Литийсодержащие руды как комплексное сырье, содержащее литий, бериллий, другие редкие и цветные металлы Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 555.635+661.834+661.845 В.И. Самойлов

ЛИТИЙСОДЕРЖАЩИЕ РУДЫ КАК КОМПЛЕКСНОЕ СЫРЬЕ, СОДЕРЖАЩЕЕ ЛИТИЙ, БЕРИЛЛИЙ, ДРУГИЕ РЕДКИЕ И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ

б ассоциации лития, бериллия и других ценных компонентов в минеральном сырье [1-5]. Литий распространён в природе в пегматитовых и непегматитовых ред-кометалльных рудах, а также в природных минерализованных водах, бериллий - в пегматитовых и непегматитовых редкометалльных рудах (рисунок).

В редкометалльных рудах, являющихся преимущественно алюмосиликатным и/или силикатным сырьём, Ьі и Ве тесно ассоциированы. Так, минералы Ьі и Ве в рудных телах практически всегда находятся вместе, что отчётливо прослеживается на примере редкометалльных пегматитов (табл. 1). Одновременно с минералами лития и бериллия в редкометалльных пегматитах присутствуют также Єє-, ЯЪ-, Та-, №-, 8и-, А1-, 8і02-содержащие и др. минералы (табл. 1). В различных типах непегматитовых рудных тел минералы бериллия - бертрандит, фенакит и др. также присутствуют совместно с минералами Ьі - лепидолитом, циннвальдитом и др. (табл. 2, 3), Єє, ЯЪ, Та, №, 8и и др. Кроме

совместного нахождения минералов лития и бериллия в рудных телах, ассоциация лития и бериллия проявляется в том, что эти элементы в качестве изоморфных примесей могут входить в кристаллические решётки минералов бериллия и лития соответственно, других минералов (не являющихся литиевыми и бериллиевыми), образовывать литийбериллиевые минералы (табл. 2). Первые 6 минералов характеризуются промышленно ценными концентрациями одновременно Ьі и Ве. Несмотря на тесную ассоциацию Ьі и Ве в рудах (табл. 3) и получаемых из них концентратах (табл. 4) литиевая и бериллиевая промышленности извлекают из минерального сырья только одноимённые элементы. Это ведёт к большим потерям Ьі и Ве при переработке рудного сырья. При использовании литиевого рудного сырья для удовлетворения мировой потребности в литиевой продукции ежегодные мировые потери Ве в химико-метал-лургических литиевых производствах

Ьі Ве

□ пегматитовые редкометалльные руды ■ непегматитовые редкометалльные руды

□ минерализованные воды

Распространённость лития и бериллия в природе (% масс.) 64

I С

Таблица 1

Минералогический состав редкометалльных пегматитов, % масс.

Минералы Микро- Микроклин-альбито-вые Альбитовые Альбит-

клино- пегматиты пегматиты споду-

вые пег- без споду- со споду- без споду - со споду- меновые

матиты мена меном мена меном пегматиты

Кварц 23+26 25+30 25+30 30+40 30+40 30+40

Сподумен - - до 8 - до 10 15+25

Микроклин 60+65 25+35 25+35 до 10 до 10 около 10

Альбит до 5 25+35 25+35 45+55 35+45 35+45

Турмалин 1+5 2+5 1+3 1+2 1+2 до 1

Мусковит 2+4 3+6 3+6 3+6 3+6 1+3

Мусковит розовый - - + - - -

Биотит до 2 до 0,5 до 0,5 + + +

Тапиолит - х х - х -

Стрюверит - + + + + -

Танталит + х х х х +

Оловотанталит - + + + + +

Касситерит - - х + х х

Колумбит х х х х х х

Фергусонит - - + - - +

Микролит - - + + + +

Стибиотанталит - - + - + -

Симпсонит - - + - + -

Хризоберилл - + + - - -

Берилл х до 0,5 до 0,5 до 1+2 до 0,1 до 0,3

Воробьевит - - х - - -

Гельвин - + х + + +

Бавенит - + + + + -

Трифилин- литиофилит + до 0,5 около 0,5 1+2 1+2 0,1+0,3

Монтебразит - - х - х +

Литиофосфат - - + - - -

Холмквистит - - + - + х

Лепидолит - - до 0,2 - - -

Эвкриптит - - х - х х

Петалит - - + - + +

Поллуцит - - до 4 - + +

Примечания: 1. «х» - минерал встречается почти во всех жилах данного типа; «+» - минерал встречается лишь в единичных жилах; «-» - минерал не обнаружен.

