HYDROTHERMAL EXTRACTION OF LITHIUM COMPOUNDS FROM PETALITE Li[AlSi4O10]
Based on studies of the decomposition of petalite ore, the hydrothermal method for the extraction of lithium and aluminum compounds from lithium aluminosilicate Li[AlSi4O10] (petalite) has been developed. The studied sample of ore contains, wt. %: Li2O – 0.75 and Al2O3 – 14.65. For unenriched peta...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2021
|
| Online Zugang: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/381 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465774759018496 |
|---|---|
| author | Ivanenko, Oleksandr Pavlenko, Tamara |
| author_facet | Ivanenko, Oleksandr Pavlenko, Tamara |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Oleksandr Ivanenko",
"institution": "ІЗНХ НАНУ"
},
{
"author": "Tamara Pavlenko",
"institution": "Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України"
}
] |
| author_sort | Ivanenko, Oleksandr |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:47Z |
| description | Based on studies of the decomposition of petalite ore, the hydrothermal method for the extraction of lithium and aluminum compounds from lithium aluminosilicate Li[AlSi4O10] (petalite) has been developed. The studied sample of ore contains, wt. %: Li2O – 0.75 and Al2O3 – 14.65. For unenriched petalite ore with low lithium content, it is proposed to use the hydrochemical method of aluminosilicate processing – Ponomarev – Sazhin method. According to this method, the decomposition of ore is carried out directly in autoclaves by chemical interaction of ore components with NaOH solution in the presence of calcium oxide. The conditions (high temperature and pressure) for the destruction of petalite and the transition of lithium into the liquid phase are created exactly in the hydrothermal process. In this case, lithium and aluminum compounds pass into the solution, and calcium and silicon form a partially soluble compound in the solid phase – sodium-calcium hydrosilicateNa2O·2CaO·2SiO2·2H2O. The degree of extraction of lithium reaches 89–94 %, aluminum reaches 77–95 % within 1 hour at a temperature of 240–280 °C, given caustic modulus 14–18, the concentration of the initial solution of 400–450 g/dm3 of Na2O and the ratio of CaO : SiO2 = 1 : 1 in the reaction mixture. Aluminate or lithium carbonate and other compounds can be obtained from an aluminate solution containing 1.5–2.5 g/dm3 of Li2O and 32–44 g/dm3 of Al2O3. The solid phase formed as a result of decomposition, with a high degree of extraction of lithium from the ore contains a small amount of Li2O in its composition and therefore can be used in the cement industry.
Depending on the quality of the decomposed raw material, the course of the hydrothermal process is influenced by a set of factors. With a small content of lithium and aluminum in the ore, the caustic modulus of aluminate solutions (αк = 1,645*Na2O/Al2O3) formed after decomposition is important. Its calculation is required in order to determine the amount of alkaline solution of the required concentration to ensure almost complete decomposition of the ore. This value should be higher the lower the decomposition temperature and the concentration of the initial solution to achieve the same degree of recovery of useful components in the liquid phase. With the same caustic modulus, the efficiency of ore decomposition increases significantly with increasing process temperature and increasing the concentration of the initial solution. This can be seen in the values of the degree of extraction of aluminum, which increases by 12 % with increasing temperature from 240 to 280 °C, while the extraction of lithium remains practically unchanged. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.87.11.2021.45-54 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
45
УДК 669.053.4 doi: 10.33609/2708-129X.87.11.2021.45-54
ГІДРОТЕРМАЛЬНЕ ВИЛУЧЕННЯ СПОЛУК ЛІТІЮ
З ПЕТАЛІТУ Li[AlSi4O10]
Т. В. Павленко, О. П. Іваненко
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського НАН України, Україна,
Київ 03680, просп. Акад. Палладіна, 32/34
e-mail: pavlenkoktv@gmail.com
На основі досліджень розкладання петалітової руди розроблено гідротермальний
метод вилучення сполук літію та алюмінію з літієвого алюмосилікату Li[AlSi4O10] (пе-
таліт). Розкладання здійснювали в автоклавах шляхом хімічної взаємодії незбагаченої
руди з розчином NaOH за присутності оксиду кальцію. Протягом 1 години за темпера-
тури 240–280 °С, заданому каустичному модулі 14–18, концентрації вихідного розчину
400–450 г/дм3 Na2O та співвідношенні CaO : SiO2 = 1 : 1 у реакційній суміші досягається
ступінь вилучення літію 89–94 %, алюмінію 77–95 %. Із рідкої фази (алюмінатний роз-
чин), що містить 1,5–2,5 г/дм3 Li2O та 32–44 г/дм3 Al2O3, можна отримати алюмінат або
карбонат літію та інші сполуки.
Ключові слова: гідротермальний процес, петаліт, лужний розчин, ступінь вилучен-
ня, літій.
