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" PERFECTIONNEMENTS A L'EXTRACTION DE MINERAUX CONTE-
NANT DU LITHIUM " -
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La présente invention est relative à un nou- veau procédé pour obtenir des produits dé valeur à base de lithium à partir d'un minerai ou minéral contenant du lithium, en particulier à partir d'un minerai de si- licate de lithium et d'aluminium, tel que spodumène, petalite, lepidolite et analogues. L'invention concer- ne, en particulier, un perfectionnement du procédé de concrétion à la chaux, grâce auquel perfectionnement certaines difficultés normalement rencontrées dans le procédé classique de concrétion à la chaux sont surmon- tées.
Le procédé de concrétion à la chaux consiste à mélanger de la chaux à un minéral contenant du li- thium, tel que spodumène, petalite, lepidolite et ana- logues, à concrétionner ou agglomérer le mélange, à soumettre le produit concrétionné à une digestion dans un milieu aqueux chaud et/débarrasser la pâte résultan- te des composés de lithium solubles dans l'eau. Après digestion, la boue qui se sépare de la pâte chaude ré- sultante à une tendance prononcée à se durcir ou à s'agglomérer en une masse dure, qui est très difficile à manipuler.
Ceci est particulièrement notable dans les installations ou appareils, tels que réservoirs de décantation, réservoirs de stockage, auges, cuves, cou- des de conduits e.t analogues, dans lesquels la pâte est admise à séjourner pendant un certain temps à un état plus ou moins stagnant, en sorte que les matières solides se décantent de manière à former la boue en question. Il est fréquent que la boue se dépose dans l'installation dans une mesure telle que celle-ci de- vienne entièrement inutilisable, ce qui r-equiert un
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arrêt complet, pour permettre d'enlever la bou@ prise en masse à la main.
La présente invention a pour objet un perfec- tionnement du procédé de concrétion à la chaux pour ob- tenir des produits de valeur à base de lithium à partir de spodumène et d'autres minéraux de silicate du li- thium et d'aluminium, ce/perfectionnement étant tel qu'il ne se produit pas de prise en masse ou de durcissement de la boue, qui se décante de la pâte obtenue à la sui- te de traitement de digestion.
Le procédé suivant la présente invention con- siste à concrétionner un mélange de chaux et d'un miné- ral contenant du lithium, à digérer le produit concré- tionné, de préférence à l'état broyé, dans un milieu aqueux chaud à une température supérieure à 1850 F, à refroidir la pâte chaude résultante, tout en ltagitant, jusqu'à une température inférieure à 160 F et à laver la pâte refroidie résultante à l'aide d'un milieu aqueux à une température inférieure à 1600 F, de maniè- re à la débarrasser des composés de lithium solubles.
Le minerai ou minéral lithique, qui est le plus généra- lement utilisé dans le procédé de concrétion à la chaux, est le spodumène,- qui constitue également la matière utilisée dans la forme d'exécution préférée du procédé selon la présente invention. Ce dernier procédé sera, dès lors, décrit ci-après dans son application à l'uti- lisation de cette matière. Toutefois, on comprendra que le procédé est également applicable au traitement d'autres minerais de lithium, en particulier à d'au- tres minerais de silicate de lithium et d'aluminium, tels que petalite, lepidolite et analogues.
Les stades de concrétion et de digestion du présent procédé peuvent être les mêmes que ceux connue
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et décrits jusqu'à présent dans le procédé de concré- tion à la chaux. Dans ce procédé, la température de la pâte après la digestion est ordinairement comprise entre 185 F et 212 F et cette pâte chaude est subsé- quemment soumise à un lavage à contre-courant, de maniè- re à en extraire les composés de lithium solubles for- més pendant la concrétion et la digestion. Dans un type de mode opératoire, ce lavage à contre-courant s'opère à l'aide d'une série de réservoirs de décanta- tion, dont-,le premier reçoit de l'eau et dont le der- nier reçoit de la pâte chaude.
Grâce à cet agencement, la pâte ou boue chaude se refrqidit nécessairement très lentement, la température qui règne dans le réservoir de décantation, auquel la pâte chaude est amenée en pre- mier lieuétant sensiblement la même que celle de la :pâte chaude quittant le récipient de digestion. Pen- dant ce mode de lavage, la boue doit être admise à se séparer de la pâte et c'est pendant ce temps que le dur- cissement ou la prise en masse dont question plus haut . se produit.
Ce durcissement ou cette prise en masse n'est pas limité¯au type d'installation spécifié ci- avant, mais peut se rencontrer dans d'autres types d'installations notamment dans les cas où les produits à base delithium se séparent de la boue par filtration, centrifugation ou analogues et lorsque la boue est ad- mise à se former par concentration des matières soli- des, notamment sous l'effet d'une ;orce centrifuge, par filtration ou sous l'effet de la pesanteur, tous ces mod es de formation étant désignés par le terme "décan- tation", et est admise à rester à l'état stag¯ant pen- dant une période appréciable.
La présente invention est basée sur la décou- verte selon laquelle la tendance de la boue stagnante
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à durcir ou à prendre en masse est réduite dans une large mesure à des températures inférioures, en sorbe que, lorsque la pâte chaude venant du traitement de di- gestion, est refroidie relativement vite de sa tempéra- ture normale supérieure à 185 F à une température in- férieure à 160 F, la boue qui se sépare de cette pâte reste fluide au cours de l'opération de lavage et au- tres opérations de manipulation subséquentes, même si elle est admise à rester dans un état relativement sta- gnant.
Ainsi, on a constaté, par exemple, qu'alors que la boue portée à une température comprise entre 185 et 212 F peut se transformer, lorsqu'elle est laissée au repos, en une masse dure en l'espace de quelques heu- res, la même boue restera molle et fluide pendant une semaine ou davantage, si elle est refroidie jusque une température inférieure à 1600 F, conformément à la pré- sente invention. Un autre facteur de grande importan- ce réside dans le fait que le refroidissement opéré préalablement au lavage n'affecte pas, dans une mesure significative, Inefficacité du lavage, les composés de lithium étant, aux concentrations en présence, entière-' . ment solubles dans la liqueur de lavage, même aux tem- pératures plus basses.
Comme on le soit, le spodumène, la petalite et la lepidolite constituent essentiellement des miné- raux de silicate de lithium et d'aluminium contenant jusqu'à environ 7 % de Li2O et de petites quantités va- riables d'oxydes de sodium et de potassium. Bien que le présent procédé soit applicable au traitement du mi- néral tel qu'il est recueilli à la mine, il est préfé- rable que le minéral soit d'abord concentré de manière à le séparer dû la gangue présente dans le minerai brut. 'Les termes et expressions "minéral", "minéral de
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silicate de lithium et d'aluminium" et "spodumène", tels qu'ils sont employés dans le présent mémoire et notamment dans les revendications qui le.terminent, s'appliquent à la fois au minerai tel qu'il est recueil. li à la mine et à la matière concentrée.
Gourme il est d'usage dans les procédés de concrétion à la chaux, le minéral employé, de même que la chaux, présentent des dimensions particulaires relativement petites, c'est-à- dire que ces produits doivent passer à travers un tamis à 10 mailles.
Pour l'opération de concrétion, de la chaux est intimement mélangée au minéral de silicate de li- thium et d'aluminium. La chaux employée peut être de la chaux vive ou de la pierre calcaire, cette derniè- re étant transformée en chaux vive au début de l'opéra- tion de concrétion. Les proportions de chaux employées sont bien connues des spécialistes. Etant donné que, comme on le verra plus loin, la chaux réagit avec la. silice et.l'alumine du minéral, il faut employer suf- fisamment de chaux pour satisfaire ces composés. Dans le cas du spodumène, par exemple, au moins 9 mois de chaux (calculée comme CaO) sont théoriquement nécessai- res pour chaque mol. de spodumène (Li2O.Al2O3.4SiO2) .pour les réactions se déroulant au, cours 'des opéra- tions de concrétion et de digestion.
Ordinairement, on préfère cependant utiliser un certain excès de'chaux et cet excès peut atteindre jusqu'à 50 % ou davantage de la proportion théoriquement requise.
Pour la concrétion, le.mélange est-chauffé à une température et pendant'un temps suffisants pour qu'un commencement de fusion ait lieu.' La température en question est inférieure à la température de fusion réelle du mélange. Pendant la concrétion, on suppose
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que la majeure partie de la chaux réagit avec le miné- ral, de manière à former du silicate dicalcique et de l'aluminate de lithium. Les phénomènes se produisant pendant l'opération de concrétion sont bien connus des spécialistes et ne font pas partie de la présente in- v ention. Les conditions de température exactes choi- sies dépendent du temps dont on dispose et du silicate de lithium et d'aluminium particulier traité, cette température et ce temps dépendant également, dans une certaine mesure, du type d'installation employé.
