CZ202238A3 - Vícefázový způsob získávání sloučenin alkalických kovů - Google Patents
Vícefázový způsob získávání sloučenin alkalických kovů Download PDFInfo
- Publication number
- CZ202238A3 CZ202238A3 CZ2022-38A CZ202238A CZ202238A3 CZ 202238 A3 CZ202238 A3 CZ 202238A3 CZ 202238 A CZ202238 A CZ 202238A CZ 202238 A3 CZ202238 A3 CZ 202238A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- mixture
- silicate
- alkali metal
- aluminosilicate
- sinter
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 116
- 150000001339 alkali metal compounds Chemical class 0.000 title claims description 17
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 153
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 139
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims abstract description 98
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 92
- -1 alkali metal salts Chemical class 0.000 claims abstract description 69
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 claims abstract description 46
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 45
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 38
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 26
- 229910052604 silicate mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 23
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 229910001579 aluminosilicate mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 22
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 19
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 238000005906 dihydroxylation reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 86
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 34
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 34
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 22
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L sulfite Chemical class [O-]S([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 20
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims description 19
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 19
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 16
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 6
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 claims description 5
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 claims description 4
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims description 3
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 130
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 79
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 65
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 65
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 54
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 53
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 50
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 46
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 34
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 32
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 30
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 description 27
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 description 25
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 24
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 22
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 21
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 21
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 19
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 19
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 19
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 18
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 18
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 17
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 16
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 15
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 14
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 14
- CNLWCVNCHLKFHK-UHFFFAOYSA-N aluminum;lithium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Li+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O CNLWCVNCHLKFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 13
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 13
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 12
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 12
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 12
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 12
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 11
- 229910052642 spodumene Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 10
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 10
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 10
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 description 10
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 10
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 9
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 8
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 8
- 229910052936 alkali metal sulfate Inorganic materials 0.000 description 7
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052627 muscovite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052615 phyllosilicate Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 6
- YGANSGVIUGARFR-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxosilane oxo(oxoalumanyloxy)alumane oxygen(2-) Chemical compound [O--].[K+].[K+].O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O YGANSGVIUGARFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 229910052629 lepidolite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 240000006909 Tilia x europaea Species 0.000 description 4
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 4
- 229910001515 alkali metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 4
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 4
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 4
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 4
- AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N sulfur trioxide Inorganic materials O=S(=O)=O AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 229910052822 amblygonite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 101100055113 Caenorhabditis elegans aho-3 gene Proteins 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- HEHRHMRHPUNLIR-UHFFFAOYSA-N aluminum;hydroxy-[hydroxy(oxo)silyl]oxy-oxosilane;lithium Chemical compound [Li].[Al].O[Si](=O)O[Si](O)=O.O[Si](=O)O[Si](O)=O HEHRHMRHPUNLIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 2
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 238000005339 levitation Methods 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 2
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052670 petalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 2
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 240000007124 Brassica oleracea Species 0.000 description 1
- 235000003899 Brassica oleracea var acephala Nutrition 0.000 description 1
- 235000012905 Brassica oleracea var viridis Nutrition 0.000 description 1
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910007960 Li-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010199 LiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006564 Li—Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007270 Si2O6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 239000012072 active phase Substances 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001341 alkaline earth metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011074 autoclave method Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 235000015895 biscuits Nutrition 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011132 calcium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000002635 electroconvulsive therapy Methods 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 229910001678 gehlenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000001033 granulometry Methods 0.000 description 1
- 229910052835 grossular Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004572 hydraulic lime Substances 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 239000010804 inert waste Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910052585 phosphate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910001744 pollucite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001084 poly(chloroprene) Polymers 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003469 silicate cement Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 1
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052644 β-spodumene Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D15/00—Lithium compounds
- C01D15/04—Halides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D3/00—Halides of sodium, potassium or alkali metals in general
- C01D3/04—Chlorides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D3/00—Halides of sodium, potassium or alkali metals in general
- C01D3/04—Chlorides
- C01D3/08—Preparation by working up natural or industrial salt mixtures or siliceous minerals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B7/00—Hydraulic cements
- C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
- C22B26/10—Obtaining alkali metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
- C22B26/10—Obtaining alkali metals
- C22B26/12—Obtaining lithium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Způsob získávání sloučenin prvků ze skupiny alkalických kovů spočívá v tom, že alespoň jeden minerál ze skupiny silikátů a/nebo alumosilikátů, kde tento minerál obsahuje alespoň jeden prvek ze skupiny alkalických kovů, se smíchá s činidlem obsahujícím a) alespoň jednu látku ze skupiny zahrnující uhličitany, oxidy, hydroxidy, chloridy, sírany a siřičitany kovů alkalických zemin, zejména Ca, b) alespoň jednu látku schopnou uvolnit při tepelné úpravě chlór a/nebo chlorovodík a/nebo oxid sírový a/nebo oxid siřičitý, přičemž molární poměr množství oxidu sírového a/nebo oxidu siřičitého a/nebo chlóru a/nebo chlorovodíku k celkovému množství alkalických kovů obsažených ve směsi silikátových a/nebo alumosilikátových minerálů s činidlem je roven alespoň 0,5, přičemž velikost zrn každé ze složek směsi je nejvýše 0,25 mm a tato směs se podrobí homogenizaci, zkusovění na velikost agregátů 1 mm až 125 mm s pevností v tlaku alespoň 0,3 MPa a dále zahřátí v pohybující se vrstvě o síle alespoň 500 mm a rychlosti pohybu 0,01 až 0,3 m.s-1, na teplotu v rozmezí 800 °C až 1250 °C po dobu 15 minut až 150 minut při tlaku 90 kPa až 2 MPa, k plné nebo alespoň částečné dekarbonataci přítomných uhličitanů kovů alkalických zemin, dehydroxilaci a narušení struktury silikátových a/nebo alumosilikátových minerálů, uskutečnění výměnných chemických reakcí, za vzniku spečence obsahujícího zejména silikáty a/nebo alumosilikáty kovů alkalických zemin a sole alkalických kovů, přičemž tento spečenec se následně podrobí tepelné úpravě v oxidačním prostředí k získání soli alespoň jednoho alkalického kovu a alespoň jednoho přetaveného vitrifikovaného silikátu a/nebo alumosilikátu alespoň jednoho kovu ze skupiny alkalických zemin.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu získávání sloučenin lithia (Li) a dalších alkalických kovů.
Dosavadní stav techniky
Alkalické kovy, zejména vzácnější alkalické kovy, například lithium (Li), rubidium (Rb) a cesium (Cs), ale také draslík (K) a sodík (Na) jako vedlejší užitkové složky, lze ze silikátových, alumosilikátových, fosfátových a dalších minerálů, jako jsou lepidolit, cinvaldit, spodumen, petalit, pollucit, amblygonit, získávat několika různými cestami.
První cestou je vyluhování v autoklávu za zvýšené teploty a tlaku v kyselém prostředí, nejčastěji pomocí minerálních kyselin jako kyseliny sírové, chlorovodíkové nebo pomocí dalších kyselin. Obvykle se využívá H2SO4, jako nejlevnějšího a nejdostupnějšího kyselého činidla. Pro autoklávové vyluhování v alkalickém prostředí se jako nej dostupnějšího činidla využívá roztoků NaOH nebo Na2CO3. Jsou známy způsoby autoklávového vyluhování v neutrálním prostředí například za pomoci roztoků NaCl, NaSO4, CaCl2 a dalších solí. Za zvýšeného tlaku a teploty je struktura minerálů disociována a alkalické kovy se rozpouští. Silikátový, respektive alumosilikátový zbytek se usazuje ve formě kalu na dně autoklávu.
V alkalickém prostředí za zvýšených tlaků a teplot se část silikátového anionu rovněž rozpouští. Po vyluhování a vyvedení roztoků z autoklávu je rozpuštěná část SiO2 vysrážena pomocí CO2 (nejčastěji pomocí ve vzduchu obsaženého CO2) ve formě křemičitého gelu. Nevýhodou autoklávových metod je vysoká investiční náročnost, nezbytnost dekripitace nebo jemného mletí před vyluhováním v autoklávu, nízká produktivita vyluhování a vznik většinou obtížně využitelného odpadu - alumosilikátového či silikátového loužence, který končí na skládkách inertního odpadu.
Druhou, pravděpodobně nej rozšířenější cestou získávání alkalických kovů je spékání, jinak také nazývané syntrace, minerálů obsahujících alkalické kovy s různými, tzv. spékacími činidly, zejména CaCO3, CaO, (Ca,Mg)CO3, MgCO3, MgO, CaSO4, CaCl, Na2SO4, NaCl, NaOH, Na2CO3, K2SO4, případně některými dalšími, nebo jejich směsmi v různých poměrech. Ke spékání dochází v pecích v teplotním rozmezí od 700°C až do 1150°C. Při spékání dojde k rozkladu silikátových, alumosilikátových či fosfátových minerálů, uvolnění alkalických kovů do rozpustné formy, oddělení aniontové složky v nerozpustné formě nebo se na aniontovou složku původních minerálů navážou kovy alkalických zemin za vzniku nerozpustných křemičitanů, hlinitokřemičitanů či fosforečnanů. Vzniklé spečence se vyluhují ve vodném nebo slabě kyselém prostředí. Některé typy spečenců se buď ještě žhavé vhazují do vody, kde se samy rozpadají, nebo se za přístupu vzduchu rozpadají před vyluhováním samy, jiné typy je před vyluhováním nezbytné rozemlít.
V bývalém ČSSR byl v ChZJF v Kaznějově vyzkoušen a v průmyslovém měřítku v letech 1958 až 1967 provozován způsob spékání cinvalditového koncentrátu z Cínovce s K2SO4 v rotační peci. Zpracováno bylo celkem 24311 tun cinvalditového koncentrátu s celkovým obsahem 308 t Li. Výtěžnost Li byla nízká a dosahovala cca. 55 %, kromě Li nebyly získávány žádné další alkalické prvky. Pro nízkou efektivitu byla výroba v r. 1967 zastavena a potřeby průmyslu v solích Li, Rb a Cs byly kryty dovozem ze SSSR. Je znám způsob podle patentu CN104649302 A Method for accjuiring lithium carbonate in zinnwaldite, který popisuje způsob spékání cinvalditu se spékacími činidly a dále vyluhování spečence vodou ke zvýšení výtěžnosti uhličitanů Li, Rb a Cs do výluhu. Je znám způsob podle patentu CN 103979809 A Method for preparing low-clinker white silicate cement by using lepidolite lithium extraction residue, kdy je zpracováván louženec po získávání Li ze spečence lepidolitu, jako součást při výrobě bílého portlandského cementu pomocí společného
- 1 CZ 2022 - 38 A3 mletí tohoto loužence spolu s bílým portlandským slinkem, sádrovcem a vápnem. Tento postup umožňuje využití jinak těžko uplatnitelných odpadů po získávání Li a dalších alkalických kovů ze silikátových minerálů. Za legislativních podmínek platných v EU není tento způsob využití odpadů realizovatelný.
Jak vysokotlaké vyluhovací postupy v autoklávu, tak spékací postupy jsou investičně i provozně značně náročné. Nevýhodou spékacích procesů je kromě jejich energetické náročnosti také vznik značného množství emisí CO2 a pevného inertního, pouze obtížně využitelného odpadu - loužence z vyluhování spečenců. Proto se dnes těmito metodami průmyslově zpracovávají pouze bohatší polucitové, spodumenové nebo amblygonitové rudy. Chudší silikátové rudy, jako cinvaldit, polylithionti, lithionit, Li - muskovit a další nejsou pomocí dosud známých metod ekonomicky efektivně zpracovatelné.
V dnešní době jsou hlavním světovým zdrojem přírodní solanky, ze kterých se Li získává převážně pomocí metody srážecí, kapalinové extrakce nebo iontoměničů. Z jiných zdrojů mohou, vzhledem k energeticky nákladné extrakci pomocí dosud známých metod, konkurovat pouze bohatší, zejména spodumenové a amblygonitové koncentráty, získané těžbou a úpravou větších pegmatitových těles. Tyto akumulace však nemají příliš velké objemy. Největšími zdroji Li a dalších vzácných alkalických kovů, mimo solanek, jsou především velké akumulace greisenů a lithných granitů bohatých lithnými slídami, především cinvalditem, polylithionitem a Li - muskovitem.
