Литий — элемент-сюрприз
28 ноября 2017
Находясь в постоянном технологическом развитии, широко используя объекты окружающей среды и механизируя промышленное производство, цивилизация стремиться создать максимально эффективный уровень управления государством, обществом и экономикой. Исходя из имеющейся ступени научно-технического прогресса, практики, мышления и инерции общества, формируется определенный технологический уклад как совокупность сопряжённых производств, имеющих единый технический уровень.
Переход от использования энергии воды, пара, углеводородов к электроэнергии и атомной энергетике приводит к смене доминирующих в экономике технологических производств от текстильной, чёрной металлургии к электротехнике, цветной металлургии, автопромышленности, микроэлектронике и ядерной индустрии.
Контуры современной мировой экономики складываются в формировании нового, шестого технологического уклада, характеризующегося применением наукоёмких когнитивных технологий.
Ростки практического применения в био- и нанотехнологиях, генной инженерии, мембранной и квантовой технологии, фотонике, микромеханике, термоядерной энергетике пробиваются, прежде всего, в экономически развитых странах (США, Японии, КНР).
Вместе с тем, уже глобальная мировая экономика неумолимо требует созданий условий для научного прорыва и в России путем индивидуализации производства и потребления новой продукции в нанобионике, транспорте, коммуникациях, персонализированной медицине и фармацевтике для достойного повышения продолжительности и качества жизни человека.
Полагают, что формирующийся шестой технологический уклад при сохранении нынешних темпов технико-экономического развития перейдёт в фазу зрелости в середине XXI века. России необходимо войти в элиту мирового экономического сообщества, не оставаясь отсталой сырьевой провинцией, что требует осуществления в Государстве научно-технической и технологической революции.
Прорывные технологии всегда увязаны с ключевыми материалами, лежащими в её базисе. Вспомним медный, бронзовый и железный век, отразивший важнейшие черты гончарного, горно-металлургического, ткацкого производства; позднее, уран стал базисом восхода новой ядерной эпохи и т.д.
Поразительно, что в базисных технологиях нарастающего шестого технологического уклада, таких как термоядерная энергетика, нанофармацевтика, космическое, ракетное, авиационное, микроэлектронное производство, участвует один и тот же основной компонент — непримечательный мягкий серебристо-белый металл, который в 20 раз легче свинца, плавает на поверхности воды, разрезается ножом, что противоречит общим представлением о «металлических» качествах. Это — литий.
Первым пришествием стало его открытие шведским химиком Арфведсоном в 1817 году. Двести лет вплоть до середины XX века литий не раскрывал свои чрезвычайные свойства, и лишь ограниченно применялся на практике: в пиротехнике (карминово-красный цвет его солей в пламени) и медицине (для лечения аффективных расстройств). Научно-технологический прогресс вовлёк литий в производства легких и антифрикционных сплавов, припоев, позже — при производстве керамики и специальных стекол. Однако это было только начало.
Сегодня литий стал максимально востребованным базисным компонентом передовых технологий мира. Однако его государственный запас и отсутствие литиевого производства вступает в противоречие с формированием нового технологического уклада в России.
В настоящей статье авторы считают необходимым не только рассказать, почему этот базисный элемент столь востребован в передовой индустрии, но и показать, как поднять с колен литиевое производство в России.
Второе пришествие химического элемента
Второе пришествие лития состоялось в середине прошлого века с развитием атомной, космической техники, электроники, автомобильного, воздушного и морского транспорта.
Вовлечение лития в ядерные программы были связаны с двумя независимыми открытиями: в 1932 г. Кокрофт и Уолтон экспериментально обнаружили взаимодействие ускоренных в электрическом поле протонов с ядрами лития, а в 1938 г. были сформулированы протон-протонный (Бете, Критчфилд) и углеродно-азотный (Бете, Вейцзеккер) циклы термоядерных реакций превращения водорода в гелий. Полученные результаты доказали теоретическую возможность получения энергии реакциями ядерного синтеза, поскольку они сопровождаются выделением колоссального ее количества:
D + D → T + p + 4 МэВ
D + T → He + n + 17,6 МэВ
Нет ничего удивительно в том, что упомянутая энергия была использована совсем не в мирных целях. США в 1952 г. взорвали первый термоядерный заряд, представляющий собой масштабный лабораторный образец специальной конструкции большого объема, содержащий жидкий дейтерий.
В проекте советской термоядерной бомбы, разработанной группой И.Е. Тамма и А.Д. Сахарова, изначально рассматривалось использование не жидкого дейтерия, а его твердого соединения. В поиске заряда термоядерной бомбы В.Л. Гинзбург впервые предложил в качестве основного ядерного компонента соединение лития-6 — его дейтерид для обеспечения протекания реакции:
6Li + n → 4He + T + 4,8 МэВ
Тем самым, литий неожиданно оказался чрезвычайно востребованным, особенно после взрыва первой советской термоядерной бомбы в 1953 г., годом раньше, чем американский прототип. В СССР началась активная работа по наработке лития и его изотопное производство.
Успехи в покорении термоядерных процессов привели к обсуждению их использования в гражданских целях. Вопрос об освоения технологии управляемого термоядерного синтеза (УТС) для получения практически неисчерпаемого количества энергии во благо человечества первым поднял
И.В. Курчатов при посещении Британского ядерного центра «Харуэлл» (1956 г.). Также как и Атомный проект СССР, была создана советская программа по УТС, в которой ставилась задача создать термоядерный реактор - устройство для получения энергии за счет реакций синтеза легких атомных ядер, происходящих в плазме при очень высоких температурах (выше 108 К). Основное требование, которому должен удовлетворять термоядерный реактор, заключается в том, чтобы энерговыделение в результате термоядерных реакций с избытком компенсировало затраты энергии от внешних источников на поддержание реакции.
Сегодня для УТС известны установки двух типов: квазистационарные системы (время существования плазмы τ≥1 с, n≥1014 см-3) и импульсные системы (τ≈10-8 с, n≥1022 см-3). В квазистационарных системах нагрев и удержание плазмы осуществляется магнитным полем при относительно низком давлении и высокой температуре: токомаки (ТОроидальные КАмеры с МАгнитными Катушками), стеллараторы и зеркальные ловушки, которые отличаются конфигурацией магнитного поля. В импульсных же системах УТС осуществляется путем кратковременного нагрева небольших мишеней, содержащих дейтерий и тритий, сверхмощными лазерными лучами или пучками высокоэнергичных частиц.
В термоядерном реакторе энергия термоядерных нейтронов утилизируется в бланкете, который также служит защитой сверхпроводящих магнитных катушек от нейтронного и радиоактивного излучений. В термоядерных реакторах при полной тепловой мощности 1,5–5 ГВт бланкета будет производиться тритий, количество которого будет зависеть от его рабочей температуры. Поэтому одним из сложных вопросов при создании термоядерного реактора является поиск и создание конструкционных высокотемпературных материалов (4500–5590 оС). И здесь на помощь приходят соединения лития: в качестве охлаждаемого керамического бридера предлагают его соединения Li2TiO3, Li4SiO4, Li2O. Кроме того, на основе алюмината и силиката лития создана керамика, затвердевающая при комнатной температуре, которая будет применяться в термоядерной энергетике.