ВСТУП. Сталий розвиток економіки
України, її енергетичну та оборонну безпе-
ку, захист від глобальних криз може забез-
печити наявність покладів власних страте-
гічних мінеральних копалин. З огляду на
природну обмеженість запасів «критичної»
сировини у світі, забезпеченість власними
ресурсами є запорукою економічної безпе-
ки та незалежності країни. Україна має одні
з найбільших на європейському континен-
ті поклади літієвої сировини, запаси якої
оцінюються в 0,5–5 млн т у перерахунку на
Li2O [1]. Зростаюче використання літію для
виробництва скла та кераміки, полімерів,
мастильних матеріалів, лікарських препа-
ратів тощо підвищує попит на літієву сиро-
вину та сполуки літію на світовому ринку.
Найбільше застосування літій знаходить
у виробництві сучасних хімічних джерел
електроенергії (літій-іонних батарей LiBs),
де його використовують при виготовленні
електродних та електролітних матеріалів
[2–4]. Попит на літій на світовому ринку,
за оцінками фахівців, уже в 2022 році має
збільшитися майже вдвічі ~ до 58 000 т,
причому вартість його за останні 5 років
зросла втричі (до 16 500$ за кг), а потреба
у ньому в найближчі 20 років збільшиться
майже в 40 разів. Недаремно літій отримав
назву «золото 21 століття». Це зумовлено
ГІДРОТЕРМАЛЬНЕ ВИЛУЧЕННЯ СПОЛУК ЛІТІЮ З ПЕТАЛІТУ Li[AlSi4O10]
46 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2021
INORGANIC CHEMISTRY
швидкими темпами зростання випуску
електромобілів. За прогнозами, у 2030 році
світовий ринок електромобілів складати-
ме понад 125 млн шт., що майже в 40 разів
більше, ніж зараз [5].
Ефективне використання мінераль-
но-сировинної бази країни дає потенціал
для розвитку видобувної промисловості,
гірничо-збагачувальної і, як наслідок, влас-
ного виробництва літію та його сполук.
Для цього необхідною є технологія пере-
роблення вітчизняної літієвої сировини,
що відкриває перспективу для створення
виробництва літієвих джерел струму та ін-
ших літійвмісних матеріалів [6–9].
Метою цієї роботи є дослідження гід-
ротермальних процесів, що відбуваються
при розкладанні складного літієвого алю-
мосилікату, зокрема, петаліту Li[AlSi4O10],
який є основним складовим компонентом
петалітової руди Полохівського родовища,
а також визначення впливу параметрів цих
процесів на вилучення з неї цінних компо-
нентів (літію та алюмінію).
ЕКСПЕРИМЕНТ ТА ОБГОВОРЕННЯ РЕ
ЗУЛЬТАТІВ. Для досліджень використову-
вали незбагачену петалітову руду Поло-
хівського родовища (Кіровоградська обл.),
хімічний склад якої був таким, мас. %:
Li2O – 0,75; Al2O3 – 14,65; SiO2 – 74,19;
Na2O+K2O – 5,20 та ін.
Розкладання сировини проводили у ста-
левих автоклавах об’ємом 100 см3, із впресо-
ваними в них нікелевими вставками. Авто-
клави закріплювали на хрестовині, вмонто-
ваній у повітряний термостат. Нагрівання
і витримку автоклавів за постійного обер-
тання їх здійснювали в заданих умовах про-
ведення експерименту. Для приготування
реакційної суміші використовували роз-
терту до 0,3 мм петалітову руду, розчини
NaOH (х. ч.) та оксид кальцію (x. ч.). Після
витримки автоклавів їх охолоджували во-
дою до температури 80–90 °C та відокрем-
лювали тверду фазу від рідкої на вакуумній
лійці. Фільтрат збирали і аналізували на
вміст в ньому Li2O, Al2O3, Na2O. Проми-
ті осади висушували за 100–110 °C та ви-
значали вміст у них Li2O, Al2O3, Na2O, SiO2,
CaO та втрати при прожарюванні. Хіміч-
ний склад рідкої та твердої фаз визначали
за загальноприйнятими в аналізі силікатів
методами, перераховуючи вміст складових
на їхні оксиди [10]. Літій у рідкій та твер-
дій фазах визначали атомно-абсорбційним
методом на спектрофотометрі “SP9” фірми
“Pye Unicam” (Велика Британія). Натрій у
рідкій фазі визначали об’ємним методом,
титруючи розчином 0,1N HCl, а у твердій
фазі – фотометрією полум’я на фотометрі
«ПФМ». Алюміній у рідкій і твердій фазах
та кальцій у твердій фазі визначали комп-
лексометричним методом, відтитровуючи
розчином 0,1N трилону Б. Оксид кремнію та
втрати при прожарюванні (1000 °С) визна-
чали ваговим методом. Дослідження фазо-
вого складу продуктів, які утворилися внас-
лідок гідротермальних перетворень, а також
вихідної руди, виконували на дифрактоме-
трі «ДРОН‑3М» із СuКα-випромінюванням.
