从锂渣中提取有价值的物质的工艺制造技术

一种用于从锂渣中提取有价值的物质的工艺，所述工艺包括：(a)用碱性化合物的水溶液在选定的温度和持续时间下对锂渣进行水热处理；(b)对碱处理的锂渣执行离子交换步骤；以及(c)回收选自由铝化合物、硅化合物以及含硅和铝的化合物组成的组的有价值的物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从锂渣中提取有价值的物质的工艺专利
本专利技术涉及从锂渣中提取有价值的物质，例如高纯度氧化铝和二氧化硅的工艺。锂渣是来自提炼含锂的铝硅酸盐矿物的废产物，所述含锂的铝硅酸盐矿物包括但不限于锂辉石、锂云母、透锂长石、伟晶岩或其他含锂的铝硅酸盐。专利技术背景用铝硅酸盐生产氧化铝和由氧化铝衍生的化合物的工艺包括例如处理高岭土，其中第一步骤是在酸浸出之前的能量昂贵的煅烧步骤。这是在采矿成本和损耗成本之外的。在另一个通过拜耳工艺生产氢氧化铝的工艺中，使用150至200℃的温度，产生除采矿成本和损耗成本之外的巨大的加热成本。拜耳工艺的众所周知的环境困境是产生大量的苛性“赤泥”。相比之下，如上所述的锂渣目前是硬岩锂提炼行业的低价值副产物，仅适合用作水泥和建筑行业的低价值添加物。锂渣是可以按从提炼厂递送时的原样使用的副产物，其中锂提炼工艺中已考虑了采矿、损耗和煅烧成本。然而，锂渣作为氧化铝和二氧化硅的来源尚需成功地开发。常规的酸浸出技术以及实际上其他技术似乎是不成功的。美国专利号3007770和3112170描述了目的在于提取锂的β-锂辉石的碱处理。形成的沸石材料被认为是副产物。在美国专利号3112170中，用碳酸铵进行离子交换，目的是提取锂而不是作为氧化铝的来源。本专利技术的目的是提供从锂渣中提取有价值的物质，如期望具有高纯度的氧化铝和二氧化硅的工艺。
技术实现思路
鉴于这一目的，本专利技术提供了从锂渣中提取有价值的物质的工艺，其包括：(a)用碱性化合物的水溶液在选定的温度和持续时间下对锂渣进行水热处理；(b)对碱处理的锂渣执行离子交换步骤；以及(c)回收选自由铝化合物、硅化合物以及含硅和铝的化合物组成的组的有价值的物质。期望碱性化合物(AC)的水溶液为强碱性，期望为钠或钾的强碱性化合物，包括苛性钠、氢氧化钾、碳酸钠以及碳酸钾。锂渣与AC的重量比优选在约1:0.1至约1:2范围内，以优化锂渣向有价值的化合物的转化。从碱性水热处理获得的铝和硅(铝硅酸盐)化合物的特性是温度以及碱浓度依赖性。碱处理的锂渣含有一种或多种期望表现出离子交换性质的化合物(例如沸石A、X或P)，该化合物预期在约90℃或更高的温度以及大于10％(优选大于20％，任选地高达约50％)的固体密度下能以可接受的收率获得。低至60℃的低温可能也是足够的，但水热处理或停留时间将可能较长。虽然该工艺可使其自身达到所需的铝提取水平(例如85％提取率或更高)，但所需提取取决于工艺经济学，因此较低的提取水平可能是可接受的。水热处理通常使少量的氧化铝和较大比例的二氧化硅溶解。二氧化硅溶解成硅酸盐化合物，该硅酸盐化合物的种类取决于上述水热处理中使用的碱性化合物。如果使用苛性钠，硅酸钠将被溶解。如果使用氢氧化钾，硅酸钾将被溶解。溶解的硅酸盐可在沉淀步骤中使用适宜的沉淀剂诸如石灰进行沉淀。再次，选择沉淀步骤温度和沉淀步骤持续时间以优化沉淀步骤。然而，加热可能是不必要的，该步骤可在包括室温的温度下进行。期望的是，该沉淀步骤允许选择用于水热步骤的碱性化合物再生，并且所选择的碱性化合物可以再循环至水热处理步骤。不管是按单阶段还是多阶段进行，在用碱性化合物进行的水热处理之后通常将为固/液分离步骤。多阶段工艺可以用于生产沸石P。此类多阶段工艺可能涉及两阶段，其中第一阶段(其可称为陈化阶段)是在第一温度下进行，第二个水热处理阶段是在高于第一温度的第二温度下进行。在第二阶段的停留时间也可比在第一阶段的停留时间更长。这可以改善产品沸石质量。然而，不存在第一陈化步骤的单阶段水热处理(方便地在等于或高于第二温度的温度下进行)也是可能的，从产品质量来看结果相似。在任一情况下，分离的固体残留物随后可有利地经受酸浸出步骤，该酸浸出步骤期望使用盐酸进行以形成氯化铝六水合物。该工艺在碱处理后包括离子交换步骤，以除去引入的钠或钾或矿物基质中已有的任何阳离子，这些阳离子可能影响目标价值或高价值目标产物诸如高纯度氧化铝和沸石P的质量。与不进行离子交换步骤的情况相比，这实现了具有较高纯度和价值的产物的回收。离子交换步骤是通过使适宜化合物诸如铵化合物(例如氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、氢氧化铵或碳酸铵)的水溶液与碱处理的锂渣残留物接触而方便地进行。可替代地，碱液可用于再溶解反应性二氧化硅，其来自在下一步骤中描述的酸提取残留物。使用温和条件，例如90℃和约一小时的反应时间时，再溶解可能仅包括反应性二氧化硅。这应当占一些锂渣质量中二氧化硅的约60-80wt％。剩余的二氧化硅主要为石英，其需要更高的温度(例如180℃)和升高的压力来使二氧化硅溶解。