경암 리튬 광석의 거친 맥석 제거에 대한 하소의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12963(2022) 이 기사 인용

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스포듀민 광석을 가공하려면 α-스포듀민을 보다 반응성이 높은 β-스포듀민 상으로 전환하기 위한 필수 전처리로서 하소가 필요합니다. 이러한 변형은 900°C 이상의 높은 온도에서 발생하며 결과적으로 광물의 부피 팽창이 30% 증가하고 제품의 물리적 특성이 크게 변경됩니다. 이 연구에서는 이러한 유도된 특성과 입자 크기에 따른 리튬 등급 이동에 대한 하소의 영향을 조사합니다. XRD 분석에서는 소성된 가장 미세한 부분(즉, 0.6mm 미만의 입자)에서 상당량의 β-스포듀민이 발견되었습니다. 소성된 리튬 샘플의 본드 볼 밀 작업 지수(즉, 42.3%)의 현저한 감소는 α-β-스포듀민 전환 후 샘플의 관찰된 파손 및 부서지기 쉬운 외관을 뒷받침하는 것으로 기록되었습니다. 샘플이 하소될 때 리튬이 더 미세한 부분으로 이동하는 것이 상당히 증가했는데, 이는 맥석 광물에 대한 스포듀민의 선택적 파손을 나타냅니다.

배터리 산업에 리튬 화합물을 적용하면 전 세계적으로 리튬 수요가 증가합니다. 리튬의 두 가지 중요한 자원 중에서 염수 추출은 단단한 암석 채굴에 비해 상업적으로 더 실용적입니다. 그러나 두 가지 이유 때문에 보다 고르게 분포된 경암 광석에서 리튬을 추출하는 쪽으로 관심이 옮겨졌습니다. 첫째, 이 상품은 일부 특정 지역에 존재하기 때문에 독점됩니다. 둘째, 리튬의 복합 연간 성장률은 25.5%로 예상되며, 이는 2020년부터 2024년까지 4년간 리튬이 47.3톤에서 117.4톤으로 증가하여 다른 공급원료로 생산이 확대될 것으로 예상됩니다1. 이러한 성장은 주로 2020년 340만 대에서 2024년 1,270만 대까지 증가할 것으로 예상되는 전기 자동차 판매 증가에 따른 것입니다1.

스포듀민(LiAlSi2O6)은 가장 경제적으로 활용 가능한 리튬 함유 광물이며 리튬 추출에 널리 사용됩니다2. 이는 페그마타이트에서 발견되며 꽃잎석(LiAlSi4O10) 및 레피돌라이트(K(Li,Al,Rb)3(Al,Si)4O10(F,OH)2)와 같은 다른 리튬 함유 화합물과 함께 발생할 수 있습니다. 리튬 광석의 처리는 중력 분리/고밀도 매체 분리, 자기 분리 및/또는 부유선광과 같은 선광으로 시작됩니다3. 스포듀민으로부터 리튬을 얻는 것은 리튬 함유 광물(즉, 스포듀민)과 관련 맥석 광물(예: 석영(SiO2), 조장석(NaAlSi3O8), 미세사면(KAlSi3O8) 및 백운모(KAl2(Si3Al)))의 유사한 특성으로 인해 간단한 공정이 아닙니다. O10(OH,F)2).

6% 이상의 Li2O를 함유한 스포듀민 농축물은 최소 75%의 스포듀민에 해당하는 고급4으로 간주됩니다. 이 농축물은 다음 가공 단계인 열처리 및 리튬 추출2에 공급하는 데 적합합니다. 반응성이 덜한 α상5에 스포듀민이 자연적으로 존재하기 때문에 열처리가 필요합니다. 높은 온도(950°C 이상)에서의 열처리는 리튬 생산에서 중요한 단계입니다. 이 단계는 반응성이 덜한 α-스포듀민을 반응성이 더 높은 β-스포듀민으로 변환시키기 때문입니다6. 이러한 상 변화 현상을 흡열 반응인 하소 또는 감쇠라고 합니다7.

α-스포듀민은 스포듀민의 세 가지 가능한 단계, 즉 α, β, γ 중에서 자연적으로 가장 많이 발생합니다. α-스포듀민(단사정 결정 구조)은 주변 온도에서 발견되는 밀도가 높고 반응성이 낮은 상입니다. 그러나 β-스포듀민(정방정계 결정 구조)은 α-스포듀민보다 밀도가 30% 더 낮습니다. 따라서 β-스포듀민은 α-스포듀민보다 비중이 낮습니다(각각 2.4 및 3.15g/cm3). 육각형 γ-스포듀민은 최근에 발견되었으며 α 단계에서 β 단계로 전환되는 동안 형성되기 때문에 준안정합니다8.

α-스포듀민은 유능한 암석으로 나타나는 반면, β-스포듀민은 광석(예: 석영)7에 있는 주요 맥석 광물보다 훨씬 부서지기 쉽습니다. 현미경 연구에 따르면 α-스포듀민은 여러 층이 서로 겹쳐진 소형 물질로 밝혀졌습니다. 반대로, β-스포듀민 샘플에서는 입자에서 많은 균열이 관찰되어 보다 무작위적인 결정 구조로 이어질 수 있습니다.