Для ідентифікації дифрактограм використо-
вували комп’ютерну програму Match! із ба-
зою даних дифрактограм PDF-2 [11].
Петалітова руда Полохівського родо-
вища – це літійвмісна польовошпатова
сировина, яка, крім петаліту, містить по-
льові шпати (альбіт Na[AlSi3O8], мікроклін
K[AlSi3O8]), кварц SiO2, сподумен LiAl[Si2O6]
та ін., що разом становлять до 98 % [12].
Основний літієвий мінерал у руді – пе-
Т. В. Павленко, О. П. Іваненко
47https://ucj.org.ua
UCJ № 11 / Vol. 87
таліт, його вміст складає близько 25 %. За
хімічним складом – це алюмосилікат лі-
тію Li[AlSi4O10], який теоретично містить
4,9 мас.% Li2O, а фактично його вміст не пе-
ревищує 3–4 мас.% через ізоморфне замі-
щення літію натрієм та калієм. Проба руди,
яку досліджували, містить 0,75 мас. % Li2O.
Також руда містить домішки рідкісних еле-
ментів (Rb, Cs, Nb, Ta, Be, Sn та ін.), тому на-
віть за низького їхнього вмісту доцільною є
її комплексне перероблення. Рентгенівську
дифрактограму дослідженого зразка пета-
літової руди наведено на рис. 1.
Рис. 1. Рентгенівська дифрактограма пета
літової руди Полохівського родовища
Для незбагаченої петалітової руди з
низьким вмістом літію запропоновано ви-
користовувати гідрохімічний метод пере-
роблення алюмосилікатів – спосіб Поно
марьова – Сажина [6, 13]. Він полягає в
тому, що розкладання алюмосилікату лі-
тію та вилучення у розчин сполук літію і
алюмінію здійснюють безпосередньо в ав-
токлавах шляхом хімічної взаємодії руди
з розчином NaOH за присутності оксиду
кальцію. При цьому у розчин переходять
сполуки літію та алюмінію, а кальцій та
кремній утворюють малорозчинну сполуку
(Na, K)2O·2CaO·2SiO2·2H2O.
Необхідною умовою розкладання алю-
мосилікатів за цим методом та досягнен-
ня високого ступеня вилучення складових
компонентів у розчин є великий надли-
шок гідроксиду натрію у реакційній сумі-
ші, висока концентрація його розчинів (до
450 г/дм3 Na2O) та підвищена температура.
Оскільки петаліт, як і інші складні алюмо-
силікати літію, важко розкладається під
дією хімічних реагентів (луги, кислоти) за
звичайних умов, то саме в гідротермально-
му процесі діє висока температура та ство-
рюється високий тиск і руйнується петаліт
та утворюється гідроксид літію [14]. Взає-
модію основних компонентів при розкла-
данні петалітової руди у гідротермальних
умовах можна описати такою схемою:
Li[AlSi4O10] + 5NaOH + 4Ca(OH)2 →
LiOH + NaAl(OH)4 + 4NaCa[HSiO4] + 2H2O.
Щоб визначити тривалість оброблення
сировини для максимального вилучення
літію, було досліджено кінетику процесу за
240 та 280 °C. Результати досліджень наве-
дено в табл. 1 та на рис. 2.
Практично повне розкладання петаліту
за температури 240 °С відбувається через
0,5–1,0 год, досягаючи ступеня вилучення,
%: Li2O – 89–92; Al2O3 – 92–95, який зали-
шається майже незмінним упродовж 4-х
годин. Така ж сама тенденція зберігається
і за більш високої температури. Для пов-
ного розкладання петалітової руди та мак-
симального вилучення літію й алюмінію
у цьому випадку потрібно стільки ж часу,
причому за температури 280 °С ступінь ви-
лучення Li2O такий самий, як і Al2O3.
ГІДРОТЕРМАЛЬНЕ ВИЛУЧЕННЯ СПОЛУК ЛІТІЮ З ПЕТАЛІТУ Li[AlSi4O10]
48 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2021
INORGANIC CHEMISTRY
Таблиця 1.
