鋰輝石生產(chǎn)碳酸鋰前段工藝：鋰輝石礦石制取硫酸鋰鹵水說明

鋰輝石生產(chǎn)碳酸鋰包括前期焙燒制鹵水及鹵水生產(chǎn)碳酸鋰兩個相對獨立的環(huán)節(jié)。鋰輝石制取鹵水又包括烘干-焙燒-冷卻-破碎-粉磨-酸化-水浸-固液分離共八個小環(huán)節(jié)。

                                                                           澳洲鋰輝石
一、烘干：項目購入的鋰輝石含水率通常為8%，為了不影響后續(xù)焙燒過程，需對物料進(jìn)行烘干處理，烘干在回轉(zhuǎn)式干燥窯內(nèi)進(jìn)行，烘干溫度約為250℃，持續(xù)時間約15min，熱風(fēng)與物料直接接觸。烘干后鋰輝石含水率約6.5%，同時烘干過程可減少后續(xù)焙燒過程的燃?xì)饬?。干燥熱源來自回轉(zhuǎn)窯尾氣余熱（為實現(xiàn)節(jié)能降耗，一部分回轉(zhuǎn)式焙燒窯尾氣余熱約250℃的熱煙氣經(jīng)風(fēng)機引至干燥窯內(nèi)）烘干的收集粉塵全部會用于焙燒工序。
二、焙燒：烘干完成后的鋰輝石經(jīng)窯尾進(jìn)入焙燒回轉(zhuǎn)窯高溫焙燒室焙燒（以焦?fàn)t煤氣為燃料，在隧道式焙燒窯中段設(shè)置噴槍直接燃燒），回轉(zhuǎn)窯采用焦?fàn)t煤氣作為燃料，通過直接加熱的方式對原材料進(jìn)行高溫焙燒，其控制燒結(jié)溫度為1100~1200℃，焙燒時間持續(xù)約2h。

