KR102614181B1 - 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법은, (a) 선택된 온도 및 지속기간에 알칼리성 화합물의 수용액으로 리튬 슬래그를 수열 처리하는 단계; (b) 알칼리 처리된 리튬 슬래그에 이온교환 단계를 수행하는 단계; 및 (c) 알루미늄 화합물, 규소 화합물, 및 규소와 알루미늄을 함유하는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 가치물을 회수하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 리튬 슬래그(lithium slag)로부터 가치물(value), 예를 들어, 고순도 알루미나 및 실리카를 추출하기 위한 방법에 관한 것이다. 리튬 슬래그는, 리티아 휘석(spodumene), 레피도라이트(lepidolite), 페탈라이트(petalite), 페그마타이트(pegmatite) 또는 기타 리튬 보유 알루미노실리케이트를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 리튬 보유 알루미노실리케이트 미네랄의 정제로부터의 폐기물이다.
알루미노실리케이트로부터 알루미나 및 알루미나로부터 유래된 화합물을 제조하는 방법은, 예를 들어, 제1 단계가 산 침출 전에 에너지 비용이 많이 드는 하소 단계인 카올린의 처리를 포함한다. 이것은 채광(mining) 및 마손(attrition) 비용에 부가된다. 수산화알루미늄이 바이엘 공정(Bayer process)을 통해 생산되는 다른 공정에서, 150 내지 200℃의 온도가 사용되어 채광 및 마손 비용에 부가해서 상당한 가열 비용을 발생한다. 바이엘 공정의 잘 알려진 환경 딜레마는 방대한 양의 가성 "적니(red mud)"의 생산이다.
이와 대조적으로, 위에서 기재된 바와 같은 리튬 슬래그는 현재 시멘트 및 건설 산업에서 저가 첨가제로서 사용하기에 단지 적합한 경질 암석 리튬 정제 산업의 저가 부산물이다. 리튬 슬래그는 리튬 정제 공정에서 이미 고려된 채광, 마손 및 하소 비용으로 정제공장으로부터 전달되는 바와 같이 사용될 수 있는 부산물이다.
그러나, 알루미나 및 실리카의 공급원으로서의 리튬 슬래그는 아직 성공적으로 활용되고 있지 못하다. 통상의 산 침출 수법 및 실제로 다른 수법은, 성공하지 못한 것으로 보인다. 미국 특허 제3007770호 및 제3112170호는 리튬을 추출할 목적으로 베타-리티아 휘석의 알칼리 처리를 기술하고 있다. 형성된 제올라이트 물질은 부산물인 것으로 여겨진다. 미국 특허 제3112170호에서, 이온교환은 알루미나의 공급원으로서가 아니라 리튬을 추출할 목적으로 탄산암모늄으로 수행된다.
본 발명의 목적은 리튬 슬래그로부터 가치물, 예컨대, 바람직하게는 고순도의 알루미나 및 실리카를 추출하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 목적을 고려해서, 본 발명은 하기를 포함하는, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법을 제공한다:
(a) 선택된 온도 및 지속기간에 알칼리성 화합물의 수용액으로 리튬 슬래그를 수열 처리(hydrothermally treating)하는 단계;
(b) 알칼리 처리된 리튬 슬래그에 이온교환 단계를 수행하는 단계; 및
(c) 알루미늄 화합물, 규소 화합물, 및 규소와 알루미늄을 함유하는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 가치물을 회수하는 단계.
바람직하게는, 알칼리성 화합물(AC)의 수용액은 강알칼리, 바람직하게는 가성 소다, 수산화칼륨, 탄산나트륨 및 탄산칼륨을 비롯한 나트륨 또는 칼륨의 강알칼리성 화합물이다. 리튬 슬래그 대 AC 중량 대 중량비는 바람직하게는 리튬 슬래그의 가치 화합물로의 전환을 최적화시키기 위하여 약 1:0.1 내지 약 1:2의 범위이다.