В настоящее время с участием России создается Международный термоядерный энергетический реактор (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER), имеющий конфигурацию токамака. Задача этого проекта заключается в демонстрации возможности коммерческого использования термоядерного реактора и решении физических и технологических проблем, которые могут встречаться на этом пути. Несмотря на большие расходы, мировое сообщество идет на создание мощного и практически неиссякаемого источника энергии, в котором активно задействован литий.
Следующим важнейшим применением лития является производство химических источников тока — аккумуляторов и батарей. Наиболее часто применяются следующие типы аккумуляторов на основе лития: литий-железо-сульфидный аккумулятор, литий-ионный аккумулятор, литий-полимерный аккумулятор.
Литий-железо-сульфидный аккумулятор используется в устройствах с быстрой перезарядкой. Они применяются в различных электрических инструментах, таких как электродрели, шуруповерты и др.
Наиболее распространенным и популярным в настоящее время является литий-ионный аккумулятор, впервые созданный корпорацией «Sony» в 1991 г. В литий-ионном аккумуляторе ион лития, заряженный положительно, является переносчиком тока. Литий-ионные аккумуляторы имеют большое количество циклов заряда–разряда и применяется в мобильных телефонах, цифровых фотоаппаратах, видеокамерах, ноутбуках. Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пористым сепаратором, пропитанным электролитом. Пакет электродов помещён в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит, окислы и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, оксиды (LiMnO2) и соли металлов (LiMnmOn).
В настоящее время в массовом производстве литий-ионных аккумуляторов используются катодные материалы на основе твёрдых растворов кобальтата лития (LiCoO2) или изоструктурного ему никелата лития (NiCoO2), а так же из феррофосфата лития (LiFePO4) и литий-марганцевой шпинели (LiMn2O4). Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов зарядки/разрядки, литий-ионные аккумуляторы наиболее предпочтительны для применения в альтернативной энергетике. Они укомплектовываются, как правило, инверторами-преобразователями напряжения.
Литий-полимерный аккумулятор — это усовершенствованный литий-ионный аккумулятор. Он используется в мобильных телефонах, цифровой технике, радиоуправляемых моделях и пр. Обычные бытовые литий-полимерные аккумуляторы не способны отдавать большой ток, но существуют специальные силовые литий-полимерные аккумуляторы, способные отдавать ток, в 100 и более раз превышающий численное значение ёмкости в ампер-часах. Они широко применяются как аккумуляторы для радиоуправляемых моделей, а также в портативном электроинструменте и в некоторых современных электромобилях. По оценкам экспертов, к 2020 г. глобальное производство литий-ионных батарей достигнет 175 ГВт-ч, — это почти в 6 раз больше, чем в прошлом году. Одна только американская компания Tesla планирует к концу текущего десятилетия довести выпуск электромобилей до 500 тыс. в год, что потребует порядка 200 тыс. тонн лития. Кроме того, Tesla обещает в 2018 г. запустить «гигафабрику» по производству литиевых аккумуляторов.
Литий нашел себе применение в черной и цветной металлургии — для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов, а также в некоторых случаях — для восстановления методами металлотермии редких металлов (хлорид, фторид и карбонат лития вводят в состав солевых ванн для электролитического получения алюминия и редких металлов). Изготовляются сплавы с золотом, серебром и медью, которые являются эффективными припоями, применяющимися в различных космических и авиационных технологиях. Сплавы лития с другими металлами — магнием, скандием, медью, кадмием и алюминием — выступают как новые перспективные функциональные материалы. Они снижают коррозию, повышают прочностные характеристики и идут на создание эффективных стандартных алюминиевых компаундов, легированные 1–3% лития, меди и цинка. Их применение, например, в самолетостроении позволяет снизить массу самолета на 20%. Применение этих сплавов пока сдерживается высокой стоимостью конкурирующих композиционных материалов, но будущее более перспективных материалов впереди. В авиации и военной технике широко применяются также и литиевые консистентные смазки, содержащие до 10% стеарата лития. Они сохраняют уникальные физические свойства в широком температурном интервале от –50 до +150 ºC.
Высококачественные концентраты минералов лития, а также Li2CO3, Li2SiO3 широко используются в производстве стекла и керамики, Добавки лития повышают химическую и физическую устойчивость изделия. Глазури и эмали с добавкой лития более плотны, блестящи, устойчивы к атмосферным воздействиям. Добавки лития используются в производстве стекла для катодно-лучевых трубок, сверхчувствительных, легкоплавких и других специальных стекол. При варке стекла добавки лития снижают температуру плавления и вязкости расплава. Для военных нужд изготовляются керамические элементы для различной техники и особо крепкое стекло с применением лития. Литий используется в радиотехнических и оптических областях, применяется и в металлогалогеновых лампах.
Литий идёт и на медицинские нужды: в небольшом количестве он необходим для нормальной работы организма, он содержится во всех внутренних органах, участвует во многих обменных процессах и стимулирует иммунитет. Литий по-прежнему применяется в препаратах для лечения психических заболеваний и благотворно сказывается на работе нервной системы.
Так как литий химически активен, его используют для удаления газов из расплавленных металлов. Литий реагирует с кислородом, серой и азотом. Образующиеся при этом соединения имеют сравнительно низкие плотности и температуры плавления. Это важно для удаления твердых примесей из металла. Металлический литий обычно используют для дегазации меди, в особенности для получения отливок с высокой электропроводностью. Количество добавляемого лития составляет 0,01% для бронз и 0,0 % для меди с высокой электропроводностью (вес отливки ~90 кг).
Монокристаллы фторида лития используются для изготовления лазеров (КПД 80%) на центрах свободной окраски и для изготовления оптики с широкой спектральной полосой пропускания.
Высокогигроскопичные бромид лития LiBr, и хлорид лития LiCl, благодаря их способности поглощать дымы, пары H2O, CO2, NH3, органические вещества используют для кондиционирования воздуха в различных помещениях.
Мировое литиевое производство и роль России в нём
Мировое масштабное производство продукции с использованием лития и его соединений требует столь же масштабной переработки литиевого минерального сырья.
Опытный эксперт Аналитического центра при Правительстве РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России А.В. Наумов на страницах журнала «Редкие земли» отмечал, что общемировое производство лития и его производных к 2015 году уже составило 32,5 тыс. тонн в пересчете на металл.