Je znám americký patent z padesátých let minulého století, US 2627452 A, který popisuje postup spékání směsi spodumenu, uhličitanu vápenatého, případně písku a chloridu vápenatého v blíže nespecifikovaném poměru, při teplotách 1100 °C - 12(X) °C k volatilizaci chloridu lithného a jeho oddělení od portlandského slinku. Tento patent má ale několik zásadních nevýhod. První nevýhodou je, že při teplotách v rozmezí dle popsaného způsobu v žádném případě nevznikne portlandský slinek, který by vyhovoval normám a požadavkům na dnes vyráběné typy portlandských slinků pro výrobu cementů, ale směs nehašeného vápna a slinkových minerálů s převahou dikalciumskilátu bez obsahu sklovité fáze a dalších běžných minerálů portlandských slinků. Právě vysoký obsah volného nehašeného vápna naprosto diskvalifikuje pevný zbytek po spékání dle patentu US 2627452 A jako základ pro výrobu stavebních pojiv. To je důsledkem toho, že teplota 1100 °C - 1200 °C je pro vznik portlandských slinků příliš nízká a autoři tohoto způsobu evidentně neznali dobře technologii výroby portlandského slinku. Další nevýhodou je, že při takto nízkých teplotách sice vytěká značná část alkálií, nicméně s efektivitou obvykle nepřesahující 85 % - 90 % a jejich část tak zůstává ve spečenci a znehodnocuje jeho užitné vlastnosti jako pojiva, které pak může snáze vyvolat alkalickou reakci kameniva. Rovněž nebere v úvahu možnost přivádění do pece Cl z jiného zdroje než CaCl2, zejména pak plynného chlóru nebo chlóru obsaženého v palivech s obsahem chlorovaných organických látek, jako jsou PVC, chloroprenový kaučuk a řada dalších. Dále neřeší možnost použití pro spékání vápenatých hornin s nižším obsahem CaCO3, jako například jílovité vápence nebo slínovce. Tento aspekt je velmi důležitý, protože ne vždy se nachází poblíž zdrojů Li silikátových minerálů dostatečně čisté vápence. Dalším patent US 1202327 A popisuje možnost získávání sloučenin alkalických kovů při výrobě portlandského slinku za přítomnosti paliva obsahujícího síru a za přítomnosti vodní páry v kalcinační zóně pece. Tento způsob je nepraktický z hlediska vzniku hydratovaných, velmi lepivých solí alkalických kovů, které komplikují další proces jejich zpracování. Patent US 2627452 A popisuje získávání chloridů Li a K za pomoci zpracování mokré mleté cementářské suroviny s přídavkem β - spodumenu a roztoku CaCl. Tento způsob je velmi neefektivní již proto, že se dnes mokrý způsob výroby cementů prakticky nepoužívá kvůli jeho vysoké energetické náročnosti, způsobené odpařováním vody v cementářské peci, nicméně poskytuje relativně vysokou výtěžnost Li. Patent US 2776202 A řeší snížení teploty spékání slinků petalitu a spodumenu spolu s vápencem z teplotního rozmezí 1100 °C - 1200 °C pomocí přidávání slídového minerálu lepidolitu se zvýšeným obsahem fluoru, na teplotní rozmezí 850 °C - 1000 °C, ale ze vzniklých slinků nejsou alkalické kovy uvolňovány pomocí těkání, ale vyluhováním ve vodě. Technická řešení získávání chloridů Li a dalších alkalických kovů podle patentů US 3024082 A a US 3024083 A jsou
- 2 CZ 2022 - 38 A3 pravděpodobně nejbližší, řešení navrhovanému v této patentové přihlášce. Zabývají se ale pouze získáváním Li a případně dalších alkalických kovů ze spodumenu, tedy nikoliv z fylosilikátových minerálů, jako vedlejších produktů výroby portlandského slinku, při závazném využití předkalcinace surovinové směsi. Nejsou řádně popsány poměry mezi jednotlivými složkami surovinové směsi, je evidentní, že se neuvažuje o možnosti získávání sloučenin alkalických kovů například při procesu tavení vápníkem chudších materiálů, než jsou portlandské slinky, tedy například bazických nebo kyselých strusek. Pouze ve druhém z těchto dvou patentů je řádně uvedeno rozmezí teplot, při kterých je volatilizace chloridů alkalických kovů prováděna. Pro extrakci alkalických kovů řešení využívá pouze chlór uvolněný z jediného zdroje - chloridu vápenatého. Nezmiňuje se o možnosti zpracování jiných minerálů než spodumenu, neřeší možnosti selektivního získávání jednotlivých alkalických kovů ani rekuperaci tepelné energie při kondenzaci chloridů alkalických kovů. Nebere v úvahu ani vliv fluoru na snížení teploty vzniku slinků nebo tavenin strusek ani vliv na fázové složení slinků. Patent US 3087782 A popisuje možnosti těkání Li a dalších alkalických kovů z rud lithia při zvýšené teplotě ve vakuu. Rovněž řešení uváděné v tomto patentu má podobné nedostatky jako řešení popisovaná v předchozích dvou zmíněných patentech. V patentu US 4285194 A je popsáno řešení získávání Li sorobvaného v jílovém minerálu, tedy rovněž jednom z druhů fylosilikátů, pomocí jeho spékání s CaO nebo CaCO3 v přítomnosti plynné směsi H2O - HCl za teplot v rozmezí 450 °C - 950 °C. Kromě podobných nedostatků, jako řešení popisovaná v patentech US 3024082 A, US 3024083 A a US 3087782 A, má řešení popsané v US 4285194 A další nevýhodu v tom, že vzniklý spečenec se dá jen velmi obtížně využít ve stavebnictví, protože v daném teplotním rozmezí a daném chemickém složení nemůže vzniknout plnohodnotný materiál jako je portlandský slinek, možná snad hydraulické vápno.
Známý je způsob získávání alkalických kovů ze silikátových minerálů, který je založen na tom, že se silikátový minerál obsahující alkalické kovy přidá k vápenci jako součást korekčních složek suroviny pro výpal portlandského slinku. V běžné cementářské rotační peci, vybavené chloridovým by-passem, ve kterém se při spalování tuhých alternativních paliv uvolňuje Cl2 a reaguje s alkáliemi v cementářské surovině za vzniku chloridů, které přednostně přecházejí do chloridového by-passu v podobě tzv. chloridových odprašků spolu s podílem prachu odtahovaného z pece. Velmi podobné jsou známé způsoby výroby portlandských cementů s nízkým obsahem alkalických kovů z současného získávání alkalických kovů. Tyto stávající by-passy nemají dostatečnou kapacitu pro efektivní zpracování větších množství surovin obsahujících alkalické kovy vč. lithia a umožňuje zpracování poměrně malých množství takových surovin. Při větším přidáním takových surovin, jako korekčních surovin způsobuje v tomto případě k vysokým ztrátám alkalických kovů do cementářských slinků a zároveň ke znehodnocování slinků kvůli neúměrně vysokým obsahům alkalických kovů ve slinku. Známá je celá řada zahraničních patentů, které řeší výrobu nízkoalkalických cementů za současného získávání alkalických kovů nebo patentů, které volatilizačním způsobem získávají ze silikátových rud Li. Jedná se zejména o následující patenty: CN 101607796 A; CN 201530782 U; GB 891784 A a GB 804962 A. Kromě toho, že dochází ke ztrátám alkalických kovů jejich částečným přechodem do slinku, není příliš vhodný ani samotný způsob chlazení plynných zplodin obsahujících volatilizované sloučeniny alkalických kovů. Zchlazení je dosahováno ve směšovací komoře přisáváním chladícím vzduchem z vnějšího prostředí. Tím jsou zapříčiněny významné ztráty tepla, které již není v plné míře využitelné pro předehřev a zejména pro předkalcinaci surovinové směsi, obsahující CaCO3. Patenty US 2003023127 A a US 7265254 B sice řeší způsob utilizace odpadů s vysokým obsahem chlóru a to i v případě, že celý systém obsahuje málo kovů alkalických zemin. V takovém případě alkalické kovy přechází ve značné míře do skelné fáze, protože směs neobsahuje nezbytné minimální množství Ca nebo dalších kovů alkalických zemin.
Nedostatky výše uvedených způsobů získávání alkalických kovů zejména z chudých silikátových rud se snaží odstranit způsoby popsané patenty CZ 306932 B6 a CZ 307465 B6, které využívají modifikovanou technologii výroby portlandského slinku nebo analogu granulované vysokopecní strusky v rotační peci ze surovinové směsi, obsahující CaCO3 za teplot vyšších než 1000 °C, respektive v teplotním rozmezí 1100 °C až 1700 °C a do procesu je přidávání chlór například ve
- 3 CZ 2022 - 38 A3 formě paliv, které jej obsahují nebo CaCl2, případně směsi vápence a HCl. Vytěkané sloučeniny (chloridy) alkalických kovů jsou odsávány na vstupní straně rotační pece. Proto musí být před rotační pecí předřazen předkalcinátor nebo alespoň předehřívač, protože surovina na vstupu do pece musí být předehřátá na vysokou teplotu, aby vytěkané sloučeniny alkalických kovů nekondenzovaly dříve, než jsou z prostoru pece odsáty. I tyto způsoby mají své nevýhody. Jak již bylo uvedeno, surovinová směs musí do pece vstupovat předehřátá na vysokou teplotu, a to alespoň na 800 °C a naprosto suchá. Celý proces výměnné reakce mezi silikáty, respektive alumosilikáty obsahujícími alkalické kovy a Cl, respektive sloučeninami Cl, např. CaCl2 , tedy vznik chloridů alkalických kovů a jejich vytěkání a odsátí, vznik portlandského slinku nebo sklovité strusky pak probíhá v rámci procesu spékání, pražení nebo tavení v rotační peci za teplot vyšších než 1000 °C, ale většinou v rozmezí 1250 °C až 1600 °C. Proto je nutné mít velmi odolnou, tedy i drahou vyzdívku rotační pece, energetické náklady jsou relativně vysoké a navíc je proces v závislosti na vstupních podmínkách poměrně složité udržet stabilní, zejména v případě, kdy je v rotační peci produkován analog granulované vysokopecní strusky. Je nezbytné udržet teplotní podmínky a rychlost průchodu surovinové směsí pecí tak, aby do vznikajícího portlandského slinku nebo strusky vstupovalo minimum alkalických kovů, respektive aby jejich maximum vytěkalo a bylo odsáto do kondenzačního zařízení. Při výrobě portlandského slinku je nezbytné, aby byl poměr Ca:Si v surovinové směsi byl alespoň 2:1. Protože Ca přechází do slinku zejména z CaCO3, je proces poměrně energeticky náročný (podobně jako samotný proces výroby portlandského slinku), produkuje velké množství emisí CO2 a do surovinové směsi lze, vzhledem k normou stanovenému požadavku na poměr Ca:Si přidat jen relativně omezené množství silikátů, resp. alumosilikátů. Proto je u posledně uvedených patentů kladen důraz na produkci sklovité strusky, u které může být poměr Ca:Si již 1: 1 nebo i nižší a tyto strusky jsou využitelné zejména pro výrobu cementů, dalších stavební, zejména geopolymerních pojiv, izolačních materiálů nebo jiných produktů. Ale udržení stability produkce sklovité strusky je ještě náročnější než v případě portlandského slinku a vyžaduje si často doplňková technická opatření. Zároveň výše uvedené patenty a přihlášky neřeší ztráty tepelné energie, které mohou být pro ekonomiku procesu zásadní.
Všechny výše popsané způsoby s sebou stále přináší některé problémy a nedostatky, které umožňuje odstranit níže popsané řešení získávání sloučenin alkalických kovů ze silikátových a alumosilikátových minerálů a jejich koncentrátů, které je investičně, energeticky, provozně a také enviromentálně šetrné a z hlediska výtěžnosti Li pravděpodobně i efektivnější, než výše uvedené způsoby.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je způsob získávání sloučenin prvků ze skupiny alkalických kovů, jehož podstata spočívá v tom, že se alespoň jeden minerál ze skupiny silikátů a/nebo alumosilikátů, obsahující alespoň jeden prvek ze skupiny alkalických kovů, smíchá s činidlem obsahujícím a) alespoň jednu látku vybranou ze skupiny zahrnující uhličitany, oxidy, hydroxidy, chloridy, sírany a siřičitany kovů alkalických zemin, zejména Ca, b) alespoň jednu látku schopnou uvolnit při tepelné úpravě chlór a/nebo chlorovodík a/nebo oxid sírový a/nebo oxid siřičitý, přičemž molární poměr uvolněného množství oxidu sírového a/nebo oxidu siřičitého, přičemž molární poměr množství oxidu sírového a/nebo oxidu siřičitého a/nebo chlóru a/nebo chlorovodíku k celkovému množství alkalických kovů obsažených ve směsi silikátových a/nebo alumosilikátových minerálů s činidlem je roven alespoň 0,5, přičemž velikost zrn každé složky směsi je nejvýše 0,25 mm a tato směs se podrobí homogenizaci, zkusovění na velikost agregátů 1 mm až 125 mm s pevností v tlaku alespoň 0,3 MPa a dále zahřátí ve vertikálně či subvertikálně se pohybující vrstvě o síle alespoň 500 mm a rychlosti pohybu 0,01 až 0,3 m.s-1, na teplotu v rozmezí 800 °C až 1250 °C po dobu 15 minut až 150 minut při tlaku 90 kPa až 2 MPa, k plné nebo částečné dekarbonataci uhličitanů kovů alkalických zemin, pokud jsou ve směsi přítomny, dehydroxilaci a narušení struktury silikátových a/nebo alumosilikátových minerálů, uskutečnění výměnných chemických reakcí, přičemž vznikne spečenec obsahující v převážné míře silikáty a alumosilikáty kovů alkalických zemin, zejména Ca a chloridy a/nebo sírany a/nebo siřičitany
- 4 CZ 2022 - 38 A3 alkalických kovů, který je případně rozpojen (dezaglomerován) a následně podroben tepelné úpravě v oxidačním prostředí k získání sloučenin alkalických kovů a k roztavení a vitrifikaci silikátů a alumosilikátů alkalických zemin.
