Применение микроволнового излучения для декрипитации сподумена Колмозерского месторождения

Литий-ионная промышленность демонстрирует быстрорастущий спрос на Li-содержащие соединения. Сподумен является одним из основных промышленных минералов для производства этого металла. Он имеет 3 полиморфные формы. В природе – это α-сподумен, который обладает высокой устойчивостью к химическому воздействию благодаря своей компактной структуре, содержащей оксиды кремния и алюминия. Микроволновое излучение превращает α-сподумен сначала в γ-, а после в β-форму, и известно, что последняя может подвергаться химическому воздействию с целью извлечения лития. Основываясь на этом факте, была проведена микроволновая процедура воздействия на α-сподумен, направленная на декрипитацию с последующим серно-кислотным разложением минерала, измельченного до разной крупности (1,0, 0,5 и 0,25 мм). Также были проанализированы зависимости изменения температуры при использовании традиционного нагрева. Обычный и микроволновый нагревы образцов различной крупности проводили до достижения температуры 1200 °С. Сульфатизацию прокаленных образцов осуществляли в течение 60 мин при t = 250 °С. После охлаждения до 22 °С добавляли дистиллированную воду и перемешивали в течение 120 мин в закрытых сосудах для выщелачивания. Для определения извлечения ценных и попутных компонентов был проведен анализ кеков выщелачивания и жидкой фазы методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. На основе анализа результатов экспериментов обоснована рациональность применения микроволнового излучения для декрипитации сподумена с целью извлечения лития. Изучено влияние крупности на фазовые превращения и, соответственно, степень извлечения лития из сподумена. Показано, что извлечение лития в процессе микроволнового воздействия и выщелачивания класса менее 0,25 мм достигло 96,82 %. Микроволновый нагрев привел к более низким показателям извлечения «вредных» компонентов, таких как железо, натрий и кальций, в процессе выщелачивания, что дает преимущество в чистоте получаемого продукта.

1. Salakjani N.K., Singh P., Nikoloski A.N., Production of lithium — a literature review Pt. 1: Pretreatment of Spodumene. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2020; 41(5):335—348. https://doi.org/10.1080/08827508.2019.1643343

2. U.S. Geological Survey Mineral commodity summaries 2023. Reston, 2023. 214 p. URL: https://www.kriittisetmateriaalit.fi/wp-content/uploads/2023/02/Mineral-Commodity-Summaries-2023-USGSJan-2023.pdf (accessed: 15.06.2023).

3. Курков А.В., Мамошин М.Ю., Ануфриева С.И., Рогожин А.А. Прорывные технологии прямого извлечения лития из гидроминерального сырья. В сб.: Минерально-сырьевая база металлов высоких технологий. Освоение, воспроизводство, использование: Труды Второй научно-практической конференции с международным участием (г. Москва, 07—08 декабря 2021 г.). М.: ФГБУ «ВИМС», 2021. С. 175—189.

4. Отчет «Обзор рынка сподумена и гидроксида лития в мире». М.: ООО «ИГ «Инфомайн», 2021.179 с. URL: http://www.infomine.ru/research/38/650/ (дата обращения: 17.04.2023).

5. Степанов С.С. Совместное предприятие «Норникеля» и «Росатома» получило право на разработку Колмозерского месторождения. URL: https://www.nornickel.ru/news-and-media/press-releasesand-news/sovmestnoe-predpriyatie-nornikelya-irosatoma-poluchilo-litsenziyu-na-razrabotkukolmozerskogo-mestorozhdeniya/ (дата обращения: 15.05.2023).

6. Касиков А.Г., Щелокова Е.А., Яковлев К.А., Коровин В.Н., Глуховская И.В. Сернокислотное разложение сподуменового концентрата Колмозерского месторождения. Труды Кольского научного центра РАН. Сер.: Технические науки. 2023;14(2):102—106. http://dx.doi.org/10.37614/2949-1215.2023.14.2.018

7. Tadesse B., Makuei F., Albijanic B., Dyer L. The beneficiation of lithium minerals from hard rock ores: A review. Minerals Engineering. 2019;131:170—184. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.11.023

8. Youqi Fan, Hu Li, Chang Lu, Shiliang Chen, Yonglin Yao, Hanbing He, Shuai Ma, Zhen Peng, Kangjun Shao. A novel method for recovering valuable metals from spent lithium-ion batteries inspired by the mineral characteristics of natural spodumene. Journal of Cleaner Production. 2023; 417(7):41—48. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138043

9. Zhang S.J., Cui L.W., Kong L.H., Jiang A.L., Li J.B. Summarize on the lithium mineral resources and their distribution at home and abroad. Nonferrous Metals Engineering. 2020;10(10): 95—104. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1744.2020.10.015

10. Zhang L., Yang H.P., Liu L., Ding G.F. 2020. Global technology trends of lithium extraction. Conservation and Utilization of Mineral Resources. 2020; 40(5): 24—31. https://doi.org/10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2020.05.004

11. Roskill: CO2 emissions from lithium production set to triple by 2025. URL: https://www.greencarcongress.com/2020/10/20201006-roskill.html (accessed: 13.05.2023).