Основным сырьем производства лития из более 150 известных литийсодержащих минералов выступают сподумен, лепидолит, петалит, амблигонит и циннвальдит. Их переработка осуществляется в Австралии (Talison Lithium Ltd. разрабатывает сподуменовое месторождение Greenbushes, 60% мирового спроса на сподуменовый концентрат); в Канаде (Tantalum Mining Corp. выпускает сподуменовый концентрат 7,25% по Li2O, а также Avalan Ventures базируется на пегматитовом месторождении Big Whopper); в Зимбабве (Bikita Mining разрабатывает пегматитовое месторождение Bikita); в Бразилии (месторождения Minas Gerais и Ceara) и в Китае (Xinjuang Nonferrous Metal Corp. производит карбонат лития из местных месторождений провинции Цзянсу). В то же время, обладая крупными месторождениями лития, Россия в настоящее время его добычу из собственных месторождений не ведёт.
Парадокс сложившейся ситуации: невзирая на растущий спрос на литиевую продукцию, за последние двадцать лет сырьевой сектор литиевой промышленности в России пришел в упадок. Это вызывает не только озабоченность, но и безусловную тревогу в части развития научно-технического прогресса в Российской Федерации. Необходимость уменьшения зависимости промышленности России от импортного литиевого сырья встала со всей остротой.
В этой связи авторы, вслед за А.В. Наумовым, утверждают, что подготовка к развитию производства собственного лития в России является насущной необходимостью.
По запасам лития Россия занимает одно из ведущих мест в мире и располагает месторождениями Завитинское (Читинская обл.), Тастыгское (Республика Тыва) и Колмозерское (Мурманская обл.). По запасам и содержанию литиевые месторождения России беднее зарубежных, зато они представлены наиболее пригодными для обогащения пегматитовыми типами руд (75% в структуре балансовых запасов) с освоенной отечественной промышленностью технологией.
Единственной в России рудной базой, использовавшийся для производства литиевых концентратов до распада СССР, выступало Завитинское литиевое-бериллиевое месторождение (Читинская обл.), разрабатывавшееся открытым способом Забайкальским ГОКом (рис. 1). В настоящее время Завитинское месторождение выработано, рудник не эксплуатируется. Однако в результате отработки месторождения в отвалах Забайкальского ГОКа накоплено несколько десятков миллионов тонн руды с содержанием оксида лития около 0,25–0,30%.
Рис. 1. Обогатительная фабрика Забайкальского ГОКа
По мнению авторов статьи, наиболее короткий путь воссоздания минерально-сырьевой базы литиевой промышленности Российской Федерации — переработка отвалов Забайкальского ГОКа, на котором сподуменовую руду обогащали по технологиям, разработанным ещё в 40–70-е годы ХХ века. Поскольку горно-промышленные отходы рассматривают как комплексное минеральное сырьё нового типа, необходимо учитывать их повышенную опасность для окружающей среды и населения. Поэтому переработку отвалов Забайкальского ГОКа как минерального сырья, не требующего извлечения из недр и транспортировки к месту обогащения, необходимо рассматривать через призму экологических задач реабилитации загрязненных территорий.
Для воссоздания сырьевой базы литиевой промышленности в Российской Федерации в рамках действующей ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» консорциум НИЯУ МИФИ и АО ВНИИХТ предложил проект создания и внедрения переработки технологии утилизации отвалов Завитинского литиевого месторождения. Его основная цель — вовлечение в хозяйственный оборот тысячи тонн ценных компонентов, получение востребованных товарных продуктов на созданной промышленной установке с последующим снижением экологической нагрузки на территории ГОКа. Общая схема предполагаемого производства приведена рисунке 2.
Второе пришествие лития состоялось в середине прошлого века с развитием атомной, космической техники, электроники, автомобильного, воздушного и морского транспорта.
Вовлечение лития в ядерные программы были связаны с двумя независимыми открытиями: в 1932 г. Кокрофт и Уолтон экспериментально обнаружили взаимодействие ускоренных в электрическом поле протонов с ядрами лития, а в 1938 г. были сформулированы протон-протонный (Бете, Критчфилд) и углеродно-азотный (Бете, Вейцзеккер) циклы термоядерных реакций превращения водорода в гелий. Полученные результаты доказали теоретическую возможность получения энергии реакциями ядерного синтеза, поскольку они сопровождаются выделением колоссального ее количества:
D + D → T + p + 4 МэВ
D + T → He + n + 17,6 МэВ
Нет ничего удивительно в том, что упомянутая энергия была использована совсем не в мирных целях. США в 1952 г. взорвали первый термоядерный заряд, представляющий собой масштабный лабораторный образец специальной конструкции большого объема, содержащий жидкий дейтерий.
В проекте советской термоядерной бомбы, разработанной группой И.Е. Тамма и А.Д. Сахарова, изначально рассматривалось использование не жидкого дейтерия, а его твердого соединения. В поиске заряда термоядерной бомбы В.Л. Гинзбург впервые предложил в качестве основного ядерного компонента соединение лития-6 — его дейтерид для обеспечения протекания реакции:
6Li + n → 4He + T + 4,8 МэВ
Тем самым, литий неожиданно оказался чрезвычайно востребованным, особенно после взрыва первой советской термоядерной бомбы в 1953 г., годом раньше, чем американский прототип. В СССР началась активная работа по наработке лития и его изотопное производство.
Успехи в покорении термоядерных процессов привели к обсуждению их использования в гражданских целях. Вопрос об освоения технологии управляемого термоядерного синтеза (УТС) для получения практически неисчерпаемого количества энергии во благо человечества первым поднял
И.В. Курчатов при посещении Британского ядерного центра «Харуэлл» (1956 г.). Также как и Атомный проект СССР, была создана советская программа по УТС, в которой ставилась задача создать термоядерный реактор - устройство для получения энергии за счет реакций синтеза легких атомных ядер, происходящих в плазме при очень высоких температурах (выше 108 К). Основное требование, которому должен удовлетворять термоядерный реактор, заключается в том, чтобы энерговыделение в результате термоядерных реакций с избытком компенсировало затраты энергии от внешних источников на поддержание реакции.
Сегодня для УТС известны установки двух типов: квазистационарные системы (время существования плазмы τ≥1 с, n≥1014 см-3) и импульсные системы (τ≈10-8 с, n≥1022 см-3). В квазистационарных системах нагрев и удержание плазмы осуществляется магнитным полем при относительно низком давлении и высокой температуре: токомаки (ТОроидальные КАмеры с МАгнитными Катушками), стеллараторы и зеркальные ловушки, которые отличаются конфигурацией магнитного поля. В импульсных же системах УТС осуществляется путем кратковременного нагрева небольших мишеней, содержащих дейтерий и тритий, сверхмощными лазерными лучами или пучками высокоэнергичных частиц.
В термоядерном реакторе энергия термоядерных нейтронов утилизируется в бланкете, который также служит защитой сверхпроводящих магнитных катушек от нейтронного и радиоактивного излучений. В термоядерных реакторах при полной тепловой мощности 1,5–5 ГВт бланкета будет производиться тритий, количество которого будет зависеть от его рабочей температуры. Поэтому одним из сложных вопросов при создании термоядерного реактора является поиск и создание конструкционных высокотемпературных материалов (4500–5590 оС). И здесь на помощь приходят соединения лития: в качестве охлаждаемого керамического бридера предлагают его соединения Li2TiO3, Li4SiO4, Li2O. Кроме того, на основе алюмината и силиката лития создана керамика, затвердевающая при комнатной температуре, которая будет применяться в термоядерной энергетике.