Склад рідкої та твердої фази за різної тривалості оброблення петалітової руди
(концентрація вихідного розчину NaOH – 454 г/дм3 Na2O), розрахований каустичний
модуль αк = 18, дозування CaO : SiO2 = 1 : 1)
Тривалість,
год
Склад фільтрату, г/дм3 Хімічний склад твердої фази, мас.%
Li2O Na2O Al2O3 Li2O Al2O3 SiO2 CaO Na2O В.п.п.*
240 °С
0,5 1,91 384,40 39,50 0,04 0,42 35,35 34,99 19,69 8,58
1,0 2,08 381,30 39,50 0,03 0,34 35,77 35,11 19,05 8,02
2,0 1,89 365,80 38,50 0,04 0,32 34,64 34,03 20,76 8,81
3,0 1,73 365,80 37,40 0,05 0,57 33,24 33,00 21,90 9,92
4,0 1,96 384,40 38,50 0,03 0,39 35,55 34,84 20,30 8,02
280 °С
0,5 1,88 387,50 38,50 0,02 0,45 34,70 36,36 17,90 8,04
1,0 1,97 387,50 39,00 0,04 0,45 34,20 35,90 21,39 8,51
2,0 1,87 378,20 37,50 0,02 0,55 35,60 36,40 18,12 7,39
3,0 1,95 378,20 38,00 0,04 0,49 34,10 35,80 19,06 8,52
4,0 2,02 396,80 39,80 0,03 0,36 35,10 35,90 18,31 7,98
* – Втрати при прожарюванні
Рис. 2. Залежність ступеня вилучення літію та алюмінію від тривалості гідротермального
оброблення петалітової руди за температури: а) – 240 °С, б) – 280 °С
Т. В. Павленко, О. П. Іваненко
49https://ucj.org.ua
UCJ № 11 / Vol. 87
Для забезпечення селективного відо-
кремлення сполук кремнію при гідротер-
мальному розкладанні петалітової руди в
реакційну суміш додавали оксид кальцію,
що утворює з SiO2 малорозчинну сполуку, а
літій та алюміній при цьому залишаються у
розчині. Кількість доданого оксиду кальцію
вираховували за заданим співвідношенням
CaO : SiO2 = 1 : 1. Тверда фаза, що утворю-
ється, має у своєму складі мінімальну кіль-
кість Li2O та Al2O3, тому можна вважати,
що руда розкладається повністю протягом
1 години. На рис. 3 представлено дифракто-
граму твердої фази, утвореної після розкла-
дання петаліту за 280 °C, основною сполу-
кою якої є натрієво-кальцієвий гідросилі-
кат. Хімічний склад утворених твердих фаз
відповідає складу Na2O·2CaO·2SiO2·2H2O
незалежно від триваловості гідротермаль-
ного оброблення.
Рис. 3. Дифрактограма твердої фази, ут
вореної після розкладання петаліту за 280 °C
Важливим чинником ефективного пе-
ребігу зазначеного процесу в гідротер-
мальних умовах є визначення оптималь-
ного каустичного модуля розчинів (αк =
= 1,645⋅Na2O/Al2O3), що утворююються піс-
ля розкладання петалітової руди. Це по-
трібно для того, щоб визначити кількість
лужного розчину необхідної концентра-
ції для забезпечення практично повного
розкладання руди. Щоб досягти високого
ступеня вилучення у рідку фазу літію та
алюмінію, що містяться в рудах у невели-
кій кількості, необхідно проводити процес
у напрямку отримання розчинів із більш
високим каустичним модулем або за більш
високої температури розкладання. Підви-
щення каустичного модуля в усіх випад-
ках призводить до збільшення вилучення
корисних компонентів руди у розчин, але
найбільш ефективним шляхом є збільшен-
ня температури гідротермального процесу,
оскільки з ростом температури підвищу-
ється розчинність літію та алюмінію у луж-
ному розчині. В таблиці 2 наведено резуль-
тати досліджень впливу каустичного моду-
ля розчину на ступінь вилучення літію та
алюмінію за різних температур проведення
процесу і різних концентрацій вихідних
розчинів NaOH.
Аналізуючи результати, можна зробити
висновок, що збільшення каустичного мо-
дуля підвищує ступінь переходу у розчин
алюмінію, при цьому практично не змінює
показники вилучення літію. Якщо порів-
нювати ефективність розкладання за одна-
кового каустичного модуля, то видно, що
підвищення концентрації лужного розчи-
ну до 450 г/дм3 Na2O суттєво збільшує сту-
пінь вилучення Al2O3, а для Li2O він зали-
шається незмінно високим. Що стосується
впливу температури на гідротермальний
процес, то слід зазначити, що її підвищен-
ня значно впливає на зростання швидкості
ГІДРОТЕРМАЛЬНЕ ВИЛУЧЕННЯ СПОЛУК ЛІТІЮ З ПЕТАЛІТУ Li[AlSi4O10]
50 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2021
INORGANIC CHEMISTRY
Та
бл
иц
я
2.
Вп
ли
в
ка
ус
ти
чн
ог
о
м
од
ул
я
та
к
он
це
нт
ра
ці
ї в
их
ід
но
го
р
оз
чи
ну
N
aO
H
н
а
ст
уп
ін
ь
ви
лу
че
нн
я
Li
2O
і
A
l 2O
3 з
п
ет
ал
іт
ов
ої
ру
ди
Ст
уп
ін
ь
ви
лу
че
нн
я,
%
A
l 2O
3
79
,9
72
,3
77
,0
82
,2
79
,5
74
,3
78
,2
86
,3
94
,7
Li
2O
90
,4
85
,8
89
,0
92
,4
88
,8
89
,0
89
,1
92
,3
92
,7
Х
ім
іч
ни
й
ск
ла
д
ш
ла
му
, %
В.
п.
п.
8,
66
8,
73
7,
56
7,
86
8,
13
7,
95
7,
82
8,
13
7,
91
N
a 2
O
18
,8
1
20
,1
6
18
,4
7
18
,4
1
17
,2
0
19
,1
1
19
,4
8
20
,0
6
17
,1
6
C
aO
35
,9
9
32
,4
3
33
,9
0
36
,0
6
33
,8
3
33
,4
5
33
,6
8
34
,4
9
35
,7
4
Si
O
2
34
,5
8
34
,0
1
34
,9
6
35
,9
4
34
,6
4
35
,3
6
34
,6
0
34
,8
1
34
,6
8
Li
2O
0,
04
0,
05
0,
04
0,
03
0,
04
0,
04
0,
04
0,
04
0,
03
A
l 2O
3
1,
39
1,
89
1,
66
0,
52
1,
48
1,
85
1,
55
1,
02
0,
41
Ск
ла
д
фі
ль
тр
ат
у,
г/
дм
3
Li
2O
2,
08
2,
45
2,
18
1,
45
2,
78
2,
38
2,
87
2,
49
1,
78
A
l 2O
3
38
,9
8
33
,2
7
31
,4
5
33
,0
0
43
,6
6
34
,3
1
38
,9
8
40
,0
2
40
,8
0
N
a 2
O
29
1,
40
26
9,
70
28
2,
10
31
0,
00
33
1,
70
32
8,
60
29
1,
40
30
6,
90
35
0,
30
Ка
ус
ти
чн
ий
м
од
ул
ь
Ф
іл
ьт
-
ра
та
12
,3
13
,3
14
,7
15
,4
12
,5
15
,8
12
,3
12
,6
14
,1
Ро
зр
ах
о-
ва
ни
й
14
,0
12
,0
14
,0
18
,0
12
,0
14
,0
12
,0
14
,0
18
,0
Те
мп
ер
а-
ту
ра
,
C
24
0
28
0
24
0
28
0
Ко
нц
ен
т-
ра
ці
я
N
a 2
O
у
ви
хі
дн
ом
у
ро
зч
ин
і,
г/
дм
3
40
0
45
0
Та
бл
иц
я
2.
Вп
ли
в
ка
ус
ти
чн
ог
о
мо
ду
ля
т
а
ко
нц
ен
тр
ац
ії
ви
хі
дн
ог
о
ро
зч
ин
у
N
aO
H
на
с
ту
пі
нь
в
ил
уч
ен
ня
L
i 2O
і
A
l 2O
3 з
пе
та
лі
то
во
ї р
уд
и
Т. В. Павленко, О. П. Іваненко
51https://ucj.org.ua
UCJ № 11 / Vol. 87
розкладання руди та ступеня вилучення ко-
рисних компонентів у розчин. Як видно з
таблиці 2, при однаковому розрахованому
αк = 14, концентрації NaOH – 450 г/дм3 Na2O
та за температури 240 °С ступінь вилучен-
ня алюмінію у розчин складає 74,3 %, підви-
щення до 280 °С за тих самих умов збільшує
вилучення Al2O3 на 12 %, вилучення Li2O
залишається однаковим на рівні 90 %. Зага-
лом, сукупність факторів, що впливають на
хід гідротермального процесу, змінюється
залежно від якості сировини, що піддаєть-
ся розкладанню. За невеликого вмісту літію
та алюмінію у руді значення каустичного
модуля повинно бути настільки вищим,
настільки нижчою є температура розкла-
дання та концентрація вихідного розчину,
щоб досягти такого ж ступеня вилучення
корисних компонентів у рідку фазу.
На рис. 4 представлено схему розкладан-
ня петалітової руди.
ВИСНОВКИ. Гідрохімічний метод мож-
на застосовувати для перероблення незба-
гаченої петалітової руди Полохівського
родовища. За температури розкладання
240–280 °С, концентрації вихідного розчи-
ну 400–450 г/дм3 Na2O, заданого каустично-
го модуля рідкої фази (алюмінатний роз-
чин) 14–18 та додаванням оксиду кальцію
у співвідношенні CaO : SiO2 = 1 : 1 можна
протягом 1 години розкласти петалітову
руду. За таких умов ступінь вилучення лі-
тію складає 89–94 %, алюмінію – 77–95 %.
В алюмінатному розчині після розкладання
міститься 1,5–2,5 г/дм3 Li2O, що дозволяє
отримувати з нього або алюмінат літію, або
карбонат та інші сполуки. Шлам, який скла-
дається переважно з натрієво-кальцієвого
гідросилікату, містить всього 0,03–0,05 %
Li2O, його можна використовувати у це-
ментному виробництві.