12. Галеева Е.В., Кудряшов Н.М. Редкометальные пегматитовые месторождения зеленокаменного пояса Колмозеро-Воронья (Кольский регион). В сб.: Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. Апатиты: Геологический институт Кольского научного центра Российской академии наук, 2022. С. 37—41. https://doi.org/10.31241/FNS.2022.19.007

13. Dessemond C., Soucy G., Harvey J.P., Ouzilleau P. Phase transitions in the α–γ–β spodumene thermodynamic system and impact of γ-spodumene on the efficiency of lithium extraction by acid leaching. Minerals. 2020; 10(6):98-107. http://dx.doi.org/10.3390/min10060519

14. Alhadad M.F., Oskierski H.C., Chischi J., Senanayake G., Dlugogorski B.Z. Lithium extraction from β-spodumene: A comparison of keatite and analcime processes. Hydrometallurgy. 2023;215:15-23. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2022.105985

15. Salakjani N.Kh., Singh P., Nikoloski A.N. Acid roasting of spodumene: Microwave vs. conventional heating. Minerals Engineering. 2019;138:161—167. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2019.05.003

16. Морозова Л.Н., Базай А.В. Сподумен — основной источник лития редкометалльных пегматитов Колмозерского месторождения. В сб.: Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. Апатиты: Геологический институт Кольского научного центра Российской академии наук, 2022. С. 369—373. https://doi.org/10.31241/FNS.2020.17.070

17. Yunfeng S., Tianyu Z., Lihua H., Zhongwei Z., Xuheng L., A promising approach for directly extracting lithium from α-spodumene by alkaline digestion and precipitation as phosphate. Hydrometallurgy. 2019;189: 68—75. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.105141

18. Rezaee M., Han Sh., Sagzhanov D., Hassas B.V, Slawecki T.M., Agrawal D., Akbari H., Mensah-Biney R. Microwave-assisted calcination of spodumene for efficient, low-cost and environmentally friendly extraction of lithium. Powder Technology. 2022;397:115—132. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.11.036

19. Quartarolli L., Brandão B., Silveira A., Nakamura M., Toma H. Improving the lithium recovery using leached beta-spodumene residues processed by magnetic nanohydrometallurgy. Minerals Engineering. 2022;186:223-241. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107747

20. Nobuyuki M., Shoki K., Eiji М. Microwave-based extractive metallurgy to obtain pure metals: A review. Cleaner Engineering and Technology. 2021;5:13—28. https://doi.org/10.1016/j.clet.2021.100306

21. Zhu Y., Zhang D., Qiu S., Liu C., Yu J., Can J. Lithium recovery from pretreated α-spodumene residue through acid leaching at ambient temperature. Canadian Journal of Chemical Engineering. 2023;101(8):4360—4373. https://doi.org/10.1002/cjce.24806

22. Yoğurtcuoğlu E. Investigation of the effect of cyanidation after microwave roasting treatment on refractory gold/silver ores by characterization studies. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2023;59(1):14—21. https://doi.org/10.37190/ppmp/157487

23. Фуреев И. Л., Нерадовский Ю. Н. Выбор рациональной технологии переработки руды Колмозерского месторождения на основе изучения химического и минерального составов рудоразборной пробы. Труды Кольского научного центра РАН. Сер.: Технические науки. 2023;14(1):245—249. http://dx.doi.org/10.37614/2949-1215.2023.14.1.044

24. Tadesse B., Makuei F., Albijanic B., Dyer L. The beneficiation of lithium minerals from hard rock ores: A review. Minerals Engineering. 2019;131:170—184. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.11.023

25. Volpi M., Pirola С., Rota С., Joaquim A., Carnaroglio D. Microwave-assisted sample preparation of α-spodumene: A simple procedure for analysis of a complex sample. Minerals Engineering. 2022;187:33—42. http://dx.doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107820