2. В микроклин-альбитовых пегматитах отмечаются также криолитионит, родицит, кукеит, ма-нанданит, гамбергит, бериллонит, фенакит, бертрандит, битиит, амблигонит, харлбутит, герде-рит, бетафит, мариньякит, кабеит, ксенотим, самарксит, эвксенит, поликраз, тантал самородный, вождинит, ильменорутил, форманит, тантэвксенит, иксиолит, циркон, гафниевый циркон, а в альбит-сподуменовых пегматитах - гатчеллолит, гельвин и др.

3. Содержание в редкометалльных пегматитах таких компонентов, как Сє20, ЯЪ20, Та205, №>205, Би оценивается первыми сотыми долями % масс., А1203 - первыми десятками % масс, Бі02 -ориентировочно 50+80% масс.

Таблица 2

Содержание лития и бериллия в некоторых минералах редкометалльных руд, % масс.

Название минерала Ьі Ве Название минерала Ьі Ве

Натро-литиевый до 1,5 3,75+5,11 Мусковит до 0,678 до 0,0058

берилл

Маргарит до 0,63 0,46+1,25 Трифилин- до 1,38 до 0,0058

Родицит 3,64 3,61+5,32 литиофилит

Битиит 1,28 0,82+3,04 Циннвальдит 1,40+1,64 до 0,004

Сянхуалит 2,71 5,64+5,82 Биотит до 0,61 0,003

Либерит 10,39 9,10 Сподумен 2,76+3,55 до 0,0022

Бавенит обнаружен 2,25+2,75 Протолитионит 0,67 0,0015

Лепидолит 0,58+2,76 до 0,0072 Амблигонит 2,80+3,74 до 0,001

Турмалин до 0,66 до 0,0072 Петалит 2,85 до 0,0003

Таблица 3

Содержание лития и бериллия в наиболее богатых типах руд

Назначение и тип редкометалльных руд Содержание, % масс.

Ьі Ве

Литиевая пегматитовая руда

Кварц-клевелендит-сподуменовые зоны микроклин-альбитовых пегматитов 0,61 0,023

Зоны мелкопластинчатого альбита микроклин-альбитовых пегматитов до 0,61 0,020

Зоны чешуйчатого лепидолита микроклин-альбитовых пегматитов 0,70 0,014

Альбит-сподуменовые пегматиты 0,65 0,010

Литиевая непегматитовая руда

Отдельные зоны циннвальдитовых грейзенов 0,89 >0,03

Отдельные зоны вулканогенно-осадочных образований 0,45 0,0п

Монтмориллонитовые (гектаритовые) глины кор выветривания 0,65 0,0п

Бериллиевая пегматитовая руда

Зоны мелкозернистого альбита микроклин-альбитовых пегматитов 0,23 0,05

Кварц-мусковитовые зоны микроклин-альбитовых пегматитов 0,23 0,04

Зоны клевелендита альбитовых пегматитов 0,20 0,14

Амазонит-альбитовые (экзотические) пегматиты 0,10 0,14

Бериллиевая непегматитовая руда

Эпискарновые метасоматиты 0,15 0,16

Редкометалльные грейзены и пневматолито-гидротермальные образования 0,15 0,09

Бериллиеносные флюоритовые метасоматиты 0,15 0,26

Щелочные метасоматиты вне видимой связи с интрузиями 0,15 0,15

Органогенно-осадочные месторождения 0,15 0,0п+0,п

Коры выветривания 0,15 до 0,15

оцениваются несколькими сотнями тонн, что соответствует уровню мирового потребления бериллия. Ежегодные мировые потери Ы в бериллиевых химикометаллургических производствах оцени-

ваются многими десятками тонн, что составляет несколько % масс. от мирового потребления лития. Таким образом, серьёзным недостатком совре-менных производств по переработке Ы-, Ве- содержащих руд являются высокие потери таких ком-

Таблица 4

Содержание лития и бериллия в рудных флотоконцентратах

Название концентратов Источник Содержание, % масс.

Ы Ве

2,00 0,02

Литиевые [1-5] 3,00 0,054

2,34 0,14

до 0,37 3,57+4,29

0,47+1,40 0,18+0,71

1,40 0,56

Бериллиевые [1-5] 0,93 <0,36

0,71 1,79

0,17 1,79

до 0,12 3,57+4,29

понентов, как Ве и Ы, а также Сб, ЯЪ, А1 и др. (табл. 1). Причиной является отсутствие технологии глубокой комплексной переработки редкометалльных руд. Достаточно отработанным сегодня является лишь гравитационное выделение из редкометалльных руд относительно тяжёлых минералов Та, №, 8п, а также 2г, W и др., что одновременно позволяет повысить содержание Ы, Ве и др. ценных компонентов в руде. Тем не менее, гравитационное выделение тяжё-лых минералов применяется, главным образом, к богатым по содержанию данных минералов рудам; при этом хвосты гравитационного обогащения, содержащие Ы, Ве, а также Сб, ЯЪ, А1 и другие ценные компоненты, нередко сбрасываются в отвал без утилизации полезных составляющих сырья.