В настоящее время с участием России создается Международный термоядерный энергетический реактор (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER), имеющий конфигурацию токамака. Задача этого проекта заключается в демонстрации возможности коммерческого использования термоядерного реактора и решении физических и технологических проблем, которые могут встречаться на этом пути. Несмотря на большие расходы, мировое сообщество идет на создание мощного и практически неиссякаемого источника энергии, в котором активно задействован литий.
Следующим важнейшим применением лития является производство химических источников тока — аккумуляторов и батарей. Наиболее часто применяются следующие типы аккумуляторов на основе лития: литий-железо-сульфидный аккумулятор, литий-ионный аккумулятор, литий-полимерный аккумулятор.
Литий-железо-сульфидный аккумулятор используется в устройствах с быстрой перезарядкой. Они применяются в различных электрических инструментах, таких как электродрели, шуруповерты и др.
Наиболее распространенным и популярным в настоящее время является литий-ионный аккумулятор, впервые созданный корпорацией «Sony» в 1991 г. В литий-ионном аккумуляторе ион лития, заряженный положительно, является переносчиком тока. Литий-ионные аккумуляторы имеют большое количество циклов заряда–разряда и применяется в мобильных телефонах, цифровых фотоаппаратах, видеокамерах, ноутбуках. Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пористым сепаратором, пропитанным электролитом. Пакет электродов помещён в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит, окислы и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, оксиды (LiMnO2) и соли металлов (LiMnmOn).
В настоящее время в массовом производстве литий-ионных аккумуляторов используются катодные материалы на основе твёрдых растворов кобальтата лития (LiCoO2) или изоструктурного ему никелата лития (NiCoO2), а так же из феррофосфата лития (LiFePO4) и литий-марганцевой шпинели (LiMn2O4). Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов зарядки/разрядки, литий-ионные аккумуляторы наиболее предпочтительны для применения в альтернативной энергетике. Они укомплектовываются, как правило, инверторами-преобразователями напряжения.
Литий-полимерный аккумулятор — это усовершенствованный литий-ионный аккумулятор. Он используется в мобильных телефонах, цифровой технике, радиоуправляемых моделях и пр. Обычные бытовые литий-полимерные аккумуляторы не способны отдавать большой ток, но существуют специальные силовые литий-полимерные аккумуляторы, способные отдавать ток, в 100 и более раз превышающий численное значение ёмкости в ампер-часах. Они широко применяются как аккумуляторы для радиоуправляемых моделей, а также в портативном электроинструменте и в некоторых современных электромобилях. По оценкам экспертов, к 2020 г. глобальное производство литий-ионных батарей достигнет 175 ГВт-ч, — это почти в 6 раз больше, чем в прошлом году. Одна только американская компания Tesla планирует к концу текущего десятилетия довести выпуск электромобилей до 500 тыс. в год, что потребует порядка 200 тыс. тонн лития. Кроме того, Tesla обещает в 2018 г. запустить «гигафабрику» по производству литиевых аккумуляторов.
Литий нашел себе применение в черной и цветной металлургии — для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов, а также в некоторых случаях — для восстановления методами металлотермии редких металлов (хлорид, фторид и карбонат лития вводят в состав солевых ванн для электролитического получения алюминия и редких металлов). Изготовляются сплавы с золотом, серебром и медью, которые являются эффективными припоями, применяющимися в различных космических и авиационных технологиях. Сплавы лития с другими металлами — магнием, скандием, медью, кадмием и алюминием — выступают как новые перспективные функциональные материалы. Они снижают коррозию, повышают прочностные характеристики и идут на создание эффективных стандартных алюминиевых компаундов, легированные 1–3% лития, меди и цинка. Их применение, например, в самолетостроении позволяет снизить массу самолета на 20%. Применение этих сплавов пока сдерживается высокой стоимостью конкурирующих композиционных материалов, но будущее более перспективных материалов впереди. В авиации и военной технике широко применяются также и литиевые консистентные смазки, содержащие до 10% стеарата лития. Они сохраняют уникальные физические свойства в широком температурном интервале от –50 до +150 ºC.
Высококачественные концентраты минералов лития, а также Li2CO3, Li2SiO3 широко используются в производстве стекла и керамики, Добавки лития повышают химическую и физическую устойчивость изделия. Глазури и эмали с добавкой лития более плотны, блестящи, устойчивы к атмосферным воздействиям. Добавки лития используются в производстве стекла для катодно-лучевых трубок, сверхчувствительных, легкоплавких и других специальных стекол. При варке стекла добавки лития снижают температуру плавления и вязкости расплава. Для военных нужд изготовляются керамические элементы для различной техники и особо крепкое стекло с применением лития. Литий используется в радиотехнических и оптических областях, применяется и в металлогалогеновых лампах.
Литий идёт и на медицинские нужды: в небольшом количестве он необходим для нормальной работы организма, он содержится во всех внутренних органах, участвует во многих обменных процессах и стимулирует иммунитет. Литий по-прежнему применяется в препаратах для лечения психических заболеваний и благотворно сказывается на работе нервной системы.
Так как литий химически активен, его используют для удаления газов из расплавленных металлов. Литий реагирует с кислородом, серой и азотом. Образующиеся при этом соединения имеют сравнительно низкие плотности и температуры плавления. Это важно для удаления твердых примесей из металла. Металлический литий обычно используют для дегазации меди, в особенности для получения отливок с высокой электропроводностью. Количество добавляемого лития составляет 0,01% для бронз и 0,0 % для меди с высокой электропроводностью (вес отливки ~90 кг).
Монокристаллы фторида лития используются для изготовления лазеров (КПД 80%) на центрах свободной окраски и для изготовления оптики с широкой спектральной полосой пропускания.
Высокогигроскопичные бромид лития LiBr, и хлорид лития LiCl, благодаря их способности поглощать дымы, пары H2O, CO2, NH3, органические вещества используют для кондиционирования воздуха в различных помещениях.
Мировое литиевое производство и роль России в нём
Мировое масштабное производство продукции с использованием лития и его соединений требует столь же масштабной переработки литиевого минерального сырья.
Опытный эксперт Аналитического центра при Правительстве РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России А.В. Наумов на страницах журнала «Редкие земли» отмечал, что общемировое производство лития и его производных к 2015 году уже составило 32,5 тыс. тонн в пересчете на металл.