알칼리 수열처리로부터 얻어진 알루미늄 및 규소(알루미노실리케이트) 화합물의 속성은 온도뿐만 아니라 알칼리 농도에 의존한다. 알칼리 처리된 리튬 슬래그는, 바람직하게는 10% 초과, 바람직하게는 20% 초과, 선택적으로 최대 약 50%의 고체 밀도 및 약 90℃ 이상의 온도에서 허용 가능한 수율로 얻어질 것으로 예상되는 이온교환 특성을 나타내는 화합물 또는 화합물들(예를 들어 제올라이트 A, X 또는 P)을 함유한다. 수열 처리 또는 체류 시간이 더 길 것 같지만, 최대 60℃인 낮은 온도는 또한 충분한 것일 수 있다. 이 방법은 그 자체에 바람직한 알루미늄 추출 수준, 예를 들어, 85% 이상의 추출을 부여할 수 있지만, 요구되는 추출은 공정 경제성에 좌우되므로, 더 낮은 추출 수준이 허용 가능할 수도 있다.
수열처리는 전형적으로 소량의 알루미나 및 더 많은 비율의 실리카를 용해시킨다. 실리카는 위에서 기재된 수열처리에서 사용되는 알칼리성 화합물에 좌우되는 속성의 실리케이스 화합물에 가용화된다. 가성 소다가 사용되는 경우, 규산나트륨이 가용화될 것이다. 수산화칼륨이 사용되는 경우, 규산칼륨이 가용화될 것이다. 용해된 실리케이트는 석회와 같은 적합한 침전제를 이용하는 침전 단계에서 침전될 수 있다. 재차, 침전 단계 온도 및 침전 단계 지속기간은 침전 단계를 최적화시키도록 선택된다. 그러나, 가열은 필수가 아닐 수도 있고, 이 단계는 실온을 비롯한 온도에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 침전 단계는 수열 처리 단계에 대해서 선택된 알칼리성 화합물의 재생을 허용하고 선택된 알칼리성 화합물은 수열처리 단계로 재순환될 수 있다.
고체/액체 분리 단계는 전형적으로 단일 단계로 수행되든 다단계로 수행되든지 간에 알칼리성 화합물에 의한 수열처리를 수반할 것이다. 다단계 공정은 제올라이트 P를 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 다단계 공정은 제1 단계(시효 단계(aging stage)라고 지칭될 수 있음)가 제1 온도에서 수행되고 제2 수열처리 단계가 제1 온도보다 더 높은 제2 온도에서 수행되는 2단계를 포함할 수 있다. 제2 단계에서의 체류 시간은 또한 제1 단계에서의 체류 시간보다 더 길 수 있다. 이것은 제품 제올라이트 품질을 향상시킬 수 있다. 그러나, 편리하게는 제2 온도와 동일 또는 그보다 높은 온도에서, 제1 시효 단계 없는 단일 단계 수열 처리는 또한 제품 품질의 관점에서 유사한 결과로 가능하다. 어느 경우에서도, 분리된 고체 잔사는 이어서 유리하게는 염화알루미늄 육수화물을 형성하기 위하여 바람직하게는 염산을 이용하는 산 침출 단계에 적용될 수 있다.
상기 방법은 목표 가치물 또는 더 높은 가치 목표 생성물, 예컨대, 고순도 알루미나 및 제올라이트 P의 품질에 영향을 미칠 수 있는 미네랄 매트릭스에서 이미 도입된 나트륨 또는 칼륨 또는 임의의 양이온을 제거하기 위하여, 알칼리 처리 후에 이온교환 단계를 포함한다. 이것은 이온교환 단계가 수행되지 않았던 것보다 고순도 및 가치의 생성물의 회수를 가능하게 한다. 이온교환 단계는 편리하게는 적합한 화합물, 예컨대, 암모늄 화합물, 예를 들어 염화암모늄, 황산암모늄, 질산암모늄, 수산화암모늄 또는 탄산암모늄의 수용액을 알칼리 처리된 리튬 슬래그 잔사와 접촉시킴으로써 수행된다.
