Horno rotativo calcinador para extracción de litio

Es muy probable que en los próximos meses escuchemos con frecuencia hablar de la “espodumena”. Esto es así por la creciente demanda de este mineral.  La transformación del concentrado de espodumena en compuestos de litio, como el carbonato de litio o el hidróxido de litio, es el paso previo a su principal aplicación industrial: la fabricación de baterías de litio. Es aquí donde la calcinación de espodumena mediante horno rotativo calcinador cumple una función clave.

Como decimos, la fabricación de baterías de litio en Europa está abocada a un rápido crecimiento y a la aceleración de la demanda de producción química de litio. Esto se debe a los objetivos de la Comisión Europea de hacer que la UE sea neutra en carbono y de reducir las emisiones del transporte en un 90% para 2050.

¿Qué es la espodumena?

La espodumena -LiAl(SiO3)2- es un mineral rico en litio que pertenece al grupo de los piroxenos. Pertenece al sistema de cristal monoclínico y el cristal suele ser columnar, granular o en forma de placa. 

El color es blanco grisáceo, verde grisáceo, púrpura o amarillo. Tiene una dureza 6.5-7, y densidad 3.03-3.22g / cm3. 

La espodumena es el principal mineral industrial de litio y un mineral característico en la pegmatita granítica rica en litio. 

Aplicaciones industriales de la espodumena

La espodumena es actualmente la principal materia prima mineral industrial para los productos químicos de litio:

  • El bromuro de litio, el cloruro de litio, el hidróxido de litio y otros compuestos de litio se usan ampliamente en aire acondicionado, refrigeración, deshumidificación y purificación de aire.
  • La grasa a base de litio se usa en equipos militares mecanizados, equipos químicos, instrumentos de precisión, etc. 
  • Las baterías de litio se usan en dispositivos electrónicos como marcapasos, audífonos, computadoras de bolsillo, linternas y relojes electrónicos. 
  • El metal de litio y los materiales de litio también se utilizan ampliamente en sectores industriales como la energía atómica, la aviación, la industria aeroespacial, militar, la metalurgia, la electrónica, el vidrio, la cerámica y la fabricación de maquinaria.

Calcinación de espodumena en horno rotativo calcinador

La calcinación de espodumena, a menudo denominada tostado en este entorno, es una de las técnicas de procesamiento más comunes que se utilizan en la extracción de litio de la espodumena.

La calcinación mediante horno rotativo calcinador es una técnica de procesamiento térmico utilizada en una variedad de industrias para provocar una reacción química o un cambio físico en un material. Más comúnmente, se refiere a la disociación química de componentes dentro de un material, como la separación de carbonato de calcio para producir óxido de calcio y dióxido de carbono.

En la producción de compuestos de litio a partir de concentrado de espodumena, la calcinación se utiliza para llevar a cabo dos pasos separados en el proceso: decrepitación y tostado ácido .

Decrepitación

El mineral de espodumena se produce naturalmente en la estructura cristalina de la forma alfa monoclínica (forma α). Sin embargo, para extraer litio del mineral a través del proceso de lixiviación, la estructura cristalina del mineral debe estar en forma beta tetragonal (forma β). Esta conversión se logra a través de la decrepitación o el desmoronamiento de la estructura cristalina.

Facilitada por la calcinación, la decrepitación expande la estructura cristalina de la espodumena en aproximadamente un 30%, lo que finalmente permite que el mineral químicamente inerte reaccione con el ácido sulfúrico.

En el procesamiento del concentrado de espodumena, la calcinación provoca la decrepitación a temperaturas entre 1075 y 1100 C. El control de la temperatura durante la calcinación es crucial para el éxito del proceso; si se permite que las temperaturas se acerquen a los 1400 C, pueden ocurrir formaciones indeseables entre el alfa espodumena y otros silicatos (conocidos como eutécticos).

Dado que el mineral de α-espodumena no es sensible a los productos de la combustión, se usa un horno rotatorio de fuego directo para procesar el material en este entorno. Un horno de fuego directo utiliza el contacto directo entre el material y el gas de proceso para procesar térmicamente el mineral. El horno se coloca en un ligero ángulo para permitir que la gravedad ayude a mover el material a través del tambor giratorio.

Tueste ácido

Una vez que el material ha sido decrepitado o convertido en espodumena en fase beta (forma β), se requiere un paso de calcinación adicional.

El concentrado, ahora en forma β, primero se mezcla con ácido sulfúrico (un paso denominado digestión con ácido sulfúrico) y se alimenta a un horno rotatorio separado. Este paso de tostado ácido utiliza un horno que funciona a temperaturas mucho más bajas, normalmente alrededor de 250ºC.

El objetivo del paso de tostado ácido es permitir que el litio se extraiga de la mezcla como sulfato de litio soluble en agua, que es susceptible de lixiviación.

A través de la lixiviación, el sulfato de litio se puede convertir en compuestos listos para el mercado, carbonato de litio o hidróxido de litio.

Horno rotativo calcinador de configuración indirecta

A diferencia del horno utilizado para la decrepitación, este horno es de configuración indirecta, a menudo denominado horno rotativo calcinador. Se utiliza la configuración indirecta porque la espodumena en fase beta no puede exponerse a los productos de la combustión.

Los hornos de fuego indirecto se calientan externamente para mantener separados el material y los productos de la combustión.

El material, calentado a través del contacto directo con la carcasa, rueda por el interior del tambor, exponiendo el material fresco a medida que gira para promover una distribución uniforme del calor en toda la cama, a veces con la ayuda de perturbadores de cama.

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