Podle jednoho výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu je poměr (CaO + MgO): SiO: ve směsi silikátových a/nebo alumosilikátových minerálů s činidlem roven alespoň 1 a obsah (CaO + MgO) + S1O2, přepočtený na obsah oxidů ve směsi silikátových a/nebo alumosilikátůvých minerálů s činidlem je alespoň 66,67 % hmotnosti.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu se alespoň jeden minerál ze skupiny silikátů a/nebo alumosilikátů, obsahující alespoň jeden prvek ze skupiny alkalických kovů samotný nebo spolu s činidlem nebo s alespoň jednou látkou, kterou činidlo obsahuje, podrobí před zkusověním mechanochemické aktivaci ve vysokorychlostním protiběžném dvourotorovém mlýně, při vstřícné obvodové rychlosti rotorů nejméně 120 m.s-1.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu se do směsi silikátového a/nebo alumosilikátového minerálu spolu s alespoň jednou látkou ze skupiny zahrnující uhličitany, oxidy, hydroxidy a sírany kovů alkalických zemin a zejména Ca, přidá roztok alespoň jedné látky ze skupiny chloridů alkalických zemin, zejména Ca a/nebo se na tuto směs působí kyselinu chlorovodíkovou a/nebo sírovou a/nebo siřičitou, nebo jejím roztokem.
Podle jiného výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu se ke směsi silikátového a/nebo alumosilikátového minerálu spolu s alespoň jednou látkou ze skupiny zahrnující uhličitany, oxidy, hydroxidy a sírany kovů alkalických zemin a zejména Ca, přidá před a/nebo v průběhu a/nebo po zkusovění tuhé palivo, sloužící jako zdroj energie pro zahřátí této směsi.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu se Cl a/nebo HCl a/nebo SO3 a/nebo SO2, přivádí do zařízení pro ohřev zkusověné směsi při jejím zahřívání na teplotu v rozmezí 800 °C až 1250 °C jako složka paliva a/nebo plynů vyhřívajících zařízení pro ohřev.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu je zkusověná směs silikátových a/nebo alumosilikátových minerálů s činidlem zahřívána ve vertikálně a/nebo subvertikálně se pohybující vrstvě, přičemž rychlost pohybu vrstvy je 0,01 až 0,3 m.s-1.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu mají pohyb zahřívané vrstvy zkusověné směsi a plynů v zařízení pro ohřev stejný směr.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu je směs ve vertikálně a/nebo subvertikálně se pohybující vrstvě zahřívána nepřímo.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu je směs ve vertikálně a/nebo subvertikálně se pohybující vrstvě zahřívána nepřímo pomocí indukce střídavým elektromagnetickým polem o frekvenci 10 Hz až 500 Hz.
Podle jiného výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu je rozpojený spečenec ve vznosu podroben šokovému zahřátí v oxidačním prostředí na teplotu v rozmezí 1450 °C až 3000 °C po dobu nejvýše 5 sekund k odpaření sloučenin alkalických kovů a plnému roztavení silikátů a/nebo alumosilikátů kovů alkalických zemin.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu je spečenec před šokovým zahříváním rozpojen na zrna o velikosti menší než 0,2 mm.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu mají zrna rozpojeného spečence při počátku jejich šokového zahřívání teplotu alespoň 500 °C.
- 5 CZ 2022 - 38 A3
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu se šokové zahřívání provádí ve vysokoteplotním plazmovém výboji nebo plameni plynového hořáku, přičemž je materiál rozpojeného spečence rozptýlen v proudu vzduchu a/nebo kyslíku a/nebo směsi paliva se vzduchem a/nebo kyslíkem v poměru 300 g/m3 až 5000 g/m3 a je přiveden do tohoto plazmového výboje nebo plamene hořáku.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu je spalování paliva v hořáku aktivováno působením alespoň jednoho z následujících: mikrovlnné záření, vysokofrekvenční magnetické pole, stejnosměrný elektrický výboj, střídavý elektrický výboj, předehře v spalovacího vzduchu.
Podle dalšího výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu je silikátová a/nebo alumosilikátová tavenina zchlazena rychlostí alespoň 8 °C za 1 sekundu na teplotu nižší než 500 °C k její plné vitrifikaci.
Vynález je založen na tom, že při tepelné úpravě alespoň jednoho silikátového a nebo alumosilikátového minerálu obsahujícího Li a další alkalické kovy, jako například spodumen, polucit, lepidolit, cinvaldit (KLiFe2+Al(AlSi3)Ow(F,OH)2) atd., za přítomnosti činidla obsahujícího jednak kovy alkalických zemin, zejména Ca a jednak látky schopné uvolnit těkavé plyny, jako je Cl2, SO3 a další, dojde k rozkladu struktury silikátových nebo alumosilikátových minerálů. Látkami schopnými uvolnit těkavé plyny mohou být podle výhodného uskutečnění i některé typy alternativních paliv. K rozkladu těchto minerálů dochází tak, že se nejprve uvolní F a OH vázané v (F, OH) skupině, pokud jsou v těchto minerálech přítomny a zároveň dojde k plné nebo částečné oxidaci FeII+ na Fem+ (pokud je v minerálu přítomno), uvolnění jedné molekuly H2O a následnému vytvoření molekuly HF a její reakci s křemíkem SiO2 tetraedrů ve struktuře fylosilikátu a vytvoření kyseliny fluorokřemičité. Dále, nebo pokud nejsou přítomny skupiny (F, OH) a Fe, tak například u minerálu spodumenu LiAl(Si2O6), dojde za přítomnosti sloučenin kovů alkalických zemin, zejména vápníku, k destrukci struktury silikátu nebo alumosilikátu tak, že se Si a Al spojí s kovem alkalických zemin. Tím se uvolní alkalické kovy v podobě oxidů. Tyto ve formě oxidů nejsou schopny těkat za teplot nižších než 1700°C. Ale za teplot v rozmezí již 800°C - 1000°C vytvoří spolu s chlórem, případně SO3 sole, které jsou schopné při teplotách v rozmezí teplot 900°C - 1670°C stupňů těkat. Při sníženém tlaku jsou tyto sloučeniny schopné těkat již v rozmezí 750 °C až 1350 °C. Aby mohlo k výše popsaným výměnným reakcím dojít, je nezbytné, aby jednotlivé složky směsi byly jemně mleté a celá směs musí být velice homogenní. Zároveň musí být při spékání směsi silikátového či alumosilikátového minerálu se složkami činidla zachován stechiometrický poměr alkalických kovů a Cl a/nebo SO3 a/nebo SO2. Protože zejména Cl, respektive HCl, ale i SO3 a SO2 mohou těkat za normálního tlaku již při teplotách kolem 400 °C, tedy za teplot nižších, než mohou proběhnout ve směsi výměnné reakce, je žádoucí provést zkusovění směsi a spékání provádět za zvýšeného tlaku, nebo v silnější subvertikálně či vertikálně se pohybující vrstvě, ideálně v souproudém režimu s plyny pohybujícími se při spékání v této vrstvě.
Na rozdíl od doposud známých metod má způsob podle tohoto vynálezu několik zásadních odlišností a výhod a je založen na tepelné úpravě spékáním silikátového a/nebo alumosilikátového minerálu s činidlem, při kterém v závislosti na P/T podmínkách, vlhkosti směsi, na granulometrii zkusověné suroviny, teplotním gradientu při spékání, síle a rychlosti pohybu vrstvy zkusověné surovinové směsi v zařízení k jejímu ohřevu, a na rychlosti, směru a množství plynů procházející touto vrstvou, dojde ke vzniku spečence, obsahujícího chloridy nebo sírany, případně siřičitany Li a dalších alkalických kovů a silikáty a/nebo alumosilikáty kovů alkalických zemin, zejména Ca. Protože je nezbytné, aby Cl, SO2 či SO3 a také alkálie ve směsi zůstali až do úplného proběhnutí všech potřebných reakcí, včetně reakcí výměnných, a aby veškeré alkálie ve spečenci přešly do formy chloridů, síranů či siřičitanů, je zapotřebí provádět spékání za zvýšeného tlaku nebo v silnější vrstvě, ve které dochází k zadržování Cl, HCl, SO2 či SO3 a které tak nemohou snadno z materiálu směsi ještě před vznikem spečence vytěkat. Nejvhodnější zařízení k provádění tohoto procesu je vertikální či subvertikální šachtová pec, ve které lze zajistil, aby nedocházelo k předčasnému úniku
- 6 CZ 2022 - 38 A3 zadržování Cl, HCl, SO2 či SO3 a tedy k úplnému průběhu výměnných reakcí ve směsi při jejím spékání. V těchto zařízeních lze navíc k získání energie potřebné ke spékání využít tuhá paliva, včetně tuhých alternativních paliv, což umožňuje zlepšit ekonomickou bilanci procesu spékání.
Materiál spečence, který se při běžných postupech dále vyluhuje vodou či slabým kyselým roztokem k získání roztoků solí alkalických kovů je ale v tomto případě výhodně ještě za horka podroben rozpojení (dezaglomeraci) a další tepelné úpravě, s cílem co nejefektivnějšího odpaření sloučenin alkalických kovů a roztavení a následné vitrifikaci silikátů a/nebo alumosilitkátů kovů alkalických zemin, zejména Ca, přítomných ve spečenci. Oxidační atmosféra při odpařování sloučenin alkalických kovů a tavení silikátů a/nebo alumosilikátů kovů alkalických zemin je potřebná zejména tehdy, když je v některé ze složek směsi přítomno Fe alespoň v množství 2 % hmot., které za oxidačních podmínek přejde na Fe1114, což je výhodné pro využití silikátového či alumosilikátového podílu materiálu spečence po odstranění sloučenin alkalických kovů, který obvykle Fe obsahuje, při výrobě stavebních pojiv.
Jako nejefektivnější způsob tepelné úpravy, při kterém velmi efektivně vytěkají sole alkalických kovů a materiál spečence je přeměněn na taveninu, se jeví jeho šokové zahřátí v oxidačním prostředí ve vznosu za teplot v rozmezí 1450 °C až 3000 °C a to po dobu prvních desetin sekundy až do zhruba 5 sekund. Před tímto šokovým zahřátím je potřeba, výhodně ještě za horka, spečenec s obsahem solí alkalických kovů rozpojit na co nejmenší částice, ale ne větší než 0,2 mm. Malá velikost zrn rozpojeného (dezaglomerovaného) spečence, umožňuje při šokovém zahřátí ve vznosu velmi rychlé a dokonalé přetavení silikátových a alumosilikátových složek spečenců a velmi rychlé a efektivní odpaření chloridů a síranů alkalických kovů případně chloridů alkalických zemin. Jemné mletí, nejlépe na velikost zrn pod 50 μm, jak ukázaly experimenty, je potřebné zejména v případě spečenců s obsahem síranů alkalických kovů. Rovněž pro sírany obsahující spečence je potřebné použití vyšších teplot pro jejich odpaření a zároveň nižšího poměru pevné látky ke spalovacímu vzduchu či kyslíku v evaporačním hořáku. Na základě dosavadních experimentů se pro šokovou evaporaci jeví jako efektivnější receptury spečenců obsahujících hlavně chloridy alkalických kovů. Oxidační prostředí zajišťuje přechod veškerého v materiálu přítomného Fe na trojmocnou formu. V této formě se pak stane Fe složkou silikátové nebo alumosilikátové taveniny. Směs přetavených drobných kapiček silikátové či alumosilikátové taveniny ve vznosu a vytěkaných solí alkalických kovů pak lze šokově ochladit proudem chladného vzduchu nebo vody, například sprchováním ve venturiho pračce či podobném zařízení. Při prudkém ochlazení se přemění kapičky taveniny na drobné sférické skelné částice. V případě chlazení vzduchem kondenzují vytěkané soli alkalických kovů na povrchu těchto sférických částic, které je tak následně nezbytné oddělit promýváním ve vodě. Šokové zahřátí ve vznosu je velmi efektivní způsob souběžného odpaření solí alkalických kovů a přetavení silikátů a alumosilikátů kovů alkalických kovů a jejich přeměny na skelnou fázi. Je ale vzdálenější od tradičních procesů, využívaných ve výrobě cementů nebo jiných stavebních pojiv, kde se k provádění tepelných procesů používají zejména rotační pece.