Основным сырьем производства лития из более 150 известных литийсодержащих минералов выступают сподумен, лепидолит, петалит, амблигонит и циннвальдит. Их переработка осуществляется в Австралии (Talison Lithium Ltd. разрабатывает сподуменовое месторождение Greenbushes, 60% мирового спроса на сподуменовый концентрат); в Канаде (Tantalum Mining Corp. выпускает сподуменовый концентрат 7,25% по Li2O, а также Avalan Ventures базируется на пегматитовом месторождении Big Whopper); в Зимбабве (Bikita Mining разрабатывает пегматитовое месторождение Bikita); в Бразилии (месторождения Minas Gerais и Ceara) и в Китае (Xinjuang Nonferrous Metal Corp. производит карбонат лития из местных месторождений провинции Цзянсу). В то же время, обладая крупными месторождениями лития, Россия в настоящее время его добычу из собственных месторождений не ведёт.
Парадокс сложившейся ситуации: невзирая на растущий спрос на литиевую продукцию, за последние двадцать лет сырьевой сектор литиевой промышленности в России пришел в упадок. Это вызывает не только озабоченность, но и безусловную тревогу в части развития научно-технического прогресса в Российской Федерации. Необходимость уменьшения зависимости промышленности России от импортного литиевого сырья встала со всей остротой.
В этой связи авторы, вслед за А.В. Наумовым, утверждают, что подготовка к развитию производства собственного лития в России является насущной необходимостью.
По запасам лития Россия занимает одно из ведущих мест в мире и располагает месторождениями Завитинское (Читинская обл.), Тастыгское (Республика Тыва) и Колмозерское (Мурманская обл.). По запасам и содержанию литиевые месторождения России беднее зарубежных, зато они представлены наиболее пригодными для обогащения пегматитовыми типами руд (75% в структуре балансовых запасов) с освоенной отечественной промышленностью технологией.
Единственной в России рудной базой, использовавшийся для производства литиевых концентратов до распада СССР, выступало Завитинское литиевое-бериллиевое месторождение (Читинская обл.), разрабатывавшееся открытым способом Забайкальским ГОКом (рис. 1). В настоящее время Завитинское месторождение выработано, рудник не эксплуатируется. Однако в результате отработки месторождения в отвалах Забайкальского ГОКа накоплено несколько десятков миллионов тонн руды с содержанием оксида лития около 0,25–0,30%.
Рис. 1. Обогатительная фабрика Забайкальского ГОКа
По мнению авторов статьи, наиболее короткий путь воссоздания минерально-сырьевой базы литиевой промышленности Российской Федерации — переработка отвалов Забайкальского ГОКа, на котором сподуменовую руду обогащали по технологиям, разработанным ещё в 40–70-е годы ХХ века. Поскольку горно-промышленные отходы рассматривают как комплексное минеральное сырьё нового типа, необходимо учитывать их повышенную опасность для окружающей среды и населения. Поэтому переработку отвалов Забайкальского ГОКа как минерального сырья, не требующего извлечения из недр и транспортировки к месту обогащения, необходимо рассматривать через призму экологических задач реабилитации загрязненных территорий.
Для воссоздания сырьевой базы литиевой промышленности в Российской Федерации в рамках действующей ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» консорциум НИЯУ МИФИ и АО ВНИИХТ предложил проект создания и внедрения переработки технологии утилизации отвалов Завитинского литиевого месторождения. Его основная цель — вовлечение в хозяйственный оборот тысячи тонн ценных компонентов, получение востребованных товарных продуктов на созданной промышленной установке с последующим снижением экологической нагрузки на территории ГОКа. Общая схема предполагаемого производства приведена рисунке 2.
Рис. 2. Общая схема производства карбоната лития
Прорыв в обеспечении литиевого производства в России
Проект, поддержанный субсидией Министерства РФ по образованию и науке от 22.09.2014 г. № 14.578.21.0050, включал последовательное создание и внедрение технологии переработки отвалов Завитинского месторождения с получением сподуменового концентрата и карбоната лития на созданной экспериментальной установке.
Руда отвалов Завитинского месторождения представляет собой горнорудную массу, сложенную плотными алюмосиликатами, основу которых составляют кварц-полевошпатовые породы с содержанием кварца 60–67%, альбита 12–20%, слюды — 5%. Основным носителем лития на месторождении является сподумен. Содержание Li2O в пегматитовых отвалах составляет 0,25–0,30%.
Сподумен — моноклинный пироксен (рис. 3). В лежалых рудах отвалов Завитинского месторождения легко подвергается разрушению, что сильно влияет на проведение технологических процессов обогащения. Степень изменения сподумена сильно варьирует от практически неизмененного до реликтов в горнорудной массе.
Рис. 3. Пластинчато-шестоватые кристаллы сподумена (1) в пегматите; (2) — кварц, мусковит.
Обзор патентной и научно-технической литературы показал, что исследования по получению сподуменового концентрата из руды отвалов Завитинского месторождения целесообразно вести по комбинированной схеме, включающей предобогащение рентгенолюминесцентным или фотометрическим методом и обогащение флотационным методом.
Экспериментальные исследования проводились на забалансовой пегматитовой руде (с содержанием Li2O 0,31–0,32%) двух представительных проб отвалов массой соответственно 1,5 и 2,5 т и крупностью –350+0 мм.
Предпосылки для применения фотометрического метода создаются цветовыми различиями рудных кусков проб, которые определяются особенностями минерального состава пегматитов и характером вкрапленности. Исследования проводились с использованием современной модификации фотометрического метода — полихромной фотометрической сепарации (ПФМС) на сепараторе модели GemStar 300 компании Aliud Gmb.
Были изучены оптические характеристики руды и проведена сепарация класса крупностью –20+10 мм. Из руды с содержанием 0,31% Li2Oполучен концентрат с выходом 31%, содержанием 0,48% Li2O и извлечением около 50% от сортируемого класса; содержание в хвостах составило 0,23% Li2O.
Возможность использования рентгенолюминесцентного метода сепарации основано на способности сподумена люминесцировать под действием рентгеновских лучей. Изучение спектральных характеристик рентгенолюминесценции основных минералов рудных отвалов, способных люминесцировать (сподумен, микроклин, альбит), показала, что регистрация излучения в области 570–620 нм позволяет достаточно уверенно отделить сподумен от других минералов. Интенсивность свечения альбита и микроклина в этой области значительно слабее.
Исследования обогатимости руды отвалов Завитинского месторождения рентгенолюминесцентным методом позволяет сделать вывод о перспективности предобогащения этим методом. При сепарации руды крупностью –50+10 мм с исходным содержанием 0,32% Li2O возможно получение 33% концентрата с содержанием 0,57% Li2O и извлечением от исходной руды около 60%. Содержание в хвостах Li2O будет составлять 0,12%.
В основу дальнейших исследований по предобогащению руды отвалов Завитинского месторождения положен рентгенолюминесцентный метод, дающий более высокие показатели.