대안적으로, 알칼리 리큐어(liquor)는 다음 단계에 기재된 산 추출 잔사로부터 반응성 실리카를 재용해시키는데 사용될 수 있었다. 재-용해는 온화한 조건, 예를 들어 90℃ 및 약 1시간의 반응 시간을 이용해서 반응성 실리카만을 포함할 수 있었다. 이것은 약간의 리튬 슬래그량 중 약 60 내지 80 중량%의 실리카를 고려해야 한다. 나머지 실리카는 주로 실리카인데, 이는 고온, 예를 들어, 180℃ 및 실리카 가용화를 위한 증가된 압력을 필요로 할 것이다. 적합한 온도, 예컨대, 실온에서 임의의 적합한 산, 예를 들어, 황산 또는 CO2를 이용함으로써, 실리카는 pH를 낮춤으로써 침전될 수 있고, 이어서 분리 후에 세척될 수 있다.
알칼리 처리로부터 직접, 또는 이온교환 단계를 통해서 잔사는 유용한 중간체를 형성하기 위하여 산 침출 단계에 적용될 수 있다. 염산이 선택되는 경우, 염화알루미늄 육수화물은 알칼리 처리된 리튬 슬래그 또는 이온교환된 잔사로부터 침출된다. 삼염화알루미늄 육수화물은 유용한 중간체이다. 이 단계는 또한 고체상에서 실리카를 농축시킨다. 실리카 고갈된 침출물(leachate)은 여과 또는 적합한 분리 방법, 예를 들어, 압력 여과에 의해 고체 잔사로부터 분리된다.
실리카 풍부 이온교환된 고체 잔사의 알칼리 침출이 실리카겔의 형성을 초래하는 경향이 있을 수 있고, 이는 후속의 고체-액체 분리를 방해할 수 있고, 이온교환된 잔사는 바람직하게는 산 침출 전에 추가의 단계에서 처리된다. 편리하게는, 이온교환 잔사는 이온교환에 사용되는 경우 암모니아의 일부 또는 전부 그리고 수분의 전부를 제거하는데 효과적인 조건하에서 로스팅된다. 암모늄 화합물의 용액이 위에서 기재된 바와 같이 이온교환을 위하여 사용될 경우, 로스팅 단계는 암모니아 및 수분의 유리(liberation) 및 후속의 산 침출 단계에서 실리카 겔 형성을 위한 더 낮은 경향을 초래한다. 유리된 암모니아는 예를 들어 염산과 접촉시킴으로써 이온교환 단계에서 사용하기 위한 염화암모늄으로서 재생될 수 있다.
이어서, 산 침출로부터의 실리카 풍부 고체 잔사는, 알칼리 침출을 통해서, 예를 들어, 재생 단계로부터의 알칼리 리큐어를 이용해서 잔사를 용해시키고, 이어서 반응성 실리카를 침전시키기 위하여 침전제로 실리케이트 함유 침출물을 처리함으로써 97% 초과의 순도, 선택적으로 99% 초과의 순도의 침강 실리카로 전환될 수 있다.
가치물 알루미늄 함유 생성물은 또한 산성 침출물로부터 생성될 수 있다. 제1 예는 삼염화알루미늄 육수화물(Al(H2O)6Cl3)인데, 이는, 산성 침출물로부터, 예를 들어, 산 가스, 예컨대, 염산 가스를 이용해서 침전될 수 있다. 냉각은 반응의 발열 속성으로 인해 침전을 최적화시키기 위하여 요구될 수 있다. 재-용해 및 재-침전을 포함하는 추가의 정제 단계는 몇몇 환경에서 수행될 필요가 있을 수 있다.
Al(H2O)6Cl3는 추가의 하소 단계를 통해서 알루미나 또는 심지어 아마도 고순도 알루미나(high purity alumina: HPA)로 전환될 수 있고, 유리하게는 약 700℃ 내지 1600℃의 온도에서 수행될 수 있다.
수열처리 단계 전에, 리튬 슬래그는 적합한 산으로 세척되어, 일부 불순물, 예컨대, 철을 제거할 수 있다. 리튬 슬래그는 또한 기타 미네랄 처리 방법을 통해서 선광될(beneficiated) 수 있다. 예를 들어, 자성 입자는 자성 분리의 임의의 수단을 통해서 제거될 수 있거나, 또는 입자 사이징(particle sizing)은 체거름, 밀링(milling) 또는 중량측정 분리와 같은 임의의 수단을 통해서 수열처리 단계를 최적화시키도록 조절로부터 선택될 수 있다. 100 미크론 미만, 더 바람직하게는 75 미크론 미만, 가장 바람직하게는 50 미크론 미만의 입자 사이징을 사용하는 것이 선호되지만, 수열처리 단계 및 가능하게는 추가의 처리 단계에서 더 긴 반응 시간 및 충분한 교반을 필요로 하도록 예상되지만, 더 큰 입자 크기가 선택될 수도 있다.