Podle výhodného uskutečnění způsobu podle vynálezu se k následnému odpaření solí alkalických kovů ze spečence využívá pražení v rotační peci. Spečenec s obsahem solí alkalických kovů může být ve druhé fázi, výhodně po jeho rozpojení na zrna menší než 5 mm, podroben pražení, výhodně v rotační peci za teplot v rozmezí 800 °C - 1350 °C a sníženém tlaku, tedy tlaku nižšímu, než je tlak atmosférický při odsávání plynů, jejichž součástí jsou odpařené sloučeniny alkalických kovů, které při sníženém tlaku a neustálému pohybu zrn spečence těkají při nižších teplotách, než je obvyklé za atmosférického tlaku a za statických podmínek. Materiál spečence po extrakci solí alkalických kovů pražením ale není dobře využitelný pro výrobu stavebních pojiv, protože obsahuje v převážné míře krystalické fáze, jako jsou gehlenit, mervinit, larnit, grossulár, wollastonit atp., které nejsou hydraulicky ani pucolánově aktivní. Hydraulicky či pucolánově aktivních fází, jako je skelná fáze, brownmillerit či grossit obsahuje jen podřadné množství. Aby byl tento materiál dobře využitelný pro výrobu hydraulických pojiv, např. cementů, je třeba jej následně vitrifikovat. Zároveň je potřeba zajistit, aby Fe, pokud je v materiálu spečence přítomno, přešlo veškeré na trojmocnou formu. Proto musí již při pražení, nebo dále při přetavení být
- 7 CZ 2022 - 38 A3 zajištěny oxidační podmínky. Přetavení v tenké vrstvě za oxidačních podmínek lze zajistit například v kontinuální vanové sklářské peci za teplot přesahujících většinou 1350 °C nebo opět ve přetavením ve vznosu.
Při tomto postupu potřebujeme ale tři základní technologické fáze. V první fází je vytvoření primárního spečence s obsahem chloridů, síranů nebo siřičitanů alkalických kovů. Druhou fází je pražení a odpařování sloučenin alkalických kovů za sníženého tlaku. Ve třetí fázi pak dojde k přetavení alumosilikátového podílu. Provádění těchto tří fází je ale poměrně složité a je obtížné a běžně dostupné vanové sklářské pece, ve kterých by bylo možné kontinuální tavení spečence zbaveného solí alkalických kovů provádět nemají většinou dostatečně vysokou kapacitu. Proto lze přetavení ve sklářské peci nahradit opět šokovým přetavením ve vznosu. Nicméně provedení celého postupu pouze ve dvou základních fázích, tedy v první fázi vytvoření spečence s obsahem solí (chloridů, síranů či siřičitanů) alkalických kovů a ve druhé fázi následné současné odpaření těchto solí a přetavení alumosilikátového podílu při tavení ve vznosu, například ve vysokoteplotním plynovém hořáku je efektivnější.
První fáze zůstává v obou případech stejná, tedy vytvoření primárního spečence s obsahem alkalických kovů. Další dvě fáze lze sloučit tak, že je primární spečenec rozpojen (dezaglomerován) na velmi drobné částice, což výrazně zvyšuje efektivitu odpařování solí alkalických kovů a přetavení alumosilikátového zbytku spečence. Takto rozpojený primární spečenec se podrobí šokovému zahřátí ve vznosu, například ve vysokoteplotním hořáku či plazmatronu za teplot vyšších než 1450 °C. V této fázi dojde v průběhu zlomků sekundy až několika prvních sekund současně k odpaření sloučenin alkalických kovů a přetavení silikátových a alumosilikátových složek spečence. Šokové zahřátí ve vznosu zároveň umožňuje udržet v průběhu tavení silikátových a alumosilikátových fází vysoce oxidační prostředí. Tento postup je výhodný i z kapacitních důvodů.
Pokud je spečenec s obsahem solí alkalických kovů vytvořen na bázi fylosilikátových minerálů, které obsahují zvýšené množství F, bývají součástí tohoto spečence v malé míře i fáze jako je fluorit (CaF2) nebo cuspidin Ca4Si2O7(F,OH)2. Při následné tepelné úpravě dochází ke snížení teploty vzniku skelné fáze a to i při šokovém zahřátí a to často o více než 100 °C. Zároveň má skelná fáze sníženou viskozitu a proto se z ní chloridy nebo sírany alkalických kovů snadno uvolňují rovněž při nižších teplotách, než je tomu běžné, pokud by upravované minerály neobsahovaly F. V závislosti na poměru Ca:Si, tedy sycení systému vápníkem, teplotě a délce šokové úpravy a rovněž podmínky rychlého chlazení, alespoň 50 °C.s-1, má zbytkový materiál po získávání Li a dalších alkalických kovů formu kyselé, bazické či ultrabazické sklovité fáze, tvořené především drobnými sklovitými sférickými částicemi - mikrosférami. Ke spékání silikátů a/nebo alumosilikátů spolu s činidly v první fázi úpravy, tedy vytváření spečence, za teplot v rozmezí 800 °C až 1250 °C, v případě použití chloridových činidel většinou v rozmezí 800 °C až 900 °C je výhodné, aby byla směs zkusověná, nejlépe ve formě pelet, granulí či briket z důvodu lepšího přestupu tepla, eliminace úniku Cl, HCl, SO2 či SO3 a také nedochází k významnějším reakcím ani s kyselými vyzdívkami na bázi šamotů. Při následném šokovém zahřátí, ke kterému dochází v plameni vysokoteplotního hořáku nebo ve výboji plazmatronu, nedochází ke kontaktu se stěnami vůbec nebo jen ve velmi omezeném měřítku. Proto je způsob získávání Li podle tohoto vynálezu materiálově, energeticky i environmentálně velmi úsporný, neboť si vyžaduje menší objem surovin, nebo méně kvalitních surovin a také produkuje menší objem emisí CO2, ve srovnání s dříve známými způsoby. Pevné skelné zbytkové produkty neobsahují také žádné volné CaO a mohou být použity jako analog granulované vysokopecní strusky či jako vysoce kvalitní pucolány. Tyto sklovité partikule lze domílat, výhodně ve vysokorychlostním protiběžném mlýnu, který dovoluje i zpracování těchto materiálů do vlhkosti zhruba 30 % a jejich současné sušení. Při poměru CaO:SiO2 nižším než 1, vznikají tzv. kyselá skla. Po jemném pomletí je lze použít jako vysoce kvalitní pucolány pro přípravu pucolánových nebo směsných cementů. Proto jsou pevné produkty této úpravy, mikrosféry s naprostou převahou skelné fáze vhodné k použití jako pojiva nebo součást pojiv výrazně omezujících riziko vzniku alkalické reakce kameniva. Pro přípravu hydraulických pojiv na bázi pevných zbytkových produktů po získávání Li a dalších alkalických
- 8 CZ 2022 - 38 A3 kovů dle tohoto vynálezu, je vhodné využití vysokorychlostního mletí či vibračních nebo horizontálních válcových mlýnů, protože některé typy mlýnů, jako třeba kulové mlýny nemusí být ke zpracování jemného vstupního materiálu o zrnitosti nižší než 200 pm dostatečně efektivní.
Řešení podle tohoto vynálezu je vhodné zejména pro zpracování chudších alumosilikátových, zejména fylosilikátových rud Li a dalších alkalických kovů, v případě, že je potřeba zpracovávat větší množství těchto rud při nižším poměru vápníku ke křemíku a hliníku, tedy ne jako doprovodný proces výroby cementářských slinků, ale výroby sklovitých latentně hydraulických látek nebo pucolánů. Rovněž žádný z výše uvedených patentů ani přihlášek nepoužívá pro získávání alkalických kovů ze silikátových a/nebo alumosilikátových materiálů proces rozdělený do dvou a více fází, přičemž první fáze je vytvoření spečence obsahujícího většinou krystalické silikáty a alumosilikáty alkalických zemin, zejména Ca a sole, zejména chloridy či sírany alkalických kovů. V první fázi je důležité, aby Cl a/nebo HCl a/nebo SO3 a/nebo SO2 nevytěkali ze směsi dříve, než dojde k vytvoření solí alkalických kovů a neklesala tak výtěžnost procesu pod přípustnou hranici. To je zajištěno tím, že je směs silikátů a/nebo alumosilikátů obsahem alkalických kovů spolu s činidlem zkusověna a zahřívána na teploty v rozmezí 800 °C až 1250 °C za zvýšeného tlaku a/nebo v silnější vrstvě, ve které když dojde k vytěkání Cl a/nebo HCl a/nebo SO3 a/nebo SO2, jsou tyto aniony v chladnější zóně vrstvy opět zachyceny alkalicko - zeminovou složkou činidla. Aby bylo riziko vytěkání Cl, HCl, SO2 či SO3 eliminováno, je potřeba provádět spékání zkusověné směsi v silnější pohyblivé vrstvě směsi. Toho lze dosáhnout nejlépe ve speciálně upravených šachtových předehřívačích či šachtových pecích. Při protiproudém spékání, tedy když se plyny procházející vrstvou zkusověné směsi pohybují proti směru jejího pohybu, hrozí, že se budou částečně uvolňovat a vytěkávat z povrchových vrstev partiklulí směsi pro spékání soli alkalických kovů, které budou kondenzovat na povrchu jiných partikulí v chladnějších částech vrstvy. Tyto zkondenzované sole mohou jednotlivé partikule směsi slepovat a bránit tak plynulému průchodu plynů. Proto je potřeba zajistit, aby byl směr pohybu zkusověné směsi ve vrstvě a plynů, které jí prochází, stejný.
Řešení podle tohoto vynálezu umožňuje plné a bezodpadní využití vstupních surovin, snad s výjimkou odpadního CO2, vznikajícího při spalování paliva v hořáku a dekarbonataci uhličitanů kovů alkalických zemin, pokud jsou v surovinové směsi přítomné. Jak již bylo uvedeno, sklovité silikáty a alumosilikáty kovů alkalických zemin lze využít jako složku hydraulických pojiv cementů a geopolymerů. Sklovité mikrosféry lze ale také využít jako abrazivní materiál - balotinu nebo jako náplně do různých filtrů či chemických reaktorů.
Řešení podle tohoto vynálezu, kromě výše uvedeného, umožňuje efektivní využití pro tento proces i směsi s vlhkostí až do zhruba 50 % hmotnosti. Toto řešení rovněž předkládá možnost rekuperace tepla při kondenzaci těkavých sloučenin alkalických kovů, které lze kondenzovat v rekuperačních kondenzačních zařízeních, chlazených vzduchem a/nebo vodou. Směs plynu, respektive vzduchu, spolu s roztavenými alumosilikáty alkalických zemin, především Ca a vytěkané sole, především chloridy alkalických kovů, která vystupuje z hořáku nebo plazmatronu při šokovém zahřátí spečence je zahřátá na vysokou teplotu, a k tomu, aby se kapičky silikátové či alumosilikátové taveniny změnily ve sklo a aby z této směsi zkondenzovaly odpařené sole alkalických kovů je nezbytné tuto vícefázovou směs zchladit. Při tomto procesu lze získat zpět značnou část tepla, které bylo nezbytné do procesu vložit, a které může vstoupit do procesu první či druhé etapy tepelného zpracování surovinové směsi například pro předehřev spalovacího vzduchu pro hořák/y pece ve kterých probíhá spékání či pro hořák/y zajišťuje šokové zahřátí dezaglomerovaného slinku. Případně lze toto teplo využít pro jiné technologické operace, ale na rozdíl od jiných řešení, je užitečně využito, což pozitivně přispívá k ekonomice procesu získávání sloučenin Li a dalších alkalických kovů.
Vynález je dokumentován příklady provedení, aniž by se jimi omezoval.
