Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ bảy, 30/05/2020 | 03:51

Thứ bảy, 30/05/2020 | 03:51

Kết quả nhiệm vụ KHCN

Cập nhật lúc 12:40 ngày 20/05/2020

Sunphua hóa tinh quặng liti mỏ La Vi bằng phương pháp nung

Tóm tắt
Nghiên cứu áp dụng phương pháp sunphua hóa khoáng vật lepidolite có trong tinh quặng liti sau quá trình tuyển nổi bằng cách nung hỗn hợp tinh quặng với chất trộn dưới nhiệt độ nhằm giải phóng Li ra khỏi lepidolite. Quá trình nung sản sinh ra khí SO2/SO3 là nhân tố chính hình thành ra hợp chất Li2SO4 và LiKSO4 có khả năng hòa tan trong nước và các dung môi khác. Bài báo đưa ra sự so sánh khi nung lepidolite với các chất trộn khác nhau như S, FeS, FeSO4.7H2O.
Mở đầu
Liti là kim loại nhẹ nhất trong bảng toàn hoàn, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất như thủy tinh, gốm sứ và chất bôi trơn từ những năm 1817. Hiện nay, liti đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp cao, do khả năng ứng dụng rộng rong các ngành dược phẩm, pin và kỹ thuật điện tử. Hàng năm, thế giới sản xuất khoảng 35 nghìn tấn liti năm 2016, trong khi đó, mức tiêu thụ dự đoán tăng 12% so với năm 2015. Theo báo cáo của Roskill Information Services Ltd hàng năm nhu cầu Liti dự kiến tăng 9,7% (Roskill, 2013).
Quặng chứa liti vùng La Vi, Quảng Ngãi được tuyển nổi, mục đích làm giàu khoáng lepidolite có chứa ≥1% Li2O lên đến ~4% LiO2 trong sản phẩm tinh quặng. Tinh quặng lepidolite được nung cùng với các chất trộn sinh ra nguồn khí SO2/SO3 như S, FeS, FeSO4.7H2O. Sự có mặt của CaO giảm sự thoát khí HF ra môi trường khi tạo ra CaF2 trong quá trình nung sunphua hóa và hạn chế sự hình thành LiF, giúp quá trình sunphua hóa quặng liti đạt hiệu quả. Mô hình nhiệt động lực học được xây dựng qua phần mềm HSC, được sử dụng kiểm soát các yếu tố tác động quá trình sunphua hóa hỗn hợp lepidolite và các chất trộn bằng nhiệt.
Các kết quả đạt được
Lepidolite là một trong những khoáng vật chủ yếu chứa liti được nghiên cứu, sản xuất ra các hợp chất chứa liti hàm lượng cao. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có nhà máy nào được xây dựng. Một số các nghiên cứu sử dụng muối natri và kali sunphat trộn với lepidolite trong quá trình nung với mục đích chiết tách liti (Yan et al. 2012a&b). (Luong et al. 2013) đã sử dụng chất trộn Na2SO4 cho quá trình tương tự. FeSO4.7H2O được sử dụng trong quá trình nung với lepidolite, chiết tách liti từ quặng lepidolite của Hàn Quốc (Luong et al., 2014). Từ các kết quả trên, khí SO2/SO3 được sinh ra từ các chất trộn trong quá trình nung đóng vai trò chính khi chiết tách liti từ lepidolite.  
Nghiên cứu này đã tiến hành thử nghiệm nung lepidolite vùng La Vi, Quảng Ngãi với các chất trộn S, FeS, FeSO4.7H2O cùng với CaO và so sánh hiệu quả. 
Kết quả thể hiện ở Hình 1, 2 và 3 lần lượt mô phỏng quá trình nung lepidolite lần lượt với FeSO4.7H2O, FeS và S với tỷ lệ pha trộn S/Li: 3/1, Ca/F: 1/1 bằng phần mềm HSC, các giản đồ đều cho thấy sự có mặt của khí SO2/SO3, sự hình thành của khí HF. Các hợp chất của Li được hình thành qua quá trình nung có khả năng tan trong nước được tìm thấy trên giản đồ mô phỏng Li2SO4 và LiKSO4.