이 방법은, 현재의 저가치 부산물인 리튬 슬래그로 하여금, 시약이 재생되고 재활용되고 폐물 생산을 최소화할 수 있는 비용-효율적인 방식으로 고순도의 가치 있는 알루미늄 및 규소 함유 화합물의 제조에 이용되게 할 수 있다.
리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하기 위한 방법은 해당 방법에 대한 흐름 선도를 도시하는 도면을 참조하여 행해진 바람직하지만 비제한적인 실시형태의 이하의 설명으로부터 더욱 충분히 이해될 수 있다.
예를 들어, 리티아 휘석 광석 잔사 형태의 리튬 슬래그는, 실질적으로 모든 리튬을 광석으로부터 유리시키는 리티아 휘석 침출 단계 후에 리튬 정제로부터 폐 부산물로서 얻어진다. 리티아 휘석 침출 단계는 황산 침출을 수반할 수 있다. 리튬 슬래그(예를 들어 68%의 SiO2 및 26%의 Al2O3를 포함할 수 있었음)는 우선 단계 1에서 다음과 같이 선광된다. 리튬의 입자 크기는 100 미크론 미만, 바람직하게는 50 미크론 미만인 평균 입자 크기로 밀링 및/또는 기타 분급 수법과 같은 방법을 통해서 조절된다. 자성 입자는 임의의 자성 분리 수법을 통해서 제거된다.
이어서, 50 미크론 미만(예를 들어 38 미크론 미만)의 입자 크기의 리튬 슬래그 입자는 단계 2에서 교반 탱크 반응기에서 수성 가성 알칼리(AC) 용액 중에서 약 30%의 고체 밀도에서 현탁된다. 슬러리 중의 리튬 슬래그 대 AC 중량 대 중량비는, 리튬 슬래그의 가치물인 규소 및 알루미나 화합물로의 전환을 최적화시키기 위하여, 약 1:0.1 내지 약 1:2의 범위에서 (3.75M NaOH에서), 즉, 강알칼리에서 유지된다. 더 낮은 AC 비 또는 알칼리 농도에서, 더 긴 반응 시간이 충분한 알루미늄 추출을 위하여 요구될 수 있다.
수열처리 단계로부터 얻어진 알루미늄 및 규소 화합물의 속성은 알칼리 용액의 농도 및 온도에 좌우된다. 알칼리 처리된 리튬 슬래그 잔사는, 바람직하게는 이온교환 특성(예를 들어 제올라이트 A, X 또는 P)을 나타내는 이러한 화합물 또는 화합물들을 함유하는데, 이는 약 90℃ 이상의 온도 및 약 12시간의 기간에서 허용 가능한 수율로 얻어질 것으로 예상되지만, 그 기간은 목표 가치 화합물이 얻어지는 한 중요하지 않음을 이해할 것이다. 이 방법은 위에서 기재된 바와 같이 목적하는 알루미늄 추출 수준, 예를 들어 85% 이상의 추출로 최적화된다.
선택적으로, 수열처리는 2 단계 및 탱크 반응기에서 수행된다. 제1 시효 단계는 약 1시간 동안 50℃에서 수행된다. 제2 수열처리 단계는 약 7 내지 10시간 동안 90℃까지 가열하면서 수행된다. 단일 수열처리 단계, 예를 들어, 90 내지 95℃가 또한 제품 품질의 관점에서 유사한 결과가 예상되는 대안으로서 사용될 수 있다.
수열처리는 소량의 알루미나를 용해시키지만, 실리카는 부식제가 수열처리를 위한 선택된 알칼리성 화합물인 것을 고려하면 규산나트륨으로서 더 많은 정도로 가용화된다.
