物或礦石進(jìn)行加工。根據(jù)本發(fā)明，向待加工顆粒的核的熱傳遞，在細(xì)顆粒材料中比在較粗材料中更快，換言之，在更細(xì)顆粒的條件下，即當(dāng)濃縮物的粒度為有利地20 - 1000 μ m時(shí)，因在反應(yīng)器中對(duì)鋰輝石進(jìn)行加熱而造成的滯留時(shí)間(delay)更短。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，將含氧的流化氣體進(jìn)料入流化床反應(yīng)器中，根據(jù)進(jìn)料的粒度，使得氣體的自由空速為O. 3 - lm/s。進(jìn)料至流化床反應(yīng)器中的含氧流化氣體的氧氣含量等于因?qū)α骰策M(jìn)行加熱而需要的對(duì)燃料進(jìn)行氧化所要求的氧氣量。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，流化床是沸騰床。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的方法運(yùn)行時(shí)，在懸浮床中的熱傳遞是高效的。以許多不同的方式，使得工藝中的能耗最少。當(dāng)使用沸騰床時(shí)，在氣體速度且同時(shí)氣體流量小時(shí)，受熱的氣體流量不太大。根據(jù)本發(fā)明，使用源自熱廢氣的能量對(duì)進(jìn)料進(jìn)行干燥和預(yù)熱，這降低反應(yīng)器中所需要的燃料的量。將從流化床反應(yīng)器中移出的熱產(chǎn)物的能量用于預(yù)熱工藝氣體，這降低反應(yīng)器中所需要的燃料的量。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，鋰輝石在流化床中的滯留時(shí)間不超過I小時(shí)，優(yōu)選15分鐘一 I小時(shí)。 在從流化床反應(yīng)器中排放的熱氣體中所含有的能量，用于對(duì)進(jìn)料至流化床反應(yīng)器中的材料進(jìn)行干燥和預(yù)熱。根據(jù)本發(fā)明，與從流化床反應(yīng)器中排放的氣體一起傳送的灰塵的至少一部分被返回至沸騰床，其中通過旋風(fēng)分離器和纖維過濾器回收所述灰塵。根據(jù)本發(fā)明，通過噴槍將液體、氣體或固體燃料進(jìn)料至沸騰流化床中。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，在產(chǎn)物的流化床冷卻器中，將從流化床反應(yīng)器中排放的熱產(chǎn)物中所含有的能量用于對(duì)進(jìn)料至流化床反應(yīng)器中的助燃/流化空氣進(jìn)行預(yù)熱。從由流化床冷卻器排放的熱的含氧氣體中回收灰塵，然后將該氣體進(jìn)料至流化床反應(yīng)器中。將從所述流化床冷卻器中得到的灰塵并入產(chǎn)物中。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)鋰輝石和燃料的雜質(zhì)含量選擇流化床的溫度，從而避免在床中形成過量即超過15%的熔融相。在根據(jù)本發(fā)明使用沸騰流化床(其中所使用的進(jìn)料是細(xì)粒濃縮物或礦石)的同時(shí)，并通過使用在熱廢氣和熱產(chǎn)物中所含有的能量流，在相對(duì)低能耗下，有利地實(shí)現(xiàn)鋰輝石的高效熱轉(zhuǎn)化。


參考附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的安排進(jìn)行更詳細(xì)地說明，其中圖I以框圖的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了顯示。發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明，在流化床反應(yīng)器中對(duì)鋰輝石濃縮物或礦石即硅酸鋁鋰進(jìn)行熱加工，從而將其轉(zhuǎn)化成期望的用于分離鋰的可溶解形式。將過濾的鋰濃縮物(濃縮物中的水份通常為一 10%)以與從流化床反應(yīng)器中移出的熱工藝氣體逆流的方式在工藝管線中進(jìn)行傳輸。此時(shí)，熱氣體直接與濃縮物接觸。在沸騰流化床中，對(duì)濃縮物進(jìn)行干燥并加熱，同時(shí)對(duì)氣體進(jìn)行冷卻，即先對(duì)濃縮物進(jìn)行干燥并預(yù)熱然后在流化床反應(yīng)器中對(duì)其進(jìn)行熱加工。在流化床反應(yīng)器的沸騰床中，對(duì)鋰的濃縮物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，即由于熱效應(yīng)將α -鋰輝石轉(zhuǎn)化成可溶解的β-鋰輝石。當(dāng)溫度為800 — 1000°C時(shí)發(fā)生這種變化，但尚未通過選擇溫度使得由雜質(zhì)形成的熔融相的形成最少化。根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)料至流化床反應(yīng)器中的鋰濃縮物的粒度為20 - 1000 μ m。當(dāng)氣體的自由空速為O. 3 一 lm/s時(shí)，材料在流化床中的滯留時(shí)間優(yōu)選小于I小時(shí)。在流化床中，向其中進(jìn)料的燃料(能夠?yàn)闅怏w、液體或固體)與含氧的流化/工藝氣體反應(yīng)。流化床反應(yīng)器中的工藝氣體由用于對(duì)流化床反應(yīng)器產(chǎn)物進(jìn)行冷卻并在所述工藝中進(jìn)行預(yù)熱的氣體和空氣構(gòu)成。當(dāng)燃燒時(shí)，燃料必須產(chǎn)生足夠的能量以對(duì)流化床反應(yīng)器中的鋰輝石和氣體兩者都進(jìn)行加熱。在旋風(fēng)分離器中從流化床反應(yīng)器中排放的氣體中回收灰塵。不含灰塵的氣體的能量用于對(duì)濃縮物進(jìn)行干燥和預(yù)熱。將在流化床反應(yīng)器中處理的產(chǎn)物的熱容量用于流化床冷卻器中，其中在所述產(chǎn)物中含有的能量在氣體中傳遞，并除去冷卻的產(chǎn)物。將空氣作為流化氣體進(jìn)料至多區(qū)流化床冷卻器中，將從流化床反應(yīng)器中除去的熱鋰輝石產(chǎn)物也進(jìn)料至所述冷卻器中。對(duì)鋰輝石進(jìn)行冷卻的同時(shí)對(duì)流化空氣進(jìn)行加熱。將從流化床冷卻器中排放的熱的含氧氣體作為流化和助燃?xì)怏w傳導(dǎo)至工藝反應(yīng)器中。必須對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，以改善傳送器的磨損并使得加工更容易。