- 9 CZ 2022 - 38 A3
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Smícháním čistého, jemně kalcitického vápence, jemně mletého cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec a práškového CaCL se vytvoří surovinová směs v poměru uvedeném v tabulce č. 1. Pak se podrobí spolu se 7 % hmotnosti vody, vztaženo ke hmotnosti suchých složek směsi, peletizaci na průměrnou velikost pelet v rozmezí 1 mm - 15 mm a tyto pelety se následně podrobí spékání v šachtové peci za teploty 850°C po dobu 30 min. Při spékání v peci dojde k vysušení směsi, dekarbonataci kalcita, dehydroxilaci cinvaldita, a k reakci mezi CaCL a CaO a S1O2, FeO, AI2O3 a F složek přítomných v cinvaldita a k reakci mezi Cl, resp. HC1 uvolněným z CaCL a alkalickými kovy přítomnými v cinvaldita na spečenec směsi obsahující silikáty, alumosilikáty a fluorosilikáty Ca a Fe a chloridy alkalických kovů. Spečenec této směsi je okamžitě po výstupu z pece ještě za horka rozpojen ve ventilátorovém mlýně - dezaglomerátoru - na zrna o velikosti menší než 150 pm, která jsou smíchána se vzduchem v poměru 2,35 kg zrn/lm3 vzduchu. Takto zvuniklá směs zrn a vzduch je pak použita jako spalovací vzduch v hořáku, ve kterém je při teplotě 1750 °C spalován zemní plyn. Tím dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe, a k odpaření chloridů a fluoridů alkalických kovů současně dojde k vypaření přebytečného CaCL. Vzniknou drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny, které jsou spolu s vytékanými solemi alkalických kovů a proudem horkých spalin přivedeny do vodní sprchy, kde rychlým zchlazením kapek alumosilikátové taveniny dojde ke vzniku plně vitrifikováných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 cca. 0,78, obsahem CaO + S1O2 ve výši 72,9 % a poměrem CaO+SiO2/A12O3 + Fe2O3 = 2,70, přičemž současně vznikne vodný roztok solí alkalických kovů. Nerozpustná fáze je oddělena od roztoku solí alkalický kovů, promyta čistou vodou a po usušení je využitelná například jako balotina a po domletí je využitelná pro výrobu hydraulických pcjiv, jako sklovitý bazický pucolán. Soli alkalických kovů jsou dále získávány z roztoku pomocí již známých metod.
Tabulka č. 1 - složení surovinové směsi pro získávání Li a dalších alkalických kovu a bazického sklovitého pucolánu jako vedlejšího produktu
| Vápenec kalcit ický (MX) kg) | Cinvaldit (1000 kg) | CaCl· (250 kg) | |
| CúCOi | 580,8 | 0 | « |
| CaO | 325,5 | 0 | 90,3 |
| SiO? | 8,58 | 487,2 | 0 |
| AbO, | 3,06 | 20 L7 | 0 |
| FcOi | 1,38 | 120.8 | 0 |
| SÓ, | 0,42 | 0 | 0 |
| Cl | 0 | 0 | 159,725 |
| F | 0 | 30 | 0 |
| Σ alk | OJ | 100 | 0 |
Příklad 2
Smícháním na velikost zrn menší než 70 pm samostatně mletého cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec, samostatně mletému na velikost zrn menší než 70 pm čistého kalcitického vápence a 30 % HC1 v poměru uvedeném v tabulce č. 2, vznikne vlhká surovinová směs, ve které dojde k reakci mezi CaCO3 a HC1 na CaCL, při které se uvolní CO2 z CaCO3 vstupujícího do reakce a voda, zbylá z HC1. Vlhká směs je přiváděna granulátem, ve které zkusověna a následně jsou granule směsi o průměru cca. 5 mm a délce cca. 10 mm spékány v šachtové peci v protiproudém režimu na teplota 830 °C po dobu 90 min.
Při spékání směsi dojde k dekarbonataci kalcita, dehydroxilaci cinvaldita, a k reakci mezi CaCL
- 10CZ 2022 - 38 A3 a CaO a SiCh, FeO, AI2O3 a F složek přítomných v cinvalditu a k reakci mezi Cl, resp. HC1 uvolněným z CaCh a alkalickými kovy přítomnými v cinvalditu na spečenec obsahující silikáty, alumosilikáty a fluorosilikáty Ca a Fe a chloridy alkalických kovů. Spečenec je okamžitě po výstupu z pece ještě za horka ve ventilátorovém mlýně - dezaglomerátoru rozpojen na zrna o velikosti menší než 100 pm a smíchán v poměru 1,25 kg / 1 m3 vzduchu, který je pak použit jako spalovací vzduch v hořáku, ve kterém je spalován zemní plyn při teplotě 1750 °C, ve kterém dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe a k odpaření chloridů a fluoridů alkalických kovů. Dojde rovněž k vypaření přebytečného CaCL. Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny spolu s vytékanými solemi alkalických kovů jsou přivedeny s proudem horkých spalin do vodní sprchy, kde dojde rychlému zchlazením kapek alumosilikátové taveniny ke vzniku plně vitrifikováných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 = 1,14 a poměrem CaO+SiO2/A12O3 + Fe2O3 = 3,16, a vodného roztoku solí alkalických kovů. Nerozpustná fáze je prudce zchlazena oddělena od roztoku solí alkalický kovů, promyta čistou vodou a po usušení je využitelná například jako balotina a po domletí je využitelná pro výrobu hydraulických pojiv, jako analog granulované vysokopecní strusky. Soli alkalických kovů jsou dále získávány z roztoku pomocí již známých metod.
Tabulka č. 2 - složení surovinové směsi pro získávání solí Li a dalších alkalických kovů a analogu bazické granulované strusky jako vedlejšího produktu
| Vápenec kalcitický (HXX) kg) | Cinvaldii (1000 kg) | HO (500 kg) | |
| CaCCh | 968,75 | 0 | 0 |
| CaO | 542,5 | 0 | 0 |
| SiO2 | 14,3 | 487.2 | 0 |
| AkO. | 5.1 | 201.7 | 0 |
| Fe2O, | 2.3 | 120.8 | 0 |
| SO, | 0,7 | 0 | 0 |
| C) | 0 | 0 | 146.89 |
| F | 0 | 30 | 0 |
| Σ alk. | OJ | 100 | 0 |
Příklad 3
Smícháním vápnitého slínovce o zrnitosti 0-8 mm, cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec o zrnitosti 0-0,5 mm a suchého práškového chloridu vápenatého, v poměru uvedeném v tabulce č. 3, vznikne surovinová směs, která se mele ve vysokorychlostním dvourotorovém protiběžném mlýně při vstřícné obvodové rychlosti 210 m.s1 na průměrnou zrnitost menší než 50 pm a která je následně míchána s přídavkem 5 % hmotnosti vody a peletizována v briketačním rotačním lisu. Brikety o rozměru 15 x 15 x 30 mm jsou podrobeny spékání v šachtové peci za teploty 830 °C po dobu 45 minut při souproudém režimu. Při spékání v peci dochází k vysušení směsi, dekarbonataci kalcita přítomném ve vápnitém slínovci, dehydroxilaci cinvalditu a dalších fylosilikátů přítomných ve vápnitém slínovci a k reakci mezi CaCL a CaO a S1O2, FeO, AI2O3 a F složek přítomných v cinvalditu a vápnitém slínovci a k reakci mezi Cl, resp. HC1 uvolněným z CaCL a alkalickými kovy přítomnými v cinvalditu a dalších fylosilikátech na spečenec obsahující silikáty, alumosilikáty a fluorosilikáty Ca a Fe a chloridy alkalických kovů. Spečenec je okamžitě po výstupu z pece ještě za horka ve ventilátorovém mlýně - dezaglomerátoru rozpojen na zrna o velikosti menší než 100 pm a smíchán v poměru 1 kg / 1 m3 vzduchu, který je pak použit jako spalovací vzduch v hořáku s dlouhým plamenem, ve kterém je spalován zemní plyn při teplotě 1680 °C, ve kterém dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe a k odpaření chloridů a fluoridů alkalických kovů. Dojde rovněž k vypaření přebytečného CaCty Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny spolu s vytékanými solemi alkalických kovů jsou přivedeny s proudem horkých spalin do vodní sprchy, kde dojde rychlým zchlazením kapek alumosilikátové taveniny ke vzniku plně vitrifikovaných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 =1,18 apoměr CaO+SiO2/A12O3
- 11 CZ 2022 - 38 A3 + Fe2O3 = 3,8 a vodného roztoku solí alkalických kovů. Nerozpustná fáze je oddělena od roztoku solí alkalický kovů, promyta čistou vodou a po usušení je využitelná například jako balotina a po domletí je využitelná pro výrobu hydraulických pojiv, jako analog granulované vysokopecní strusky. Soli alkalických kovů jsou dále získávány z roztoku pomocí již známých metod. Tabulka č. 3 - složení surovinové směsi pro přípravu bazické granulované strusky v šachtové peci s vnitřním ohřevem
Tabulka č. 3 - složení surovinové směsi pro získávání solí Li a dalších alkalických kovů a analogu bazické granulované strusky jako vedlejšího produktu
| Vápnily slínovcc Ú polila vy (1750 kg) | Cinvaldit (1(W kg) | CaCh (200 kg) | |
| CaCO, | 1323.441 | 0 | 0 |
| CaO | 804,323 | 0 | 72.23 |
| SiCL | 242,725 | 487.2 | 0 |
| AbO.i | 72,45 | 201,7 | 0 |
| FejÓ., | 23,625 | 120,8 | 0 |
| SOt | 10,325 | 0 | 0 |
| Cl | 1.225 | (1 | 127,77 |
| F | 0 | 30 | 0 |
| Σ alk. | [,75 | 100 | 0 |
Příklad 4
Smícháním páleného hrudkového vápna o zrnitosti 0-16 mm; cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec o zrnitosti 0-1 mm a práškového CaCL, v poměru uvedeném v tabulce č. 4, vznikne surovinová směs, která se mele ve vysokorychlostním dvourotorovém protiběžném mlýně na průměrnou zrnitost menší než 50 pm a která je následně míchána s přídavkem 15 % hmotnosti vody a peletizována v na peletizační míse. Pelety o velikosti 1 až 10 mm podrobeny spékání v etážové peci za teploty 830 °C po dobu 30 minut. Při spékání v peci dochází k vysušení směsi, dehydroxilaci cinvalditu a k reakci mezi CaCL a CaO a S1O2, FeO, AI2O3 a F složek přítomných v cinvalditu a k reakci mezi Cl, resp. HCL uvolněným z CaCL a alkalickými kovy přítomnými v cinvalditu na spečenec obsahující silikáty, alumosilikáty a fluorosilikáty Ca a Fe a chloridy alkalických kovů. Spečenec je okamžitě po výstupu z pece ještě za horka ve ventilátorovém mlýně - dezaglomerátoru rozpojen na zrna o velikosti menší než 50 pm a smíchán v poměru 2,5 kg / 1 m3 vzduchu, který je pak použit jako spalovací vzduch v hořáku s dlouhým plamenem, ve kterém je spalován zemní plyn při teplotě 1720 °C, ve kterém dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe a k odpaření chloridů a fluoridů alkalických kovů. Dojde rovněž k vypaření přebytečného CaCL. Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny spolu s vytékanými solemi alkalických kovů jsou přivedeny s proudem horkých spalin do vodní sprchy, kde dojde rychlým zchlazením kapek alumosilikátové taveniny ke vzniku plně vitrifikovaných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 = 1,06 a poměr CaO+SiO2/A12O3 + Fe2O3 = 3,09 a vodného roztoku solí alkalických kovů. Nerozpustná fáze je oddělena ve vodní sprše od roztoku solí alkalický kovů, promyta čistou vodou a po usušení je využitelná například jako balotina a po domletí je využitelná pro výrobu hydraulických pojiv, jako analog granulované vysokopecní strusky. Soli alkalických kovů jsou dále získávány z roztoku pomocí již známých metod. Teplo z chlazení roztavených silikátových a alumosilikátových částic a lapání solí alkalických kovů pomocí vodní sprchy je rekuperováno pomocí známých způsobů a využito pro zahušťování a další technologické zpracování roztoků alkalických kovů.