Отсутствие технологии глубокой комплексной переработки как литиево-го, так и бериллиевого рудного сырья (табл. 3) ведёт к большим потерям Ве, Ы, др. ценных компонентов, что значительно снижает эффективность литиевых и бериллиевых производств, использующих это сырьё.

Обогащение литийсодержащих руд с получением рудныгх (нерудных) концентратов и практическое значение руд с высоким содержанием лития и бериллия [1-5]. Из данных табл. 3 следует, что отдельные типы редкометалльных руд характеризуются повышенным содержанием ли-тия, составляющим до 0,89 % масс. (до 1,9 %

масс. окиси лития). В настоящее время на всех континентах земного шара известно свыше 20 месторождений литиевых руд с содержанием окиси лития 1+10 % масс. и более с суммарными запасами лития более 2,5 млн т. Из данных табл. 3 также следует, что отдельные типы редкометалльных руд характеризуются повышенным содержанием Ве, составляющим 0,04+0,26 % масс. В настоящее время на разных континентах земного шара известно свыше 20-ти месторождений с содержанием Ве 0,15+4,30 % масс.

При обогащении редкометалльных руд из них получают рудные и нерудные концентраты. Из рудных концентратов чаще всего выделяют литиевые (литийбериллие-вые), берилливые (бериллийлитиевые), цезиевый (поллуцитовый) концентраты и концентраты тяжёлых минералов Та, №, 8п, которые отгружаются в химикометаллургические производства. Химико-металлурги-ческие литиевые и берилливые производства в настоящее время могут также рентабельно перерабатывать богатые литиевые (берилливые) руды (в цезиевых, тан-талниобиевых и оловянных химикометаллургических производствах возможна рентабельная переработка лишь соответствующих концентратов). Из нерудных концентратов чаще всего выделяют литиевый и кварцполевошпатовый (для нужд керамической и стекольной промышленности), слюдяной (для изготовления тепло- и электро-

изоляции), флюоритовый (для производства плавиковой кислоты).

Методы химико-металлургичес-кой

переработки литиевых концен-тратов и руд [1-5]. Основными промышленными минералами Ьі являются сподумен ЬіА18і2О3 и лепидолит КЬі15 Л1і>5(8і3ЛіОіо) (Р,ОИ)2. Для переработки концентратов этих минералов промышленностью освоены сернокислотная, сульфатная и известковая технологии.

Из известных технологических схем в последние годы применяется только сернокислотная как наиболее эффективная. Её основным достоинством является то, что она в отличие от других технологий пригодна для переработки непосредственно литиевых руд, содержащих не менее і % масс. окиси лития. Из всех известных схем сернокислотная наиболее приспособлена для комплексной переработки литиевого рудного сырья. «Ле-пидолитовый» вариант сернокислотной схемы предусматривает возможность извлечения из сырья кроме лития таких компонентов, как К, Єє, ЯЪ, А1 (в виде квасцов), 8іО2 (в виде метасиликата натрия). Имеются предложения по утилизации бериллия в рамках «сподуменового» варианта сернокислотной схемы. На одном из заводов США применялась утилизация использованных реагентов (И28О4, №2ЄО3, №ОИ) в виде №28О4 и №28, что также повышает экономическую эффективность производства.

Проблема утилизации ценных компонентов при переработке литиевого рудного сырья в химико-металлургичес-ких производствах технических соединений лития, как уже отмечалось, имеет важное значение, т.к. в данном сырье содержится до десятых долей % масс. Ве, Єє, ЯЪ, до нескольких % масс. суммы № и К, ориентировочно 10^15 % масс. А1 и 50^80 % масс. кремнезёма.

Литиевое рудное сырьё для химикометаллургических производств может быть получено в качестве попутного продукта после гравитационного выделения из редкоме-талльных руд тяжёлых минералов Та, №, 8п, W и др. При содержании окиси Ьі в таком литиевом сырье 1 % масс. и более оно

сразу может быть направлено на сернокислотную переработку, минуя стадию получения литиевых концентратов. При таком подходе к организации химико-