                                                                                                                                           回轉(zhuǎn)窯
焙燒完成后鋰輝石原料由α型鋰輝石轉(zhuǎn)為β型鋰輝石，使得鋰從不溶于酸的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為可溶于酸的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化率為95-98%。
轉(zhuǎn)型過程方程式為：α-Li2O·Al2O3·4SiO2→β-Li2O·Al2O3·4SiO2
三、冷卻：物料在高溫焙燒時，由于部分物料熔融，燒結(jié)出來的物料會有一定的強度，需對其進(jìn)行冷卻，進(jìn)入冷卻窯經(jīng)強制風(fēng)冷降溫至90℃左右。焙燒后的冷卻時間為1.5小時。
四、破碎：冷卻后的熟料使用封閉式鏈斗輸送機傳送至破碎機進(jìn)行破碎，以防止有大塊熟料進(jìn)入后續(xù)工序，破碎至10mm左右粒度，熟料經(jīng)過封閉式皮帶運輸機輸入立磨系統(tǒng)之中。
五、粉磨：為便于后續(xù)的浸出作業(yè)，使熟料溶解更充分，破碎后的熟料需進(jìn)一步粉磨。物料通過入磨皮帶計量秤將其送入立磨系統(tǒng)磨盤上，在離心力的作用下，物料向磨盤的周緣移動。當(dāng)物料通過磨盤和磨輥之間時，在壓緊力的作用下受到擠壓和碾磨而被粉碎成粉末。已磨成的物料粉顆粒繼續(xù)向外移動，最后拋向磨盤周緣；依靠主排風(fēng)機抽力形成的負(fù)壓，微熱的干燥劑氣體從立磨進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入磨機并通過磨盤外緣自下而上；物料粉顆粒被微熱的干燥劑氣體攜帶上升，在分離器內(nèi)較重的粗大物料粉顆粒碰撞在分離器的葉片擋板上返回磨盤再研磨；較輕的細(xì)小物料粉顆粒通過分離器被收粉器收集；立磨上部的分離器裝置對研磨后的物料進(jìn)行篩分，細(xì)度不合格的物料粉沿著內(nèi)錐體內(nèi)壁從旋流中被分離并返回磨盤上繼續(xù)研磨。粉磨后的物料粒徑在100目以下進(jìn)入下一工序。
六、酸化：粉碎至100目以下的β型鋰輝石與98%濃硫酸在混料機上混合酸化（比例為2.5-3.5：1），混合料通過進(jìn)料螺旋輸送機輸送至2臺酸化窯，酸化窯采用燃燒焦?fàn)t煤氣的熱風(fēng)爐供熱，采用外熱式間接加熱方式加熱，控制反應(yīng)溫度為250~300℃，持續(xù)時間約10min，β型鋰輝石會與硫酸充分發(fā)生鹽化反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下：
Li2O·Al2O3·4SiO2 +H2SO4→Li2SO4 + H2O·Al2O3·4SiO2
同時也發(fā)生如下副反應(yīng)：
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
在物料發(fā)生鹽化反應(yīng)時，鋰輝石的鋁硅酸鹽核和硫酸之間發(fā)生了樹脂除雜，交換的結(jié)果使鋰輝石中的鋰被氫置換，而礦物結(jié)構(gòu)實際上并未破壞。鹽化反應(yīng)完成的酸化料由螺旋輸送機送入冷卻窯，經(jīng)過間接水冷冷卻至80℃以下，再進(jìn)入后續(xù)浸出工序。
酸化焙燒裝置設(shè)計分為4個部分：原料單元、酸化焙燒單元、冷卻儲存單元、供熱單元等內(nèi)容。
（1）原料單元
①細(xì)焙燒料鋰輝石下料、稱重計量工序。
細(xì)焙燒料倉里的β鋰輝石進(jìn)入本單元內(nèi)，通過密閉式稱重給料機稱重計量后，投入雙螺旋混料器。
②濃硫酸輸送、計量工序。
濃硫酸由廠區(qū)硫酸罐區(qū)采用管道輸送進(jìn)入計量罐，經(jīng)硫酸投料泵送至雙螺旋混料器。
（2）酸化焙燒單元
①β鋰輝石細(xì)粉（100目）從細(xì)粉料倉底部出口，自流入計量秤。
②計量稱一般采用螺旋秤、轉(zhuǎn)子秤、科里奧力秤等，本項目采用科里奧力秤。
③計量秤出口接螺旋輸送機，通過科里奧力秤的讀數(shù)，控制螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速，從而控制鋰輝石粉送料量。
④螺旋輸送機出口接混料機。
⑤混料機一般采用單螺旋混料機、螺帶混料機、雙螺旋混料機。本項目采用雙螺旋混料機。
⑥98%硫酸從儲罐通過襯氟磁力泵，送入混料機。
⑦硫酸管道上設(shè)置流量計和調(diào)節(jié)閥。
⑧通過鋰輝石質(zhì)量流量控制硫酸的質(zhì)量流量。
⑨硫酸通過多點噴頭噴入混料機，與鋰輝石細(xì)粉進(jìn)行機械混合，混合物稱為混酸料。
⑩混酸料再通過進(jìn)窯螺旋，經(jīng)窯尾罩送入酸化窯。
（3）酸化熟料冷卻儲存單元
從爐尾出來的酸化料由螺旋送入冷卻窯冷卻至80℃以下，冷卻窯采用冷凍水間接冷卻的形式，冷卻后的酸化熟料送廠內(nèi)濕法工段。
（4）供熱單元
本項目供熱系統(tǒng)選用燃焦?fàn)t煤氣熱風(fēng)爐供應(yīng)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)（熱風(fēng)循環(huán)使用）的形式。
由管道送來的焦?fàn)t煤氣與空氣風(fēng)機送來的經(jīng)預(yù)熱的空氣在熱風(fēng)爐中燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱煙氣在熱風(fēng)爐的尾段與高溫循環(huán)風(fēng)機送來的循環(huán)熱煙氣進(jìn)行混合，由熱風(fēng)管道經(jīng)閥門調(diào)控后進(jìn)入酸化窯的夾套為爐體供熱。熱煙氣大部分在供熱系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，一部分預(yù)熱空氣后，由煙囪排空。系統(tǒng)中各路風(fēng)管均設(shè)置有調(diào)節(jié)門，可以實現(xiàn)爐體各段加熱溫度的不同要求。排煙道設(shè)置調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)壓的平衡。
操作條件和控制參數(shù)：控制反應(yīng)溫度為250℃~300℃，硫酸的投料量根據(jù)礦石中有效成分Li2O的量確定，保持拌酸料中游離酸含量為20-22%，由此確定的料酸比約為2.5-3.5，物料在焙燒爐中的停留時間約為30min。酸熟料中游離酸含量為2-6%，常壓。
七、水浸：酸化冷卻后的鋰輝石酸熟料中約含2~6%的硫酸，經(jīng)酸熟料倉由埋刮板輸送機送入打漿罐內(nèi)，并用鋰渣洗液、樹脂再生出水和冷凝水按約1.6：1左右的液固比配成酸性的酸熟料漿（酸熟料冷卻后溫度約在40℃，經(jīng)下料通道進(jìn)入封閉式浸出槽液面以下）后送入中和槽，再加入石灰石、生石灰對殘留的硫酸進(jìn)行中和。石灰石、生石灰由給料機經(jīng)埋刮板輸送機輸入中和槽，中和槽內(nèi)的pH計控制給料機轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制石灰石、生石灰的加入量。當(dāng)pH達(dá)到6~6.5之后，停止加料，中和反應(yīng)持續(xù)20min。浸出完成后鋰由固相進(jìn)入液相（中和料漿），鋰浸出率達(dá)98%左右。中和料漿由料漿泵送入壓濾機進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。
反應(yīng)方程式：
CaCO3 +H2SO4→CaSO4 + CO2↑+H2O
CaO+H2SO4→CaSO4 +H2O
操作條件和控制參數(shù)：浸出溫度40℃，液固比1.6:1，浸出時間2~3h，常壓。
八、固液分離：
中和料漿泵入壓濾機后，經(jīng)過過濾、洗滌、壓榨、吹風(fēng)、卸渣等工序，分別得到濕鋰渣、硫酸鋰濾液、鋰渣洗液。
 

                                                      板框壓濾機
過濾：中和料漿泵入壓濾機進(jìn)行固液分離，當(dāng)料漿泵流量衰減至5m3/h左右時壓濾機停止進(jìn)料，濾出濾液主要為硫酸鋰濾液，經(jīng)濾液槽暫存后進(jìn)入除雜工序。
洗滌：固廢分離所得濾渣中鋰含量仍然較高，通過冷凝水在線淋洗，以盡可能多的淋洗出鋰渣中的硫酸鋰溶液。淋洗所得溶液即為鋰渣洗液，返回浸出工序用于酸熟料配漿。
壓榨：淋洗完畢后的鋰渣繼續(xù)壓榨，壓出濾液返回浸出工序用于酸熟料配漿。
瀝干：壓榨完畢后的鋰渣采用0.7MPa的濕空氣吹風(fēng)瀝水，瀝下水返回浸出工序用于酸熟料配漿。瀝干后的鋰渣含水率小于20%。
卸渣：利用皮帶運輸機將壓濾完成的浸出渣作為固廢處理。

                                                                                                                                       鹽溶液蒸發(fā)器                                                                                                                             轉(zhuǎn)載自博特鹽溶液蒸發(fā)器