Phần mềm HSC và mô phỏng 3 pha được xây dựng từ các yếu tố thí nghiệm khảo sát bao gồm nhiệt độ nung, tỷ lệ mol S/Li, Ca/F khi chiết tách Li ra khỏi lepidolite, cũng như sự hình thành khí chứa S và F sinh ra từ quá trình nung.
Hình 1. Mô phỏng HSC cho quá trình nung lepidolite và FeSO4.7H2O với tỷ lệ pha trộn S/Li: 3/1, Ca/F: 1/1.
Hình 2. Mô phỏng HSC cho quá trình nung lepidolite và FeS với tỷ lệ pha trộn S/Li: 3/1, Ca/F: 1/1.
Hình 3. Mô phỏng HSC cho quá trình nung lepidolite và S với tỷ lệ pha trộn S/Li:3/1, Ca/F: 1/1.
FeS + CaO hoặc FeSO4.7H2O + CaO được trộn với lepidolite và nung trong dải nhiệt độ 700-850oC trong thời gian 1,5 giờ. Xỉ sau nung được hòa tách bằng nước với tỷ lệ 5:1, nhiệt độ hòa tách 50oC trong 2h, thực thu đạt ~93% Li (với ~8,7 g/L Li) khi dùng và >85% Li (với >8 g/L Li) khi dùng FeSO4.7H2O. Đối với hỗn hợp chất trộn S + CaO thực thu chỉ đạt ~ 57% khi nung trong dải nhiệt độ 850-900oC.
Hình 4. Giản đồ XRD của tinh quặng lepidolite
Hình 5. Giản đồ XRD của xỉ sau nung hỗn hợp FeSO4.7H2O + Cao và lepidolite
Hình 6. Giản đồ XRD của xỉ sau nung hỗn hợp FeS + CaO và lepidolite
Hình 7. Giản đồ XRD của xỉ sau nung hỗn hợp S + Cao và lepidolite
Khi so sánh vị trí các peak ronghen của xỉ sau nung các chế độ khác nhau với tinh quặng trước khi nung có thể thấy, các peak chính của lepidolite ở góc 2 theta 8-9 và 26-28 đã thay đổi (Hình 4-7). Phần mềm Topas chạy định lượng các khoáng vật có trong xỉ cho thấy, với chất trộn S, lepidolite chưa bị biến đổi hoàn toàn trong quá trình nung thành các hợp chất của Li. Với chất trộn là FeSO4.7H2O hoặc FeS thấy sự có mặt của Li2SO4 và LiKSO4.
Tài liệu tham khảo
HSC Chemistry software, Version 7.1, Outotec, 2011.
Roskill Information Services Ltd. Lithium: Market outlook to 2017, 12th ed. pub: United Kingdom, 30 April 2013, ISBN 978 0862145897.
Yan, Q., Li, X., Wang, Z., Wu, X., Guo, H., Hu, Q., Peng, W., 2012a. Extraction of lithium from lepidolite by sulphation roasting and water leaching, Journal of Int. Mineral processing, 110-111, 1-5.
Yan, Q., Li, X., Wang, Z., Wu, X., Guo, H., Hu, Q., Peng, W., Wang, J., 2012b. Extraction of valuable metals from lepidolite, Hydrometallury, 117-118, 116-118.
Luong, V.T., Kang, D.J., An, J.W., Kim, M.J., Tran, T., 2013. Factors affecting the extraction of lithium from lepidolite, Hydrometallurgy, 134-135, 54-61.
Luong, V.T., Kang, D.J., An, J.W., Dao, D.A., Kim, M.J., and Tran, T., 2014. Iron sulphate roasting for extraction of lithium from lepidolite, Hydrometallurgy, 141, 8-16.
U.S. Geological Survey, 2017. Mineral Commodity Summaries 2017, Lithium, pp. 100-101. USGS, Virginia.
TS. Đinh Thị Thu Hiên, TS. Đào Duy Anh - Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
(Nguồn: Hội nghị khoa học công nghệ tuyển khoáng toàn quốc lần thứ V, năm 2018)
lên đầu trang