實(shí)施例在下述實(shí)例中，參考在流化床反應(yīng)器中發(fā)生的α-鋰輝石轉(zhuǎn)化過程中的能量平衡，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行討論。將鋰輝石濃縮物進(jìn)料流化床反應(yīng)器中以進(jìn)行加工。為了有助于從α-鋰輝石到鋰輝石的期望轉(zhuǎn)化，需要能量來升高溫度。將溫度升至950°C，在所述情況中，甲烷的需量為每噸鋰輝石濃縮物為55Nm3。為了燃燒甲烷，需要IlONM3的氧氣，當(dāng)按空氣計(jì)算時(shí)，其等于524Nm3。在所述情況中，根據(jù)進(jìn)料量和鋰輝石粒度確定爐子的尺寸，使得所述床形成沸騰床(根據(jù)粒度為O. 3 - lm/s的自由空速)，并存在足夠的氧氣以氧化對(duì)鋰輝石進(jìn)行加熱所需要的燃料。根據(jù)實(shí)例，當(dāng)將524Nm3的空氣從950°C冷卻至200°C時(shí)，釋 放的能量的量為156kWh，其用于干燥和預(yù)熱工藝。在將從950°C的溫度下的流化床反應(yīng)器中排放的一噸鋰輝石冷卻至70°C時(shí)，釋放的能量的量為300kWh，其用于對(duì)工藝氣體進(jìn)行預(yù)熱。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，明顯的是，隨著技術(shù)的開發(fā)，能夠以許多不同方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主要理念。由此，不能將本發(fā)明及其實(shí)施方案限制為上述實(shí)例，相反其可在附屬權(quán)利要求書的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)α-鋰輝石即硅酸鋁鋰進(jìn)行熱加工的方法，通過該加工將其轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鋰輝石，所述β_鋰輝石對(duì)進(jìn)一步加工更有利；所述方法的特征在于，通過使用含氧氣體作為流化氣體，在800 - 1000°C的溫度下，在流化床反應(yīng)器中對(duì)具有20 - 1000 μ m粒度的濃縮物或礦石進(jìn)行加工，同時(shí)，根據(jù)所述鋰輝石和燃料的雜質(zhì)含量選擇所述流化床的溫度，從而避免在所述流化床中形成過量的即超過15%的熔融相。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，將含氧的流化氣體進(jìn)料入所述流化床反應(yīng)器中，根據(jù)所述進(jìn)料的粒度，使得氣體的自由空速為O. 3 - lm/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，進(jìn)料至所述流化床反應(yīng)器中的所述含氧流化氣體的氧氣含量等于為了加熱所述流化床而需要的對(duì)燃料進(jìn)行氧化所要求的氧氣量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述流化床是沸騰床。
5.根據(jù)權(quán)利要求I一 4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，鋰輝石在所述流化床中的滯留時(shí)間不超過I小時(shí)，優(yōu)選15分鐘一 I小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，將從所述流化床反應(yīng)器排放的熱氣體中所含有的能量用于對(duì)進(jìn)料至所述流化床反應(yīng)器中的材料進(jìn)行干燥和預(yù)熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，將通過旋風(fēng)分離器和纖維過濾器從所述流化床反應(yīng)器所排放的氣體中回收的灰塵的至少一部分返回至所述沸騰流化床。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過噴槍將液體、氣體或固體燃料進(jìn)料至所述沸騰流化床中。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述產(chǎn)物的流化床冷卻器中，將在所述流化床反應(yīng)器排放的熱產(chǎn)物中所含有的熱能用于對(duì)進(jìn)料至所述流化床反應(yīng)器中的助燃/流化空氣進(jìn)行預(yù)熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，從所述流化床冷卻器中排放的熱的含氧氣體中回收灰塵，然后將所述氣體進(jìn)料至所述流化床反應(yīng)器中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，將從所述流化床冷卻器中得到的灰塵并入所述產(chǎn)物中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)α-鋰輝石即硅酸鋁鋰進(jìn)行熱加工的方法，通過所述加工將其轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鋰輝石，所述β-鋰輝石對(duì)進(jìn)一步加工更有利；在所述方法中，通過使用含氧氣體作為流化氣體，在800－1000℃的溫度下，在流化床反應(yīng)器中對(duì)具有20－1000μm粒度的濃縮物或礦石進(jìn)行加工。
文檔編號(hào)C01D15/00GK102906022SQ201180025128
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者M-L·梅采蘭塔 申請(qǐng)人:奧圖泰有限公司