Сырьевые источники лития, рубидия и цезия

Подавляющая часть подтвержденных запасов лития (более 75%) заключена в литийсодержащей рапе, где он присутствует в виде различных соединений (в основном сульфатов и хлоридов). Концентрации Li₂O в рассолах колеблется от 0,01% до 0,5% редко более. Помимо лития рассолы обогащены соединениями калия, натрия, брома, кальция. Месторождения литийсодержащих рассолов встречаются в мелководных бассейнах пустынных областей или в соляных озерах континентальных бассейнов, простираются на несколько десятков квадратных километров и залегают на глубине до 200 м от поверхности. Они характеризуются крупными запасами – в целом более 200 тыс. т лития. Промышленное извлечения лития целесообразно только в случае комплексной переработке сырья, что и реализуется на практике.

Рассол или рапу обычно концентрируют бассейновым (солнечным) выпариванием, кристаллизующиеся при этом соли являются товарными продуктами. Литий при выпаривании концентрируется в конечной рапе (маточнике) до 1 масс. % (10-14 г/л), откуда и производится его выделение по сложной схеме. Выпаривание обычно длится около года. Извлечение лития из рапы сопряжено с меньшими производственными издержками, чем добыча и переработка горнорудного сырья, хотя месторождения литийсодержащих пегматитов расположены обычно в местностях с более благоприятными климатическими условиями.

Основными соляными месторождениями лития в мире являются Salar de Atakama (Чили), Salar de Hombre (Аргентина), перспективными считаются запасы рапы в Боливии и Китае (таблица 2.2). В США (штат Невада) только один завод по производству карбоната лития расположен на предприятии, перерабатывающем рапу.

Солончак Атакама, на котором расположено крупнейшее эксплуатируемое месторождение в мире является самым засушливым местом на планете: уровень осадков здесь составляет 10 мм в год, а испарения – свыше 3 тыс. мм. Самое крупное по запасам месторождение рапы соляных озер Salar de Uyuni находится в Боливии. Расположено на высоте 3650 м и занимает площадь более 10 км². Средняя глубина озера – 121 м. Средняя концентрация рапы – 321 г/т.

Таблица 2.3 — Характеристика основных месторождений рапы.

С редкометальными гранитными пегматитами за рубежом связано около 23% запасов лития. Литиевые минералы представлены сподуменом, петалитом, лепидолитом и амблигонитом (таблица 1.3). Содержание Li₂O в разрабатываемых пегматитовых месторождениях составляет 1,3-3%, иногда более, минимально промышленное – 1%.

Основными типами литиеносных пегматитовых месторождений являются сподуменовые Кингс-Маунтин, Маноно-Китотоло и поллуцит-сподумен-танталитовые: Гринбушес, Бикита, Берник-Лейк (таблица 1.4). Сподуменовые пегматиты отличаются крупными запасами (более 200 тыс. т Li) и относительно простым минеральным составом. Поллуцит-сподумен-танатлитовые пегматиты характеризуются высокой комплексностью, пологим залеганием и поэтажным расположением пегматитовых тел, при этом верхние обогащены танталом, нижние – литием.

Таблица 2.4 — Минералы лития, имеющие промышленное значение.

Таблица 2.5 Крупнейшие пегматитовые месторождения лития.

Подтвержденные запасы лития в недрах зарубежных стран оцениваются Геологической службой США на начало 2010 г. в 11 млн т.. Более 75% запасов лития в недрах и 87% извлекаемых запасов учитывается влитийсодержащей рапе соляных озер с содержанием Li₂O от <0,1 до 0,5%. Остальное связано с редкометалльными пегматитами с содержанием Li₂O в разрабатываемых пегматитовых месторождениях 1,3-3%.

Запасы лития имеются также в ряде других стран, в частности России, Аргентине, Португалии, Финляндии, Конго, Нигерии. ЮАР, Зимбабве. Обеспеченность запасами мировой литиевой промышленности по современному уровню производства лития очень высокая – сотни лет только извлекаемыми запасами.

Рубидий и цезий в незначительных количествах рубидий и цезий обнаружены в многочисленных образцах горных пород. При этом рубидий и цезий преимущественно концентрируются в кислых изверженных и осадочных породах.

В процессах выветривания горных пород и минералов рубидий ц цезий вымываются и попадают в минеральные воды. Они обнаружены в минеральных источниках Германии, Бразилии, Японии (0,20—0,1 мг/л). В меньших количествах рубидий и цезий присутствуют в морской воде. Тесная геохимическая связь рубидия и калия, основанная на близости кристаллохимических характеристик их соединений, предопределяет постоянное нахождение рубидия в широко распространенных минералах калия, главным образом, в алюмосиликатах.

К минералам, в которых содержание рубидия и цезия достигает относительно высоких концентраций и которые можно считать минералами-концентраторами, относятся:

– лепидолит: KLi_1,5 Al_1,5[Si₃A1О₁₀][F,OH ]₂

– биотит K(Mg, Fe)₃[Si₃A1О₁₀] [F,OH ]₂

– амазонит (К, Rb, Na)₂[Al₂Si₆О₁₆ ]

– петалит (Li, Na) [Si₂A1О₁₀]

– берилл Ве₃Аl₂ [Si₆A1О₁₈]

– циннвальдит KLi FeAl[Si₃A1О₁₀][F,OH ]₂

– лейцит K[AlSi₂О₆]

Все они являются алюмосиликатами.

Рубидий собственных минералов не образует. Практическое значение для извлечения рубидия попутно с литием имеют лепидолит и циннвальдит. В лепидолите содержание рубидия может достигать 3,7 % в расчете на оксид, обычно 0,6—0,8 %; в циннвальдите максимальное содержание оксида рубидия не превышает 0,8—0,9 %.

Важнейшее промышленное месторождение лепидолита находится в Юго-Западной Африке. Практическое значение для попутного извлечения рубидия имеет также карналлит, несмотря на невысокое содержание в нем рубидия. Карналлит двойной хлорид калия и магния КCl·MgCl₂·6Н₂О, , в котором рубидий и цезий присутствуют как изоморфные заместители калия. Среднее содержания рубидия в карналлите 0,015—0,040 %, считая на RbCl, цезия — на порядок меньше. Карналлит перерабатывается в огромных количествах с целью получения металлического магния и соединений калия. Крупнейшие месторождения карналлита находятся в России (Соликамск) и Германии (Страссфурт).

Практическое значение для извлечения цезия попутно с литием имеют лепидолит и циннвальдит. В лепидолите среднее содержание Cs₂О 0,15—0,20 %; максимальное — до 1,5 %; в циннвальдите содержание Cs₂О не превышает 0,5 %.

Собственных минералов цезия известно два — авогадрит и поллуцит.

Авогадрит К,Cs[BF₄] — борофторид калия, в котором калий частично изоморфно замещен цезием. Это редкий минерал и промышленного значения не имеет. Поллуцит (Cs, Na)[AlSi₂О₆]· nН₂О — водный алюмосиликат цезия. Содержание оксида цезия находится в пределах 29,8—36,7 %. В поллуците в качестве примеси присутствуют рубидий [0,1—0,7 % Rb₂О] и таллий (I). В настоящее время поллуцит — единственный промышленный минерал цезия. Месторождения поллуцита известны в Юго-Западной Африке, США, Швеции, Канаде.