ООО «НИЦ «Гидрометаллургия», Санкт-Петербург, Россия

Косицкая Т. Ю., старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: kositskaya-t@gidrometall.ru
Ананова М. М., лаборант
Фоменко И. В., генеральный директор, канд. техн. наук
Шнеерсон Я. М., директ ор по научной работе, докт. техн. наук

Основными видами первичного литиевого сырья являются традиционные рудные материалы и гидроминеральные запасы. Сподумен является основным промышленным минералом лития. В последние десятилетия остается актуальным вопрос переработки сподуменовых концентратов для обеспечения литием современных высокотехнологичных отраслей промышленности. Востребованными являются технологии, способные удовлетворять рост промышленного спроса при минимальном воздействии на окружающую среду. В статье приведены результаты лабораторных исследований головных операций переработки сподуменового концентрата двумя способами: по традиционной сернокислотной и перспективной автоклавной содовой технологиям. Оба варианта применимы к β-сподумену, полученному из α-модификации на операции декрипитации, и обеспечивают высокую степень извлечения целевого металла в продукционный раствор: более 90 %. Продуктами реакции в автоклаве являются плохорастворимый карбонат лития и алюмосиликат натрия (анальцим). При обработке остатка автоклавного выщелачивания известковым молоком литий из карбоната переводят в раствор в виде гидроксида. Для исследований использован сподуменовый концентрат одного из российских месторождений с содержанием лития 2,7 %. С применением современного оборудования экспериментально отработаны основные параметры головных переделов двух технологий (включая декрипитацию). Показано, что автоклавный (содовый) способ переработки сподуменового концентрата позволяет получать продукционные литиевые растворы, практически не содержащие примесей Fe, Al, Mg, Ca, а также сульфатов, что исключает ступенчатые операции очистки (как в сернокислотном способе) и обеспечивает экологические преимущества (снижение объема и агрессивности сточных вод, твердых отходов и газовых выбросов).