Основным методом обогащения сподуменовых руд является флотация. В ходе исследований по флотационному методу большое внимание было уделено определению возможности применения флотореагентов различного состава и оценки их эффективности. Решение этой задачи являлось необходимым в связи с тем, что характерной особенностью сподумена является его способность подвергаться различным процессам изменения, которые приводят к выносу из минерала лития и превращению его в агрегат других минералов – слюды и глинистые минералы. Такие процессы разрушения сподумена происходят в лежалых рудах отвалов, что сказывается на эффективности флотации.
В результате исследований были выбраны эффективные флотационные реагенты, определен их оптимальный расход, разработаны режимы и параметры флотационного процесса (температура пульпы, продолжительность измельчения и флотации и т.п.).
Было показано, что наиболее перспективными и недорогими реагентами выступают изоспирты с фракцией С12-С16 производства Кемеровского азотно-тукового завод; предложен такой эффективный флотореагент, как талловое масло лиственной древесины (ТМЛД). Как дополнительные реагенты при флотации руд, наряду с аполярными маслами, используются и неионогенные полярно-аполярные вещества, такие как доступные алифатические спирты. В качестве основного собирателя предложены смеси олеиновой кислоты (ОЕН) и аполярного масла (СУ-50). На стадии основной флотации применяется дополнительный реагент — жидкое стекло, что позволяет повысить качество сподуменового концентрата.
Итогом исследований по флотационному обогащению является разработка технологической схемы переработки пегматитовых руд отвалов Завитинского месторождения. По разработанной технологии флотации после предобогащения рентгенолюминесцентным методом получен сподуменовый концентрат с содержанием 4,3% Li2O и извлечением 65% (от операции).
На четвертом этапе работы по проекту при выборе технологии вскрытия минерального сырья был предложен сернокислотный метод как наиболее перспективный и экономичный применительно к переработке упомянутых отвалов. Это обосновано тем, что исходные вещества — носители лития, а также их продукты гетерогенных химических превращений, взаимодействуют с серной кислотой и сульфатом калия: результаты термодинамических расчётов, говорят о том, что величины изобарно-изотермического потенциала процесса взаимодействия сподумена с серной кислотой до сульфата лития и лейцита в интервале температур до 1000 оС находится в области отрицательных значений, что говорит о его термодинамической возможности протекания. Вскрытие сподуменового концентрата было проведено с помощью декрипитации сподумена при температуре 1000 оС в течение 0,5 часа, смешивании прокаленного концентрата с серной кислотой на грануляторе с его одновременной грануляцией (окатыванием) при расходе кислоты 250 кг/т и последующей высокотемпературной (240-260 оС) сульфатизацией в течение 0,5–1 часа по реакции:
Экспериментальные исследования проводились на забалансовой пегматитовой руде (с содержанием Li2O 0,31–0,32%) двух представительных проб отвалов массой соответственно 1,5 и 2,5 т и крупностью –350+0 мм.
Предпосылки для применения фотометрического метода создаются цветовыми различиями рудных кусков проб, которые определяются особенностями минерального состава пегматитов и характером вкрапленности. Исследования проводились с использованием современной модификации фотометрического метода — полихромной фотометрической сепарации (ПФМС) на сепараторе модели GemStar 300 компании Aliud Gmb.
Были изучены оптические характеристики руды и проведена сепарация класса крупностью –20+10 мм. Из руды с содержанием 0,31% Li2Oполучен концентрат с выходом 31%, содержанием 0,48% Li2O и извлечением около 50% от сортируемого класса; содержание в хвостах составило 0,23% Li2O.
Возможность использования рентгенолюминесцентного метода сепарации основано на способности сподумена люминесцировать под действием рентгеновских лучей. Изучение спектральных характеристик рентгенолюминесценции основных минералов рудных отвалов, способных люминесцировать (сподумен, микроклин, альбит), показала, что регистрация излучения в области 570–620 нм позволяет достаточно уверенно отделить сподумен от других минералов. Интенсивность свечения альбита и микроклина в этой области значительно слабее.
Исследования обогатимости руды отвалов Завитинского месторождения рентгенолюминесцентным методом позволяет сделать вывод о перспективности предобогащения этим методом. При сепарации руды крупностью –50+10 мм с исходным содержанием 0,32% Li2O возможно получение 33% концентрата с содержанием 0,57% Li2O и извлечением от исходной руды около 60%. Содержание в хвостах Li2O будет составлять 0,12%.
В основу дальнейших исследований по предобогащению руды отвалов Завитинского месторождения положен рентгенолюминесцентный метод, дающий более высокие показатели.
Основным методом обогащения сподуменовых руд является флотация. В ходе исследований по флотационному методу большое внимание было уделено определению возможности применения флотореагентов различного состава и оценки их эффективности. Решение этой задачи являлось необходимым в связи с тем, что характерной особенностью сподумена является его способность подвергаться различным процессам изменения, которые приводят к выносу из минерала лития и превращению его в агрегат других минералов – слюды и глинистые минералы. Такие процессы разрушения сподумена происходят в лежалых рудах отвалов, что сказывается на эффективности флотации.
В результате исследований были выбраны эффективные флотационные реагенты, определен их оптимальный расход, разработаны режимы и параметры флотационного процесса (температура пульпы, продолжительность измельчения и флотации и т.п.).
Было показано, что наиболее перспективными и недорогими реагентами выступают изоспирты с фракцией С12-С16 производства Кемеровского азотно-тукового завод; предложен такой эффективный флотореагент, как талловое масло лиственной древесины (ТМЛД). Как дополнительные реагенты при флотации руд, наряду с аполярными маслами, используются и неионогенные полярно-аполярные вещества, такие как доступные алифатические спирты. В качестве основного собирателя предложены смеси олеиновой кислоты (ОЕН) и аполярного масла (СУ-50). На стадии основной флотации применяется дополнительный реагент — жидкое стекло, что позволяет повысить качество сподуменового концентрата.
Итогом исследований по флотационному обогащению является разработка технологической схемы переработки пегматитовых руд отвалов Завитинского месторождения. По разработанной технологии флотации после предобогащения рентгенолюминесцентным методом получен сподуменовый концентрат с содержанием 4,3% Li2O и извлечением 65% (от операции).
На четвертом этапе работы по проекту при выборе технологии вскрытия минерального сырья был предложен сернокислотный метод как наиболее перспективный и экономичный применительно к переработке упомянутых отвалов. Это обосновано тем, что исходные вещества — носители лития, а также их продукты гетерогенных химических превращений, взаимодействуют с серной кислотой и сульфатом калия: результаты термодинамических расчётов, говорят о том, что величины изобарно-изотермического потенциала процесса взаимодействия сподумена с серной кислотой до сульфата лития и лейцита в интервале температур до 1000 оС находится в области отрицательных значений, что говорит о его термодинамической возможности протекания. Вскрытие сподуменового концентрата было проведено с помощью декрипитации сподумена при температуре 1000 оС в течение 0,5 часа, смешивании прокаленного концентрата с серной кислотой на грануляторе с его одновременной грануляцией (окатыванием) при расходе кислоты 250 кг/т и последующей высокотемпературной (240-260 оС) сульфатизацией в течение 0,5–1 часа по реакции:
Li2O∙Al2O3∙4SiO2 + H2SO4 = Li2SO4 + H2O∙Al2O3х4SiO2
Сульфатизацию проводят в трубчатой вращающейся печи в режиме противотока. Литий из просульфатизированного продукта выщелачивают водой. С целью нейтрализации избыточного количества серной кислоты загружают карбонат кальция для поддержания рН, равного 6,0–6,5. Затем раствор отфильтровывают, осадок промывают с целью сокращения потерь лития и направляют в отвал. Фильтрат обрабатывают содой и известью для осаждения примесей при pH ~12. Очищенный раствор упаривают и проводят осаждение карбоната лития. Осадок промывают и направляют на центрифугирование и сушку.
