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Title: Extraction of lithium from beta-spodumene using routes with simultaneous acquisition of zeolitic structures
Other Titles: Extração de lítio de beta-espodumênio através de rotas para obtenção simultânea de estruturas zeolíticas
Authors: Santos, Leonardo Leandro dos
Keywords: Beta-spodumene;Lithium extraction;Li2CO3;High-throughput screening;Zeolites
Issue Date: 25-Jul-2018
Citation: SANTOS, Leonardo Leandro dos. Extraction of lithium from beta-spodumene using routes with simultaneous acquisition of zeolitic structures. 2018. 161f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: The expected increase in demand for lithium salts raises a growing concern regarding this metal scarcity and environmental issues in the national industry of lithium extraction in tilled reserves. The methodologies applied in lithium extraction are associated with the use of sulfates, organic and actinide-based solvents that leads to the formation of sulfated silico-aluminum by-products and radioactive waste. Therefore, this study aimed to develop and to design environmentally efficient routes in order to extract lithium in salt form from beta-spodumene (β-LiAlSi2O6) and technologically feasible routes to simultaneously obtain zeolites as a by-product. A literature review describes techniques to extract lithium using sulfated additives with by-product recovery after the synthesis process, which indicates that this research is considered unprecedented for having obtained zeolitic crystalline structures formed in the lithium extraction route. In order to elaborate efficient and economically feasible extraction routes, a prior understanding of the attributes of molecular sieves was necessary, in particular, the zeolite types. Thus, the efficiency of lithium extraction using Na2CO3, NaOH e NaCl additives was evaluated through the measurement of atomic absorption in the supernatant, based on chemoselective ion exchange between Li+ from β-LiAlSi2O6 and Na+ from Na2CO3 and NaCl, resulting in up to 85% of extracted lithium. The addition of NaOH promoted the mineralization for the dissolution of β-LiAlSi2O6, enabling the recovery of Li and the availability of Si and Al for the nucleation and the development of zeolite structures. As a result, two routes were developed operating in the closed and continuous circuit (HTS: high-throughput screening). Each route consisted of different stages such as calcination, hydrothermal treatment, and the use of bicarbonate for the dissolution and precipitation of the associated lithium salt, besides the recovery of new materials like as by-products of cage (LTA and FAU) or channel (LTT, MOR, and MFI) zeolitic topology. At last, in order to validate the strategies used, the materials were categorized applying techniques such as XRD, XRF, TGA, ICP, N2 adsorption isotherms, SEM, TEM and FT-IR with adsorbed pyridine.
Abstract: O aumento previsto na demanda por sais de lítio traz uma crescente preocupação com a escassez desse metal e problemas ambientais na indústria nacional de extração litinífera cujas metodologias empregadas estão associadas a sulfatos, solventes orgânicos e a base de actinídeos, consequentemente formando rejeitos silicoaluminosos sulfatados e radioativos. Portanto, o objetivo deste estudo foi desenvolver rota ambientalmente eficiente para extração de lítio na forma de sal a partir de beta-espodumênio (β-LiAlSi2O6) e tecnologicamente viável para obtenção simultânea de zeólitas como subproduto. Estudos da literatura descrevem metodologias para extração de lítio utilizando aditivos sulfatados, com recuperação do resíduo pós-síntese. O presente estudo, entretanto, é inédito em razão de obter estruturas cristalinas zeolíticas como subproduto em rota para extração de lítio. Em princípio, ao elaborar meios de extração eficiente e economicamente viável, foi importante entender as características das peneiras moleculares, especificamente as zeólitas. Como resultado, a eficiência para extração de lítio com o uso dos aditivos Na2CO3, NaOH e NaCl foi avaliada por meio de medidas de absorção atômica no sobrenadante, resultando em até 85% de lítio extraído, baseado na troca iônica quimiosseletiva entre Li+ de β-LiAlSi2O6 e Na+ de Na2CO3 e NaCl. A adição de NaOH promoveu ação mineralizante com vistas à dissolução de β-LiAlSi2O6, viabilizando a recuperação de Li e disponibilidade de Si e Al para nucleação e crescimento de estruturas zeolíticas. Como resultado, foram desenvolvidas duas rotas, cada qual operando em circuito cíclico e contínuo (HTS: High-throughput Screening), compreendido por etapas como calcinação, tratamento hidrotérmico e bicarbonatação, para extração de lítio e obtenção de subproduto com topologia zeolítica tipo gaiola (LTA e FAU) e tipo canal (LTT, MOR e MFI). Os materiais foram caracterizados por diversas técnicas como DRX, FRX, TG, Espectrometria de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente, isotermas de adsorção de N2, MEV, MET e Espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier com piridina adsorvida.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26932
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