1. Khanderi J., Schneider J. J. A single source Co/Li/O organometallic precursor for nano-crystalline LiCoO2. Synthesis, formation pathway and its electrochemical performance. European Journal of Inorganic Chemistry. 2010. Vol. 2010, Iss. 29. pp. 4591–4594.
2. Tabelin C. B., Dallas J., Casanova S. et al. Towards a low-carbon society: A review of lithium resource availability, challenges and innovations in mining, extraction and recycling, and future perspectives. Minerals Engineering. 2021. Vol. 163. DOI: 10.1016/j.mineng.2020.106743
3. Cho G.-B., Noh J. -P., Sung H.-J., Choi S.-Y. et al. Improved electrochemical properties of patterned Si film electrodes. Microelectronic Engineering. 2012. Vol. 89. pp. 104–108.
4. Nitta N., Wu F., Lee J. T., Yushin G. Li-ion battery materials: present and future. Materials Today. 2015. Vol. 18, Iss. 5. pp. 252–264.
5. Schmidt O., Hawkes A., Gambhir A., Staffell I. The future cost of electrical energy storage based on experience rates. Nature Energy. 2017. Vol. 2, Iss. 8. DOI: 10.1038/nenergy.2017.110
6. Chen J. Re cent progress in advanced materials for lithium ion batteries. Materials. 2013. Vol. 6. No. 1. pp. 156–183. DOI: 10.3390/ma6010156
7. Kud ryavtsev P. G., Kudryavtsev N. P. Comparison of the effectiveness of methods for extracting lithium and its compounds from natural raw materials. Alternativnaya energetika i ekologiya (ISJAEE). 2017. No. 28–30. pp. 82–105.
8. Marcinov V., Klimko J., T akáčová Z. et al. Lithium production and recovery methods: Overview of lithium losses. Metals. 2023. Vol. 13. No. 7. DOI: 10.3390/met13071213
9. Chesnutt J. M., Qafoku N., K reuzer R. L. Lithium occurrence and concentration grade around the nation: Resources, extraction technologies, and economics. Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Richland, WA (United States), 2023. No. PNNL-35152.
10. Ni C., Liu C., Wang J. et al. Advances and promotion strategies of processes for extracting lithium from mineral resources. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2024. Vol. 140. pp. 47–64.
11. Tolmacheva M. V. Studying the lithium extraction. Chemistry and chemical technology in the 21st century : Proceedings of the XXIV International Scientific and Practical Conference of Students and Young Scientists named after outstanding chemists L. P. Kulev and N. M. Kizhner, dedicated to the 85th anniversary of the birth of Professor A. V. Kravtsov. 15–19 May 2023. Vol. 2. Tomsk : Tomsk Polytechnic University, 2023. pp. 190–191.
12. Anarbaev A. A., Nurasheva K. K., Khusanov Zh. E. et al. Development of technologies for producing lithium-containing products. Nauchnye trudy YuKGU im. M. Auezova. 2019. No. 3. pp. 7–12.
13. Bandaletova A. A., Gavrilov A. Yu., Galin E. V. Extraction of lithium from associated waters on the example of the Orenburg gas field. PROneft. Professionally about Oil. 2021. Vol. 6, No. 1. pp. 29–32.
14. Kotsupalo N. P. Prospects for ob taining lithium compounds from natural chloride brines. Khimiya v interesakh ustoychivogo razvitiya. 2001. Vol. 9. pp. 243–253.
15. Zilberman M. V., Kalinin N. F., Chentsova T. V. et al. Sorption technology for processing natural brines into lithium, rubidium and caesium compounds. Khimiia I tekhnologiia neorganicheskikh sorbentov. Interuniversity collection of scientific papers. Perm : PPI Publishing House, 1989. pp. 5–9.
16. Menzheres L. T., Ryabtsev A.D., Mamylova E. V. Selective sorbent for lithium extraction from highly mineralized chloride brines. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2004. Vol. 307, No. 7. pp. 76–80.
17. Li Z., Yang Y., Yu J. Modeling a nd application of continuous ion exchanges process for lithium recovery from salt lake brine. Separation and Purification Technology. 2023. Vol. 326. DOI: 10.1016/j.seppur.2023.124841
18. Kou Xiaokang, Wang Gang, Liu Jinh ua. Method for extracting lithium from salt lake brine by adsorption method. Patent CN, No. 101928828B. Published: 12.12.2012.
19. Zhong J., Lin S., Yu J. Li+ adsor ption performance and mechanism using lithium/aluminum layered double hydroxides in low grade brines. Desalination. 2021. Vol. 505. 114983.
20. Dessemond C., Lajoie-Leroux F., S oucy G. et al. Spodumene: the lithium market, resources and processes. Minerals. 2019. Vol. 9, Iss. 6. DOI: 10.3390/min9060334
21. Оstroushko Yu. I., Buchikhin P. I., Alekseeva V. V. et al. Lithium, its chemistry and technology. Moscow : Аtomizdat, 1960. pp. 143–149.
22. Shatalov V. V., Kotsar M. L., Dobroskokina T. A. et al. The method of processing β-spodumene concentrate. Patent RF, No. 2360986, C2. Published: 10.07.2009.
23. Vatulin I. I., Samoilov V. I., K ulenova N. A. et al. Method of obtaining lithium hydroxide from spodumene concentrate. Patent RF, No. 2347829, C2. Published: 27.02.2009.
24. Salakjani N. K., Singh P., Nikoloski A. N. Production of lithium–A literature review. Part 2. Extraction from spodumene. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2021. Vol. 42, Iss. 4. pp. 268–283.
25. Alhadad M. F. Production of lithium chem icals from spodumene using novel leaching processes: diss. Murdoch University, Perth, Australia, 2022.
26. Panova E. N., Kopbaeva S. M. Preparation o f lithium carbonate from spodumene by the method of decrepitation. Fundamental and applied scientific research: current issues, achievements and innovations : Collection of articles of the XIX International Scientific and Practical Conference. In 2 Volumes, Penza, 15 January 2019. Vol. 1. Penza : Nauka i Prosveshchenie, 2019. pp. 36–38.
27. Salakjani N. K., Singh P., Nikoloski A. N. Mineralogical transformations of spodumene concentrate from Greenbushes, Western Australia. Part 1: Conventional heating. Minerals Engineering. 2016. Vol. 98. pp. 71–79.
28. Abdullah A. A., Oskierski HC., Altarawneh M. et al. Phase transformation mechanism of spodumene during its calcinations. Minerals Engineering. 2019. Vol. 140. DOI: 10.1016/j.mineng.2019.105883
29. Hader R., Nielson R., Herre M. Ind. Eng. Chem. 1951. Vol. 43. 2636; In collection of reports “Litiy”, Izdatinlit, 1954. pp. 5–22.
30. Bishimbayeva G., Zhumabayeva D., Zhandayev N. et al. Technological improvement, lithium recovery methods from primary resources. Oriental Journal of Chemistry. 2018. Vol. 34, Iss. 6. pp. 2762–2769.
31. Dlugogorski B. Z. Lithium extraction from α-spodumene by hydroalkaline treatment: Recent progress and outstanding considerations. Conference. ALTA, Perth, Australia. 2023.
32. Chen Y., Tian Q., Chen B. et al. Preparation of lithium carbonate from spodumene by a sodium carbonate autoclave process. Hydrometallurgy. 2011. Vol. 109, Iss. 1-2. pp. 43–46.
33. Lappalainen H., Rinne M., Elomaa H. et al. Envi ronmental impacts of lithium hydroxide monohydrate production from spodumene concentrate–A simulation-based life cycle assessment. Minerals Engineering. 2024. Vol. 209. DOI: 144610.1016/j.mineng.2024.108632
34. Alhadad M. F., Oskierski HC., Chischi J. et al. Pressure leach of β-spodumene with carbonic acid: Weak acid process for extraction of lithium. Minerals engineering. 2023. Vol. 204. DOI: 10.1016/j.mineng.2023.108398
35. Tiihonen M. Method of extracting lithium compou nd(s). Patent US, No. 3642374, A1 EP (WO 2018/234614). Published: 27.12.2018.
36. Tiihonen M., Haavanlammi L., Kolehmainen E. et a l. Lithium hydroxide extraction method. Patent US, 202092628, A1 EA (WO 2019/220004). Published: 06.04.2021.
37. Tiihonen M., Haavanlammi L., Kinnunen S. et al. Outotec lithium hydroxide process-a novel direct leach process for the production of battery grade lithium hydroxide monohydrate form calcined spodumene. Proceedings of the ALTA – 2019.
38. Morton J. New lithium operations use top tech. Engineering and Mining Journal. 2024. Vol. 225, Iss. 7. pp. 30–37.
39. Brunhara G. F., Braga P. F. A. Tecnologias de extr ação de lítio de pegmatitos. CETEM/MCTI 2021. Rio de Janeiro.
40. Cheong Yuong. Method of obtaining lithium hydroxide. Patent RF, No. 2786259, C1. Published: 19.12.2022.
41. Lappalainen H., Elomaa H., Aromaa J. et al. Life cycle assessment of orebased lithium carbonate production using sulfuric acid roasting and soda leaching: Impact of sodium sulfate electrodialysis. Hydrometallurgy. 2025. Vol. 233. DOI: 10.1016/j.hydromet.2025.106450