通过在适宜的温度(例如室温)下使用任何适宜的酸(例如硫酸或CO2)，可通过降低pH值使二氧化硅沉淀析出，然后在分离后洗涤。可使直接来自碱处理或经由离子交换步骤的残留物经受酸浸出步骤以形成有用的中间体。在选择盐酸的情况下，氯化铝六水合物从碱处理的锂渣或离子交换残留物中浸出。三氯化铝六水合物是有用的中间体。该步骤也可精选固相中的二氧化硅。通过过滤或适宜的分离方法，例如压滤，将二氧化硅耗尽的浸出液与固体残留物分离。由于富含二氧化硅的经离子交换的固体残留物的碱浸出可能趋于导致硅胶形成，这可能妨碍随后的固液分离，因此期望在酸浸出之前在进一步的步骤中对经离子交换的残留物进行处理。方便地，在能有效除去所有水分和用于离子交换的部分或所有氨的条件下对经离子交换的残留物进行烘烤。在使用铵化合物的溶液进行离子交换的情况下，如上文所述，烘烤步骤导致氨和水分释放以及在随后的酸浸出步骤中硅胶形成的趋势较低。释放的氨可例如通过使其与盐酸接触而再生为氯化铵用于离子交换步骤。来自酸浸出的富含二氧化硅的固体残留物然后可通过如下方式转化为>97％纯度，任选地>99％纯度的沉淀二氧化硅：例如使用来自再生步骤的碱液来通过碱浸出溶解该残留物，然后用沉淀剂处理含有硅酸盐的浸出液以沉淀反应性二氧化硅。也可用酸浸出液生产有价值的含铝产物。第一实例是三氯化铝六水合物(Al(H2O)6Cl3)，其可以例如使用酸气体，诸如盐酸气体从酸浸出液中沉淀出来。由于反应的放热性质，可能需要冷却来优化沉淀。在一些情况中，可能需要进行涉及再溶解和再沉淀的进一步的纯化步骤。通过有利地在介于约700℃与1600℃之间的温度下进行的进一步的煅烧步骤，可以将Al(H2O)6Cl3转化为氧化铝或甚至可能高纯度的氧化铝(HPA)。在水热处理步骤之前，可用适宜的酸洗涤锂渣以除去一些杂质，诸如铁。也可通过其他矿物处理方法对锂渣进行精选(beneficiated)。例如，可通过任何磁性分离方式除去磁性颗粒，或者可以通过诸如过筛、研磨或重力分离的任何方式来调节粒度以优化水热处理步骤。优选使用小于100μm，更优选小于75μm，最优选小于50μm的粒度，但是可以选择较大的粒度，然而预期在水热处理阶段以及可能的进一步处理阶段中需要更长的反应时间和足够的搅拌。该工艺使得当前的低价值副产物锂渣能够以具有成本效益的方式用于生产有价值的含铝和硅的高纯度化合物，在这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从锂渣中提取有价值的物质的工艺，所述工艺包括：/n(a)用碱性化合物的水溶液在选定的温度和持续时间下对锂渣进行水热处理；/n(b)对碱处理的锂渣执行离子交换步骤；以及/n(c)回收选自由铝化合物、硅化合物以及含硅和铝的化合物组成的组的有价值的物质。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180202 AU 2018900329;20180328 AU 2018901028;20181.一种用于从锂渣中提取有价值的物质的工艺，所述工艺包括：
(a)用碱性化合物的水溶液在选定的温度和持续时间下对锂渣进行水热处理；
(b)对碱处理的锂渣执行离子交换步骤；以及
(c)回收选自由铝化合物、硅化合物以及含硅和铝的化合物组成的组的有价值的物质。


2.如权利要求1所述的工艺，其中所述碱性化合物(AC)是强碱性化合物，其优选选自由强碱性的钠或钾化合物组成的组，所述强碱性的钠或钾化合物包括苛性钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸钾。


3.如权利要求1或2所述的工艺，其中所述锂渣与AC的重量比在约1:0.1至约1:2的范围内。


4.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中所述选定的温度高于约60℃，优选高于约90℃。


5.如权利要求4所述的工艺，其中所述碱性水溶液中锂渣的固体密度高于10％，优选高于20％，并且任选地高达约50％。


6.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中所述水热处理使少量的氧化铝和二氧化硅溶解为硅酸盐，其中溶解的二氧化硅的比例大于氧化铝。


7.如权利要求6所述的工艺，其中在沉淀步骤中使用适宜的沉淀剂诸如石灰来使溶解的硅酸盐沉淀出来。


8.如权利要求7所述的工艺，其中所述沉淀步骤允许选择用于所述水热步骤的所述碱性化合物再生，并且所选择的碱性化合物再循环至所述水热处理步骤。


9...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·E·玛丽，M·吉希西，H·林，郭雅峰，
申请(专利权)人：天齐锂业奎纳纳有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU