Efeito da calcinação na rejeição de ganga grossa de minérios de lítio de rocha dura

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12963 (2022) Citar este artigo

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O processamento de minérios de espodumênio requer calcinação como um pré-tratamento obrigatório para converter o α-espodumênio em uma fase β-espodumênio mais reativa. Essa transformação ocorre a uma temperatura elevada, acima de 900 °C, e resulta em uma expansão volumétrica de 30% do mineral e do produto com propriedades físicas altamente alteradas. Este trabalho examina essas propriedades induzidas e o efeito da calcinação no comportamento do grau de lítio com tamanho de partícula. A análise XRD mostrou uma quantidade significativa de β-espodumênio na fração mais fina calcinada (ou seja, as partículas menores que 0,6 mm). Uma redução acentuada no índice de trabalho do moinho de bolas de ligação das amostras de lítio calcinado (ou seja, 42,3%) foi registrada apoiando a fratura observada e a aparência friável da amostra após a conversão de α para β-espodumênio. A distribuição do lítio para frações mais finas aumentou significativamente quando a amostra foi calcinada, indicando quebra seletiva do espodumênio sobre os minerais de ganga.

A aplicação de compostos de lítio na indústria de baterias aumentou a demanda mundial de lítio. Dos dois importantes recursos de lítio, a extração de salmoura é comercialmente mais viável em comparação com a mineração de rocha dura. No entanto, a atenção mudou para a extração de lítio de minérios de rocha dura mais uniformemente distribuídos por duas razões. Em primeiro lugar, esta commodity é monopolizada devido à sua presença em algumas regiões específicas. Em segundo lugar, espera-se que a taxa de crescimento anual composta de lítio seja de 25,5%, ou seja, um aumento de 47,3 para 117,4 kt de lítio em 4 anos entre 2020 e 2024, forçando a expansão da produção para outras matérias-primas1. Este crescimento é principalmente resultado do aumento das vendas de veículos elétricos que deverão passar de 3,4 milhões de veículos em 2020 para 12,7 milhões em 20241.

O espodumênio (LiAlSi2O6) é o mineral contendo lítio mais explorável economicamente e é amplamente utilizado na extração de lítio2. É encontrado em pegmatitos e pode ocorrer com outros compostos portadores de lítio, como petalita (LiAlSi4O10) e lepidolita (K(Li,Al,Rb)3 (Al,Si)4O10 (F,OH)2). O processamento de minérios de lítio começa com o beneficiamento, como separação por gravidade/separação em meio denso, separação magnética e/ou flotação3. A beneficiação do lítio a partir do espodumênio não é um processo simples devido às propriedades semelhantes dos minerais que contêm lítio (ou seja, espodumênio) e seus minerais de ganga associados, como quartzo (SiO2), albita (NaAlSi3O8), microclina (KAlSi3O8) e moscovita (KAl2 (Si3Al) O10(OH,F)2).

Um concentrado de espodumênio contendo mais de 6% de Li2O é considerado de alto grau4, correspondendo a pelo menos 75% de espodumênio. Este concentrado é adequado para alimentar as próximas etapas de processamento: tratamento térmico e extração de lítio2. O tratamento térmico é necessário devido à existência natural do espodumênio em uma fase α menos reativa5. O tratamento térmico a temperaturas elevadas (acima de 950 °C) é uma etapa importante na produção de lítio, pois esta etapa transforma o α-espodumênio menos reativo em β-espodumênio mais reativo6. Esse fenômeno de transformação de fase é chamado de calcinação ou decrepitação que é uma reação endotérmica7.

O α-espodumênio é a ocorrência natural mais dominante das três fases possíveis do espodumênio, a saber: α, β, γ. O α-espodumênio (estrutura cristalina monoclínica) é uma fase mais densa e menos reativa encontrada à temperatura ambiente. No entanto, o β-espodumênio (estrutura cristalina tetragonal) é 30% menos denso do que o α-espodumênio. Assim, o β-espodumênio tem menor gravidade específica do que o α-espodumênio (2,4 e 3,15 g/cm3, respectivamente). O γ-espodumênio hexagonal foi descoberto recentemente e é metaestável porque é formado durante a transição da fase α para β8.

O α-espodumênio apresenta-se como uma rocha competente, enquanto o β-espodumênio é muito mais frágil do que os minerais primários de ganga no minério (por exemplo, quartzo)7. Um estudo microscópico revela que o α-espodumênio é um material compacto composto de várias camadas empilhadas umas sobre as outras. Por outro lado, em amostras de β-espodumênio, muitas rachaduras podem ser observadas nas partículas, levando a uma estrutura cristalina mais aleatória.