Tabulka č. 4 - složení surovinové směsi pro získávání solí Li a dalších alkalických kovů a analogu bazické granulované strusky jako vedlejšího produktu surovinová směs pro přípravu taveniny pro výrobu minerálních vláken nebo granulované strusky
- 12CZ 2022 - 38 A3
| Vápno nehašené (500 kg) | Cinvaidit (1000 kg) | CaCl2 (250 kg) | |
| Ca CO , | {) | 0 | 0 |
| CaO | 462.3 | 0 | 90,3 |
| SiO, | 21,3 | 487,2 | 0 |
| A1Á | 12,6 | 201,7 | 0 |
| FejOi | 3,8 | 120,8 | 0 |
| SO, | 0 | 0 | 0 |
| Cl | 0 | 0 | 159,725 |
| F | 0 | 30 | 0 |
| Σ alk. | 0 | 100 | 0 |
Příklad 5
Smícháním čistého kalcitického vápence, cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec a CaCL se vytvoří surovinová směs v poměru uvedeném v tabulce č. 1, která se mele a zároveň homogenizuje ve vysokorychlostním protiběžném mlýně na průměrnou zrnitost menší než 50 pm. Pak se podrobí spolu se 7 % hmotnosti vody, vztaženo ke hmotnosti suchých složek směsi, peletizaci v peletizačním bubnu. Pelety do rozměru 1 mm až 10 mm se smíchají s 20 % hmotnosti tuhého alternativního paliva o výhřevnosti cca. 15 MJ/kg a podrobí spékání v šachtové peci za teploty 850 °C po dobu 120 minut v souproudém režimu. Při spékání v peci dochází k vysušení směsi, dekarbonataci kalcitu, dehydroxilaci cinvalditu, a k reakci mezi CaCh a CaO a S1O2, FeO, AI2O3 a F složek přítomných v cinvalditu a k reakci mezi Cl, resp. HC1 uvolněným z CaCL a alkalickými kovy přítomnými v cinvalditu na spečenec obsahující silikáty, alumosilikáty a fluorosilikáty Ca a Fe a chloridy alkalických kovů. Spečenec je okamžitě po výstupu z pece ještě za horka ve ventilátorovém mlýně - dezaglomerátoru rozpojen na zrna o velikosti menší než 50 pm a smíchán v poměru 2,75 kg / 1 m3 vzduchu, který je pak použit jako spalovací vzduch v plazmovým výbojem aktivovaném hořáku, ve kterém je spalován zemní plyn při teplotě 2050 °C, ve kterém dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe a k odpaření chloridů a fluoridů alkalických kovů. Dojde rovněž k vypaření přebytečného CaCL. Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny spolu s vytékanými solemi alkalických kovů jsou přivedeny s proudem horkých spalin do vodní sprchy, kde dojde rychlým zchlazením kapek alumosilikátové taveniny ke vzniku plně vitrifikováných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 = 1,24 a poměrem CaO+SiO2/A12O3 + Fe2O3 = 3,35, a vodného roztoku solí alkalických kovů. Nerozpustná fáze je prudce zchlazena oddělena ve vodní sprše od roztoku solí alkalický kovů, promyta čistou vodou a po usušení je využitelná například jako balotina a po domletí je využitelná pro výrobu hydraulických poj iv, jako analog granulované vysokopecní strusky. Soli alkalických kovů jsou dále získávány z roztoku pomocí již známých metod.
Příklad 6
Smícháním vápnitého slínovce obsahujícího z ložiska Upohlavy, společnosti Lafarge Cement a.s. akalcitického vápence, cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec, a chloridu vápenatého energosádrovce a chloridu vápenatého v poměru uvedeném v tabulce č. 6, vznikne surovinová směs, která se mele ve vysokorychlostním dvourotorovém protiběžném mlýně na průměrnou zrnitost menší než 40 pm a která se dále podrobí předehřátí a spolu s 8 % hmotnosti vody granulaci na zrnitost granulí 1-30 mm a dále spékání v šachtové pecikalcinaci v předkalcinátoru za teploty 890 °C po dobu 120 minut a následně tavení v rotační peci o poměru průměru : délce 1:17, díky vhodnému složení a zvýšenému obsahu F pouze při teplotě 1340 °C v nejteplejší zóně pece a době průchodu pecí 20 minut. Při spékání a následném tavení dojde rozkladu cinvalditu, uhličitanu vápenatého, a chloridu vápenatého a síranu vápenatého, a vytvoření spečence s obsahem chloridů a síranů alkalických kovů, alumosilikátů Ca a fluorosilikátů Ca. Spečenec je okamžitě po výstupu z pece ještě za horka ve ventilátorovém mlýně - dezaglomerátoru rozpojen na zrna o velikosti menší než 50 pm a smíchán v poměru 1,25 kg / 1 m3 vzduchu, který je pak použit jako spalovací vzduch v plazmovým výbojem aktivovaném hořáku, ve kterém je spalován zemní plyn při teplotě 2050 °C,
- 13 CZ 2022 - 38 A3 ve kterém dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe a k odpaření chloridů a fluoridů alkalických kovů. Dojde rovněž k vypaření přebytečného CaCL. Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny spolu s vytékanými solemi alkalických kovů jsou přivedeny s proudem horkých spalin do vodní sprchy, kde dojde rychlým zchlazením kapek alumosilikátové taveniny ke vzniku plně vitrifiko váných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 = 1,14, poměrem CaO+SiO2/A12O3 + Fe2O3 = 3,26, ve kterém je obsah CaO + S1O2 = 75,31 % hmot, a vodného roztoku solí alkalických kovů. Nerozpustná fáze je prudce zchlazena a oddělena ve vodní sprše od roztoku solí alkalický kovů, promyta čistou vodou a po usušení je využitelná například jako balotina a po domletí je využitelná pro výrobu hydraulických pojiv, jako analog granulované vysokopecní strusky. Soli alkalických kovů jsou dále získávány z roztoku pomocí již známých metod.
Tabulka č. 6 - složení surovinové směsi pro získávání solí Li a dalších alkalických kovů a analogu bazické granulované strusky jako vedlejšího produktu
| Vápenec kalcitický <1000 kg) | Cínvaldit (1000 kg) | CaSO^.ZHjO (100 kg) | CaCI2 (100 kg) | |
| CaCCh | 968,75 | 0 | 0 | 0 |
| CaO | 542.5 | 0 | 32,57 | 36,12 |
| SiO, | 14,3 | 487,2 | 0 | 0 |
| AUT | 5,1 | 201,7 | 0 | 0 |
| Fe2O3 | 2,3 | 120,8 | 0 | 0 |
| SO, | 0,7 | 0 | 46,5 | 0 |
| Cl | 0 | 0 | 0 | 63,89 |
| F | 0 | 30 | 0 | 0 |
| n2o | 0 | 0 | 20,93 | 0 |
| Laik. | 0,1 | 100 | 0 | 0 |
Příklad 7
Smícháním čistého kalcitického vápence, cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec a CaCL se vytvoří surovinová směs v poměru uvedeném v tabulce č. 1, která se mele a zároveň homogenizuje ve vysokorychlostním protiběžném mlýně na průměrnou zrnitost menší než 50 pm. Pak se podrobí spolu se 7 % hmotnosti vody, vztaženo ke hmotnosti suchých složek směsi, peletizaci v peletizačním bubnu. Pelety do rozměru 1 mm až 10 mm se smíchají s 20 % hmotnosti tuhého alternativního paliva o výhřevnosti cca. 15 MJ/kg a podrobí spékání v šachtové peci za teploty 850 °C po dobu 120 minut v souproudém režimu. Při spékání v peci dochází k vysušení směsi, dekarbonataci kalcitu, dehydroxilaci cinvalditu, a k reakci mezi CaCL a CaO a S1O2, FeO, AI2O3 a F složek přítomných v cinvalditu a k reakci mezi Cl, resp. HC1 uvolněným z CaCL a alkalickými kovy přítomnými v cinvalditu na spečenec obsahující silikáty, alumosilikáty a fluorosilikáty Ca a Fe a chloridy alkalických kovů. Spečenec je okamžitě po výstupu z pece ještě za horka ve válcovém mlýnu rozpojen na zrna o velikosti menší než 4 mm a pražen v rotační peci za tlaku cca. 60 kPa, ze které jsou odsávány plynné produkty, včetně vytékaných chloridů alkalických kovů. Spečenec zbavený solí alkalických kovů pražením v rotační peci je roztaven v kontinuální vanové sklářské peci se čtyřmi řadami průletů na taveními, která je vitrifikována pomocí známým způsobem rychlého chlazení vodou na analog granulované vysokopecní strusky s poměrem CaO:SiO2 = 1,24 a poměrem CaO+SiO2/A12O3 + Fe2O3 = 3,35.
Příklad 8
Smícháním čistého kalcitického vápence, cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec a CaCL se vytvoří surovinová směs v poměru uvedeném v tabulce č. 1, která se mele a zároveň homogenizuje ve vysokorychlostním protiběžném mlýně na průměrnou zrnitost menší než 50 pm. Pak se podrobí spolu se 7 % hmotnosti vody, vztaženo ke hmotnosti suchých složek směsi, peletizaci v
- 14CZ 2022 - 38 A3 peletizačním bubnu. Pelety do rozměru 1 mm až 10 mm se smíchají s 20 % hmotnosti tuhého alternativního paliva o výhřevnosti cca. 15 MJ/kg a podrobí spékání v šachtové peci za teploty 850 °C po dobu 120 minut v souproudém režimu. Při spékání v peci dochází k vysušení směsi, dekarbonataci kalcitu, dehydroxilaci cinvalditu, a k reakci mezi CaCh a CaO a S1O2, FeO, AI2O3 a F složek přítomných v cinvalditu a k reakci mezi Cl, resp. HCl uvolněným z CaCh a alkalickými kovy přítomnými v cinvalditu na spečenec obsahující silikáty, alumosilikáty a fluorosilikáty Ca a Fe a chloridy alkalických kovů. Spečenec je okamžitě po výstupu z pece ještě za horka ve válcovém mlýnu rozpojen na zrna o velikosti menší než 4 mm a pražen v rotační peci za tlaku cca. 60 kPa, ze které jsou odsávány plynné produkty, včetně vytěkaných chloridů alkalických kovů. Spečenec zbavený solí alkalických kovů pražením v rotační peci je ještě za horka dezaglomerován ve ventilátorovém mlýně - dezaglomerátoru na zrna menší než 250 μm, která jsou smíchána v poměru 2,75 kg / 1 m3 vzduchu, který je pak použit jako spalovací vzduch v plazmovým výbojem aktivovaném hořáku, ve kterém je spalován zemní plyn při teplotě 2050 °C, ve kterém dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe. Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny unášené horkými spalinami jsou rychle zchlazeny ve vortexovém směšovači s pětinásobkem vzduchu vztaženém k objemu spalin, unášejícím kapky taveniny. Tímto šokovým zchlazením na teplotu nižší než 400 °C dojde ke vzniku vitrifikovaných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 = 1,24 a poměrem CaO+SiO2/AhO3 + Fe2O3 = 3,35, které jsou od proudu plynu odděleny v cyklonu. Ohřátý vzduch ve směsi se spalinami lze využít k technologickým účelům nebo k rekuperaci energie, včetně ohřevu média pro výrobu elektrické energie.
Příklad 9
Smícháním jemně mletého vápnitého slínovce z ložiska Úpohlavy společnosti Lafarge Cement a.s., jemně mletého cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec (obojí na velikost zrna pod 50 mikrometrů) a 95 % H2SO4 v poměru uvedeném v tabulce č. 7, vznikne vlhká surovinová směs obsahující CaCO3 , jílové minerály obsažené ve vápnitém slínovci, cinvalditový koncentrát, a síran vápenatý. Tato vlhká směs se přivádí briketačního lisu. Briketky o velikosti 20 x 20 x 30 mm jsou následně spékán v šachtové peci s protiproudým režimem, ve které dochází k jejímu vysušení briketek a spékání za teploty 890 °C po dobu 95 minut Při spékání dojde k tepelnému rozkladu CaCO3 na CaO a CO2 a k reakci v pevné fázi mezi cinvalditovým koncentrátem, CaO a síranem vápenatým, za vytvoření síranů alkalických kovů a silikátů a alumosilikátů Ca a Fe a fluorosilikátů Ca. Tímto vznikne vícesložkový spečenec. Ten je okamžitě po výstupu z pece ještě za horka ve válcovém mlýně rozpojen na zrna o velikosti menší než 250 μm a smíchán v poměru 0,9 kg / 1 m3 vzduchu, který je pak použit jako spalovací vzduch v hořáku aktivovaném mikrovlnným zářením přiváděným třemi hroty kolmo na osu plamene ve vzdálenosti 180 mm za ústím hořáku, vzájemně svírajícími úhel 120°, přičemž každým hrotem je přiváděno MW záření o výkonu 1,5 kW. V mikrovlnami aktivovaném hořáku je spalován zemní plyn při teplotě 2250 °C, ve kterém dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe a k odpaření síranů a fluoridů alkalických kovů, ale i částečnému odpaření oxidů a následně jejich zpětné kondenzaci. Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny spolu s vytěkanými solemi alkalických kovů a přebytečného SO3 jsou přivedeny s proudem horkých spalin do vodní sprchy, kde dojde rychlým zchlazením kapek alumosilikátové taveniny ke vzniku plně vitrifikovaných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 = 1,2, poměrem CaO+SiO2/AhO3 + Fe2O3 = 3,86, ve kterém je obsah CaO + SiO2 = 79,57 % hmot. a slabě kyselého vodného roztoku solí alkalických kovů. Nerozpustná fáze je prudce zchlazena a oddělena ve vodní sprše od roztoku solí alkalický kovů, promyta čistou vodou a po usušení je využitelná například jako balotina a po domletí je využitelná pro výrobu hydraulických pojiv, jako analog granulované vysokopecní strusky. Soli alkalických kovů jsou dále získávány ze slabě kyselého roztoku pomocí již známých metod.