리튬 슬래그의 알칼리 처리, 및 고체/액체 분리 단계 3 후에, 상기 방법은, 목표 가치 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있는 알칼리 침출 미네랄 매트릭스에서 이미 도입된 나트륨 또는 칼륨 또는 임의의 다른 양이온을 제거하기 위하여, 이온교환 단계 4를 포함한다. 이온교환 단계 4는 적합한 화합물, 예컨대, 암모늄 화합물, 예를 들어 염화암모늄, 황산암모늄, 질산암모늄, 수산화암모늄 또는 탄산암모늄의 수용액을 예컨대 2M의 농도의 알칼리 처리된 리튬 슬래그 잔사와, 알칼리 처리된 리튬 슬래그 잔사와 접촉시킴으로써 수행된다. 알칼리 처리된 리튬 슬래그 잔사는 여과 또는 농후화와 같은 고체/액체 분리 단계 3에 의해 이온교환으로부터 회수된다.
이온교환 단계 4를 다시 한번 참조하면, 이온교환 단계는 충분한 이온교환 및 불순물 제거를 허용할 용적에서 30 내지 60 분의 기간을 가질 수 있다. 농도 및 고체 밀도는 달라질 수 있다. 더 낮은 농도가 사용될 경우, 이온교환 공정은 이온교환 평형을 보상하기 위하여 반복될 필요가 있을 수 있고, 이온교환 단계가 오직 1회 또는 단일 단계로서 수행될 수 있는 것이 가능하다. 이온교환 단계 4는 실온보다 다소 더 높은 온도, 예를 들어 40 또는 50℃에서 수행될 수 있었다. 잔사가 역류 방식으로 염화암모늄으로 세척되는 공정은 이온교환 단계 4를 더 최적화시킬 수 있다.
고체 이온교환된 잔사는 흡착된 물뿐만 아니라 암모니아의 일부를 제거하기 위하여 가열된다. 가열 공정 동안, 제올라이트는 암모니아 방출과 관련된 공산이 있는 구조적 변화를 받을 수 있지만, 단지 그 때문에 반드시 그럴 필요는 없다. 이온교환된 잔사 중의 잔류 암모니아 및 내부 수분이 이하에 설명된 바와 같은 후속의 산 침출 처리 동안 실리카 겔 형성 및 후속의 고체 액체 분리 곤란성과 연관될 수 있으므로, 고체 이온교환된 잔사는 바람직하게는 과잉의 암모니아 및 내부 수분을 제거하기 위하여 로스팅된다. 이러한 과잉의 암모니아는 또한 예를 들어 염산과 접촉함으로써 염화암모늄으로서 재순환되고 이온교환 단계 4에서 재사용될 수 있다. 재순환 및 낭비의 최소화에 초점을 둔 것은 이온교환 단계, 후속의 산 침출 단계 8 및 전반적인 공정에 대해서 비용 및 환경 유익을 제공한다.
이온교환된 잔사는 분리되고, 예컨대 1시간 동안 350℃로 가열될 수 있거나, 또는 온도는 더 낮은, 즉, 250℃, 아마도 8시간 동안일 수 있었다. 제올라이트의 구조의 경화는 더 긴 로스팅 시간이 알루미나 추출 효율의 감소를 초래할 것이라는 결과가 일어나고 더 짧은 시간이 동일한 산 침출 조건하에서 실리카겔 형성을 초래할 것으로 보인다.
이어서, 이온교환된 잔사에는 이온교환된 잔사가 유용한 중간체인 삼염화알루미늄 육수화물을 생성할 목적으로 염산에 재-슬러리화되는 산 침출 단계 5가 적용된다. 공정 조건은, 예를 들어, 겔 형성이 얼마나 잘 조절되는지에 따라서 10% 내지 25%의 고체 밀도에서 1시간의 반응 기간 및 실온에서 25 중량%의 HCl을 포함한다. 겔 형성이 제한되는 경우에 더 높은 고체 밀도가 달성 가능하다. 교반 탱크 반응기(들)가 또 다시 이용된다. 더 높은 HCl 농도에서, Al(H2O)6Cl3의 용해도가 저감된다. 더 낮은 HCl 농도에서, 추출이 또한 성공적일 수 있지만, Al(H2O)6Cl3 용액을 포화시켜 염화알루미늄 육수화물을 침전시키기 위하여 방대한 양의 HCl이 필요로 될 것이다. 추출은 또한 더 낮은 온도에서, 예를 들어, 실온에서 일어날 수 있다.
