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CN102906022B - 锂辉石的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对α-锂辉石即硅酸铝锂进行热加工的方法，通过所述加工将其转变为β-锂辉石，所述β-锂辉石对进一步加工更有利；在所述方法中，通过使用含氧气体作为流化气体，在800－1000℃的温度下，在流化床反应器中对具有20－1000μm粒度的精矿或矿石进行加工。

Description

锂辉石的加工方法
发明领域
本发明涉及对α-锂辉石或硅酸铝锂进行热加工的方法，通过所述加工使其处于更有利于进一步加工的形式，即可溶解的β-锂辉石的形式。
发明背景
目前最大的锂使用者是玻璃和陶瓷工业以及电池工业，其份额在恒定增长，因为例如锂电池在电动汽车的开发中具有重要作用。将部分锂用作碳酸锂，或其至少为商业中间产物。锂典型地用于例如录像机、照相机和移动电话的电池中。天然的含锂材料主要为锂辉石、透锂长石和锂云母。在盐湖中，下层滞水带也可含有锂，但对于工业生产的决定性因素是锂-镁之比。同样地，海水也含有锂。通过对例如矿石或精矿如锂辉石，即硅酸铝锂(LiAlSi2O6)或透锂长石(LiAlSi4O10)进行加热并进一步浸出可制造锂。在锂的第一回收步骤中，锂辉石的α结构转变为可溶解的β结构。这能够通过热加热来实施。已经发现，当温度为850－1000℃时，α结构转变为β结构。总之：在锂的回收中，对锂矿物进行浓缩，其后精矿的处理通常包括晶体结构在高温下的转变、加压浸出、二氧化碳处理以及产生的碳酸氢锂LiHCO3的过滤和净化。
根据加拿大的公布CA1297265，已知一种制造碳酸锂的方法。根据所述公布，在循环流化床反应器中对材料进行热处理，其需要反应器中的气体的高的自由空速。将精矿或矿石作为粒度约为1－10毫米的粗原料进料至工艺中。为了使得所述材料以用于循环流化床的特性的方式循环，需要大的气体流量。因此，大流量气体的加热需要大量的能量。为了将温度保持在整个工艺过程中的转化所要求的水平上，必须在不同水平下添加含氧气体。为了将气体温度保持在足够高的水平上，需要大量喷枪以供应燃料。另外，高能量需求和大量的燃料增加了CO2的排放。
发明目的
本发明的目的是介绍一种对锂辉石进行处理、尤其是在流化床反应器中对其进行热加工以使得锂辉石对于进一步加工而言实现期望结构的新型、更有效、更环境友好且能量高效的方式。
发明概述
根据附属权利要求书，使得本发明的基本新颖特征明显。
本发明涉及一种对α-锂辉石即硅酸铝锂进行热加工的方法，通过所述加工将其转变为β-锂辉石，所述β-锂辉石对进一步加工更有利；根据所述方法，通过使用含氧气体作为流化气体，在800－1000℃的温度下，在流化床反应器中对具有20－1000μm粒度的精矿或矿石进行加工。根据本发明，向待加工颗粒的核的热传递，在细颗粒材料中比在较粗材料中更快，换言之，在更细颗粒的条件下，即当精矿的粒度为有利地20－1000μm时，因在反应器中对锂辉石进行加热而造成的滞留时间(delay)更短。
根据本发明的实施方案，将含氧的流化气体进料入流化床反应器中，根据进料的粒度，使得气体的自由空速为0.3－1m/s。
进料至流化床反应器中的含氧流化气体的氧气含量等于因对流化床进行加热而需要的对燃料进行氧化所要求的氧气量。
根据本发明的实施方案，流化床是沸腾床。当根据本发明的方法运行时，在悬浮床中的热传递是高效的。以许多不同的方式，使得工艺中的能耗最少。当使用沸腾床时，在气体速度且同时气体流量小时，受热的气体流量不太大。根据本发明，使用源自热废气的能量对进料进行干燥和预热，这降低反应器中所需要的燃料的量。将从流化床反应器中移出的热产物的能量用于预热工艺气体，这降低反应器中所需要的燃料的量。
根据本发明的实施方案，锂辉石在流化床中的滞留时间不超过1小时，优选15分钟－1小时。
在从流化床反应器中排放的热气体中所含有的能量，用于对进料至流化床反应器中的材料进行干燥和预热。根据本发明，与从流化床反应器中排放的气体一起传送的灰尘的至少一部分被返回至沸腾床，其中通过旋风分离器和纤维过滤器回收所述灰尘。根据本发明，通过喷枪将液体、气体或固体燃料进料至沸腾流化床中。
根据本发明的优选实施方案，在产物的流化床冷却器中，将从流化床反应器中排放的热产物中所含有的能量用于对进料至流化床反应器中的助燃/流化空气进行预热。
从由流化床冷却器排放的热的含氧气体中回收灰尘，然后将该气体进料至流化床反应器中。将从所述流化床冷却器中得到的灰尘并入产物中。
根据本发明，根据锂辉石和燃料的杂质含量选择流化床的温度，从而避免在床中形成过量即超过15％的熔融相。
在根据本发明使用沸腾流化床(其中所使用的进料是细粒精矿或矿石)的同时，并通过使用在热废气和热产物中所含有的能量流，在相对低能耗下，有利地实现锂辉石的高效热转化。
附图说明
参考附图对根据本发明的安排进行更详细地说明，其中
图1以框图的方式对本发明进行了显示。
发明详述
根据本发明，在流化床反应器中对锂辉石精矿或矿石即硅酸铝锂进行热加工，从而将其转化成期望的用于分离锂的可溶解形式。将过滤的锂精矿(精矿中的水份通常为－10％)以与从流化床反应器中移出的热工艺气体逆流的方式在工艺管线中进行传输。此时，热气体直接与精矿接触。在沸腾流化床中，对精矿进行干燥并加热，同时对气体进行冷却，即先对精矿进行干燥并预热然后在流化床反应器中对其进行热加工。
在流化床反应器的沸腾床中，对锂的精矿进行转化，即由于热效应将α-锂辉石转化成可溶解的β-锂辉石。当温度为800－1000℃时发生这种变化，但尚未通过选择温度使得由杂质形成的熔融相的形成最少化。根据本发明，进料至流化床反应器中的锂精矿的粒度为20－1000μm。当气体的自由空速为0.3－1m/s时，材料在流化床中的滞留时间优选小于1小时。在流化床中，向其中进料的燃料(能够为气体、液体或固体)与含氧的流化/工艺气体反应。流化床反应器中的工艺气体由用于对流化床反应器产物进行冷却并在所述工艺中进行预热的气体和空气构成。当燃烧时，燃料必须产生足够的能量以对流化床反应器中的锂辉石和气体两者都进行加热。在旋风分离器中从流化床反应器中排放的气体中回收灰尘。不含灰尘的气体的能量用于对精矿进行干燥和预热。将在流化床反应器中处理的产物的热容量用于流化床冷却器中，其中在所述产物中含有的能量在气体中传递，并除去冷却的产物。将空气作为流化气体进料至多区流化床冷却器中，将从流化床反应器中除去的热锂辉石产物也进料至所述冷却器中。对锂辉石进行冷却的同时对流化空气进行加热。将从流化床冷却器中排放的热的含氧气体作为流化和助燃气体传导至工艺反应器中。必须对产物进行冷却，以改善传送器的磨损并使得加工更容易。
实施例
在下述实例中，参考在流化床反应器中发生的α-锂辉石转化过程中的能量平衡，对本发明进行讨论。将锂辉石精矿进料流化床反应器中以进行加工。为了有助于从α-锂辉石到β-锂辉石的期望转化，需要能量来升高温度。将温度升至950℃，在所述情况中，甲烷的需量为每吨锂辉石精矿为55Nm3。为了燃烧甲烷，需要110NM3的氧气，当按空气计算时，其等于524Nm3。在所述情况中，根据进料量和锂辉石粒度确定炉子的尺寸，使得所述床形成沸腾床(根据粒度为0.3－1m/s的自由空速)，并存在足够的氧气以氧化对锂辉石进行加热所需要的燃料。根据实例，当将524Nm3的空气从950℃冷却至200℃时，释放的能量的量为156kWh，其用于干燥和预热工艺。在将从950℃的温度下的流化床反应器中排放的一吨锂辉石冷却至70℃时，释放的能量的量为300kWh，其用于对工艺气体进行预热。
对于本领域的技术人员，明显的是，随着技术的开发，能够以许多不同方式实现本发明的主要理念。由此，不能将本发明及其实施方案限制为上述实例，相反其可在附属权利要求书的范围内变化。