металлургических литиевых производств полностью исключаются затраты на добычу и обогащение рудного сырья, т.е. при организации таких производств следует ориентироваться на редкометалльные руды с содержанием окиси лития ~1,0 % масс. и более (в которых одновременно присутствуют Та, №, 8п, W, Мо в промышленно ценных концентрациях) и сернокислотную схему получения технических соединений Ьі. По данным 1995^1996 гг. современное мировое производство Ьі составляет 27,2 тыс. т в год (видимо, в пересчёте на окись - Прим. автора). Из этого следует, что в случае утилизации в сернокислотных литиевых производствах: 1) бериллия, цезия, рубидия были бы полностью удовлетворены мировые потребности в бе-риллиевой, цезиевой, рубидиевой продукции; 2) алюминия (например, в виде глинозёма или криолита) обеспечивались бы мировые потребности электролиз-ных алюминиевых производств на несколько % масс.; 3) кремнезёма, он мог быть использован в больших количествах в строительстве, производствах цемен-та, керамики, метасиликата натрия, ферросилиция, консервации отработанных рудников и т. д. Утилизация применяемых в сернокислотной схеме реагентов (И28О4, №2ЄО3, №ОИ) в виде №28О4 и №28, метасиликата натрия и др. продуктов, позволила бы дополнительно повысить её эффективность.

Методы химико-металлургичес-кой

переработки бериллиевых кон-центратов и руд [1-5]. В настоящее время основными промышленными минералами бериллия являются берилл (3ВеО-А12О3-68іО2), бертрандит (4ВеО- 28іО2- И2О) и фенакит (2ВеО-8іО2). Для переработки указанных минералов промышленностью освоены две технологии: сернокислотная и фторидная.

Серьёзным недостатком как сернокислотной, так и фторидной технологий является то, что они не обеспечивают возможности глубокой комплексной переработки исход-

ных руд и концентратов несмотря на высокое содержание в них Ы (~ 1±0,9 % масс.), Сб (~ первые десятые доли % масс.), А1 (~ до 10+15 % масс.). Из перечисленных ценных компонентов лишь А1 может быть утилизирован (в виде гидроксида или квасцов) при исполь-зовании сернокислотной технологии. Известно также предложение о получении из кремнезёмистого кека (отвального продукта сернокислотной схемы) декоративной строительной крошки (плитки). Однако в промышленном масштабе в настоящее время отвальный кремнезёмистый кек не утилизируется. Проблема утилизации кека осложняется высоким остаточным содержанием в нём токсичного Ве (—0,1 % масс.). Данные о промышленной утилизации кремнезёма-люминийсодержащего отвального кека, полученного по фторидной технологии, отсутствуют. Что касается Ы и Сб, то сведения об их распределении по операциям технологического цикла получения гидроксида бериллия практически не известны, а проблема

их утилизации при использовании фторид-ной и сернокислотной схем не изучалась.

Выводы

1. Солодов Н.А. Научные основы перспективной оценки редкометалльных пегматитов. - М.: Наука, 1971. - 292 с.

2. Месторождения литофильных редких металлов / Под ред. Л.Н. Овчинникова и Н.А. Солодова. - М.: Недра, 1980. - 559 с.

3. Москевич М.М. Минерально-сырьевые ресурсы, производство и потребление бериллия, лития, ниобия и тантала в капиталистических странах. - М.: Недра, 1966. - 315 с.

1. Литийсодержащие руды и получаемые из них концентраты являются комплексным сырьём и содержат Ы, Ве, №, Та, 8п, Сб, ЯЪ, А1, Б, др. ценные для термоядерной энергетики и иных отраслей промышленности компоненты.

2. В силу тесной ассоциации Ы и Ве в рудах при их обогащении значительные количества Ы и Ве поступают в разноимённые концентраты.

3. Вследствие отсутствия химикометаллургической технологии извлечения из литиевых концентратов Ве, др. ценных составляющих сырья, данные компоненты безвозвратно теряются с отходами химико-металлургических литиевых производств.

4. Вследствие отсутствия химикометаллургической технологии извлечения из бериллиевых концентратов Ы, др. ценных составляющих сырья, данные компоненты безвозвратно теряются с отходами химико-металлургических бериллиевых производств.

5. Задача организации комплексной переработки литийсодержащих руд является весьма актуальной для редкометалль-ных горно-металлургических комплексов.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Самойлов В.И., Борсук А.Н. Методы совместной переработки бертрандита, фенакита и берилла в гидрометаллургии бериллия. - Усть-Каменогорск: Медиа - Альянс, 2006. - 200 с.

5. Самойлов В.И. Исследование современных и разработка перспективных методов извлечения лития из минерального сырья в технические соединения. - Усть-Каменогорск: Медиа - Альянс, 2005. - 276 с.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------

Самойлов В.И. - кандидат технических наук, инженер-исследователь, АО «Ульбинский металлургический завод», центральная научно-исследовательская лаборатория, Усть-Каменогорск, Казахстан.