산 침출 단계 5는 단지 Al(H2O)6Cl3를 형성하는 반응을 위하여 화학량론적 양으로 다소 과잉으로 염산을 필요로 한다. 즉, 잔사 중 매 1몰 당량의 알루미늄에 대해서 3몰 당량을 약간 넘는 HCl. 산 침출물은 여과 또는 원심분리에 의해 실리카 풍부한 산 침출 잔사로부터 분리되고, 고체 성분과 액체 성분에는 둘 다 추가의 처리 단계가 적용된다.
고체/액체 분리 단계 6에서 분리된 실리카 풍부 산 침출 잔사는, 알칼리 침출 단계 8에 적용하여 실리카를 규산나트륨 용액에 가용화시키고, 이어서 처리하고 정제시켜 반응성 실리카를 침전시킬 수 있다. 알칼리 수열처리 단계 2로부터의 알칼리 리큐어는 산 추출 잔사로부터 반응성 실리카를 재용해시키는데 사용될 수 있었다. 재-용해는 온화한 조건, 예를 들어 90℃ 및 약 1시간의 반응 시간을 이용하여 반응성 실리카만을 포함할 수 있었다. 이것은 일부 리튬 슬래그량 중 약 60 내지 80 중량%의 실리카를 고려해야 한다. 나머지 실리카는 주로 석영인데, 이는 실리카 가용화를 위하여 더 높은 온도, 예를 들어, 180℃ 및 증가된 압력을 필요로 할 것이다.
이어서, 규산나트륨 용액이 산성화될 수 있고, 실리카는 산, 예를 들어, 황산 또는 염산, 또는 CO2를 이용해서, 실온에서 또는 임의의 다른 적합한 조건하에 실리카 제조 단계 9에서 공지된 공정을 통해서 침전될 수 있다. 실리카는 이어서 세척될 수 있고, 다르게는, 예를 들어, 나트륨 또는 칼륨과 같은 불순물의 용해를 조장하기 위하여 슬러리의 pH를 더 낮은 값으로 조정함으로써 필요로 되는 순도로 정제될 수 있다. 불용물은, 침강 실리카를 형성하기 위하여 적어도 10 미만, 또는 심지어 최저 pH 2까지 pH를 낮추기 위하여 HCl 또는 H2SO4와 같은 산에 의한 산성화 전에 실리케이트 용액으로부터 제거되어야 한다.
산 침출 단계 5로부터의 산성 침출물로부터 Al(H2O)6Cl3를 침전시키기 위하여, 침출물이 -침전 단계 7에서- 공지된 방법을 통해서 HCl 가스로 포화되고, 혼합물은 반응의 발열 속성으로 인해 침전을 위한 최상의 조건을 제공하기 위하여 냉각으로 유지된다. Al(H2O)6Cl3의 순도는 물 또는 묽은 HCl로 재용해 그리고 목적하는 순도에 도달할 때까지 HCl에 의한 재-침전에 의해 향상될 수 있다. 36% HCl에 의한 생성물의 세척은 바람직한 것으로 입증된다면 포함될 수도 있었다.
상기 방법은 이전의 저가치의 리튬 슬래그의 처리를 가능하게 하고 이것을 공급원료로서 사용해서 고순도 알루미나, 고순도 실리카 및 알루미늄, 규소 또는 둘 다를 함유하는 기타 화합물의 범위를 제조함으로써 리튬 추출 작업의 수익성을 증대시키는 상당한 잠재성을 갖는다. 동시에, 시약을 재순화시켜 비용을 최소화하고 실질적으로 폐기물을 제거함으로써 상업적 이익이 달성된다.
리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하기 위한 방법에 대한 수정 및 변형은 본 개시내용으로부터 숙련된 독자에게 명백할 수 있다. 이러한 수정 및 변형은 본 발명의 범위 내인 것으로 간주된다.