Claims (13)

1.一种对α-锂辉石即硅酸铝锂进行热加工的方法，通过该加工将其转变为β-锂辉石，所述β-锂辉石对进一步加工更有利；所述方法的特征在于，通过使用含氧气体作为流化气体，在800－1000℃的温度下，在流化床反应器中对具有20－1000μm粒度的精矿或矿石进行加工，同时，根据所述锂辉石和燃料的杂质含量选择所述流化床的温度，从而避免在所述流化床中形成过量的即超过15％的熔融相，其中将含氧的流化气体进料入所述流化床反应器中，根据所述进料的粒度，使得气体的自由空速为0.3－1m/s，并且锂辉石在所述流化床中的滞留时间不超过1小时。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进料至所述流化床反应器中的所述含氧流化气体的氧气含量等于为了加热所述流化床而需要的对燃料进行氧化所要求的氧气量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流化床是沸腾床。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述流化床是沸腾床。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，锂辉石在所述流化床中的滞留时间为15分钟－1小时。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将从所述流化床反应器排放的热气体中所含有的能量用于对进料至所述流化床反应器中的材料进行干燥和预热。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将通过旋风分离器和纤维过滤器从所述流化床反应器所排放的气体中回收的灰尘的至少一部分返回至所述沸腾流化床。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将通过旋风分离器和纤维过滤器从所述流化床反应器所排放的气体中回收的灰尘的至少一部分返回至所述沸腾流化床。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过喷枪将液体、气体或固体燃料进料至所述沸腾流化床中。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过喷枪将液体、气体或固体燃料进料至所述沸腾流化床中。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述产物的流化床冷却器中，将在所述流化床反应器排放的热产物中所含有的热能用于对进料至所述流化床反应器中的助燃/流化空气进行预热。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，从所述流化床冷却器中排放的热的含氧气体中回收灰尘，然后将所述气体进料至所述流化床反应器中。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，将从所述流化床冷却器中得到的灰尘并入所述产物中。
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