Получение карбоната лития было проведено с помощью водного выщелачивания огарка, очистки раствора от примесей в две стадии и осаждения Li2СO3 с помощью карбоната натрия. В результате был получен карбонат лития, полностью соответствующий разработанным Техническим условиям, извлечение лития в карбонат лития составило 92,5% от исходного содержания в концентрате. По результатам проведенных исследований предложена принципиальная технологическая схема переработки сподуменового концентрата с получением карбоната лития.
В настоящее время на базе проведенных в 2014–2016 годах исследований консорциум исполнителей в составе НИЯУ МИФИ, АО «ВНИИХТ» и индустриального партнера ПАО «ППГХО» Госкорпорации «Росатом» при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации приступил к проведению опытно-промышленных исследований.
В ходе отработки технологических процессов получения сподуменового концентрата и карбоната лития из забалансовой руды Завитинского месторождения будут созданы опытно-промышленные установки, и разработаны исходные данные на проектирование промышленного производства востребованной литиевой продукции.
Индустриальный партнер — ПАО «ППГХО» и Первомайский ГОК получили реальную возможность промышленного освоения технологии получения литиевой продукции.
Применение рентгенолюминесцентного и флотационного обогащения забалансовой руды Завитинского месторождения позволит создать производство по получению сподуменового концентрата с содержанием по Li2O — 4%. В результате переработки сподуменового концентрата будет организовано получение карбоната лития. Извлечение лития в карбонат составит 92,5% от исходного содержания в концентрате, что соответствует современным требованиям.
Работа выполняется при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках договора на выполнение НИОКТР «Разработка промышленной технологии получения сподуменового концентрата и соединений лития из отвалов Завитинского месторождения для организации промышленного производства» (проект № 03.G25.31.0263), постановление Правительства Российской Федерации от 09 апреля 2010 года № 218.
Выводы
Разработанные технологии переработки отвалов Завитинского литиевого месторождения могут стать реперной точкой в развитии литиевого производства в России. Отечественная литиевая продукция, безусловно, найдет применение для различных областей науки и техники. Мы надеемся, что в продукции современной отечественной и мировой атомной энергетики, электронной, космической, авиационной промышленности, машиностроения будут заложено отечественное сырье, что приведет к повышению экономической безопасности нашего Государства.
Авторы: Г.А. Сарычев1,2, И.Г. Тананаев1, В.Ю. Кольцов2, А.В. Лаврентьев2, А.А. Морозов3
1- НИЯУ МИФИ, 2- АО «ВНИИХТ», 3- ПАО «ППГХО»
Авторы благодарны Трубакову Ю.М., Новикову П.Ю., Балакиной И.Г., Егорову А.М., Барышеву Г.А., Бирюкову А.П. и Максимкину А.И. за выполнение экспериментов и обсуждения полученных результатов.
Список литературы
1. Волегжанина И. С. Мировой рынок лития и его соединений // Маркетинг в России и за рубежом -2006.- № 5. С. 101–109.
2. Обзор рынка лития и его соединений в СНГ / М.: Инфомайн, 2011.
3. Геологические исследования и горнопромышленный комплекс Забайкалья. Новосибирск: Наука, 1999. С. 341–344.
4. Линде Т.П., Ставров О.Д., Юшко Н.А. и др. Литий России: состояние, перспективы освоения и развития минерально-сырьевой базы // Минеральное сырье. Серия геолого-экономическая -2000.- № 6. -С. 116—121.
5. Kurkov A.V., Shatalov V.V., Boldyrev V.A., Zarubin A.I. Processes on surface of minerals in a non-sulphide flotation system valuated by mycrocalorimetric measurements // Application of surface science to advancing flotation technology. Engineering Foundation Conferences, Naantaly, Finland, 1996.- P. 12.
6. Бичурин Р.Ч., Енбаев И.А., Руднев Б.П., Клишин Д.А., Шамин А.А. Эффективность переработки отходов обогатительного и металлургического производств — важнейший резерв увеличения сырьевой базы добычи цветных и благородных металлов // Горн. информ.-аналит. бюл. Тр. науч. симп. «Неделя горняка—2003». -2003.- № 11. -С. 209–212.
7. Margarido1 F., Vieceli1 N., Durão1 F., Guimarães C., Nogueira C.A. Minero-metallurgical processes for lithium recovery from pegmatitic ores // Commonicacoes Geological -2014.- Vol. 101, Especial II. –P. 795-798.
8. Chen, Y., Tian, Q., Chen, B., Shi, X., Liao, T. Preparation of lithium carbonate from spodumene by a sodium carbonate autoclave process // Hydrometallurgy -2011.- Vol. 109. –P. 43–46
9. Yan, Q., Li, X., Wang, Z., Wu, X., Wang, J., Guo, H., Hu, Q., Peng, W. Extraction of lithium from lepidolite by sulfation roasting and water leaching // International Journal of Mineral Processing -2012.- Vol. 110–111. –P. 1–5.
10. Sitando, O., Crouse, P.L. Processing of a Zimbabwean petalite to obtain lithium carbonate // International Journal of Mineral Processing -2012.- Vol. 102–103. –P. 45–50.
Сульфатизацию проводят в трубчатой вращающейся печи в режиме противотока. Литий из просульфатизированного продукта выщелачивают водой. С целью нейтрализации избыточного количества серной кислоты загружают карбонат кальция для поддержания рН, равного 6,0–6,5. Затем раствор отфильтровывают, осадок промывают с целью сокращения потерь лития и направляют в отвал. Фильтрат обрабатывают содой и известью для осаждения примесей при pH ~12. Очищенный раствор упаривают и проводят осаждение карбоната лития. Осадок промывают и направляют на центрифугирование и сушку.
Получение карбоната лития было проведено с помощью водного выщелачивания огарка, очистки раствора от примесей в две стадии и осаждения Li2СO3 с помощью карбоната натрия. В результате был получен карбонат лития, полностью соответствующий разработанным Техническим условиям, извлечение лития в карбонат лития составило 92,5% от исходного содержания в концентрате. По результатам проведенных исследований предложена принципиальная технологическая схема переработки сподуменового концентрата с получением карбоната лития.