Tabulka č. 7- složení surovinové směsi pro získávání solí Li a dalších alkalických kovů a analogu bazické granulované strusky jako vedlejšího produktu
- 15 CZ 2022 - 38 A3
| Vápnitý slínovec Upohlavy (2000 kg) | Cín vald it (1000 kg) | H,SO^ (95 %) (200 kg) | |
| CaCO, | 1512,5 | 0 | 0 |
| CaO | 919,23 | 0 | 0 |
| SiOj | 277,4 | 487,2 | 0 |
| AI;O, | 82.8 | 201,7 | 0 |
| FeO, | 27 | 120.8 | 0 |
| SO, | 1 L8 | 0 | 0 |
| Cl | 1.4 | 0 | i 52 |
| F | 0 | 30 | 0 |
| ILO | 0 | 0 | 36.73 |
| Σ alk. | 2 | 100 | 0 |
Příklad 10
Smícháním vápnitého slínovce obsahujícího z ložiska Upohlavy společnosti Lafarge Cement a.s., nehašeného vápna, CaCL a cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec v poměru uvedeném v tabulce č. 7, vznikne surovinová směs, která se mele ve vysokorychlostním dvourotorovém protiběžném mlýně při vstřícné obvodové rychlosti 210 m.s1 na průměrnou zrnitost menší než 40pm a která se dále podrobí spolu s 9 % hmotnosti vody briketaci na brikety o rozměrech 35 x 50 x 80 mm a následně se granule podrobí sušení a spékání v šachtové peci se souproudým režimem za teploty 830 °C po dobu 45 minut, ve kterém je pohyb zkusověné směsi regulován kovovou šroubovicí, procházející celou výškou šachtové pece a průměru 2,5 metru a výšce 30 m. Pec je vybavena nepřímým ohřevem aktivní zóny pece pomocí elektromagnetické indukce pomocí střídavého pole o frekvenci 30 Hz, které je generováno dutou, kapalinou chlazenou kovovou spirálou ovinutou na keramickém plášti pece. Toto pole ohřívá šroubovicí, regulující pohyb směsi v peci a vestavěná kovová tělesa ve vyzdívce pece. Tyto kovové součásti pak ohřívají spékanou směs v aktivní zóně pece. Při spékání v peci dochází k vysušení směsi, dekarbonataci kalcitu, dehydroxilaci cinvalditu, a k reakci mezi CaCL a CaO a S1O2, FeO, AI2O3 a F složek přítomných v cinvalditu a k reakci mezi Cl, resp. HC1 uvolněným z CaCL a alkalickými kovy přítomnými v cinvalditu na spečenec obsahující silikáty, alumosilikáty a fluorosilikáty Ca a Fe a chloridy alkalických kovů. Spečenec je okamžitě po výstupu z rotační ještě za horka ve ventilátorovém mlýně - dezaglomerátoru rozpojen na zrna o velikosti menší než 70 pm a smíchán v poměru 4,75 kg / 1 m3 kyslíku, který je pak použit jako oxidační činidlo v plazmovým výbojem aktivovaném hořáku, ve kterém je spalován zemní plyn při teplotě 2150 °C, ve kterém dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe a k odpaření chloridů a fluoridů alkalických kovů. Dojde rovněž k vypaření přebytečného CaCL. Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny spolu s vytékanými solemi alkalických kovů jsou přivedeny s proudem horkých spalin do vodní sprchy, kde dojde rychlým zchlazením kapek alumosilikátové taveniny ke vzniku plně vitrifikovaných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 = 1,39 a poměrem CaO+SiO2/A12O3 + Fe2O3 = 4,23, obsahem CaO + S1O2 = 80,87 a vodného roztoku solí alkalických kovů. Nerozpustná fáze je prudce zchlazena oddělena ve vodní sprše od roztoku solí alkalický kovů, promyta čistou vodou a po usušení je využitelná například jako balotina a po domletí je využitelná pro výrobu hydraulických pojiv, jako analog granulované vysokopecní strusky. Soli alkalických kovů jsou dále získávány z roztoku pomocí již známých metod.
Příklad 11
Smícháním vápnitého slínovce obsahujícího z ložiska Upohlavy společnosti Lafarge Cement a.s., čistého vysokoprocentního kalcitického vápence z ložiska Čertovy schody, Li-Fe muskovitového koncentrátu z ložiska Krásno a CaCL v poměru uvedeném v tabulce č. 8, vznikne surovinová směs, která se mele ve vysokorychlostním dvourotorovém protiběžném mlýně při vstřícné obvodové rychlosti 210m.s-1 na průměrnou zrnitost menší než 30pm a která se dále podrobí spolu se 7 % hmotnosti vody peletizaci ne velikost pelet v rozmezí 1-25 mm. Pelety se smíchají s tuhým
- 16CZ 2022 - 38 A3 aletemativním palivem o maximální velikosti zrn 15 mm a následně spékají v prstencové šachtové peci se šamotovou vyzdívkou teploty 870 °C po 25 minut. Při spékání v peci dochází k vysušení směsi, dekarbonataci kalcitu přítomném ve vápenci, dehydroxilaci Li - Fe muskovitu, k reakci mezi CaCh a CaO a S1O2, FeO, AI2O3 a F složek přítomných v Li - Fe muskovitu a k reakci mezi Cl, resp. HC1 uvolněným z CaCh a alkalickými kovy přítomnými v Li - Fe muskovitu na spečenec obsahující silikáty, alumosilikáty a fluorosilikáty Ca a Fe a chloridy alkalických kovů. Spečenec je okamžitě po výstupu z šachtové pece ještě za horka ve ventilátorovém mlýně - rozpojen na zrna o velikosti menší než 50 pm a smíchán v poměru 2,95 kg / lm3 vzduchu, který je pak použit jako spalovací vzduch v hořáku s dlouhým plamenem, aktivovaném mikrovlnným zářením přiváděným třemi hroty kolmo na osu plamene ve vzdálenosti 150 mm za ústím hořáku, vzájemně svírajícími úhel 120°, přičemž každým hrotem je přiváděno MW záření o výkonu 1,5 kW. V mikrovlnami aktivovaném hořáku je spalován zemní plyn při teplotě 2250 °C, ve kterém dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe a k odpaření chloridů a fluoridů alkalických kovů, ale i částečnému odpaření oxidů a následně jejich zpětné kondenzaci. Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny spolu s vytékanými solemi alkalických kovů a přebytečného vytékaného CaCh jsou přivedeny s proudem horkých spalin do vortexového směšovače, kde dojde ke smíchání s chladným vzduchem o teplotě okolí a šokovému zchlazení na teplotu pod 250 °C a k zesklovatění kapek alumosilikátové taveniny za vzniku plně vitrifikovaných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 = 1,11, poměrem CaO+SiO2/A12O3 + Fe2O3 = 4,31, ve kterém je obsah CaO + S1O2 = 81,14 % hmot, na kterých kondenzují chloridy alkalických kovů a Ca. Tato směs je přiváděna do filtru. Směs vitrifikovaných alumosilikátových částic a solí alkalických kovů a Ca je následně promyta ve vodě a soli alkalických kovů jsou dále získávány pomocí již známých metod. Vzduch o teplotě cca. 200 °C, odcházející z filtru, lze použít k technologickým účelům při zpracovávání výluhu s obsahem solí alkalických kovů nebo k rekuperaci energie. Sklovité alumosilikátové částice jsou mlety v protiběžném vysokorychlostním mlýně na velikost zrna pod 20 pm pro použití na výrobu speciálních struskoportlandských cementů.
Tabulka č. 8 - složení surovinové směsi pro získávání solí Li a dalších alkalických kovu a analogu bazické granulované strusky jako vedlejšího produktu
| Vápenec kalciiický 11200 kg) | Fe-Li muskovit (1000 kg) | CaCL (100 kg) | |
| OCO, | 1 162,5 | 0 | 0 |
| CaO | 651 | 0 | 36,12 |
| SiO, | 17,16 | 599,6 | 0 |
| AbO., | 6.12 | 180,5 | 0 |
| Fc>03 | 2,76 | 112.5 | 0 |
| SOj | 0,84 | 0 | 0 |
| Cl | 0 | 0 | 63,89 |
| F | 0 | 9.8 | 0 |
| Σ alk. | 0 | 55,88 | 0 |
Příklad 12
Smícháním jemně mletého čistého kalcitického vápence, jemně mletého spodumenového koncentrátu a práškového CaCh se vytvoří surovinová směs v poměru uvedeném v tabulce č. 9, přičemž všechny složky směsi mají velikost zrn ne větší než 50 pm. Pak se směs podrobí spolu se 7 % hmotnosti vody, vztaženo ke hmotnosti suchých složek směsi, peletizaci na velikost pelet v rozmezí 5 mm - 15 mm a tyto pelety se následně podrobí spékání v šachtové peci za teploty 850 °C po dobu 45 min. Při spékání v peci dojde k vysušení směsi, dekarbonataci kalcitu, rozkladu spodumenu a k reakci mezi CaCh a CaO a S1O2, FeO, AI2O3 a k reakci mezi Cl, resp. HC1 uvolněným z CaCh a Li přítomném ve spodumenu za vzniku spečence obsahující silikáty a Ca a chloridy alkalických kovů. Spečenec této směsi je okamžité po výstupu z pece ještě za horka rozpojen ve dvouválcovém mlýnu na zrna o velikosti menší než 10 mm. Takto rozpojený spečenec je pražen za teploty 1450 °C v rotační peci za neustálého odsávání spalin s vytékaným LÍCI z tlaku
- 17CZ 2022 - 38 A3 cca. 52 kPa. Tím dojde k vytékání LÍCI a přebytečného a ke vzniku aliticko - belitického portlandského slinků s poměrem CaO:SiO2 cca. 2,85. Portlandský slinek je chlazen na roštovém chladiči a standardním způsobem zpracováván do cementů, vytékané chloridy Li a Ca jsou po jejich kondenzaci a rozpuštění ve vodě odděleny a rafinovány známými postupy.
Tabulka č. 9 - složení surovinové směsi pro získávání solí Li a dalších alkalických kovu a analogu bazické granulované strusky jako vedlejšího produktu
| Vápence kale: tický (3500 kg) | Spodumcn (1000 kg) | Fe2O3 (200 kg) | CaCl2 (320 kg) | |
| CaCO. | 3390,6 | 0 | 0 | 0 |
| CaO | 1898.75 | 0 | 0 | 118.17 |
| SiO; | 50,05 | 645 | 10 | 0 |
| AbO. | 5,1 | 274 | 0 | 0 |
| Fe2O( | 17.85 | 0 | 190 | 0 |
| SO. | 2.45 | 0 | 0 | 0 |
| Cl | 0 | 0 | 0 | 201,83 |
| F | 0 | 0 | 0 | 0 |
| h2o | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Laik. | 0,35 | 37.3 (Li) | 0 | 0 |
Příklad 13
Vyluhovaný usušený spečenec sádrové metody spékání cinvalditového koncentrátu z Cínovce, obsahující 38,2 % CaO, 30,17 % SiO2, 9,89 % A12O3, 5,4 % Fe2O3, 8,24 % SO3, 4,9 % alklálií a 2,2 % MgO a dalších látek, je pomlet na zrnitost pod 40 pm a smíchán v poměru 1,25 kg / 1 m3 vzduchu a daná směs je prohnána přes stejnosměrný výboj plazmatronu, ve kterém dojde k roztavení a částečnému odpaření zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe a k odpaření síranů a oxidů alkalických kovů. Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny spolu s vytékanými silikáty a zbytkovými oxidy a solemi alkalických kovů jsou přivedeny s proudem horkých spalin do vodní sprchy, kde dojde rychlým zchlazením ke kondenzaci a vytvoření kapek alumosilikátové taveniny ke vzniku plně vitrifikovaných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 = 1,08 a poměr CaO+SiO2/A12O3 + Fe2O3 = 4,47, množství CaO + S1O2 = 79,62 % a vodného roztoku solí alkalických kovů, a vodného roztoku solí alkalických kovů. Nerozpustná fáze je prudce zchlazena oddělena od roztoku solí alkalický kovů, promyta čistou vodou a po usušení je využitelná například jako balotina a po domletí je využitelná pro výrobu hydraulických pojiv, jako analog granulované vysokopecní strusky. Soli alkalických kovů jsou dále získávány z roztoku pomocí již známých metod. Tímto způsobem lze získat větší část alkalických kovů, zejména K. Rb a Cs, která se běžným vyluhováním ze spečenců sádrové metody, vzhledem k tomu že jsou tyto alkalické kovy vázány v živcích a dalších nerozpustných fázích, získat nedají.