Dans le cas du spodumène, par exemple, le mélange est norma- lement chauffé à au moins 17500 F environ. La tempéra- ture peut atteindre 2300 F ou même davantage, à condi- tion que d'autres conditions propres à empêcher une fusion de la masse soient observées. L'appareil uti- lisé pour la concrétion peut être un four quelconque du type à chauffage direct ou indicée et peut être un four rotatif, un four tunnel ou analogue. L'achèvement de l'opération de concrétion peut être aisément déterminé en opérant une vérification sur des échantillons de la matière traitée. ' - ,Après l'opération de concrétion, le produit concrétionné peut-simplement étre admis à se refroidir et prélevé selon les exigences des , stades subséquents du procédé.
Ou bien, selon le type de four et autre appareillage utilisés,; le produit concrétionné sortant du four peut être plongé dans de l'eau ou amené direc- tement à un broyeur, où il peut-être broyé à sec ou à l'état humide. En tout cas, préalablement à la diges- tion, il est nécessaire de réduire le produit concré- tionné à des dimensions particulaires relativement fi- nes, étant. donné que l'efficacité de la digestion dé- pend de la finesse du produit conorétionné. En général,
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le produit concrétionné est broyé à un degré tel que la matière broyée passe à travers un tamis à 40 mailles et, de préférence, à travers un tamis à 60 mailles.
Le produit concrétionné est ensuite soumis à une digestion consistant à le.chauffer dans un milieu aqueux à une température supérieure à 1850 F. Pendant ce temps, la chaux, contenue dans le produit concrétion- né, qui n'a pas encore réagi, et se présente sous forme d'un hydroxyde, réagit avec l'aluminate de lithium, de manière à former de l'hydroxyde de lithium soluble et de l'aluminate de calcium insoluble. La limite supé- rieure de température n'est pas critique et peut s'éle- ver jusqu'à celle correspondant à 100 ou 200 livres anglaises de pression de vapeur, dans le cas où l'on dispose d'une installation permettant de travailler sous pression. La digestion progressa à une vitesse satisfaisante à des températures comprises entre 185 et 212 F environ et il n'est dès lors, en pratique, pas nécessaire.de travailler sous pression.
La températu- re préférée pendant la digestion est comprise entre environ 1$0. et 210 F.
, ,Le temps nécessaire pour une digestion com- plète.dépendra évidemment des conditions de température choisies.r En général, la digestion est complète après environ 2 à 8 heures, à la température de digestion, selon l'état du produit concrétionné. Il n'est pas nécessaire que la digestion soit achevée en un seul stade continu de digestion. comme décrit dans l'autre demande de brevet belge déposée, également ce jour, par la demanderesse, la digestion du produit concré- tionné en une pluralité de stades, chaque stade étant suivi d'un lavage, réduit dans une mesure appréciable l'accumulation des matières solides.
Le présent procé-
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est applicable à un tel type de procédé de digestion en phases multiples, en ce sens qu'on peut opérer un refroidissement de la pâte chaude après un quelconque et, de préférence, après tous les stades de digestion. soit
Pendant la digestion, qualle que/la technique exacte de digestion mise en oeuvre, la masse est continuelle- ment agitée, de manière à améliorer le rendement et à éviter le durcissement ou la prise en masse.
Comme on l'a indiqué, le liquide de diges- tion sera aqueux et de l'eau claire, des liqueurs de lavage recyclées, des liqueurs de digestion recyclées ou analogues peuvent être employées. On utilisera suf- fisamment de liquide pour former une pâte capable de couler librement avec le produit concrétionné broyé, cette pâte titrant ordinairement 15 à 25 % environ de matières solides.
La matière obtenue à la suite de la diges- tion se présenté sous la forme d'une pâte chaude se trouvant à une température supérieure à 185 F, dans laquelle les matières solides sont extrêmement fines, par suitede la réaction. Conformément à la présente invention, cette pâte chaude est ensuite refroidie ra- pidement jusqu'à une température inférieure à 160 F et, de préférence, inférieure à 150 F.' La limite in- férieure de température à laquelle la pâte doit être refroidie n'est pas critique. Toutefois, en pratique, il n'est pas nécessaire, en vue de convertir la pâte en une masse dans laquelle la boue reste, après décan- tation, dans un état fluide stable, de refroidir ex- cessivement la matière.
En pratique, pour des raisons d'économie, la pâte ne devra généralement pas être re- froidie à une température inférieure à 110 F. Une
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F. Pendant le refroidissement, la pâte doit être agi- tée, de manière à empêcher la séparation de la boue de cette pâte, jusqu'à ce que la température inférieure soit-atteinte.