Рис. 4. Схема гідрохімічного перероблення петалітової руди
ГІДРОТЕРМАЛЬНЕ ВИЛУЧЕННЯ СПОЛУК ЛІТІЮ З ПЕТАЛІТУ Li[AlSi4O10]
52 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2021
INORGANIC CHEMISTRY
Роботу виконано в межах Цільової
комплексної програми НАН Укра-
їни «Критичні та стратегічні міне-
ральні ресурси України за умов глобаліза-
ції та змін клімату», державний реєстра-
ційний номер: 0121U112346.
HYDROTHERMAL EXTRACTION OF LITHIUM
COMPOUNDS FROM PETALITE Li[AlSi4O10]
T.V. Pavlenko, O.P. Ivanenko
V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic
Chemistry, NAS of Ukraine, 32/34 Aсad. Palla-
din Avenue, Kyiv 03142, Ukraine
e-mail: pavlenkoktv@gmail.com
Based on studies of the decomposition of pe
talite ore, the hydrothermal method for the ex-
traction of lithium and aluminum compounds
from lithium aluminosilicate Li[AlSi4O10]
(petalite) has been developed. The studied
sample of ore contains, wt. %: Li2O – 0.75 and
Al2O3 – 14.65. For unenriched petalite ore
with low lithium content, it is proposed to use
the hydrochemical method of aluminosilicate
processing – Ponomarev – Sazhin method.
According to this method, the decomposition
of ore is carried out directly in autoclaves by
chemical interaction of ore components with
NaOH solution in the presence of calcium
oxide. The conditions (high temperature and
pressure) for the destruction of petalite and the
transition of lithium into the liquid phase are
created exactly in the hydrothermal process. In
this case, lithium and aluminum compounds
pass into the solution, and calcium and sili-
con form a partially soluble compound in the
solid phase – sodium-calcium hydrosilicate
Na2O·2CaO·2SiO2·2H2O. The degree of extrac-
tion of lithium reaches 89–94 %, aluminum
reaches 77–95 % within 1 hour at a tempe
rature of 240–280 °C, given caustic modulus
14–18, the concentration of the initial solu-
tion of 400–450 g/dm3 of Na2O and the ratio of
CaO : SiO2 = 1 : 1 in the reaction mixture. Alu-
minate or lithium carbonate and other com-
pounds can be obtained from an aluminate
solution containing 1.5–2.5 g/dm3 of Li2O and
32–44 g/dm3 of Al2O3. The solid phase formed
as a result of decomposition, with a high degree
of extraction of lithium from the ore contains
a small amount of Li2O in its composition and
therefore can be used in the cement industry.
Depending on the quality of the decom-
posed raw material, the course of the hydro-
thermal process is influenced by a set of factors.
With a small content of lithium and aluminum
in the ore, the caustic modulus of aluminate
solutions (αк = 1,645⋅Na2O/Al2O3) formed af-
ter decomposition is important. Its calculation
is required in order to determine the amount of
alkaline solution of the required concentration
to ensure almost complete decomposition of
the ore. This value should be higher the lower
the decomposition temperature and the con-
centration of the initial solution to achieve the
same degree of recovery of useful components
in the liquid phase. With the same caustic
modulus, the efficiency of ore decomposition
increases significantly with increasing process
temperature and increasing the concentration
of the initial solution. This can be seen in the
values of the degree of extraction of aluminum,
which increases by 12 % with increasing tem-
perature from 240 to 280 °C, while the extrac-
tion of lithium remains practically unchanged.
Key words: hydrothermal process, petalite,
alkaline solution, degree of extraction, lithium.
Т. В. Павленко, О. П. Іваненко
53https://ucj.org.ua
UCJ № 11 / Vol. 87
ЛІТЕРАТУРА
1. www.minerals-ua.info.
2. Ярославцев А. Б., Кулова Т. Л., Скундин
А. М. Электродные наноматериалы для ли
тий-ионных аккумуляторов. Успехи химии.
2015. 84 (8): 826–852.
(https://doi.org/10.1070/RCR4497)
3. Набиев Р. Н., Газарханов А. Т., Абдуллаев
А. А., Гараев Г. И. Сравнительный анализ
особенностей аккумуляторных батарей на
основе лития. Авиакосмическое приборо-
строение. 2019. (9): 42–55.
(doi:10.2579/aviakosmos.09.2019.867)
4. Smith K., Wang Ch.-Y. Power and thermal
characterization of a lithium-ion battery pack
for hybrid-electric vehicles. Journal of Power
Sources. 2006. 160 (1): 662–673.
(https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.01.038)
5. www.reportbuyer.com (Global Lithium In
dustry. April 2021. Report ID: 5478488).
6. Yelatontsev D., Mukhachev A. Processing of
lithium ores: Industrial technologies and case
studies – A review. Hydrometallurgy. 2021.
201: Article 105578. (https://doi.org/10.1016/j.
hydromet.2021.105578)
7. Meshram P., Pandey B.D., Mankhand T.R.
Extraction of lithium from primary and
secondary sources by pre-treatment, leaching
and separation: A comprehensive review.
Hydrometallurgy. 2014. 150: 192–208. (https://
doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.10.012)
8. Sitando O., Crouse P.L. Processing of a
Zimbabwean petalite to obtain lithium car
bonate. International Journal of Mineral
Processing. 2012. 102–103: 45–50.
(https://doi.org/10.1016/j.minpro.2011.09.014)
9. Xing P., Wang Ch., Zeng L., Ma B., Wang
L., Chen Yo., Yang Ch. Lithium Extraction
and Hydroxysodalite Zeolite Synthesis by
Hydrothermal Conversion of α-Spodumene.
ACS Sustainable Chem. Eng. 2019. 7 (10): 9498–
9505. (https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.
9b00923)
10. Аринушкина Е. В. Руководство по химиче-
скому анализу почв. Москва: Изд-во Моск.
ун-та, 1970. 488 с.
11. www.crystalimpact.com.
12. Кузьменко Т. Г., Коваленко Ю. Г., Михай-
ленко Н. Т., Каташева Н. Г., Попов М. І. До-
слідження петалітової руди Полохівського
родовища як сировини для виготовлення
тонкокерамічних виробів. Легка промисло-
вість. 2003. (1): 59–63.
13. Сажин В. С. Новые гидрохимические спо-
собы получения глинозема. Киев: Наук.
думка, 1979. 208 с.
14. Павленко Т. В., Панченко Р. Г., Омельчук
А. А., Рудковская Л. М., Онищук С. Ф. Ав-
токлавное разложение петалитовой руды
Полоховского месторождения. Экотехно-
логии и ресурсосбережение. 2005. (5): 45–47.
REFERENCES
1. www.minerals-ua.info.
2. Yaroslavtsev A.B., Kulova T.L., Skundin A.M.
Electrode nanomaterials for lithium-ion bat-
teries. Russian Chemical Reviews. 2015. 84 (8):
826–852.
(https://doi.org/10.1070/RCR4497)
3. Nabiyev R.N., Hazarkhanov A.T., Abdullayev
A.A., Garayev Q.I. Comparative analysis the
features of the lithium-based accumulater bat-
teries. Aerospace Instrument-Making. 2019; (9):
42–55. (doi:10.2579/aviakosmos.09.2019.867)
4. Smith K., Wang Ch.-Y. Power and thermal
characterization of a lithium-ion battery pack
for hybrid-electric vehicles. Journal of Power
Sources. 2006. 160 (1): 662–673.
(https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.01.038)
5. www.reportbuyer.com (Global Lithium Indus-
try. April 2021. Report ID: 5478488).
6. Yelatontsev D., Mukhachev A. Processing of
lithium ores: Industrial technologies and case
studies – A review. Hydrometallurgy. 2021.
201: Article 105578. (https://doi.org/10.1016/j.
hydromet.2021.105578)
ГІДРОТЕРМАЛЬНЕ ВИЛУЧЕННЯ СПОЛУК ЛІТІЮ З ПЕТАЛІТУ Li[AlSi4O10]
54 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2021
INORGANIC CHEMISTRY
7. Meshram P., Pandey B.D., Mankhand T.R.
Extraction of lithium from primary and se
condary sources by pre-treatment, leaching
and separation: A comprehensive review. Hy-
drometallurgy. 2014. 150: 192–208. (https://
doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.10.012)
8. Sitando O., Crouse P.L. Processing of a Zimba-
bwean petalite to obtain lithium carbonate. In-
ternational Journal of Mineral Processing. 2012.
102–103: 45–50.
(https://doi.org/10.1016/j.minpro.2011.09.014)
9. Xing P., Wang Ch., Zeng L., Ma B., Wang L.,
Chen Yo., Yang Ch. Lithium Extraction and
Hydroxysodalite Zeolite Synthesis by Hydro-
thermal Conversion of α-Spodumene. ACS
Sustainable Chem. Eng. 2019. 7 (10): 9498–
9505. (https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.
9b00923)
10. Arinushkina E.V. Manual for Chemical Ana
lysis of Soils. Moscow: Publishing house Mosk.
University, 1970. 488 p. (іn Russian).
11. www.crystalimpact.com.
12. Kuzmenko T.G., Kovalenko Y.G., Mikhailenko
N.T., Katasheva N.G., Popov M.I. Research of
petalite ore of Polokhiv deposit as raw material
for production of thin ceramic products. Leh-
ka promyslovist. 2003. (1): 59–63 (іn Ukraini-
an).
13. Sazhin V.S. New hydrochemical methods for
producing alumina. Kiev: Nauk. Dumka,
1979. 208 p. (іn Russian).
14. Pavlenko T.V., Panchenko R.G., Omel’chuk
A.A., Rudkovskaya L.M., Onischuk S.F. Auto-
clave decomposition of petalite ore from the
Polokhovskoye deposit. Ekotekhnologii i resur-
sosberezheniye. 2005. (5): 45–47 (іn Russian).
Стаття надійшла 19.11.2021.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-381 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:07:23Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/67/0300a9e9bfc84cacc25d04c2a5568d67.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-3812026-07-22T08:23:47Z HYDROTHERMAL EXTRACTION OF LITHIUM COMPOUNDS FROM PETALITE Li[AlSi4O10] Ivanenko, Oleksandr Pavlenko, Tamara hydrothermal process, petalite, alkaline solution, degree of extraction, lithium. Based on studies of the decomposition of petalite ore, the hydrothermal method for the extraction of lithium and aluminum compounds from lithium aluminosilicate Li[AlSi4O10] (petalite) has been developed. The studied sample of ore contains, wt. %: Li2O – 0.75 and Al2O3 – 14.65. For unenriched petalite ore with low lithium content, it is proposed to use the hydrochemical method of aluminosilicate processing – Ponomarev – Sazhin method. According to this method, the decomposition of ore is carried out directly in autoclaves by chemical interaction of ore components with NaOH solution in the presence of calcium oxide. The conditions (high temperature and pressure) for the destruction of petalite and the transition of lithium into the liquid phase are created exactly in the hydrothermal process. In this case, lithium and aluminum compounds pass into the solution, and calcium and silicon form a partially soluble compound in the solid phase – sodium-calcium hydrosilicateNa2O·2CaO·2SiO2·2H2O. The degree of extraction of lithium reaches 89–94 %, aluminum reaches 77–95 % within 1 hour at a temperature of 240–280 °C, given caustic modulus 14–18, the concentration of the initial solution of 400–450 g/dm3 of Na2O and the ratio of CaO : SiO2 = 1 : 1 in the reaction mixture. Aluminate or lithium carbonate and other compounds can be obtained from an aluminate solution containing 1.5–2.5 g/dm3 of Li2O and 32–44 g/dm3 of Al2O3. The solid phase formed as a result of decomposition, with a high degree of extraction of lithium from the ore contains a small amount of Li2O in its composition and therefore can be used in the cement industry. Depending on the quality of the decomposed raw material, the course of the hydrothermal process is influenced by a set of factors. With a small content of lithium and aluminum in the ore, the caustic modulus of aluminate solutions (αк = 1,645*Na2O/Al2O3) formed after decomposition is important. Its calculation is required in order to determine the amount of alkaline solution of the required concentration to ensure almost complete decomposition of the ore. This value should be higher the lower the decomposition temperature and the concentration of the initial solution to achieve the same degree of recovery of useful components in the liquid phase. With the same caustic modulus, the efficiency of ore decomposition increases significantly with increasing process temperature and increasing the concentration of the initial solution. This can be seen in the values of the degree of extraction of aluminum, which increases by 12 % with increasing temperature from 240 to 280 °C, while the extraction of lithium remains practically unchanged. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2021-12-24 Article Article Inorganic Chemistry Неорганическая химия Неорганічна хімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/381 10.33609/2708-129X.87.11.2021.45-54 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 87 No. 11 (2021): Ukrainian Chemistry Journal; 45-54 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 87 ##issue.no## 11 (2021): Ukrainian Chemistry Journal; 45-54 Український хімічний журнал; Том 87 № 11 (2021): Український хімічний журнал; 45-54 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/381/202 Copyright (c) 2021 Oleksandr Ivanenko, Tamara Pavlenko https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Ivanenko, Oleksandr Pavlenko, Tamara HYDROTHERMAL EXTRACTION OF LITHIUM COMPOUNDS FROM PETALITE Li[AlSi4O10] |
| title | HYDROTHERMAL EXTRACTION OF LITHIUM COMPOUNDS FROM PETALITE Li[AlSi4O10] |
| title_full | HYDROTHERMAL EXTRACTION OF LITHIUM COMPOUNDS FROM PETALITE Li[AlSi4O10] |
| title_fullStr | HYDROTHERMAL EXTRACTION OF LITHIUM COMPOUNDS FROM PETALITE Li[AlSi4O10] |
| title_full_unstemmed | HYDROTHERMAL EXTRACTION OF LITHIUM COMPOUNDS FROM PETALITE Li[AlSi4O10] |
| title_short | HYDROTHERMAL EXTRACTION OF LITHIUM COMPOUNDS FROM PETALITE Li[AlSi4O10] |
| title_sort | hydrothermal extraction of lithium compounds from petalite li[alsi4o10] |
| topic_facet | hydrothermal process petalite alkaline solution degree of extraction lithium. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/381 |
| work_keys_str_mv | AT ivanenkooleksandr hydrothermalextractionoflithiumcompoundsfrompetalitelialsi4o10 AT pavlenkotamara hydrothermalextractionoflithiumcompoundsfrompetalitelialsi4o10 |