В настоящее время на базе проведенных в 2014–2016 годах исследований консорциум исполнителей в составе НИЯУ МИФИ, АО «ВНИИХТ» и индустриального партнера ПАО «ППГХО» Госкорпорации «Росатом» при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации приступил к проведению опытно-промышленных исследований.
В ходе отработки технологических процессов получения сподуменового концентрата и карбоната лития из забалансовой руды Завитинского месторождения будут созданы опытно-промышленные установки, и разработаны исходные данные на проектирование промышленного производства востребованной литиевой продукции.
Индустриальный партнер — ПАО «ППГХО» и Первомайский ГОК получили реальную возможность промышленного освоения технологии получения литиевой продукции.
Применение рентгенолюминесцентного и флотационного обогащения забалансовой руды Завитинского месторождения позволит создать производство по получению сподуменового концентрата с содержанием по Li2O — 4%. В результате переработки сподуменового концентрата будет организовано получение карбоната лития. Извлечение лития в карбонат составит 92,5% от исходного содержания в концентрате, что соответствует современным требованиям.
Работа выполняется при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках договора на выполнение НИОКТР «Разработка промышленной технологии получения сподуменового концентрата и соединений лития из отвалов Завитинского месторождения для организации промышленного производства» (проект № 03.G25.31.0263), постановление Правительства Российской Федерации от 09 апреля 2010 года № 218.
Выводы
Разработанные технологии переработки отвалов Завитинского литиевого месторождения могут стать реперной точкой в развитии литиевого производства в России. Отечественная литиевая продукция, безусловно, найдет применение для различных областей науки и техники. Мы надеемся, что в продукции современной отечественной и мировой атомной энергетики, электронной, космической, авиационной промышленности, машиностроения будут заложено отечественное сырье, что приведет к повышению экономической безопасности нашего Государства.
Авторы: Г.А. Сарычев1,2, И.Г. Тананаев1, В.Ю. Кольцов2, А.В. Лаврентьев2, А.А. Морозов3
1- НИЯУ МИФИ, 2- АО «ВНИИХТ», 3- ПАО «ППГХО»
Авторы благодарны Трубакову Ю.М., Новикову П.Ю., Балакиной И.Г., Егорову А.М., Барышеву Г.А., Бирюкову А.П. и Максимкину А.И. за выполнение экспериментов и обсуждения полученных результатов.
Список литературы
1. Волегжанина И. С. Мировой рынок лития и его соединений // Маркетинг в России и за рубежом -2006.- № 5. С. 101–109.
2. Обзор рынка лития и его соединений в СНГ / М.: Инфомайн, 2011.
3. Геологические исследования и горнопромышленный комплекс Забайкалья. Новосибирск: Наука, 1999. С. 341–344.
4. Линде Т.П., Ставров О.Д., Юшко Н.А. и др. Литий России: состояние, перспективы освоения и развития минерально-сырьевой базы // Минеральное сырье. Серия геолого-экономическая -2000.- № 6. -С. 116—121.
5. Kurkov A.V., Shatalov V.V., Boldyrev V.A., Zarubin A.I. Processes on surface of minerals in a non-sulphide flotation system valuated by mycrocalorimetric measurements // Application of surface science to advancing flotation technology. Engineering Foundation Conferences, Naantaly, Finland, 1996.- P. 12.
6. Бичурин Р.Ч., Енбаев И.А., Руднев Б.П., Клишин Д.А., Шамин А.А. Эффективность переработки отходов обогатительного и металлургического производств — важнейший резерв увеличения сырьевой базы добычи цветных и благородных металлов // Горн. информ.-аналит. бюл. Тр. науч. симп. «Неделя горняка—2003». -2003.- № 11. -С. 209–212.
7. Margarido1 F., Vieceli1 N., Durão1 F., Guimarães C., Nogueira C.A. Minero-metallurgical processes for lithium recovery from pegmatitic ores // Commonicacoes Geological -2014.- Vol. 101, Especial II. –P. 795-798.
8. Chen, Y., Tian, Q., Chen, B., Shi, X., Liao, T. Preparation of lithium carbonate from spodumene by a sodium carbonate autoclave process // Hydrometallurgy -2011.- Vol. 109. –P. 43–46
9. Yan, Q., Li, X., Wang, Z., Wu, X., Wang, J., Guo, H., Hu, Q., Peng, W. Extraction of lithium from lepidolite by sulfation roasting and water leaching // International Journal of Mineral Processing -2012.- Vol. 110–111. –P. 1–5.
10. Sitando, O., Crouse, P.L. Processing of a Zimbabwean petalite to obtain lithium carbonate // International Journal of Mineral Processing -2012.- Vol. 102–103. –P. 45–50.
- 27 октября 2024 ДЛЯ ГЛАВНОЙ НАУКИ БУДУЩЕГО ЧЕЛОВЕЧЕСТВО ДАЖЕ НЕ ПРИДУМАЛО НАЗВАНИЕ
- 13 октября 2024 Форум «Микроэлектроника 2024» – без высокочистых редких металлов никуда
- 23 сентября 2024 ОТ ВОЗРОЖДЕНИЯ МАГНИТНОГО ПРОИЗВОДСТВА К СОЗДАНИЮ НОВОЙ ИНДУСТРИИ В РФ
- 14 сентября 2024 "Задачи будут решены" – О беспилотниках из первых рук
- 31 августа 2024 ВИКТОР САДОВНИЧИЙ: «ЕСЛИ БЫ НЕ МОСКОВСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ, РОССИЯ БЫЛА БЫ ДРУГОЙ»
- 29 августа 2024 Торговая война Китая и США – КНР вводит новый ограничения на рынке РЗМ
- 6 августа 2024 БЫТЬ ЛЕОНАРДО СОВРЕМЕННОСТИ
- 17 июля 2024 Техногенные месторождения. Время разобраться: что выбросить, что оставить для внуков, что использовать сейчас.
- 8 июля 2024 АЛЕКСЕЙ МАСЛОВ: МЫ ЗАЩИЩАЕМ НАЦИОНАЛЬНЫЙ РЫНОК
- 29 июня 2024 От солнечной энергетики – к микроэлектронике
- 19 июня 2024 НОВОЕ ЗВУЧАНИЕ ПЕРМСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
- 15 июня 2024 МИРОВОЙ ДЕФИЦИТ ВО БЛАГО РОДИНЫ
- 12 июня 2024 АЛЕКСЕЙ ШЕМЕТОВ: «ПЕРЕД СМЗ СТОИТ ГОСУДАРСТВЕННОГО МАСШТАБА ЗАДАЧА»
- 5 июня 2024 НАУКА КАК ИНСТРУМЕНТ БОРЬБЫ ЗА МИР И НЕЗАВИСИМОСТЬ
- 4 июня 2024 РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПОМОГУТ РАССЕЯТЬ ТЬМУ - НОВЫЙ ТРЕНД В ФОТОЭЛЕКТРОНИКЕ