Вікторія Ракс, БЕЗПЕЧНЕ ТА ЕКОЛОГІЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ЛІТІЮ В СИЛІКАТНИХ РУДАХ ЗА ДОПОМОГОЮ СПІКАННЯ ТА ОПТИЧНО-ЕМІСІЙНОЇ СПЕКТРОМЕТРІЇ З ІНДУКТИВНО ЗВ’ЯЗАНОЮ ПЛАЗМОЮ

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.45.04.057

УДК 677.019.543 : 546.34 : 553.493.34

БЕЗПЕЧНЕ ТА ЕКОЛОГІЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ЛІТІЮ В СИЛІКАТНИХ

РУДАХ ЗА ДОПОМОГОЮ СПІКАННЯ ТА ОПТИЧНО-ЕМІСІЙНОЇ

СПЕКТРОМЕТРІЇ З ІНДУКТИВНО ЗВ’ЯЗАНОЮ ПЛАЗМОЮ

Вікторія Ракс,* канд. хім. наук, хімік, відділ хіміко-фізичних процесів

E-mail: Victoriia.Raks@k-utec.de; orcid: 0000-0003-4171-3907

Олівер Браун, канд. природничих наук, зав. відділу

E-mail: Oliver.Braun@k-utec.de; orcid: 0009-0008-6761-795X

Бернд Шультхайс, канд. природничих наук, зав. відділу

E-mail: Bernd.Schultheis@k-utec.de; orcid: 0000-0003-2003-9204

Xайнер Маркс, канд. природничих наук, головн. директор

E-mail: Heiner.Marx@k-utec.de; orcid: 0009-0004-4753-025X

Маркус Пфендер, канд. природничих наук, виконавчий директор

E-mail: Markus.Pfaender@k-utec.de; orcid: 0009-0001-6167-950X

AT "K-UTEC сольові технології"

99706, м. Зондерсгаузен, Німеччина, вул. Петерсеншахт, 7

* Листування.

Мінералогічний журнал 2023, 45 (4): 57-65

Анотація: Розроблено новi методики кількісного визначення літію в літійвмісних силікатних мінералах і глинах. Дослідженo прямий аналіз літію в порошку з використанням aтомно-емісійного спектрального аналітичного комплексy PGS-DDP-BAES і спікання як метод підготовки зразка з подальшим аналізуванням методом oптико-емісійної спектрометрії з індуктивно-зв’язаною плазмою (ІЗП-ОЕС). Установлено, що новий атомно-емісійний спектральний аналітичний комплекс краще використовувати для ефективного подолання складних матричних ефектів. Він дає змогу здійснювати пряме кількісне визначення літію в твердих зразках (рудах, глинах). Відносне стандартне відхилення у разі прямoго визначення літію в порошку досягає 7,0 %. Для вилучення літію із силікатних руд і глин шляхом спікання було вивчено різні параметри, зокрема температуру спікання, час реакції та домішки. Результати показують, що оптимальна температура спікання з NH4Cl і CaCO3 становить приблизно 900 °C. Оптимальні умови вилучення літію такі: 300 °C (30 хв) і 900 °C (60 хв), за масового співвідношення руда : NH4Cl : CaCO3 як 1 : 1 : 8. У цих умовах вилучення літію досягає 92 %. Відносні стандартні відхилення для методу зі спіканням і подальшим аналізуванням методом ІЗП-ОЕС коливаються в інтервалі 1,7—2,2 %.

Ключові слова: силікатні руди, глини, пегматит, літій, спікання.

Література:

  1. Aylmore M.G., Merigot K., Rickard W.D.A., Evans N.J., McDonald B.J., Catovic E., Spitalny P. Assessment of a spodumene ore by advanced analytical and mass spectrometry techniques to determine its amenability to processing for the extraction of lithium. Minerals Engineering. 2018. 119. P. 137—148. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.01.010
  2. Barrera P. US, Canada and Other Countries Join Forces to Secure Critical Minerals. URL: https://investingnews.com/us-canada-secure-critical-minerals/ (Accessed 15 June 2022).
  3. Benson T.R., Coble M.A., Rytuba J.J., Mahood G.A. Lithium enrichment in intracontinental rhyolite magmas leads to Li deposits in caldera basins. Nature Communications. 2017. 8(1). 270 p. https://doi.org/10.1038/s41467-017-00234-y
  4. Choubey P.K., Kim M., Srivastava R.R., Lee J., Lee J.-Y. Advance review on the exploitation of the prominent energy-storage element: Lithium. Part I: From mineral and brine resources. Minerals Engineering. 2016. 89. P. 119—137. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.01.010
  5. Christmann P., Gloaguen E., Labbé J.-F., Melleton J., Piantone P. Global Lithium Resources and Sustainability Issues. In: Lithium Process Chemistry. Elsevier, 2015. P. 1—40. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801417-2.00001-3
  6. Dang H., Wang B., Chang Z., Wu X., Feng J., Zhou H., Li W., Sun C. 2018. Recycled Lithium from Simulated Pyrometallurgical Slag by Chlorination Roasting. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 6(10). P. 13160—13167. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b02713
  7. Gao L., Wang H., Li J., Wang M. Recovery of Lithium from Lepidolite by Sulfuric Acid and Separation of Al/Li by Nanofiltration. Minerals. 2020. 10(11), Article no. 981. https://doi.org/10.3390/min10110981
  8. Guo H., Kuang.G., Wan H., Yang Y., Yu H., Wang H. Enhanced acid treatment to extract lithium from lepidolite with a fluorine-based chemical method. Hydrometallurgy. 2019. 183. P. 9—19. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2018.10.020
  9. Guo H., Kuang G., Wang H., Yu H., Zhao X. Investigation of Enhanced Leaching of Lithium from α-Spodumene Using Hydrofluoric and Sulfuric Acid. Minerals. 2017. 7(11). article no. 205. https://doi.org/10.3390/min7110205
  10. Guo H., Lv M., Kuang G., Wang H. Enhanced lithium extraction from α-spodumene with fluorine-based chemical method: A stepwise heat treatment for fluorine removal. Minerals Engineering. 2021. 174. 107246. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107246
  11. Hu Z., Qi L. Sample Digestion Methods. In Treatise on Geochemistry. Elsevier, 2014. P. 87—109. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.01406-6
  12. Kim Y., Han Y., Kim S., Jeon H.-S. Green extraction of lithium from waste lithium aluminosilicate glass-ceramics using a water leaching process. Process Safety and Environmental Protection. 2021. 148. P. 765—774. https://doi.org/10.1016/j.psep.2021.02.001
  13. Krukowska E., Patel T. EU Aims to Have 30 Million Electric Cars on the Road by 2030. URL: https://www.bloomberg.com/news/articles/2020-12-03/eu-aims-to-have-30-million-electric-cars-on-the-road-by-2030 (Accessed 3 Decem. 2020).
  14. Kuang G., Liu Y., Li H., Xing S., Li F., Guo H. Extraction of lithium from β-spodumene using sodium sulfate solution. Hydrometallurgy. 2018. 177. P. 49—56. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2018.02.015
  15. Кудрявцев П.Г., Кудрявцев Н.П. Литий: ресурсы, добыча и перспективы развития Мирового рынка. Альтернативная энергетика и экология. № 10—12(258—260). С. 70—81. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.10-12.070-081
  16. Ghulam Yasin. Lithium-Sulfur Batteries. Elsevier, 2022. 708 p. https://doi.org/10.1016/C2020-0-04668-2
  17. Liu Y., Ma B., Lv Y., Wang C., Chen Y. Thorough extraction of lithium and rubidium from lepidolite via thermal activation and acid leaching. Minerals Engineering. 2022. 178. 107407. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107407
  18. Meshram P., Pandey B.D., Mankhand T.R. Extraction of lithium from primary and secondary sources by pre-treatment, leaching and separation: A comprehensive review. Hydrometallurgy. 2014. 150. P. 192—208. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.10.012
  19. Metso: Outotec. The Outotec lithium hydroxide process — a novel direct leach process for producing battery-grade lithium hydroxide from spodumene. 2018. URL: https://www.mogroup.com/insights/blog/mining-and-metals/the-outotec-lithium-hydroxide-process--a-novel-direct-leach-process-for-producing-battery-grade-lithium-hydroxide-from-spodumene (Accessed 11 Decem. 2019).
  20. Mineral Commodity Summaries. U.S. Geological Survey, Reston, Virginia, 2021. 200 p.
  21. Pehlken A., Albach S., Vogt T. Is there a resource constraint related to lithium ion batteries in cars? Int. J. Life Cycle Assessment. 2017. 22(1). P. 40—53. https://doi.org/10.1007/s11367-015-0925-4
  22. Пономарев А.И. Методы химического анализа силикатных и карбонатных горных пород. Москва: Изд-во Акад. наук СССР, 1961. 414 с.
  23. Qiu S., Liu C., Yu J. Conversion from α-spodumene to intermediate product Li2SiO3 by hydrothermal alkaline treatment in the lithium extraction process. Minerals Engineering. 2022. 183. 107599. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107599
  24. Rosales G.D., Resentera A. C.J., Gonzalez J.A., Wuilloud R.G., Rodriguez M.H. Efficient extraction of lithium from β-spodumene by direct roasting with NaF and leaching. Chemical Engineering Research and Design. 2019. 150. P. 320—326. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2019.08.009
  25. Rosales G.D., Ruiz M. del C., Rodriguez M.H. Novel process for the extraction of lithium from β-spodumene by leaching with HF. Hydrometallurgy. 2014. 147—148. P. 1—6. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.04.009
  26. Rosales G., Ruiz M., Rodriguez M. Study of the Extraction Kinetics of Lithium by Leaching β-spodumene with Hydrofluoric Acid. Minerals. 2016. 6(4), Article no. 98. https://doi.org/10.3390/min6040098
  27. Shehzad K., Zaman U., Zaman B.U., Liu X., Jafri R.A. Lithium production, electricity consumption, and greenhouse gas emissions: An imperious role of economic globalization. J. Cleaner Production. 2022. 372. 133689. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.133689
  28. Smith J.L. On the determination of the alkalies in silicates by ignition with carbonate of lime and sal-ammoniac. American J. Sci. 1871. s3-1(4). P. 269-275. https://doi.org/10.2475/ajs.s3-1.4.269
  29. Volpi M., Pirola C., Rota G., Nóbrega J.A., Carnaroglio D. Microwave-assisted sample preparation of α-spodumene: A simple procedure for analysis of a complex sample. Minerals Engineering. 2022. 187. 107820. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107820
  30. Whitworth A.J., Forbes E., Verster I., Jokovic V., Awatey B., Parbhakar-Fox A. Review on advances in mineral processing technologies suitable for critical metal recovery from mining and processing wastes. Cleaner Engineering and Technology. 2022. 7. 100451. https://doi.org/10.1016/j.clet.2022.100451
  31. Yelatontsev D., Mukhachev A. Processing of lithium ores: Industrial technologies and case studies — A review. Hydrometallurgy. 2021. 201. 105578. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105578

PDF

Ukrainian