Comme indiqué, le refroidissement de la pâte, tout en agitant cette dernière, s'opère relativement rapidement. En raison de la nature de la pâte chaude et de la grande masse de celle-ci, il faudrait de nom- breux jours pour que cette pâte atteigne une températu- re inférieure à 160 F, en la laissant simplement au repos dans les conditions de température atmosphérique ambiante. Ceci, ajouté au fait qu'une agitation serait nécessaire pendant ce temps, rend un refroidissement graduel impraticable par ce moyen.
Le refroidissement effectué conformément à la présente invention implique une extraction positive de la chaleur par des moyens artificiels, notamment en faisant usage de serpentins de refroidissement parcourus par un agent réfrigérant, tel que de.l'eau froide, de la saumure ou analogue, ou en faisant circuler la pâte à travers un radiateur re- froidi par de l'air-ou un autre fluide. Grâce à ces usures, la température de la pâte peut être ramenée à moins de 160 F, en l'espace de quelques heures, or- dinairement en moins de $ heures.
Les matières solides contenues dans la pâte refroidie ont alors, tout au moins dans une grande mesure, perdu leur tendance à durcir ou à prendre en masse, lorsqu'elles se décantent sous forme d'une boue de la pâte et la pâte peut être manipulée aisément et sans danger de prise en masse, même dans les cas où la pâte est amenée à rester à l'état stagnant pendant des périodes de durée substantielle, étant donné que la boue décantée restera à l'état fluide pendant de lon-
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gues périodes. La pâte peut, dès lors, être admise à rester au repos 'jusqu'à un traitement subséquent ou peut être soumise à un lavage, dans lequel on doit avoir recours au dépôt des matières solides sous forme d'une boue.
Lors du lavage de la pâte refroidie, cel- le-ci est admise à se décanter, notamment par la'pesan- teur dans des réservoirs de décantation, par'filtra- tion, par centrifugation ou par des moyens analogues.
La liqueur-mère contenant, les produits de valeur lithi- ques à l'état dissous est; soutirée et traitée de maniè- re appropriée pour en récupérer le lithium. La boue déposée ou décantée est généralement mélangée à une nouvelle fraction de,liquide aqueux, admise à se décan- ter et à nouveau séparée de la liqueur-mère contenant des produits de valeur à base de lithium en dissolution,
Selon une forme d'exécution préférée, le lavage s'opère dans une série de réservoirs de décantation, dans les- quels on fait circuler la matière, celle-ci étant mélan gée à du liquide de lavage circulant à contre-courant.
Dans chaque réservoir, la boue est admise à se décan- ter.
,Le procédé suivant l'invention apparaîtra plus clairement en considérant le dessin ci-annexé, qui représente schématiquement un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention. Comme le montre le dessin, de la chaux et du spodumène sont amenés au four 1, dans lequel s'opère la concrétion. Après cette opération, le produit concrétionné est amené à un broyeur 2, dans lequel il est broyé. Après broyage, le produit concré- tionné est amené à un réservoir de digestion 3, dans lequel on introduit de la liqueur de lavage ou de l'eau. Après la digestion, la pâte chaude est amenée directement au réservoir de refroidissement 4, dans le-
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quel elle est refroidie de la manière décrits plus haut.
La pâte refroidie est alors amenée dans l'ins- tallation de lavage 5, qui se compose, comme le montre le dessin, de quatre réservoirs de décantation 6, 7, 8 et 9. L'installation de lavage peut comporter un nombre plus ou moins grand de réservoirs de décanta- tion. La pâte refroidie venant du réservoir de refroi- dissement 4 est d'abord introduite dans le réservoir de décantation 6. De l'eau fraîche pour l'opération de lavage est admise dans le réservoir de décantation 9 de l'installation. La boue décantée circule progressi- vement du réservoir 6 au réservoir 9 à contre-courant du liquide de lavage qui va du réservoir 9 au réser- voir 6.
Dans chaque réservoir de décantation, la boue est mélangée à du liquide entrant et ensuite admise à se décanter, après quoi elle est soutirée à la partie inférieure du réservoir et amenée au réservoir immédia- tement suivant et ainsi de suite jusqu'à ce qu'elle atteigne le réservoir 9, 4près sa décantation, son la- vage est terminé. Dans chaque réservoir, le liquide surnageant est évacué à la partie supérieure du réser- voir et amené au réservoir suivant; A mesure que le liquide surnageant-progresse du réservoir 9 vers le réservoir 6, sa concentration en produits de valeur à base de lithium augmente.
Des modifications considérables sont possi- bles dans le choix des matières et les conditions ap- pliquées au cours des divers stades opératoires, sans sortir du cadre de l'invention.
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