Příklad 14
Smícháním páleného hrudkového vápna o zrnitosti 0-16 mm; cinvalditového koncentrátu z ložiska Cínovec o zrnitosti 0-1 mm a práškového CaCL, v poměru uvedeném v tabulce č. 4, vznikne surovinová směs, která se mele ve vysokorychlostním dvourotorovém protiběžném mlýně na průměrnou zrnitost menší než 50 pm a která je následně míchána s přídavkem 15 % hmotnosti vody a zkusověna v briketovacím lisu na velikost briket 50 x 60 x 100 mm. Pelety jsou podrobeny spékání v šachtové za teploty 830 °C po dobu 65 minut. Při spékání v peci dochází k vysušení směsi, dehydroxilaci cinvaldita a k reakci mezi CaCL a CaO a S1O2, FeO, ALO3 a F složek přítomných v cinvaldita a k reakci mezi Cl, resp. HC1 uvolněným z CaCL a alkalickými kovy přítomnými v cinvaldita na spečenec obsahující silikáty, alumosilikáty a fluorosilikáty Ca a Fe a chloridy alkalických kovů. Spečenec je okamžitě po výstupu z rotační ještě za horka rozpojen ve válcovém a následně ve ventilátorovém mlýně - dezaglomerátoru na zrna o velikosti menší než
- 18CZ 2022 - 38 A3 μm a smíchán v poměru 2,8 kg / 1 m3 vzduchu, který je pak použit jako primární spalovací vzduch v hořáku s dlouhým plamenem, situovaným v ose cívky tvořené dutou měděnou, vodou chlazenou trubkou s 24 závity, která generuje vysokofrekvenční magnetické pole o frekvenci 300 kHz. Toto vysokofrekvenční střídavé magnetické pole aktivuje spalování zemního plynu, které probíhá při teplotě 2150 °C. V plameni dojde k roztavení zrn alumosilikátů a silikátů Ca a Fe a k odpaření chloridů a fluoridů alkalických kovů. Dojde rovněž k vypaření přebytečného CaCk. Při této teplotě dochází rovněž k disociaci zbytkových silikátů a alumosilikátů alkalických kovů a k samostatnému těkání oxidů alkalických kovů. Drobné sférické kapky alumosilikátové taveniny spolu s vytěkanými solemi alkalických kovů jsou přivedeny s proudem horkých spalin do vodní sprchy, kde dojde rychlým zchlazením kapek alumosilikátové taveniny ke vzniku plně vitrifikovaných drobných sférických částic s poměrem CaO:SiO2 = 1,06 a poměr CaO+SiO2/AkO3 + Fe2O3 = 3,09 a vodného roztoku solí alkalických kovů. Nerozpustná fáze je oddělena ve vodní sprše od roztoku solí alkalický kovů, promyta čistou vodou a po usušení je využitelná například jako balotina a po domletí je využitelná pro výrobu hydraulických pojiv, jako analog granulované vysokopecní strusky. Soli alkalických kovů jsou dále získávány z roztoku pomocí již známých metod. Teplo z chlazení roztavených silikátových a alumosilikátových částic a lapání solí alkalických kovů pomocí vodní sprchy je rekuperováno pomocí známých způsobů a využito pro zahušťování a další technologické zpracování roztoků alkalických kovů.
Průmyslová využitelnost
Vícefázový způsob zpracování silikátových minerálů obsahujících Li a další prvky ze skupiny alkalických kovů dle vynálezu je využitelný k bezodpadovému vedlejšímu získávání Li a případně dalších alkalických kovů, a to i z chudých koncentrátů silikátových nebo alumosilikátových materiálů obsahujících alkalické kovy. Technologie je bezodpadová, protože vitrifikovaný alumosilikátový podíl spečenců po získávání sloučenin alkalických kovů se dá po jeho mletí využít jako abrazivo nebo jako součást hydraulických pojiv.
Claims (16)
1. Způsob získávání sloučenin prvků ze skupiny alkalických kovů ze silikátových a alumosilikátových minerálů, vyznačený tím, že alespoň jeden minerál ze skupiny silikátů a/nebo alumosilikátů, kde tento minerál obsahuje alespoň jeden prvek ze skupiny alkalických kovů, se smíchá s činidlem obsahujícím a) alespoň jednu látku ze skupiny zahrnující uhličitany, oxidy, hydroxidy, chloridy, sírany a siřičitany kovů alkalických zemin, zejména Ca, b) alespoň jednu látku schopnou uvolnit při tepelné úpravě chlór a/nebo chlorovodík a/nebo oxid sírový a/nebo oxid siřičitý, přičemž molární poměr množství oxidu sírového a/nebo oxidu siřičitého a/nebo chlóru a/nebo chlorovodíku k celkovému množství alkalických kovů obsažených ve směsi silikátových a/nebo alumosilikátových minerálů s činidlem je roven alespoň 0,5, přičemž velikost zrn každé ze složek směsi je nejvýše 0,25 mm a tato směs se podrobí homogenizaci, zkusovění na velikost agregátů 1 mm až 125 mm s pevností v tlaku alespoň 0,3 MPa a dále zahřátí v pohybující se vrstvě o síle alespoň 500 mm a rychlosti pohybu 0,01 až 0,3 m.s-1, na teplotu v rozmezí 800 °C až 1250 °C po dobu 15 minut až 150 minut při tlaku 90 kPa až 2 MPa, k plné nebo alespoň částečné dekarbonataci přítomných uhličitanů kovů alkalických zemin, dehydroxilaci a narušení struktury silikátových a/nebo alumosilikátových minerálů, uskutečnění výměnných chemických reakcí, za vzniku spečence obsahujícího zejména silikáty a/nebo alumosilikáty kovů alkalických zemin a sole alkalických kovů, přičemž tento spečenec se následně podrobí tepelné úpravě v oxidačním prostředí k získání soli alespoň jednoho alkalického kovu a alespoň jednoho přetaveného vitrifikovaného silikátu a/nebo alumosilikátu alespoň jednoho kovu ze skupiny alkalických zemin.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že směs silikátových a/nebo alumosilikátových minerálů s činidlem má poměr (CaO + MgO) : SiO2 rový alespoň 1 a obsah (CaO + MgO) + SiO2, přepočtený na obsah oxidů ve směsi silikátových a/nebo alumosilikátůvých minerálů s činidlem alespoň 66,67 % hmotnosti.
3. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že se alespoň jeden minerál ze skupiny silikátů a/nebo alumosilikátů, obsahující alespoň jeden prvek ze skupiny alkalických kovů samotný nebo spolu s činidlem nebo s alespoň jednou látkou, kterou činidlo obsahuje, podrobí před zkusověním mechanochemické aktivaci ve vysokorychlostním protiběžném dvourotorovém mlýně, při vstřícné obvodové rychlosti rotorů nejméně 120 m.s-1.
4. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se do směsi silikátového a/nebo alumosilikátového minerálu spolu s alespoň jednou látkou ze skupiny zahrnující uhličitany, oxidy, hydroxidy a sírany kovů alkalických zemin a zejména Ca, přidá roztok alespoň jedné látky ze skupiny chloridů alkalických zemin, zejména Ca a/nebo se na tuto směs působí kyselinu chlorovodíkovou a/nebo sírovou a/nebo siřičitou, nebo jejím roztokem.
5. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím. že se ke směsi silikátového a/nebo alumosilikátového minerálu spolu s alespoň jednou látkou ze skupiny zahrnující uhličitany, oxidy, hydroxidy a sírany kovů alkalických zemin a zejména Ca, přidá před a/nebo v průběhu a/nebo po zkusovění tuhé palivo, sloužící jako zdroj energie pro zahřátí této směsi.
6. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím. že se Cl a/nebo HCl a/nebo SO3 a/nebo SO2, přivádí do zařízení pro ohřev zkusověné směsi při jejím zahřívání na teplotu v rozmezí 800 °C až 1250 °C jako složka paliva a/nebo plynů vyhřívajících zařízení pro ohřev.
7. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že je zkusověná směs silikátových a/nebo alumosilikátových minerálů s činidlem zahřívána ve vertikálně a/nebo subvertikálně se pohybující vrstvě, přičemž rychlost pohybu vrstvy je 0,01 až 0,3 m.s-1.
8. Způsob podle kteréhokoliv z předcházej ících nároků, vyznačený tím, že pohyb zahřívané vrstvy zkusověné směsi a plynů v zařízení pro ohřev mají stejný směr.
- 20 CZ 2022 - 38 A3
9. Způsob podle nároků 1, 2, 3, 4, a 7, vyznačený tím, že směs ve vertikálně a/nebo subvertikálně se pohybující vrstvě je zahřívána nepřímo.
10. Způsob podle nároků 9, vyznačený tím, že směs ve vertikálně a/nebo subvertikálně se pohybující vrstvě je zahřívána nepřímo pomocí indukce střídavým elektromagnetickým polem o frekvenci 10 Hz až 500 Hz.
11. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že je rozpojený spečenec ve vznosu podroben šokovému zahřátí v oxidačním prostředí na teplotu v rozmezí 1450 °C až 3000 °C po dobu nejvýše 5 sekund k odpaření sloučenin alkalických kovů a plnému roztavení silikátů a/nebo alumosilikátů kovů alkalických zemin.
12. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že je spečenec před šokovým zahříváním rozpojen na zrna o velikosti menší než 0,2 mm.
13. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že zrna rozpojeného spečence mají při počátku jejich šokového zahřívání teplotu alespoň 500 °C.
14. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 11 až 13, vyznačený tím, že se šokové zahřívání provádí ve vysokoteplotním plazmovém výboji nebo plameni plynového hořáku, přičemž je materiál rozpojeného spečence rozptýlen v proudu vzduchu a/nebo kyslíku a/nebo směsi paliva se vzduchem a/nebo kyslíkem v poměru 300 g/ m3 až 5000 g/m3 a je přiveden do tohoto plazmového výboje nebo plamene hořáku.
15. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že je spalování paliva v hořáku aktivováno působením alespoň jednoho z následujících: mikrovlnné záření, vysokofrekvenční magnetické pole, stejnosměrný elektrický výboj, střídavý elektrický výboj, předehře v spalovacího vzduchu.
16. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že je silikátová a/nebo alumosilikátová tavenina zchlazena rychlostí alespoň 8 °C za 1 sekundu na teplotu nižší než 500 °C k její plné vitrifikaci.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-38A CZ202238A3 (cs) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | Vícefázový způsob získávání sloučenin alkalických kovů |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-38A CZ202238A3 (cs) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | Vícefázový způsob získávání sloučenin alkalických kovů |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ202238A3 true CZ202238A3 (cs) | 2023-08-09 |
Family
ID=87517815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2022-38A CZ202238A3 (cs) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | Vícefázový způsob získávání sloučenin alkalických kovů |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ202238A3 (cs) |
-
2022
- 2022-01-28 CZ CZ2022-38A patent/CZ202238A3/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5516357A (en) | Process for producing cement from metallurgical slag | |
| US11964922B2 (en) | Cementitious material production from non-limestone material | |
| US20250109064A1 (en) | Siliceous materials and methods of manufacture | |
| CN116472256B (zh) | 块矿渣通过碳酸盐化转化成辅助胶凝材料 | |
| CN113174456A (zh) | 一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法 | |
| JP2022509411A (ja) | ガラスの製造方法、および工業用ガラス製造設備 | |
| RU2374206C1 (ru) | Сырьевая смесь и способ изготовления керамических изделий | |
| JP2001048614A (ja) | セメント類またはセメント添加物製造方法 | |
| CZ202238A3 (cs) | Vícefázový způsob získávání sloučenin alkalických kovů | |
| CA3066286C (en) | Method of producing compounds of lithium and optionally of other alkali metals | |
| KR101325204B1 (ko) | 광미로부터 매트와 슬래그를 얻는 방법 | |
| EP4039835A1 (en) | Method of extracting lithium from a raw material mixture | |
| CZ308608B6 (cs) | Způsob sdružené produkce technického silikátu a sloučenin alkalických kovů, zejména lithia | |
| JP4713047B2 (ja) | マールスラグの製造方法 | |
| JP4349711B2 (ja) | ボーキサイトの処理方法 | |
| US1157437A (en) | Process of recovering potash. | |
| Otakulov | MODERN TECHNOLOGIES IN PORTLAND CEMENT PRODUCTION | |
| CN117902842A (zh) | 一种飞灰和污泥高温烧结建材化利用工艺及其应用 | |
| US1354727A (en) | Treatment of potassiferous materials | |
| RU2007104717A (ru) | Способ получения плавленного цементного клинкера | |
| JP2587486B2 (ja) | セメントの製造方法 | |
| CA1146983A (en) | Process for producing portland and other hydraulic cements | |
| JP2004210554A (ja) | ルビジウムの製造方法 | |
| CN116534870A (zh) | 提钛尾渣脱氯耦合矿化封存CO2联产NH4Cl的方法及应用 | |
| WO2020128077A1 (en) | Versatile method for preparing carbonatable clinker materials |