Claims (18)
- 리튬의 유리(liberation) 후에 리튬 슬래그(lithium slag)로부터 가치물(value)을 추출하는 방법으로서,
(a) 선택된 온도에서 선택된 지속기간 동안 알칼리성 화합물의 수용액으로 리튬 슬래그를 수열 처리(hydrothermally treating)하는 단계로서, 상기 수열 처리하는 단계는 가용화되는 알루미나보다 더 많은 비율의 실리카를 갖는 실리케이트로서 소량의 알루미나 및 실리카 둘 다를 가용화시키는, 상기 수열 처리하는 단계;
(b) 상기 알칼리성 화합물의 수용액으로부터의 양이온을 함유하는 불순물을 포함하는 고체 잔사를 상기 수용액으로부터 분리하기 위해 고체/액체 분리 단계를 수행하는 단계로서, 상기 수용액은 용해된 실리케이트를 함유하는, 상기 고체/액체 분리 단계를 수행하는 단계;
(c) 상기 수열 처리하는 단계(a) 동안 상기 알칼리성 화합물의 수용액에 의해 도입된 양이온을 제거하기 위해서 상기 분리된 고체 잔사를 이온 교환 화합물의 수용액과 접촉시킴으로써 상기 분리된 고체 잔사에 이온 교환 단계를 수행하는 단계;
(d) 상기 이온 교환 화합물의 수용액으로부터 이온 교환된 고체 잔사를 분리하는 단계; 및
(e) 상기 분리된 이온 교환된 고체 잔사를 처리하여 고순도 알루미나를 회수하는 단계를 포함하는,
리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 알칼리성 화합물(AC)은 가성 소다, 수산화칼륨, 탄산나트륨 및 탄산칼륨을 포함하는 나트륨 또는 칼륨의 강알칼리성 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 강알칼리성 화합물인, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 리튬 슬래그 대 AC의 중량 대 중량비는 1:0.1 내지 1:2의 범위인, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 수열 처리를 위해 선택된 온도는 60℃보다 더 높은, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 알칼리성 화합물의 수용액 중 리튬 슬래그의 고체 밀도는 10% 초과 최대 50%인, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 삭제
- 제4항에 있어서, 가용화된 실리케이트는 상기 수열 처리 단계를 위해 선택된 상기 알칼리성 화합물의 재생을 허용하는 침전 단계에서 침전되고, 그리고 상기 선택된 알칼리성 화합물은 상기 수열 처리하는 단계로 재순환되는, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 분리된 이온 교환된 고체 잔사는 산 침출 단계를 거치는 것인, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 산 침출 단계는 산성 침출물 및 산 침출된 잔사 중에 삼염화알루미늄 육수화물을 형성하도록 염산과 연루되는, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 이온 교환 단계 (c)는 암모늄 화합물의 수용액을 알칼리 처리된 잔사와 접촉시킴으로써 수행되는, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 암모늄 화합물은 수산화암모늄 및 탄산암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제10항에 있어서, 분리된 이온 교환된 잔사는 산 침출 단계 동안 실리카 겔 형성을 위한 경향을 더 낮추기 위해 이온 교환 동안 형성된 암모니아의 적어도 일부 및 모든 수분을 제거하는 조건하에 로스팅되는(roasted), 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 산 침출된 잔사는 반응성 실리카를 포함하고, 상기 산 침출된 잔사로부터의 상기 반응성 실리카는 알칼리 침출에 의해 재용해되어 용액을 형성하고, 상기 반응성 실리카는 상기 용액의 pH를 낮춤으로써 상기 용액으로부터 침전되는, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 삭제
- 제9항에 있어서, 상기 삼염화알루미늄 육수화물은 상기 산성 침출물과 염산 가스를 접촉시킴으로써 상기 산성 침출물로부터 침전되는, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제15항에 있어서, 삼염화알루미늄 육수화물은 700℃ 내지 1600℃의 온도에서 추가의 하소 단계를 통해 알루미나 또는 고순도 알루미나(high purity alumina: HPA)로 전환되는, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제16항에 있어서, 단계 (a) 전에, 상기 리튬 슬래그는 상기 수열 처리 단계를 최적화시키기 위한, 불순물을 제거하기 위한 산에 의한 세정, 자성 분리 및 입자 사이징 조절(particle sizing adjustment)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 공정에서 선광되는(beneficiated), 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
- 제17항에 있어서, 입자 사이징은 100 미크론 미만으로 조절되는, 리튬 슬래그로부터 가치물을 추출하는 방법.
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